DE10058514C2 - Klimaanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage zum Heizen und Kühlen eines Raumes, mit einem ersten und zweiten, einen Kompressor, mindestens einen Klimatisierungswärmetauscher, mindestens ein Expansionsventil und einen Sammler gemeinsam aufweisenden Teil eines Kanalnetzes für die Kreislaufströmung eines zwischen flüssiger und gasförmiger Phase wechselnden Wärmeträgers, wobei zur wahlweisen Aktivierung eines von zwei dem Hei­ zen oder Kühlen des Raumes dienenden Betriebskreisläufen in jeweils einem der beiden Teile des Kanalnetzes, mindestens ein umschaltbare Strömungsverteiler angeordnet ist und wobei in dem ersten, für die Kühlung vorgesehenen Teil des Kanalnetzes ein Zwischen­ wärmetauscher angeordnet ist, zum Wärmeaustausch zwischen einem zum Expansions­ ventil und einem von diesem weggerichteten Teil der Kreislaufströmung.

Eine Klimaanlage dieser Art ist bekannt durch die DE 198 06 654 A1. Wenn bei einer sol­ chen Klimaanlage der zum Kühlen vorgesehene Teil des Kanalnetzes durch Umschalten des Strömungsverteilers abgeschaltet wird, so verbleibt ein erheblicher Teil des Wärme­ trägers in flüssiger Phase in diesem Teil des Kanalnetzes und steht somit für den dem Heizen dienenden Betriebskreislauf im anderen Teil des Kanalnetzes nicht zur Verfü­ gung, mit der folge einer entsprechenden Leistungsbegrenzung beim Heizen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem konstruktiven Aufwand den genannten Nachteil zu vermeiden und folglich die Leistung einer Klimaanlage der ge­ nannten Art zu verbessern und/oder den Mengenbedarf einer solchen Klimaanlage an Wärmeträger zu senken.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass zum Austreiben von flüssiger Phase aus dem beim Heizen nicht benutzten Zwischenwärmetauscher des ers­ ten Teils des Kanalnetzes in den zum Heizen vorgesehenen zweiten Teil des Kanalnetzes hinein, dieser durch den Zwischenwärmetauscher geführt ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im Folgenden an Hand der Zeich­ nungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des gesamten, zwei Teilnetze umfassenden Ka­ nalnetzes der Klimaanlage,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des ersten Teils des Kanalnetzes nach Fig. 1 für den zum Kühlen dienenden Betriebskreislauf und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des zweiten Teils des Kanalnetzes nach Fig. 1 für den zum Heizen dienenden Betriebskreislauf.

Die schematische Darstellung der Fig. 1 nach Art eines Fliessdiagrammes zeigt somit in ihrem unteren Bereich den ersten Teil 1 nach Fig. 2 und in ihrem oberen Bereich den zweiten Teil 2 nach Fig. 3 des Kanalnetzes 3 der sowohl dem Kühlen als auch dem Hei­ zen dienenden Klimaanlage.

Beide Teile 1 und 2 des Kanalnetzes 3 haben gemeinsam einen Kompressor 4, ein Ex­ pansionsventil 5, einen Klimatisierungswärmetauscher 6 und einen Sammler 7 für die Abtrennung und Speicherung der flüssigen Phase des Wärmeträgers sowie zwei um­ schaltbare Strömungsverteiler 8 und 9 nach Art eines Dreiwegeventils. Die Steilposition der beiden Strömungsverteiler 8 und 9 bestimmt die Betriebsart der Klimaanlage und damit die Trennung zwischen beiden Teilen 1 und 2 des Kanalnetzes 3.

Die grundsätzliche Funktionsweise der beiden nach dem Kompressions- und Expansions­ prinzip arbeitenden Betriebskreisläufe der Teile 1 und 2 des Kanalnetzes 3 ist durch die Literatur gut bekannt. Bei Anwendung zur Klimatisierung des Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges ist der Klimatisierungswärmetauscher 6 in einem Frisch- und/oder Um­ luftkanal des Fahrzeuges angeordnet. Die für den Kühlbetrieb des ersten Teils 1 des Kanalnetzes 3 abzugebende Wärme wird über einen vom Fahrtwind angeströmten Wär­ metauscher 10 abgeführt. Eine weitere Abkühlung des durch das Kanalnetz strömenden Wärmeträgers erfolgt in einem Zwischenkühler 11, der im Gegenstrom mit dem vom Kli­ matisierungswärmetauscher zum Kompressor 4 hin zurückströmenden Wärmeträger wirksam ist. Die Strömungsrichtung des Wärmeträgers im Teil 1 des Kanalnetzes 3 ist durch Pfeile 12 angedeutet.

