Ein gattungsgemäßes Verfahren ist beispielsweise aus der DE 199 25 744 A1 bekannt. Dabei sind auf der Hochdruckseite des Kältekreislaufs ein Verdichter, ein Gaskühler und ein Hoch- druckbereich eines inneren Wärmetauschers angeordnet. Die Niederdruckseite des Kältekreislaufs weist ein Expansionsven- til, einen Verdampfer, einen Sammelbehälter und einen Nieder- druckbereich des inneren Wärmetauschers auf. In dem Verdich- ter wird das Kältemittel verdichtet, was zu einer Temperatur- erhöhung desselben führt. Nachfolgend gibt das Kältemittel Wärme an die Umgebung ab und kühlt in dem inneren Wärmetau- scher weiter ab. Im Expansionsventil wird es auf einen nied- rigeren Druck entspannt und verdampft im Verdampfer unter Wärmeaufnahme aus der Zuluft. In dem inneren Wärmetauscher muss das Kältemittel die Wärme der Hochdruckseite aufnehmen und gelangt wieder in den Verdichter, wodurch ein geschlosse- ner Kältekreislauf entsteht.

Bereits im bekannten Stand der Technik wurde festgestellt, dass für einen effizienten Betrieb der Klimaanlage ein transkritischer bzw. überkritischer Kältekreislauf vorteil- haft ist, da nur durch die hierbei auftretende hohe Tempera- tur des Kältemittels eine hohe Wärmeabgabe an die Umgebung stattfinden kann. Aus diesem Grund ist es bei derartigen überkritischen Prozessverläufen, bei denen zwischen dem Ver- dichterausgang und dem Eingang des Expansionsventils kein Phasenübergang zwischen der gasförmigen und der flüssigen Phase stattfindet, erforderlich, das Kältemittel auf mög- lichst hohe Verdichtungstemperaturen zu komprimieren.

Die Grenzen einer solchen Erhöhung der Kältemitteltemperatur sind insbesondere die zulässige Temperatur des Verdichters, jedoch auch die Temperatur des Kältemittels selbst. Hierbei hängt die Temperatur des Verdichters im wesentlichen von der Eintrittstemperatur des Kältemittels in den Verdichter, dem Verdichterdruckverhältnis, den dynamischen Eigenschaften des Verdichters und dem polytropen Wirkungsgrad ab. Zur Erhöhung der Effizienz und somit auch der Leistung wird bei dem be- kannten transkritischen Kältekreislauf ein innerer Wärmetau- scher verwendet, dessen Leistungsfähigkeit die Eintrittstem- peratur in den Verdichter stark beeinflusst. Nimmt die Dreh- zahl der mit dem Verdichter verbundenen Brennkraftmaschine zu, so wird bei konstanter Kälteleistung der Massenstrom des Kältemittels geregelt, was beispielsweise durch das Verstel- len des Verdichters vorgenommen werden kann. Wird der Ver- dichterhub reduziert, so nimmt der polytrope Wirkungsgrad des Verdichters ab, so dass die Verdichtungstemperatur bei kon- stant bleibendem Verdichterdruckverhältnis stark ansteigt.

Um eine Schädigung der gesamten Anlage zu verhindern, wird bei bekannten Klimaanlagen bislang eine druck-oder tempera- turabhängige Abschaltung der Anlage vorgenommen. Problema- tisch dabei ist jedoch, dass nach dem Abschalten der Anlage keine Kälteleistung mehr zur Verfügung gestellt werden kann.

Dies ist um so problematischer, als gerade bei hohen Drehzah- len der Brennkraftmaschine und hohen Außentemperaturen oft- mals auch eine entsprechende Kälteleistung von der Klimaanla- ge gefordert wird.

Weitere ähnliche Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung von Klimaanlagen sind auch in der DE 198 13 673 AI oder der DE 101 40 630 Al beschrieben. Jedoch sind auch diese Lösungen nicht in der Lage, das beschriebene Problem zu beseitigen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah- ren zur Regelung einer Klimaanlage zur Verfügung zu stellen, welches auch im überkritischen Betrieb mit einer geeigneten Strategie betrieben werden kann, ohne dass bei einer drohen- den Temperaturüberschreitung des Kältemittels die gesamte Klimaanlage abgeschaltet werden muss.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Leistung des inneren Wärmetauschers derart begrenzt, dass die Temperatur des Verdichters und/oder des Kältemittels einen kritischen Wert nicht übersteigt. Da- mit ergibt sich eine Regelung des Kältekreislaufs, bei der sich die maximale Temperatur des Kältemittels in Betriebszu- ständen mit entsprechender Belastung stets entlang der kriti- schen Temperatur bewegt und diese nicht überschreitet. Da- durch wird eine Überhitzung des Verdichters sowie eine Be- schädigung von Bauteilen aufgrund einer zu starken Druckerhö- hung mit einfachen Mitteln vermieden.

