-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur thermischen Steuerung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs.
-
Man
kennt Vorrichtungen dieses Typs, die einen Kühlkreislauf umfassen, in dem
eine Kühlflüssigkeit
zirkuliert, einen zweiten Kreislauf, in dem eine wärmetransportierende
Flüssigkeit
zirkuliert, einen Wärmetauscher,
der von der Kühlflüssigkeit
und der wärmetransportierenden
Flüssigkeit
durchflossen wird, und Mittel zum thermischen Austausch, die durch
die wärmetransportierende
Flüssigkeit
durchflossen werden und durch einen Luftfluss, der dazu bestimmt
ist, die Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu erwärmen oder abzukühlen.
-
In
dieser Art von Vorrichtung kann der Kühlkreislauf z.B. ein reversibler
Kreislauf sein. Die Richtung der Zirkulation der Kühlflüssigkeit
im Kreislauf ermöglicht
es so, entweder ein Erwärmen
oder ein Abkühlen
der Flüssigkeit
zu erhalten, wobei der Kreislauf also entweder als Kühlsystem
arbeitet, das Kühle
erzeugt, oder als eine Wärmepumpe.
Die wärmetransportierende
Flüssigkeit,
die z.B. mit Glykol versetztes Wasser sein kann, kann z.B. Wärme oder Kühle in die
Fahrgastzelle des Fahrzeuges über
den Luftfluss übertragen,
der die Mittel zum thermischen Austausch durchfließt.
-
Man
kann diesbezüglich
auf die französische Patentanmeldung
2 780 490 Bezug nehmen oder die europäische Patentanmeldung 0 582
479, die ein System zur Temperaturregulierung in einer Fahrgastzelle
eines Fahrzeugs beschreiben, das einen sekundären Kreislauf umfasst, der
mit Mitteln zum thermischen Austausch ausgestattet ist, die mit
einem Ventilator versehen sind.
-
Man
kennt aus den französischen
Patentanmeldungen 2 808 740, 2 808 741 und 2 808 742 auch eine Vorrichtung
zur thermischen Regulierung der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs,
die einen Tauscher zur Erzeugung von Kälte und einen Tauscher zur
Erzeugung von Wärme
aufweist, beide in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet und
die Gesamtheit der anderen Elemente des Systems im Motorraum untergebracht.
Diese Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie platzraubend
sind.
-
Die
französische
Patentanmeldung 2 808 068 beschreibt eine Vorrichtung der Heizung
und Klimatisierung der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, die einen
einzigen Tauscher aufweist, der in der Fahrgastzelle angeordnet
ist und der alternativ die Klimatisierung oder die Heizung sicherstellen
kann. Wenngleich eine solche Vorrichtung den Vorteil einer größeren Kompaktheit
aufweist, ermöglicht
sie es nicht, das Phänomen
der Bildung von spontanem Wasserdampf zu vermeiden, der entsteht,
wenn derselbe Tauscher über
eine kurze Zeitspanne hinweg hintereinander verwendet wird, um Kälte zu erzeugen
und dann Wärme
zu erzeugen. In diesem Fall ist der Tauscher, der kurz zuvor im
Klimatisierungsmodus gearbeitet hat, tatsächlich mit Feuchtigkeit beladen.
Wenn die wärmetransportierende
Flüssigkeit
in demselben Tauscher zirkuliert, verdampft die Flüssigkeit,
was das spontane Auftreten von Wasserdampf in der Fahrgastzelle
hervorruft.
-
Bei
den meisten bekannten Vorrichtungen zur thermischen Regulierung
für die
Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, selbst wenn die Kompaktheit verbessert
wurde, behalten die Klimatisierungskreisläufe, die einen Ort des Entweichens
darstellen, eine relativ große
Länge bei,
was ein nicht vernachlässigbares
Entweichen von Kühlflüssigkeit
nach außen nach
sich zieht.
-
In
Anbetracht des Vorhergehenden ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, das Entweichen von Kühlflüssigkeit
nach außen
zu begrenzen, indem die Länge
des Klimatisierungskreislaufes begrenzt wird, und den Mehrverbrauch
des Fahrzeugs zu begrenzen, wobei bei alledem ein besserer Komfort
in der Gesamtheit der Fahrgastzelle ermöglicht wird.
