WO2024022803A1 - Method for operating a refrigeration system with a supercritically operating refrigerant, refrigeration system, and motor vehicle comprising a refrigeration system - Google Patents

Method for operating a refrigeration system with a supercritically operating refrigerant, refrigeration system, and motor vehicle comprising a refrigeration system Download PDF

Info

Publication number
WO2024022803A1
WO2024022803A1 PCT/EP2023/069163 EP2023069163W WO2024022803A1 WO 2024022803 A1 WO2024022803 A1 WO 2024022803A1 EP 2023069163 W EP2023069163 W EP 2023069163W WO 2024022803 A1 WO2024022803 A1 WO 2024022803A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
operating mode
refrigeration system
refrigerant
pkm
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/069163
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Rebinger
Helmut Rottenkolber
Dirk Schroeder
Original Assignee
Audi Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi Ag filed Critical Audi Ag
Publication of WO2024022803A1 publication Critical patent/WO2024022803A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/02Compressor control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2513Expansion valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1931Discharge pressures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933Suction pressures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2106Temperatures of fresh outdoor air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2113Temperatures of a suction accumulator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21152Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2116Temperatures of a condenser
    • F25B2700/21163Temperatures of a condenser of the refrigerant at the outlet of the condenser

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a refrigeration system with supercritically operating refrigerant, wherein the refrigeration system can be operated in a first operating mode, in particular a regulated subcooling operation, or in a second operating mode, in particular a regulated high-pressure operation.
  • the invention further relates to a refrigeration system that is operated according to the method and a motor vehicle with such a refrigeration system.
  • an expansion unit for installation in a refrigeration system that is contaminated with supercritically operating refrigerant.
  • the expansion unit includes two expansion systems for setting different pressure levels of desired transcritical or subcooled operating states.
  • the object underlying the invention is to provide a method for operating a refrigeration system with supercritical refrigerant, with which efficient operation is possible and in particular an improved changeover between transcritical and subcooled operating states is achieved. Furthermore, the process should be able to be implemented with a simply constructed refrigeration system.
  • a type of transition range is defined to enable optimized operation of the refrigeration system in the desired operating mode.
  • the refrigeration system can be operated in the first operating mode or the second operating mode at a refrigerant pressure that lies within the limits of the lower pressure limit and the upper pressure limit.
  • a lower comparison pressure value can be determined during the comparison by the difference between the refrigerant pressure and the lower pressure limit value.
  • an upper comparison pressure value can be determined during the comparison by the difference between the refrigerant pressure and the upper pressure limit value.
  • the first operating mode can be set when the lower comparison pressure value is less than zero. This ensures that only the first operating mode is activated below the lower pressure limit.
  • the second operating mode can be set when the upper comparison pressure value is greater than or equal to zero. This ensures that only the second operating mode is activated when the upper pressure limit is reached or above.
  • the method can be used to decide whether a first or second operating mode should be implemented by a simple “less than” or “greater than” comparison of the determined or recorded pressure value with the specified lower and upper pressure limit values.
  • the first operating mode can be maintained in a controlled manner until the upper comparison pressure value is greater than or equal to zero. This makes it possible for the refrigeration system to be operated in the first operating mode until, coming from a lower pressure level, the upper pressure limit is reached and a switch to the second operating mode can take place.
  • the second operating mode can be maintained in a controlled manner until the lower comparison pressure value is less than zero.
  • a simple comparison method can also be used here between a recorded or determined pressure value and a lower pressure limit value, which switches from a second operating mode to a first as soon as a lower pressure limit value is reached or undershot. In analogy to the comparison method above, a change is made from a first operating mode to a second one as soon as an upper pressure limit is reached or exceeded.
  • a corresponding operating mode is maintained depending on how or from which pressure position the transition region is entered.
  • a kind of hysteresis can thus be achieved in order to make the transitions between the two operating modes smooth and not abrupt.
  • the first operating mode and the second operating mode can be set and/or maintained by setting at least one expansion valve.
  • the method is designed in particular in such a way that a single expansion valve is sufficient to set the desired operating modes.
  • the expansion valve can be adjusted in particular to achieve a specific system parameter such as high pressure and/or subcooling depending on the detected refrigerant pressure and can be carried out with a time delay. In this way, a kind of smooth or constant transition between the two operating modes can be achieved because the activation of the expansion valve is dampened so that there is no sudden change from one operating mode to the other.
  • the method may further include the following steps:
  • Monitoring the refrigerant pressure (actual pressure) and the refrigerant target pressure can be used in particular for the system operation described above.
  • a refrigeration system for a motor vehicle driven by an internal combustion engine or at least partially electrically, the refrigeration system being set up for operation with supercritically operating refrigerant and the refrigeration system comprising: a refrigerant compressor, a first heat exchanger, in particular gas cooler, a second heat exchanger, in particular evaporator, a sensor device arranged downstream of the first heat exchanger for detecting a refrigerant pressure and/or for detecting a refrigerant temperature; a controllable expansion valve arranged upstream of the second heat exchanger; a control device that is set up to operate the refrigeration system in the method described above.
  • a refrigeration system is the simplest variant for implementing this process.
  • Such a refrigeration system can be designed with additional heat exchangers such as additional gas coolers and/or evaporators (rear evaporator, chiller).
  • additional heat exchangers such as additional gas coolers and/or evaporators (rear evaporator, chiller).
  • evaporators rear evaporator, chiller
  • it can have heat pump functionality.
  • a motor vehicle with an internal combustion engine or at least partially electric drive can be equipped with such a refrigeration system.
  • Fig. 1 is a schematic circuit diagram of an example of a refrigeration system
  • FIG. 2 shows a simplified flowchart of a method for operating the refrigeration system
  • Fig. 3 is a simplified diagram to illustrate the relationship between operating modes and refrigerant pressure.
  • Fig. 1 shows a schematic and simplified circuit diagram of a refrigeration system 10 which is contaminated with supercritically operating refrigerant, for example R744.
  • the refrigeration system 10 includes a refrigerant compressor 12, a first (external or direct/indirect) heat exchanger 14, which acts as a gas cooler or condenser, a second heat exchanger 16, which acts as a (direct/indirect) evaporator, and a Refrigerant collector 18.
  • An expansion valve AE1 is connected upstream of the second heat exchanger 16 (evaporator).
  • the expansion valve AE1 is particularly designed to be controllable.
  • the refrigeration system 10 has an internal heat exchanger 20.
  • the internal heat exchanger 20 is arranged downstream of the refrigerant collector 18 and upstream of the refrigerant compressor 12 in relation to the low-pressure side of the refrigeration system.
  • pressure or temperature sensors pT1, pT2, pT3 are shown as examples, which are arranged at suitable or usual positions in a refrigeration system.
  • the sensor pT2 is arranged downstream of the first heat exchanger 14 for detecting a refrigerant pressure and/or for detecting a refrigerant temperature.
  • the refrigeration system can have a sensor device Tum for detecting an ambient temperature.
  • the refrigerant flow in the refrigeration system 10 is illustrated by the arrow symbols along the refrigerant lines shown schematically by lines. It should be noted that in Fig. 1 only a kind of basic configuration is shown. guration of the refrigeration system 10 is shown, which can of course be supplemented with further components.
  • the refrigeration system 10 can in particular also be set up to be operated in a heat pump mode, for example.
  • the refrigeration system 10 can, for example, have a third heat exchanger, not shown here, for example a chiller.
  • a third heat exchanger chloriller
  • the second heat exchanger evaporator
  • the third heat exchanger can be connected as an indirect heat exchanger to a coolant circuit, not shown, which can be used in particular for cooling electrical components of a motor vehicle, such as a high-voltage battery, an electric drive and the like.
  • the refrigeration system 10 further comprises a control device 30, which is set up to operate the refrigeration system 10 according to a method 500 described below.
  • the control device 30 is connected to various components of the refrigeration system 10 by means of signal lines shown in dashed lines, the connections to the sensor devices pT1, pT2, pT3, Tum as well as the expansion valve AE1 and the compressor 12 being shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a simplified flowchart of a method 500 for operating a refrigeration system 10.
  • the refrigeration system 10 can be operated in a first operating mode BM1, in particular a regulated subcooling operation (also referred to as subcooling), or in a second operating mode BM2, in particular a regulated high-pressure operation.
  • a first operating mode BM1 in particular a regulated subcooling operation (also referred to as subcooling)
  • BM2 in particular a regulated high-pressure operation.
  • a lower pressure limit PGun and an upper pressure limit PGob are set such that the amount of the difference DPG between the upper pressure limit PGob and the lower pressure limit PGun is greater than 1, in particular greater than 5, preferably about 10.
  • a high-pressure-side refrigerant pressure Pkm_HD and/or a high-pressure-side refrigerant temperature Tkm_HD is determined or detected. Based on the refrigerant temperature Tkm_HD detected or determined or estimated, in particular via the sensor pT2, a potential target pressure value is determined and can be compared with the pressure value Pkm_HD detected and present in the system at this point. If the refrigerant pressure Pkm_HD is not recorded or measured directly, it can be determined or estimated based on the recorded refrigerant temperature Tkm_HD or via pressure loss characteristic Z maps based on another pressure (temperature) sensor available in the system, such as pT1.
  • the further operation of the refrigeration system takes place in the first operating mode BM1 or in the second operating mode BM2 depending on the comparison carried out in step S503 of the determined or detected refrigerant pressure Pkm_HD with the lower pressure limit PGun and/or the upper pressure limit PGob.
  • the control device 30 acts on the expansion valve AE1 in such a way that it actively acts on the resulting subcooling of the first operating mode BM1 or on the optimal high pressure to be set in the second operating mode BM2 via the variation of its internal cross section or sets these variables, wherein at a refrigerant pressure that lies within the limits of the lower pressure limit and the upper pressure limit, the refrigeration system is operated in the first operating mode BM1 or the second operating mode BM2.
