BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittel kreislauf aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kälteanlagenbetrieb

Der Einsatz von Kältemittelkreisläufen in Fahrzeugklimaanlagen ist bekannt, wobei manche Varianten eine 2 -Verdampferanlage vorsehen, nämlich einen Frontverdampfer und einen Heckverdampfer. Je nach Verschaltung und akti vem Betrieb der jeweiligen Wärmeübertragung variiert der Bedarf an benötig tem aktivem Kältemittel im Kältemittelkreislauf. Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben dem Frontverdampfer als mindes tens einen Innenraum-Verdampfer eine separate Kühlvorrichtung zur Kondi tionierung und Temperierung des in der Regel als Hochvoltbatterie realisier ten Energiespeichers. Eine solche Kühlvorrichtung kann mittels des Kältemit telkreislaufs realisiert werden und wird als aktive Batteriekühlung bezeichnet. Eine solche Kühlvorrichtung wird als Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager realisiert, der als Verdampfer (durch Kühlen eines Luftstromes) bzw. als Chil- ler (durch Kühlen eines Kühlmittelstroms) arbeitet.

Auch der Einsatz des Kältem ittelkreislaufs der Fahrzeugkälteanlage in einem Wärmepumpenbetrieb zum Aufheizen der Fahrgastzelle ist bekannt. In sei ner Funktion als Wärmepumpe ist der Kältemittelkreislauf in der Lage, einen Luft- oder auch Wasserstrom bzw. Kühlmittelstrom zu erwärmen und diese Wärme direkt bzw. indirekt an die Luft der Fahrgastzelle abzugeben. Je nach Betriebsweise der Fahrzeugkälteanlage, ob also geheizt bzw. gekühlt wird oder welche Anzahl von Wärmeübertrager aktiv betrieben werden, variiert auch in diesem Fall die zur optimalen Betriebsweise benötigte Menge an tat sächlich benötigtem Kältemittel im Kältemittelkreislauf.

Aus der DE 10 2016 201 835 A1 ist eine Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf bekannt, welcher neben einem Luft-Kältemittel- Wärme-übertrager als Kondensator zwei Verdampfer, nämlich einen Chiller mit zugeordnetem Expansionsorgan und einen Innenraum -Verdampfer mit zugeordnetem Expansionsorgan umfasst. Ferner weist dieser Kältemittel kreislauf zwei Kältemittelverdichter auf, die hochdruckseitig auf den Konden sator zusammengeführt sind und saugseitig über ein Netzwerk von Ventilor ganen mit beiden Verdampfern auf unterschiedliche Weise fluidverbindbar sind. So können die Kältemittelströme der beiden Verdampfern auf die bei den gleichzeitig betriebenen Kältemittelverdichter verteilt oder ein Kältemit telstrom eines Verdampfers jeweils einem Kältem ittelverdichter zugeführt werden. Auch ist es möglich, dass für die beiden Verdampfer nur einer der beiden Kältemittelverdichter betrieben wird. Dieses Netzwerk von Ventilorga nen besteht aus Absperrventilen und mehreren Expansionsorganen.

In einem Betriebsmodus dieser bekannten Kälteanlage werden beide Ver dampfer auf demselben Druckniveau betrieben, welches durch die beiden Expansionsorgane eingestellt wird. Die Verdichtung des Kältemittels erfolgt gleichzeitig über beide Kältemittelverdichter, die mit gleichem Saugdruck be trieben werden. In diesem Betriebsmodus ist der Innenraum -Verdampfer über ein Absperrventil mit dem ersten Kältemittelverdichter und über ein wei teres Expansionsorgan mit dem zweiten Kältemittelverdichter verbindbar. Der Chiller ist einerseits direkt mit dem ersten Kältemittelverdichter und über ein weiteres Expansionsorgan mit dem zweiten Kältem ittelverdichter verbun den. In diesem Betriebsmodus wird das dem Innenraum-Verdampfer nach geschaltete Expansionsorgan entweder geöffnet oder geregelt betrieben, so dass der Chiller mit einer geringen Kühlleistung oder mit einer hohen Kühl leistung betrieben werden kann. Ein Wärmemanagementsystem gemäß der DE 10 2011 016 613 A1 besteht aus einem Niedertemperaturkreislauf, einem Hochtemperaturkreislauf, einem Kältemittelkreislauf und einem Batteriekühlkreislauf, wobei der Kältemittel kreislauf einen Kältem ittelverdichter, einen Kondensator einen Verdampfer mit zugehörigem Expansionsorgan und einen Chiller mit zugehörigem Ex pansionsorgan aufweist. Mit einem solchen Wärmemanagement soll eine komfortabel Heizfunktion mit möglichst geringem Energieaufwand und Kraft stoffverbrauch ermöglicht werden.

