DE102007034979A1

DE102007034979A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs und Kompressionskälteanlage

Info

Publication number: DE102007034979A1
Application number: DE102007034979A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Cäsar; Jan Dipl.-Ing. Gärtner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (10) einer Kompressionskälteanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Istwert eines Druckes in einer Kältemittelleitung (14) ermittelt wird, wobei nach einem Ansteuern eines Lüfters (20) anschließend ein Ansteuern eines Verdichters (12) erfolgt, falls der Istwert des Druckes einen Schwellenwert erreicht. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kompressionskälteanlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kompressionskälteanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kompressionskälteanlage.
Die DE 10 2005 017 904 A1 beschreibt eine Hochdruckregelung einer Kompressionskälteanlage für ein Kraftfahrzeug, bei welcher ein Drucksensor einen Istwert eines Druckes in einer Kältemittelleitung ermittelt. Aus einer Differenz zwischen einem Sollwert und dem Istwert des Druckes wird ein Stellsignal zum Einstellen eines Hubvolumens eines Verdichters abgeleitet. Bei hohem Druck in der Kältemittelleitung kann eine Leistung des Verdichters vermindert werden, um Druckspitzen im Kältemittelkreislauf zu vermeiden.
Des Weiteren ist es aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere den Verdichter einer Kompressionskälteanlage mit einer Berstscheibe zu versehen, mittels welcher Kältemittel aus der Kompressionskälteanlage abgelassen werden kann, wenn der Druck im Kältemittelkreislauf einen durch die Festigkeit der Berstscheibe bestimmten Schwellenwert überschreitet.
Als nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Vermeidung von Druckspitzen im Kältemittelkreislauf ist der Umstand anzusehen, dass diese – entweder durch Vermindern der Leistung des Verdichters oder durch Ablassen von Kältemittel – zu Einbußen bei der Kühlleistung der Kompressionskälteanlage führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kompressionskälteanlage bzw. eine Kompressionskälteanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem bzw. mittels welcher Druckspitzen im Kältemittelkreislauf in verbesserter Weise vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kompressionskälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Kompressionskälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kompressionskälteanlage bei welchem ein Istwert eines Druckes und/oder einer Temperatur in einer Kältemittelleitung ermittelt wird, ist vorgesehen, dass ein Lüfter angesteuert wird, falls der Istwert des Druckes und/oder der Temperatur einen Schwellenwert erreicht, bevor anschließend ein Ansteuern eines Verdichters erfolgt. Durch Ansteuern des Lüfters kann eine Leistung des Lüfters, beispielsweise durch Erhöhen seiner Drehzahl, erhöht werden. Der Lüfter stellt so einen größeren Luftmassenstrom zur Verfügung, mittels welchem Kältemittel in einem Wärmeübertrager, insbesondere in einem Kondensator der Kompressionskälteanlage, gekühlt werden kann. Ein schnelles Ansteigen des Druckes im Kältemittel über einen zulässigen Maximaldruck und damit ein Auftreten von Druckspitzen im Kältemittelkreislauf kann so auf besonders einfache Weise bereits im Ansatz vermieden werden. Dies ist insbesondere für Kompressionskälteanlagen von Vorteil, bei welchen das Kältemittel in überkritischen Zuständen vorliegen kann, beispielsweise beim Verwenden von Kohlendioxid (CO₂) als Kältemittel.
Der Verdichter kann so rasch mit einer maximalen Leistung betrieben werden und es kommt zu keinen Einbußen bei der Kühlleistung der Kompressionskälteanlage. Zudem ermöglicht es die Erfindung, auf die kostenintensive, dem Stand der Technik der DE 10 2005 017 904 A1 gemäße elektronische Hochdruckregelung zum Vermeiden von Druckspitzen zu verzichten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Lüfter über eine variabel festlegbare Zeitspanne hinweg betrieben, bevor der Verdichter angesteuert wird. So ist es ermöglicht, den Verdichter erst dann in Betrieb zu nehmen, wenn das Betreiben des Lüfters über die ausreichend lange Zeitspanne hinweg das Kältemittel gekühlt und damit dessen Druck vermindert hat.