  • a lower comparison pressure value VPun is determined by the difference between the lower pressure limit PGun and the refrigerant pressure Pkm_HD, i.e
  • an upper comparison pressure value VPob is alternatively or additionally determined by the difference between the upper pressure limit value PGob and the refrigerant pressure Pkm_HD, i.e
  • VPob PGob - Pkm_HD.
  • the first operating mode BM1 is thus set in a step S504 if the lower comparison pressure value VPun is less than zero.
  • the first operating mode BM1 is maintained in a controlled manner until the upper comparison pressure value VPob is greater than or equal to zero (S505).
  • step S505 If it is determined in step S505 that the upper comparison pressure value VPob is greater than or equal to zero, the second operating mode BM2 is set.
  • the second operating mode BM2 is then maintained in a controlled manner until the lower comparison pressure value VPun is less than zero (S504).
  • step S504 it is possible to estimate, based on the resting pressure and/or ambient temperature, which system high pressure (refrigerant pressure) is to be expected and, at least in addition, based on these variables, a forecast for the expected pressure and thus Operating mode BM1 or BM2 to be started or set can be given. If it is determined in step S504 that the lower comparison pressure value VPun is less than zero or if the lower pressure limit PGun is consequently reached or fallen below, the first operating mode BM1 is set (again).
  • the first operating mode BM1 and the second operating mode BM2 are set and/or maintained by adjusting an expansion valve, in particular the expansion valve AE1.
  • the expansion valve AE1 can be adjusted depending on the detected refrigerant pressure Pkm_HD and can be carried out with a time delay.
  • the setting can in particular also be carried out depending on a target refrigerant pressure to be set or achieved or a required subcooling T_SC.
  • FIG. 3 illustrates the method described above, which is explained below.
  • the refrigerant pressure Pkm_HD is entered on the x-axis of the diagram.
  • the two operating modes BM1 and BM2 are shown on the Y axis.
  • the two pressure limit values PGun and PGob are entered on the X-axis.
  • a wider, solid line provides a simplified illustration of the pressure progression.
  • the difference DPG between the upper pressure limit PGob and the lower pressure limit PGun results in that this is greater than 1, in particular greater than 5, and here preferably 10.
  • a transition region comprising, for example, 10 bar is formed between the two pressure limit values PGun and PGob, which is illustrated hatched in FIG. 3.
  • the first operating mode BM is always active when the refrigerant pressure Pkm_HD is below the lower pressure limit PGun.
  • the second operating mode BM2 is always active when the refrigerant pressure Pkm_HD is greater than the upper pressure limit PGob.
  • both operating modes BM1 or BM2 can be active in the transition area between the two pressure limit values PGun and PGob. If the refrigerant pressure Pkm_HD increases based on operation of the refrigeration system 10 in the first operating mode BM1, the operating mode BM1 is maintained within the transition range until the refrigerant pressure Pkm_HD reaches the upper pressure limit PGob. If the refrigerant pressure Pkm_HD drops due to operation of the refrigeration system 10 in the second operating mode BM2, the operating mode BM2 is maintained within the transition range until the refrigerant pressure Pkm_HD reaches the lower pressure limit PGun.
  • step S503 the refrigerant pressure Pkm_HD of, for example, 56 bar, which was determined or recorded in step S502, the following results from step S503:
  • VPun is therefore less than zero, so that the first operating mode BM1 is active according to step S504.
  • the first operating mode it is now continuously or repeatedly checked whether VPob is greater than zero.
  • a refrigerant pressure of, for example, 63 bar, the following results from the first operating mode:
  • VPob is greater than or equal to zero (S505) and the second operating mode BM2 is activated.
  • VPun is therefore less than zero (S504) and the first operating mode BM1 is activated (again).
  • the first operating mode is maintained in a controlled manner until the upper comparison pressure value VPob is greater than or equal to zero (S505).
  • the second operating mode BM2 is maintained in a controlled manner until the lower comparison pressure value VPun is less than zero (S504).
  • the alternative procedure for going through the process or for implementing the decision criteria as to which operating mode should be selected is based on the simple function of an actual value comparison between an existing system pressure Pkm_HD and the pressure limits PGun and PGob to be defined or specified.
  • the method 500 presented is based, based on the exemplary system sketch in FIG. 1, on the interaction of the sensor device pT2 and the expansion valve AE1.
  • the hatched transition area shown in the diagram in FIG. 3 enables a kind of sliding or constant transition between the two operating modes BM1 and BM2, whereby the activation of the expansion valve AE1 is dampened so that there is no sudden change from one operating mode to the other .
  • the method has been described here in general terms for a refrigeration system 10 and an ambient heat exchanger 14 operating as a gas cooler, the refrigerant temperature of which is measured downstream and the resulting target high pressure Pkm_HD_soll is used as the starting point for implementing the method.
  • This heat exchanger 14 can implement the heat emission directly or indirectly.
  • the method for this heat exchanger 14 in the described application for the refrigeration system 10 can also be set for a heat pump application (not outlined and described in more detail) with a heat exchanger acting, for example, as a heating register or indirect heat exchanger, based analogously on a measured temperature, a resulting high pressure setpoint Pkm_HD_soll, adjustable via an appropriately placed additional expansion element, always functioning taking into account the transfer criteria between the respective operating modes 1 and 2.
  • a heat exchanger acting, for example, as a heating register or indirect heat exchanger, based analogously on a measured temperature, a resulting high pressure setpoint Pkm_HD_soll, adjustable via an appropriately placed additional expansion element, always functioning taking into account the transfer criteria between the respective operating modes 1 and 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a method (500) for operating a refrigeration system (10) with a supercritically operating refrigerant, wherein the refrigeration system (10) can be operated in a first operating mode (BM1), in particular a controlled supercooling mode, or in a second operating mode (BM2), in particular a controlled high-pressure mode, wherein the method (500) comprises the following steps: setting (S501) a lower pressure limit (PGun) and an upper pressure limit (PGob) such that the absolute value of the difference (DPG) between the upper pressure limit (PGob) and the lower pressure limit (PGun) is greater than (1), in particular greater than (5), preferably approximately (10); determining or detecting (S502) a refrigerant pressure (Pkm_HD) on the high pressure side and/or a refrigerant temperature on the high pressure side; comparing (S503) the refrigerant pressure (Pkm_HD) with the lower pressure limit (PGun) or/and the upper pressure limit (PGob); operating the refrigeration system (10) in the first operating mode (BM1) or in the second operating mode (BM2) depending on the comparison (S503) of the determined or detected refrigerant pressure (Pkm_HD) with the lower pressure limit (PGun) or/and the upper pressure limit (PGob). The invention also relates to a refrigeration system comprising a control device for carrying out the method (500) and to a motor vehicle comprising such a refrigeration system.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit überkritisch arbeitendem Kältemittel, Kälteanlage und Kraftfahrzeug mit Kälteanlage Method for operating a refrigeration system with supercritical refrigerant, refrigeration system and motor vehicle with refrigeration system
BESCHREIBUNG: DESCRIPTION:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit überkritisch arbeitendem Kältemittel, wobei die Kälteanlage in einem ersten Betriebsmodus, insbesondere einem geregelten Unterkühlungsbetrieb, oder in einem zweiten Betriebsmodus, insbesondere einem geregelten Hochdruckbetrieb betreibbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Kälteanlage, die gemäß dem Verfahren betrieben wird, und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage. The invention relates to a method for operating a refrigeration system with supercritically operating refrigerant, wherein the refrigeration system can be operated in a first operating mode, in particular a regulated subcooling operation, or in a second operating mode, in particular a regulated high-pressure operation. The invention further relates to a refrigeration system that is operated according to the method and a motor vehicle with such a refrigeration system.
Aus der WO 2018 137 783 A1 ist eine Expansionseinheit für den Einbau in einer Kälteanlage bekannt, die mit überkritisch arbeitendem Kältemittel befallt ist. Die Expansionseinheit umfasst zwei Expansionssysteme zur Einstellung von unterschiedlichen Druckniveaus von gewünschten transkritischen oder unterkühlten Betriebszuständen. From WO 2018 137 783 A1 an expansion unit is known for installation in a refrigeration system that is contaminated with supercritically operating refrigerant. The expansion unit includes two expansion systems for setting different pressure levels of desired transcritical or subcooled operating states.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit überkritisch arbeitendem Kältemittel anzugeben, mit dem ein effizienter Betrieb möglich ist und insbesondere eine verbesserte Umstellung zwischen transkritischen und unterkühlten Betriebszuständen erreicht wird. Ferner soll das Verfahren mit einer einfach aufgebauten Kälteanlage umsetzbar sein. The object underlying the invention is to provide a method for operating a refrigeration system with supercritical refrigerant, with which efficient operation is possible and in particular an improved changeover between transcritical and subcooled operating states is achieved. Furthermore, the process should be able to be implemented with a simply constructed refrigeration system.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Kälteanlage und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Vorgeschlagen wird als ein Verfahren zum Betrieben einer Kälteanlage mit überkritisch arbeitendem Kältemittel, wobei die Kälteanlage in einem ersten Betriebsmodus, insbesondere einem geregelten Unterkühlungsbetrieb, oder in einem zweiten Betriebsmodus, insbesondere einem geregelten Hochdruckbetrieb betreibbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: This task is solved by a method, a refrigeration system and a motor vehicle with the features of the respective independent patent claim. Advantageous refinements with useful further developments are specified in the dependent patent claims. What is proposed is a method for operating a refrigeration system with supercritically operating refrigerant, wherein the refrigeration system can be operated in a first operating mode, in particular a regulated subcooling operation, or in a second operating mode, in particular a regulated high-pressure operation, the method having the following steps:
Festlegen eines unteren Druckgrenzwerts und eines oberen Druckgrenzwerts, derart dass der Betrag der Differenz zwischen dem oberen Druckgrenzwert und dem unteren Druckgrenzwert größer als 1 ist, insbesondere größer als 5, vorzugsweise etwa 10 ist; Setting a lower pressure limit and an upper pressure limit such that the magnitude of the difference between the upper pressure limit and the lower pressure limit is greater than 1, in particular greater than 5, preferably about 10;
Bestimmen oder Erfassen eines hochdruckseitigen Kältemitteldrucks oder/und einer hochdruckseitigen Kältemitteltemperatur; determining or detecting a high-pressure side refrigerant pressure and/or a high-pressure side refrigerant temperature;
Vergleichen des Kältemitteldrucks mit dem unteren Druckgrenzwert oder/und dem oberen Druckgrenzwert; Comparing the refrigerant pressure with the lower pressure limit and/or the upper pressure limit;
Betreiben der Kälteanlage in dem ersten Betriebsmodus oder in dem zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von dem Vergleich des bestimmten oder erfassten Kältemitteldrucks mit dem unteren Druckgrenzwert oder/und dem oberen Druckgrenzwert. Operating the refrigeration system in the first operating mode or in the second operating mode depending on the comparison of the determined or detected refrigerant pressure with the lower pressure limit and/or the upper pressure limit.
