DE102005001231A1 - Air conditioning for motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Klimaanlage zur Beheizung und Kühlung eines Innenraumzuluftstroms eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (1), der einen Kältemittelverdichter (4) zur Verdichtung von im wesentlichen gasförmigem Kältemittel auf eine hohes Druck- und Temperaturniveau, einen dem Kältemittelverdichter (4) nachgeschalteten ersten Wärmetauscher (5) zur Wärmeabfuhr aus dem Kältemittel, eine erste Ventileinheit (20, 21) sowie eine Hochdruckseite eines zweiten Wärmetauschers (10) zur Übertragung von Wärme an das Kältemittel, auf der das Kältemittel unter Umgebungstemperatur abgekühlt wird, eine zweite Ventileinheit (7, 22), die das Kältemittel entspannen kann, einen Innenraumwärmetauscher (8) zum Bringen des Kältemittels auf Umgebungstemperatur und eine Niederdruckseite des zweiten Wärmetauschers (10) zum Energieaustausch mit der Hochdruckseite des zweiten Wärmetauschers (10) aufweist. Der erste Wärmetauscher (5) ist als Kältemittel/Wärmeträgerflüssigkeits-Wärmetauscher ausgebildet, wobei die Wärmeträgerflüssigkeit in einem zweiten Kreislauf (2) geführt ist, über den Wärme vom Kältemittelkreislauf zum Innenraumzuluftstrom übertragbar oder an die Umgebung abgebbar (35, 36) ist. Alle Komponenten des Kältemittelkreislaufs (1) sind immer in einer Richtung durchströmt.The present invention discloses an air conditioner for heating and cooling a Innenraumzuluftstroms of a motor vehicle having a refrigerant circuit (1), a refrigerant compressor (4) for compression of substantially gaseous refrigerant to a high pressure and temperature level, a refrigerant compressor (4) downstream of the first Heat exchanger (5) for removing heat from the refrigerant, a first valve unit (20, 21) and a high-pressure side of a second heat exchanger (10) for transferring heat to the refrigerant, on which the refrigerant is cooled below ambient temperature, a second valve unit (7, 22) capable of relaxing the refrigerant, having an indoor heat exchanger (8) for bringing the refrigerant to ambient temperature and a low pressure side of the second heat exchanger (10) for energy exchange with the high pressure side of the second heat exchanger (10). The first heat exchanger (5) is designed as a refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger, wherein the heat transfer fluid in a second circuit (2) is guided over the heat from the refrigerant circuit to Innenraumzuluftstrom transferable or deliverable to the environment (35, 36). All components of the refrigerant circuit (1) are always flowed through in one direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge.The The invention relates to an air conditioning system for motor vehicles.
Aus
der
Insbesondere offenbart dieser Stand der Technik eine Fahrzeugklimaanlage mit kontinuierlichem Kältemittelstrom, bei der kühle Luft durch einen gesichtsseitigen Luftauslass selbst unter der Bedingung zugeführt werden kann, dass ein Kältemittel kontinuierlich durch eine Kältemittelverflüssiger strömt, ohne dass die kalte Luft durch den Kältemittelverflüssiger erneut erwärmt wird. Dabei weist die Klimaanlage einen Kanal mit einem gesichtsseitigen Luftauslass zum Ausblasen von Luft in Richtung auf einen Oberkörper eines Fahrgasts, einen Entfrosterluftauslass zum Ausblasen von Luft in Richtung auf eine Windschutzscheibe und einen fußseitigen Luftauslass zum Ausblasen der Luft in Richtung auf die Füße des Fahrgasts auf. Weiterhin ist ein Kältekreislauf mit einem Kältemittelverdampfer, der in dem Kanal zum Abkühlen der Luft durch Wärmetausch mit einem Niedertemperaturkältemittel angeordnet ist, das in ihm strömt, und mit einem Kältemittelverflüssiger, der in dem Kanal auf einer stromabwärtigen Seite des Kältemittelverdampfers angeordnet ist, um die Luft durch Wärmetausch mit einem Hochtemperaturkältemittel zu erwärmen, das in ihm strömt, ausgebildet. Der Kältemittelkreislauf ist derart ausgebildet, dass das Kältemittel zum Kältemittelverflüssiger kontinuierlich strömen gelassen wird, wobei der gesichtsseitige Luftauslass auf einer stromaufwärtigen Seite des Kältemittelverflüssigers angeordnet ist. Dazu ist eine Öffnungs-/Schließklappe auf der Lufteinlassseite des Kältemittelverflüssigers ausgebildet, die im Kühlbetrieb geschlossen wird, so dass verhindert wird, dass die durch den Kältemittelverdampfer abgekühlte Luft in den Kältemittelverflüssiger strömt. So wird verhindert, dass bei kontinuierlichem Strömen des Kältemittels durch den Kältemittelverflüssiger sind warme Luft mit der kühlen Luft