Von besonderem Vorteil ist es weiterhin, wenn die variabel festlegbare Zeitspanne in Abhängigkeit von dem ermittelten Istwert des Druckes und/oder in Abhängigkeit von einer Temperatur festgelegt wird. So kann bei einem besonders hohen Istwert des Druckes der Lüfter entsprechend länger betrieben werden, um das Kältemittel zu kühlen, bevor anschließend der Verdichter in Betrieb genommen wird. Ergänzend oder alternativ kann hierbei die Außentemperatur berücksichtigt werden, da bei hohen Außentemperaturen und damit einhergehend reduzierter Kühlwirkung des Lüfters der Lüfter länger zu betreiben ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Istwert des Druckes und/oder der Temperatur ein Ruhedruck und/oder eine Ruhetemperatur in der Kältemittelleitung ermittelt, da Druckspitzen besonders leicht beim in Betrieb nehmen der Kompressionskälteanlage aus einem Ruhezustand auftreten können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn hohe Außentemperaturen vorliegen. Durch Ermitteln des Ruhedruckes und/oder der Ruhetemperatur kann ein Auftreten von Druckspitzen somit in für dieses Auftreten besonders anfälligen Betriebszuständen der Kompressionskälteanlage vermieden werden.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Istwert des Druckes und/oder der Temperatur in einem zwischen dem Verdichter und dem Wärmeübertrager, insbesondere dem Kondensator oder Gaskühler, angeordneten Bereich der Kältemittelleitung ermittelt wird. In diesem Bereich der Kältemittelleitung beziehungsweise des Wärmeübertragers weist das verdichtete Kältemittel einen besonders hohen Druck auf, bevor es in dem Wärmeübertrager bzw. Kondensator oder Gaskühler gekühlt bzw. verflüssigt wird. Durch Ermitteln des Istwertes des Druckes in dem durch besonders hohe Drücke gekennzeichneten Bereich der Kältemittelleitung kann dem Auftreten von Druckspitzen sehr effizient bereits im Ansatz entgegengewirkt werden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, den Lüfter dann anzusteuern, wenn eine Veränderung eines Betriebszustandes des Verdichters angefordert wird. Dadurch kann beispielsweise durch vorheriges Einschalten des Lüfters oder vorheriges Erhöhen der Drehzahl des Lüfters das Auftreten von Druckspitzen beim in Betrieb nehmen des Verdichters vermieden werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Veränderung des Betriebszustandes des Verdichters mittels eines Regelvorgangs und/oder mittels einer manuellen Eingabe angefordert. Dem Auftreten von Druckspitzen kann somit sowohl beim geregelten als auch beim ungeregelten in Betrieb nehmen des Verdichters entgegengewirkt werden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, die Leistung des angesteuerten Lüfters zu erhöhen, wenn eine Erhöhung der Leistung des Verdichters angefordert wird. Durch Anpassen der Leistung des Lüfters zum Kühlen des Kältemittels und damit zum Vermindern des Druckes in der Kältemittelleitung an die angeforderte Kompressorleistung können auch beim Anfordern einer sprunghaften Änderung der Kompressorleistung Druckspitzen im Kältemittelkreislauf vermieden werden.
Von besonderem Vorteil ist es weiterhin, wenn beim Ansteuern des Lüfters eine Temperatur, eine Strahlungsintensität, ein Luftmassenstrom und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit berücksichtigt wird. So kann beispielsweise beim Ermitteln erhöhter Temperatur oder erhöhter Sonneneinstrahlung die Leistung des Lüfters stärker erhöht werden, als dies bei niedrigeren Temperaturen der Fall wäre. Darüber hinaus kann ein vom Lüfter unabhängiger Luftmassenstrom, welcher beispielsweise aus einer Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs resultieren kann, zum Kühlen des Kältemittels beitragen und dadurch eine vergleichsweise geringere Leistung des Lüfters notwendig machen.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der mit dem Istwert verglichene Schwellenwert des Druckes in Abhängigkeit von der Temperatur, der Strahlungsintensität, dem Luftmassenstrom und/oder der Bewegungsgeschwindigkeit verändert wird. So kann die Festlegung des Schwellenwertes Parametern angepasst werden, welche einen Einfluss auf das Kältemittel haben können.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Kältemittelkreislaufs der Kompressionskälteanlage beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten, soweit anwendbar, auch für die erfindungsgemäße Kompressionskälteanlage.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt eine stark schematisierte Kompressionskälteanlage.