Durch die Definition eines Druckbereichs, der sich von dem unteren Druckgrenzwert zu dem oberen Druckgrenzwert erstreckt, wird eine Art Übergangsbereich festgelegt, um einen optimierten Betrieb der Kälteanlage in dem gewünschten Betriebsmodus zu ermöglichen. By defining a pressure range that extends from the lower pressure limit to the upper pressure limit, a type of transition range is defined to enable optimized operation of the refrigeration system in the desired operating mode.
Bei dem Verfahren kann bei einem Kältemitteldruck, der innerhalb der Grenzen von dem unterem Druckgrenzwert und dem oberem Druckgrenzwert liegt, die Kälteanlage in dem ersten Betriebsmodus oder dem zweite Betriebsmodus betrieben werden. In the method, the refrigeration system can be operated in the first operating mode or the second operating mode at a refrigerant pressure that lies within the limits of the lower pressure limit and the upper pressure limit.
Bei dem Verfahren kann bei dem Vergleich ein unterer Vergleichsdruckwert bestimmt werden durch die Differenz zwischen dem Kältemitteldruck und dem unteren Druckgrenzwert. Bei dem Verfahren kann bei dem Vergleich ein oberer Vergleichsdruckwert bestimmt werden durch die Differenz zwischen dem Kältemitteldruck und dem oberen Druckgrenzwert. In the method, a lower comparison pressure value can be determined during the comparison by the difference between the refrigerant pressure and the lower pressure limit value. In the method, an upper comparison pressure value can be determined during the comparison by the difference between the refrigerant pressure and the upper pressure limit value.
Bei dem Verfahren kann der erste Betriebsmodus eingestellt werden, wenn der untere Vergleichsdruckwert kleiner als Null ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass unterhalb des unteren Druckgrenzwerts nur der erste Betriebsmodus aktiviert ist. In the method, the first operating mode can be set when the lower comparison pressure value is less than zero. This ensures that only the first operating mode is activated below the lower pressure limit.
Bei dem Verfahren kann der zweite Betriebsmodus eingestellt werden, wenn der obere Vergleichsdruckwert größer als oder gleich Null ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei Erreichen oder oberhalb des oberen Druckgrenzwerts nur der zweite Betriebsmodus aktiviert ist. In the method, the second operating mode can be set when the upper comparison pressure value is greater than or equal to zero. This ensures that only the second operating mode is activated when the upper pressure limit is reached or above.
Alternativ kann bei dem Verfahren per einfachem „kleiner-als-“ bzw. „größer- als-“ Vergleich des bestimmten oder erfassten Druckwerts mit den festgelegten unteren und oberen Druckgrenzwerten entschieden werden, ob ein erster oder zweiter Betriebsmodus umzusetzen ist. Alternatively, the method can be used to decide whether a first or second operating mode should be implemented by a simple “less than” or “greater than” comparison of the determined or recorded pressure value with the specified lower and upper pressure limit values.
Bei dem Verfahren kann ausgehend von dem Betrieb im ersten Betriebsmodus, der erste Betriebsmodus solange geregelt aufrechterhalten bleiben bis der obere Vergleichsdruckwert größer als oder gleich Null ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Kälteanlage solange in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird bis, von einem tieferen Druckniveau kommend, der obere Druckgrenzwert erreicht wird und ein Umschalten in den zweiten Betriebsmodus erfolgen kann. In the method, starting from operation in the first operating mode, the first operating mode can be maintained in a controlled manner until the upper comparison pressure value is greater than or equal to zero. This makes it possible for the refrigeration system to be operated in the first operating mode until, coming from a lower pressure level, the upper pressure limit is reached and a switch to the second operating mode can take place.
Bei dem Verfahren kann ausgehend von dem Betrieb im zweiten Betriebsmodus, der zweite Betriebsmodus solange geregelt aufrecht erhalten bleiben bis der untere Vergleichsdruckwert kleiner als Null ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Kälteanlage solange in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird bis, von einem höheren Druckniveau kommend, der untere Druckgrenzwert erreicht bzw. unterschritten wird und ein Umschalten in den ersten Betriebsmodus erfolgen kann. Alternativ kann auch hier ein einfaches Vergleichsverfahren zwischen einem erfassten oder bestimmten Druckwert und einem unteren Druckgrenzwert herangezogen werden, welches von einem zweiten Betriebsmodus kommend in einen ersten wechselt, sobald ein unterer Druckgrenzwert erreicht oder unterschritten wird. In Analogie zu obigem Vergleichsverfahren wird aus einem ersten Betriebsmodus kommend in einen zweiten gewechselt, sobald ein oberer Druckgrenzwert erreicht oder überschritten wird. In the method, starting from operation in the second operating mode, the second operating mode can be maintained in a controlled manner until the lower comparison pressure value is less than zero. This makes it possible for the refrigeration system to be operated in the second operating mode until, coming from a higher pressure level, the lower pressure limit is reached or fallen below and a switch to the first operating mode can take place. Alternatively, a simple comparison method can also be used here between a recorded or determined pressure value and a lower pressure limit value, which switches from a second operating mode to a first as soon as a lower pressure limit value is reached or undershot. In analogy to the comparison method above, a change is made from a first operating mode to a second one as soon as an upper pressure limit is reached or exceeded.
Mit anderen Worten wird innerhalb des Übergangsbereichs von dem unteren Druckgrenzwert bis zu dem oberen Druckgrenzwert (bzw. umgekehrt) ein entsprechender Betriebsmodus beibehalten in Abhängigkeit davon wie bzw. aus welcher Drucklage in den Übergangsbereich eingetreten wird. Somit kann eine Art Hysterese erreicht werden, um die Übergänge zwischen den beiden Betriebsmodi ruhig und nicht sprunghaft auszugestalten. In other words, within the transition region from the lower pressure limit to the upper pressure limit (or vice versa), a corresponding operating mode is maintained depending on how or from which pressure position the transition region is entered. A kind of hysteresis can thus be achieved in order to make the transitions between the two operating modes smooth and not abrupt.
Bei dem Verfahren kann das Einstellen oder/und Beibehalten des ersten Betriebsmodus und des zweiten Betriebsmodus durch Einstellen von wenigstens einem Expansionsventil erfolgen. Dabei ist das Verfahren insbesondere so ausgelegt, dass auch ein einzelnes Expansionsventil ausreicht, um die gewünschten Betriebsmodi einzustellen. In the method, the first operating mode and the second operating mode can be set and/or maintained by setting at least one expansion valve. The method is designed in particular in such a way that a single expansion valve is sufficient to set the desired operating modes.
Dabei kann das Einstellen des Expansionsventils insbesondere zum Erzielen einer bestimmten System kenngröße wie bspw. Hochdruck und/oder Unterkühlung in Abhängigkeit von dem erfassten Kältemitteldruck erfolgen und mit einer zeitlichen Verzögerung durchgeführt werden. Hierdurch kann eine Art gleitender bzw. stetiger Übergang zwischen den beiden Betriebsmodi erreicht werden, weil das Ansteuern des Expansionsventils gedämpft wird, so dass keine sprunghafte Änderung von dem einen in den anderen Betriebsmodus erfolgt. The expansion valve can be adjusted in particular to achieve a specific system parameter such as high pressure and/or subcooling depending on the detected refrigerant pressure and can be carried out with a time delay. In this way, a kind of smooth or constant transition between the two operating modes can be achieved because the activation of the expansion valve is dampened so that there is no sudden change from one operating mode to the other.
Das Verfahren kann ferner folgende Schritte umfassen: The method may further include the following steps:
Vergleichen des erfassten Kältemitteldrucks mit einem resultierenden Kältemittelsolldruck auf Basis der abgeschätzten, bestimmten oder erfassten Käl- temitteltemperatur; Einstellen oder Anfahren eines Kältemittelsolldruckes oder einer Soll-Unterkühlung über die Querschnittsanpassungen des Expansionsorgans. Eine Überwachung des Kältemitteldrucks (Ist-Druck) und des Kältemittelsolldrucks kann insbesondere für die oben beschriebene Betriebsweise des Systems verwendet werden. Comparing the recorded refrigerant pressure with a resulting target refrigerant pressure based on the estimated, determined or recorded refrigeration medium temperature; Setting or starting a target refrigerant pressure or a target subcooling via the cross-sectional adjustments of the expansion element. Monitoring the refrigerant pressure (actual pressure) and the refrigerant target pressure can be used in particular for the system operation described above.
