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EP4072875A1 - Nachheizverfahren zum betreiben einer kälteanlage für ein kraftfahrzeug, kälteanlage und kraftfahrzeug mit einer solchen kälteanlage - Google Patents

Nachheizverfahren zum betreiben einer kälteanlage für ein kraftfahrzeug, kälteanlage und kraftfahrzeug mit einer solchen kälteanlage

Info

Publication number
EP4072875A1
EP4072875A1 EP20785471.2A EP20785471A EP4072875A1 EP 4072875 A1 EP4072875 A1 EP 4072875A1 EP 20785471 A EP20785471 A EP 20785471A EP 4072875 A1 EP4072875 A1 EP 4072875A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
refrigeration system
evaporator
heating
heat exchanger
expansion valve
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP20785471.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Schroeder
Christian Rebinger
Helmut Rottenkolber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
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 EP4072875A1 publication Critical patent/EP4072875A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F25B2700/2116—Temperatures of a condenser
    • F25B2700/21163—Temperatures of a condenser of the refrigerant at the outlet of the condenser
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    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2117—Temperatures of an evaporator
    • F25B2700/21175—Temperatures of an evaporator of the refrigerant at the outlet of the evaporator

Definitions

  • the invention relates to a reheating method (RH II) for operating a Käl testrom with heat pump function for a motor vehicle, a refrigeration system and a motor vehicle with such a refrigeration system.
  • a refrigeration system with a heat pump function usually comprises a refrigerant compressor which can be or is connected to a primary branch and a secondary branch; an external heat exchanger which is arranged in the primary märstrang; an evaporator, which is net angeord in the primary line; a heating register, which is arranged in the secondary line; at least one movable temperature flap, which is arranged in relation to a supply air flow direction before or after the heating register; and at least one shut-off element which is arranged downstream of the heating register in the secondary branch.
  • the air conditioning of a vehicle interior is the one that is cooled and dehumidified by the evaporator Air brought to ei ne desired blow-out temperature by at least partial heating by means of the heating register.
  • the heating register is a heat source in which the heat stored in the refrigerant is transferred to another medium, such as air, water, a water-glycol mixture and the like.
  • the heating register can be designed as a heating condenser or heating gas cooler if (ambient) air flows through it directly as cabin air, which absorbs the emitted heat.
  • the heating register can be performed as a fluid heat exchanger if it is flowed through or around by a fluid other than (ambient) air, such as water, water-glycol mixture or the like, with the heat stored in the refrigerant the fluid is dispensed. In the case of the design as a fluid heat exchanger, a further heat transfer then takes place from the heated fluid to the (ambient) air. In this respect, a fluid heat exchanger indirectly heats (ambient) air as the cabin air flow.
  • At least one temperature flap can be used in the air flow path between the evaporator and the heating register (i.e. upstream of the heating register) that is completely closed (0% open position or closed position) when the air is cooled and not heated into the vehicle interior should.
  • the temperature flap When the temperature flap is fully open (100% open position), essentially all of the air flow from the evaporator is passed over the heating register and heated. If the temperature flap is partially opened, part of the air is passed over the heating register and the other part of the air is passed around the heating register and is not heated, so that a mixture of heated and cooled air is formed downstream of the heating register, which is then sent to the Vehicle interior is fed.
  • the adjustable temperature flap can alternatively also be arranged downstream of the heating register.
  • a post-heating method is therefore proposed for operating a refrigeration system for a motor vehicle, the refrigeration system comprising: a refrigerant compressor which can be or is connected to a primary branch and a secondary branch; an external heat exchanger which is arranged in the primary train; an evaporator which is arranged in the primary line; a heating register, which is arranged in the secondary line; at least one movable temperature flap, which is arranged in front of or after (upstream or downstream) the heating register with respect to a supply air flow direction; at least one shut-off device which is arranged downstream of the heating register in the secondary branch; the post-heating process comprising the following steps:
  • Such a post-heating process can be used in particular when an increasing heating requirement is determined that can no longer be achieved by itself the heat transferred to the refrigerant at the evaporator and via the compressor can be covered.
  • heat can be extracted from the coolant used as a heat source, such as water, water-glycol mixture, (ambient) air. This increases the temperature and the pressure of the refrigerant in the refrigeration system, so that the heating output made possible by the refrigeration system, together with the compressor drive output, increases.
  • a method also enables the reheating mode or reheat mode to be achieved through a compact interconnection of the refrigeration system with a few active components.
  • the ambient temperature can be recorded and the process can be carried out when the ambient temperature is up to 15 ° C, in particular in a range from about 0 ° to 15 °, ie down to a lower ambient temperature that just allows refrigeration system operation allowed. This can ensure that the described interconnection of the refrigeration system with an additionally integrated heat sink is carried out when the operating and ambient conditions are favorable for such a post-heating operation.
  • the at least one further heat sink can be incorporated by opening an expansion valve connected upstream of the heat sink in question.
  • an expansion valve can be opened step by step or incrementally.
  • the post-heating process can include the following steps:
  • the post-heating process can thus be carried out with the temperature flaps essentially kept constant or open by directly influencing the pressure and temperature conditions in the refrigeration circuit. Since the post-heating process described here can be ended when the expansion valve reaches a corresponding position, or operation can be switched to another post-heating process.
  • the target opening position of the temperature flap can be set to a value between 60% to 90%, in particular to a value between 70% and 85%, based on a maximum opening position of 100%.
  • an expansion valve upstream of the evaporator can always be kept in an open position, which can be set or adjusted depending on the required or required cooling capacity (dehumidification requirement), among other things.
  • refrigerant always flows through the evaporator during this post-heating process, regardless of which other heat sink (s) is or are involved.
  • the air to be supplied to a vehicle interior is always dehumidified.
  • an electrical cal heating module can be switched on. This makes it possible to respond to a further increase in heating demand.
  • the maximum opening position should assume a sensible and justifiable value that does not necessarily have to correspond to 100% opening, but can also be less than 100%.
  • a refrigeration system for a motor vehicle is also proposed, with a refrigerant compressor which can be or is connected to a primary line and a secondary line; an external heat exchanger which is arranged in the primary train; an evaporator which is arranged in the primary line; a heating register which is arranged in the secondary line; at least one movable temperature flap which is arranged upstream or downstream of the heating register with respect to a direction of supply air flow; at least one shut-off device, which is arranged downstream of the heating register in the secondary branch;
  • the refrigeration system is set up to be operated in a post-heating operation described above, and in such post-heating operation the refrigerant flows through the following components of the refrigeration system one after the other starting from the refrigerant compressor: heating register in the secondary line, evaporator in the primary line and, in terms of flow, a parallel or in Row to the Ver evaporator arranged heat sink, in particular a chiller working as a water heat pump evaporator and / or the external heat exchanger
  • the external heat exchanger can have a bidirectional flow. Air heat pump operation can be enabled here by means of the refrigeration system. Depending on the implemented system design and line routing, the external heat exchanger can also have a monodirectional flow.
  • a shut-off valve can be arranged between the heating register and the evaporator and an expansion valve can be arranged between the heating register and the external heat exchanger. Both the shut-off valve and the expansion valve represent a respective shut-off device that is used to carry out the reheating process. With such a configuration, the post-heating process can be carried out with the shut-off valve open and the expansion valve closed, so that refrigerant can flow from the heating register directly to the evaporator.
  • a non-return valve can be arranged between the heating register and the evaporator.
  • the check valve is also a shut-off device that is used to carry out the reheating process.
  • Such a check valve enables refrigerant to flow through from the heating register in the direction of the evaporator, with flow through or also back flow in the opposite direction being prevented.
  • the external heat exchanger can have a monodirectional flow. In such a configuration of the refrigeration system, an air heat pump operation can still be represented, but a reheating operation via a series connection of the heating register and the external heat exchanger is not possible because a fluidic connection or line between the heating register and the external heat exchanger is dispensed with. In this respect, such a configuration represents a simplification of a refrigeration system, which can, however, continue to be operated with the post-heating method.
  • the external heat exchanger can have a monodirectional or bidirectional flow, depending on the embodiment of the refrigeration system.
  • the refrigerant always flows through the external heat exchanger in the same direction or in the same way in refrigeration system operation and in air heat pump mode.
  • the external heat exchanger in refrigeration system operation is flowed through by refrigerant in a different or different direction (opposite) than in air heat pump mode.
  • the outer heat exchanger it should also be noted that - similar to the heating register - it can transfer heat to or from the (ambient) air both directly (as a gas condenser or gas cooler) and indirectly (as a fluid heat exchanger) .
  • An expansion valve which is configured to set an intermediate pressure level on the evaporator, can be arranged downstream of the evaporator. This can counteract icing of the evaporator, because the pressure in the evaporator can be set so that icing due to condensing water from the evaporator supply air can be excluded while other low-pressure side system sections can be operated at a lower pressure level.
  • a motor vehicle can be equipped with a refrigeration system described above.
  • the motor vehicle can in particular be an electric vehicle.
  • the efficient operation of the refrigeration system can lead to electricity savings, so that a greater range of the electric vehicle can be achieved as a result.
