Verwendung einer Temperaturmessstelle in einem Verdichter zur Regelung einer Temperatur eines Kältemittelkreis(lauf)es, Verfahren zur Regelung einer Temperatur eines Kältemittelkreis(lauf)es, Verdichter und Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung einer Temperaturmessstelle in einem Verdichter zur Regelung einer Temperatur eines Kaltem ittelkreis(lauf)es, ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur eines Kaltem ittelkreis(lauf)es, einen Verdichter sowie ein Fahrzeug.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Temperaturregelung eines Kaltem ittelkreis(lauf)es zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine gemäß Anspruch 1 vorgeschlagene und unter Schutz gestellte Verwendung einer Temperaturmessstelle in einem Verdichter gelöst. Es wird ferner ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur eines Kaltem ittelkreis(lauf)es vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (Anspruch 5). Zudem werden ein Verdichter und ein Fahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Ansprüche 6 und 12). Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es wird eine Verwendung zumindest einer Temperaturmessstelle in einem Verdichter zur Regelung einer Temperatur eines Kältemittelkreis(lauf)es vorgeschlagen, wobei die Temperaturmessstelle zwischen einer Leistungselektronik des Verdichters, welche von einem in den Verdichter strömenden Kältemittel umströmt und gekühlt wird, und einer der Leistungselektronik in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordneten Verdichterstufe verwendet wird. Die Temperaturmessstelle ist demnach stromabwärts der Leistungselektronik und stromaufwärts der Verdichterstufe angeordnet bzw. vorgesehen.

Unter einer Temperaturmessstelle ist dabei eine Stelle des Verdichters zu verstehen, an welcher über ein Messelement eines Temperaturmessaufnehmers bzw. Temperatursensors eine Temperatur abgegriffen bzw. erfasst wird. Der Temperaturmessaufnehmer bzw. Temperatursensor kann dabei zumindest größtenteils außerhalb oder innerhalb des Verdichters bzw. Verdichtergehäuses vorgesehen sein. Der Temperaturmessaufnehmer bzw. Temperatursensor kann dabei im und/oder am Verdichtergehäuse angeordnet bzw. verbaut sein.

Die vorgeschlagene Lage der Temperaturmessstelle ermöglicht eine genaue Temperaturerfassung des Kältemittels vor dessen Eintritt in die Verdichterstufe. Dies ermöglicht eine genaue Temperaturregelung des Kältemittelkreis(lauf)es auf eine sog. Überhitzungstemperatur im Dampfgebiet des Kältemittels. Dies wiederum bedingt einen bestmöglichen Wirkungsgrad des Kältemittelkreis(lauf)es.

In einer Ausführung wird zwischen der Leistungselektronik und der Verdichterstufe zudem zumindest eine Druckmessstelle verwendet. Dadurch lässt sich der Druck des Kältemittels vor dessen Eintritt in die Verdichterstufe genau erfassen. Dabei wird ein mit der Umströmung der Leistungselektronik sich einstellender Druckabfall vorteilhafterweise erfasst. Somit lässt sich unter Verwendung der erfassten Temperatur- und Druckinformation ein tatsächlicher Arbeitspunkt des Kältemittels in einem sog. Druck-Enthalpie-Zustandsdiagramm bzw. p- h- Diagramm des Kältemittels genau bestimmen. Dies bedingt eine Verbesserung der besagten Temperaturregelung bzw. des besagten Wirkungsgrades.

Unter einer Druckmessstelle ist dabei eine Stelle des Verdichters zu verstehen, an welcher über ein Messelement eines Druckmessaufnehmers bzw. Drucksensors ein Druck abgegriffen bzw. erfasst wird. Der Druckmessaufnehmer bzw.

Drucksensor kann dabei zumindest größtenteils außerhalb oder innerhalb des Verdichters bzw. Verdichtergehäuses vorgesehen sein. Der Druckmessaufnehmer bzw. Drucksensor kann dabei im und/oder am Verdichtergehäuse angeordnet bzw. verbaut sein.