Die Strömungsrichtung des Wärmeträgers im Teil 2 des Kanalnetzes 3 ist durch Pfeile 14 angedeutet. Die für den Heiz- bzw. Wärmepumpenbetrieb im zweiten Teil 2 des Kanalnetzes 3 zuzuführende Wärme wird durch einen Wärmetauscher 13 aufgenom­ men, der sich vorzugsweise an der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges oder im Kühlkreislauf derselben befindet. Die bei niedrigem Temperaturniveau durch den Wärmeträger aufgenommene Wärme wird im Kompressor 4 auf ein solches Niveau angehoben, dass im Klimatisierungswärmetauscher 6 ausreichend Wärme zur schnell wirksamen Aufheizung des Fahrgastraumes zur Verfügung gestellt wird. Zuvor strömt der Wärmeträger jedoch erfindungsgemäss durch den in dieser Betriebsweise nicht wirksamen Zwischenwärmetauscher 13, so dass dieser, ausgehend von seinem dort durch den vorherigen Kühlbetrieb im Teil 1 des Kanalnetzes 3 vorhandenen niedrigen Temperaturniveau, erheblich erwärmt wird und der dort und im angrenzenden Kanal­ system zurückgebliebene Teil des Wärmeträgers über den Kanalteil 15 nach Fig. 1 in den Teil 2 des Kanalsystems 3 ausgetrieben wird und somit für den Wärmepumpenbe­ trieb zur Verfügung gestellt wird. Anschliessend strömt der durch die Kompression erhitzte Wärmeträger in den Sammler 7, so dass auch dort vom vorherigen Kühlbe­ trieb nach Fig. 2 vorhandener flüssiger Wärmeträger in die Dampfphase übergeht und ebenfalls für den Wärmepumpenbetrieb zur Verfügung gestellt wird.

Um bei der Durchströmung des Zwischenwärmetauschers 11 im Wärmepumpenbetrieb den Wärmeverlust gering zu halten, ist dieser mit einer nicht dargestellten Wärmeisolie­ rung versehen, die auch auf die angrenzenden Kanalteile ausgedehnt sein kann.

Als Wärmeträger empfiehlt sich CO2 oder ein Wärmeträger oder Wärmeträgergemisch mit vergleichbaren physikalischen Eigenschaften, so dass durch Kompression und Ex­ pansion ausreichend grosse Temperaturdifferenzen erzielbar sind.

Claims (4)

1. Klimaanlage zum Heizen und Kühlen eines Raumes, mit einem ersten (1) und zweiten (2), einen Kompressor (4), mindestens einen Klimatisierungswärmetauscher (6), min­ destens ein Expansionsventil (5) und einen Sammler (7) gemeinsam aufweisenden Teil eines Kanalnetzes (3) für die Kreislaufströmung eines zwischen flüssiger und gasförmi­ ger Phase wechselnden Wärmeträgers, wobei zur wahlweisen Aktivierung eines von zwei dem Heizen oder Kühlen des Raumes dienenden Betriebskreisläufen in jeweils ei­ nem der beiden Teile (2, 3) des Kanalnetzes, mindestens ein umschaltbarer Strömungs­ verteiler (8, 9) angeordnet ist und wobei in dem ersten, für die Kühlung vorgesehenen Teil (1) des Kanalnetzes (3) ein Zwischenwärmetauscher (11) angeordnet ist, zum Wärmeaustausch zwischen einem zum Expansionsventil (5) und einem von diesem weggerichteten Teil der Kreislaufströmung, dadurch gekennzeichnet, dass zum Austrei­ ben von flüssiger Phase aus dem beim Heizen nicht benutzten Zwischenwärmetauscher (11) des ersten Teils (1) des Kanalnetzes (3), in den zum Heizen vorgesehenen zweiten Teil 2) des Kanalnetzes (3) hinein, dieser durch den Zwischenwärmetauscher (11) ge­ führt ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Heizen vorge­ sehene zweite Teil (2) des Kanalnetzes (3) mit dem für die Kühlung vorgesehenen ersten Teil (1) des Kanalnetzes (3) einen gemeinsamen Kanalteil hat, der, in Strö­ mungsrichtung des zweiten Teils (2) des Kanalnetzes, von einem Bereich vor dem Zwischenwärmetauscher (11) über den Zwischenwärmetauscher (11), den Sammler (7) und den Klimatisierungswärmetauscher (6) bis zu einem hinter dem Expansionsventil (5) angeordneten Bereich verläuft.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischen­ wärmetauscher (11) nach aussen wärmeisoliert ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auch die an den Zwischenwärmetauscher (11) nach aussen angrenzenden Leitungen des Kanalnetzes (3) wärmeisoliert sind.