  • FIG. 1 shows a schematic and simplified circuit diagram of a refrigeration system for a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a flow diagram of an exemplary implementation of the NachMapver process, in particular by means of the refrigeration system described in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic and simplified circuit diagram of an embodiment of a refrigeration system for a motor vehicle for performing the heating process after;
  • Fig. 4 is a schematic and simplified circuit diagram of an embodiment form of a refrigeration system for a motor vehicle for performing the heating process after.
  • a refrigeration system 10 for a motor vehicle is shown schematically and simplified.
  • the refrigeration system 10 comprises a refrigerant circuit 11, which can be operated both in a refrigeration system operation (also called AC operation for short) and in a heat pump mode.
  • the refrigeration system 10 comprises a refrigerant compressor 12, an external heat exchanger 18, an internal heat exchanger 20, an evaporator 22 and an accumulator or refrigerant collector 24.
  • the external heat exchanger 18 can be designed as a condenser or gas cooler.
  • the external heat exchanger 18 in the embodiment shown is bidirectional through flow bar.
  • the evaporator 22 is shown here by way of example as a front evaporator for a vehicle.
  • the evaporator 22 also represents other evaporators that are possible in a vehicle, such as, for example, rear evaporators, which can be arranged fluidically parallel to one another.
  • the refrigeration system 10 thus comprises at least one evaporator 22.
  • a shut-off valve A4 is arranged downstream of the compressor 12.
  • An expansion valve AE2 is provided upstream of the evaporator 22.
  • the section from the compressor 12 to the outer heat exchanger 18, to the inner heat exchanger 20 and to the evaporator 22 is referred to as the primary branch 14.
  • the refrigeration system 10 further comprises a meat register 26 (also referred to as a meat condenser or meat gas cooler).
  • a shut-off valve A3 is arranged upstream of the meat register 26.
  • a shut-off valve A1 is arranged downstream of the meat register 26.
  • an expansion valve AE4 is arranged downstream of the fleece condenser 26.
  • the secondary branch 16 comprises a heating branch 16.1, which extends from the shut-off valve A3 via the heating register 26 to the shut-off valve A1.
  • the secondary branch 16 further comprises a reheating branch or reheat branch 16.2, which can be fluidly connected to the heating register 26 upstream and to the external heat exchanger 18 downstream. Since the secondary branch 16 or the reheat branch 16.2 opens into the primary branch 14 at a branch point Ab2.
  • the refrigeration system 10 comprises a further evaporator or chiller 28.
  • the chiller 28 is provided in parallel to the evaporator 22 in terms of flow.
  • the chiller 28 can be used, for example, to cool an electrical component of the vehicle, but also to implement a water heat pump function using the waste heat from at least one electrical component.
  • An expansion valve AE1 is connected upstream of the chiller 28.
  • the refrigeration system 10 can also have an electrical heating element 30, which is designed, for example, as a high-voltage PTC heating element.
  • the electric heating element 30 serves as an auxiliary heater for a supply air flow L routed into the interior of the vehicle.
  • the electric heating element 30 can be accommodated in an air conditioner 32 together with the heating register 26 and the evaporator 22.
  • the electrical heating element 30 can be arranged downstream of the heating register 26.
  • check valves R1 and R2 can also be seen.
  • some sensors pT1 to pT5 for detecting pressure and / or temperature of the refrigerant are also shown. It should be noted that the number of sensors or their arrangement is shown here only as an example.
  • a refrigeration system 10 can also have fewer or more sensors.
  • combined pressure / temperature sensors pT1 to pT5 are shown as sensors. But it is just as conceivable that separate sensors are used for the measurement of pressure or temperature and, if necessary, are also arranged spatially separated from one another along the refrigerant lines.
  • the refrigeration system 10 can be operated in different modes, which are briefly described below.
  • the high-pressure refrigerant flows from the refrigerant compressor 12 into the external heat exchanger 18 with the shut-off valve A4 open. From there, it flows to the high-pressure section of the internal heat exchanger 20 and the fully open expansion valve AE3.
  • the refrigerant can flow via a branch point Ab1 to the expansion valve AE2 and into the interior evaporator 22 (evaporator section 22.1).
  • the refrigerant can flow into the chiller 28 via a branch point Ab4 and the expansion valve AE1 (chiller section 28.1). From the evaporator 22 and / or the chiller 28, the refrigerant flows on the low-pressure side into the collector 24 and through the low-pressure section of the inner heat exchanger 20 back to the compressor 12.
  • the heating branch 16.1 or the secondary branch 16 is shut off by means of the shut-off valve A3, so that hot refrigerant cannot flow through the heating register 26.
  • the shut-off valve designed as a shut-off valve A5 can be opened so that the refrigerant can flow in the direction of the collector 24 via the shut-off element A5 and the check valve R2 while the shut-off element A2 is closed at the same time.
  • shut-off valve A4 In the heating mode of the refrigerant circuit 11, the shut-off valve A4 is closed and the shut-off valve A3 is opened so that hot refrigerant can flow into the heating branch 16.1.
  • the refrigerant flows through the Denser 12 compressed refrigerant into the heating register 26 via the open shut-off valve A3.
  • heat is given off to a supply air flow L guided into the vehicle interior.
  • the refrigerant then flows through the opened shut-off valve A1 and the branch point Ab1.
  • It is expanded by means of the expansion valve AE1 in the chiller 28 to absorb waste heat from the electrical and / or electronic components arranged in a coolant circuit 28.2.
  • the expansion valves AE3 and AE4 are closed, the shut-off valve A5 is closed and the shut-off valve A2 is open.
  • refrigerant stored in the water heat pump mode can be extracted from a bidirectional branch 14.1 or the primary branch 14 via the shut-off valve A2 and fed to the collector 24 via the check valve R2.
  • the refrigerant compressed by means of the refrigerant compressor 12 flows through the open shut-off valve A3 to give off heat to a supply air stream L in the heating register 26 Expansion valve AE3 relaxed in the outer heat exchanger 18 to absorb heat from the ambient air.
  • the refrigerant then flows via a heat pump return branch 15 to the collector 24 and back to the refrigerant compressor 12.
  • the expansion valves AE1, AE2 and AE4 remain closed, as does the shut-off valve A5.
  • An indirect delta connection can be implemented in that, when the shut-off valve A1 is open, the refrigerant compressed by the refrigerant compressor 12 is expanded into the chiller 28 by means of the expansion valve AE1, while at the same time no mass flow is generated on the coolant side, i.e. in the coolant circuit 28.2, e.g. Fluid used as a coolant, such as water or a water-glycol mixture, remains on the coolant side of the chiller 28 or the chiller 28 is not actively flowed through by coolant.
  • the expansion valves AE2, AE3 and AE4 remain closed with this switching variant.
  • the supply air flow L fed into the vehicle interior is initially cooled by means of the evaporator 22 and thus dehumidified.
  • the supply air flow L can be heated completely or at least partially again by means of the Schuregis age 26.
  • the refrigeration system 10 in particular the air conditioning device 32, has adjustable, in particular controllable and pivotable, temperature flaps 34 between the evaporator 22 and the heating register 26.
  • a left and a right temperature flap 34L and 34R are arranged.
  • the temperature flaps 34L, 34R can be set or pivoted between an open position, which is referred to as the 100% position, and a closed position, which is referred to as the 0% position.
  • the entire supply air flow L flowing through the evaporator 22 is guided over the heating register 26 and heated before it can flow into the passenger compartment of the vehicle.
  • the entire supply air flow L flowing through the evaporator 22 flows in the bypass around the heating register 26 without heating and thus without absorbing heat into the passenger compartment.
  • An operating method 500 that is possible for reheating or reheating operation is explained below by way of example using the flow chart in FIG. 2 and with reference to the refrigeration system 10 shown in FIG. 1 and its components.
  • Such an operating method is usually implemented as a control program in a control device for the refrigeration system or for air conditioning in a vehicle.
  • a post-heating operation is considered, in which the refrigerant flows from the compressor 12 via the opened shut-off valve A3 to the meat register 26 (meat condenser or meat gas cooler).
  • the expansion valve AE4 is closed and the shut-off valve A1 is open, so that the refrigerant can flow into the evaporator 22 via the expansion valve AE2.
  • the chiller 28 is integrated as a further heat sink. Accordingly, the expansion valve AE1 is also in an open position.
  • the expansion valve AE3 is closed. The after-heating operation is thus achieved with an interconnection of the refrigeration system 10 with as few active components as possible.
  • the integration of the chiller 28 can take place via a system-side compulsory requirement based on the existing need for cooling at least one floch voltage component or as a meat requirement requirement to generate additional meat performance at the meat register 26, which is functionally equivalent to a "voluntary" floch voltage component cooling.
  • a transition to post-heating operation takes place at a point in time not specified here, which is referred to here as Reheat II (S502).
  • Reheat II One possible condition that must be met in order to start the after-heating operation (S502) can be, for example measured ambient temperature.
  • the reheating process can be activated in particular when the ambient temperature is up to 15 ° C. is, in particular from about 0 ° C to 15 ° C.
  • the two temperature flaps 34L, 34R in this application are set to a target opening position TKso.
  • TKso can be a specific opening value or, as shown in FIG. 2 at 502a, can be a range from an upper opening limit value TKo to a lower opening limit value TKu.