Ferner wird eine Kälteanlage für ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei die Kälteanlage für den Betrieb mit überkritisch arbeitendem Kältemittel eingerichtet ist und wobei die Kälteanlage umfasst: einen Kältemittelverdichter, einen ersten Wärmeübertrager, insbesondere Gaskühler, einen zweiten Wärmeübertrager, insbesondere Verdampfer, eine stromabwärts von dem ersten Wärmeübertrager angeordnete Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Kältemitteldrucks oder/und zur Erfassung einer Kältemitteltemperatur; ein stromaufwärts von dem zweiten Wärmeübertrager angeordnetes, regelbares Expansionsventil; eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist die Kälteanlage in dem oben beschriebenen Verfahren zu betreiben. Furthermore, a refrigeration system is proposed for a motor vehicle driven by an internal combustion engine or at least partially electrically, the refrigeration system being set up for operation with supercritically operating refrigerant and the refrigeration system comprising: a refrigerant compressor, a first heat exchanger, in particular gas cooler, a second heat exchanger, in particular evaporator, a sensor device arranged downstream of the first heat exchanger for detecting a refrigerant pressure and/or for detecting a refrigerant temperature; a controllable expansion valve arranged upstream of the second heat exchanger; a control device that is set up to operate the refrigeration system in the method described above.
Dabei ist die genannte Ausführungsform einer Kälteanlage die einfachste Variante zur Umsetzung dieses Verfahrens. Ein solche Kälteanlage kann durch weitere Wärmeübertrager wie bspw. zusätzliche Gaskühler und/oder Verdampfer (Heckverdampfer, Chiller) ausgestaltet sein. Darüber hinaus kann sie eine Wärmepumpenfunktionalität ausweisen. The aforementioned embodiment of a refrigeration system is the simplest variant for implementing this process. Such a refrigeration system can be designed with additional heat exchangers such as additional gas coolers and/or evaporators (rear evaporator, chiller). In addition, it can have heat pump functionality.
Ein Kraftfahrzeug mit verbrennungsmotorischem oder zumindest teilweise elektrischem Antrieb kann mit einer solchen Kälteanlage ausgerüstet sein. A motor vehicle with an internal combustion engine or at least partially electric drive can be equipped with such a refrigeration system.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt: Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Beispiels einer Kälteanlage; Further advantages and details of the invention emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. This shows: Fig. 1 is a schematic circuit diagram of an example of a refrigeration system;
Fig. 2 ein vereinfachten Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Kälteanlage; 2 shows a simplified flowchart of a method for operating the refrigeration system;
Fig. 3 ein vereinfachtes Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs von Betriebsmodi und Kältemitteldruck. Fig. 3 is a simplified diagram to illustrate the relationship between operating modes and refrigerant pressure.
Fig. 1 zeigt ein schematisches und vereinfachtes Schaltbild einer Kälteanlage 10, die mit überkritisch arbeitendem Kältemittel, beispielsweise R744, befallt ist. Die Kälteanlage 10 umfasst in dieser beispielhaften Konfiguration einen Kältemittelverdichter 12, einen ersten (äußeren bzw. direkten / indirekten) Wärmeübertrager 14, der als Gaskühler bzw. Kondensator wirkt, einen zweiten Wärmeübertrager 16, der als (direkter / indirekter) Verdampfer wirkt, und einen Kältemittelsammler 18. Dem zweiten Wärmeübertrager 16 (Verdampfer) ist ein Expansionsventil AE1 vorgeschaltet. Das Expansionsventil AE1 ist insbesondere regelbar ausgeführt. Fig. 1 shows a schematic and simplified circuit diagram of a refrigeration system 10 which is contaminated with supercritically operating refrigerant, for example R744. In this exemplary configuration, the refrigeration system 10 includes a refrigerant compressor 12, a first (external or direct/indirect) heat exchanger 14, which acts as a gas cooler or condenser, a second heat exchanger 16, which acts as a (direct/indirect) evaporator, and a Refrigerant collector 18. An expansion valve AE1 is connected upstream of the second heat exchanger 16 (evaporator). The expansion valve AE1 is particularly designed to be controllable.
Ferner weist die Kälteanlage 10 einen inneren Wärmeübertrager 20 auf. Der innere Wärmeübertrager 20 ist im gezeigten Beispiel bezogen auf die Niederdruckseite der Kälteanlage stromabwärts von dem Kältemittelsammler 18 und stromaufwärts von dem Kältemittelverdichter 12 angeordnet. Furthermore, the refrigeration system 10 has an internal heat exchanger 20. In the example shown, the internal heat exchanger 20 is arranged downstream of the refrigerant collector 18 and upstream of the refrigerant compressor 12 in relation to the low-pressure side of the refrigeration system.
In der Kälteanlage 10 sind beispielhaft mehrere Druck- bzw. Temperatursensoren pT1 , pT2, pT3 dargestellt, die an passenden bzw. üblichen Positionen in einer Kälteanlage angeordnet sind. Der Sensor pT2 ist dabei stromabwärts von dem ersten Wärmeübertrager 14 angeordnet zur Erfassung eines Kältemitteldrucks oder/und zur Erfassung einer Kältemitteltemperatur. Ferner kann die Kälteanlage eine Sensoreinrichtung Tum zur Erfassung einer Umgebungstemperatur aufweisen. In the refrigeration system 10, several pressure or temperature sensors pT1, pT2, pT3 are shown as examples, which are arranged at suitable or usual positions in a refrigeration system. The sensor pT2 is arranged downstream of the first heat exchanger 14 for detecting a refrigerant pressure and/or for detecting a refrigerant temperature. Furthermore, the refrigeration system can have a sensor device Tum for detecting an ambient temperature.
Der Kältemittelfluss in der Kälteanlage 10 ist durch die Pfeilsymbole entlang der schematisch mittels Linien dargestellten Kältemittelleitungen verdeutlicht. Es wird darauf hingewiesen, dass in der Fig. 1 lediglich eine Art Grundkonfi- guration der Kälteanlage 10 gezeigt wird, die selbstverständlich um weitere Komponenten ergänzt werden kann. Die Kälteanlage 10 kann insbesondere auch dazu eingerichtet sein, beispielsweise in einem Wärmepumpenmodus betrieben zu werden. The refrigerant flow in the refrigeration system 10 is illustrated by the arrow symbols along the refrigerant lines shown schematically by lines. It should be noted that in Fig. 1 only a kind of basic configuration is shown. guration of the refrigeration system 10 is shown, which can of course be supplemented with further components. The refrigeration system 10 can in particular also be set up to be operated in a heat pump mode, for example.
Die Kälteanlage 10 kann beispielsweise einen hier nicht gezeigten dritten Wärmeübertrager, beispielsweise einen Chiller, aufweisen. Strömungstechnisch wäre ein dritter Wärmeübertrager (Chiller) parallel zu dem zweiten Wärmeübertrager (Verdampfer) angeordnet. Der dritte Wärmeübertrager kann in der Ausführungsform Chiller als indirekter Wärmeübertrager mit einem nicht weiter dargestellten Kühlmittelkreislauf verbunden sein, der insbesondere zur Kühlung von elektrischen Komponenten eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann, wie beispielsweise einer Hochvolt-Batterie, einem elektrischen Antrieb und dergleichen. The refrigeration system 10 can, for example, have a third heat exchanger, not shown here, for example a chiller. In terms of flow technology, a third heat exchanger (chiller) would be arranged parallel to the second heat exchanger (evaporator). In the chiller embodiment, the third heat exchanger can be connected as an indirect heat exchanger to a coolant circuit, not shown, which can be used in particular for cooling electrical components of a motor vehicle, such as a high-voltage battery, an electric drive and the like.
Die Kälteanlage 10 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 30, die dazu eingerichtet ist die Kälteanlage 10 gemäß einem nachfolgend beschriebenen Verfahren 500 zu betreiben. Die Steuereinrichtung 30 ist mittels gestrichelt dargestellter Signalleitungen mit verschiedenen Komponenten der Kälteanlage 10 verbunden, wobei in Fig. 1 lediglich beispielhaft die Verbindungen zu den Sensoreinrichtungen pT1 , pT2, pT3, Tum sowie dem Expansionsventil AE1 und dem Verdichter 12 gezeigt sind. The refrigeration system 10 further comprises a control device 30, which is set up to operate the refrigeration system 10 according to a method 500 described below. The control device 30 is connected to various components of the refrigeration system 10 by means of signal lines shown in dashed lines, the connections to the sensor devices pT1, pT2, pT3, Tum as well as the expansion valve AE1 and the compressor 12 being shown in FIG.
Fig. 2 zeigt vereinfacht ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Betreiben einer Kälteanlage 10. 2 shows a simplified flowchart of a method 500 for operating a refrigeration system 10.
Die Kälteanlage 10 kann in einem ersten Betriebsmodus BM1 , insbesondere einem geregelten Unterkühlungsbetrieb (auch als Subcooling bezeichnet), oder in einem zweiten Betriebsmodus BM2, insbesondere einem geregelten Hochdruckbetrieb, betrieben werden. The refrigeration system 10 can be operated in a first operating mode BM1, in particular a regulated subcooling operation (also referred to as subcooling), or in a second operating mode BM2, in particular a regulated high-pressure operation.
