DE102010000990A1

DE102010000990A1 - Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems

Info

Publication number: DE102010000990A1
Application number: DE102010000990A
Authority: DE
Inventors: Gerald 52074 Richter; Marc 47798 Graaf; Tobias 50858 Haas
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: US20110174000A1; DE102010000990B4; US8959936B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) zum Konditionieren von Luft für einen Fahrgastraum eines Fahrzeuges innerhalb eines Luftkanals (34). Das Klimatisierungssystem (1) weist eine Hauptströmungspassage (39) und einen Bypass (38) mit einer Schichtungsklappe (35) sowie Luftleitelemente (37) auf. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Einstellen der Heiztemperatur eines innerhalb der Hauptströmungspassage (39) angeordneten Wärmeübertragers (4, 23), – Leiten eines ersten Teilluftmassestroms durch die Hauptströmungspassage (39), – Leiten eines zweiten Teilluftmassestroms durch den Bypass (38) um den Wärmeübertrager (4, 23) mittels Stellung der Schichtungsklappe (35), – Leiten der Teilluftmasseströme nach Durchströmen der Hauptströmungspassage (39) und des Bypasses (38) mittels der Luftleitelemente (37) als Gesamtstrom mit geschichteter Zusammensetzung, wobei zur Komforterreichung oder Komforterhaltung des Klimas im Fahrgastraum – dem Klimatisierungssystem (1) zusätzlich nur genau die dafür benötigte Energie zugeführt wird und – die jeweils erforderliche Heiztemperatur des Wärmeübertragers (4, 23) als Maximaltemperatur eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems für Fahrzeuge.
Zur Konditionierung der einem Fahrgastraum zuzuführenden Luft kommen im Stand der Technik Klimatisierungssysteme mit einer Kälteanlage zum Kühlen und mit einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager des Motorkühlkreislaufes zum Erwärmen der Luft sowie Luft-Luft-Wärmepumpen und Kühlmittel-Luft-Wärmepumpen zum Einsatz.
Bei gattungsgemäßen Klimatisierungssystemen mit einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, die die Heizleistung aus dem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugantriebes beziehen und in den Fahrgastraum leiten, reicht die Verlustwärme von effizienten Verbrennungsmotoren bei geringen Umgebungstemperaturen nicht aus, die Kühlmitteltemperatur auf das erforderliche Temperaturniveau zu erwärmen, das für eine komfortable Aufheizung des Fahrgastraums notwendig ist. Das Temperaturniveau des Kühlmittels und damit der Wärmestrom an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft ist zusätzlich von den Betriebszuständen des Fahrzeugantriebes, das heißt den Fahrzuständen des Fahrzeuges, wie der Drehzahl sowie dem Lastzustand des Motors, abhängig.
Die Wärme wird mit Hilfe eines Heizungswärmeübertragers des Klimatisierungssystems vom Kühlmittel an die zu konditionierende Luft abgegeben. Dabei wird die übertragene Wärme entweder durch Steuern des den Heizungswärmeübertrager durchströmenden Luftmassestroms oder durch Steuern des Kühlmittelmassestroms durch den Heizungswärmeübertrager eingestellt.
Im Stand der Technik wird demzufolge im Wesentlichen zwischen zwei Arten von Klimatisierungssystemen unterschieden.
Zur ersten Art zählen die luftseitig geregelten Systeme, bei denen der dem Fahrgastraum zuzuführende Luftmassestrom mittels einer Klappe in zwei Teilluftmasseströme aufgeteilt wird. Dabei wird der eine Teilluftmassestrom durch den Heizungswärmeübertrager geleitet und erwärmt. Gleichzeitig strömt der zweite Teilluftmassestrom am Heizungswärmeübertrager vorbei. Beide unterschiedlich temperierten Teilluftmasseströme werden anschließend zum Erreichen der geforderten Zieltemperatur vermischt. Die Mischung der Teilluftmasseströme ist dabei nicht optimal. An den verschiedenen Auslässen der Luft in den Fahrgastraum treten bei Zwischenstellungen der Temperaturklappe unterschiedliche Temperaturen auf. Die voneinander abweichenden Temperaturen der Luftströme an den unterschiedlichen Auslässen werden als Temperaturschichtung bezeichnet, die jedoch erwünscht ist, wenn im Fahrgastraum eine geschichtete Temperatur mit warmem Fußraum sowie kühlerem Kopfraum erzielt werden soll. Andernfalls würde der Komfort der Insassen des Fahrzeugs deutlich gemindert. Die Schichtung ist im Allgemeinen von der Stellung der Temperaturklappe abhängig. In der Stellung „voll warm” weisen alle die Auslässe der Luft in den Fahrgastraum passierenden Ströme gleiche Temperaturwerte auf, sodass keine Temperaturschichtung zu verzeichnen ist.
Ein derartiges Klimasystem geht aus der DE 10 2004 039 852 A1 hervor. Das Klimasystem umfasst eine Heizvorrichtung zum Heizen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft. Die Heizvorrichtung wird durch ein Heizmedium gespeist, das wiederum von einer Heizquelle erwärmt wird. Der Luftmassestrom wird mittels einer Luftmischklappe durch die Heizvorrichtung und/oder an dieser vorbei geleitet. Der Luftkanal weist einen Gesichtsauslass und einen Fußauslass auf.