Zur Begrenzung der Leistung des inneren Wärmetauschers und somit zur Verhinderung des Überschreitens des kritischen Werts der Temperatur des Kältemittels ergeben sich mehrere Möglichkeiten, die gegebenenfalls auch in Kombination einge- setzt werden können.

Zum einen ist es möglich, dass der durch den Verdichter er- zeugte Druck durch eine Verringerung des Hubs des Verdichters reduziert wird. Zum anderen kann das Expansionsventil geöff- net und der Druck in dem Kältekreislauf verringert werden.

Eine weitere Lösung kann darin bestehen, dass über eine Boh- rung des Sammelbehälters zusätzliches Kühlmittel angesaugt und dem Kältekreislauf zugeführt wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Dabei zeigen : Fig. 1 einen Kältekreislauf einer Klimaanlage, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann ; und Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Druck des Kältemittels über der spezifischen Enthalpie desselben aufgetragen ist.

Fig. 1 zeigt einen Kältekreislauf 1 einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Klimaanlage, welche zur Kühlung eines In- nenraums eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Innerhalb des Kältekreislaufs 1 zirkuliert in an sich bekannter Weise ein Kältemittel, im vorliegenden Fall vorzugsweise CO2. Das Kältemittel wird in einem Verdichter 2 verdichtet und anschließend einem Gaskühler 3 zugeführt. Dort gibt das Kältemittel Wärme an die Umgebung ab, wodurch die Temperatur des Kältemittels verringert wird. Eine weitere Temperaturverringerung des Kältemittels wird durch einen in- neren Wärmetauscher 4 erreicht, welcher sich an den Gaskühler 3 anschließt. Der Verdichter 2, der Gaskühler 3 und der inne- re Wärmetauscher 4 sind durch Kältemittelleitungen 5 mitein- ander verbunden und bilden die Hochdruckseite des Kältekreis- laufs 1. Die Kältemittelleitungen 5 verbinden auch die nach- folgend beschriebenen Bauteile des Kältekreislaufs 1.

Nach Durchlaufen des inneren Wärmetauschers 4, der einen Hochdruckbereich 4a und einen Niederdruckbereich 4b aufweist, gelangt das Kältemittel zu einem Expansionsventil 6, in dem es auf einen niedrigeren Druck entspannt wird. Anschließend strömt das Kältemittel wiederum durch die Kühlmittelleitungen 5 in einen Verdampfer 7, wo es unter Wärmeaufnahme aus der Zuluft zu dem Innenraum des Kraftfahrzeugs verdampft.

An den Verdampfer 7 schließt sich ein Sammelbehälter 8 an, in den das Kältemittel einströmt. Von dem Sammelbehälter 8, auf den zu einem späteren Zeitpunkt näher eingegangen wird, ge- langt das Kältemittel über den Niederdruckbereich 4b des in- neren Wärmetauschers 4, an dem Wärme aus dem Hochdruckbereich 4b entnommen wird, wieder zu dem Verdichter 2, so dass der Kältekreislauf 1 geschlossen ist. Das Expansionsventil 6, der Verdampfer 7, der Sammelbehälter 8 sowie der Niederdruckbe- reich 4b des inneren Wärmetauschers 4 bilden die Niederdruck- seite des Kältekreislaufs 1.

Der beschriebene Kältekreislauf 1 wird in an sich bekannter Weise im sogenannten überkritischen bzw. transkritischen Pro- zess betrieben, bei dem kein Übergang zwischen der gasförmi- gen und der flüssigen Phase des Kältemittels stattfindet und das Kältemittel somic in dem Gaskühler 3 im gasförmigen Zu- stand verbleibt und in dem Expansionsventil 6 als Nassdampf vorliegt. Durch diesen transkritischen Betrieb des Kälte- kreislaufs 1 wird bei hoher Temperatur des Kältemittels eine hohe Wärmeabgabe an die Umgebung erreicht. Durch die Verdich- tung des Kältemittels in dem Verdichter 2 steigt zusätzlich zu dem Druck auch die Temperatur des Kältemittels an, bevor es im nachfolgenden Gaskühler 3 die Wärme abgibt. Diese Tem- peratur kann bei sehr hohen Außentemperaturen und entspre- chend hohen Drehzahlen des Verdichters 2 Werte erreichen, die sowohl das Schmiermittel des Verdichters 2 schädigen als auch den Verdichter 2 sehr stark beanspruchen, sodass der Tempera- tur des Kältemittels insbesondere aufgrund der zulässigen Temperatur des Verdichters 2 nach oben Grenzen gesetzt sind.

Gleiches gilt auch für die Höhe des Drucks in dem Kühlkreis- lauf 1, der durch die Festigkeit der Bauteile des Kühlkreis- laus 1 nach oben begrenzt ist.

