DE102021005724A1

DE102021005724A1 - air conditioner

Info

Publication number: DE102021005724A1
Application number: DE102021005724.4A
Authority: DE
Inventors: Mathias VENSCHOTT
Original assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-05-25
Also published as: CN118265882A; EP4433765A1; AU2022393093A1; WO2023088577A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage. Ein Verflüssigergebläse (30) ist in seiner Gebläseleistung regelbar. Der Verdichter (3) ist in seiner Verdichtungsleistung regelbar. Zwei Temperatursensoren (61, 62) sind dem Verdampfer (1) und dem Verflüssiger (3) zugeordnet. Ein dritter Temperatursensor (63) erfasst eine Ist-Temperatur außerhalb der Klimaanlage. Eine Steuereinheit (5) wirkt regelnd auf das Verflüssigergebläse (30) und/oder auf den Verdichter (3) ein, sodass die Klimaanlage in einem Modus von mindestens zwei unterschiedlichen Modi arbeitet.The invention relates to an air conditioner. The power of a condenser fan (30) can be regulated. The compression capacity of the compressor (3) can be regulated. Two temperature sensors (61, 62) are assigned to the evaporator (1) and the condenser (3). A third temperature sensor (63) detects an actual temperature outside the air conditioning system. A control unit (5) has a regulating effect on the condenser fan (30) and/or on the compressor (3), so that the air conditioning system works in one of at least two different modes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage.The present invention relates to an air conditioner.

Das der Luftkühlung zugrundeliegende Prinzip der Kälteerzeugung mittels eines Kühlkreislaufs ist beispielsweise in der WO 2007/042065 A1 beschrieben. Vorhanden sind in solchen Klimaanlagen zumeist zwei Gebläse und zwei Wärmetauscher: Ein Gebläse und ein zugeordneter Wärmetauscher gehören zum Verdampfer, in dem die Luft des zu kühlenden Raumes durch die Wechselwirkung mit dem Kältemittel abgekühlt wird. Ein weiteres Gebläse und ein zugeordneter Wärmetauscher gehören zum Verflüssiger, in welchem thermische Energie des Kältemittels auf die Umgebungsluft übertragen und somit abgeführt wird.The air cooling underlying principle of refrigeration by means of a cooling circuit is, for example, in WO 2007/042065 A1 described. There are usually two fans and two heat exchangers in such air-conditioning systems: a fan and an associated heat exchanger belong to the evaporator, in which the air in the room to be cooled is cooled by interacting with the refrigerant. Another blower and an associated heat exchanger belong to the condenser, in which thermal energy of the refrigerant is transferred to the ambient air and thus dissipated.

Der Prozess der Übertragung der thermischen Energie der Raumluft auf die Außenluft erfordert elektrische Energie, die in der Regel über das lokale Stromnetz oder ggf. die Batterie eines Fahrzeugs (z. B. Wohnmobil oder Wohnwagen) zur Verfügung gestellt wird. Heutzutage wird allgemein angestrebt, dass der Energiebedarf möglichst gering ist. Eine reine Reduktion der Energieanforderung kann jedoch im Widerspruch zu den Anforderungen eines Benutzers an die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage stehen. Somit ist ein Abwägen zwischen Energiebedarf und Performance der Klimaanlage erforderlich.The process of transferring the thermal energy of the indoor air to the outdoor air requires electrical energy, which is usually made available via the local power grid or, if necessary, the battery of a vehicle (e.g. mobile home or caravan). Nowadays, the general aim is for the energy requirement to be as low as possible. However, a mere reduction in energy demand may conflict with a user's requirements for air conditioning performance. It is therefore necessary to weigh up the energy requirements and the performance of the air conditioning system.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Klimaanlage vorzuschlagen, die einen situationsadäquaten und energieeffizienten Betrieb erlaubt.The object on which the invention is based is therefore to propose an air conditioning system that allows energy-efficient operation that is appropriate to the situation.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Klimaanlage mit einem Verdampfer, einem Verdampfergebläse, einem Verflüssiger, einem Verflüssigergebläse, einem Verdichter, einem Expansionsorgan, einer Steuereinheit und mindestens drei Temperatursensoren, wobei das dem Verflüssiger zugeordnete Verflüssigergebläse in seiner Gebläseleistung regelbar ist, wobei der Verdichter in seiner Verdichtungsleistung regelbar ist, wobei ein erster Temperatursensor der drei Temperatursensoren dem Verdampfer zugeordnet ist, wobei ein zweiter Temperatursensor der drei Temperatursensoren dem Verflüssiger zugeordnet ist, wobei ein dritter Temperatursensor der drei Temperatursensoren eine Ist-Temperatur außerhalb der Klimaanlage erfasst, wobei die Steuereinheit Temperaturmesswerte des dritten Temperatursensors im Hinblick auf einen vorgebbaren Temperatursollwert verarbeitet, und wobei die Steuereinheit regelnd auf das Verflüssigergebläse und/oder auf den Verdichter einwirkt, sodass die Klimaanlage in einem Modus von mindestens zwei unterschiedlichen Modi arbeitet.The invention achieves the object by means of an air conditioning system with an evaporator, an evaporator fan, a condenser, a condenser fan, a compressor, an expansion element, a control unit and at least three temperature sensors, the condenser fan assigned to the condenser being able to be regulated in terms of its fan output, the compressor in its compression capacity can be regulated, with a first temperature sensor of the three temperature sensors being assigned to the evaporator, with a second temperature sensor of the three temperature sensors being assigned to the condenser, with a third temperature sensor of the three temperature sensors detecting an actual temperature outside the air conditioning system, with the control unit measuring temperature values of the third temperature sensor processed with regard to a predetermined temperature setpoint, and wherein the control unit regulates the condenser fan and / or acts on the compressor, so that the air conditioner works in one of at least two different modes.