  • at least one refrigeration system parameter is used to determine whether the heating requirement is constant, increasing or decreasing.
  • a variable or refrigeration system parameter used here as an example is the temperature flap opening TKan requested by a control unit. If a larger temperature flap opening TKan is required, the heating requirement increases. If a smaller temperature flap opening TKan is required, the heating requirement is reduced.
  • a temperature flap opening TKan requested by the system in the reheating method considered here does not necessarily lead to a corresponding adjustment of the actual opening position or actual opening position TKis of the temperature flaps 34L, 34R.
  • step S503 it is checked whether a required temperature flap opening TKan is less than the upper opening limit value TKo and greater than the lower opening limit value TKu. If this is the case, according to step S504 the temperature flaps 34L, 34R can be adjusted in their actual open position TKis, which is indicated by the two arrows in step S504. The refrigeration circuit and / or the peripherals influencing the climatic conditions remain unchanged. If the condition of step S503 is not met, a check is made in S505 to determine whether the requested temperature flap opening is greater than the upper opening limit value TKo. Outside these limits takes place on the part of the refrigeration circuit and / or the change in the The periphery influencing climatic conditions has a change and thus a reaction to the changed requirements and boundary conditions.
  • the requested opening position TKan is less than the lower opening limit value TKu (S506). This means that the heating requirement is falling and that the temperature flaps 34L, 34R should actually be closed further. According to the post-heating method 500 described here, however, the temperature flaps are not closed any further. Rather, it is checked in step S507 whether the expansion valve AE1 connected upstream of the chiller 28 has already been set to a minimum value, in particular is closed. If this is the case, it can be checked in S512 whether the ambient temperature T_U is higher than a predetermined comparison temperature value T_x. Depending on the result of the test in S512, another post-heating mode is selected or the refrigeration system is switched to another post-heating mode, which are designated here with RH I or RH III (S513, S514).
  • the expansion valve AE1 is not set to its minimum value in accordance with S507, it is closed further in accordance with S507. This reduces the volume flow Vs_Vdi to be provided by the compressor. The pressure and temperature of the refrigerant also decrease accordingly (S509).
  • the method is carried out as follows on the basis of steps S503 and S505 already mentioned above. If it is determined in S505 that the requested temperature flap opening TKan is greater than the upper opening limit value TKo, this means that the heating requirement is increasing and that the temperature flaps 34L, 34R would actually have to be opened further. However, according to the method described here, the temperature flaps are not (yet) opened any further. Rather, the expansion valve AE1 is opened in step S515. By opening the expansion valve AE1, the supply of heat from the chiller 28 to the refrigeration circuit is enabled or increased. As a result, according to S516, the volume flow Vs_Vdi to be provided by the compressor 12 increases. The pressure and temperature of the refrigerant also increase accordingly.
  • S517 it is checked whether the high pressure pHD and / or the hot gas temperature tHG present in the refrigeration system 10 has reached a maximum value. If this is not the case, S518 checks whether the requested temperature flap opening TKan is greater than the upper opening limit value TKo. If this is the case, S519 checks whether the expansion valve AE1 has already been set to a maximum possible opening value. If the maximum adjustable opening position of the expansion valve AE1 has not yet been reached, a branch is made again to S515 and the expansion valve AE1 is opened further (step by step or incrementally).
  • steps S515, S516, S517, S518, S519 are run through several times.
  • the heating power or heat output of the electrical heating element 30 is reduced again in accordance with S522. If the electrical heating element 30 is no longer active, which is checked in S523, a branch is made to steps S510 and S511, so that if the heating falls or has fallen, the pressure must be adjusted again by setting, in particular closing the opening position of the expansion valve AE1 ( S508) can be reached. If the condition in S524 is met, the refrigeration system 10 is switched to another operating mode or reheating mode, which is referred to here as an example with DWP-RH (S528). However, it can be assumed that with the maximum set waste heat via the refrigeration circuit and with maximum heating output, set via an electrical auxiliary heater, the system can have reached its heating output limits and is therefore operated to the limit.
  • Reheat I Reheat I
  • a parallel notification can be used to vary the performance of the evaporator.
  • the amount of supply air L supplied to the evaporator 22 can be adjusted in order to influence the heating performance.
  • Fresh air or circulating air or a mixture of fresh air and circulating air can be used as the supplied air.
  • the target temperature of the air after the evaporator can be changed within the limits defined and permitted by the control unit. This change is based in particular on the need for dehumidification.
  • the reheating process shown in Fig. 2 was described using the example of the additional Lich integrated chiller with its upstream expansion valve AE1.
  • the method can also be carried out by means of the external heat exchanger 18 and with the expansion valve AE3 open or adjustable.
  • the external heat exchanger 18 is provided fluidically parallel to the evaporator 22 and operates as an air heat pump evaporator.
  • AE3 could also stand at all points in FIG. 2 where AE1 is mentioned. It is also conceivable that both the chiller 28 and the external heat exchanger 18 are integrated together as heat sinks. Accordingly, the opening positions of AE1 and AE3 would then be checked or adjusted in accordance with the method shown in FIG.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a refrigeration system 110, with which the reheating method Re-heat II described above with reference to FIG. 2 can also be carried out.
  • the refrigeration system 110 according to this embodiment is structurally simplified compared to the refrigeration system shown in FIG. 1. 10. As can be seen from FIG. 3, only one connection to the evaporator 22 or the chiller 28 is provided downstream of the heating register 26.
  • the refrigeration system 110 has no after-heating branch or reheat branch 16.2 (FIG. 1). Correspondingly, the external heat exchanger 18 can no longer be connected in series with the heating register 26.
  • a check valve R3 is arranged between the heating register 26 and the expansion valve AE2 or the expansion valve AE1.
  • the check valve R3 allows refrigerant to flow from the heating register 26 to the evaporator 22 according to the reheating method described above, but prevents refrigerant flow in the opposite direction, i.e. when the refrigeration system is operating in AC mode.
  • an expansion valve AE5 is also shown downstream of the evaporator 22 in dashed presen- tation.
  • Such an expansion valve AE5 can be arranged in all of the embodiments of the refrigeration system 10, 110 (FIGS. 1, 3, 4) shown here instead of the check valve R1 shown.
  • Fig. 4 shows the simplified refrigeration system with a further possible adaptation.
  • a check valve R4 can be provided, which is arranged between the internal heat exchanger 20 and the evaporator 22 or chiller 28.
  • the check valve R4 is flowed through by Käl tesch in AC operation of the refrigeration system 110.
  • the check valve R4 prevents a refrigerant flow from Fleizregister 26 to the floch pressure side of the inner heat exchanger 20.
  • the above-described reheating process (FIG. 2) can also be carried out with this further simplified configuration of the refrigeration system 110.
  • TKso can be set from 60% to 90%, in particular to a value between 70% and 85%, based on the maximum open position of 100%.
  • TKu can be 78% and TKo can be 82%, so that TKso covers a range from 78% to 82%.
  • the post-heating process described in the context of this application can be achieved by integrating further heat sinks, such as, for example, the chiller 28 and / or external heat exchanger 18.
  • further heat sinks such as, for example, the chiller 28 and / or external heat exchanger 18.
  • the possibility of a simplified structure of the refrigeration system 110 can also be considered.
  • the reheating process Reheat II (RH II) presented here is a reheating operation that is based on a reheating process Reheat I (RH I) contained in a parallel application, with an additional evaporator and thus an additional heat sink (here, for example, a chiller) is involved.

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Abstract

Beschrieben wird ein Nachheizverfahren (500) zum Betreiben einer Kälteanlage (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage (10) umfasst: • 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; • einen Heizkondensator (26), der im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; • wenigstens eine bewegliche Temperaturklappe (34L, 34R), die bezogen auf eine Zuluftströmungsrichtung (L) zwischen dem Verdampfer (22) und dem Heizkondensator (26) angeordnet ist; • wenigstens ein Absperrventil (AE4, A1; R3, R4), das stromabwärts des Heizkondensators (26) im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; • wobei das Nachheizverfahren folgende Schritte umfasst: • Einstellen des wenigstens einen Absperrventils (AE4, A1; R3, R4) in eine Position, in der Kältemittel stromabwärts des Heizkondensators (26) in den Verdampfer (22) strömt unter Umgehung des äußeren Wärmeübertragers (18), und • Einbinden von wenigstens einer weiteren, strömungstechnisch parallel oder in Reihe zum Verdampfer (22) angeordneten Wärmesenke, insbesondere eines als Wasserwärmepumpe arbeitenden Chillers (28) oder/und des als Luftwärmepumpenverdampfer arbeitenden äußeren Wärmeübertragers (18). Ferner wird eine Kälteanlage (10) und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage beschrieben.

Description

Nachheizverfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug, Kälteanlage und Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Nachheizverfahren (RH II) zum Betreiben einer Käl teanlage mit Wärmepumpenfunktion für ein Kraftfahrzeug, eine Kälteanlage und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage.
Eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion umfasst üblicherweise einen Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist; einen äußeren Wärmeübertrager, der im Pri märstrang angeordnet ist; einen Verdampfer, der im Primärstrang angeord net ist; ein Heizregister, das im Sekundärstrang angeordnet ist; wenigstens eine bewegliche Temperaturklappe, die bezogen auf eine Zuluftströmungs richtung vor oder nach dem Heizregister angeordnet ist; und wenigstens ein Absperrorgan, das stromabwärts des Heizregisters im Sekundärstrang an geordnet ist.
Eine derartige Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion ist beispielsweise in der DE 10 2018 213 232.1 beschrieben, die zum Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlicht war.
Weitere Hintergrundinformationen zu Kälteanlagen bzw. Wärmepumpen fin den sich beispielsweise in den Druckschriften DE 101 26 257 A1, DE 10 2015010 552 B3 und DE 102015012995 B1.
Bei einem Nachheizverfahren, das im Fachjargon auch als Reheat, Reheat- Betrieb, Reheat-Verfahren bezeichnet wird, wird bei der Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums die durch den Verdampfer gekühlte und entfeuchtete Luft durch wenigstens teilweise Erwärmung mittels des Heizregisters auf ei ne gewünschte Ausblastemperatur gebracht.
Das Heizregister ist dabei eine Wärmequelle, bei der im Kältemittel gespei cherte Wärme an ein anderes Medium, wie Luft, Wasser, Wasser-Glykol- Gemisch und dergleichen abgegeben wird. Das Heizregister kann als Heiz kondensator bzw. Heizgaskühler ausgeführt sein, wenn es direkt von (Um- gebungs-)Luft als Kabinenzuluft durchströmt wird, welche die abgegebene Wärme aufnimmt. Das Heizregister kann als Fluid-Wärmeübertrager ausge führt sein, wenn es von einem anderen Fluid als (Umgebungs-)Luft, wie bei spielsweise Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch oder dergleichen durch- bzw. umströmt wird, wobei die im Kältemittel gespeicherte Wärme an das Fluid abgegeben wird. Bei der Ausgestaltung als Fluid-Wärmeübertrager erfolgt dann ein weiterer Wärmeübergang vom erwärmten Fluid auf die (Umge- bungs-)Luft. Insoweit erfolgt durch einen Fluid-Wärmeübertrager eine indirek te Erwärmung von (Umgebungs-)Luft als Kabinenzuluftstrom.
Dabei kann im Luftströmungsweg zwischen dem Verdampfer und dem Heiz register (also stromaufwärts des Heizregisters) wenigstens eine Temperatur klappe zum Einsatz kommen, die ganz geschlossen (0% Öffnungsstellung bzw. Schließstellung) ist, wenn die Luft gekühlt und nicht erwärmt in den Fahrzeuginnenraum geleitet werden soll. Wenn die Temperaturklappe voll ständig geöffnet ist (100% Öffnungsstellung) wird im Wesentlichen der ge samte vom Verdampfer kommende Luftstrom über das Heizregister geleitet und erwärmt. Bei einer teilweisen Öffnung der Temperaturklappe wird ein Teil der Luft über das Heizregister geleitet und der andere Teil der Luft wird um das Heizregister herum geleitet und nicht erwärmt, so dass sich strom abwärts des Heizregisters eine Mischung aus erwärmter und gekühlter Luft bildet, die dann dem Fahrzeuginnenraum zugeleitet wird. Die verstellbare Temperaturklappe kann alternativ auch stromabwärts des Heizregisters an geordnet sein. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Nachheizverfahren anzugeben, das einen optimierten Betrieb der Kälteanla ge ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nachheizverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 9 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiter bildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird also ein Nachheizverfahren zum Betreiben einer Kälte anlage für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage umfasst: einen Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Se kundärstrang verbindbar oder verbunden ist; einen äußeren Wärmeübertrager, der im Primärstrang angeordnet ist; einen Verdampfer, der im Primärstrang angeordnet ist; ein Heizregister, das im Sekundärstrang angeordnet ist; wenigstens eine bewegliche Temperaturklappe, die bezogen auf eine Zuluftströmungsrichtung vor oder nach (stromaufwärts oder stromabwärts) dem Heizregister angeordnet ist; wenigstens ein Absperrorgan, das stromabwärts des Heizregisters im Sekundärstrang angeordnet ist; wobei das Nachheizverfahren folgende Schritte umfasst:
Einstellen des wenigstens einen Absperrorgans in eine Position, in der Kältemittel stromabwärts des Heizregisters in den Verdampfer strömt unter Umgehung des äußeren Wärmeübertragers, und
Einbinden von wenigstens einerweiteren, strömungstechnisch parallel oder in Reihe zum Verdampfer angeordneten Wärmesenke, insbesondere eines als Wasserwärmepumpenverdampfer arbeitenden Chillers oder/und des als Luftwärmepumpenverdampfer arbeitenden äußeren Wärmeübertra gers.
Ein solches Nachheizverfahren kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn ein steigender Heizbedarf festgestellt wird, der nicht mehr alleine durch die am Verdampfer und über den Verdichter ins Kältemittel übertragene Wärme gedeckt werden kann. Durch das Einbinden von wenigstens einer zusätzlichen Wärmesenke kann dem als Wärmequelle dienenden Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch, (Umgebungs-)Luft, Wärme entzogen werden. Hierdurch werden die Temperatur und der Druck des Kältemittels in der Kälteanlage erhöht, so dass die durch die Kälteanlage ermöglichte Heizleistung, zusammen mit der Verdichterantriebsleistung, steigt. Ferner wird durch ein derartiges Verfahren der Nachheizbetrieb bzw. Reheatmodus durch eine kompakte Verschaltung der Kälteanlage mit weni gen aktiven Komponenten erreicht.
Bei dem Nachheizverfahren kann die Umgebungstemperatur erfasst werden und das Verfahren durchgeführt werden, wenn die Umgebungstemperatur bis zu 15°C beträgt, insbesondere in einem Bereich von etwa 0° bis 15° liegt, d.h. bis hin zu einer unteren Umgebungstemperatur, die gerade noch eine Kälteanlagenbetrieb erlaubt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die beschriebene Verschaltung der Kälteanlage mit zusätzlich eingebundener Wärmesenke dann vorgenommen wird, wenn die Betriebs- und Umgebungs bedingungen günstig für einen solchen Nachheizbetrieb sind.
Das Einbinden der wenigstens einen weiteren Wärmesenke kann durch Öff nen eines der betreffenden Wärmesenke vorgeschalteten Expansionsventils erfolgen. Insbesondere kann ein solches Expansionsventil schrittweise bzw. inkrementeil geöffnet werden.
Das Nachheizverfahren kann die weiteren Schritte umfassen:
Einstellen der Temperaturklappe in einer Soll-Öffnungsstellung;
Beibehalten der Soll-Öffnungsstellung der Temperaturklappe;
Schrittweises Öffnen oder schrittweises Schließen des Expansionsventils in Abhängigkeit von dem Heizbedarf, der anhand eines Kälteanlagenparame ters ermittelt wird, bis sich hochdruckseitig an dem Heizkondensator ein vor bestimmtes Druckniveau einstellt oder/und bis das Expansionsventil eine maximale oder minimale Öffnungsstellung erreicht hat. Das hier vorgestellte Nachheizverfahren Reheat II (RH II) kann direkt auf der Funktionalität des in einer parallelen Anmeldung enthaltenen Nachheizver fahrens Reheat I (RH I) aufbauen. Dabei können alle Funktionalitäten des Nachheizverfahrens Reheat I (RH I) übernommen werden und durch Einbin den mindestens eines weiteren Verdampfers die Heizleistung des System angehoben werden.
Das Nachheizverfahren kann somit bei im Wesentlich konstant gehaltenen bzw. geöffneten Temperaturklappen durch direkte Einflussnahme auf die Druck- und Temperaturverhältnisse im Kältekreis durchgeführt werden. Da bei kann das hier beschriebene Nachheizverfahren beim Erreichen einer entsprechenden Stellung des Expansionsventils beendet werden bzw. der Betrieb kann auf ein anderes Nachheizverfahren umgeschaltet werden.
Bei dem Nachheizverfahren können mehrere Wärmesenken in Kombination eingebunden werden, wobei die jeweiligen Expansionsventile der betreffen den Wärmesenken geöffnet oder geschlossen werden.
Die Soll-Öffnungsposition der Temperaturklappe kann auf einen Wert zwi schen 60% bis 90% eingestellt werden, insbesondere auf einen Wert zwi schen 70% und 85%, bezogen auf eine maximale Öffnungsstellung von 100%.
Bei dem Nachheizverfahren kann ein dem Verdampfer vorgeschaltetes Ex pansionsventil immer in einer geöffneten Stellung gehalten werden, die u.a. in Abhängigkeit von der bereitzustellenden bzw. angeforderten Kälteleistung (Entfeuchtungsbedarf) einstellbar ist bzw. eingestellt wird. Mit anderen Wor ten wird der Verdampfer bei diesem Nachheizverfahren immer von Kältemit tel durchströmt, unabhängig davon, welche weitere Wärmesenke(n) einge bunden ist bzw. sind. Hierdurch wird die einem Fahrzeuginnenraum zuzufüh rende Luft immer entfeuchtet.