In einer weiteren Ausführung wird/werden zumindest ein Temperatursensor mit der Temperaturmessstelle und/oder zumindest ein Drucksensor mit der Druckmessstelle im und/oder am Verdichter verwendet. Dabei kann/können der Temperatursensor und/oder der Drucksensor an die Leistungselektronik elektrisch angebunden werden.

Es wird ferner ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur eines Kältemittelkreislaufes vorgeschlagen, bei welchem eine zu regelnde Temperatur in einem Verdichter des Kaltem ittelkreis(lauf)es an einer Messstelle zwischen einer Leistungselektronik des Verdichters, welche von einem in den Verdichter strömenden Kältemittel umströmt und gekühlt wird, und einer der Leistungselektronik in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordneten Verdichterstufe erfasst wird. Die Temperaturmessstelle ist demnach stromabwärts der Leistungselektronik und stromaufwärts der Verdichterstufe angeordnet bzw. vorgesehen.

Die vorgeschlagene Lage der Temperaturmessstelle ermöglicht eine genaue Temperaturerfassung des Kältemittels vor dessen Eintritt in die Verdichterstufe. Dies ermöglicht eine genaue Temperaturregelung des Kältemittelkreis(lauf)es auf eine sog. Überhitzungstemperatur im Dampfgebiet des Kältemittels. Dies wiederum bedingt einen bestmöglichen Wirkungsgrad des Kältemittelkreis(lauf)es.

Des Weiteren wird ein Verdichter für einen Kältemittelkreis(lauf) vorschlagen, in welchem zumindest eine Temperaturmessstelle zwischen einer Leistungselektronik des Verdichters und einer der Leistungselektronik in Strömungsrichtung eines Kältemittels nachgeordneten Verdichterstufe vorgesehen ist. Die Temperaturmessstelle ist demnach stromabwärts der Leistungselektronik und stromaufwärts der Verdichterstufe angeordnet bzw. vorgesehen.

Dabei kann zwischen der Leistungselektronik und der Verdichterstufe auch zumindest eine Druckmessstelle vorgesehen sein.

In einer Ausführung ist/sind zumindest ein Temperatursensor mit der Temperaturmessstelle und/oder zumindest ein Drucksensor mit der Druckmessstelle im und/oder am Verdichter vorgesehen. Der Temperatursensor und/oder der Drucksensor kann/können dabei an die Leistungselektronik elektrisch angebunden sein.

In einer weiteren Ausführung ist/sind der Temperatursensor und/oder der Drucksensor in die Leistungselektronik verbaut. Der Temperatursensor und/oder der Drucksensor kann/können dabei in Gestalt einer zumindest teilweise auf die Leistungselektronik aufgedruckten Struktur ausgeführt sein.

Es wird ferner ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung eines Fahrgastraums vorgeschlagen, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdichter der zuvor beschriebenen Art aufweist.

Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches entweder verbrennungsmotorisch und/oder elektromotorisch betrieben wird, insbesondere aber Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge. Dabei handelt es sich vorzugsweise um teilautonom und insbesondere um vollautonom betriebene Fahrzeuge.

Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen, teilweise schematisch:

Fig. 1 einen vorgeschlagenen Verdichter sowie

Fig. 2 ein einen Kältemittelkreis(lauf) veranschaulichendes Druck-Enthalpie-Diagramm bzw. p-h-Diagramm.

Der vorgeschlagene Verdichter 2 - auch Kompressor genannt - ist Teil eines Kältemittelkreis(lauf)es eines Fahrzeugs. Der Kältemittelkreis(lauf) dient der Klimatisierung eines Fahrgastraums und umfasst einen Verdichter 2 mit einem Gehäuse, welches eine Leistungselektronik 6 des Verdichters 2 sowie eine der Leistungselektronik 6 - in Strömungsrichtung eines Kältemittels - nachgeordnete Verdichterstufe 4 - auch Kompressorstufe genannt - umfasst, welche das Kältemittel im Kaltem ittelkreis(lauf)es verdichtet und fördert.