In der erfindungsgemäßen Klimaanlage ist eine Steuereinheit vorgesehen, die auf ein regelbares Verflüssigergebläse und/oder auf einen regelbaren Verdichter einwirkt. Es lässt sich somit die Leistung der beiden Komponenten und damit auch deren Energiebedarf einstellen. Dies dient dazu, dass die Klimaanlage in jeweils einem Modus von mindestens zwei unterschiedlichen Modi betrieben werden kann. Ein Modus ist eine Betriebsart, die auf die Bedürfnisse des Benutzers der Klimaanlage und/oder auf den Energiebedarf Rücksicht nimmt. Im Folgenden werden einige Modi und die jeweiligen Besonderheiten in unterschiedlichen Ausgestaltungen der Klimaanlage diskutiert.In the air conditioning system according to the invention, a control unit is provided which acts on a controllable condenser fan and/or on a controllable compressor. The performance of the two components and thus also their energy requirements can thus be adjusted. The purpose of this is that the air conditioning system can be operated in one of at least two different modes. A mode is an operating mode that takes into account the needs of the user of the air conditioner and/or the energy requirements. A few modes and the respective special features in different configurations of the air conditioning system are discussed below.

Für die Regelung greift die Steuereinheit auf Messdaten von drei Temperatursensoren zurück. Zwei der Temperatursensoren sind dem Verdampfer sowie dem Verflüssiger zugeordnet, um dort die Temperatur zu messen. Auf die beiden Temperatursensoren für die Ermittlung von internen Temperaturen bezieht sich ein Teil der folgenden Ausgestaltungen. Der dritte Temperatursensor misst die Temperatur außerhalb der Klimaanlage und vorzugsweise die Temperatur der Luft, die von der Klimaanlage temperiert werden soll. Dies ist somit die Ist-Temperatur, welche auf eine von einem Benutzer vorgebbare Solltemperatur gebracht werden soll. Insgesamt stehen der Steuereinheit somit drei Temperaturmesswerte und ein Solltemperaturwert zur Verfügung, um die Klimaanlage entsprechend den mindestens zwei Betriebsmodi zu regeln.For regulation, the control unit uses measurement data from three temperature sensors. Two of the temperature sensors are assigned to the evaporator and the condenser to measure the temperature there. Some of the following configurations relate to the two temperature sensors for determining internal temperatures. The third temperature sensor measures the temperature outside of the air conditioning system and preferably the temperature of the air that is to be tempered by the air conditioning system. This is therefore the actual temperature, which is to be brought to a setpoint temperature that can be specified by a user. A total of three measured temperature values and one setpoint temperature value are therefore available to the control unit in order to regulate the air conditioning system in accordance with the at least two operating modes.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das dem Verdampfer zugeordnete Verdampfergebläse in seiner Gebläseleistung regelbar ist, und dass die Steuereinheit regelnd auf das Verdampfergebläse einwirkt, sodass die Klimaanlage in einem Modus arbeitet. In dieser Ausgestaltung sind insgesamt drei regelbare Komponenten vorhanden, die einzeln oder zusammen so von der Steuereinheit geregelt werden, dass dem jeweiligen Modus entsprochen wird: Verdampfergebläse, Verflüssigergebläse und Verdichter. Ausgehend von dieser Ausgestaltung ist somit vorgesehen, dass je nach Modus die Steuereinheit regelnd auf das Verdampfergebläse und/oder auf das Verflüssigergebläse und/oder auf den Verdichter einwirkt.One embodiment includes that the evaporator fan assigned to the evaporator can be regulated in terms of its fan power, and that the control unit has a regulating effect on the evaporator fan, so that the air conditioning system works in one mode. In this embodiment, there are a total of three controllable components, which are controlled individually or together by the control unit in such a way that the respective mode is met: evaporator fan, condenser fan and compressor. Based on this configuration, it is therefore provided that, depending on the mode, the control unit has a regulating effect on the evaporator fan and/or on the condenser fan and/or on the compressor.

In den folgenden zwei Ausgestaltungen wird ausgeführt, wie der erste und/oder der zweite Temperatursensor ausgeführt bzw. positioniert sind.In the following two configurations it is explained how the first and/or the second temperature sensor are configured or positioned.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Temperatursensor so ausgestaltet und angeordnet ist, dass der erste Temperatursensor Temperaturwerte in einem Bereich des Verdampfers erfasst, in dem ein Phasenwechsel des Kältemittels stattfindet.One embodiment provides that the first temperature sensor is designed and arranged in such a way that the first temperature sensor detects temperature values in a region of the evaporator in which a phase change of the refrigerant takes place.

Eine alternative oder ergänzende Ausgestaltung beinhaltet, dass der zweite Temperatursensor so ausgestaltet und angeordnet ist, dass der zweite Temperatursensor Temperaturwerte in einem Bereich des Verflüssigers erfasst, in dem ein Phasenwechsel des Kältemittels stattfindet.An alternative or supplementary embodiment includes that the second temperature sensor is designed and arranged in such a way that the second temperature sensor detects temperature values in a region of the condenser in which a phase change of the refrigerant takes place.