Nach dem Erreichen einer maximalen Öffnungsstellung des Expansionsven tils der betreffenden (Zusatz-) Wärmesenke (Verdampfer) kann ein elektri- sches Heizmodul zugeschaltet werden. Hierdurch kann auf einen weiter stei genden Heizbedarf reagiert werden. Dabei soll die maximale Öffnungsstel lung einen sinnvollen und vertretbaren Wert annehmen, der nicht zwingend einer 100% Öffnung entsprechen muss, sondern auch kleiner als 100% sein kann.
Vorgeschlagen wird auch eine Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist; einem äußeren Wärmeübertrager, der im Primärstrang angeordnet ist; einem Verdampfer, der im Primärstrang angeordnet ist; einem Heizregister, das im Sekundärstrang angeordnet ist; wenigstens einer beweglichen Temperaturklappe, die bezogen auf eine Zuluftströmungsrichtung vor oder nach dem Heizregister angeordnet ist; wenigstens einem Absperrorgan, das stromabwärts des Heizregisters im Sekundärstrang angeordnet ist; wobei die Kälteanlage dazu eingerichtet ist in einem oben beschriebe nen Nachheizbetrieb betrieben zu werden, und wobei in einem solchen Nachheizbetrieb das Kältemittel ausgehend vom Kältemittelverdichter nacheinander die folgenden Komponenten der Käl teanlage durchströmt: Heizregister im Sekundärstrang, Verdampfer im Pri märstrang und strömungstechnisch eine parallel oder in Reihe zum Ver dampfer angeordnete Wärmesenke, insbesondere einen als Wasserwärme pumpenverdampfer arbeitenden Chiller oder/und den als Luftwärmepumpen verdampfer arbeitenden äußeren Wärmeübertrager.
Der äußere Wärmeübertrager kann bidirektional durchströmbar sein. Hier durch kann mittels der Kälteanlage ein Luftwärmepumpenbetrieb ermöglicht werden. Je nach umgesetzter Systemgestaltung und Leitungsrouting kann der äußere Wärmeübertrager auch monodirektional durchströmbar sein.
Zwischen dem Heizregister und dem Verdampfer kann ein Absperrventil an geordnet sein und zwischen dem Heizkregister und dem äußeren Wärme übertrager kann ein Expansionsventil angeordnet sein. Sowohl das Absperr- ventil, als auch das Expansionsventil stellen ein jeweiliges Absperrorgan dar, das für das Durchführen des Nachheizverfahrens eingesetzt wird. Bei einer solchen Konfiguration kann das Nachheizverfahren mit geöffnetem Absperr ventil und geschlossenem Expansionsventil durchgeführt werden, so dass Kältemittel vom Heizregister direkt zum Verdampfer strömen kann.
Alternativ kann zwischen dem Heizregister und dem Verdampfer ein Rück schlagventil angeordnet sein. Auch das Rückschlagventil stellt ein Absperr organ dar, das für das Durchführen des Nachheizverfahrens eingesetzt wird. Ein solches Rückschlagventil ermöglicht das Durchströmen von Kältemittel vom Heizregister in Richtung des Verdampfers, wobei ein Durchströmen o- der auch Rückströmen in der Gegenrichtung verhindert ist. Weiter kann der äußere Wärmeübertrager monodirektional durchströmbar sein. Bei einer derartigen Konfiguration der Kälteanlage ist ein Luftwärmepumpenbetrieb weiterhin darstellbar, jedoch ist ein Nachheizbetrieb über eine Reihenschal tung von Heizregister und dem äußeren Wärmeübertrager nicht möglich, weil auf eine strömungstechnische Verbindung bzw. Leitung zwischen dem Heiz register und dem äußeren Wärmeübertrager verzichtet wird. Insofern stellt eine derartige Konfiguration eine Vereinfachung einer Kälteanlage dar, die aber weiterhin mit dem Nachheizverfahren betrieben werden kann.
Wie oben ausgeführt kann der äußere Wärmeübertrager monodirektional oder bidirektional durchströmbar sein, je nach Ausführungsform der Kältean lage. Bei einer monodirektionalen Variante wird im Kälteanlagenbetrieb und im Luftwärmepumpenmodus der äußere Wärmeübertrager vom Kältemittel stets in derselben Richtung bzw. in derselben Weise durchströmt. Bei einer bidirektionalen Variante wird der äußere Wärmeübertrager im Kälteanlagen betrieb vom Kältemittel in anderer bzw. unterschiedlicher Richtung (entge gengesetzt) durchströmt als im Luftwärmepumpenmodus. Bezüglich des äu ßeren Wärmeübertragers ist noch anzumerken, dass er - ähnlich zum Heiz register - sowohl direkt (als Gaskondensator bzw. Gaskühler) als auch indi rekt (als Fluid-Wärmeübertrager) Wärme an die (Umgebungs-)Luft abgeben oder aus dieser aufnehmen kann. Stromabwärts des Verdampfers kann ein Expansionsventil angeordnet sein, das dazu eingerichtet ist, am Verdampfer ein Zwischendruckniveau einzu stellen. Hierdurch kann einem Vereisen des Verdampfers entgegengewirkt werden, weil der Druck im Verdampfer so eingestellt werden kann, dass ein Vereisen durch auskondensierendes Wasser aus dem Verdampferzuluft strom ausgeschlossen werden kann während weitere niederdruckseitige Systemabschnitte auf einem niedrigeren Druckniveau betrieben werden kön nen.
Ein Kraftfahrzeug kann mit einer oben beschriebenen Kälteanlage ausgestat tet sein. Dabei kann es sich bei dem Kraftfahrzeug insbesondere um ein Elektrofahrzeug handeln. Bei einem Elektrofahrzeug kann der effiziente Be trieb der Kälteanlage zu Stromeinsparungen führen, so dass hierdurch eine größere Reichweite 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 Nachheizver fahrens, insbesondere mittels der in Fig. 1 beschriebenen Kälteanlage;
Fig. 3 ein schematisches und vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungs form einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des Nach heizverfahrens;
Fig. 4 ein schematisches und vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungs form einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des Nach heizverfahrens. 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 betrieben werden kann. Die Kälteanlage 10 umfasst in der gezeigten Ausführungsform einen Kältemittelverdichter 12, einen äußeren Wärmeübertrager 18, einen inneren Wärmeübertrager 20, einen Verdampfer 22 und einen Akkumulator bzw. Kältemittelsammler 24. Der äußere Wärmeübertrager 18 kann als Kon densator oder Gaskühler ausgebildet sein. Insbesondere ist der äußere Wärmeübertrager 18 in der dargestellten Ausführungsform bidirektional durchström bar.
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. Stromaufwärts des Verdampfers 22 ist ein Expansionsventil AE2 vorgese hen.
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 ein Fleizregister 26 (auch als Fleizkonden- sator oder Fleizgaskühler bezeichnet). Stromaufwärts des Fleizregisters 26 ist ein Absperrventil A3 angeordnet. Stromabwärts des Fleizregisters 26 ist ein Absperrventil A1 angeordnet. Ferner ist stromabwärts des Fleizkondensa- tors 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 Verdampfer bzw. Chiller 28. Der Chiller 28 ist strömungstechnisch parallel zum Verdampfer 22 vorgesehen. Der Chiller 28 kann beispielsweise zur Kühlung einer elektrischen Kompo nente 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 Expansions ventil 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 hingewiesen, dass die Anzahl der Sensoren bzw. deren Anordnung hier nur beispielhaft gezeigt ist. Eine Kälteanlage 10 kann auch weniger oder mehr Sensoren aufweisen. Im gezeigten Beispiel sind als Sensoren kombinierte Druck- /Temperatursensoren pT1 bis pT5 gezeigt. Es ist aber genauso denkbar, dass voneinander getrennte Sensoren für die Messung von Druck bzw. Temperatur eingesetzt werden und ggf. auch räumlich voneinander getrennt entlang den Kältemittelleitungen angeordnet sind.
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 Absperrventil A4 in den äußeren Wärmeübertrager 18. Von dort strömt es zu dem Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 und dem voll ständig geöffneten Expansionsventil AE3. Über einen Abzweigpunkt Ab1 kann das Kältemittel zum Expansionsventil AE2 und in den Innenraum- Verdampfer 22 strömen (Verdampferabschnitt 22.1). Parallel oder alternativ kann das Kältemittel über einen Abzweigpunkt Ab4 und das Expansionsventil AE1 in den Chiller 28 strömen (Chillerabschnitt 28.1). Aus dem Verdampfer 22 oder/und dem Chiller 28 strömt das Kältemittel niederdruckseitig in den Sammler 24 und durch den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeüber tragers 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 wird das Absperrventil A4 ge schlossen und das Absperrventil A3 geöffnet, so dass heißes Kältemittel 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.
Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des äußeren Wärmeübertragers 18 als Wärmepumpenverdampfer strömt das mittels des Kältemittelverdich ters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 zur Ab gabe von Wärme an einen Zuluftstrom L in das Heizregister 26. Anschlie ßend wird es über das geöffnete Absperrventil A1 mittels des Expansions ventils AE3 in den äußeren Wärmeübertrager 18 zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt. Danach strömt das Kältemittel über einen Wärmepumpenrückführzweig 15 zum Sammler 24 und zurück zum Kältemit telverdichter 12. Die Expansionsventile AE1, AE2 und AE4 bleiben dabei, ebenso wie das Absperrventil A5, geschlossen.