Eine Kühlanordnung für einen Ladeluftkühler einer Verbrennungskraftma schine eines Kraftfahrzeugs ist aus der DE 10 2015 016 394 A1 bekannt. Diese Kühlanordnung umfasst einen Niedertemperatur-Kühlkreis mit einem Niedertemperatur-Kühler und dem Ladeluftkühler, einen Kältemittelkreislauf mit einem Kondensator, einem Verdampfer mit zugeordnetem Expansions ventil sowie einem weiteren Verdampfer als Chiller mit zugeordnetem Ex pansionsventil. Dieser weitere Verdampfer ist mit dem Niedertemperaturküh- ler-Kühlkreis thermisch gekoppelt.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer einen Käl temittelkreislauf aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kältebetrieb anzugeben, so dass bei gleichzeitigem Betrieb eines Innenraum- Verdampfers und eines Chillers eine maximale Chillerkälteleistung ermög licht wird, d. h. am Chiller eine maximal mögliche Leistung für das Kühlmedi um bereitgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf aufwei senden Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kältebetrieb mit

- einem Chiller-Zweig, welcher einen Chiller und eine erstes Expansionsor gan aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist, - wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig, welcher einen Innenraum- Verdampfer und ein zweites Expansionsorgan aufweist und dem Chiller- Zweig parallel geschaltet ist,

- einem Kältemittelverdichter, und

- einem Kondensator oder Gaskühler,

zeichnet sich dadurch aus, dass

- der Innenraum-Verdampfer und der Chiller mittels einer Regelung des ers ten und zweiten Expansionsorgans gleichzeitig betrieben werden,

- der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers durch Steuern des Öffnungsgrades des ersten Expansionsorgans auf einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird, und

- mittels des Innenraum-Verdampfers das Niveau des Niederdrucks des Käl temittelkreislaufs vorgegeben wird.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Chiller mit einer geringen Überhitzung entsprechend des minimalen Sollwertes eines Zielüberhitzungs grades, von bspw. zwischen 3 und 7 K betrieben. Dieser Wert für den Betrag der Überhitzung wird in dieser Größenordnung angegeben, weil nur auf die se Weise sichergestellt ist, dass die zulässige Minimalüberhitzung korrekt erfasst wird. Ausschlaggebend hierfür ist die Toleranz der Sensorik zur Er fassung von Druck und Temperatur am Austritt der Chillers. Die geforderte Minimalüberhitzung ist bei einem jeweils im Kältemittelkreislauf mittels des Kältemittelverdichters eingestellten Niederdruck der Wert der Überhitzung, für den die maximale Kälteleistung von dem Chiller kontrollierbar bereitge stellt werden kann.

In der erfindungsgemäßen Betriebsart des Kältem ittelkreislaufs, bei welchem das Kältemittel im Chiller auf wenigstens einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird, wird der Innenraum-Verdampfer mit tels der verdichterseitigen Einstellung eines kältemittelseitigen Verdamp fungsdruckniveaus, welches mit einer Verdampfungstemperatur korrespon diert, auf einen Sollwert der Ausblastemperatur des in den Fahrzeuginnen raum geführten Zuluftstromes eingeregelt, während parallel dazu über das dem Verdampfer vorgeschaltete Expansionsorgan eine Unterkühlungsrege- lung oder eine Regelung auf einen optimalen Hochdruck im Kältemittelkreis lauf bei einem gleichzeitig vorhandenen niederdruckseitigen Kältemittelspei cher die Systemeffizienz maximiert wird. Bei einem Kältemittelkreislauf mit einem hochdruckseitigen Kältemittelspeicher werden alle aktiven Innenraum- Verdampfer und komponentenkühlenden Verdampfer, wie bspw. der Chiller auf Überhitzung geregelt, die ihrerseits über das dem jeweiligen Verdampfer vorgeschaltete Expansionsorgan variabel umsetzbar ist.

Eine weitere Erhöhung der von dem Chiller erzeugten Kälteleistung wird wei terbildungsgemäß dadurch erreicht, dass die Soll-Ausblastemperatur am In- nenraum-Verdampfer auf einen vorgegebenen Temperaturabsenkwert bis hin auf einen minimal zulässigen Temperaturabsenkwert abgesenkt wird. Ein solcher Tem peraturabsenkwert der Soll-Ausblastemperatur kann bspw. 2 ° C betragen, da bei dieser Temperatur eine luftseitige Verdampfervereisung in der Regel noch sicher vermeidbar ist. Damit wird gleichzeitig am Chiller das Verdampfungsdruckniveau gesenkt und das treibende Temperaturgefälle zwischen Kältemittel und Kühlmittel erhöht, so dass sich dessen Kälteleis tung erhöht. Der minimal zulässige Temperaturabsenkwert ist derjenige Temperaturwert, bei welchem am Innenraum-Verdampfer gerade noch si chergestellt werden kann, dass luftseitig keine Vereisung auftritt, also das auftretende Kondensat nicht im Netz des Verdampfers eine Eisschicht ent stehen lässt. Um ein solches Ereignis sicher auszuschließen, werden in der Regel die minimal zulässigen luftseitigen Austrittstemperaturen zwischen 1 bis 3°C eingestellt, entsprechend resultieren die diese Werte erlaubenden kältemittelseitigen Verdampfungsdrücke und damit Verdampfungstemperatu ren.