-
Die
Erfindung hat daher eine Vorrichtung zur thermischen Regulierung
der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs zur Aufgabe, die einen Kühlkreislauf umfasst,
in dem eine Kühlflüssigkeit
zirkuliert, einen zweiten Kreislauf in dem eine wärmeübertragende Flüssigkeit
zirkuliert, einen Wärmetauscher,
der durch die Kühlflüssigkeit
und die wärmeübertragende Flüssigkeit
durchflossen wird, und Mittel zum thermischen Austausch, die durch
die wärmeübertragende Flüssigkeit
und einen Luftfluss durchflossen werden, der dazu bestimmt ist,
die Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu erwärmen und abzukühlen.
-
Die
wärmeübertragende
Flüssigkeit
in dem sekundären
Kreislauf zirkuliert gemäß zwei entgegengesetzten
Richtungen, im Heizungsmodus der Fahrgastzelle einerseits und im
Kühlmodus
der Fahrgastzelle andererseits. Die Mittel zum thermischen Austausch
weisen darüber
hinaus mindestens eine Gesamtheit von zwei Halbwärmetauschern auf, die dazu
angepasst sind, selektiv durch die wärmeübertragende Flüssigkeit
durchflossen zu werden, wobei die Halbaustauscher parallel angebracht
sind und jeweils mit einem Klappenventil ausgestattet sind, wobei
die Klappenventile antiparallel angebracht sind, um den einen oder
den anderen Halbaustauscher im Modus des Heizens und im Modus des
Kühlens
der Fahrgastzelle zu versorgen.
-
Es
wird infolgedessen möglich,
auf beträchtliche
Weise die Länge
der Kreisläufe
und insbesondere des sekundären
Kreislaufs zu begrenzen.
-
In
einer Ausführungsform
sind die Klappenventile in den Tauschern integriert.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung stellt der sekundäre Kreislauf einen Kreislauf dar,
der von einem Kreislauf zur thermischen Regulierung des Antriebsmotors
des Fahrzeugs abgeleitet wird, und kommuniziert mit letzterem über ein
angepasstes Ventil, um den sekundären Kreislauf mit dem Kreislauf
zur thermischen Regulierung des Motors des Fahrzeugs im Modus des
Heizens der Fahrgastzelle kommunizieren zu lassen, indem der Wärmetauscher
kurzgeschlossen wird, und um ihn vom Kreislauf zur Regulierung zu
isolieren, indem man ihn mit dem Wärmetauscher im Modus der Kühlung der Fahrgastzelle
kommunizieren lässt.
-
Darüber hinaus
ist die Vorrichtung mit einer Pumpe versehen, um die wärmetransportierende Flüssigkeit
in dem sekundären
Kreislauf im Modus des Kühlens
der Fahrgastzelle zirkulieren zu lassen. Diese Pumpe kann stromabwärts oder
stromaufwärts des
Tauschers angebracht sein, wobei die Richtung der Zirkulation der
Flüssigkeit
im Modus des Kühlens der
Fahrgastzelle berücksichtigt
wird. Wenn man jedoch die Pumpe stromaufwärts des Tauschers anordnet,
wird die Vorrichtung leistungsfähiger,
weil das Kühlwasser
kein Aufwärmen
aufgrund der Reibung in der Pumpe erfährt.
-
Man
kann eine Gesamtheit von zwei Halbtauschern vorsehen, die im Armaturenbrett
des Fahrzeugs integriert sind.
-
Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist insbesondere dazu angepasst, es zu ermöglichen, den Kühlkreislauf
ganz im Motorraum des Fahrzeugs unterzubringen.
-
Vorteilhafterweise
ist der Kühlkreislauf
ein reversibler Kreislauf.
-
Aufgabe
der Erfindung ist auch ein Verfahren zur thermischen Regulierung
der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, das einen Kühlkreislauf
verwendet, in dem Kühlflüssigkeit
zirkuliert, einen sekundären Kreislauf,
in dem eine wärmeübertragende
Flüssigkeit
zirkuliert, einen Wärmetauscher,
der durch die Kühlflüssigkeit und
die wärmetransportierende
Flüssigkeit
durchflossen wird, und Mittel zum thermischen Austausch, die durch
die wärmeübertragende Flüssigkeit
und einen Luftfluss durchflossen werden, der dazu bestimmt ist,
die Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu erwärmen oder abzukühlen, dadurch
gekennzeichnet, dass man die wärmeübertragende Flüssigkeit
in dem sekundären
Kreislauf gemäß zwei entgegengesetzten
Richtung im Modus des Heizens der Fahrgastzelle einerseits und im
Modus des Kühlens
der Fahrgastzelle andererseits zirkulieren lässt, und dadurch, dass die
Mittel zum thermischen Austausch mindestens eine Gesamtheit von
2 Halbwärmetauschern
aufweisen, die dazu angepasst sind, selektiv durch die wärmeübertragende
Flüssigkeit durchflossen
zu werden, und die parallel angebracht sind und jeweils mit zwei
Klappenventilen ausgerüstet
sind, die antiparallel angebracht sind; man versorgt den einen oder
den anderen Halbtauscher im Modus des Heizens und im Modus des Kühlens der Fahrgastzelle.