Gemäß der Zeichnung weist ein Kältemittelkreislauf 10 einer Kompressionskälteanlage für ein Kraftfahrzeug einen Verdichter 12 zum Verdichten von Kältemittel auf. Das verdichtete und unter hohem Druck stehende Kältemittel wird über eine Kältemittelleitung 14 einem Wärmeübertrager zugeführt. Der Wärmeübertrager ist vorliegend als Kondensator 16 ausgebildet, in welchem das unter hohem Druck stehende Kältemittel durch Abkühlen verflüssigt wird. Zum Abkühlen des Kältemittels wird dem Kondensator 16 ein Luftmassenstrom 18 zugeführt, welcher von einem Lüfter 20 generiert wird.
Der Lüfter 20 kann ein Motorlüfter des Kraftfahrzeuges und/oder ein Zusatzlüfter sein. Das verflüssigte Kältemittel wird über ein Expansionsventil 22 einem Verdampfer 24 zugeführt. Statt des Expansionsventils 22 kann in dem Kältemittelkreislauf 10 auch eine Drossel vorgesehen sein. In dem Verdampfer 24 wird das unter hohem Druck stehende, flüssige Kältemittel in einen gasförmigen, einen niedrigen Druck aufweisenden Zustand überführt. Hierbei wird durch das Kältemittel der Umgebung Wärme entzogen und von dem Kältemittel aufgenommen. Das nach dem Verdampfen unter niedrigem Druck stehende, gasförmige Kältemittel wird vom Verdichter 12 über die Kältemittelleitung 14 angesaugt.
In dem zwischen dem Verdichter 12 und dem Kondensator 16 angeordneten Bereich der Kältemittelleitung 14, in welchem das verdichtete Kältemittel eine besonders hohe Temperatur und eine besonders hohen Druck aufweist, ist gemäß der Zeichnung ein Drucksensor 26 angeordnet. Mittels des Drucksensors 26 wird ein Istwert des Druckes in dem zwischen dem Verdichter 12 und dem Kondensator 16 angeordneten Bereich der Kältemittelleitung 14 ermittelt.
Erreicht der vom Drucksensor 26 ermittelte Istwert des Druckes einen variabel festlegbaren Schwellenwert, so wird zuerst eine Leistung des Lüfters 20 erhöht, bevor nach einer variabel festlegbaren Zeitspanne die Leistung des Verdichters 12 erhöht wird. Beispielsweise kann der Lüfter 20 in Betrieb genommen werden, bevor nach der variabel festlegbaren Zeitspanne der Verdichter 12 in Betrieb genommen wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Zeitspanne, über welche hinweg der Lüfter 20 alleine betrieben wird, bevor der Verdichter 12 in Betrieb genommen wird, in Abhängigkeit von dem mittels des Drucksensors 26 ermittelten Istwert des Druckes festgelegt.
Ein vergleichsweise hoher Ruhedruck in der Kältemittelleitung 14 kann insbesondere bei hohen Außentemperaturen auftreten. Zudem ist insbesondere bei einer Verwendung von Kohlendioxid (CO₂) als Kältemittel mit einem Auftreten von Druckspitzen in einem zwischen dem Verdichter 12 und dem Expansionsventil 22 angeordneten Bereich des Kältemittelkreislaufs 10 zu rechnen, wenn der Verdichter 12 bei hohem Ruhedruck des Kältemittels in Betrieb genommen wird.
In der vorliegend gezeigten Ausführungsform der Kompressionskälteanlage wird das Kältemittel, welches vor dem in Betrieb nehmen des Lüfters 20 den hohen Ruhedruck aufweist, durch den Lüfter 20 gekühlt und damit der Druck des Kältemittels verringert. Dadurch wird vermieden, dass bei dem in Betrieb nehmen des Verdichters 12 in der Kältemittelleitung 14 eine Druckspitze auftritt, welche den Kältemittelkreislauf 10 beeinträchtigen kann.