In diesem Fall könnte es erforderlich werden, dass der Zuluftstrom in die Fahrzeugkabine nach einer Abkühlung bzw. Entfeuchtung nachzuheizen ist, bspw. mit einer elektrischen Hochvoltheizung. Falls der Kältemittelkreislauf mit einer Wärmepumpenfunktion ausgestattet ist, kann der Heizbedarf in ei nem Reheat-Betrieb über die Kälteanlage gedeckt werden. Vorzugsweise wird dieser vorgegebene Temperaturabsenkwert in Abhängigkeit von einer von dem Chiller bereitzustellenden Kühlleistung bestimmt, die seitens des Kühlmediums bspw. für einen Hochvoltspeicher erforderlich ist und damit die Anforderung eines Klimasteuergerätes, das für die luftseitige Austrittstempe ratur am Innenraum-Verdampfer verantwortlich ist, überstimmt und hin zu kälteren Temperaturen verändert, was letztlich mit einer Absenkung des Nie derdruckes und der mit diesem korrespondieren Verdampfungstemperatur des Kältemittels gleichzusetzen ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zuluftmenge des in die Fahrzeugkabine strömenden und konditionierten Zu luftstromes auf einen vorgegebenen (bis hin zu einem minimalen) Zuluft mengenwert abgesenkt wird. Mit einer solchen Reduzierung der Zuluftmenge wird der Kältebedarf am Innenraum-Verdampfer reduziert, wodurch gleich zeitig eine Erhöhung der Kälteleistung des Chillers realisiert wird. Vorzugs weise wird der vorgegebene Zuluftmengenwert in Abhängigkeit von der Dringlichkeit des Bedarfs des Bauteilschutzes, beispielsweise im Falle der Hochvoltkomponente, dass unter den aktuellen Betriebsbedingungen der Kälteanlage die seitens des Kühlmediums erforderliche Kälteleistung nicht bereitgestellt werden kann, bestimmt und aktiviert. Dabei wird die Luftmenge in einem Maß reduziert und ggf. auch die Nachheizung des Luftstroms her abgesetzt, so dass den Passagieren für eine zeitlich begrenzte Zeitdauer noch ein verträgliches Minimum an Komfort bereitgestellt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Erhöhung der Kälteleistung des Chil lers besteht darin, in Abhängigkeit der Enthalpiewerte der beteiligten und den Innenraum-Verdampfer beaufschlagenden Luftströme den Zuluftstrom in die Fahrzeugkabine zumindest teilweise durch erhöhte Umluft- oder Frischluftan teile zu ersetzen, je nachdem wie die aktuellen Zuluftklappenstellungen des Klimagerätes ausgerichtet sind und sich der Energieinhalt der jeweiligen Luftströme darstellt.

So schlägt eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Zuluftstrom anteilig verstärkt durch Frischluft oder vollständig durch Frischluft ersetzt wird, wenn die Enthalpie der Frischluft kleiner als die Ent halpie der Umluft ist. Wenn die Enthalpie der Frischluft kleiner als die Enthal- pie der Umluft ist, bedeutet dies, dass die Umluft in der Fahrzeugkabine wärmer und feuchter als die Luft der Fahrzeugumgebung ist und somit die aufzubringende Kälteleistung zur Konditionierung des in die Kabine strömen den Zuluftstroms reduziert wird, wenn der den Innenraum-Verdampfer be aufschlagende Zuluftstromeinen höheren Anteil an Frischluft aufweist oder vollständig durch Frischluft ersetzt wird.

Umgekehrt, wenn die Enthalpie der Frischluft größer als die Enthalpie der Umluft ist, werden dem Zuluftstrom verstärkt Anteile von Umluft beigemischt. Wenn die Enthalpie der Frischluft größer als die Enthalpie der Umluft ist, be deutet dies, dass die Umluft der Fahrzeugkabine kälter und trockener als die Luft der Fahrzeugumgebung ist und daher bei Zuführung von Frischluft zu deren Abkühlung auf das Niveau der Fahrzeugkabine mehr Kälteleistung bereitgestellt werden müsste, um den in die Kabinen strömenden Zuluftstrom entsprechend zu konditionieren. Daher wird in diesem Fall lediglich ein ge ringer Anteil von Frischluft beigefügt, so dass entsprechend den MAK- Richtlinien die erforderlichen C02-Konzentrationen eingehalten werden. Vor zugsweise wird der Zuluft nur 5 bis 10 % an Frischluft zugemischt.