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. Bei einem Nachheiz- bzw. Reheat-Betrieb wird der in den Fahrzeuginnen raum zugeführte Zuluftstrom L mittels des Verdampfers 22 zunächst gekühlt und damit entfeuchtet. Mit der auf das Kältemittel durch Verdampfung und Entfeuchtung übertragenen Wärme sowie der dem Kältemittel über den Ver dichter 12 zugeführten Wärme kann der Zuluftstrom L mittels des Heizregis ters 26 vollständig oder zumindest teilweise wieder erwärmt werden.
Hierzu weist die Kälteanlage 10, insbesondere das Klimagerät 32, zwischen dem Verdampfer 22 und dem Heizregister 26 einstellbare, insbesondere steuerbare und schwenkbare, Temperaturklappen 34 auf. Im dargestellten Beispiel sind eine linke und eine rechte Temperaturklappe 34L und 34R (in Figur 1 schematisch dargestellt) angeordnet. Die Temperaturklappen 34L, 34R können zwischen einer Offenposition, die als 100%-Position bezeichnet wird, und einer Schließposition, die als 0%-Position bezeichnet wird, einge stellt bzw. verschwenkt werden. Alternativ ist es auch möglich, die Tempera turklappen 34R, 34L dem Heizregister 26 nachzuschalten.
In der 100%-Position wird der gesamte den Verdampfer 22 durchströmende Zuluftstrom L über das Heizregister 26 geführt und erwärmt, bevor dieser in den Fahrgastraum des Fahrzeugs strömen kann. In der 0%-Position strömt der gesamte den Verdampfer 22 durchströmende Zuluftstrom L im Bypass um das Heizregister 26 ohne Erwärmung und damit ohne Wärmeaufnahme in den Fahrgastraum.
In einer x-Position der Temperaturklappen 34L und 34R mit 0 % < x < 100 % sind diese Temperaturklappen nur teilweise geöffnet, so dass jeweils nur ein Teilluftstrom des den Verdampfer 22 durchströmenden Zuluftstroms L über das Heizregister 26 geführt wird. Dieser erwärmte Teilluftstrom kann an schließend dem verbleibenden, gekühlten und entfeuchteten Teilluftstrom beigemischt werden. Der in dieser Weise erwärmte Zuluftstrom L wird dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführt. Beispielhaft zeigt eine 50 %- Position an, dass die Temperaturklappen 34R und 34L nur halb, also 50 % geöffnet sind. Ein Nachheiz- bzw. Reheat-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 11 bzw. der Käl teanlage 10 wird in Abhängigkeit der Wärmebilanz auf unterschiedliche Wei se durchgeführt.
Nachfolgend wird ein für den Nachheiz- bzw. Reheatbetrieb mögliches Be triebsverfahren 500 anhand des Ablaufschemas der Fig. 2 und unter Bezug nahme auf die in Fig. 1 dargestellte Kälteanlage 10 und ihrer Komponenten beispielhaft erläutert. Ein solches Betriebsverfahren ist üblicherweise in ei nem Steuergerät für die Kälteanlage bzw. für die Klimatisierung in einem Fahrzeug als Steuerprogramm umgesetzt.
Betrachtet wird ein Nachheizbetrieb, bei dem das Kältemittel ausgehend von dem Verdichter 12 über das geöffnete Absperrventil A3 zum Fleizregister 26 (Fleizkondensator bzw. Fleizgaskühluer) strömt. Das Expansionsventil AE4 ist geschlossen und das Absperrventil A1 ist geöffnet, so dass das Kältemit tel über das Expansionsventil AE2 in den Verdampfer 22 strömen kann. Strömungstechnisch ist als weitere Wärmesenke der Chiller 28 eingebunden. Entsprechend ist auch das Expansionsventil AE1 in einer geöffneten Stel lung. Für die weitere Betrachtung wird davon ausgegangen, dass das Ex pansionsventil AE3 geschlossen ist. Der Nachheizbetrieb wird also mit einer Verschaltung der Kälteanlage 10 mit möglichst wenig aktiven Komponenten erreicht.
Die Einbindung des Chillers 28 kann über eine systemseitige Zwangsanfor derung erfolgen aufgrund des bestehenden Bedarfs der Kühlung mindestens einer Flochvoltkom ponente oder als Fleizbedarfsanforderung zur Generie rung zusätzlicher Fleizleistung am Fleizregister 26, was funktional mit einer „freiwilligen“ Flochvoltkomponentenkühlung gleichzusetzen ist.
Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Nachheizverfahren 500 erfolgt im Betrieb nach dem Start (S501) der Kälteanlage 10 zu einem hier nicht näher be- zeichneten Zeitpunkt ein Übergang in einen Nachheizbetrieb, der hier mit Reheat II (S502) bezeichnet ist. Eine mögliche Bedingung, die erfüllt sein muss, um den Nachheizbetrieb (S502) zu starten, kann beispielsweise die gemessene Umgebungstemperatur sein. Das Nachheizverfahren kann ins besondere aktiviert werden, wenn die Umgebungstemperatur bis zu 15°C. beträgt, insbesondere von etwa 0°C bis 15°C beträgt.
Bei dem Nachheizverfahren 500 werden die in diesem Anwendungsfall zwei Temperaturklappen 34L, 34R in eine Soll-Öffnungsstellung TKso eingestellt. TKso kann ein bestimmter Öffnungswert sein oder kann, wie dies in der Fig. 2 bei 502a gezeigt ist, ein Bereich sein von einem oberen Öffnungsgrenzwert TKo zu einem unteren Öffnungsgrenzwert TKu. Beim Betrieb der Kälteanla ge 10 wird über wenigstens einen Kälteanlagenparameter bestimmt, ob der Heizbedarf gleichbleibend, steigend oder sinkend ist. Eine hier beispielhaft verwendete Größe bzw. Kälteanlagenparameter ist die seitens einer Steuer einheit angeforderte Temperaturklappenöffnung TKan. Wird eine größere Temperaturklappenöffnung TKan gefordert, ist der Heizbedarf steigend. Wird eine kleinere Temperaturklappenöffnung TKan gefordert, ist der Heizbedarf sinkend. Für die nachfolgende Beschreibung wird darauf hingewiesen, dass eine systemseitig angeforderte Temperaturklappenöffnung TKan in dem hier betrachteten Nachheizverfahren nicht zwingend zu einer entsprechenden Anpassung der tatsächlichen Öffnungsstellung bzw. Ist-Öffnungsstellung TKis der Temperaturklappen 34L, 34R führt.
Wie bereits erwähnt, wird davon ausgegangen, dass sich die Temperatur klappen in einer tatsächlichen Öffnungsstellung TKis befinden, die im Be reich von TKo bis TKu liegt. Gemäß Schritt S503 wird überprüft, ob eine an geforderte Temperaturklappenöffnung TKan kleiner als der obere Öffnungs grenzwert TKo und größer als der untere Öffnungsgrenzwert TKu ist. Ist dies der Fall, können gemäß Schritt S504 die Temperaturklappen 34L, 34R in ihrer tatsächlichen Öffnungsstellung TKis angepasst werden, was durch die beiden Pfeile in Schritt S504 angedeutet ist. Der Kältekreis und/oder die für die Veränderung der die klimatischen Bedingungen beeinflussenden Peri pherie bleiben unverändert, Wird die Bedingung des Schritts S503 nicht er füllt, wird in S505 geprüft, ob die angeforderte Temperaturklappenöffnung größer als der obere Öffnungsgrenzwert TKo ist. Außerhalb dieser Grenzen erfolgt seitens des Kältekreises und/oder der für die Veränderung der die klimatischen Bedingungen beeinflussenden Peripherie eine Veränderung und damit Reaktion auf die veränderten Anforderungen und Randbedingun gen.
Ist dies nicht der Fall, ist die angeforderte Öffnungsstellung TKan kleiner als der untere Öffnungsgrenzwert TKu (S506). Das bedeutet, dass der Heizbe darf sinkend ist und dass die Temperaturklappen 34L, 34R eigentlich weiter geschlossen werden müssten. Gemäß dem hier beschriebenen Nachheiz- Verfahren 500 erfolgt aber kein weiteres Schließen der Temperaturklappen. Vielmehr wird in Schritt S507 überprüft ob das dem Chiller 28 vorgeschaltete Expansionsventil AE1 bereits auf einen minimalen Wert eingestellt ist, insbe sondere geschlossen ist. Ist dies der Fall, kann in S512 überprüft werden, ob die Umgebungstemperatur T_U höher liegt als ein vorbestimmter Vergleichs temperaturwert T_x. Je nach Ergebnis der Prüfung in S512 wird ein anderer Nachheizbetrieb ausgewählt bzw. die Kälteanlage in einen anderen Nach heizbetrieb umgeschaltet, die hier mit RH I bzw. RH III bezeichnet sind (S513, S514).