mischt. Im Heizbetrieb wird die Außenluft durch den Kältemittelverflüssiger erwärmt.Especially This prior art discloses a vehicle air conditioner continuous refrigerant flow, in the cool Air through a face-side air outlet even under the condition supplied that can be a refrigerant continuously flows through a refrigerant condenser, without that the cold air through the refrigerant liquefier again heated becomes. The air conditioning system has a duct with a face-side air outlet for blowing air towards an upper body of a Passenger, a defroster air outlet for blowing air in Direction to a windshield and a foot-side air outlet for blowing out the air towards the passenger's feet on. Furthermore, a refrigeration cycle with a refrigerant evaporator, in the channel for cooling the air through heat exchange with a low temperature refrigerant is arranged, which flows in it, and with a refrigerant liquefier, in the channel on a downstream side of the refrigerant evaporator is arranged to heat the air by heat exchange with a high temperature refrigerant to warm, that flows in it, educated. The refrigerant circuit is formed such that the refrigerant to the refrigerant condenser continuously stream is left, with the face-side air outlet on an upstream side of the refrigerant liquefier is arranged. This is an opening / closing flap on the air inlet side of the refrigerant condenser trained in the cooling mode is closed, so that prevents the cooled by the refrigerant evaporator air flows into the refrigerant condenser. So will prevents continuous flow of the refrigerant through the refrigerant condenser warm air with the cool Air mixes. In heating mode, the outside air is heated by the refrigerant condenser.
Weiterhin ist aus der WO 03/064194 A1 eine Klimaanlage zum Kühlen und Heizen vorgesehen, mit einem Kanalsystem, das mittels eines Umschaltventils den wahlweisen Betrieb von zwei einen gemeinsamen Kompressor aufweisenden Systembereichen ermöglicht. Dabei weist der erste Systembereich einschließlich eines in einem Belüftungsgehäuse angeordneten Verdampfers die für einen Kühlbetrieb erforderlichen Komponenten auf, während der für einen Zuheizbetrieb vorgesehene zweite Systembereich zusätzlich zu dem Kompressor im wesentlichen nur ein Expansionsventil und einen einer Zuheizung dienenden Heizwärmetauscher aufweist.Farther is from WO 03/064194 A1 an air conditioner for cooling and Heating provided, with a channel system, by means of a switching valve the optional operation of two having a common compressor System areas allows. In this case, the first system area including one arranged in a ventilation housing Vaporizer's for a cooling operation required components, while intended for a Zuheizbetriebe second system area in addition to the compressor essentially only an expansion valve and a a heater serving heating heat exchanger having.
Insbesondere beschreibt diese Druckschrift eine Klimaanlage mit einer vereinfachten Schaltung einer Wärmepumpe, einen „Hot Gas Cycle" als kostengünstige Art der Zuheizung mit einer AC-Anlage. Dabei wird lediglich die Verdichtungswärme zur Zuheizung verwendet und keine Wärme aus der Umgebung oder sonstiger Quelle. Jedoch ist aus diesem Grund die Effizienz mangelhaft und der Mehrverbrauch für eine den Komfort erhöhende Zuheizung hoch.Especially This document describes an air conditioner with a simplified Circuit of a heat pump, a "hot Gas Cycle "as a cost effective way the auxiliary heating with an AC system. Only the heat of compression becomes Heating used and no heat from the environment or other source. However, for that reason the efficiency is poor and the extra consumption for a comfort increasing Zuheizung high.
Weiterhin
offenbart die
Problematisch an herkömmlichen Klimaanlagen ist es jedoch, dass sehr hohe maximale Bauteil-Temperaturen auftreten, eine Wärmepumpe sehr komplex ist, sich Kältemittel im Klimakreislauf bei wechselndem Betrieb Kühlen/Heizen verlagert und/oder versickert und/oder Füllmengenunterschiede beim Kältemittel für Kühl- und Heizbetrieb und Wärmeverluste beim Heizen auftreten können (aufgrund einer geringen Wärmekapazität der Komponenten).Problematic at conventional Air conditioners, however, it is that very high maximum component temperatures occur, a heat pump very complex is itself refrigerant in the air conditioning cycle with changing operation cooling / heating shifts and / or seeped and / or differences in fill with the refrigerant for cooling and Heating operation and heat losses can occur during heating (due to a low heat capacity of the components).