Dieses Beimischen von Frischluft erfolgt permanent oder kann durch kurzfris tige Beimischphasen, den sogenannten Frischluftspülungen, realisiert wer den. Idealerweise weist der Fahrzeuginnenraum darüber hinaus einen CO2- Sensor auf, der seinerseits die Zeitpunkte eines gegeben Spülbedarfs signa lisiert. So können die Frischluftanteile gezielt dem Zuluftstrom beigemischt werden und das solange, bis die C02-Konzentration dauerhaft abgesenkt ist. Im Anschluss erfolgt die Rückkehr zum Umluftbetrieb.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie an hand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Figur 1 eine Schaltungsanordnung eines Kältemittelkreislaufs zur

Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungs- gemäßen Verfahrens unter Verwendung eines niederdruckseitig angeordneten Kältem ittelsammlers,

Figur 2 eine zur Schaltungsanordnung nach Figur 1 alternative Schal- tungsanordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines hochdruckseitig angeordneten Kältemittelsammlers, und

Figur 3 eine weitere zur Schaltungsanordnung nach Figur 1 alternative

Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet mit ei nem dritten Expansionsorgan.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen der Einfachheit halber jeweils einen für den reinen AC-Betrieb (Kälteanlagenbetrieb) vorgesehenen Kältemittelkreislauf 10 einer Kälteanlage eines Fahrzeugs. Auf die funktionale Erweiterung hinsichtlich eines Wärmepumpenbetriebs wurde verzichtet, da der Grundgedanke zur Beschreibung des Verfahrens bereits mit dem einfachen Verschaltungskon zept vollumfänglich darstellbar ist. Diese Kältemittelkreisläufe 10 sind in einer identischen Grundstruktur aufgebaut und unterscheiden sich jeweils in der Anordnung eines Kältem ittelsam m lers als Niederdruck- oder Hochdruck- Kältemittelsammler.

Der Kältemittelkreislauf 10 gemäß den Figuren 1 bis 3 besteht aus folgen- den Komponenten:

- einem Kältemittelverdichter 3,

- einem äußeren Kondensator 4 oder Gaskühler 4, welcher mit dem Hoch druckausgang des Kältemittelverdichters 3 fluidverbunden ist,

- einem Chiller-Zweig 1.0 mit einem zur Kühlung einer elektrischen Kompo- nente (bspw. eine Hochvoltbatterie, eine elektrische Antriebskomponente usw.) des Fahrzeugs vorgesehenen Chiller 1 , einem dem Chiller 1 vorge schalteten und als elektrisches Expansionsventil ausgebildeten ersten Ex pansionsorgan AE1 und einem dem Chiller 1 nachgeschalteten ersten Druck-Temperatursensor pT 1 , wobei der Chiller 1 mit einem Kühlmittelkreis lauf 1.1 zur Kühlung der elektrischen Komponente thermisch gekoppelt ist,

- einem Innenraum-Verdampferzweig 2.0 mit einem Innenraum-Verdampfer 2 und einem demselben vorgeschalteten und mit einer Absperrfunktion aus geführten zweiten Expansionsorgan AE2 wobei der Innenraum-Verdampfer zweig 2.0 dem Chiller-Zweig 1.0 parallel geschaltet ist,

- einem Kältemittelsammler 6.1 bzw. 6.2, der gemäß den Figuren 1 und 3 als N iederdruck-Kältem ittelsamm ler 6.1 mit einem nachgeschalteten zweiten Druck-Temperatursensor pT2 dem Chiller-Zweig 1.0 und dem Innenraum- Verdampferzweig 2.0 stromabwärts nachgeschaltet ist und der gemäß Figur 2 als Flochdruck-Kältem ittelsamm ler 6.2 dem äußeren Kondensator 4 oder Gaskühler 4 stromabwärts nachgeschaltet ist,

- einem inneren Wärmeübertrager 5, dessen Hochdruckseite den Kondensa tor 4 oder Gaskühler 4 mit dem Chiller-Zweig 1.0 und dem Innenraum- Verdampferzweig 2.0 fluidverbindet, während dessen niederdruckseitiger Abschnitt gemäß den Figuren 1 und 3 zwischen dem Niederdruck- Kältemittelsammler 6.1 und dem Kältem ittelverdichter 3 in den Kältemittel kreislauf 10 und gemäß Figur 2 zwischen dem Chiller-Zweig 1.0 und dem Kältemittelverdichter 3 eingebunden ist,

- einem dem Kondensator 4 oder Gaskühler 4 nachgeschalteten dritten Druck-Temperatursensor pT3,

- einem dem Kältemittelverdichter 3 nachgeschalteten vierten Druck- Temperatursensor pT4,

- einem gemäß den Figuren 2 und 3 dem Innenraum-Verdampfer 2 strom abwärts nachgeschalteten fünften Druck-Temperatursensor pT5, und

- einem gemäß Figur 2 der Parallelschaltung des Chiller-Zweiges 1.0 und des Innenraumverdampfers 2.0 stromabwärts optional in Abhängigkeit der Betriebsstrategie nachgeschalteten sechsten Druck-Temperatursensor pT6.