Die beiden vorgenannten Ausgestaltungen beziehen sich jeweils auf den Phasenwechsel des Kältemittels in dem Verdampfen bzw. in dem Verflüssiger. Für die optimale Regelung ist vorgesehen, dass jeweils die Temperatur gemessen wird, unter welcher der Phasenwechsel in der jeweiligen Komponente der Klimaanlage stattfindet. Wird die Temperatur jeweils in dem Gebiet des Phasenwechsels gemessen, so ergibt sich in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Kältemittels aus der Temperatur der Druck, unter welchem das Kältemittel steht.The two aforementioned configurations each relate to the phase change of the refrigerant in the evaporation or in the condenser. For optimal control, it is provided that the temperature is measured at which the phase change takes place in the respective component of the air conditioning system. If the temperature is measured in the region of the phase change, the pressure under which the refrigerant is located depends on the properties of the refrigerant and the temperature.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit die Temperaturmesswerte des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors dahingehend verarbeitet, um Aussagen über einen Druck eines Kältemittels in dem Verdampfer sowie in dem Verflüssiger zu erhalten. In dieser Ausgestaltung verwendet die Steuereinheit die Messwerte des ersten sowie des zweiten Temperatursensors dafür, um Aussagen darüber zu erlangen, bei welchem Druck der jeweilige Phasenwechsel des Kältemittels stattfindet.One embodiment provides that the control unit processes the measured temperature values from the first temperature sensor and the second temperature sensor in order to obtain information about a pressure of a refrigerant in the evaporator and in the condenser. In this refinement, the control unit uses the measured values of the first and second temperature sensors to obtain information about the pressure at which the respective phase change of the refrigerant takes place.

Die folgenden Ausgestaltungen beziehen sich auf Modi, in denen die Klimaanlage betrieben werden kann. Die Modi werden dabei jeweils mit einem rein beispielhaften Namen bezeichnet, um sie leichter voneinander unterscheiden zu können. Die Bezeichnungen dienen daher nur der Übersicht und sind rein willkürlich, sodass sie auch entfallen oder z. B. durch Nummern ersetzt werden können.The following refinements relate to modes in which the air conditioning system can be operated. The modes are each given a purely exemplary name in order to be able to distinguish them more easily from one another. The designations therefore only serve as an overview and are purely arbitrary, so that they are also omitted or e.g. B. can be replaced by numbers.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit in einem „Cool max“-Modus in Abhängigkeit von der vorgebbaren Solltemperatur und den Temperaturmesswerten des dritten Temperatursensors so regelnd auf das Verdampfergebläse und/oder auf das Verflüssigergebläse und/oder auf den Verdichter einwirkt, sodass die Klimaanlage mit einer maximalen Leistung arbeitet. Im „Cool max“-Modus wird die Klimaanlage so betrieben, dass die Solltemperatur möglichst schnell erreicht wird, d. h. dass die Differenz zwischen der Ist-Temperatur im zu kühlenden Raum und der vorgegebenen Solltemperatur möglichst schnell reduziert wird. In einer Ausgestaltung werden das Verdampfergebläse und das Verflüssigergebläse mit maximaler Gebläseleistung und wird der Verdichter mit maximaler Verdichtungsleistung betrieben. Damit ergibt sich eine hohe Kälteleistung der Klimaanlage, die bei hoher Luftwechselzahl (also unter Zuführung von Frischluft) oder hoher Luftumwälzung (also im Umluftverfahren) betrieben wird. Dieser Modus dient somit dazu, möglichst schnell eine vom Benutzer gewünschte Temperatur der Raumluft zu erzielen.One embodiment includes that the control unit acts in a “Cool max” mode on the evaporator fan and/or on the condenser fan and/or on the compressor in a regulating manner depending on the predefinable setpoint temperature and the measured temperature values of the third temperature sensor, so that the air conditioning system working at maximum power. In "Cool max" mode, the air conditioning is operated in such a way that the target temperature is reached as quickly as possible, i. H. that the difference between the actual temperature in the room to be cooled and the specified target temperature is reduced as quickly as possible. In one embodiment, the evaporator fan and the condenser fan are operated at maximum fan power and the compressor is operated at maximum compression power. This results in a high cooling capacity of the air conditioning system, which is operated with a high number of air exchanges (ie with the supply of fresh air) or high air circulation (ie in the air recirculation process). This mode is therefore used to achieve the room air temperature desired by the user as quickly as possible.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit in einem „Minimale Stromaufnahme“-Modus so regelnd auf das Verdampfergebläse und/oder auf das Verflüssigergebläse einwirkt, sodass der Druck des Kältemittels in dem Verdampfer innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs gleich dem Druck des Kältemittels in dem Verflüssiger ist. In diesem Modus ist das Ziel, dass die Klimaanlage möglichst wenig elektrischen Strom benötigt. Hierfür wird das Verdampfergebläse und/oder das Verflüssigergebläse so geregelt, dass der Druck des Kältemittels im Verdampfen möglichst gleich dem Druck des Kältemittels im Verflüssiger ist. Beide Drücke sollen sich zumindest nicht außerhalb eines Toleranzbereichs voneinander unterscheiden. Dies reduziert den Energiebedarf des Verdichters, der sich in dem Kältekreislauf zwischen Verdampfer und Verflüssiger befindet.One embodiment provides that the control unit has a regulating effect on the evaporator fan and/or on the condenser fan in a "minimum power consumption" mode such that the pressure of the refrigerant in the evaporator is equal to the pressure of the refrigerant in the condenser within a predefinable tolerance range . In this mode, the goal is for the air conditioner to use as little electricity as possible. For this purpose, the evaporator fan and/or the condenser fan is controlled in such a way that the pressure of the refrigerant during evaporation is as equal as possible to the pressure of the refrigerant in the condenser. Both pressures should at least not differ from each other outside of a tolerance range. This reduces the energy requirement of the compressor, which is located in the refrigeration circuit between the evaporator and the condenser.