Gemäß dem Verfahren 500 werden in einem Schritt S501 ein unterer Druckgrenzwerts PGun und ein oberer Druckgrenzwert PGob festgelegt, derart dass der Betrag der Differenz DPG zwischen dem oberen Druckgrenzwert PGob und dem unteren Druckgrenzwert PGun größer als 1 ist, insbesondere größer als 5, vorzugsweise etwa 10 ist. According to the method 500, in a step S501, a lower pressure limit PGun and an upper pressure limit PGob are set such that the amount of the difference DPG between the upper pressure limit PGob and the lower pressure limit PGun is greater than 1, in particular greater than 5, preferably about 10.
Gemäß einem Schritt S502 erfolgt ein Bestimmen oder Erfassen eines hochdruckseitigen Kältemitteldrucks Pkm_HD oder/und einer hochdruckseitigen Kältemitteltemperatur Tkm_HD. Ausgehend von der insbesondere über den Sensor pT2 erfassten oder bestimmten oder abgeschätzten Kältemitteltemperatur Tkm_HD wird ein potenzieller Solldruckwert ermittelt und kann mit dem erfassten und im System an dieser Stelle vorliegenden Druckwert Pkm_HD verglichen werden. Sofern der Kältemitteldruck Pkm_HD nicht direkt erfasst bzw. gemessen wird, kann er basierend auf der erfassten Kältemitteltemperatur Tkm_HD oder über DruckverlustkennlinieZ-kennfelder ausgehend von einem anderen im Systemverfügbaren Druck(-Temperatur)- sensor, wie bspw. pT1 , aus bestimmt oder abgeschätzt werden. According to a step S502, a high-pressure-side refrigerant pressure Pkm_HD and/or a high-pressure-side refrigerant temperature Tkm_HD is determined or detected. Based on the refrigerant temperature Tkm_HD detected or determined or estimated, in particular via the sensor pT2, a potential target pressure value is determined and can be compared with the pressure value Pkm_HD detected and present in the system at this point. If the refrigerant pressure Pkm_HD is not recorded or measured directly, it can be determined or estimated based on the recorded refrigerant temperature Tkm_HD or via pressure loss characteristic Z maps based on another pressure (temperature) sensor available in the system, such as pT1.
Das weitere Betreiben der Kälteanlage erfolgt in dem ersten Betriebsmodus BM1 oder in dem zweiten Betriebsmodus BM2 in Abhängigkeit von dem in Schritt S503 durchgeführten Vergleich des bestimmten oder erfassten Kältemitteldrucks Pkm_HD mit dem unteren Druckgrenzwert PGun oder/und dem oberen Druckgrenzwert PGob. The further operation of the refrigeration system takes place in the first operating mode BM1 or in the second operating mode BM2 depending on the comparison carried out in step S503 of the determined or detected refrigerant pressure Pkm_HD with the lower pressure limit PGun and/or the upper pressure limit PGob.
Dabei wird über das Steuergerät 30 in der Weise auf das Expansionsventil AE1 eingewirkt, dass dieses über die Variation seines Innenquerschnittes aktiv auf die resultierende Unterkühlung des ersten Betriebsmodus BM1 o- der auf den einzustellenden optimalen Hochdruck des zweiten Betriebsmodus BM2 einwirkt bzw. diese Größen einstellt, wobei bei einem Kältemitteldruck, der innerhalb der Grenzen von dem unterem Druckgrenzwert und dem oberem Druckgrenzwert liegt, die Kälteanlage in dem ersten Betriebsmodus BM1 oder dem zweite Betriebsmodus BM2 betrieben wird. The control device 30 acts on the expansion valve AE1 in such a way that it actively acts on the resulting subcooling of the first operating mode BM1 or on the optimal high pressure to be set in the second operating mode BM2 via the variation of its internal cross section or sets these variables, wherein at a refrigerant pressure that lies within the limits of the lower pressure limit and the upper pressure limit, the refrigeration system is operated in the first operating mode BM1 or the second operating mode BM2.
Bei dem Vergleich in Schritt S503 wird ein unterer Vergleichsdruckwert VPun bestimmt durch die Differenz zwischen dem unteren Druckgrenzwert PGun und dem Kältemitteldruck Pkm_HD, also In the comparison in step S503, a lower comparison pressure value VPun is determined by the difference between the lower pressure limit PGun and the refrigerant pressure Pkm_HD, i.e
VPun = PGun - Pkm_HD Bei dem Vergleich in Schritt S503 wird alternativ oder ergänzend ein oberer Vergleichsdruckwert VPob bestimmt durch die Differenz zwischen dem oberen Druckgrenzwert PGob und dem Kältemitteldruck Pkm_HD, alsoVPun = PGun - Pkm_HD During the comparison in step S503, an upper comparison pressure value VPob is alternatively or additionally determined by the difference between the upper pressure limit value PGob and the refrigerant pressure Pkm_HD, i.e
VPob = PGob - Pkm_HD. VPob = PGob - Pkm_HD.
Geht man beispielhaft davon aus, dass die Kälteanlage 10 gestartet wird o- der anderes ausgedrückt hochgefahren wird, ist davon auszugehen, dass der Kältemitteldruck Pkm_HD ausgehend von einem Ruhedruck zunimmt, aber zu Beginn noch unterhalb des unteren Druckgrenzwerts PGun liegt. If one assumes, for example, that the refrigeration system 10 is started or, in other words, is started up, it can be assumed that the refrigerant pressure Pkm_HD increases from a resting pressure, but is initially still below the lower pressure limit PGun.
Es wird bei dem Verfahren 500 somit in einem Schritt S504 der erste Betriebsmodus BM1 eingestellt, wenn der untere Vergleichsdruckwert VPun kleiner als Null ist. In method 500, the first operating mode BM1 is thus set in a step S504 if the lower comparison pressure value VPun is less than zero.
Ausgehend von dem Betrieb im ersten Betriebsmodus BM bleibt der erste Betriebsmodus BM1 solange geregelt aufrecht erhalten bis der obere Vergleichsdruckwert VPob größer als oder gleich Null ist (S505). Starting from the operation in the first operating mode BM, the first operating mode BM1 is maintained in a controlled manner until the upper comparison pressure value VPob is greater than or equal to zero (S505).
Wird in Schritt S505 festgestellt, dass der obere Vergleichsdruckwert VPob größer als oder gleich Null ist, wird der zweite Betriebsmodus BM2 eingestellt. If it is determined in step S505 that the upper comparison pressure value VPob is greater than or equal to zero, the second operating mode BM2 is set.
Ausgehend von dem Betrieb im zweiten Betriebsmodus BM2 bleibt dann der zweite Betriebsmodus BM2 solange geregelt aufrecht erhalten bis der untere Vergleichsdruckwert VPun kleiner als Null ist (S504). Starting from the operation in the second operating mode BM2, the second operating mode BM2 is then maintained in a controlled manner until the lower comparison pressure value VPun is less than zero (S504).
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass vor bzw. bei dem Start der Kälteanlage 10 anhand von Ruhedruck und/oder Umgebungstemperatur abgeschätzt werden kann, welcher Systemhockdruck (Kältemitteldruck) zu erwarten ist und zumindest ergänzend auch basierend auf diesen Größen eine Prognose für den zu erwartenden und damit anzufahrenden bzw. einzustellenden Betriebsmodus BM1 oder BM2 gegeben werden kann. Wird in Schritt S504 festgestellt, dass der untere Vergleichsdruckwert VPun kleiner als Null ist bzw. wird folglich die untere Druckgrenze PGun erreicht oder unterschritten, wird (erneut) der erste Betriebsmodus BM1 eingestellt. In addition, it should be noted that before or when starting the refrigeration system 10, it is possible to estimate, based on the resting pressure and/or ambient temperature, which system high pressure (refrigerant pressure) is to be expected and, at least in addition, based on these variables, a forecast for the expected pressure and thus Operating mode BM1 or BM2 to be started or set can be given. If it is determined in step S504 that the lower comparison pressure value VPun is less than zero or if the lower pressure limit PGun is consequently reached or fallen below, the first operating mode BM1 is set (again).
Bei dem Verfahren 500 erfolgt das Einstellen oder/und Beibehalten des ersten Betriebsmodus BM1 und des zweiten Betriebsmodus BM2 durch Einstellen eines Expansionsventils, insbesondere des Expansionsventils AE1. In method 500, the first operating mode BM1 and the second operating mode BM2 are set and/or maintained by adjusting an expansion valve, in particular the expansion valve AE1.
Dabei kann das Einstellen des Expansionsventils AE1 in Abhängigkeit von dem erfassten Kältemitteldruck Pkm_HD erfolgen und mit einer zeitlichen Verzögerung durchgeführt werden. Dabei kann das Einstellen insbesondere auch in Abhängigkeit von einem einzustellenden bzw. zu erreichenden Kältemittelsolldruck oder einer geforderten Unterkühlung T_SC erfolgen. The expansion valve AE1 can be adjusted depending on the detected refrigerant pressure Pkm_HD and can be carried out with a time delay. The setting can in particular also be carried out depending on a target refrigerant pressure to be set or achieved or a required subcooling T_SC.
Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl die Erfassung bzw. Bestimmung des Kältemitteldrucks Pkm_HD als auch die Bestimmung des Sollwertes eines Kältemitteldrucks Pkm_HD_Soll oder der einzustellenden Unterkühlung T_SC_Soll im Rahmen des Verfahrens 500 regelmäßig bzw. kontinuierlich erfolgt bzw. aktualisiert wird, auch wenn dies nicht explizit als sich wiederholender Verfahrensschritt in dem Ablaufschema dargestellt ist. It should be noted that both the detection or determination of the refrigerant pressure Pkm_HD as well as the determination of the setpoint of a refrigerant pressure Pkm_HD_Soll or the subcooling to be set T_SC_Soll takes place or is updated regularly or continuously as part of the method 500, even if this is not explicitly stated repeating process step is shown in the flow chart.
