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DE102020106625B4 - Reheating method for operating a refrigeration system for a motor vehicle, refrigeration system and motor vehicle with such a refrigeration system - Google Patents

Reheating method for operating a refrigeration system for a motor vehicle, refrigeration system and motor vehicle with such a refrigeration system Download PDF

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DE102020106625B4
DE102020106625B4 DE102020106625.2A DE102020106625A DE102020106625B4 DE 102020106625 B4 DE102020106625 B4 DE 102020106625B4 DE 102020106625 A DE102020106625 A DE 102020106625A DE 102020106625 B4 DE102020106625 B4 DE 102020106625B4
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DE
Germany
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valve
heating
primary
line
refrigeration system
Prior art date
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German (de)
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Inventor
Dirk Schroeder
Christian Rebinger
Helmut Rottenkolber
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Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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Abstract

Nachheizverfahren (500) zum Betreiben einer Kälteanlage (10) mit Wärmepumpenfunktion 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;ein Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) angeordnetes Primärstrangventil (A4);ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem Heizregister (26) angeordnetes Sekundärstrangventil (A3);wenigstens ein Nachheiz-Expansionsventil (AE4), das zwischen dem Heizregister (26) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) im Sekundärstrang (16) angeordnet ist;wobei das Nachheizverfahren folgende Schritte umfasst:Einstellen des Primärstrangventils (A4) und des Sekundärstrangventils (A3) in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung, derart dass von dem Kältemittelverdichter (12) gefördertes Kältemittel sowohl in den Primärstrang (14) als auch in den Sekundärstrang (16) gefördert wird, wobei bei vollständig geöffnetem Primärstrangventil (A4) (S503) das Sekundärstrangventil (A3) schrittweise geöffnet wird (S505), um einen aufkommenden oder steigenden Heizbedarf (S506) zu decken.Post-heating method (500) for operating a refrigeration system (10) with a heat pump function for a motor vehicle, wherein the refrigeration system (10) comprises: a refrigerant compressor (12) which is connectable or connected to a primary line (14) and a secondary line (16); an external heat exchanger (18) which is arranged in the primary line (14); an evaporator (22) which is arranged in the primary line (14); a heating register (26) which is arranged in the secondary line (16); a primary line valve (A4) arranged between the refrigerant compressor (12) and the external heat exchanger (18); a secondary line valve (A3) arranged between the refrigerant compressor (12) and the heating register (26); at least one post-heating expansion valve (AE4) which is arranged between the heating register (26) and the external heat exchanger (18) in the secondary line (16); wherein the Reheating method comprises the following steps:Setting the primary branch valve (A4) and the secondary branch valve (A3) in an at least partially open position such that refrigerant conveyed by the refrigerant compressor (12) is conveyed both into the primary branch (14) and into the secondary branch (16), wherein when the primary branch valve (A4) (S503) is fully open, the secondary branch valve (A3) is gradually opened (S505) in order to cover an emerging or increasing heating requirement (S506).

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachheizverfahren (RH IV) zum Betreiben einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion für ein Kraftfahrzeug, eine Kälteanlage und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage.The invention relates to a reheating method (RH IV) for operating a refrigeration system with heat pump function for a motor vehicle, a refrigeration system and a motor vehicle with such a refrigeration system.

Eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion umfasst üblicherweise einen Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang 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 dem Heizregister angeordnet ist; und wenigstens ein Nachheiz-Expansionsventil, das zwischen dem Heizregister und dem äußeren Wärmeübertrager im Sekundärstrang angeordnet ist.A refrigeration system with a heat pump function usually comprises a refrigerant compressor that is connectable or connected to a primary line and a secondary line; an external heat exchanger arranged in the primary line; an evaporator arranged in the primary line; a heating register arranged in the secondary line; at least one movable temperature flap arranged upstream or downstream of the heating register with respect to a supply air flow direction; and at least one post-heating expansion valve arranged between the heating register and the external heat exchanger in the secondary line.

Eine derartige Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion ist beispielsweise in der DE 10 2018 213 232 A1 beschrieben.Such a refrigeration system with heat pump function is used, for example, in the EN 10 2018 213 232 A1 described.

Aus der DE 10 2012 111 672 A1 ist eine Kälteanlage bekannt, bei der ein Primärstrangventil und ein Sekundärstrangventil gleichzeitig geöffnet sein können.From the EN 10 2012 111 672 A1 A refrigeration system is known in which a primary branch valve and a secondary branch valve can be open at the same time.

Weitere Hintergrundinformationen zu Kälteanlagen bzw. Wärmepumpen finden sich beispielsweise in den Druckschriften DE 100 29 934 A1 , EP 1 451 031 B1 und DE 102 15 587 A1 .Further background information on refrigeration systems and heat pumps can be found, for example, in the publications DE 100 29 934 A1 , EP 1 451 031 B1 and DE 102 15 587 A1 .

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 eine gewünschte Ausblastemperatur gebracht.In a reheating process, which in technical jargon is also referred to as reheat, reheat operation, reheat process, the air cooled and dehumidified by the evaporator is brought to a desired outlet temperature by at least partially heating it by means of the heating register when air conditioning a vehicle interior.

Das Heizregister ist dabei eine Wärmequelle, bei der im Kältemittel gespeicherte Wärme an ein anderes Medium, wie Luft, Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch und dergleichen abgegeben wird. Das Heizregister kann als Heizkondensator bzw. Heizgaskühler ausgeführt sein, wenn es direkt von (Umgebungs-) Luft als Kabinenzuluft umströmt wird, welche die abgegebene Wärme aufnimmt. Das Heizregister kann als Fluid-Wärmeübertrager ausgeführt sein, wenn es von einem anderen Fluid als (Umgebungs-)Luft, wie beispielsweise 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 (Umgebungs-) Luft. Insoweit erfolgt durch einen Fluid-Wärmeübertrager eine indirekte Erwärmung von (Umgebungs-) Luft als Kabinenzuluftstrom.The heating register is a heat source in which heat stored in the coolant is released 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 directly around it as the cabin supply air, which absorbs the released heat. The heating register can be designed as a fluid heat exchanger if a fluid other than (ambient) air, such as water, a water-glycol mixture, or the like, flows through or around it, with the heat stored in the coolant being released to the fluid. When designed as a fluid heat exchanger, further heat is transferred from the heated fluid to the (ambient) air. In this respect, a fluid heat exchanger indirectly heats (ambient) air as the cabin supply air flow.

Dabei kann im Luftströmungsweg zwischen dem Verdampfer und dem Heizregister (also stromaufwärts des Heizregisters) wenigstens eine Temperaturklappe 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 vollständig geöffnet ist (100% Öffnungsstellung) wird im Wesentlichen der gesamte vom Verdampfer kommende, entfeuchtete 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 stromabwärts 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 angeordnet sein. In this case, 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), which is completely closed (0% open position or closed position) when the air is to be fed into the vehicle interior cooled and not heated. When the temperature flap is completely open (100% open position), essentially the entire dehumidified air flow coming from the evaporator is fed over the heating register and heated. When the temperature flap is partially opened, part of the air is fed over the heating register and the other part of the air is fed around the heating register and not heated, so that a mixture of heated and cooled air is formed downstream of the heating register, which is then fed into the vehicle interior. Alternatively, the adjustable temperature flap can also be arranged downstream of the heating register.

Bislang erfolgt die Anpassung einer gewünschten Ausblastemperatur darüber, dass die Temperaturklappe schrittweise verstellt wird, wobei nachgelagert zu dieser schrittweisen Einstellung der Temperaturklappe das Nachheiz-Expansionsventil eingestellt wird, um eine optimale Drucklage in der Kälteanlage zu erreichen. Erfolgt aber beispielsweise das Schließen der Temperaturklappe sehr rasch, kann dies aufgrund der damit verbundenen rasch sinkenden Wärmeabfuhr am Heizregister zu unerwünschten Druckänderungen im Kältemittelkreislauf führen. Dabei steigt der Druck in der Kälteanlage, höchstens jedoch bis zu einer Abregelgrenze des Systems bei einem maximal zulässigen Druck. Damit verbunden steigt die Temperatur im Kältemittel und folglich im Heizregister an, obwohl beim Schließen der Temperaturklappe eigentlich von einem geringeren Nachheizbedarf auszugehen ist. Somit ergibt sich ein ineffizienter Betrieb der Kälteanlage, weil bei schlechter Belüftung des Heizregisters und damit bei steigender Temperatur des Kältemittels die Wärmeabfuhr aufgrund der wenig geöffneten oder geschlossenen Temperaturklappe erschwert bzw. unmöglich ist.Up to now, the desired outlet temperature has been adjusted by gradually adjusting the temperature flap, with the reheating expansion valve being adjusted downstream of this gradual adjustment of the temperature flap in order to achieve an optimal pressure level in the refrigeration system. However, if the temperature flap is closed very quickly, for example, this can lead to undesirable pressure changes in the refrigerant circuit due to the associated rapid drop in heat dissipation at the heating register. The pressure in the refrigeration system increases, but only up to a system cut-off limit at a maximum permissible pressure. As a result, the temperature in the refrigerant and consequently in the heating register increases, even though closing the temperature flap would actually mean that there would be less need for reheating. This results in inefficient operation of the refrigeration system because if the heating register is poorly ventilated and the temperature of the refrigerant increases, heat dissipation is made more difficult or impossible due to the temperature flap being opened or closed only a little.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Nachheizverfahren anzugeben, bei dem die obigen Nachteile vermieden werden können.The object underlying the invention is to provide a post-heating method in which the above disadvantages can be avoided.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nachheizverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder des Anspruchs 5, durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a reheating method having the features of patent claim 1 or claim 5, by a refrigeration system having the features of patent claim 10 and by a motor vehicle having the features of patent claim 15. Advantageous embodiments with expedient further developments are specified in the dependent patent claims.