Eine alternative oder ergänzende Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit in einem „Minimale Stromaufnahme“-Modus so regelnd auf das Verflüssigergebläse einwirkt, sodass der Druck des Kältemittels in dem Verflüssiger in einem Minimalbereich ist. In dieser Ausgestaltung betreibt die Steuereinheit das Verflüssigergebläse derart, sodass der Druck des Kältemittels möglichst gering in dem Verflüssiger ist.An alternative or supplementary embodiment includes the control unit acting in a “minimum power consumption” mode in a regulating manner on the condenser fan such that the pressure of the refrigerant in the condenser is in a minimum range. In this refinement, the control unit operates the condenser fan in such a way that the pressure of the refrigerant in the condenser is as low as possible.

Eine weitere alternative oder ergänzende Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit in dem „Minimale Stromaufnahme“-Modus die Gebläseleistung des Verdampfergebläses erhöht, um den Druck des Kältemittels im Verflüssiger zu reduzieren.A further alternative or supplementary embodiment provides that the control unit increases the fan output of the evaporator fan in the "minimum power consumption" mode in order to reduce the pressure of the refrigerant in the condenser.

In den vorgenannten Ausführungen hinsichtlich des als „Minimale Stromaufnahme“ bezeichneten Modus greift die Steuereinheit so ein, dass ein Druckunterschied zwischen den Drücken des Kältemittels im Verdampfer und im Verflüssiger möglichst gering ist. Wird in einer Ausgestaltung die Außenluft mit einem hohen Druckverlust durch den Verflüssiger geführt, so erhöht die Steuereinheit die Gebläseleistung des Verflüssigergebläses, indem die Drehzahl dieses Gebläses erhöht wird. Dadurch wird mehr Luftvolumenstrom gefördert und der Druck des Kältemittels im Verflüssiger sinkt. Dies führt zwar dazu, dass die Stromaufnahme des Verflüssigergebläses erhöht wird, jedoch benötigt der Verdichter deutlich weniger elektrische Energie. Dies ist relevant, da der Verdichter in der Regel mehr Energie benötigt als die Gebläsevorrichtungen.In the above statements regarding the mode referred to as "minimum power consumption", the control unit intervenes in such a way that a pressure difference between the pressures of the refrigerant in the evaporator and in the condenser is as small as possible. If, in one embodiment, the outside air is routed through the condenser with a high pressure loss, the control unit increases the fan output of the condenser fan by increasing the speed of this fan. As a result, more air volume flow is conveyed and the pressure of the refrigerant in the condenser drops. Although this means that the power consumption of the condenser fan is increased, the compressor requires significantly less electrical energy. This is relevant because the compressor usually requires more energy than the fan devices.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit in einem „Silent“-Modus so regelnd auf das Verdampfergebläse und auf das Verflüssigergebläse einwirkt, sodass sich die Gebläseleistungen jeweils in einem vorgebbaren Minimalbereich befinden, und dass die Steuereinheit in dem „Silent“-Modus auf den Verdichter in Abhängigkeit von der Solltemperatur und den Temperaturmesswerten des dritten Temperatursensors einwirkt. In dieser Ausgestaltung wird somit die Geräuschbildung reduziert, indem die zwei regelbaren Gebläse mit möglichst geringer Leistung, beispielsweise mit minimaler Drehzahl, betrieben werden. Die Regelung der Temperatur erfolgt über den Eingriff auf den Verdichter.One embodiment includes the control unit in a "silent" mode controlling the evaporator fan and the condenser ger blower acts, so that the blower outputs are each in a definable minimum range, and that the control unit in the "silent" mode acts on the compressor depending on the setpoint temperature and the temperature readings of the third temperature sensor. In this embodiment, the generation of noise is thus reduced in that the two controllable fans are operated at the lowest possible power, for example at minimum speed. The temperature is regulated by intervening on the compressor.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit in dem „Silent“-Modus in dem Fall, dass der Druck des Kältemittels im Verdichter oberhalb eines Grenzwerts liegt, die Kompressionsleistung des Verdichters verringert und/oder die Gebläseleistung des Verflüssigergebläses erhöht. Steigt der Druck des Kältemittels im Verdichter zu stark an, so wird im sogenannten „Silent“-Modus in dieser Ausgestaltung entweder die Kompressionsleistung des Verdichters verringert oder die Gebläseleistung des Verflüssigergebläses erhöht. Alternativ können auch beide Eingriffe erfolgen.One embodiment provides that the control unit in the “silent” mode reduces the compression output of the compressor and/or increases the fan output of the condenser fan if the pressure of the refrigerant in the compressor is above a limit value. If the pressure of the refrigerant in the compressor increases too much, then in the so-called “silent” mode in this embodiment either the compression capacity of the compressor is reduced or the blower capacity of the condenser fan is increased. Alternatively, both interventions can also be carried out.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Klimaanlage mit einem wiederaufladbaren Energiespeicher verbindbar ist, dass die Steuereinheit - vorzugsweise über eine Eingangsspannung des Energiespeichers - eine in dem Energiespeicher gespeicherte Energiemenge ermittelt, und dass in einem „Optimaler Akkubetrieb“-Modus die Steuereinheit ausgehend von der eingebbaren Solltemperatur, von der ermittelten Energiemenge und einer vorgebbaren Laufzeit regelnd auf das Verdampfergebläse und/oder auf das Verflüssigergebläse und/oder auf den Verdichter einwirkt, sodass die Klimaanlage bis zu einem Ende der Laufzeit die Ist-Temperatur innerhalb eines vorgebbaren Grenzbereichs hält. In dieser Ausgestaltung erhält die Klimaanlage die elektrische Energie von einem wiederaufladbaren Energiespeicher. Dieser ist z. B. durch einen Akku gegeben. Die Steuereinheit ermittelt die in dem Energiespeicher vorhandene Energiemenge, indem sie beispielsweise die Eingangsspannung des Energiespeichers auswertet. In dieser Ausgestaltung wird die Klimaanlage in einem „Optimaler Akkubetrieb“-Modus betrieben. Hierfür sind eine Solltemperatur und eine gewünschte Laufzeit der Klimaanlage durch einen Benutzer vorzugeben. In Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Energiemenge regelt die Steuereinheit die Klimaanlage. Der vorgebbare Grenzbereich für die Ist-Temperatur ist dabei der Bereich, innerhalb dessen die Ist-Temperatur von der Solltemperatur abweichen kann, ohne dass die Kühlleistung der Klimaanlage geändert werden muss.One embodiment includes that the air conditioning system can be connected to a rechargeable energy store, that the control unit determines - preferably via an input voltage of the energy store - a quantity of energy stored in the energy store, and that in an "optimal battery operation" mode the control unit starts from the setpoint temperature that can be entered , Acts on the evaporator fan and/or on the condenser fan and/or on the compressor in a controlling manner based on the determined amount of energy and a specifiable running time, so that the air conditioning system keeps the actual temperature within a specifiable limit range until the end of the running time. In this embodiment, the air conditioner receives the electrical energy from a rechargeable energy store. This is z. B. given by a battery. The control unit determines the amount of energy present in the energy store by, for example, evaluating the input voltage of the energy store. In this embodiment, the air conditioner is operated in an "optimal battery operation" mode. For this purpose, a target temperature and a desired running time of the air conditioning system are to be specified by a user. The control unit regulates the air conditioning depending on the amount of energy available. The predefinable limit range for the actual temperature is the range within which the actual temperature can deviate from the target temperature without the cooling capacity of the air conditioning system having to be changed.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass in einem „Test“-Modus die Steuereinheit so regelnd auf das Verdampfergebläse und/oder auf das Verflüssigergebläse und/oder auf den Verdichter einwirkt, sodass das Kältemittel in dem Verdampfer einen vorgebbaren Verdampfer-Testdruck und/oder das Kältemittel in dem Verflüssiger einen vorgebbaren Verflüssiger-Testdruck aufweist, dass die Steuereinheit einen Wert einer Stromaufnahme des Verdichters ermittelt, und dass die Steuereinheit ausgehend von dem ermittelten Wert der Stromaufnahme und von hinterlegten Daten eine Aussage darüber ableitet, ob ein Verlust des Kältemittels vorliegt. Durch die regelbaren Gebläse werden vorgegebene Drücke des Kältemittels im Verdampfer und/oder im Verflüssiger erzeugt. Durch die Messung der Stromaufnahme des Verdichters und den Abgleich mit einem hinterlegten Kennfeld kann die Steuereinheit beispielsweise prüfen, ob Kältemittel entwichen ist.One embodiment provides that in a "test" mode the control unit acts in a regulating manner on the evaporator fan and/or on the condenser fan and/or on the compressor, so that the refrigerant in the evaporator has a predeterminable evaporator test pressure and/or the refrigerant has a specifiable condenser test pressure in the condenser, that the control unit determines a value of a current consumption of the compressor, and that the control unit, based on the determined value of the current consumption and from stored data, derives a statement as to whether there is a loss of refrigerant. Predetermined pressures of the refrigerant in the evaporator and/or in the condenser are generated by the controllable fans. By measuring the power consumption of the compressor and comparing it with a stored map, the control unit can check whether refrigerant has escaped, for example.