Das in Fig. 3 gezeigte Diagramm verdeutlicht das oben beschriebene Verfahren, was nachfolgend erläutert wird. The diagram shown in Fig. 3 illustrates the method described above, which is explained below.
Auf der X-Achse des Diagramms ist der Kältemitteldruck Pkm_HD eingetragen. Auf der Y-Achse sind die beiden Betriebsmodi BM1 und BM2 dargestellt. Ferner sind auf der X-Achse die beiden Druckgrenzwerte PGun und PGob eingetragen. Eine breiter dargestellte, durchgezogene Linie illustriert vereinfacht den Druckverlauf. The refrigerant pressure Pkm_HD is entered on the x-axis of the diagram. The two operating modes BM1 and BM2 are shown on the Y axis. Furthermore, the two pressure limit values PGun and PGob are entered on the X-axis. A wider, solid line provides a simplified illustration of the pressure progression.
Rein beispielhaft sind in dem Diagramm in Klammem mögliche Werte für diese Druckgrenzwerte angegeben, etwa PGun = 58 bar und PGob = 68 bar. Diese konkreten Werte sind aber nicht dahingehend einschränkend zu ver- stehen, dass nur diese Werte möglich sind. Denkbar sind auch andere Werte, die beispielsweise näher beieinander liegen, etwa 60 bar und 66 bar. As a purely example, possible values for these pressure limits are given in brackets in the diagram, for example PGun = 58 bar and PGob = 68 bar. However, these concrete values should not be viewed as restrictive. means that only these values are possible. Other values that are closer together, for example 60 bar and 66 bar, are also conceivable.
Im konkreten Beispiel ergibt sich aus der Differenz DPG zwischen dem oberen Druckgrenzwert PGob und dem unteren Druckgrenzwert PGun, dass diese größer als 1 ist, insbesondere größer als 5, und hier vorzugsweise 10 ist. Mit anderen Worten wird zwischen den beiden Druckgrenzwerten PGun und PGob ein hier beispielhaft 10 bar umfassender Übergangsbereich gebildet, der in der Fig. 3 schraffiert illustriert ist. In the specific example, the difference DPG between the upper pressure limit PGob and the lower pressure limit PGun results in that this is greater than 1, in particular greater than 5, and here preferably 10. In other words, a transition region comprising, for example, 10 bar is formed between the two pressure limit values PGun and PGob, which is illustrated hatched in FIG. 3.
Aus dem Diagramm der Fig. 3 ist ersichtlich, dass der erste Betriebsmodus BM immer aktiv ist, wenn der Kältemitteldruck Pkm_HD unterhalb des unteren Druckgrenzwerts PGun liegt. Der zweite Betriebsmodus BM2 ist immer aktiv, wenn der Kältemitteldruck Pkm_HD größer als der obere Druckgrenzwert PGob ist. From the diagram in FIG. 3 it can be seen that the first operating mode BM is always active when the refrigerant pressure Pkm_HD is below the lower pressure limit PGun. The second operating mode BM2 is always active when the refrigerant pressure Pkm_HD is greater than the upper pressure limit PGob.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich und oben beschrieben, können in dem Übergangsbereich zwischen den beiden Druckgrenzwerten PGun und PGob beide Betriebsmodi BM1 oder BM2 aktiv sein. Steigt der Kältemitteldruck Pkm_HD ausgehend von einem Betrieb der Kälteanlage 10 in dem ersten Betriebsmodus BM1 , wird der Betriebsmodus BM1 innerhalb des Übergangsbereichs beibehalten bis der Kältemitteldruck Pkm_HD den oberen Druckgrenzwert PGob erreicht. Sinkt der Kältemitteldruck Pkm_HD ausgehend von einem Betrieb der Kälteanlage 10 in dem zweiten Betriebsmodus BM2, wird der Betriebsmodus BM2 innerhalb des Übergangsbereichs beibehalten bis der Kältemitteldruck Pkm_HD den unteren Druckgrenzwert PGun erreicht. As can be seen from FIG. 2 and described above, both operating modes BM1 or BM2 can be active in the transition area between the two pressure limit values PGun and PGob. If the refrigerant pressure Pkm_HD increases based on operation of the refrigeration system 10 in the first operating mode BM1, the operating mode BM1 is maintained within the transition range until the refrigerant pressure Pkm_HD reaches the upper pressure limit PGob. If the refrigerant pressure Pkm_HD drops due to operation of the refrigeration system 10 in the second operating mode BM2, the operating mode BM2 is maintained within the transition range until the refrigerant pressure Pkm_HD reaches the lower pressure limit PGun.
Rein beispielhaft soll das Verfahren 500 der Fig. 2 in Zusammenschau mit dem Diagramm der Fig. 3 nachfolgend anhand konkreter Werte genauer beschrieben werden. Ausgehend von einem Kältemitteldruck Pkm_HD von beispielsweise 56 bar, der in Schritt S502 bestimmt bzw. erfasst worden ist, ergibt sich aus Schritt S503: Purely by way of example, the method 500 of FIG. 2 will be described in more detail below in conjunction with the diagram of FIG. 3 using specific values. Starting from a refrigerant pressure Pkm_HD of, for example, 56 bar, which was determined or recorded in step S502, the following results from step S503:
VPun = 56 bar - 58 bar = -2 VPun = 56 bar - 58 bar = -2
VPob = 56 bar - 68 bar = -12 VPob = 56 bar - 68 bar = -12
VPun ist somit kleiner als Null, so dass gemäß Schritt S504 der erste Betriebsmodus BM1 aktiv ist. Innerhalb des ersten Betriebsmodus wird nun kontinuierlich bzw. wiederholt überprüft, ob VPob größer als Null wird. Bei einem Kältemitteldruck von beispielsweise 63 bar ergibt sich ausgehend von dem ersten Betriebsmodus: VPun is therefore less than zero, so that the first operating mode BM1 is active according to step S504. Within the first operating mode, it is now continuously or repeatedly checked whether VPob is greater than zero. With a refrigerant pressure of, for example, 63 bar, the following results from the first operating mode:
VPob = 63 bar - 68 bar = -5 VPob = 63 bar - 68 bar = -5
Entsprechend erfolgt noch keine Umschaltung in den zweiten Betriebsmodus BM2. Accordingly, there is no switchover to the second operating mode BM2.
Steigt der Kältemitteldruck während des ersten Betriebsmodus BM1 auf beispielsweise 69 bar ergibt sich: If the refrigerant pressure increases to, for example, 69 bar during the first operating mode BM1, the result is:
VPob = 69 bar - 68 bar = 1 VPob = 69 bar - 68 bar = 1
Somit ist VPob größer als oder gleich Null (S505) und es wird der zweite Betriebsmodus BM2 aktiviert. Thus, VPob is greater than or equal to zero (S505) and the second operating mode BM2 is activated.
Innerhalb des zweiten Betriebsmodus BM2 wird nun kontinuierlich bzw. wiederholt überprüft, ob VPun kleiner als Null wird (S504). Bei einem (wieder sinkenden) Kältemitteldruck von beispielsweise 63 bar ergibt sich ausgehend von dem zweiten Betriebsmodus: Within the second operating mode BM2, it is now continuously or repeatedly checked whether VPun becomes less than zero (S504). With a (again decreasing) refrigerant pressure of, for example, 63 bar, the following results from the second operating mode:
VPun = 63 bar - 58 bar = 5 VPun = 63 bar - 58 bar = 5
Entsprechend erfolgt noch keine Umschaltung in den ersten Betriebsmodus BM1. Accordingly, there is no switchover to the first operating mode BM1.
Sinkt der Kältemitteldruck während des zweiten Betriebsmodus BM2 auf beispielsweise 57 bar ergibt sich: VPun = 57 bar - 58 bar = -1 If the refrigerant pressure drops to, for example, 57 bar during the second operating mode BM2, the result is: VPun = 57 bar - 58 bar = -1
Somit ist VPun kleiner als Null (S504) und es wird (wieder) der erste Betriebsmodus BM1 aktiviert. VPun is therefore less than zero (S504) and the first operating mode BM1 is activated (again).
Aus der obigen Beschreibung mit den beispielhaften konkreten Druckwerten ist ersichtlich, dass bei dem Verfahren 500 ausgehend von dem Betrieb im ersten Betriebsmodus BM1 der erste Betriebsmodus solange geregelt aufrecht erhalten bleibt bis der obere Vergleichsdruckwert VPob größer als oder gleich Null ist (S505). Ausgehend von dem Betrieb im zweiten Betriebsmodus BM2, wird der zweite Betriebsmodus BM2 solange geregelt aufrechterhalten bis der untere Vergleichsdruckwert VPun kleiner als Null ist (S504). From the above description with the exemplary concrete pressure values it can be seen that in the method 500, starting from the operation in the first operating mode BM1, the first operating mode is maintained in a controlled manner until the upper comparison pressure value VPob is greater than or equal to zero (S505). Starting from the operation in the second operating mode BM2, the second operating mode BM2 is maintained in a controlled manner until the lower comparison pressure value VPun is less than zero (S504).
Die alternative Prozedur zum Durchlaufen des Verfahrens bzw. zur Umsetzung der Entscheidungskriterien, welcher Betriebsmodus anzuwählen ist, basiert auf der einfachen Funktion eines Istwert-Vergleichs zwischen einem vorliegenden Systemdruck Pkm_HD und den zu definierenden bzw. vorgegebenen Druckgrenzen PGun und PGob. The alternative procedure for going through the process or for implementing the decision criteria as to which operating mode should be selected is based on the simple function of an actual value comparison between an existing system pressure Pkm_HD and the pressure limits PGun and PGob to be defined or specified.