Ist der Hochdruck-Kältesammler 6.2 in den Kondensator 4 oder Gaskühler 4 integriert ist, so ist der dritte Druck-Temperatursensor pT3 stromabwärts des Kondensators 4 oder Gaskühlers 4 vorzusehen. Da es sich bei solchen An lagen jedoch in der Regel um Systeme handelt, die ausschließlich für den unterkritischen Anlagenbetrieb vorgesehen sind, kann der dritte Druck- Temperatursensor pT3 entfallen.

Schließlich ist für den Kältemittelkreislauf 10 gemäß den Figuren 1 bis 3 ein Klimasteuergerät als Steuereinheit vorgesehen (in den Figuren nicht darge stellt), welchem zu verarbeitende Eingangssignale, wie bspw. Istwerte von Druck-Temperatursensoren zugeführt werden, um hieraus Steuersignale bzw. Sollwerte als Ausgangssignale zur Steuerung der einzelnen Komponen ten des Kältem ittelkreislaufs 10 zu erzeugen.

Der Innenraum-Verdampferzweig 2.0 weist gemäß den Figuren 1 und 2 ein Rückschlagventil 7 auf. An dieser Position kann alternativ ein absperrbares drittes Expansionsorgan angeordnet werden.

Bei einem parallelen Betrieb sowohl des I nnenraum -Verdam pfers 2 als auch des Chillers 1 , also in einem Mehrverdampferbetrieb wird der Innenraum- Verdampfer 2 zur Führungsgröße des Kälteprozesses und gibt das Niveau des Niederdrucks und damit die geforderte Verdampfungstemperatur vor. Bei einem Kältemittelkreislauf 10 gemäß Figur 1 bedeutet dies, dass mittels des Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1 ein bestimmter konstanter Dampfgehalt am Ausgang des Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1 und damit auch am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdam pfers 2 eingestellt wird. Mittels des ersten Expansionsorgans AE1 wird für eine maximale Kälteleistung am Käl temittelausgang des Chillers 1 eine Mindestüberhitzung eingestellt

Hierzu wird im Betrieb des Kältem ittelkreislaufs 1 nach Figur 1 und Figur 3 laufend der Istwert des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Kältemittel austritt des Chillers 1 aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors pT1 mittels einer Regelvorrichtung 8 (in Figur 1 nicht dargestellt) bestimmt und wenigstens auf einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades oder einen minimal zulässigen Überhitzungsgrades geregelt. Hierzu wird der Chiller 1 durch entsprechende Steuerung des Öffnungsgrades des zugehöri gen Expansionsorgans AE1 mindestens mit der minimalen Überhitzung bzw. Mindestüberhitzung entsprechend des minimalen Sollwertes des Zielüberhit- zungsgrades betrieben. Mit dieser Einstellung kann bei einem jeweils im Käl temittelkreislauf 1 herrschenden Niederdruck, welcher durch den Innenraum- Verdampfer 2 als Führungsgröße bestimmt und vorgegeben wird, die jeweils maximale Kälteleistung am Chiller 1 eingestellt und erzielt werden.

Bei einer Regelung des Kältemittels und damit des Innenraum-Verdampfers 2 bis hin auf dessen minimalen zulässigen Sollwert einer Lufttemperatur und damit korrespondierend eines zulässigen minimalen Verdampfungsdruckes, unter Berücksichtigung einer luftseitigen Vereisungsgefahr am Verdampfer 2, wird gleichzeitig durch den Betrieb des Chiller 1 bei parallel eingestellter Mindestüberhitzung, eine maximale Kälteleistung am Chiller 2 erzeugt.

Eine Regelung der Kälteleistung am Chiller 1 erfolgt damit indirekt durch eine Regelung der Überhitzung am Kältemittelausgang des Chillers 1 , indem mit tels des ersten Expansionsorgans AE1 ein den Chiller 1 durchströmender Kältemittelmassenstrom eingestellt wird, um damit eine definierte Abkühlung der Wassertemperatur des Kühlmittelkreislaufs 1.1 zu erzielen, wobei durch das erste Expansionsorgan AE1 primär die Sollabkühlung des den Chiller 1 durchströmenden Kühlmediums eingestellt wird, überlagert mit einer Über wachung einer Überhitzung, die bei einem vorgegebenem Niederdruck bis auf ein Minimum von bspw. 3K reduziert werden kann.