-
Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Lektüre der folgenden Beschreibung
offensichtlich werden, die nur beispielhaft und nicht begrenzend
gegeben wird und die unter Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung
erstellt wurde, in der:
-
1 ein
synoptisches Schema ist, das die allgemeine Architektur einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung
darstellt;
-
2 die
Funktionsweise der Vorrichtung der 1 im Modus
des Abkühlens
der Fahrgastzelle darstellt;
-
3 eine
Ausführungsvariante
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
darstellt; und
-
4 eine
Ausführungsvariante
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
darstellt.
-
In
den 1 und 2 finden sich schematisch die
hauptsächlichen
grundlegenden Elemente einer Ausführungsform einer Vorrichtung
zur thermischen Regulierung gemäß der Erfindung
dargestellt. In diesen Figuren ist der Motorraum des Kraftfahrzeugs
durch den Buchstaben M gekennzeichnet, während die Fahrgastzelle durch
den Buchstaben H gekennzeichnet ist. Die lang gestrichelte Linie
stellt die Grenze zwischen dem Motorraum und der Fahrgastzelle dar.
-
Wie
man in den Figuren sieht, weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung
im Motorraum M einen Kühlkreislauf 1 auf,
in dem eine Kühlflüssigkeit
zirkuliert, deren Zirkulation durch eine gestrichelte Linie symbolisiert
ist. Der Kühlkreislauf 1 umfasst
einen Wärmetauscher 2,
der durch einen Kondensor gebildet wird, ein Druckminderungselement 3,
einen zweiten Wärmetauscher 4,
der durch einen Verdampfer gebildet wird, einen Kompressor 5 und
einen Druckspeicher 6. Ein Ventilator oder Pulser P kann
einen Luftfluss auf den Kondensor 2 mitführen.
-
Die
Vorrichtung ist auch mit einem sekundären Kreislauf 7 ausgestattet,
in dem eine wärmeübertragende
Flüssigkeit
zirkuliert und der mit dem Kühlkreislauf 8 der
Antriebsgruppe 9 gekoppelt ist. Dieser Kühlkreislauf
ist mit einer Zirkulationspumpe 10 ausgestattet, die die
Zirkulation der wärmeübertragenden
Flüssigkeit
durch die Antriebsgruppe und danach durch einen Kühlkörper 11 bewirkt,
wobei ein Thermostat 12 durchlaufen wird.
-
Wie
man in den Figuren sieht, stellt der sekundäre Kreislauf 7 eine
Ableitung vom Kühlkreislauf 8 der
Antriebsgruppe dar, an den er über
ein Drei-Wege-Ventil 13 angeschlossen ist.
-
Dieses
Ventil 13 ist darüber
hinaus dazu angepasst, die Kommunikation des sekundären Kreislaufs 7 mit
dem Verdampfer 4 unter Durchlaufen einer Pumpe 14 zu
ermöglichen.
-
Der
sekundäre
Kreislauf 7 ist mit Mitteln zum thermischen Austausch ausgestattet,
die aus mehreren Gehäusen 15 bestehen,
die in der Fahrgastzelle angeordnet sind. In dieser Figur wurde
nur ein einziges Gehäuse 15 dargestellt.