Vorgeschlagen wird also ein Nachheizverfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage umfasst:

  • einen Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang 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
  • ein zwischen dem Kältemittelverdichter und dem äußeren Wärmeübertrager angeordnetes Primärstrangventil;
  • ein zwischen dem Kältemittelverdichter und dem Heizregister angeordnetes Sekundärstrangventil;
  • wenigstens ein Nachheiz-Expansionsventil, das zwischen dem Heiz-register und dem äußeren Wärmeübertrager im Sekundärstrang angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Nachheizverfahren folgende Schritte umfasst:
  • Einstellen des Primärstrangventils und des Sekundärstrangventils in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung, derart dass von dem Kältemittelverdichter gefördertes Kältemittel sowohl in den Primärstrang als auch in den Sekundärstrang gefördert wird.
A post-heating method for operating a refrigeration system with heat pump function for a motor vehicle is therefore proposed, the refrigeration system comprising:
  • a refrigerant compressor connectable or connected to a primary line and a secondary line;
  • an external heat exchanger arranged in the primary line;
  • an evaporator arranged in the primary line;
  • a heating register arranged in the secondary line
  • a primary branch valve arranged between the refrigerant compressor and the external heat exchanger;
  • a secondary branch valve arranged between the refrigerant compressor and the heating coil;
  • at least one post-heating expansion valve which is arranged between the heating register and the external heat exchanger in the secondary line. It is provided that the post-heating process comprises the following steps:
  • Setting the primary branch valve and the secondary branch valve in an at least partially open position such that refrigerant delivered by the refrigerant compressor is delivered into both the primary branch and the secondary branch.

Durch das hier vorgeschlagene Verfahren wird die Heizbedarfssteuerung durch ein paralleles Durchströmen von dem Primärstrang und dem Sekundärstrang ermöglicht. Durch das insbesondere stufenlose Einstellen des Primärstrangventils und des Sekundärstrangventils kann ein gleitender Übergang beispielsweise von einem reinen AC-Betrieb (Primarstrangventil ist vollständig geöffnet und Sekundärstrangventil ist vollständig geschlossen) zu einem Nachheizbetrieb erfolgen. Ein abrupter Übergang von dem AC-Betrieb zu einem Nachheizbetrieb, in dem das Sekundärstrangventil vollständig geöffnet und das Primärstrangventil vollständig geschlossen ist, kann somit umgangen bzw. verhindert werden, so dass der entsprechende Umschaltprozess bzw. - vorgang darüber hinaus vereinfacht werden kann.The method proposed here enables the control of heating requirements by parallel flow through the primary branch and the secondary branch. The continuous adjustment of the primary branch valve and the secondary branch valve in particular enables a smooth transition, for example, from pure AC operation (primary branch valve is fully open and secondary branch valve is fully closed) to post-heating operation. An abrupt transition from AC operation to post-heating operation, in which the secondary branch valve is fully open and the primary branch valve is fully closed, can thus be avoided or prevented, so that the corresponding switching process or procedure can also be simplified.

In einer weiteren Ausführung kann bei dem Nachheizverfahren bei zumindest teilweise geöffnetem Sekundärstrangventil das Nachheiz-Expansionsventil zumindest teilweise geöffnet werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass das in den Sekundärstrang zum Heizregister geleitete Kältemittel, den Sekundärstrang stromabwärts des Heizregisters geregelt verlässt, insbesondere in Richtung des äußeren Wärmeübertrages entspannt werden kann.In a further embodiment, the reheating expansion valve can be at least partially opened in the reheating process when the secondary branch valve is at least partially open. This ensures that the coolant fed into the secondary branch to the heating register leaves the secondary branch downstream of the heating register in a controlled manner, in particular can be expanded in the direction of the external heat transfer.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird bei vollständig geöffnetem Primärstrangventil das Sekundärstrangventil schrittweise, insbesondere bei gleichzeitig einen Strömungsquerschnitt freigebendem Nachheiz-Expansionsventil, geöffnet werden, um einen steigenden oder aufkommenden Heizbedarf zu decken. Dabei kann das Sekundärstrangventil stufenlos einstellbar sein und das schrittweise Öffnen drückt lediglich aus, dass das Einstellen einer bestimmten Öffnungsstellung regelmäßig angepasst werden kann.According to a first aspect of the invention, when the primary branch valve is fully open, the secondary branch valve is opened step by step, in particular when the post-heating expansion valve simultaneously releases a flow cross-section, in order to cover an increasing or emerging heating requirement. The secondary branch valve can be continuously adjustable and the step-by-step opening simply expresses that the setting of a certain opening position can be regularly adjusted.

Das Sekundärstrangventil kann in einer Öffnungsstellung eingestellt bleiben, wenn der Heizbedarf gedeckt ist. Eine solche Öffnungsstellung kann auch als Zwischenöffnungsstellung bezeichnet werden.The secondary branch valve can remain in an open position when the heating demand is met. Such an opening position can also be referred to as an intermediate opening position.

Das Sekundärstrangventil kann bei sinkendem Heizbedarf bzw. bei Heizüberschuss schrittweise geschlossen werden. Entsprechend wird bei geschlossenem Sekundärstrangventil auch das Nachheiz-Expansionsventil geschlossen und über ein Absaugventil kann ausgelagertes Kältemittel in den aktiven Systemabschnitt zurückgeholt werden.The secondary branch valve can be closed gradually when the heating requirement decreases or when there is a heating surplus. Accordingly, when the secondary branch valve is closed, the reheating expansion valve is also closed and the removed refrigerant can be returned to the active system section via a suction valve.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ausgehend von einem Zustand, in dem das Sekundärstrangventil vollständig geöffnet ist und das Primärstrangventil zumindest teilweise geöffnet ist, das Primärstrangventil schrittweise geschlossen, um einen steigenden Heizbedarf zu decken.According to a second aspect of the invention, starting from a state in which the secondary branch valve is fully open and the primary branch valve is at least partially open, the primary branch valve is gradually closed in order to cover an increasing heating demand.

Das Primärstrangventil kann dabei in einer bzw. der (Zwischen-) Öffnungsstellung eingestellt bleiben, wenn der Heizbedarf gedeckt ist.The primary branch valve can remain in one or the (intermediate) open position when the heating requirement is met.

Das Primärstrangventil kann bei sinkendem Heizbedarf bzw. bei Heizüberschuss schrittweise geöffnet werden. Dabei kann das Primärstrangventil stufenlos einstellbar sein und das schrittweise Öffnen drückt lediglich aus, dass das Einstellen einer bestimmten Öffnungsstellung regelmäßig angepasst werden kann.The primary branch valve can be opened gradually when the heating requirement decreases or when there is a heating surplus. The primary branch valve can be infinitely adjustable and the gradual opening simply expresses that the setting of a certain opening position can be regularly adjusted.

Das hier vorgestellte Nachheizverfahren (Reheat IV) kann abgeschlossen werden, wenn das Primärstrangventil vollständig geöffnet und das Sekundärstrangventil vollständig geschlossen ist, oder wenn das Primärstrangventil vollständig geschlossen und das Sekundärstrangventil vollständig geöffnet ist. Damit kann mit dem hier vorgestellten Nachheizverfahren (Reheat IV) ein Übergang zwischen einem AC-Betrieb (Primärstrangventil vollständig geöffnet und Sekundärstrangventil vollständig geschlossen) und einem systemseitig anders umgesetzten bzw. geregelten Nachheizbetrieb (bei Primärstrangventil vollständig geschlossen und Sekundärstrangventil vollständig geöffnet; dem sogenannte Reheat I, Reheat II bzw. Reheat III) erfolgen.The reheating process presented here (Reheat IV) can be completed when the primary branch valve is fully open and the secondary branch valve is fully closed, or when the primary branch valve is fully closed and the secondary branch valve is fully open. This means that the reheating process presented here can be completed In the reheating process (Reheat IV), a transition can take place between an AC operation (primary branch valve fully open and secondary branch valve fully closed) and a reheating operation that is implemented or controlled differently on the system side (with the primary branch valve fully closed and the secondary branch valve fully open; the so-called Reheat I, Reheat II or Reheat III).

Die im Primärstrang und im Sekundärstrang, bei gleichzeitig zumindest teilweise geöffnetem Primärstrangventil und Sekundärstrangventil, vorhandenen Kältemittelteilmassenströme können stromaufwärts des äußeren Wärmeübertragers wenigstens teilweise zusammengeführt werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass die beiden parallelen Kältemittelströme als Gesamtmassenstrom durch den äußeren Wärmeübertrager geleitet werden und der Gesamtmassenstrom abgekühlt werden kann.The partial refrigerant mass flows present in the primary branch and in the secondary branch, with the primary branch valve and secondary branch valve at least partially open at the same time, can be at least partially combined upstream of the external heat exchanger. This makes it possible for the two parallel refrigerant flows to be passed through the external heat exchanger as a total mass flow and the total mass flow to be cooled.