Ist das Expansionsventil AE1 gemäß S507 nicht auf seinen minimalen Wert eingestellt, wird es gemäß S507 weiter geschlossen. Hierdurch verringert sich der vom Verdichter bereitzustellende Volumenstrom Vs_Vdi. Entspre chend sinken auch Druck und Temperatur des Kältemittels (S509).
Ist die minimal einstellbare Stellung des Expansionsventils noch nicht er reicht, und ist der Heizbedarf weiterhin sinkend, was durch das Abprüfen der Bedingungen in S510 und S511 festgestellt wird, erfolgt ein weiteres Schlie ßen des Expansionsventils gemäß S508. Solange der Heizbedarf sinkend ist, werden die Schritte S 506, S507, S508, S509, S510, S511 mehrfach durchlaufen.
In S510 erfolgt eine Überprüfung, ob die angeforderte Temperaturklappen öffnung TKan größer ist als der obere Öffnungsgrenzwert TKo. Ist dies nicht der Fall, wird in S511 geprüft, ob die angeforderte Temperaturklappenöff nung im Sollbereich, also zwischen TKo und TKu liegt. Ist dies der Fall, wird davon ausgegangen, dass die eingestellte Stellung des Expansionsventils AE1 passend ist und im Wesentlichen beibehalten werden kann (S526). Hierdurch wird gemäß S527 der Druck pHD und auch die Heißgastemperatur tHG im Wesentlichen konstant gehalten.
Bei einem steigenden Heizbedarf wird das Verfahren ausgehend von dem bereits oben erwähnten Schritten S503 und S505 wie folgt durchgeführt. Wird in S505 festgestellt, dass die angeforderte Temperaturklappenöffnung TKan größer ist als der obere Öffnungsgrenzwert TKo, bedeutet dies, dass der Heizbedarf steigend ist und dass die Temperaturklappen 34L, 34R ei gentlich weiter geöffnet werden müssten. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren erfolgt aber (noch) kein weiteres Öffnen der Temperaturklappen. Vielmehr wird in Schritt S515 das Expansionsventil AE1 geöffnet. Durch das Öffnen des Expansionsventils AE1 wird die Wärmezufuhr vom Chiller 28 in den Kältekreis ermöglicht bzw. gesteigert. Hierdurch steigt gemäß S516 der vom Verdichter 12 bereitzustellende Volumenstrom Vs_Vdi. Entsprechend steigen auch Druck und Temperatur des Kältemittels.
In S517 wird überprüft, ob der in der Kälteanlage 10 anliegende Hochdruck pHD und/oder die Heißgastemperatur tHG einen Maximalwert erreicht hat. Ist dies nicht der Fall, erfolgt in S518 die Überprüfung, ob die angeforderte Temperaturklappenöffnung TKan größer ist als der obere Öffnungsgrenzwert TKo. Ist dies der Fall, wird in S519 geprüft, ob das Expansionsventil AE1 be reits auf einen maximal möglichen Öffnungswert eingestellt ist. Ist die maxi mal einstellbare Öffnungsstellung des Expansionsventils AE1 noch nicht er reicht, wird erneut zu S515 verzweigt und das Expansionsventil AE1 weiter (schrittweise bzw. inkrementeil) geöffnet.
Solange der Heizbedarf steigend ist, werden die Schritte S515, S516, S517, S518, S519 mehrfach durchlaufen.
Wird in S517 festgestellt, dass ein maximaler Druck pHD oder/und eine ma ximale Heißgastemperatur tHG erreicht wird und damit eine weitere Leis tungsanhebung über den Kältekreis ausgeschlossen ist, erfolgt eine Ver- zweigung auf S524. In S524 wird geprüft, ob das elektrische Heizelement 30 schon mit voller Leistung in Betrieb ist. Ist dies nicht der Fall, erfolgt in S525 ein Einschalten des elektrischen Heizelements 30 bzw. ein Erhöhen von dessen Leistung bzw. Wärmeabgabe an den Kabinenzuluftstrom. Liegt ge mäß S521 die angeforderte Temperaturklappenöffnung TKan weiterhin oberhalb des oberen Öffnungsgrenzwerts TKo wird die Heizleistung bzw. Wärmeabgabe des elektrischen Heizelements 30 weiter vergrößert (S525). Sollte die Bedingung in S521 aufgrund von sinkendem Heizbedarf nicht mehr erfüllt sein, wird die Heizleistung bzw. Wärmeabgabe des elektrischen Heiz elements 30 gemäß S522 wieder reduziert. Ist das elektrische Heizelement 30 nicht mehr aktiv, was in S523 überprüft wird, erfolgt eine Verzweigung auf die Schritte S510 und S511 , so dass bei sinkendem bzw. gesunkenem Heiz bedarf eine Anpassung des Drucks wieder durch Einstellen, insbesondere Schließen der Öffnungsstellung des Expansionsventils AE1 (S508) erreicht werden kann. Ist die Bedingung in S524 erfüllt, wird in einen anderen Be triebsmodus bzw. Nachheizbetrieb der Kälteanlage 10 umgeschaltet, der hier rein bespielhaft mit DWP-RH bezeichnet ist (S528). Jedoch kann davon aus gegangen werden, dass mit maximal eingestellter Abwärme über den Kälte kreis und mit maximaler Heizleistung, eingestellt über einen elektrischen Zu heizer, das System seine Heizleistungsgrenzen erreicht haben kann und somit auf Anschlag betrieben wird.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen zur Durchführung des Nachheizverfahrens können die Methoden aus dem in einer parallelen An meldung enthaltenen Nachheizverfahren Reheat I (RH I) zur Leistungsvaria tion am Verdampfer herangezogen werden. Insbesondere kann die Menge der zum Verdampfer 22 zugeführten Zuluft L eingestellt werden, um die Heiz leistung zu beeinflussen. Dabei kann als zugeführte Zuluft Frischluft oder Umluft oder eine Mischung aus Frischluft und Umluft eingesetzt werden. Al ternativ kann die Solltemperatur der Luft nach Verdampfer in den durch das Steuergerät definierten und zulässigen Grenzen, verändert werden. Diese Veränderung orientiert sich insbesondere am Entfeuchtungsbedarf. Das in Fig. 2 dargestellte Nachheizverfahren wurde am Beispiel des zusätz lich eingebundenen Chillers mit seinem vorgeschalteten Expansionsventil AE1 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren auch mit tels des äußeren Wärmeübertragers 18 und mit geöffnetem bzw. einstellba rem Expansionsventil AE3 durchgeführt werden kann. In diesem Fall ist der äußere Wärmeübertrager 18 strömungstechnisch parallel zum Verdampfer 22 vorgesehen und arbeitet als Luftwärmepumpenverdampfer. Entsprechend könnte an allen Stellen in Fig. 2, an denen AE1 erwähnt ist, auch AE3 ste hen. Ebenso ist es denkbar, dass sowohl der Chiller 28, als auch der äußere Wärmeübertrager 18 gemeinsam als Wärmesenken eingebunden sind. Ent sprechend würde dann gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren jeweils die Öffnungsstellungen von AE1 und AE3 überprüft bzw. eingestellt.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Kälteanlage 110, mit welcher das oben unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschriebene Nachheizverfahren Re- heat II ebenfalls durchgeführt werden kann. Die Kälteanlage 110 gemäß die ser Ausführungsform ist strukturell vereinfacht verglichen mit der in Fig. 1 dargestellten Kälteanlage. 10. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist stromabwärts des Heizregisters 26 nur noch eine Verbindung zum Verdampfer 22 bzw. dem Chiller 28 vorgesehen. Die Kälteanlage 110 weist keinen Nachheiz zweig bzw. Reheat-Zweig 16.2 (Fig. 1 ) mehr auf. Entsprechend kann auch der äußere Wärmeübertrager 18 nicht mehr in Reihe zum Heizregister 26 geschaltet werden.
Um das oben beschriebene Nachheizverfahren auch mit der vereinfachten Kälteanlage 110 durchführen zu können, ist zwischen dem Heizregister 26 und dem Expansionsventil AE2 bzw. dem Expansionsventil AE1 ein Rück schlagventil R3 angeordnet. Das Rückschlagventil R3 ermöglicht das Durch strömen von Kältemittel vom Heizregister 26 zum Verdampfer 22 gemäß dem oben beschriebenen Nachheizverfahren, verhindert aber einen Kältemit telfluss in umgekehrter Richtung, also wenn die Kälteanlage im AC-Betrieb arbeitet. In Fig. 3 ist ferner stromabwärts des Verdampfers 22 in gestrichelter Darstel lung ein Expansionsventil AE5 gezeigt. Ein solches Expansionsventil AE5 kann in allen hier gezeigten Ausführungsformen der Kälteanlage 10, 110 (Fig. 1, 3, 4) anstatt des gezeigten Rückschlagventils R1 angeordnet werden. Durch die Anordnung des Expansionsventils AE5 stromabwärts des Ver dampfers 22 kann am Verdampfer 22 ein Zwischendruckniveau erzielt wer den, das oberhalb der Vereisungsgrenze liegt. Jede weitere Wärmesenke, die eingebunden wird, kann auf niedrigem Niederdruckniveau betrieben wer den.