Bei dem Kältemittelkreislauf 10 gemäß Figur 2 mit dem Hochdruck- Kältemittelsammler 6.2 wird im gemeinsamen Betrieb des Innenraum- Verdampfers 2 und des Chillers 1 die Überhitzung des Kältemittels an deren Ausgängen geregelt. Eine maximale Kälteleistung am Chiller 1 erfolgt dadurch, dass laufend der Istwert des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers 1 aus den Messwerten des Druck- Temperatursensors pH mittels einer Regelvorrichtung 8 (in Figur 2 nicht dargestellt) bestimmt und wenigstens auf einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades bzw. eines zulässigen Überhitzungsgrades geregelt wird. Hierzu wird der Chiller 1 durch entsprechende Steuerung des Öff nungsgrades des zugehörigen Expansionsorgans AE1 mindestens mit der minimalen Überhitzung bzw. Mindestüberhitzung entsprechend des minima len Sollwertes des Zielüberhitzungsgrades betrieben.

Idealerweise erfolgt auch hier für die Erzielung der maximalen Chillerleistung bei einem jeweils eingestellten Niederdruck bei einem Kältemittelaustritt am Chiller 1 auf der Taulinie, die jedoch unzureichend einstellbar ist. Aufgrund der angesprochenen Sensormessungenauigkeiten wird eine Mindestüberhit zung von beispielsweise 3K ausgegeben.

Auch bei diesem Kältemittelkreislauf gemäß Figur 2 mit einem Hochdruck- Kältemittelsammler 6.2 erfolgt eine Regelung der Kälteleistung am Chiller 1 primär über das erste Expansionsorgan AE1 , mit welchem die geforderte Abkühlung des Kühlmediums am Austritt des Chillers 2 eingestellt wird, ge koppelt mit einer Überwachung der Überhitzung am Kältemittelausgang des Chillers 1 , wobei die Überhitzung gemäß Vorgabe eine Mindestüberhitzung von beispielsweise 3K nicht unterschreitet und mittels des ersten Expansi onsorgans AE1 ein den Chiller 1 durchströmende Kältemittelmassenstrom eingestellt wird, um damit eine definierte Abkühlung der Wassertemperatur des Kühlmittelkreislaufs 1.1 zu erzielen.

Die Regelung der Überhitzung am Kältemittelausgang des Innenraum- Verdampfers 2 erfolgt in gleicher Weise auf der Basis der Werte des fünften Druck-Temperatursensors pT5.

Im Folgenden werden weitere Maßnahmen beschrieben, mit welchen die verfügbare Kälteleistung am Chiller 1 des Kältem ittelkreislaufs 10 der Figu ren 1 bis 3 stets maximal gehalten werden können, wobei gleichzeitig - wie oben beschrieben - die Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelausgang des Chillers 1 auf den minimalen Sollwert des Zielüberhitzungsgrades bzw. des zulässigen Überhitzungsgrades geregelt wird, um auf diese Weise, bei einem jeweils eingestellten Niederdruck, erhöhte Abwärmemengen aus dem Kühlmittelkreislauf 1.1 abführen zu können. So wird eine weitere Erhöhung der von dem Chiller erzeugten Kälteleistung dadurch erreicht, dass die Soll-Ausblastemperatur am Innenraum- Verdampfer auf einen vorgegebenen Temperaturabsenkwert abgesenkt wird. Dies entspricht einer Absenkung der Verdampfungstemperatur im Innen- raum-Verdampfer 1 . Ein solcher Temperaturabsenkwert der Soll-Ausblas- temperatur kann bspw. ein Sprung von 6°C auf 3° C bedeuten. Damit kann durch den am Innenraum-Verdampfer 2 abgesenkten Niederdruck gleichzei tig das Niederdruckniveau am Chiller 1 reduziert und damit das treibende Temperaturgefälle zwischen Kältemittel und Kühlmittel angehoben und somit die Kühlleistung am Chiller 1 gesteigert werden, sodass sich dessen Kälte leistung, bei gleichzeitig erhöhter Kälteleistung am Innenraum-Verdampfer 2 für den Fall bei gleichbleibender Luftmenge weiter steigern lässt.

In diesem Fall könnte es erforderlich werden, dass der Zuluftstrom in die Fahrzeugkabine nach einer Abkühlung bzw. Entfeuchtung verstärkt nachzu heizen ist, bspw. mit einer elektrischen Hochvoltheizung. Falls der Kältemit telkreislauf 10 mit einer Wärmepumpenfunktion ausgestattet ist, kann der Heizbedarf in einem Reheat-Betrieb über die Kälteanlage gedeckt werden. Dieser vorgegebene Temperaturabsenkwert wird in Abhängigkeit vom Kühl bedarf des Kühlmediums bestimmt. Sollte der Kältemittelkreislauf 1 noch Käl teleistungspotenzial ausweisen können, d. h. dass bspw. der Kältemittel- Volumenstrom mittels des Kältemittelverdichters 3 noch erhöht werden kann, so kann dieses durch Umsetzen des Temperaturabsenkwerts weiter ausge schöpft werden.

Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Kälteleistung an Chiller 1 sieht vor, dass die Zuluftmenge des in die Fahrzeugkabine strömenden und kondi tionierten Zuluftstromes auf einen vorgegebenen (bis hin zu einem minima len) Zuluftmengenwert abgesenkt wird. Mit einer solchen Reduzierung der Zuluftmenge wird der Kältebedarf und der Entfeuchtungsanteil am Innen raum-Verdampfer 2 reduziert, wodurch gleichzeitig eine Erhöhung der Kälte leistung des Chillers 1 realisiert wird. Der vorgegebene Zuluftmengenwert wird in Abhängigkeit von der Dringlichkeit des Bedarfs des Bauteilschutzes, beispielsweise im Falle der Hochvoltkomponente, dass unter den aktuellen Betriebsbedingungen der Kälteanlage die seitens des Kühlmediums erforder liche Kälteleistung nicht bereitgestellt werden kann, bestimmt und aktiviert. Dabei wird die Luftmenge in einem Maß reduziert und ggf. auch die Nach heizung des Luftstroms herabgesetzt, so dass den Passagieren für eine be grenzte Zeitdauer noch ein verträgliches Minimum an Komfort bereitgestellt werden kann.

Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Kälteleistung des Chillers besteht darin, in Abhängigkeit der Enthalpiewerte der beteiligten Luftströme den Zu luftstrom in die Fahrzeugkabine durch Variation der Umluft- bzw. Frischluft anteile aktiv zu beeinflussen.

So wird der Zuluftstrom vollständig auf Frischluft umgestellt, wenn die Ent halpie der Frischluft kleiner als die Enthalpie der Umluft ist. Wenn die Enthal pie der Frischluft kleiner als die Enthalpie der Umluft ist, bedeutet dies, dass die Umluft in der Fahrzeugkabine wärmer und ggf. feuchter als die Luft der Fahrzeugumgebung ist und somit die aufzubringende Kälteleistung reduziert wird, wenn der Zuluftstrom vollständig durch Frischluft ersetzt wird.

Umgekehrt, wenn die Enthalpie der Frischluft größer als die Enthalpie der Umluft ist, wird dem Zuluftstrom nur ein geringer bis gar kein Anteil von Frischluft beigemischt. Wenn die Enthalpie der Frischluft größer als die Ent halpie der Umluft ist, bedeutet dies, dass die Umluft der Fahrzeugkabine käl ter und ggf. trockener als die Luft der Fahrzeugumgebung und damit der Frischluft ist und daher bei Zuführung von Frischluft zu deren Abkühlung auf das Niveau der Fahrzeugkabine erhöhte Kälteleistung bereitgestellt werden müsste. Daher wird in diesem Fall lediglich ein geringer Anteil von Frischluft beigefügt, so dass entsprechend den MAK-Richtlinien die erforderlichen C02-Konzentrationen eingehalten werden. Vorzugsweise wird der Zuluft 5 bis 10 % an Frischluft zugemischt.

Alternativ kann der Kältemittelkreislauf 10 gemäß Figur 1 auch mit einem dritten Expansionsorgan AE3 betrieben werden, wie dies in Figur 3 darge stellt ist. Dieses dritte Expansionsorgan AE3 gehört zum Innenraum- Verdampferzweig 2.0 und ist dem Innenraum-Verdampfer 2 stromabwärts nachgeschaltet. Der Kältemittelzustand innerhalb des Innenraum- Verdampferzweiges 2.0 kann über einen stromabwärts des Innenraum- Verdampfers 2 vorgesehenen Druck-Temperatursensor pT5 detektiert wer den, alternativ kann auch ein dem Innenraum-Verdampfer 2 luftaustrittsseitig nachgeschaltete Lufttemperaturfühler Tu hierfür herangezogen werden.

Dieses als elektrisch oder mechanisch regelbares Expansionsventil ausge führte dritte Expansionsorgan AE3 sorgt dafür, dass im Innenraum- Verdampferzweig 2.0 keine Unterschreitung eines zur luftseitigen Vereisung führenden Niederdrucks, aufgrund anfallendes Kondensat im Verdampfer netz, erfolgt.

Damit kann im Innenraum-Verdampferzweig 2.0 ein Mitteldruckniveau einge stellt werden, während am Chiller 1 ein quasi beliebiges Niederdruckniveau unterhalb des Niederdruckniveaus im Verdampferzweig 2.0 mittels des Käl temittelverdichters 3 in Abhängigkeit der geforderten Kühlleistung des Chil- lers 1 , insbesondere wie oben dargestellt die maximale Kälteleistung einge stellt werden. Hierzu wird mittels des ersten Expansionsorgans AE1 primär die Sollabkühlung des Kühlmediums reguliert, die bei einem jeweils einge stellten Niederdruck bei einer Mindestüberhitzung von beispielsweise 3K ihr Maximum erreicht. Letztlich ist die Kälteleistung am Chiller 1 in Abhängigkeit des Überhitzungsgrades am Kältemittelaustritt des Chillers 1 beim jeweiligen herrschenden Niederdruck variierbar. Hierbei wird die maximale Kälteleis tung des Chillers 1 erzielt, wenn an dessen Kältemittelaustritt das Kältemittel nahe der Taulinie des Kältemittels insbesondere auf den minimalen Sollwert des Zielüberhitzungsgrades bzw. des zulässigen Überhitzungsgrades mit einem Wert zwischen 3 und 7 K eingestellt wird.