Vorgeschlagen wird auch eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion 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
einem zwischen dem Kältemittelverdichter und dem äußeren Wärmeübertrager angeordneten Primärstrangventil;
einem zwischen dem Kältemittelverdichter und dem Heizregister angeordneten Sekundärstrangventil;
wenigstens einem Nachheiz-Expansionsventil, das zwischen dem Heizregister und dem äußeren Wärmeübertrager im Sekundärstrang angeordnet ist;
wobei die Kälteanlage dazu eingerichtet ist, mit einem Nachheizverfahren bzw. in einem Nachheizbetrieb, wie es bzw. er oben beschrieben worden ist, betrieben zu werden.
A refrigeration system with heat pump function for a motor vehicle is also proposed, with
a refrigerant compressor that is or can be connected to a primary line and a secondary line;
an external heat exchanger arranged in the primary line;
an evaporator arranged in the primary line;
a heating register arranged in the secondary line
a primary branch valve arranged between the refrigerant compressor and the external heat exchanger;
a secondary branch valve arranged between the refrigerant compressor and the heating coil;
at least one post-heating expansion valve arranged between the heating register and the external heat exchanger in the secondary line;
wherein the refrigeration system is designed to be operated with a post-heating method or in a post-heating mode as described above.

Je nach Systemtopologie kann der äußere Wärmeübertrager monodirektional oder bidirektional durchströmbar sein, je nach Ausführungsform der Kälteanlage. 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 Kälteanlagenbetrieb vom Kältemittel in anderer bzw. unterschiedlicher Richtung (entgegengesetzt) durchströmt als im Luftwärmepumpenmodus. Bezüglich des äußeren Wärmeübertragers ist noch anzumerken, dass er - ähnlich zum Heizregister - sowohl direkt (als Kondensator bzw. Gaskühler) als auch indirekt (als Fluid-Wärmeübertrager) Wärme an die (Umgebungs-)Luft abgeben oder aus dieser aufnehmen kann. Für die Durchführung des hier vorgestellten Nachheizverfahrens wird der äußere Wärmeübertrager von beiden Kältemittelteilströmen (Primärstrang/Sekundärstrang) nach deren Zusammenführung in der gleichen Richtung durchströmt.Depending on the system topology, the external heat exchanger can be flowed through monodirectionally or bidirectionally, depending on the design of the refrigeration system. In a monodirectional variant, 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. In a bidirectional variant, the refrigerant flows through the external heat exchanger in a different or different direction (opposite) in refrigeration system operation than in air heat pump mode. With regard to the external heat exchanger, it should be noted that - similar to the heating register - it can release heat to the (ambient) air or absorb it from it both directly (as a condenser or gas cooler) and indirectly (as a fluid heat exchanger). To carry out the post-heating process presented here, the external heat exchanger is flowed through in the same direction by both partial refrigerant flows (primary line/secondary line) after they have been combined.

Die Kälteanlage kann einen mit einem einstellbaren Ventil ausgeführten Verbindungabschnitt aufweisen, dessen sekundärstromseitiges Ende stromabwärts des Heizregisters angeordnet ist und dessen primärstromseitiges Ende stromaufwärts des Verdampfers angeordnet ist. Hierdurch kann ein Kältemittelteilmassenstrom nach dem Heizregister zum Verdampfer oder/und einem Chiller geleitet werden.The refrigeration system can have a connecting section with an adjustable valve, the secondary flow end of which is arranged downstream of the heating register and the primary flow end of which is arranged upstream of the evaporator. This allows a partial mass flow of refrigerant to be directed after the heating register to the evaporator and/or a chiller.

Dabei kann das primärstromseitige Ende des Verbindungsabschnitts stromaufwärts eines inneren Wärmetauschers angeordnet sein. Bei einer solchen (alternativen) Ausgestaltung kann ein Kältemittelteilmassenstrom nach dem Heizregister derart in den Primärstrang eingeleitet werden, dass er durch den inneren Wärmeübertrager geleitet wird bevor er durch den Verdampfer oder/ und den Chiller strömt.The primary flow end of the connecting section can be arranged upstream of an internal heat exchanger. In such an (alternative) design, a partial refrigerant mass flow can be introduced into the primary line after the heating register in such a way that it is passed through the internal heat exchanger before it flows through the evaporator and/or the chiller.

Bei der Kälteanlage kann im Sekundärstrang stromabwärts von dem Heizregister ein Rückschlagventil angeordnet sein. Insbesondere kann das Rückschlagventil stromabwärts von dem Nachheiz-Expansionsventil angeordnet sein. Durch das Anordnen eines solchen Rückschlagventils kann das Einströmen von Kältemittel vom Primärstrang in den Sekundärstrang vermieden werden.In the refrigeration system, a check valve can be arranged in the secondary line downstream of the heating register. In particular, the check valve can be arranged downstream of the reheating expansion valve. By arranging such a check valve, the flow of refrigerant from the primary line into the secondary line can be prevented.

Ein Kraftfahrzeug kann mit einer solchen Kälteanlage ausgestattet sein. Dabei kann es sich bei dem Kraftfahrzeug insbesondere um ein Elektrofahrzeug handeln. Bei einem Elektrofahrzeug kann der effiziente Betrieb der Kälteanlage zu Stromeinsparungen führen, so dass hierdurch eine größere Reichweite des Elektrofahrzeugs erzielt werden kann.A motor vehicle can be equipped with such a refrigeration system. The motor vehicle can in particular be an electric vehicle. In 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.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:

  • 1 ein schematisches und vereinfachtes Schaltbild einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug,
  • 2 ein Flussdiagram einer beispielhaften Umsetzung des Nachheizverfahrens, insbesondere mittels der in 1 beschriebenen Kälteanlage.
Further advantages and details of the invention emerge from the following description of embodiments with reference to the figures.
  • 1 a schematic and simplified circuit diagram of a refrigeration system for a motor vehicle,
  • 2 a flow chart of an exemplary implementation of the post-heating process, in particular by means of the 1 described refrigeration system.

In 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 Kondensator oder Gaskühler ausgebildet sein. Insbesondere ist der äußere Wärmeübertrager 18 in der dargestellten Ausführungsform bidirektional durchströmbar.In 1 an embodiment of a refrigeration system 10 for a motor vehicle is shown schematically and in a simplified manner. The refrigeration system 10 comprises a refrigerant circuit 11, which can be operated both in a refrigeration system mode (also called AC mode for short) and in a heat pump mode. In the embodiment shown, 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. In particular, the external heat exchanger 18 can be flowed through bidirectionally in the embodiment shown.

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 anderen Worten umfasst die Kälteanlage 10 also wenigstens einen Verdampfer 22.The evaporator 22 is shown here as an example as a front evaporator for a vehicle. The evaporator 22 also represents other possible evaporators in a vehicle, such as rear evaporators, which can be arranged parallel to one another in terms of flow. In other words, the refrigeration system 10 comprises at least one evaporator 22.

Stromabwärts des Kältemittelverdichters 12 ist ein insbesondere stufenlos einstellbares Absperr- oder Expansionsventil A4 angeordnet, das nachfolgend als Primärstrangventil A4 bezeichnet wird. Stromaufwärts des Verdampfers 22 ist ein Expansionsventil AE2 vorgesehen.Downstream of the refrigerant compressor 12 there is a shut-off or expansion valve A4, which is in particular continuously adjustable and is referred to below as the primary branch valve A4. Upstream of the evaporator 22 there is an expansion valve AE2.

Im Rahmen dieser Beschreibung wird in dem gesamten Kältemittelkreislauf 11 der Kälteanlage 10 der Abschnitt vom Kältemittelverdichter 12 zum äußeren Wärmeübertrager 18, zum inneren Wärmeübertrager 20 und zum Verdampfer 22 als Primärstrang 14 bezeichnet.For the purposes of this description, in the entire refrigerant circuit 11 of the refrigeration system 10, the section from the refrigerant compressor 12 to the external heat exchanger 18, to the internal heat exchanger 20 and to the evaporator 22 is referred to as the primary line 14.

Die Kälteanlage 10 umfasst weiter ein Heizregister 26 (auch als Heizkondensator oder Heizgaskühler bezeichnet, welcher einen direkten oder indirekten Wärmeübergang ermöglichen kann). Stromaufwärts des Heizregisters 26 ist ein insbesondere stufenlos einstellbares Absperr- oder Expansionsventil A3 angeordnet, das nachfolgend als Sekundärstrangventil A3 bezeichnet wird. Stromabwärts des Heizregisters 26 ist ein Ventil bzw. Absperrventil A1 angeordnet. Ferner ist stromabwärts des Heizregisters 26 ein (Nachheiz-)Expansionsventil AE4 angeordnet.The refrigeration system 10 further comprises a heating register 26 (also referred to as a heating condenser or heating gas cooler, which can enable direct or indirect heat transfer). Upstream of the heating register 26, a shut-off or expansion valve A3, which is in particular continuously adjustable, is arranged, which is referred to below as the secondary branch valve A3. Downstream of the heating register 26, a valve or shut-off valve A1 is arranged. Furthermore, downstream of the heating register 26, a (post-heating) expansion valve AE4 is arranged.

Im Rahmen dieser Beschreibung wird in dem gesamten Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 10 der Abschnitt vom Kältemittelverdichter 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 5 fluidverbindbar ist. Dabei mündet der Sekundärstrang 16 bzw. der Reheat-Zweig 16.2 bei einem Abzweig Ab2 in den Primärstrang 14.In the context of this description, in the entire refrigerant circuit of the refrigeration system 10, the section from the refrigerant compressor 12 to the heating register 26, to the expansion valve AE4 and to a branch Ab2 is referred to as the secondary branch 16. 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 also comprises a reheat branch 16.2, which can be fluidly connected upstream to the heating register 26 and downstream to the external heat exchanger 5. The secondary branch 16 or the reheat branch 16.2 flows into the primary branch 14 at a branch Ab2.