Um die Überschreitung der beschriebenen kritischen Temperatur des Verdichters 2 sowie die Überschreitung eines kritischen Drucks innerhalb des Kältekreislaufs 1 zu verhindern, wird bei dem vorliegenden Kältekreislauf 1 die Leistung des inne- ren Wärmetauschers 4 reduziert, so dass das Temperaturlimit am Austritt des Verdichters 2 im kritischen Betriebspunkt, beispielsweise bei Leerlauf oder bei sehr hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und hohen Außen-bzw. Umgebungstempe- raturen, eingehalten werden kann. Um in anderen Betriebspunk- ten der Brennkraftmaschine und der Klimaanlage nicht auf Leistungs-und Effizienzpotentiale verzichten zu müssen, wird die Klimaanlage bei einem geringen Luftstrom durch die wärme- abgebende Komponente des Kältekreislaufs 1 sowie bei hohen Umgebungstemperaturen mit maximalem Arbeitsdruck auf der Hochdruckseite des Kältekreislaufs 1 betrieben, wobei der in- nere Wärmetauscher 4 so ausgeführt ist, dass die maximale Temperatur soweit wie möglich erreicht werden kann, ohne die- se zu überschreiten. Falls in einem anderen Betriebspunkt die kritische Temperatur überschritten wird, so wird der durch den Verdichter 2 erzeugte Druck durch eine Verringerung des Hubs desselben soweit reduziert, dass die kritische bzw. zu- lässige Temperatur nicht überschritten werden kann. Diese Hubverringerung des Verdichters 2 kann in an sich bekannter und daher nicht näher beschriebener Art und Weise erfolgen.

Die beschriebene Regelung des Kältekreislaufs 1 kann dabei über zwei unterschiedlich hohe Temperaturen des Kühlmittels als Regelgrößen vorgenommen werden. Beispielsweise ist es möglich, das Überschreiten einer bestimmten Temperatur für eine bestimmte Zeit zu erlauben und spätestens bei Erreichen einer zweiten, höheren Temperatur auf die beschriebene Art und Weise in den Kältekreislauf 1 einzugreifen.

Zur Ermittlung der für die Regelung erforderlichen Temperatur des Kältemittels nach dem Verdichter 2 ist zwischen dem Ver- dichter 2 und dem Gaskühler 3 in der Kältemittelleitung 5 ein Temperatursensor 9 angeordnet, der über eine Verbindungslei- tung 10 mit dem Verdichter 2 und über eine Verbindungsleitung 11 mit dem Expansionsventil 6 verbunden und so in der Lage ist, den Betrieb derselben zu steuern.

Statt der Verringerung des Drucks an dem Verdichter 2 ist es auch möglich, zur Begrenzung der Leistung des inneren Wärme- tauschers 4 bzw. zur Verhinderung des Überschreitens des kri- tischen Werts der Temperatur des Kältemittels das Expansions- ventil 6 zu öffnen und so den Druck in dem Kältekreislauf 1 zu verringern, wodurch sich entsprechend auch die Temperatur des Kältemittels verringert.

Eine weitere Möglichkeit, die Temperatur in dem Kältekreis- lauf 1 unterhalb einer kritischen Temperatur zu halten, be- steht darin, über eine Bohrung 12 an der Unterseite des Sam- melbehälters 8 zusätzliches Kühlmittel anzusaugen und dem Kältekreislauf 1 zuzuführen.

In Fig. 2 ist der Druck p des Kältemittels innerhalb des Käl- tekreislaufs 1 über der spezifischen Enthalpie h desselben aufgetragen. Dieser Verlauf ist durch die mit"A"bezeichnete Linie dargestellt. Ausgehend von dem mit I bezeichneten Zu- stand bzw. Punkt wird das Kältemittel auf den Druck p gemäß dem Punkt II verdichtet, wo die kritische Temperatur Tkrit er- reicht wird. In dem Gaskühler 3 erfolgt die Abkühlung des Kältemittels auf den Punkt III und mittels des Hochdruckbe- reichs 4a des inneren Wärmetauschers 4 auf den Punkt IV.

Durch das Expansionsventil 6 wird das Kältemittel auf den Zu- stand gemäß Punkt V entspannt. Schließlich gelangt das Kälte- mittel durch das Verdampfen innerhalb des Verdampfers 7 zu dem Punkt VI und von dort durch die Wärmeaufnahme des Nieder- druckbereichs 4b des inneren Wärmetauschers 4 zurück auf den Punkt I am Eintritt in den Verdichter 2. Es wird also deut- lich, dass durch den Einsatz des inneren Wärmetauschers 4 ei- ne Verbesserung des Kälteprozesses in dem Kältekreislauf 1 erreicht wird. Durch den mit dem Bezugszeichen B bezeichneten Doppelpfeil ist dieser Austausch von Wärme innerhalb des in- neren Wärmetauschers 4 dargestellt.

In Fig. 2 sind weitere Linien C, D und E eingezeichnet, wel- che zwischen den Punkten I und II sowie den Punkten II und IV parallel zu der Kurve A verlaufen. Dabei wird deutlich, dass durch eine Absenkung des Drucks innerhalb des Kühlkreislaufs 1 die kritische Temperatur Tkrit erst sehr viel später er- reicht wird. Die Linie F zeigt in an sich bekannter Weise die Grenze zwischen den Zuständen gasförmig, flüssig und Nass- dampf des Kältemittels.