Bei einem gegenüber dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers 2 klei neren Niederdruck des Chillers 1 wird zur Erhöhung der Kälteleistung des Chillers 1 das Kältemittel am Kältemittelaustritt des Chillers 1 nahe an des sen Taulinie, d. h. mit einer geringen Überhitzung betrieben und der Innen raum-Verdampfer 2 mittels des dritten Expansionsorgans AE3 auf einem Mit- teldruck-Niveau betrieben. Zur Reduzierung der Kälteleistung des Chillers 1 wird durch Regelung des Kältemittelverdichters 3 der Niederdruck des Chil lers 1 bis an den Niederdruck des Innenraum-Verdampfers 2 angehoben. Durch weiteres Androsseln des ersten Expansionsorgans AE1 kann zusätz lich die Kälteleistung am Chiller 1 reduziert werden.

Bei einem dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers 2 entsprechenden Niederdruck des Chillers 1 wird eine maximale Kühlleistung am Chiller 1 er zeugt, wenn das Kältemittel im Kältemittelaustritt des Chillers 1 nahe an des sen Taulinie, also mit minimaler Überhitzung auf den minimalen Sollwert des Zielüberhitzungsgrades bzw. des zulässigen Überhitzungsgrades betrieben wird. Die Kühlleistung des Chillers 1 wird durch eine Erhöhung der Überhit zung des Kältemittels mittels des ersten Expansionsorgans AE1 bei konstan tem Druck im Innenraum-Verdampfer 2 reduziert.

Im Zusammenhang mit dem Hochdruck Kältemittelsammler 6.2 sei vermerkt, dass die Sammlerflasche auch in den Kondensator 4 integriert werden kann, bevor stromabwärts die in den Kondensator 4 integrierte Subcoolstrecke durchströmt wird. In dieser Konstellation, die in dieser Aufbauweise nicht einsetzbar ist für die Ausführung als Luftwärmepumpe, kann der dritte Druck- Temperatursensorsensor pT3 entfallen, da mittels des Kondensators 4, in welchem Hochdruck-Kältemittelsammler 6.2 und Subcoolstrecke integriert sind bereits selbständig eine Unterkühlung des Kältemittels eingestellt wird.

Diese Methode zur Erhöhung oder Maximierung der Leistungsbereitstellung am Chiller 1 gilt auch für Kältem ittelkreisläufe 1 , die mehr als einen Innen raum-Verdampfer 2 aufweisen bzw. generell für alle Mehrverdampfersyste me, wobei die dort installierten Verdampfer als Luft-Kältemittel- Wärmeübertrager und/oder als Luft-Kühlm ittel-Wärmeübertrager ausgeführt sind.

Ferner können die beschriebenen Verfahren auch bei einem Kältemittelkreis lauf 10 mit Wärmepumpenfunktion realisiert werden. Schließlich können die beschriebenen Verfahren für alle bekannten Kältemit tel, wie R744, R134a, R1234yf usw. eingesetzt werden, wobei speziell für R744-System ausschließlich der Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 Be rücksichtigung findet.

Zusammengefasst kann das ideale Regelziel eines Kältemittel-Kühlmittel- Wärmeübertragers, wie bspw. des Chillers 1 zum Erzielen einer maximalen Kälteleistung bei einem vorgegebenem Niederdruck als Taulinienbetreib be schrieben werden, wobei wegen der auf die Messsensorik zurückzuführen- den eingeschränkten Auswertbarkeit eines Betriebspunktes auf der Taulinie das Ersatzregelziel„Mindestüberhitzung“ verfolgt wird. Eine weitere Kälte leistungssteigerung am Chiller 1 wird über die Reduktion des Niederdruckni veaus erzielt.

BEZUGSZEICHEN

1 Chiller des Kältem ittelkreislaufs 10

1.0 Chiller-Zweig

1.1 Kühlmittelkreislauf des Chillers 1

2 Innenraum-Verdampfer

2.0 Innenraum-Verdampferzweig

3 Kältem ittelverdichter

4 Kondensator oder Gaskühler

5 innerer Wärmeübertrager

6.1 Niederdruck-Kältemittelsammler

6.2 Hochdruck-Kältem ittelsamm ler

7 Rückschlagventil

10 Kältemittelkreislauf AE1 erstes Expansionsorgan

AE2 zweites Expansionsorgan

AE3 drittes Expansionsorgan pH Druck-Temperatursensor pT2 Druck-Temperatursensor pT3 Druck-Temperatursensor pT4 Druck-Temperatursensor pT5 Druck-Temperatursensor pT6 Druck-Temperatursensor

T Luft Lufttemperaturfühler