Eine Einrichtung 28 mittels welcher der Lüfter 20 vor dem Ansteuern des Verdichters 12 ansteuerbar ist, ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Die Einrichtung 28 erfasst bzw. verarbeitet vorliegend auch ein Signal, welches dem mittels des Drucksensors 26 ermittelten Istwert des Druckes in der Kältemittelleitung 14 entspricht. Selbstverständlich ist es vorstellbar zum Ansteuern des Lüfters 20 sowie des Verdichters 12 und zum Erfassen bzw. Verarbeiten der vom Drucksensor 26 ermittelten Istwerte separate Einrichtungen 28 vorzusehen.
Durch das beschriebene Verfahren lassen sich ebenso Druckspitzen vermeiden, welche beim Anfordern eines sprunghaften Leistungsanstiegs des Verdichters 12 auftreten können, wenn beispielsweise durch einen Regelvorgang und/oder eine manuelle Eingabe rasch eine besonders hohe Kühlleistung der Kompressionskälteanlage zu erbringen ist.
Der Einrichtung 28 zum Ansteuern des Lüfters 20 ist ein weiterer Sensor 30 zugeordnet, mittels welchem Parameter wie eine Temperatur, eine Strahlungsintensität und/oder ein Luftmassenstrom erfassbar sind. Der Luftmassenstrom kann einer gerichteten Luftbewegung der Atmosphäre und/oder bei fahrendem Kraftfahrzeug einem Fahrtwind entsprechen, welcher zum Kühlen des Lüfters 20 genutzt werden kann. Ebenso kann der Einrichtung 28 die Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in nicht näher dargestellter Art und Weise übermittelt werden.
In Abhängigkeit von den Parametern Temperatur, Strahlungsintensität, insbesondere der Sonneneinstrahlung, Luftmassenstrom und/oder Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann der Schwellenwert des zulässigen Druckes in der Kältemittelleitung 14 verändert werden, bei dessen Erreichen der Lüfter 20 angesteuert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005017904 A1 [0002, 0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (10) einer Kompressionskälteanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Istwert eines Druckes in einer Kältemittelleitung (14) ermittelt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Ansteuern eines Lüfters (20), falls der Istwert des Druckes einen Schwellenwert erreicht; und b) Anschließendes Ansteuern eines Verdichters (12).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (20) über eine variabel festlegbare Zeitspanne hinweg betrieben wird, bevor gemäß Schritt b) der Verdichter (12) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die variabel festlegbare Zeitspanne in Abhängigkeit von dem ermittelten Istwert des Druckes und/oder in Abhängigkeit von einer Temperatur festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Istwert des Druckes ein Ruhedruck in der Kältemittelleitung (14) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert des Druckes in einem zwischen dem Verdichter (12) und einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Kondensator (16), angeordneten Bereich der Kältemittelleitung (14) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (20) gemäß Schritt a) angesteuert wird, wenn eine Veränderung eines Betriebszustandes des Verdichters (12) angefordert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Betriebszustandes des Verdichters (12) mittels eines Regelvorgangs und/oder mittels einer manuellen Eingabe angefordert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistung des gemäß Schritt a) angesteuerten Lüfters (20) erhöht wird, wenn eine Erhöhung der Leistung des Verdichters (12) angefordert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ansteuern des Lüfters (20) gemäß Schritt a) eine Temperatur, eine Strahlungsintensität, ein Luftmassenstrom und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß Schritt a) mit dem Istwert verglichene Schwellenwert des Druckes in Abhängigkeit von der Temperatur, der Strahlungsintensität, dem Luftmassenstrom und/oder der Bewegungsgeschwindigkeit verändert wird.
Kompressionskälteanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welche einen Verdichter (12), einen Lüfter (20) und einen einer Kältemittelleitung (14) zugeordneten Drucksensor (26) zum Ermitteln eines Istwertes eines Druckes in der Kältemittelleitung (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (28) vorgesehen ist, mittels welcher der Lüfter (20) vor dem Ansteuern des Verdichters (12) ansteuerbar ist, falls der Istwert des Druckes in der Kältemittelleitung (14) einen Schwellenwert erreicht.