Dabei ist zwischen der Leistungselektronik 6 und der Verdichterstufe 4 eine Temperaturmessstelle 8 vorgesehen, um eine sog. Überhitzungstemperatur des Kältemittels vor dessen Eintritt in die Verdichterstufe 4 genau erfassen und den Kältemittelkreis(lauf) auf diese Überhitzungstemperatur genau regeln zu können. Die Temperaturmessstelle 8 ist demnach stromabwärts der Leistungselektronik 6 und stromaufwärts der Verdichterstufe 4 angeordnet bzw. vorgesehen.

Neben der Temperaturmessstelle 8 ist auch eine Druckmessstelle 10 zwischen der Leistungselektronik 6 und der Verdichterstufe 4 vorgesehen, welche in Verbindung mit der Temperaturmessstelle 8 eine genaue Erfassung eines Arbeitspunktes des Kältemittels in einem p-h-Diagramm und somit eine genaue Regelung des Kälte- mittelkreis(lauf)es auf die Überhitzungstemperatur ermöglicht. Die Temperaturmessstelle 8 sowie die Druckmessstelle 10 sind demnach stromabwärts der Leistungselektronik 6 und stromaufwärts der Verdichterstufe 4 angeordnet bzw. vorgesehen.

Ein Kältemittelzulauf 12 führt dabei in das Verdichtergehäuse, wohingegen ein Kältemittelablauf 14 vom Verdichtergehäuse bzw. von der Verdichterstufe 4 wegführt.

Indem das Kältemittel in das Verdichtergehäuse einströmt, umströmt es die Leistungselektronik 6 und kühlt sie dabei. Die Abwärme bzw. Verlustwärme der Leistungselektronik 6 erwärmt bzw. erhitzt dabei das Kältemittel zusätzlich auf die besagte Erhitzungstemperatur.

Fig. 2 veranschaulicht beispielhaft ein sog. Druck-Enthalpie-Zustandsdiagramm bzw. p- h- Diagramm des Kältemittels R - 1234yf. In diesem Zustandsdiagramm ist die spezifische Enthalpie h auf der Abszissenachse und der Druck p auf der Ordinatenachse aufgetragen. In diesem p- h- Diagramm ist zudem einen Kaltem ittelkreis(lauf) veranschaulicht (vgl. dazu die eingezeichneten Linien A, B, C, D). Die Linie A kennzeichnet dabei eine Verdampfung, die Linie B eine Verdichtung, die Linie C eine Kondensation und die Linie D eine Entspannung des Kältemittels.

Diesen Kältemittelkreis(lauf) gilt es dabei auf eine gewünschte Überhitzungstemperatur des Kältemittels zu regeln. Diese Überhitzungstemperatur ist dabei durch den Punkt bzw. Eckpunkt bzw. Überhitzungspunkt UE dargestellt, welcher durch die Linien A und B gebildet wird. Entlang der Linie A wird das Kältemittel bis zur sog. Taulinie verdampft und darüber hinaus, d.h. bis zum Punkt UE rechts von der Tauline geringfügig überhitzt, bevor es schließlich vollkommen dampfförmig bzw. gasförmig in die Verdichterstufe 4 einströmt und auf ein höheres Temperaturund Druckniveau verdichtet wird.

Im Unterschied zu einer Temperaturmessstelle vor dem Verdichter 2 ermöglicht die vorgeschlagene Lage der Temperaturmessstelle 8 eine genaue Erfassung einer gewünschten Überhitzungstemperatur des Kältemittels rechts von der Taulinie im sog. Dampfgebiet des Kältemittels und somit eine genaue Temperaturregelung des Kältemittelkreis(lauf)es auf diese Überhitzungstemperatur.

In Verbindung mit der vorgeschlagenen Druckmessstelle 10 lässt sich dabei vorteilhafterweise der genaue Arbeitspunkt des Kältemittels im p-h-Diagramm rechts von der Taulinie im Dampfgebiet des Kältemittels erfassen und einstellen.