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage derart weiterzubilden, dass zuverlässig und kostengünstig deutlich reduzierte Bauteiltemperaturen erhalten werden, eine robuste, effiziente Wärmepumpe mit geringster Komplexität erhalten wird und der Kühl- und Heizbetrieb eine hohe Betriebssicherheit.Therefore It is an object of the present invention, an air conditioner such educate that reliable and cost-effective significantly reduced component temperatures are obtained, a robust, efficient heat pump obtained with the least complexity and the cooling and heating operation a high level of operational safety.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.According to the invention this object is achieved by an air conditioner with the features of claim 1 solved. In the dependent claims advantageous developments of the invention are given.
Bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage erfolgen eine Wärmeabfuhr aus dem Kältekreislauf beim Kühlen und eine Einbringung von Wärme zum Heizen kontinuierlich über eine Motorkühlung, ohne eine Unterscheidung, ob sich die Klimaanlage in einem Heiz- oder Kühlmodus befindet. Auf Umschaltventile zur Umkehr der Kältemittelflussrichtung kann verzichtet werden. Ein Vermeiden des Heizbetriebs erfolgt nicht durch eine komplizierte Schaltung des Luftstroms im Klimagerät, so dass herkömmliche Klimageräte verwendet werden können. Aufgrund der kontinuierlichen Strömungsrichtung im Kreislauf, d.h. des Durchströmens aller Komponenten in der gleichen Richtung, bilden sich keine Versickerungen oder Verlagerungen von Kältemittel bzw. Öl aus. Die hohe Kältemittelaustrittstemperatur an einem Verdichter wird vorab deutlich reduziert, so dass die nachfolgenden Bauteile aufgrund niedriger Bauteiltemperatur leichter ausgeführt werden können.at the air conditioning system of the invention heat dissipation takes place from the refrigeration cycle at Cool and an introduction of heat for heating continuously over a motor cooling, without a distinction as to whether the air conditioner is in a heating or cooling mode located. Switching valves for reversing the refrigerant flow direction can be dispensed with become. Avoiding the heating operation is not done by a complicated circuit of the air flow in the air conditioner, so that conventional air conditioners can be used. Due to the continuous flow direction in the circuit, i.e. of flowing through of all components in the same direction, no infiltrations or Displacements of refrigerant or oil out. The high refrigerant outlet temperature on a compressor is significantly reduced in advance, so that the following Components are easier to run due to low component temperature can.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung offensichtlich.These and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung nun unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.following the invention will now be described with reference to a preferred embodiment explained in connection with the drawing.
Dabei zeigt:there shows:
Nachfolgend
wird nun zunächst
unter Bezugnahme auf
In
In
einem zweiten Kreislauf ist sukzessiv hintereinander in Reihe der
Kältemittel/Motorkühlmittel-Wärmetauscher
Der
in
Anschließend tritt
das abgekühlte
Kältemittel in
die erste Ventileinheit
Im
Fall einer Kälteerzeugung
sind das Expansionsventil
Nachfolgend
tritt das kondensierte Kältemittel
auf der Hochdruckseite in den inneren Wärmetauscher
Anschließend gelangt
das Kältemittel
zur Niederdruckseite des inneren Wärmetauschers
Zudem
wird dem ersten Kreislauf über
den Kältemittel/Motorkühlmittel-Wärmetauscher
Im
Wärmepumpenbetrieb,
d.h. bei der Wärmeerzeugung
hingegen wird das Kältemittel
nach dem Passieren des Verdampfers
Nachfolgend
wird das Kältemittel
der Ventileinheit
Zusätzlich wird
die im Kältemittel/Motorkühlmittel-Wärmetauscher
Um eine besondere gute Funktion der erfindungsgemäßen Klimaanlage zu erreichen, sind alle Komponenten extrem druckverlustarm ausgeführt.Around to achieve a particular good function of the air conditioning system according to the invention, All components are extremely low pressure loss executed.