Bei den beiden folgenden Ausgestaltungen wird durch jeweils einen von zwei Temperatursensoren ermittelt, ob eine Vereisung der zugehörigen Komponente gegeben ist. Daher kann jeweils auf zusätzliche Sensoren für diese Überwachung verzichtet werden. Die beiden Ausgestaltungen unterscheiden sich darin, ob die Klimaanlage in einem Kühlbetrieb und in einem Heizbetrieb betrieben wird. Es wird also der Kreislauf des Kältemittels in unterschiedlichen Richtungen betrieben, sodass die Raumluft entweder gekühlt oder erwärmt wird.In the two following configurations, one of two temperature sensors is used to determine whether the associated component is icing up. Additional sensors for this monitoring can therefore be dispensed with in each case. The two configurations differ in whether the air conditioning system is operated in a cooling mode and in a heating mode. The circuit of the refrigerant is therefore operated in different directions, so that the room air is either cooled or heated.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit die Temperaturmesswerte des ersten Temperatursensors, der dem Verdampfer zugeordnet ist, in einem Kühlbetrieb der Klimaanlage dahingehend auswertet, ob eine Vereisung des Verdampfers gegeben ist.In one embodiment, the control unit evaluates the measured temperature values of the first temperature sensor, which is assigned to the evaporator, when the air conditioning system is in cooling mode to determine whether the evaporator is icing up.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit die Temperaturmesswerte des zweiten Temperatursensors, der dem Verflüssiger zugeordnet ist, in einem Heizbetrieb der Klimaanlage dahingehend auswertet, ob eine Vereisung des Verflüssigers gegeben ist.One embodiment provides that the control unit evaluates the measured temperature values of the second temperature sensor, which is assigned to the condenser, when the air conditioning system is in heating mode to determine whether the condenser is icing up.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit die Temperaturmesswerte des zweiten Temperatursensors, der dem Verflüssiger zugeordnet ist, dahingehend auswertet, ob ein Druck des Kältemittels in dem Verflüssiger innerhalb eines zulässigen Druckbereichs liegt. Durch Kenntnis des Drucks durch die Temperaturmessung können unzulässig hohe Drücke vermieden werden. Dies kann die Auswahl von Werkstoffen und Wandstärken beeinflussen.One configuration includes that the control unit evaluates the measured temperature values of the second temperature sensor, which is assigned to the condenser, to determine whether a pressure of the refrigerant in the condenser is within a permissible pressure range. By knowing the pressure from the temperature measurement, impermissibly high pressures can be avoided. This can influence the selection of materials and wall thicknesses.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Klimaanlage portabel ist. In dieser Ausgestaltung ist die Klimaanlage in Bezug auf ihre Abmessungen und in Bezug auf ihr Gewicht so ausgeführt, sodass sie z. B. von einem Benutzer getragen werden kann.One embodiment provides that the air conditioner is portable. In this embodiment, the air conditioner in terms of its dimensions and in Based on their weight so that they z. B. can be worn by a user.