Selbstverständlich
kann die Fahrgastzelle mit mehreren identischen Gehäusen ausgestattet
sein, die parallel angeordnet sind und jeweils die thermische Regulierung
einer Zone Z der Fahrgastzelle sicherstellen. Jedes Gehäuse 15 umfasst
zwei Wärmetauscher 15a-15b,
die parallel angeordnet sind und die mit dem Rest des sekundären Kreislaufs 7 über zwei
Leitungen 16 und 17 kommunizieren. Einer der Tauscher,
nämlich
der mit dem Bezugszeichen 15a bezeichnete Tauscher, stellt
einen Kältetauscher
dar, wobei der andere Tauscher einen Wärmetauscher darstellt, und
sie sind dazu bestimmt, jeweils die Kühlung und die Heizung der Fahrgastzelle
sicherzustellen. Ein Ventilator 18 wird verwendet, um eine
Luftzirkulation durch die Tauscher 15a und 15b unter
der Kontrolle einer Verschlussklappe V zum Mischen der Luft hervorzurufen,
die in der Lage ist, entweder den durch den Ventilator 18 erzeugten
Luftfluss zu den Tauschern zu lenken oder sie kurzzuschließen und
durch das Lenken des Luftflusses durch eine Passage 19,
wobei Zwischenpositionen ebenfalls vorgesehen sind. Man kann daher
in jedem Gehäuse
den Durchfluss an Luft steuern, der die Tauscher durchströmt, indem
die Funktionsweise des Ventilators gesteuert wird, aber auch die
Temperatur, indem der Wasserdurchfluss gesteuert wird, der durch
die Pumpe 14 des sekundären
Kreislaufs bewirkt wird, und indem die Position der Klappe V gesteuert
wird, die mehr oder weniger Luft durch die Tauscher strömen lässt.
-
Die
Zirkulationsrichtung der wärmeübertragenden
Flüssigkeit
im sekundären
Kreislauf 7 ist in Abhängigkeit
vom Funktionsmodus der Vorrichtung umkehrbar, d.h. entweder im Modus
des Heizens der Fahrgastzelle (1) oder
im Modus des Kühlens (2).
Die Klappenventile CL1 und CL2 sind vorgesehen, um den einen oder
den anderen der Tauscher 15a und 15b in Abhängigkeit
vom Funktionsmodus der Vorrichtung kurzzuschließen.
-
Das
Drei-Wege-Ventil 13 ist in der Tat dazu angepasst, den
sekundären
Kreislauf 7 mit dem Kreislauf 8 zur thermischen
Regulierung des Motors des Fahrzeugs in Verbindung zu setzen, indem
der Verdampfer 4 isoliert wird, und um diesen sekundären Kreislauf 7 mit
dem Verdampfer 4 in Verbindung zu setzen, indem der Kreislauf 8 zur
thermischen Regulierung des Motors isoliert wird.
-
Die
Klappenventile CL1 und CL2 sind so angeordnet, dass sie die Ankunft
der wärmeübertragenden
Flüssigkeit
am Eingang des einen oder des anderen der Tauscher 15a und 15b blockieren,
so dass einer der Tauscher, nämlich
der Tauscher 15a, nur die Kühlungen empfängt, die
vom Verdampfer 4 stammen und der Wärmetauscher 15b nur
die Wärmungen
erhält,
die vom Verbrennungsmotor stammen. Man vermeidet auf diese Weise,
dass die Wärmungen
die Kondensate verdampfen, die im vorher gekühlten Tauscher zurückgehalten
werden.
-
Zum
Beispiel kann man die Vorrichtung gemäß zweier verschiedener Betriebsmodi
steuern, wie sie in den 1 und 2 dargestellt
sind, in denen die Pfeile die Zirkulationsrichtung der wärmeübertragenden
Flüssigkeit
oder der Kühlflüssigkeit
darstellen.
-
Situation 1: Kalte Umgebung:
-
Das
Drei-Wege-Ventil 13 befindet sich in der in der 1 dargestellten
Position, so dass es den sekundären
Kreislauf 7 direkt mit dem Kreislauf 8 zur thermischen
Regulierung des Motors in Verbindung setzt. In diesem Fall speist
das heiße
Wasser, das aus der Antriebsgruppe 9 stammt, diesen Kreislauf 7. Das
Klappenventil CL1 ist geschlossen, und die wärmeübertragende Flüssigkeit
zirkuliert durch den heißen
Tauscher 15b. Das Klappenventil CL2 ist offen. Die Pumpe 14 ist
angehalten.
-
Situation 2: Warme Umgebung:
-
Das
Drei-Wege-Ventil 13 ist in der Stellung positioniert, die
in der 2 sichtbar ist, in der der sekundäre Kreislauf 7 vom
Kreislauf 8 zur thermischen Regulierung des Motors isoliert
ist und durch den Verdampfer 4 zirkuliert. Die Pumpe 14 ist
aktiviert. Die wärmeübertragende
Flüssigkeit
zirkuliert in umgekehrter Richtung. Das Klappenventil CL2 ist geschlossen
unter der Wirkung des Drucks, der im Kreislauf 7 herrscht,
so dass die wärmeübertragende Flüssigkeit
durch den Kältetauscher 15a zirkuliert. Das
Klappenventil CL1 ist offen.