Fig. 4 zeigt die vereinfachte Kälteanlage mit einer weiteren möglichen An passung. Anstelle des in Fig. 3 noch vorhandenen Expansionsventils AE3 kann ein Rückschlagventil R4 vorgesehen sein, das zwischen dem inneren Wärmeübertrager 20 und dem Verdampfer 22 bzw. Chiller 28 angeordnet ist. Das Rückschlagventil R4 wird im AC-Betrieb der Kälteanlage 110 von Käl temittel durchströmt. In einem Fleizbetrieb verhindert das Rückschlagventil R4 einen Kältemittelstrom vom Fleizregister 26 zur Flochdruckseite des inne ren Wärmeübertragers 20. Auch mit dieser weiter vereinfachten Konfigurati on der Kälteanlage 110 kann das oben beschriebene Nachheizverfahren (Fig. 2) durchgeführt werden.
In Bezug auf die angepasste Struktur der Kälteanlage 110 gemäß Fig. 3 und 4 wird noch darauf hingewiesen, dass mit einer solchen Konfiguration ein in den Schritten S513 und S525 illustriertes Umschalten auf ein anderes Nach heizverfahren RH III nicht möglich ist, sondern systemseitige Anpassungen SYS vorgenommen werden müssen.
Das oben unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschriebene Nachheizverfahren kann beispielsweise mit folgenden Werten durchgeführt werden. TKso kann von 60% bis 90% eingestellt sein, insbesondere auf einen Wert zwischen 70% und 85%, bezogen auf die maximale Öffnungsstellung von 100%. Bei spielsweise kann TKu 78% sein und TKo kann 82%, so dass TKso einen Bereich von 78% bis 82% abdeckt. Die Auswahl von passenden Öffnungs grenzwerten TKu und TKo kann insbesondere in Abhängigkeit von Eigen- schäften der eingesetzten Kälteanlage gewählt werden, wobei der Bereich von TKu bis TKo eher eng gewählt werden sollte, insbesondere so, dass der Quotient TKu/TKo größer oder gleich 0,8 beträgt. Für das obige Beispiel mit TKu = 78% und TKo =82% berechnet sich der Quotient auf 0,95.
Das im Rahmen dieser Anmeldung beschriebene Nachheizverfahren kann durch Einbinden von weiteren Wärmesenken, wie beispielsweise dem Chiller 28 oder/und äußerem Wärmeübertrager 18 erreicht werden. Dabei kann auch die Möglichkeit einer vereinfachten Struktur der Kälteanalage 110 in Betracht gezogen werden.
Zusammengefasst ist das hier vorgestellte Nachheizverfahren Reheat II (RH II) ein Nachheizbetrieb, der auf einem in einer parallelen Anmeldung enthal tenen Nachheizverfahren Reheat I (RH I) aufbaut, wobei ein weiterer Ver- dampfer und damit eine zusätzliche Wärmesenk (hier beispielsweise ein Chiller) eingebunden wird.
Sollte es aber anstatt der „freiwilligen“ Einbindung des Chillers zur Deckung des Heizbedarfs zu eine „Zwangseinbindung“ des Chillers kommen, d.h. es wird seitens Thermomanagement eine aktive Batteriekühlung eingefordert, darf der beschriebene Ablauf zum gestuften Ausklinken des Chillers nicht weiter verfolgt werden. Ein Heizbedarfsüberschuss kann dann durch einen Wechsel zu einem in einer parallelen Anmeldung enthaltenen Nachheizver fahren Reheat III (RH III) kompensiert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Nachheizverfahren (500) zum Betreiben einer Kälteanlage (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage (10) umfasst: 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; wenigstens eine bewegliche Temperaturklappe (34L, 34R), die bezogen auf eine Zuluftströmungsrichtung (L) vor oder nach dem Heizregister (26) angeordnet ist; wenigstens ein Absperrorgan (AE4, A1; R3, R4), das stromabwärts des Heizregisters (26) im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; wobei das Nachheizverfahren folgende Schritte umfasst:
Einstellen des wenigstens einen Absperrorgans (AE4, A1; R3, R4) in eine Position, in der Kältemittel stromabwärts des Heizregisters (26) in den Verdampfer (22) strömt unter Umgehung des äußeren Wärmeüber tragers (18), und
Einbinden von wenigstens einer weiteren, strömungstechnisch parallel oder in Reihe zum Verdampfer (22) angeordneten Wärmesenke, insbe sondere eines als Wasserwärmepumpenverdampfer arbeitenden Chil- lers (28) oder/und des als Luftwärmepumpenverdampfer arbeitenden äußeren Wärmeübertragers (18).
Nachheizverfahren (500) nach Anspruch 1 , wobei die Umgebungstem peratur erfasst wird und das Verfahren durchgeführt wird, wenn die Umgebungstemperatur bis zu 15°C beträgt, insbesondere in einem Be reich von etwa 0° bis 15° liegt.
Nachheizverfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einbinden der wenigstens einen weiteren Wärmesenke (18, 28) durch Öffnen ei- nes der betreffenden Wärmesenke (18, 28) vorgeschalteten Expansi onsventils (AE1, AE3) erfolgt.
4. Nachheizverfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend die Schritte: Einstellen der Temperaturklappe (34L, 34R) in einer Soll-
Öffnungsstellung (TKso);
Beibehalten (502a) der Soll-Öffnungsstellung (TKso) der Temperatur klappe (34L. 34R);
Schrittweises Öffnen (S515) oder schrittweises Schließen (S508) des Expansionsventils (AE1, AE3) in Abhängigkeit von dem Heizbedarf, der anhand eines Kälteanlagenparameters (TKan) ermittelt wird, bis sich hochdruckseitig an dem Heizregister (26) ein vorbestimmtes Druckni veau einstellt oder/und bis das Expansionsventil (AE1, AE3) eine ma ximale oder minimale Öffnungsstellung erreicht hat (S507, S519).
5. Nachheizverfahren (500) nach Anspruch 3 oder 4, wobei mehrere Wärmesenken (18, 28) in Kombination eingebunden werden, wobei die jeweiligen Expansionsventile (AE1, AE3) der betreffenden Wärmesen ken (18, 28) geöffnet oder geschlossen werden.
6. Nachheizverfahren (500) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Soll- Öffnungsposition (TKso) der Temperaturklappe (34L, 34R) auf einen Wert zwischen 60% bis 90% eingestellt wird, insbesondere auf einen Wert zwischen 70% und 85%, bezogen auf eine maximale Öffnungs- Stellung von 100%.
7. Nachheizverfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein dem Verdampfer (22) vorgeschaltetes Expansionsventil (AE2) immer in einer geöffneten Stellung gehalten wird, die in Abhän- gigkeit von dem herrschenden Druckniveau einstellbar ist.
8. Nachheizverfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Erreichen einer maximalen Öffnungsstellung (S519) des Expansionsventils (AE1, AE3) der betreffenden Wärmesenke (18, 28) ein elektrisches Heizmodul (30) zugeschaltet wird (S525).
9. Kälteanlage (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kältemittelverdichter (12), der mit einem Primärstrang (14) und einem Sekundärstrang (16) verbindbar oder verbunden ist; einem äußeren Wärmeübertrager (18), der im Primärstrang (14) ange ordnet ist; einem Verdampfer (22), der im Primärstrang (14) angeordnet ist; einem Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; wenigstens einer beweglichen Temperaturklappe (34L. 34R), die bezo gen auf eine Zuluftströmungsrichtung (L) vor oder nach dem Heizregis ter (26) angeordnet ist; wenigstens einem Absperrorgan (AE4, A1,; R3, R4), das stromabwärts des Heizregisters (26) im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; wobei die Kälteanlage (10) dazu eingerichtet ist, in einem Nachheizbe trieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu werden, und wobei in einem solchen Nachheizbetrieb das Kältemittel ausgehend vom Kältemittelverdichter (12) nacheinander die folgenden Komponen ten der Kälteanlage (10) durchströmt: Heizregister (26) im Sekun därstrang, Verdampfer (22) im Primärstrang und strömungstechnisch eine parallel oder in Reihe zum Verdampfer (22) angeordnete Wärme senke, insbesondere einen als Wasserwärmepumpenverdampfer arbei tenden Chiller (28) oder/und den als Luftwärmepumpe arbeitenden äu ßeren Wärmeübertrager (18).
10. Kälteanlage (10) nach Anspruch 9, wobei der äußere Wärmeübertrager (18) bidirektional durchströmbar ist.
11. Kälteanlage (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei zwischen dem Heiz register (26) und dem Verdampfer (22) ein Absperrventil (A1) angeord net ist und wobei zwischen dem Heizregister (26) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) ein Expansionsventil (AE4) angeordnet ist.
12. Kälteanlage (10) nach Anspruch 9, wobei zwischen dem Heizregister (26) und dem Verdampfer (22) ein Rückschlagventil (R3) angeordnet ist.
13. Kälteanlage (10) nach Anspruch 12, wobei der äußere Wärmeübertra ger (18) unidirektional durchströmbar ist und vom Heizregister (26) ge trennt ist. 14. Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei strom abwärts des Verdampfers (22) ein Expansionsventil (AE5) angeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, am Verdampfer (22) ein Zwischendruckni veau einzustellen. 15. Kraftfahrzeug mit einer Kälteanlage (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14.
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