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Klimaanlage auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage.

In particular, there are a number of possibilities for designing and developing the air conditioning system according to the invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the patent claims subordinate to patent claim 1 and on the other hand to the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawing. It shows:

1 a schematic representation of an air conditioning system.

Die 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Klimaanlage.The 1 shows the structure of an air conditioning system.

In der Klimaanlage nach dem Kaltdampfkompressionskältekreislaufs zirkuliert ein Kältemittel, welches in einem Verdampfer 1 den Phasenwechsel von flüssig/dampfförmig zu gasförmig und innerhalb des Verflüssigers 3 den Phasenwechsel von gasförmig zu flüssig vollzieht. Während des Phasenwechsels im Verdampfer 1 sowie im Verflüssiger sind dabei Temperatur und Druck konstant. Die jeweiligen Werte von Druck und Temperatur sind fest über die thermodynamischen Eigenschaften des verwendeten Kältemittels einander zugeordnet, sodass sich aus einer Temperaturmessung der Druckwert ergibt.In the air conditioning system after the cold vapor compression refrigeration cycle, a refrigerant circulates, which completes the phase change from liquid/vapor to gaseous in an evaporator 1 and the phase change from gaseous to liquid within the condenser 3 . Temperature and pressure are constant during the phase change in the evaporator 1 and in the condenser. The respective values of pressure and temperature are firmly assigned to each other via the thermodynamic properties of the refrigerant used, so that the pressure value results from a temperature measurement.

Dabei durchläuft das Kältemittel im Verdampfer 1 folgende Zustände: Nach der Expansion im Expansionsorgan 4 tritt das Kältemittel im Wesentlichen dampfförmig in den Verdampfer 1 ein. Der Gasanteil ist gering und der Flüssiganteil hoch. Innerhalb des Verdampfers 1 erhöht sich der Gasanteil, bis kein Flüssiganteil mehr vorhanden ist. Dies ist der Phasenwechsel. Der letzte Abschnitt des Verdampfers 1 wird genutzt, um das Kältemittel zu überhitzen. Damit wird sichergestellt, dass der nachfolgende Verdichter 2 nur mit gasförmigen Kältemittel gespeist wird. Der nachfolgende Verdichter 2 verdichtet das gasförmige Kältemittel. Im Verflüssiger 3 durchläuft das Kältemittel folgende Zustände: Das Kältemittel wird zunächst abgekühlt (sogenannte Enthitzungsstrecke). Anschließend folgt der Phasenwechsel von gasförmig zu flüssig. Im letzten Abschnitt des Verflüssigers 3 wird das Kältemittel unterkühlt, damit es am Eingang der nachfolgenden Expansionsvorrichtung 4 in jedem Fall flüssig vorliegt. Bei manchen Kältekreisläufen liegen die Überhitzungs- und/oder Unterkühlungsstrecken außerhalb des Verdampfers 1 bzw. des Verflüssigers 3. Oft wird dann ein sogenannter Innerer-Wärmeaustauscher verwendet.The refrigerant in the evaporator 1 passes through the following states: After expansion in the expansion element 4, the refrigerant enters the evaporator 1 essentially in vapor form. The gas content is low and the liquid content is high. The proportion of gas within the evaporator 1 increases until there is no longer any liquid. This is the phase change. The last section of the evaporator 1 is used to superheat the refrigerant. This ensures that the downstream compressor 2 is fed only with gaseous refrigerant. The downstream compressor 2 compresses the gaseous refrigerant. In the condenser 3, the refrigerant goes through the following states: The refrigerant is first cooled (so-called heat dissipation section). This is followed by the phase change from gaseous to liquid. In the last section of the condenser 3, the refrigerant is supercooled so that it is always liquid at the inlet of the subsequent expansion device 4. In some refrigeration circuits, the overheating and/or subcooling sections are outside of the evaporator 1 or the condenser 3. A so-called internal heat exchanger is then often used.

Für den Betrieb der unterschiedlichen Modi sind in der dargestellten Ausgestaltung ein drehzahlregelbarer Verdichter 2, ein drehzahlregelbarer Verflüssigergebläse 30 und sogar ein drehzahlregelbares Verdampfergebläse 10 vorhanden. Der Begriff „regelbar“ ist dabei so zu verstehen, dass die Drehzahlen jeweils kontinuierlich oder in Stufen veränderbar sind.For the operation of the different modes, a speed-controllable compressor 2, a speed-controllable condenser fan 30 and even a speed-controllable evaporator fan 10 are present in the embodiment shown. The term "controllable" is to be understood in such a way that the speeds can be changed continuously or in steps.