Das Absperrventil A1 ist an einem Verbindungsabschnitt 16.3 vorgesehen. Der Verbindungsabschnitt 16.3 umfasst einen sekundärstromseitigen Abzweig (bzw. Ende) Ab5. Auf der Seite des Primärstrangs weist der Verbindungsabschnitt 16.3 einen Abzweig (bzw. ein Ende) Ab1 auf. Das Absperrventil A1 kann auch als stufenlos einstellbares Ventil, insbesondere als Expansionsventil ausgebildet sein.The shut-off valve A1 is provided on a connecting section 16.3. The connecting section 16.3 comprises a branch (or end) Ab5 on the secondary flow side. On the primary line side, the connecting section 16.3 has a branch (or end) Ab1. The shut-off valve A1 can also be designed as a continuously adjustable valve, in particular as an expansion valve.

Neben der als durchgezogenen Linie dargestellten Variante des Verbindungsabschnitts 16.3 kann dieser alternativ auch als Verbindungsabschnitt 16.4 ausgeführt sein, was gestrichelt dargestellt ist. Dabei weist der Verbindungsabschnitt 16.4 ebenfalls einen Abzweig Ab5 am Sekundärstrang 16 auf ist aber mit dem Primärstrang 14 stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 an einem Abzweig (bzw. einem Ende) Ab6 verbunden. Bei einer solchen Alternative ist in dem Abschnitt zwischen dem Abzweig Ab6 und dem Gaskühler 18 bzw. Kondensator 18 (äußerer Wärmeübertrager) ein weiteres absperrbares Expansionsventil AE6 vorzusehen, um die bisherige Funktionalität des Gesamtsystems weiterhin zu gewährleisten. Das Expansionsventil AE1 könnte in dieser Variante auch als Absperrventil ausgeführt sein. Wenn das gestrichelte Absperrventil A1 im Verbindungsabschnitt 16.4 als absperrbares Expansionsventil AE7 ausgeführt wird, kann mit diesem bereits die Entspannung des Kältemittels im Anwendungsfall einer Luftwärmepumpe in den Gaskühler 18 bzw. Kondensator 18 erfolgen. Durch ein Expansionsventil AE7 ist auch eine (Vor- )Expansion in den Chiller 28 denkbar, um auf diese Weise den Einfluss des inneren Wärmeübertragers 20 auf den Wasserwärmepumpenprozess zu reduzieren. Für die Steuerung und ganzheitlich betrachteten Betrieb der Kälteanlage kann es bei der Alternativlösung als technisch zielführender gesehen werden, für jeden Wärmeübertrager über ein eigenes, unabhängiges Expansionsventil AE1 und AE6 zu verfügen.In addition to the variant of the connecting section 16.3 shown as a solid line, this can alternatively also be designed as a connecting section 16.4, which is shown in dashed lines. The connecting section 16.4 also has a branch Ab5 on the secondary line 16, but is connected to the primary line 14 upstream of the inner heat exchanger 20 at a branch (or one end) Ab6. In such an alternative, a further lockable expansion valve AE6 is to be provided in the section between the branch Ab6 and the gas cooler 18 or condenser 18 (external heat exchanger) in order to continue to ensure the previous functionality of the overall system. The expansion valve AE1 could also be designed as a shut-off valve in this variant. If the dashed shut-off valve A1 in the connection section 16.4 is designed as a lockable expansion valve AE7, this can be used to expand the refrigerant in the gas cooler 18 or condenser 18 in the case of an air heat pump. An expansion valve AE7 can also be used to (pre-)expand the chiller 28 in order to reduce the influence of the internal heat exchanger 20 on the water heat pump process. For the control and holistic operation of the refrigeration system, it can be seen as technically more effective in the alternative solution to have a separate, independent expansion valve AE1 and AE6 for each heat exchanger.

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 Komponente 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 Expansionsventil AE1 vorgeschaltet.The refrigeration system 10 comprises a further evaporator or chiller 28. The chiller 28 is provided in parallel flow terms to the evaporator 22. 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.

Die Kälteanlage 10 kann auch ein elektrisches Heizelement 30 aufweisen, das beispielsweise als Hochvolt-PTC-Heizelement ausgeführt ist. Das elektrische Heizelement 30 dient als Zusatzheizer für einen in den Fahrzeuginnenraum 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.The refrigeration system 10 can also have an electric heating element 30, which is designed, for example, as a high-voltage PTC heating element. The electric heating element 30 serves as an additional heater for a supply air flow L guided into the vehicle interior. The electric heating element 30 can be housed together with the heating register 26 and the evaporator 22 in an air conditioning unit 32. The electric heating element 30 can be arranged downstream of the heating register 26.

In der 1 sind ferner noch Rückschlagventile R1 und R2 ersichtlich. Ein weiteres Rückschlagventil R3 kann im Sekundärstrang 16 stromabwärts von dem Heizregister 26 angeordnet sein. Dabei kann das Rückschlagventil R3 dem Expansionsventil AE4 vor- oder nachgeschaltet sein. In der 1 ist eine Darstellung gewählt, in der das Rückschlagventil R3 dem Expansionsventil AE4 nachgeschaltet ist. Anders ausgedrückt ist das Rückschlagventil R3 zwischen dem Expansionsventil AE4 und dem Abzweig Ab2 angeordnet.In the 1 check valves R1 and R2 are also visible. A further check valve R3 can be arranged in the secondary line 16 downstream of the heating register 26. The check valve R3 can be connected upstream or downstream of the expansion valve AE4. In the 1 a representation is selected in which the check valve R3 is connected downstream of the expansion valve AE4. In other words, the check valve R3 is arranged between the expansion valve AE4 and the branch Ab2.

Ferner 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 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.Furthermore, some sensors pT1 to pT5 are shown for measuring the pressure and/or temperature of the coolant. It should be noted that the number of sensors and their arrangement are only shown as examples. A refrigeration system 10 can also have fewer or more sensors. In the example shown, combined pressure/temperature sensors are shown as sensors. However, it is also conceivable that separate sensors are used to measure pressure and temperature and, if necessary, are arranged spatially separated from one another along the coolant lines.

Die Kälteanlage 10 kann in unterschiedlichen Modi betrieben werden, die nachfolgend kurz beschrieben werden.The refrigeration system 10 can be operated in different modes, which are briefly described below.

Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 11 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 12 bei offenem Primärstrangventil A4 und bei geschlossenem Sekundärstrangventil A3 in den äußeren Wärmeübertrager 18. Von dort strömt es zu dem Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 und dem vollständig geöffneten Expansionsventil AE3. Über einen Abzweig Ab1 kann das Kältemittel zum Expansionsventil AE2 und in den Verdampfer 22 strömen (Verdampferabschnitt 22.1). Parallel oder alternativ kann das Kältemittel über einen Abzweig 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 Kältemittelsammler 24 und durch den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 zurück zum Kältemittelverdichter 12.In AC operation of the refrigerant circuit 11, the refrigerant compressed to high pressure flows from the refrigerant compressor 12 with the primary branch valve A4 open and the secondary branch valve A3 closed into the external heat exchanger 18. 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 Ab1 to the expansion valve AE2 and into the evaporator 22 (evaporator section 22.1). In parallel or alternatively, the refrigerant can flow via a branch Ab4 and the expansion valve AE1 into the chiller 28 (chiller section 28.1). From the evaporator 22 and/or the chiller 28, the refrigerant flows on the low-pressure side into the refrigerant collector 24 and through the low-pressure section of the internal heat exchanger 20 back to the refrigerant compressor 12.

In dem AC-Betrieb ist der Heizzweig 16.1 bzw. der Sekundärstrang 16 mittels 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 Absperrorgan A5 geöffnet werden, so dass das Kältemittel über das Absperrorgan A5 und das Rückschlagventil R2, bei gleichzeitig geschlossenem Absperrorgan A2, in Richtung des Kältemittelsammlers 24 strömen kann.In AC operation, 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. To retrieve refrigerant from the inactive heating branch 16.1, the shut-off element A5 designed as a shut-off valve can be opened so that the refrigerant can flow towards the refrigerant collector 24 via the shut-off element A5 and the check valve R2, with the shut-off element A2 closed at the same time.

Im Heizbetrieb oder Nachheizbetrieb gemäß den Modi Reheat I bis III des Kältemittelkreislaufs 11 ist das Primärstrangventil A4 geschlossen und das Sekundärstrangventil A3 geöffnet, so dass heißes Kältemittel in den Heizzweig 16.1 strömen kann.In heating mode or reheating mode according to the Reheat I to III modes of the refrigerant circuit 11, the primary branch valve A4 is closed and the secondary branch valve A3 is open so that hot refrigerant can flow into the heating branch 16.1.

Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 28 zur Realisierung eines Wasser-Wärmepumpenbetriebs strömt das mittels des Kältemittelverdichters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 in das Heizregister 26 . Am Heizregister 26 wird Wärme an einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom L abgegeben. Das Kältemittel strömt anschließend über das geöffnete Absperrventil A1 und den Abzweig Ab1. Es wird mittels des Expansionsventils AE1 in den Chiller 28 zur Aufnahme von Abwärme der in einem Kühlmittelkreislauf 28.2 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten entspannt. Bei dieser Heizfunktion sind die Expansionsventile AE3 und AE4 geschlossen, das Absperrorgan A5 geschlossen und das Absperrorgan A2 geöffnet. Dabei kann über das Absperrorgan A2 im Wasser-Wärmepumpenbetrieb ausgelagertes Kältemittel aus einem Bidirektionalzweig 14.1 bzw. dem Primärstrang 14 abgesaugt und über das Rückschlagventil R2 dem Kältemittelsammler 24 zugeführt werden.To carry out the heating function using the chiller 28 to implement water heat pump operation, the coolant compressed by the coolant compressor 12 flows through the open shut-off valve A3 into the heating register 26. At the heating register 26, heat is given off to a supply air flow L guided into the vehicle interior. The coolant then flows through the open shut-off valve A1 and the branch 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. With this heating function, the expansion valves AE3 and AE4 are closed, the shut-off device A5 is closed and the shut-off device A2 is open. In this case, coolant removed during water heat pump operation can be extracted from a bidirectional branch 14.1 or the primary line 14 via the shut-off device A2 and fed to the coolant collector 24 via the check valve R2.

Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des äußeren Wärmeübertragers 18 als Wärmepumpenverdampfer strömt das mittels des Kältemittelverdichters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 zur Abgabe von Wärme an einen Zuluftstrom L in das Heizregister 26. Anschließend wird es über das geöffnete Absperrventil A1 mittels des Expansionsventils AE3 in den äußeren Wärmeübertrager 18 zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt. Danach strömt das Kältemittel über einen Wärmepumpenrückführzweig 15 zum Kältemittelsammler 24 und zurück zum Kältemittelverdichter 12. Die Expansionsventile AE1, AE2 und AE4 bleiben dabei, ebenso wie das Absperrorgan A5, geschlossen.To carry out the heating function using the external heat exchanger 18 as a heat pump evaporator, the refrigerant compressed by the refrigerant compressor 12 flows into the heating register 26 via the open shut-off valve A3 to release heat to a supply air flow L. It is then expanded via the open shut-off valve A1 using the expansion valve AE3 in the external heat exchanger 18 to absorb heat from the ambient air. The refrigerant then flows via a heat pump return branch 15 to the refrigerant collector 24 and back to the refrigerant compressor 12. The expansion valves AE1, AE2 and AE4 remain closed, as does the shut-off device A5.

Eine indirekte Dreiecksschaltung kann dadurch realisiert werden, dass bei geöffnetem Absperrventil A1 das von dem Kältemittelverdichter 12 verdichtete 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 dieser Schaltvariante geschlossen.An indirect delta connection can be realized by opening the shut-off valve A1 and allowing the refrigerant compressed by the refrigerant compressor 12 to be discharged by means of the expansion valve AE1 is released into the chiller 28, whereby at the same time no mass flow is generated on the coolant side, i.e. in the coolant circuit 28.2, i.e. for example the fluid used as 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 in this switching variant.

Bei einem Nachheiz- bzw.- Reheat-Betrieb wird der in den Fahrzeuginnenraum 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 Kältemittelverdichter 12 zugeführten Wärme kann der Zuluftstrom L mittels des Heizregisters 26 vollständig oder zumindest teilweise wieder erwärmt werden. During reheating or reheating operation, the supply air flow L fed into the vehicle interior is first cooled and thus dehumidified by means of the evaporator 22. With the heat transferred to the coolant through evaporation and dehumidification as well as the heat supplied to the coolant via the coolant compressor 12, the supply air flow L can be completely or at least partially reheated by means of the heating register 26.

Hierzu weist die Kälteanlage 10, insbesondere das Klimagerät 32, zwischen dem Verdampfer 22 und dem Heizregister 26 einstellbare, insbesondere steuerbare und schwenkbare, Temperaturklappen auf. Im dargestellten Beispiel sind eine linke und eine rechte Temperaturklappe 34L und 34R (in 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, eingestellt bzw. verschwenkt werden. Alternativ ist es auch möglich, die Temperaturklappen 34R, 34L dem Heizregister 26 nachzuschalten.For this purpose, the refrigeration system 10, in particular the air conditioning unit 32, has adjustable, in particular controllable and pivotable, temperature flaps between the evaporator 22 and the heating register 26. In the example shown, a left and a right temperature flap 34L and 34R (in 1 shown schematically). The temperature flaps 34L, 34R can be adjusted 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. Alternatively, it is also possible to install the temperature flaps 34R, 34L downstream of the heating register 26.

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 the 100% 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. In the 0% position, 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.

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 anschließend 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.In an x-position of the temperature flaps 34L and 34R with 0% < x < 100%, these temperature flaps are only partially opened, so that only a partial air flow of the supply air flow L flowing through the evaporator 22 is guided over the heating register 26. This heated partial air flow can then be mixed with the remaining, cooled and dehumidified partial air flow. The supply air flow L heated in this way is fed into the passenger compartment of the vehicle. For example, a 50% position indicates that the temperature flaps 34R and 34L are only half open, i.e. 50%.

Ein Nachheiz- bzw. Reheat-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 11 bzw. der Kälteanlage 10 wird in Abhängigkeit der Wärmebilanz auf unterschiedliche Weise durchgeführt.A reheat operation of the refrigerant circuit 11 or the refrigeration system 10 is carried out in different ways depending on the heat balance.

Nachfolgend wird ein für den Nachheiz- bzw. Reheatbetrieb mögliches Betriebsverfahren anhand des Ablaufschemas der 2 und unter Bezugnahme auf die in 1 dargestellte Kälteanlage 10 und ihrer Komponenten beispielhaft erläutert. Ein solches Betriebsverfahren ist üblicherweise in einem Steuergerät für die Kälteanlage bzw. für die Klimatisierung in einem Fahrzeug als Steuerprogramm umgesetzt.In the following, a possible operating procedure for the reheating or reheat operation is described using the flow chart of the 2 and having regard to the 1 illustrated refrigeration system 10 and its components are explained by way of example. Such an operating method is usually implemented as a control program in a control unit for the refrigeration system or for the air conditioning in a vehicle.

Betrachtet wird ein Nachheizbetrieb (Reheat IV), bei dem das Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 12 gleichzeitig über das zumindest teilweise geöffnete Sekundärstrangventil A3 zum Heizregister 26 (Heizkondensator bzw. Heizgaskühler) und über das zumindest teilweise geöffnete Primärstrangventil A4 zum äußeren Wärmeübertrager 18 und zum Verdampfer strömt. Bei einem solchen Nachheizbetrieb ist das Absperrventil A1 (im Verbindungsabschnitt 16.3 bzw. 16.4) üblicherweise geschlossen und das Kältemittel strömt im Sekundärstrang 16 über das Expansionsventil AE4 zum äußeren Wärmeübertrager 18. Dabei wird der Kältemittelteilmassenstrom, der über den Sekundärstrang geleitet worden ist, bei dem Abzweig Ab2 in den Primärstrang 14 geleitet, so dass ein gesamter Kältemittelvolumenstrom zum äußeren Wärmeübertrager 18 geführt wird.A post-heating operation (Reheat IV) is considered, in which the refrigerant, starting from the refrigerant compressor 12, flows simultaneously via the at least partially open secondary branch valve A3 to the heating register 26 (heating condenser or heating gas cooler) and via the at least partially open primary branch valve A4 to the external heat exchanger 18 and to the evaporator. In such a post-heating operation, the shut-off valve A1 (in the connecting section 16.3 or 16.4) is usually closed and the refrigerant flows in the secondary branch 16 via the expansion valve AE4 to the external heat exchanger 18. The partial refrigerant mass flow that has been passed through the secondary branch is passed into the primary branch 14 at the branch Ab2, so that an entire refrigerant volume flow is passed to the external heat exchanger 18.

Danach passiert das Kältemittel hochdruckseitig den inneren Wärmeübertrager 20 und gelangt über das geöffnete Expansionsventil AE3 und das Expansionsventil AE2 zum Verdampfer 22. Von dort gelangt das Kältemittel über den Kältemittelsammler 24 und den niederdruckseitigen Abschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 wieder zum Kältemittelverdichter 12.The refrigerant then passes through the internal heat exchanger 20 on the high-pressure side and reaches the evaporator 22 via the open expansion valve AE3 and the expansion valve AE2. From there, the refrigerant returns to the refrigerant compressor 12 via the refrigerant collector 24 and the low-pressure side section of the internal heat exchanger 20.

Die Temperaturklappen 34L, 34R können in geeignete Stellungen bewegt werden bzw. eingestellt sein, die nachfolgend mit „TK“ kenntlich gemacht sind, wobei TK einen Wert von 0% (Temperaturklappen 34L, 34R geschlossen) bis 100% (Temperaturklappen 34L, 34R vollständig geöffnet) annehmen kann.The temperature flaps 34L, 34R can be moved or set to suitable positions, which are identified below with “TK”, where TK can assume a value from 0% (temperature flaps 34L, 34R closed) to 100% (temperature flaps 34L, 34R fully open).