Somit kann mit der erfindungsgemäßen Klimaanlage eine zuverlässige und kostengünstige Klimaanlage erhalten werden, die auf Umschalteinrichtungen zum Umschaltung der Durchflussrichtung verzichten kann, da sie immer in einer Richtung durchströmt wird, und deutlich reduzierte Bauteiltemperaturen aufweist, so dass beispielsweise eine Berstsicherheit mit weniger Material möglich ist.Consequently can with the inventive air conditioning a reliable one and cost-effective Air conditioning will be maintained, which will switch to switching facilities the flow direction can be dispensed with, since it is always flowed through in one direction, and has significantly reduced component temperatures, so that, for example Berstsicherheit with less material is possible.
Zudem ist die erfindungsgemäße Klimaanlage robust und effizient, während sie eine möglichst geringe Komplexität aufweist, da nur drei zusätzliche Komponenten benötigt werden. Die übrigen Komponenten eines Klimakreislaufs können unverändert oder mit geringeren Anforderungen weiter verwendet werden.moreover is the air conditioner according to the invention robust and efficient while they as low as possible complexity has only three additional components needed become. The remaining Components of an air conditioning cycle can be unchanged or with fewer requirements continue to be used.
Weiterhin können die für die Klimaanlage notwendigen Sensoren und Sicherheitselemente unverändert verwendet werden.Farther can the for the air conditioning necessary sensors and security elements used unchanged become.
Das Packaging ist für eine AC-Anlage mit oder ohne Wärmepumpe mit Ausnahme einer Komponente identisch.The Packaging is for an AC system with or without a heat pump identical except for one component.
Die Wärmeverluste vom Kompressoraustritt bis zum Eintrag der Wärme in den Kältemittel/Kühlmittel-Wärmetauscher sind aufgrund der kurzen Leitungen sehr gering.The heat loss from the compressor outlet to the entry of heat into the refrigerant / coolant heat exchanger are very small due to the short lines.
Außerdem ist Betriebssicherheit beim Kühlen und/oder Heizen gegeben, da das Kältemittel kontinuierlich zirkuliert und es nicht zu einer Kältemittel- und oder Öl-Verlagerung kommt und das Kältemittel nicht in den z.B. bei Wärmepumpenbetrieb nicht genutzten Anlagenteilen für den AC-Betrieb, so dass am Kompressor immer eine ausreichende Sauggasdichte am Kompressoreintritt vorliegt.Besides that is Operational safety during cooling and / or heating, as the refrigerant circulates continuously and not to a refrigerant and or oil shift comes and the refrigerant not in the e.g. not at heat pump operation used plant parts for the AC operation, so that at the compressor always a sufficient Sauggasdichte present at the compressor inlet.
Aufgrund der druckabfallarmen Ausführung der Komponenten verfügt die AC-Anlage beim Kühlen über einen sehr hohen Wirkungsgrad.by virtue of the low-pressure execution of the Components the AC system when cooling over a very high efficiency.
Die kältemittelseitigen Zusatzvolumina für die Wärmepumpenfunktion sind sehr gering, so dass sich für den AC- und WP-Betrieb benötigte Kältemittelmasse praktisch nicht ändert.The refrigerant side Additional volumes for the heat pump function are very low, so look for required the AC and WP operation Refrigerant mass practically does not change.
Da für die erfindungsgemäße Klimaanlage nur wenige zusätzliche Komponenten benötigt werden, fallen nur wenige zusätzliche Verbindungsstellen an. Dies wirkt sich vorteilhaft auf Kosten und Leckage aus.As needed for the air conditioning system according to the invention only a few additional components There are only a few additional connection points. This has an advantageous effect on costs and leakage.
Da ein Einbringen von Wärme zum Heizen bei der Klimaanlage über einen Heizungswärmetauscher erfolgt, entfällt jegliches Risiko des Scheibenbeschlags oder gar von Flash Fogging.There an introduction of heat for heating in the air conditioner about a heating heat exchanger done, deleted any risk of the disc fitting or even flash fogging.
Schließlich ist die Regelung der Klimaanlage sehr einfach. Die Klimaanlage wird betrieben, bis das Kühlwasser die entsprechende Temperatur erreicht. Das Aus- und Einschalten der Klimaanlage ist bezüglich des Komforts nicht wahrnehmbar.Finally is the control of the air conditioning very easy. The air conditioning will operated until the cooling water reached the corresponding temperature. The switching off and on the air conditioning is regarding of comfort not noticeable.
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