Weiterhin sind der Verdampfer 1 und der Verflüssiger 3 jeweils mit einem Temperatursensor 61, 62 versehen. Der erste Temperatursensor 61 sowie der zweite Temperatursensor 62 befinden sich dabei an den - hier nicht dargestellten - Kältemittelrohren an derjenigen Stelle, an welchen jeweils ein Phasenwechsel des Kältemittels stattfindet. Diese Phasenwechselgebiete werden vorab unter unterschiedlichen Bedingungen (wie z. B. Grenzwerte der Temperaturen und der relativen Feuchte, in denen die Klimaanlage zur Anwendung kommt, sowie minimale und maximale Drehzahlen der regelbaren Gebläse und des regelbaren Verdichters) ermittelt. In einer Ausgestaltung befindet sich der Temperaturmesspunkt mittig in der Kältemittelrohrschleife des jeweiligen Wärmeübertragers des Verdampfers bzw. des Verflüssigers. Bei beispielsweise mehrflutigen Wärmeaustauschern sind in einer Ausgestaltung mehrere Temperatursensoren vorgesehen, deren Messwerte gemittelt werden. Alternativ wird die Temperatur nur in einem Strang gemessen. Durch die Messung der Verdampfungs- bzw. Verflüssigungstemperatur kann über die thermodynamischen Eigenschaften des Kältemittels auf den Verdampfungs- bzw. Verflüssigungsdruck geschlossen werden.Furthermore, the evaporator 1 and the condenser 3 are each provided with a temperature sensor 61, 62. The first temperature sensor 61 and the second temperature sensor 62 are located on the refrigerant pipes—not shown here—at that point at which a phase change of the refrigerant takes place. These phase change areas are determined beforehand under different conditions (such as, for example, limit values for the temperatures and the relative humidity in which the air conditioning system is used, as well as minimum and maximum speeds of the controllable fans and the controllable compressor). In one embodiment, the temperature measuring point is located in the center of the refrigerant pipe loop of the respective heat exchanger of the evaporator or condenser. In the case of multi-flow heat exchangers, for example, a number of temperature sensors are provided in one embodiment, the measured values of which are averaged. Alternatively, the temperature is only measured in one strand. By measuring the evaporation or condensation temperature, conclusions can be drawn about the evaporation or condensation pressure via the thermodynamic properties of the refrigerant.

Generell lässt sich sagen, dass die Strom- und damit auch Leistungsaufnahme des Verdichters 2 am geringsten ist, je niedriger der Druckhub ist, den er bewerkstelligen muss. Ferner hat in der Regel der Verdichter 2 die größte Strom- bzw. Leistungsaufnahme im Vergleich zum Bedarf der beiden Gebläse 10, 30.In general, it can be said that the current consumption and thus also the power consumption of the compressor 2 is lowest the lower the pressure stroke that it has to accomplish. Furthermore, the compressor 2 usually has the greatest current or power consumption compared to the requirements of the two fans 10, 30.

Beschrieben sei beispielsweise der „Cool max“-Modus:

Der Nutzer der Klimaanlage befindet sich in einem Raum mit 35 °C und 50% relativer Feuchte. Das Klimagerät tauscht über zwei - hier nicht dargestellte - Schläuche (einmal zum Ansaugen und einmal zum Ausblasen) die Luft, die durch den Verflüssiger 3 geführt wird, mit der Umgebung außerhalb des Raumes aus. Es handelt sich somit um einen sogenannten Zweikanal-Raumkonditionierer. Die Luft, die den Verdampfer 1 passiert, wird im Raum in Umluft geführt. Der Benutzer stellt sein Raumklimagerät auf eine Solltemperatur von 23 °C ein. Die Klimaanlage wird nun mit der maximal verfügbaren Kälteleistung den Raum so schnell wie möglich auf die Solltemperatur abkühlen. Anschließend verringert die Steuereinheit 5 die Leistung des Verdichters 2 und oder die Leistung des Verdampfergebläses 10 und/oder des Verflüssigergebläses 30 und regelt anschließend so, dass die Raumtemperatur im Wesentlichen konstant bleibt.

For example, the "Cool max" mode is described:

The user of the air conditioner is in a room with 35 °C and 50% relative humidity. The air conditioner exchanges the air, which is passed through the condenser 3, with the environment outside the room via two hoses (not shown here) (once for suction and once for blowing out). It is therefore a so-called two-channel room conditioner. The air that passes through the evaporator 1 is circulated in the room. The user sets his room air conditioner to a target temperature of 23 °C. The air conditioning system will now cool the room to the target temperature as quickly as possible with the maximum available cooling capacity. The control unit 5 then reduces the output of the compressor 2 and/or the output of the evaporator fan 10 and/or the condenser fan 30 and then regulates it ding so that the room temperature remains essentially constant.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann das Klimasystem den Hoch- und Niederdruck (also: Verflüssigungs- bzw. Verdampfungsdruck) ermitteln und versuchen, den Druckunterschied möglichst gering zu halten. Dies erlaubt zusätzliche Betriebsmodi des Klimasystems, wie sie oben beschrieben worden sind.With the proposed method, the air conditioning system can determine the high and low pressure (i.e.: condensation or evaporation pressure) and try to keep the pressure difference as small as possible. This allows additional operating modes of the air conditioning system, as have been described above.