-
Man
wird verstehen, dass die Erfindung, gemäß der die wärmeübertragende Flüssigkeit
immer in einem einzigen Wärmetauscher
zirkuliert, während der
andere vom Rest des Kreislaufs durch das Klappenventil isoliert
ist, dem er zugeordnet ist, und die einen sekundären Kreislauf verwendet, der
eine Ableitung des Kreislaufs zur thermischen Regulierung des Motors
darstellt, es ermöglicht,
jedes Phänomen des
spontanen Auftretens von Wasserdampf in der Fahrgastzelle in dem
Maße zu
verhindern, in dem im Heizmodus die heiße wärmeübertragende Flüssigkeit
nicht in Kontakt mit einem vorher gekühlten Wärmetauscher ist. Sie ermöglicht es
darüber
hinaus, das Entweichen von Flüssigkeit
in dem Maße
zu begrenzen, in dem die Installation eine gesteigerte Kompaktheit
aufweist. Man wird jedoch bemerken, dass die Erfindung nicht auf
die oben beschriebene Ausführungsform
begrenzt ist.
-
In
der Tat, in der Ausführungsform,
die mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben
ist, ist die Vorrichtung zur thermischen Regulierung mit Mitteln
zum thermischen Austausch ausgestattet, die in der Form von in der
Fahrgastzelle angeordneten Gehäusen
eingerichtet sind.
-
Wie
man in der 3 sieht, ist es auch möglich, ein
Gehäuse 20 auf
in das Armaturenbrett des Fahrzeugs integrierte Weise anzuordnen.
Diese Ausführungsform
ermöglicht
es, die Leistungsfähigkeit der
Vorrichtung in einer warmen Umgebung zu verbessern, insbesondere
für die
Inbetriebnahme, und ermöglicht
es darüber
hinaus, eine Funktion des Beseitigens des Beschlagenseins sicherzustellen.
Diese Ausführungsform
ermöglicht
es darüber
hinaus, die Temperatur der Fahrgastzelle in Ergänzung mit den Erwärmungen
oder den Abkühlungen,
die durch die Gehäuse 19 der
Zonen Z1 und Z2 freigesetzt werden, auszugleichen.
-
Man
wird bemerken, dass der Kühlkreislauf auch
umkehrbar sein kann, so dass die Erfindung ebenfalls für eine Ausführung geeignet
ist, gemäß der sie
entweder als Kühlsystem
oder als Wärmepumpe
funktioniert. In diesem Fall wird man vorsehen, ein Vier-Wege-Ventil
für den
Anschluss des sekundären
Kreislaufs zu installieren und eine Änderung der Zirkulationsrichtung
der Kühlflüssigkeit
zu ermöglichen.
-
Man
wird schließlich
bemerken, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt
ist. In der Tat, wie es in der 4 dargestellt
ist, in der zu den 1 bis 3 identische
Elemente durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt sind, ist
es möglich,
die Regulierungsvorrichtung gemäß der Erfindung
mit einem reversiblen Kühlkreislauf 1 auszustatten.
In diesem Ausführungsbeispiel
kommuniziert der sekundäre Kreislauf
nicht mehr mit dem Kühlkreislauf 1 über den Wärmetauscher 4.
Er ist mit zwei Ableitungen 20A und 20B versehen,
die jeweils mit einer Pumpe 21A und 21B ausgestattet
sind, die antiparallel angeordnet sind, so dass die Flüssigkeit
in zwei entgegengesetzte Richtungen in den Ableitungen 20A und 20B zirkuliert.
-
So
wird, wenn der reversible Kreislauf 1 einen Kühlkreislauf
darstellt, die mit den Bezugszeichen 21A gekennzeichnete
Pumpe betätigt,
und die andere Pumpe 21B wird angehalten. Die Flüssigkeit im
sekundären
Kreislauf zirkuliert dann im Tauscher 15a.
-
Wenn
dagegen der reversible Kreislauf 1 einen warmen Kreislauf
darstellt, wird die mit dem Bezugszeichen 21B bezeichnete
Pumpe betätigt,
und die andere Pumpe 21A wird angehalten. Die Flüssigkeit
im sekundären
Kreislauf zirkuliert dann im Tauscher 15b.