Im Unterschied zu einer Temperaturmessstelle vor dem Verdichter 2 - welche nur eine relativ starke bzw. große Überhitzung des Kältemittels zulässt - lässt sich somit eine gewünschte, geringfügige, d.h. minimale bzw. notwendige Überhitzung des Kältemittels von ca. 2 bis 10K über die sog. Taulinie hinaus durch eine entsprechende Ansteuerung der Verdichterstufe einstellen. Eine ungewollte Verfälschung bzw. Verzerrung des Arbeitspunktes des Kältemittels im p-h-Diagramm aufgrund eines Wärmeeintrages in das Kältemittel beim Umströmen der Leistungselektronik 6 durch das Kältemittel unterbleibt dabei. Dies bedingt die Genauigkeit der Temperaturregelung des Kältemittelkreis(lauf)es auf die besagte Überhitzungstemperatur. Und indem die gewünschte Überhitzung des Kältemittels kleinstmöglich, d.h. nicht stärker bzw. größer als nötig eingestellt werden kann, verbessert sich der Wirkungsgrad des Kältemittelkreis(lauf)es.

Ein optimaler Wirkungsgrad des Kältemittelkreis(lauf)es wird dann erreicht, wenn das Kältemittel vor dem Eintritt in den Verdichter 2 nahezu dampfförmig vorliegt. In Fig. 2 entspricht dies entlang der Linie A einem Punkt kurz vor der Taulinie, so dass sich das Kältemittel infolge der Umströmung der Leistungselektronik 6 bis zum Punkt bzw. Überhitzungspunkt UE rechts von der Taulinie zusätzlich erwärmt bzw. erhitzt. Dieser Überhitzungspunkt UE entspricht dabei einer Überhitzung des Kältemittels um ca. 2 bis 10K rechts von der Taulinie, und zwar abhängig von einem sich darstellenden Wirkungsgrad des Kältemittelkreis(lauf)es und einer sich darstellenden Verlustwärme der Leistungselektronik 6.

In einer alternativen - durch die Figuren nicht dargestellten - Ausgestaltung ist eine Druckmessstelle nicht zwischen der Leistungselektronik 6 und der Verdichterstufe 4, sondern vor dem Verdichter 2 vorgesehen. Dabei ist ein infolge der Umströmung der Leistungselektronik 6 durch das Kältemittel sich einstellender Druckverlust zu beachten bzw. zu berücksichtigen, der z.B. geschätzt werden könnte.

In einer weiteren, alternativen - durch die Figuren nicht dargestellten - Ausgestaltung ist sowohl vor dem Verdichter 2 als auch zwischen der Leistungselektronik 6 und der Verdichterstufe 4 je eine Druckmessstelle vorgesehen. Dabei lässt sich der infolge der Umströmung der Leistungselektronik 6 durch das Kältemittel sich einstellende Druckverlust genau erfassen.

Der Fig. 1 nach kann/können ein die Temperaturmessstelle 8 aufweisender Temperatursensor und/oder ein die Druckmessstelle 10 aufweisender Drucksensor im und/oder am Verdichter 2 vorgesehen sein. Der Temperatursensor und der Drucksensor können dabei eine Sensoreinheit bzw. einen sog. p-T-Sensor bzw. Druck-Temperatur-Sensor bilden. Alternativ dazu kann/können ein mit der Temperaturmessstelle 8 verbundener Temperatursensor und/oder ein mit der Druckmessstelle 10 verbundener Drucksensor oder auch eine Sensoreinheit aus einem mit der Temperaturmessstelle 8 verbundenen Temperatursensor und einem mit der Druckmessstelle 10 verbundenen Drucksensor - bzw. ein sog. p-T-Sensor - außerhalb oder zumindest größtenteils außerhalb des Verdichters 2 vorgesehen sein.

In einer weiteren - durch die Figuren nicht dargestellten - Ausgestaltung ist/sind der Temperatursensor und/oder der Drucksensor an die Leistungselektronik 6 elektrisch angebunden.

In einer weiteren - durch die Figuren nicht dargestellten - Ausgestaltung ist/sind der Temperatursensor und/oder der Drucksensor in die Leistungselektronik 6 verbaut. Dabei kann/können der Temperatursensor und/oder der Drucksensor in Gestalt einer zumindest teilweise auf die Leistungselektronik aufgedruckten Struktur ausgeführt sein. Diese aufgedruckte Ausführung ermöglicht eine kostengünstige Realisierung einer Temperatur- und/oder Druck-Sensorik auf der Leistungselektronik 6 des Verdichters 2.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.