BezugszeichenlisteReference List

11: VerdampferEvaporator
22: Verdichtercompressor
33: Verflüssigercondenser
44: Expansionsorganexpansion organ
55: Steuereinheitcontrol unit
1010: Verdampfergebläseevaporator fan
3030: Verflüssigergebläsecondenser fan
6161: erster Temperatursensorfirst temperature sensor
6262: zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
6363: dritter Temperatursensorthird temperature sensor
100100: Energiespeicherenergy storage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2007/042065 A1 [0002]

Claims

air conditioner with an evaporator (1), an evaporator fan (10), a condenser (3), a condenser fan (30), a compressor (2), an expansion element (4), a control unit (5) and at least three temperature sensors (61, 62 , 63), the condenser fan (30) assigned to the condenser (3) being adjustable in terms of its fan power, the compression capacity of the compressor (3) being adjustable, wherein a first temperature sensor (61) of the three temperature sensors (61, 62, 63) is assigned to the evaporator (1), wherein a second temperature sensor (62) of the three temperature sensors (61, 62, 63) is assigned to the condenser (3), wherein a third temperature sensor (63) of the three temperature sensors (61, 62, 63) detects an actual temperature outside the air conditioning system, wherein the control unit (5) processes measured temperature values from the third temperature sensor (63) with regard to a predefinable temperature setpoint, and wherein the control unit (5) has a regulating effect on the condenser fan (20) and/or on the compressor (3), so that the air conditioning system in one of at least two different modes.

air conditioning after claim 1 , wherein the evaporator fan (10) assigned to the evaporator (1) can be regulated in terms of its fan power, and wherein the control unit (5) acts in a regulating manner on the evaporator fan (10), so that the air conditioning system works in one mode.

air conditioning after claim 1 or 2 , wherein the first temperature sensor (61) is designed and arranged such that the first temperature sensor (61) detects temperature values in a region of the evaporator (1) in which a phase change of the refrigerant takes place.

Air conditioning after one of Claims 1 until 3 , wherein the second temperature sensor (62) is designed and arranged such that the second temperature sensor (62) detects temperature values in a region of the condenser (3) in which a phase change of the refrigerant takes place.

Air conditioning after one of Claims 1 until 4 , wherein the control unit (5) processes the measured temperature values of the first temperature sensor (61) and the second temperature sensor (62) in order to obtain statements about a pressure of a refrigerant in the evaporator (1) and in the condenser (3).

Air conditioning after one of Claims 1 until 5 , wherein the control unit (5) controls the evaporator fan (10) and/or the condenser fan (30) and/or acts on the compressor (3) so that the air conditioning system works at maximum capacity.

Air conditioning after one of Claims 1 until 6 , wherein the control unit (5) acts in a “minimum power consumption” mode on the evaporator fan (10) and/or on the condenser fan (30) in such a regulating manner that the pressure of the refrigerant in the evaporator (1) is the same within a specifiable tolerance range is the pressure of the refrigerant in the condenser (3).

Air conditioning after one of Claims 1 until 7 , wherein the control unit (5) acts in a “minimum power consumption” mode in a regulating manner on the condenser fan (30) such that the pressure of the refrigerant in the condenser (3) is in a minimum range.

air conditioning after claim 7 or 8th , wherein the control unit (5) increases the fan power of the evaporator fan (10) in the "minimum power consumption" mode in order to reduce the pressure of the refrigerant in the condenser (3).

Air conditioning after one of Claims 1 until 9 , wherein the control unit (5) acts in a "silent" mode on the evaporator fan (10) and on the condenser fan (30) in such a regulating manner that the fan outputs are each in a definable minimum range, and wherein the control unit (5) in the "silent" mode acts on the compressor (3) depending on the set temperature and the temperature readings of the third temperature sensor (63).

air conditioning after claim 10 , wherein the control unit (5) in the "silent" mode, in the event that the pressure of the refrigerant in the compressor (3) is above a limit value, reduces the compression capacity of the compressor (3) and/or the fan capacity of the condenser fan (30 ) elevated.

Air conditioning after one of Claims 1 until 11 , wherein the air conditioning system can be connected to a rechargeable energy storage device (100), wherein the control unit (5) - preferably via an input voltage of the energy storage device (100) - determines a quantity of energy stored in the energy storage device (100), and wherein in an "optimal battery operation" -mode the Control unit (5) acts on the evaporator fan (10) and/or on the condenser fan (30) and/or on the compressor (3) based on the set temperature that can be entered, the amount of energy determined and a running time that can be specified, so that the air conditioning system can be operated up to at the end of the term, keeps the actual temperature within a definable limit range.

Air conditioning after one of Claims 1 until 12 , whereby in a "test" mode the control unit (5) acts on the evaporator fan (10) and/or on the condenser fan (30) and/or on the compressor (3) in a regulating manner such that the refrigerant in the evaporator (1 ) has a predeterminable evaporator test pressure and/or the refrigerant in the condenser (3) has a predeterminable condenser test pressure, the control unit (5) determining a value for a current consumption of the compressor (3), and the control unit (5) starting from from the determined value of the current consumption and from stored data, a statement is made as to whether there is a loss of refrigerant.

Air conditioning after one of Claims 1 until 13 , wherein the control unit (5) evaluates the measured temperature values of the first temperature sensor (61), which is assigned to the evaporator (1), when the air conditioning system is in cooling mode to determine whether the evaporator (1) is icing up.

Air conditioning after one of Claims 1 until 14 , wherein the control unit (5) evaluates the measured temperature values of the second temperature sensor (62), which is assigned to the condenser (3), in a heating mode of the air conditioning system to determine whether the condenser (3) is icing up.

Air conditioning after one of Claims 1 until 15 , wherein the control unit (5) evaluates the measured temperature values of the second temperature sensor (62), which is assigned to the condenser (3), to determine whether a pressure of the refrigerant in the condenser (3) is within a permissible pressure range.

Air conditioning after one of Claims 1 until 16 , whereby the air conditioner is portable.