Gemäß dem in 2 gezeigten Nachheizverfahren 500 erfolgt im Betrieb nach dem Start (S501) der Kälteanlage 10 zu einem hier nicht näher bezeichneten Zeitpunkt ein Übergang in einen Nachheizbetrieb, der hier mit Reheat IV (S502) bezeichnet ist. Eine mögliche Bedingung, die erfüllt sein muss, um den Nachheizbetrieb (S502) zu starten, kann beispielsweise eine sich verändernde Ausblastemperaturanforderung für den Innenraum sein, auch in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur. Das hier vorgestellte Nachheizverfahren kann insbesondere aktiviert werden, wenn die Umgebungstemperatur bis zu 25°C. beträgt, insbesondere von etwa 10°C bis 25°C beträgt. Ferner kann das Nachheizverfahren 500 aktiviert werden, wenn entweder das Primärstrangventil A4 geöffnet ist (A4=100%) und das Sekundärstrangventil A3 noch geschlossen (A3=0%) ist (S503), oder das Primärstrangventil A4 noch geschlossen (A4=0%) ist und das Sekundärstrangventil A3 geöffnet ist (A3=100%) (S504). Wobei im zweiten Fall ist das Nachheizverfahren bereits aktiv ist und nur dessen Wirkung verändert wird.According to the 2 In the reheating process 500 shown, after the start (S501) of the refrigeration system 10, a transition to a reheating operation, which is referred to here as Reheat IV (S502), takes place at a point in time not specified here. A possible condition that must be met in order to start the reheating operation (S502) can, for example, be a changing blow-out temperature requirement for the interior, also depending on the ambient conditions, such as the temperature. The post-heating process presented here can be activated in particular when the ambient temperature is up to 25°C, in particular from about 10°C to 25°C. Furthermore, the post-heating process 500 can be activated when either the primary branch valve A4 is open (A4=100%) and the secondary branch valve A3 is still closed (A3=0%) (S503), or the primary branch valve A4 is still closed (A4=0%) and the secondary branch valve A3 is open (A3=100%) (S504). In the second case, the post-heating process is already active and only its effect is changed.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der 2 wird darauf hingewiesen, dass ein nach oben weisender Pfeil in der 2 ein Öffnen des betreffenden Absperrventils A3 bzw. A4 illustriert. Ein nach unten weisender Pfeil illustriert das Drosseln bzw. Schließen des betreffenden Absperrventils A3, A4. Sind ein nach oben weisender Pfeil und ein nach unten weisender Pfeil dargestellt, wird das betreffende Absperrventil A3, A4 in einer bestimmten bzw. erreichten Öffnungsstellung gehalten. In Bezug auf den Heizbedarf Hb illustriert ein nach oben weisender Pfeil einen steigenden Heizbedarf Hb und ein nach unten weisender Pfeil illustriert einen sinkenden bzw. negativen Heizbedarf bzw. einen Heizüberschuss. Ferner ist in der 2 mit „J“ bzw. „N“ angegeben, zu welchem Schritt das Verfahren verzweigt wird, wenn der Bedingung zugestimmt („J“) wird oder nicht zugestimmt („N“) wird.In the following description of the 2 Please note that an upward pointing arrow in the 2 an opening of the relevant shut-off valve A3 or A4 is illustrated. A downward-pointing arrow illustrates the throttling or closing of the relevant shut-off valve A3, A4. If an upward-pointing arrow and a downward-pointing arrow are shown, the relevant shut-off valve A3, A4 is held in a certain or reached opening position. In relation to the heating requirement Hb, an upward-pointing arrow illustrates an increasing heating requirement Hb and a downward-pointing arrow illustrates a decreasing or negative heating requirement or a heating surplus. Furthermore, in the 2 with “Y” or “N” it is indicated to which step the procedure branches if the condition is agreed (“Y”) or not agreed (“N”).

Ausgehend von einem AC-Betrieb, in dem das Primärstrangventil A4 geöffnet (A4=100%) und das Sekundärstrangventil A3 geschlossen ist (A3=0%) (S503), kann bei dem Nachheizverfahren 500 das Sekundärstrangventil A3 idealerweise stufenlos in kleinen Schritten (teil-)geöffnet werden (S505), wenn ein (steigender) Heizbedarf Hb (Pfeil nach oben) ermittelt worden ist (S506). Wird bei dem Verfahren festgestellt, dass der Heizbedarf gedeckt ist (S506 in Kombination mit S507), wird das Öffnen des Sekundärstrangventils A3 gestoppt und dessen Öffnungsstellung wird beibehalten (S508). Ist weiterer Heizbedarf (S506) gegeben, kann das Sekundärstromventil A3 weiter geöffnet werden (S505), ggf. auch bis zu der vollständig geöffneten Stellung (S509). Wird ein Heizüberschuss bzw. ein negativer Heizbedarf (S507) festgestellt, kann das Sekundärstromventil A3 gedrosselt werden (S510). Das Drosseln des Sekundärstromventils A3 kann dabei solange erfolgen, bis wieder der Zustand des gedeckten Heizbedarfs erreicht ist (Öffnungsstellung des Sekundärstromventils A3 wird beibehalten, S508) oder bis der Heizbedarf wieder steigend ist (S506).Starting from AC operation in which the primary branch valve A4 is open (A4=100%) and the secondary branch valve A3 is closed (A3=0%) (S503), the secondary branch valve A3 can ideally be opened (partially) in small steps (S505) in the reheating process 500 if an (increasing) heating requirement Hb (arrow pointing up) has been determined (S506). If the process determines that the heating requirement is covered (S506 in combination with S507), the opening of the secondary branch valve A3 is stopped and its open position is maintained (S508). If there is further heating requirement (S506), the secondary flow valve A3 can be opened further (S505), if necessary even up to the fully open position (S509). If a heating surplus or a negative heating requirement (S507) is detected, the secondary flow valve A3 can be throttled (S510). The secondary flow valve A3 can be throttled until the state of covered heating requirements is reached again (open position of the secondary flow valve A3 is maintained, S508) or until the heating requirement increases again (S506).

Unter Bezugnahme auf 1 ist darauf zu achten, dass mit einsetzendem Nachheizbetrieb RH IV auch das Nachheiz-Expansionsventil AE4 zu öffnen ist, um einen Kältemittelfluss im Sekundärstrang zu ermöglichen.With reference to 1 It must be ensured that when the reheating operation RH IV begins, the reheating expansion valve AE4 must also be opened in order to allow refrigerant flow in the secondary line.

Ist das Sekundärstromventil A3 vollständig geöffnet (S509) und es besteht ein weiterer Heizbedarf, kann das geöffnete Primärstromventil A4 gedrosselt werden (S511). Ist der Heizbedarf bei vollständig geöffnetem Sekundärstrangventil A3 gedeckt, kann das Primärstrangventil A4 in einer aktuell erreichten Öffnungsstellung eingestellt bleiben. Ist weiterer Heizbedarf gegeben, kann das Primärstromventil A4 weiter geschlossen werden. Wird ein Heizüberschuss bzw. ein negativer Heizbedarf festgestellt, kann das Primärstromventil A4 wieder geöffnet werden. Das Öffnen des Primärstromventils A4 kann dabei solange erfolgen, bis wieder der Zustand des gedeckten Heizbedarfs erreicht ist (Öffnungsstellung des Primärstromventils A4 wird beibehalten) oder bis der Heizbedarf wieder steigend ist.If the secondary flow valve A3 is fully open (S509) and there is a further heating requirement, the opened primary flow valve A4 can be throttled (S511). If the heating requirement is covered with the secondary branch valve A3 fully open, the primary branch valve A4 can remain set in the currently reached opening position. If there is a further heating requirement, the primary flow valve A4 can be closed further. If a heating surplus or a negative heating requirement is detected, the primary flow valve A4 can be opened again. The primary flow valve A4 can be opened until the state of the covered heating requirement is reached again (open position of the primary flow valve A4 is maintained) or until the heating requirement increases again.

Ist das Sekundärstrangventil A3 vollständig geöffnet (S509) und das Primärstrangventil A4 geschlossen (S512), verzweigt das Nachheizverfahren 500 (Reheat IV) zum Schritt S504.If the secondary branch valve A3 is fully open (S509) and the primary branch valve A4 is closed (S512), the reheating process 500 (Reheat IV) branches to step S504.

Ausgehend von einem mittels der Kälteanlage 10 umsetzbaren systemtechnisch anders geschalteten Nachheizbetrieb (Reheat I, Reheat II oder Reheat III), in dem das Primärstrangventil A4 geschlossen (A4=0%) und das Sekundärstrangventil A3 geöffnet ist (A3=100%) (S504), kann bei dem Nachheizverfahren 500 (Reheat IV) das Primärstrangventil A4 (wieder) geöffnet werden, wenn ein Heizüberschuss bzw. ein negativer Heizbedarf festgestellt worden ist (S515). Wird bei dem Verfahren festgestellt, dass der Heizbedarf gedeckt ist bzw. kein Heizüberschuss mehr vorliegt (S515 in Kombination mit S516), wird das Öffnen des Primärstrangventils A4 gestoppt und dessen Öffnungsstellung wird beibehalten (S517). Ist weiterer Heizüberschuss bzw. negativer Heizbedarf gegeben (S515), kann das Primärstromventil A4 weiter geöffnet werden (S518), ggf. auch bis zu der vollständig geöffneten Stellung (S519). Wird danach ein weiterer Heizüberschuss bzw. negativer Heizbedarf festgestellt, kann bei geöffnetem Primärstrangventil A4 (S519) das Sekundärstromventil A3 gedrosselt werden. Das Drosseln des Sekundärstromventils A3 kann dabei solange erfolgen, bis wieder der Zustand des gedeckten Heizbedarfs erreicht ist (Öffnungsstellung des Sekundärstromventils A3 wird beibehalten oder das Ventil bis hin zum vollständigen Querschnittsverschluss verfahren) oder bis der Heizbedarf wieder steigend ist.Starting from a system-technically differently switched reheating operation (Reheat I, Reheat II or Reheat III) that can be implemented using the refrigeration system 10, in which the primary branch valve A4 is closed (A4=0%) and the secondary branch valve A3 is open (A3=100%) (S504), the primary branch valve A4 can be (re)opened in the reheating process 500 (Reheat IV) if a heating surplus or a negative heating requirement has been determined (S515). If it is determined during the process that the heating requirement is covered or there is no longer a heating surplus (S515 in combination with S516), the opening of the primary branch valve A4 is stopped and its open position is maintained (S517). If there is further heating surplus or negative heating requirement (S515), the primary flow valve A4 can be opened further (S518), if necessary even to the fully open position (S519). If a further heat surplus or negative heat requirement is then detected, the secondary flow valve A3 can be throttled when the primary branch valve A4 (S519) is open. The secondary flow valve A3 can be throttled until the state of covered heat requirement is reached again (the opening position of the secondary flow valve A3 is maintained or the valve is moved until the cross-section is completely closed) or until the heat requirement increases again.