Pkm_HD > bzw.
Figure imgf000015_0001
Betriebsmodus BM2
Pkm_HD > or
Figure imgf000015_0001
BM2 operating mode
Pkm_HD < bzw.
Figure imgf000015_0002
Betriebsmodus BM1
Pkm_HD < or
Figure imgf000015_0002
Operating mode BM1
PGun < bzw. < Pkm_HD < bzw. < PGob
Figure imgf000015_0003
Betriebsmodus BM1 oder Betriebsmodus BM2, wobei in letzterem Fall zu berücksichtigen ist, von welcher Seite bzw. aus welchem Druckbereich kommend in den Übergangsbereich zwischen PGun und PGob eingetreten wird.
PGun < or < Pkm_HD < or < PGob
Figure imgf000015_0003
Operating mode BM1 or operating mode BM2, whereby in the latter case it must be taken into account from which side or from which pressure range the transition area between PGun and PGob is entered.
Damit ergibt sich: Eintritt aus Bereich PGob kommend in den Zwischenbereich PGun < bzw. < Pkm_HD < bzw. < PGob
Figure imgf000015_0004
Betriebsmodus BM2 bleibt beibehalten, solange bis PGun erreicht oder unterschritten wird.
This results in: Entry coming from area PGob into the intermediate area PGun < or < Pkm_HD < or < PGob
Figure imgf000015_0004
Operating mode BM2 remains maintained until PGun is reached or undershot.
Eintritt aus Bereich PGun kommend in den Zwischenbereich PGun < bzw. < Pkm_HD < bzw. <
Figure imgf000015_0005
Betriebsmodus BM1 bleibt beibehalten, solange bis PGob erreicht oder überschritten wird. Das vorgestellte Verfahren 500 basiert, bezogen auf die beispielhafte Systemskizze in Fig. 1 , auf dem Zusammenwirken der Sensoreinrichtung pT2 und dem Expansionsventil AE1 . Der aus dem Diagramm der Fig. 3 ersichtliche, schraffierte Übergangsbereich ermöglicht eine Art gleitender bzw. stetiger Übergang zwischen den beiden Betriebsmodi BM1 und BM2, wobei das Ansteuern des Expansionsventils AE1 gedämpft wird, so dass keine sprunghafte Änderung von dem einen in den anderen Betriebsmodus erfolgt.
Entry from the PGun area into the intermediate area PGun < or < Pkm_HD < or <
Figure imgf000015_0005
Operating mode BM1 is maintained until PGob is reached or exceeded. The method 500 presented is based, based on the exemplary system sketch in FIG. 1, on the interaction of the sensor device pT2 and the expansion valve AE1. The hatched transition area shown in the diagram in FIG. 3 enables a kind of sliding or constant transition between the two operating modes BM1 and BM2, whereby the activation of the expansion valve AE1 is dampened so that there is no sudden change from one operating mode to the other .
Das Verfahren wurde hier ganz allgemein für eine Kälteanlage 10 und einem als Gaskühler arbeitenden Umgebungswärmeübertrager 14 beschrieben, dessen stromabwärtsseitig gemessene Kältemitteltemperatur und der daraus resultierende Sollhochdruck Pkm_HD_soll als Ausgangspunkt für die Umsetzung des Verfahrens herangezogen wird. Dieser Wärmeübertrager 14 kann die Wärmeabgabe direkt oder indirekt umsetzen. Darüber hinaus kann das Verfahren für diesen Wärmeübertrager 14 in dem beschriebenen Anwendungsfall für die Kälteanlage 10 auch für eine (nicht skizzierte und näher beschriebene) Wärmepumpenanwendung mit einem bspw. als Heizregister oder indirekten Wärmeübertrager wirkenden Wärmeübertrager gesetzt werden und zwar analog aufbauend auf einer gemessenen Temperatur, einem daraus resultierenden Hochdrucksollwert Pkm_HD_soll, einstellbar über ein entsprechend platziertes weiteres Expansionsorgan stets funktionierend unter Berücksichtigung der Übergabekriterien zwischen den jeweiligen Betriebsmodi 1 und 2. The method has been described here in general terms for a refrigeration system 10 and an ambient heat exchanger 14 operating as a gas cooler, the refrigerant temperature of which is measured downstream and the resulting target high pressure Pkm_HD_soll is used as the starting point for implementing the method. This heat exchanger 14 can implement the heat emission directly or indirectly. In addition, the method for this heat exchanger 14 in the described application for the refrigeration system 10 can also be set for a heat pump application (not outlined and described in more detail) with a heat exchanger acting, for example, as a heating register or indirect heat exchanger, based analogously on a measured temperature, a resulting high pressure setpoint Pkm_HD_soll, adjustable via an appropriately placed additional expansion element, always functioning taking into account the transfer criteria between the respective operating modes 1 and 2.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: PATENT CLAIMS:
1 . Verfahren (500) zum Betrieben einer Kälteanlage (10) mit überkritisch arbeitendem Kältemittel, wobei die Kälteanlage (10) in einem ersten Betriebsmodus (BM1 ), insbesondere einem geregelten Unterkühlungsbetrieb, oder in einem zweiten Betriebsmodus (BM2), insbesondere einem geregelten Hochdruckbetrieb, betreibbar ist, wobei das Verfahren (500) folgende Schritte aufweist: 1 . Method (500) for operating a refrigeration system (10) with supercritically operating refrigerant, wherein the refrigeration system (10) can be operated in a first operating mode (BM1), in particular a regulated subcooling operation, or in a second operating mode (BM2), in particular a regulated high-pressure operation is, the method (500) having the following steps:
Festlegen (S501 ) eines unteren Druckgrenzwerts (PGun) und eines oberen Druckgrenzwerts (PGob), derart dass der Betrag der Differenz (DPG) zwischen dem oberen Druckgrenzwert (PGob) und dem unteren Druckgrenzwert (PGun) größer als 1 ist, insbesondere größer als 5, vorzugsweise etwa 10 ist; Setting (S501) a lower pressure limit (PGun) and an upper pressure limit (PGob), such that the magnitude of the difference (DPG) between the upper pressure limit (PGob) and the lower pressure limit (PGun) is greater than 1, in particular greater than 5 , preferably about 10;
Bestimmen oder Erfassen (S502) eines hochdruckseitigen Kältemitteldrucks (Pkm_HD) oder/und einer hochdruckseitigen Kältemitteltemperatur; determining or detecting (S502) a high-pressure side refrigerant pressure (Pkm_HD) and/or a high-pressure side refrigerant temperature;
Vergleichen (S503) des Kältemitteldrucks (Pkm_HD) mit dem unteren Druckgrenzwert (PGun) oder/und dem oberen Druckgrenzwert (PGob); Betreiben der Kälteanlage (10) in dem ersten Betriebsmodus (BM1 ) oder in dem zweiten Betriebsmodus (BM2) in Abhängigkeit von dem Vergleich (S503) des bestimmten oder erfassten Kältemitteldrucks (Pkm_HD) mit dem unteren Druckgrenzwert (PGun) oder/und dem oberen Druckgrenzwert (PGob). Comparing (S503) the refrigerant pressure (Pkm_HD) with the lower pressure limit (PGun) and/or the upper pressure limit (PGob); Operating the refrigeration system (10) in the first operating mode (BM1) or in the second operating mode (BM2) depending on the comparison (S503) of the determined or detected refrigerant pressure (Pkm_HD) with the lower pressure limit (PGun) and/or the upper pressure limit (PGob).
2. Verfahren (500) nach Anspruch 1 , wobei bei einem Kältemitteldruck (Pkm_HD) , der innerhalb der Grenzen von dem unterem Druckgrenzwert (PGun) und dem oberem Druckgrenzwert (PGob) liegt, die Kälteanlage (10) in dem ersten Betriebsmodus (BM1 ) oder dem zweite Betriebsmodus (BM2) betrieben wird. 2. Method (500) according to claim 1, wherein at a refrigerant pressure (Pkm_HD) which is within the limits of the lower pressure limit (PGun) and the upper pressure limit (PGob), the refrigeration system (10) is in the first operating mode (BM1). or the second operating mode (BM2).
3. Verfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei dem Vergleich (S503) ein unterer Vergleichsdruckwert (VPun) bestimmt wird durch die Differenz zwischen dem Kältemitteldruck (Pkm_HD) und dem unteren Druckgrenzwert (PGun). Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Vergleich (S503) ein oberer Vergleichsdruckwert (VPob) bestimmt wird durch die Differenz zwischen dem Kältemitteldruck (Pkm_HD) und dem oberen Druckgrenzwert (PGob). Verfahren (500) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der erste Betriebsmodus (BM1) eingestellt wird, wenn der untere Vergleichsdruckwert (VPun) kleiner als Null ist (S504). Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der zweite Betriebsmodus (BM2) eingestellt wird, wenn der obere Vergleichsdruckwert (VPob) größer als oder gleich Null ist (S505). Verfahren (500) nach Anspruch 5 oder 6, wobei, ausgehend von dem Betrieb im ersten Betriebsmodus (BM1 ), der erste Betriebsmodus (BM1) solange geregelt aufrecht erhalten bleibt bis der obere Vergleichsdruckwert (VPob) größer als oder gleich Null ist (S505). Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei, ausgehend von dem Betrieb im zweiten Betriebsmodus (BM2), der zweite Betriebsmodus (BM2) solange geregelt aufrecht erhalten bleibt bis der untere Vergleichsdruckwert (VPun) kleiner als Null ist (S504). Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einstellen oder/und Beibehalten des ersten Betriebsmodus (BM1) und des zweiten Betriebsmodus (BM2) durch Einstellen von wenigstens einem Expansionsventil (AE1 ) erfolgt, wobei vorzugsweise das Einstellen des Expansionsventils (AE1 ) in Abhängigkeit von dem erfassten Kältemitteldruck (Pkm_HD) erfolgt und mit einer zeitlichen Verzögerung durchgeführt wird. Verfahren (500) nach Anspruch 9, ferner umfassend folgende Schritte: Vergleichen des erfassten Kältemitteldrucks mit einem resultierenden Kältemittelsolldruckes auf Basis der bestimmten oder erfassten Kältemitteltemperatur; 3. Method (500) according to claim 1 or 2, wherein in the comparison (S503) a lower comparison pressure value (VPun) is determined by the Difference between the refrigerant pressure (Pkm_HD) and the lower pressure limit (PGun). Method (500) according to one of the preceding claims, wherein in the comparison (S503) an upper comparison pressure value (VPob) is determined by the difference between the refrigerant pressure (Pkm_HD) and the upper pressure limit value (PGob). Method (500) according to claim 3 or 4, wherein the first operating mode (BM1) is set when the lower comparison pressure value (VPun) is less than zero (S504). Method (500) according to one of claims 3 to 5, wherein the second operating mode (BM2) is set when the upper comparison pressure value (VPob) is greater than or equal to zero (S505). Method (500) according to claim 5 or 6, wherein, starting from the operation in the first operating mode (BM1), the first operating mode (BM1) is maintained in a controlled manner until the upper comparison pressure value (VPob) is greater than or equal to zero (S505) . Method (500) according to one of claims 5 to 7, wherein, starting from the operation in the second operating mode (BM2), the second operating mode (BM2) is maintained in a controlled manner until the lower comparison pressure value (VPun) is less than zero (S504) . Method (500) according to one of the preceding claims, wherein the setting and/or maintaining of the first operating mode (BM1) and the second operating mode (BM2) is carried out by setting at least one expansion valve (AE1), preferably setting the expansion valve (AE1) depending on the recorded refrigerant pressure (Pkm_HD) and is carried out with a time delay. The method (500) of claim 9, further comprising the steps of: comparing the sensed refrigerant pressure with a resulting target refrigerant pressure based on the determined or sensed refrigerant temperature;
Einstellen oder Anfahren eines Kältemittelsolldruckes oder einer Sollunterkühlung über die Querschnittsanpassungen des Expansionsorgans. Kälteanlage (10) für ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage (10) für den Betrieb mit überkritisch arbeitendem Kältemittel eingerichtet ist und wobei die Kälteanlage (10) umfasst: einen Kältemittelverdichter (12), einen ersten Wärmeübertrager (14), insbesondere Gaskühler, einen zweiten Wärmeübertrager (16), insbesondere Verdampfer, ein stromabwärts von dem ersten Wärmeübertrager (14) angeordnete Sensoreinrichtung (pT2) zur Erfassung eines drucks (Pkm_HD) oder/und zur Erfassung einer Kältemitteltemperatur; ein stromaufwärts von dem zweiten Wärmeübertrager (16) angeordnetes, regelbares Expansionsventil (AE1 ); eine Steuereinrichtung (30), die dazu eingerichtet ist die Kälteanlage (10) in einem Verfahren (500) gemäß den vorhergehenden Ansprüchen zu betreiben. Kraftfahrzeug mit verbrennungsmotorischem oder zumindest teilweise elektrischem Antrieb mit einer Kälteanlage (10) gemäß Anspruch 11 . Setting or starting a target refrigerant pressure or a target subcooling via the cross-sectional adjustments of the expansion element. Refrigeration system (10) for a motor vehicle powered by an internal combustion engine or at least partially electrically, wherein the refrigeration system (10) is set up for operation with supercritical refrigerant and wherein the refrigeration system (10) comprises: a refrigerant compressor (12), a first heat exchanger (14) , in particular gas cooler, a second heat exchanger (16), in particular evaporator, a sensor device (pT2) arranged downstream of the first heat exchanger (14) for detecting a pressure (Pkm_HD) and/or for detecting a refrigerant temperature; a controllable expansion valve (AE1) arranged upstream of the second heat exchanger (16); a control device (30) which is set up to operate the refrigeration system (10) in a method (500) according to the preceding claims. Motor vehicle with an internal combustion engine or at least partially electric drive with a refrigeration system (10) according to claim 11.
PCT/EP2023/069163 2022-07-26 2023-07-11 Method for operating a refrigeration system with a supercritically operating refrigerant, refrigeration system, and motor vehicle comprising a refrigeration system WO2024022803A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022118623.7 2022-07-26
DE102022118623.7A DE102022118623A1 (en) 2022-07-26 2022-07-26 Method for operating a refrigeration system with supercritical refrigerant, refrigeration system and motor vehicle with refrigeration system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024022803A1 true WO2024022803A1 (en) 2024-02-01

Family

ID=87312254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/069163 WO2024022803A1 (en) 2022-07-26 2023-07-11 Method for operating a refrigeration system with a supercritically operating refrigerant, refrigeration system, and motor vehicle comprising a refrigeration system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022118623A1 (en)
WO (1) WO2024022803A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018137783A1 (en) 2017-01-30 2018-08-02 Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh Expansion unit for installation in a refrigerant circuit
DE102019119751B3 (en) * 2019-07-22 2020-07-16 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for operating a refrigeration cycle of a motor vehicle and refrigeration cycle
DE102020120687A1 (en) * 2020-08-05 2022-02-10 Audi Aktiengesellschaft Post-heating method for operating a refrigeration system for a motor vehicle, refrigeration system and motor vehicle with such a refrigeration system
DE102020133636A1 (en) * 2020-12-16 2022-06-23 Audi Aktiengesellschaft Motor vehicle with refrigeration system and control device for recalibrating pressure/temperature sensors and method for operating a refrigeration system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19935731A1 (en) 1999-07-29 2001-02-15 Daimler Chrysler Ag Operating method for automobile refrigeration unit has cooling medium mass flow regulated by compressor and cooling medium pressure determined by expansion valve for regulation within safety limits
FR2862573B1 (en) 2003-11-25 2006-01-13 Valeo Climatisation AIR CONDITIONING INSTALLATION OF VEHICLE
JP2008137533A (en) 2006-12-04 2008-06-19 Sanden Corp Vehicular air-conditioner
DE102010024853B4 (en) 2009-06-26 2019-05-16 Denso Corporation Air conditioning for vehicle
DE102017001914A1 (en) 2017-02-27 2018-08-30 Liebherr-Transportation Systems Gmbh & Co. Kg Air conditioning for one vehicle
EP3926256A1 (en) 2018-09-10 2021-12-22 Carrier Corporation Ejector heat pump operation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018137783A1 (en) 2017-01-30 2018-08-02 Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh Expansion unit for installation in a refrigerant circuit
DE102019119751B3 (en) * 2019-07-22 2020-07-16 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for operating a refrigeration cycle of a motor vehicle and refrigeration cycle
DE102020120687A1 (en) * 2020-08-05 2022-02-10 Audi Aktiengesellschaft Post-heating method for operating a refrigeration system for a motor vehicle, refrigeration system and motor vehicle with such a refrigeration system
DE102020133636A1 (en) * 2020-12-16 2022-06-23 Audi Aktiengesellschaft Motor vehicle with refrigeration system and control device for recalibrating pressure/temperature sensors and method for operating a refrigeration system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022118623A1 (en) 2024-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016005782B4 (en) Method for operating a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit
EP0288658B1 (en) Method and device for control of an air conditioning system for vehicles
DE60112866T2 (en) Cooling cycle and control method for it
DE102018209769B4 (en) Method for operating a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit
DE102006051998B4 (en) A method of controlling a refrigeration cycle device and control system for a vehicle
DE3829096C2 (en)
DE10308268A1 (en) air conditioning
DE10357802A1 (en) Vehicle air conditioning
DE60118588T2 (en) VEHICLE AIR CONDITIONING USING AN OVERCRITICAL CIRCULATION
EP1578628B1 (en) Air conditioning system for a vehicle and associated operating method
DE19706663B4 (en) Method for controlling an air conditioning system in a motor vehicle
EP3596412B1 (en) Method for operating a coolant circuit for a vehicle air-conditioning system
DE3816500A1 (en) METHOD FOR REGULATING THE OPERATION OF A REFRIGERANT COMPRESSOR
WO2024022803A1 (en) Method for operating a refrigeration system with a supercritically operating refrigerant, refrigeration system, and motor vehicle comprising a refrigeration system
EP1270292B1 (en) Method for detecting refrigerant loss in a refrigerant circuit and cooling or air conditioning installation
DE102019109379A1 (en) Method for air conditioning a vehicle interior with a large volume and air conditioning system set up for this purpose
EP3330644B1 (en) Refrigeration system and a method for regulating a refrigeration system
DE102005044029B3 (en) Heat pump for heating water for heating purposes comprises a coolant circuit operated in the supercritical region and having a de-super heater, a vaporizer, a compressor and a throttle valve and a control unit
DE102019119751B3 (en) Method for operating a refrigeration cycle of a motor vehicle and refrigeration cycle
DE102015105220B3 (en) Method of performing a knock control
EP1310391B1 (en) Method and apparatus for controlling an air conditioning apparatus with suction pressure control loop
DE102019207637B4 (en) Method for operating a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit
DE102018210477A1 (en) Method for operating a refrigerant circuit of a refrigeration system of a vehicle
EP2052894B1 (en) Air conditioner and method for operating same
DE102004042887B3 (en) Air conditioning system of motor vehicle has temperature sensor which as actual temperature value transmitter is connected on inlet side to safety regulating and control unit to which on outlet side is connected actuating element

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23741648

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1