Ist das Primärstrangventil A4 vollständig geöffnet (S519) und das Sekundärstrangventil A3 geschlossen (S520), verzweigt das Nachheizverfahren 500 (Reheat IV) zu Schritt S503.If the primary branch valve A4 is fully open (S519) and the secondary branch valve A3 closed (S520), the reheating process 500 (Reheat IV) branches to step S503.

Ob Heizbedarf besteht, kann beispielsweise über eine Heizbedarfsbilanzierung erfolgen. Dabei kann beispielsweise ein Temperatursensor berücksichtigt werden, der das Wärmequellenniveau bei der Konditionierung von Zuluft überwacht. Alternativ oder ergänzend kann bei der Heizbedarfsbilanzierung die Stellung der Temperaturklappen 34L, 34R berücksichtigt werden, deren Stellung wiederum in Abhängigkeit des Sollwertes der Temperatur des Kabinenzuluftstroms vorgegeben wird. Beim Betrieb der Kälteanlage 10 wird also über wenigstens einen die Kälteanlagenkonfiguration vorgebenden bzw. bestimmenden Parameter bestimmt, ob der Heizbedarf gleichbleibend, steigend oder sinkend ist. Eine hier beispielhaft verwendete Größe bzw. Kälteanlagenparameter ist die seitens einer Steuereinheit angeforderte Temperaturklappenöffnung TKan, die ihrerseits wiederum an die Sollwertvorgabe der Kabinenzulufttemperatur gekoppelt ist. Wird eine größere Temperaturklappenöffnung Tkan gefordert, ist der Heizbedarf steigend. Wird eine kleinere TemperaturklappenÖffnung Tkan gefordert, ist der Heizbedarf sinkend. Dabei führt eine systemseitig angeforderte Temperaturklappenöffnung Tkan in dem hier betrachteten Nachheizverfahren (Reheat IV) nicht zwingend zu einer entsprechenden Anpassung der tatsächlichen Öffnungsstellung bzw. Ist-Öffnungsstellung Tkis der Temperaturklappen 34L, 34R, sondern es wird basierend auf der geforderten Temperaturklappenöffnung Tkan zunächst eine Anpassung der Öffnungsstellung(en) des Primärstrangventils A4 oder/und des Sekundärstrangventils A3 vorgenommen.Whether there is a heating requirement can be determined, for example, by means of a heating requirement balance. For example, a temperature sensor can be taken into account which monitors the heat source level when conditioning supply air. Alternatively or additionally, the position of the temperature flaps 34L, 34R can be taken into account in the heating requirement balance, the position of which is in turn specified depending on the setpoint of the temperature of the cabin supply air flow. When the refrigeration system 10 is in operation, it is therefore determined via at least one parameter which specifies or determines the refrigeration system configuration whether the heating requirement is constant, increasing or decreasing. A size or refrigeration system parameter used here as an example is the temperature flap opening TKan requested by a control unit, which in turn is linked to the setpoint specification of the cabin supply air temperature. 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 decreases. In the reheating process considered here (Reheat IV), a temperature flap opening Tkan requested by the system does not necessarily lead to a corresponding adjustment of the actual opening position or actual opening position Tkis of the temperature flaps 34L, 34R, but based on the required temperature flap opening Tkan, an adjustment of the opening position(s) of the primary branch valve A4 and/or the secondary branch valve A3 is first made.

Bei dem hier vorgestellten Nachheizverfahren 500 (Reheat IV) wird also auf den ermittelten Heizbedarf bei geöffnetem Primärstrangventil A4 und bei geöffnetem Sekundärstrangventil A3 durch weiteres Öffnen oder Schließen (Drosseln) des Primärstrangventils A4 oder/und des Sekundärstrangventils A3 reagiert bevor gegebenenfalls in einem nächsten Schritt mit einer Verstellung der Temperaturklappen 34L, 34R (Tkis) reagiert wird.In the reheating process 500 (Reheat IV) presented here, the determined heating requirement is responded to when the primary branch valve A4 is open and when the secondary branch valve A3 is open by further opening or closing (throttling) the primary branch valve A4 and/or the secondary branch valve A3 before, if necessary, reacting in a next step by adjusting the temperature flaps 34L, 34R (Tkis).

Das Primärstrangventil A4 und das Sekundärstrangventil A3 können während des hier vorgestellten Nachheizverfahrens 500 Öffnungsstellungen von >0% bis 100% gleichzeitig einnehmen. Dabei ist jede beliebige Kombination von gleichzeitig geöffnetem Primärstrangventil A4 und das Sekundärstrangventil A3 denkbar, also beispielsweise
beide zu 100% geöffnet oder
eines 100% geöffnet, das andere 20% geöffnet oder
eines 70% geöffnet, das andere 40% geöffnet oder
eines 20% geöffnet, das andere 20% geöffnet. Dabei stellen die oben aufgeführten Öffnungsstellungen in Prozenten lediglich Beispiele dar, aber in keiner Weise eine Einschränkung.
The primary branch valve A4 and the secondary branch valve A3 can assume 500 opening positions from >0% to 100% simultaneously during the post-heating process presented here. Any combination of simultaneously opened primary branch valve A4 and secondary branch valve A3 is conceivable, for example
both 100% open or
one 100% open, the other 20% open or
one 70% open, the other 40% open or
one 20% open, the other 20% open. The opening positions in percentages listed above are merely examples and in no way a limitation.

Das Nachheizverfahren 500 (Reheat IV) ist solange aktiviert bis bei einer der erfüllten Bedingungen gemäß den Schritten S503 oder S504 kein weiterer positiver bzw. negativer Heizbedarf mehr besteht, so dass über die Schritte S503, S506, S507, S508, S523 oder S504, S515, S516, S525, S524 das Verfahren (Reheat IV) beendet werden kann. Ausgehend von Schritt S503 führt das Beenden des Verfahrens (S521) zu einem Übergang in den AC-Betrieb (S522). Ausgehend von Schritt S504 führt das Beenden des Verfahrens (S513) zu einem Übergang in einen anderen Nachheiz- bzw. Reheatbetrieb (S514).The reheating process 500 (Reheat IV) is activated until one of the conditions according to steps S503 or S504 is met and there is no further positive or negative heating requirement, so that the process (Reheat IV) can be ended via steps S503, S506, S507, S508, S523 or S504, S515, S516, S525, S524. Starting from step S503, ending the process (S521) leads to a transition to AC operation (S522). Starting from step S504, ending the process (S513) leads to a transition to another reheating or reheat operation (S514).

Damit das Kältemittel beim Verfahren (Reheat IV) bei gleichzeitig geöffnetem Primärstrangventil A4 und Sekundärstrangventil A3 optimal bzw. maximal abgekühlt werden kann, können die Kältemittelteilmassenströme bei dem Abzweig Ab2 stromaufwärts des äußeren Wärmeübertragers 18 zusammengeführt werden, so dass der Kältemittelgesamtmassenstrom abgekühlt wird.In order to ensure that the refrigerant can be cooled optimally or maximally during the process (Reheat IV) with the primary branch valve A4 and the secondary branch valve A3 open at the same time, the partial refrigerant mass flows can be combined at the branch Ab2 upstream of the external heat exchanger 18 so that the total refrigerant mass flow is cooled.

Die beiden Einzelventile A3 und A4 können als Kombinationsventil in einer Art Mehrwegeventil ausgeführt sein und dabei über die volle Funktionalität der Einzelventile A3 und A4 verfügen. In Weiterentwicklungen können in diesem Ventilverbund auch weitere Ventile wie bspw. die Absperrorgane A2 und/oder A5 zusammengeführt werden.The two individual valves A3 and A4 can be designed as a combination valve in a type of multi-way valve and have the full functionality of the individual valves A3 and A4. In further developments, other valves such as the shut-off devices A2 and/or A5 can also be combined in this valve combination.

Alternativ kann zumindest ein Teilmassenstrom stromabwärts von dem Heizregister 26 beispielsweise über den Verbindungsabschnitt 16.4 und das einstellbare Ventil A1 stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 in den Primärstrang eingeleitet werden (Abzweig Ab6). Das Ventil A1 ist in diesem Fall als stufenlos einstellbares Ventil auszubilden.Alternatively, at least a partial mass flow can be introduced into the primary line downstream of the heating register 26, for example via the connecting section 16.4 and the adjustable valve A1 upstream of the inner heat exchanger 20 (branch Ab6). In this case, the valve A1 is to be designed as a continuously adjustable valve.

Claims (15)

Nachheizverfahren (500) zum Betreiben einer Kälteanlage (10) mit Wärmepumpenfunktion 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; ein Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) angeordnetes Primärstrangventil (A4); ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem Heizregister (26) angeordnetes Sekundärstrangventil (A3); wenigstens ein Nachheiz-Expansionsventil (AE4), das zwischen dem Heizregister (26) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; wobei das Nachheizverfahren folgende Schritte umfasst: Einstellen des Primärstrangventils (A4) und des Sekundärstrangventils (A3) in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung, derart dass von dem Kältemittelverdichter (12) gefördertes Kältemittel sowohl in den Primärstrang (14) als auch in den Sekundärstrang (16) gefördert wird, wobei bei vollständig geöffnetem Primärstrangventil (A4) (S503) das Sekundärstrangventil (A3) schrittweise geöffnet wird (S505), um einen aufkommenden oder steigenden Heizbedarf (S506) zu decken.Post-heating method (500) for operating a refrigeration system (10) with heat pump function for a motor vehicle, wherein the refrigeration system (10) comprises: a refrigerant compressor (12) which is connectable or connected to a primary line (14) and a secondary line (16); an external heat exchanger (18) which is arranged in the primary line (14); an evaporator (22) which is arranged in the primary line (14); a heating register (26) which is arranged in the secondary line (16); a primary line valve (A4) arranged between the refrigerant compressor (12) and the external heat exchanger (18); a primary line valve (A4) arranged between the refrigerant compressor (12) and secondary branch valve (A3) arranged in the heating register (26); at least one afterheating expansion valve (AE4) arranged between the heating register (26) and the external heat exchanger (18) in the secondary branch (16); wherein the afterheating method comprises the following steps: setting the primary branch valve (A4) and the secondary branch valve (A3) in an at least partially open position such that refrigerant conveyed by the refrigerant compressor (12) is conveyed both into the primary branch (14) and into the secondary branch (16), wherein when the primary branch valve (A4) (S503) is fully open, the secondary branch valve (A3) is opened step by step (S505) in order to cover an emerging or increasing heating requirement (S506). Nachheizverfahren (500) nach Anspruch 1, wobei bei zumindest teilweise geöffnetem Sekundärstrangventil (A3) das Nachheiz-Expansionsventil (AE4) zumindest teilweise geöffnet wird.Post-heating process (500) after Claim 1 , wherein when the secondary branch valve (A3) is at least partially opened, the post-heating expansion valve (AE4) is at least partially opened. Nachheizverfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sekundärstrangventil (A3) in einer Öffnungsstellung eingestellt bleibt (S508), wenn der Heizbedarf gedeckt ist (S506, S507).Post-heating process (500) after Claim 1 or 2 , whereby the secondary branch valve (A3) remains set in an open position (S508) when the heating demand is met (S506, S507). Nachheizverfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sekundärstrangventil (A3) bei sinkendem Heizbedarf (S507) bzw. Heizüberschuss schrittweise geschlossen wird (S510).Reheating method (500) according to one of the preceding claims, wherein the secondary branch valve (A3) is gradually closed (S510) as the heating requirement (S507) or heating surplus decreases. Nachheizverfahren (500) zum Betreiben einer Kälteanlage (10) mit Wärmepumpenfunktion 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; ein Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) angeordnetes Primärstrangventil (A4); ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem Heizregister (26) angeordnetes Sekundärstrangventil (A3); wenigstens ein Nachheiz-Expansionsventil (AE4), das zwischen dem Heizregister (26) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; wobei das Nachheizverfahren folgende Schritte umfasst: Einstellen des Primärstrangventils (A4) und des Sekundärstrangventils (A3) in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung, derart dass von dem Kältemittelverdichter (12) gefördertes Kältemittel sowohl in den Primärstrang (14) als auch in den Sekundärstrang (16) gefördert wird, wobei ausgehend von einem Zustand, in dem das Sekundärstrangventil (A3) vollständig geöffnet ist (S509) und das Primärstrangventil (A4) zumindest teilweise geöffnet ist (S512), das Primärstrangventil (A4) schrittweise geschlossen wird (S511), um einen steigenden Heizbedarf (S506) zu decken.Post-heating method (500) for operating a refrigeration system (10) with a heat pump function for a motor vehicle, the refrigeration system (10) comprising: a refrigerant compressor (12) that is connectable or connected to a primary line (14) and a secondary line (16); an external heat exchanger (18) that is arranged in the primary line (14); an evaporator (22) that is arranged in the primary line (14); a heating register (26) that is arranged in the secondary line (16); a primary line valve (A4) arranged between the refrigerant compressor (12) and the external heat exchanger (18); a secondary line valve (A3) arranged between the refrigerant compressor (12) and the heating register (26); at least one post-heating expansion valve (AE4) that is arranged between the heating register (26) and the external heat exchanger (18) in the secondary line (16); wherein the reheating method comprises the following steps: Setting the primary branch valve (A4) and the secondary branch valve (A3) in an at least partially open position such that refrigerant conveyed by the refrigerant compressor (12) is conveyed both into the primary branch (14) and into the secondary branch (16), wherein starting from a state in which the secondary branch valve (A3) is fully open (S509) and the primary branch valve (A4) is at least partially open (S512), the primary branch valve (A4) is gradually closed (S511) in order to cover an increasing heating requirement (S506). Nachheizverfahren (500) nach Anspruch 5, wobei das Primärstrangventil (A4) in einer Öffnungsstellung eingestellt bleibt, wenn der Heizbedarf gedeckt ist.Post-heating process (500) after Claim 5 , whereby the primary branch valve (A4) remains in an open position when the heating demand is met. Nachheizverfahren (500) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Primärstrangventil (A4) bei sinkendem Heizbedarf bzw. Heizüberschuss schrittweise geöffnet wird.Post-heating process (500) after Claim 5 or 6 , whereby the primary branch valve (A4) is opened gradually as the heating demand or heating surplus decreases. Nachheizverfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nachheizverfahren (500) abgeschlossen wird (S513; S521), wenn das Primärstrangventil (A4) vollständig geöffnet (S519) und das Sekundärstrangventil (A3) vollständig geschlossen (S520) ist, oder wenn das Primärstrangventil (A4) vollständig geschlossen (S512) und das Sekundärstrangventil (A3) vollständig geöffnet (S509) ist.Reheating method (500) according to one of the preceding claims, wherein the reheating method (500) is completed (S513; S521) when the primary branch valve (A4) is fully opened (S519) and the secondary branch valve (A3) is fully closed (S520), or when the primary branch valve (A4) is fully closed (S512) and the secondary branch valve (A3) is fully opened (S509). Nachheizverfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Primärstrang (14) und im Sekundärstrang (16) bei gleichzeitig zumindest teilweise geöffnetem Primärstrangventil (A4) und Sekundärstrangventil (A3) vorhandenen Kältemittelteilmassenströme wenigstens teilweise stromaufwärts des äußeren Wärmeübertragers (18) zusammengeführt werden.Reheating method (500) according to one of the preceding claims, wherein the partial refrigerant mass flows present in the primary branch (14) and in the secondary branch (16) are combined at least partially upstream of the external heat exchanger (18) when the primary branch valve (A4) and secondary branch valve (A3) are simultaneously at least partially open. Kälteanlage (10) mit Wärmepumpenfunktion 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) angeordnet ist; einem Verdampfer (22), der im Primärstrang (14) angeordnet ist; einem Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist einem zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) angeordneten Primärstrangventil (A4); einem zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem Heizregister (26) angeordneten Sekundärstrangventil (A3); wenigstens einem Nachheiz-Expansionsventil (AE4), das zwischen dem Heizregister (26) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Primärstrangventil (A4) und das Sekundärstrangventil (A3) als stufenlos einstellbare Ventile ausgeführt sind, derart dass die Kälteanlage (10) dazu eingerichtet ist mit einem Nachheizverfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu werden.Refrigeration system (10) with heat pump function for a motor vehicle, with a refrigerant compressor (12) which is connectable or connected to a primary line (14) and a secondary line (16); an external heat exchanger (18) which is arranged in the primary line (14); an evaporator (22) which is arranged in the primary line (14); a heating register (26) which is arranged in the secondary line (16); a primary line valve (A4) arranged between the refrigerant compressor (12) and the external heat exchanger (18); a secondary line valve (A3) arranged between the refrigerant compressor (12) and the heating register (26); at least one post-heating expansion valve (AE4) which is arranged between the heating register (26) and the external heat exchanger (18) in the secondary line (16); characterized in that the primary line valve (A4) and the secondary branch valve (A3) are designed as continuously adjustable valves, such that the refrigeration system (10) is adapted to be operated with a post-heating method (500) according to one of the preceding claims. Kälteanlage (10) nach Anspruch 10, wobei sie einen mit einem einstellbaren Ventil (A1) ausgeführten Verbindungabschnitt (16.3; 16.4) aufweist, dessen sekundärstromseitiges Ende (Ab5) stromabwärts des Heizregisters (26) angeordnet ist und dessen primärstromseitiges Ende (Ab1; Ab6) stromaufwärts des Verdampfers (22) angeordnet ist.Refrigeration system (10) according to Claim 10 , wherein it has a connecting section (16.3; 16.4) designed with an adjustable valve (A1), the secondary flow side end (Ab5) of which is arranged downstream of the heating register (26) and the primary flow side end (Ab1; Ab6) of which is arranged upstream of the evaporator (22). Kälteanlage (10) nach Anspruch 11, wobei das primärstromseitige Ende (Ab6) des Verbindungsabschnitts (16.4) stromaufwärts eines inneren Wärmeübertragers (20) angeordnet ist.Refrigeration system (10) according to Claim 11 , wherein the primary flow end (Ab6) of the connecting section (16.4) is arranged upstream of an internal heat exchanger (20). Kälteanlage (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei im Sekundärstrang (16) stromabwärts von dem Heizregister (26) ein Rückschlagventil (R3) angeordnet ist.Refrigeration system (10) according to one of the Claims 10 until 12 , wherein a check valve (R3) is arranged in the secondary line (16) downstream of the heating register (26). Kälteanlage (10) nach Anspruch 13, wobei das Rückschlagventil (R3) stromabwärts von dem Nachheiz-Expansionsventil (AE4) angeordnet ist.Refrigeration system (10) according to Claim 13 , wherein the check valve (R3) is arranged downstream of the afterheating expansion valve (AE4). Kraftfahrzeug mit einer Kälteanlage (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14.Motor vehicle with a refrigeration system (10) according to one of the Claims 10 until 14 .
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