Zur zweiten Art von Klimatisierungssystemen zählen die kühlmittelstromseitig geregelten Systeme. Dabei wird der Kühlmittelmassestrom derart mittels eines Ventils geregelt, dass die übertragene Wärme proportional zum Kühlmittelmassestrom bei vorgegebener Temperatur einstellbar ist. Je nach Art des Wärmeübertragers können sich unerwünschte Temperaturschichtungen über der Fläche des Heizungswärmeübertragers ergeben. Außerdem führt der aufgrund der variierenden Motordrehzahlen diskontinuierliche Kühlmittelmassestrom zu weiteren ungewollten Effekten.
Bei beiden unterschiedlichen Betriebsarten der Klimatisierungssysteme, den luftseitig sowie den kühlmittelstromseitig geregelten Systemen, wird die nicht im Heizungswärmeübertrager an die zu konditionierende Luft abgegebene und damit genutzte Wärme an den Fahrzeugkühler in Form von heißem Kühlmittel transportiert und an die Umgebung abgeführt. In herkömmlich verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen wird dabei eine relativ große Wärmemenge in Form von Abwärme an die Umgebungsluft abgegeben.
Bei kühlmittelseitig geregelten Systemen führt des Weiteren zum einen die Variation des Kühlmittelmassestroms als auch die schwankende Temperatur des Kühlmittels zu energetischen Verlusten, insbesondere dann, wenn durch Taktung der Kühlmittelmassestrom durch den Heizungswärmeübertrager reduziert wird.
Vor dem Hintergrund der vollständigen Elektrifizierung des Antriebs beziehungsweise des zunehmenden Einsatzes von Fahrzeugantriebssystemen mit sehr geringer Abwärme, wie zum Beispiel Elektroantrieb, Brennstoffzellenantrieb oder Hybridantrieb, wird die zur Konditionierung der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft zur Verfügung stehende Wärme im Kühlmittel auf Grund der höheren Effizienzen der Antriebskomponenten deutlich begrenzt.
Gleichzeitig ist die in der Batterie des Fahrzeugs speicherbare Energiemenge derzeit geringer als die in Form von flüssigem Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks speicherbare Energiemenge. Damit hat die für die Klimatisierung des Fahrgastraums eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs benötigte Leistung außerdem einen wesentlichen Einfluss auf die Reichweite des Fahrzeugs.
Deshalb sind Energieverluste durch Beimischung von kalter Luft beziehungsweise das Abführen von Wärme an die Umgebung im Fahrzeugkühler zu vermeiden.
Bei elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist außerdem auf Grund der geringen zur Verfügung stehenden Abwärme der Antriebskomponenten das Temperaturniveau des Kühlmittels gegenüber herkömmlichen Antrieben mit Verbrennungsmotor deutlich reduziert. Ein luftseitig geregeltes Klimatisierungssystem wird deshalb vorwiegend in der Stellung „voll warm” der Temperaturklappe betrieben, sodass keine Temperaturschichtung der Luftströme an den Auslässen auftritt und damit der Komfort der Insassen des Fahrzeugs deutlich vermindert wird.
Im Stand der Technik bekannte Kühlmittel-Luft-Wärmepumpen nutzen auch das Kühlmittel des Verbrennungsmotors als Wärmequelle. Dabei wird dem Kühlmittel Wärme entzogen. Infolge dessen wird der Verbrennungsmotor längere Zeit bei geringen Temperaturen betrieben, was sich negativ auf die Abgasemissionen und den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Aufgrund des intermittierenden Betriebes des Verbrennungsmotors bei Hybridfahrzeugen wird bei längeren Fahrten keine ausreichend hohe Kühlmitteltemperatur erreicht. In Folge dessen wird der Start-Stop-Betrieb des Verbrennungsmotors bei geringen Umgebungstemperaturen ausgesetzt. Der Verbrennungsmotor wird nicht abgeschaltet.
Bei elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugen weist der elektrische Antrieb hohe Effizienzen bei geringen Temperaturen auf, sodass der Antrieb im Vergleich zum Verbrennungsmotor auf einem geringen Temperaturniveau betrieben wird. Auch die Batterien, insbesondere Lithium-Ionen, weisen zudem geringe Temperaturen von maximal 40°C auf, die für eine direkte Klimatisierung des Fahrgastraumes nicht ausreichen, aber als Wärmequelle für eine Kühlmittel-Luft-Wärmepumpe geeignet sind.
Mit dem Hintergrund der aufgeführten im Stand der Technik bekannten Systemen ist die Verwendung von zusätzlichen Zuheizkonzepten im Klimatisierungssystem notwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung eines effizienten Klimatisierungssystems zur Verfügung zu stellen, das unabhängig von den Betriebszuständen des Fahrzeugantriebes, das heißt den Fahrzuständen des Fahrzeuges, eine zur Komforterreichung und Komforterhaltung erforderliche Temperaturschichtung des dem Fahrgastraum zuzuführenden Luftmassestroms gewährleistet sowie bedarfsgerecht eine dafür benötigte Wärme bereitstellt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems gelöst, das zum Konditionieren von Luft für einen Fahrgastraum eines Fahrzeuges einen Luftkanal mit einer Hauptströmungspassage und einem Bypass sowie Luftleitelemente aufweist. Dabei sind innerhalb des Bypasses eine Schichtungsklappe und innerhalb der Hauptströmungspassage ein Wärmeübertrager angeordnet. Nach der Konzeption der Erfindung umfasst das Verfahren folgende Schritte:

– Einstellen der Heiztemperatur eines innerhalb der Hauptströmungspassage angeordneten Wärmeübertragers,
– Leiten eines ersten Teilluftmassestroms durch die Hauptströmungspassage,
– Leiten eines zweiten Teilluftmassestroms durch den Bypass um den Wärmeübertrager mittels Stellung der Schichtungsklappe und
– Leiten der Teilluftmasseströme nach Durchströmen der Hauptströmungspassage und des Bypasses mittels der Luftleitelemente als Gesamtstrom mit geschichteter Zusammensetzung.

Erfindungsgemäß wird dabei zum einen dem Klimatisierungssystem zur Komforterreichung oder Komforterhaltung des Klimas im Fahrgastraum zusätzlich nur genau die dafür benötigte Energie zugeführt. Energieverluste, insbesondere die an die Umgebungsluft abgegebene Wärme, werden minimiert beziehungsweise der Energiebedarf des Klimatisierungsystems wird optimiert und damit zum Beispiel die Reichweite eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeuges vergrößert. Dabei ist zwischen verschiedenen Energieformen zu unterscheiden. Dem Klimatisierungssystem wird beispielsweise entweder Wärme oder/und elektrische Energie zugeführt, die wiederum an die für den Fahrgastraum zu konditionierende Luft als Energie in Form von Wärme übertragen wird. Die Übertragung der Wärme erfolgt auf einem bestimmten, zum Beispiel von den Komponenten des Klimatisierungssystems und äußeren Bedingungen abhängigen Temperaturniveau.
Dabei wird zum anderen die Heiztemperatur des Wärmeübertragers als Maximaltemperatur eingestellt, die der zum jeweiligen Zeitpunkt zur Komforterreichung oder Komforterhaltung erforderlichen Temperatur entspricht. Die Heiztemperatur bestimmt wiederum die Temperatur der Heizfläche des Wärmeübertragers, von der die Wärme an die Luft übertragen wird. Die erforderliche Temperatur beziehungsweise Maximaltemperatur des Wärmeübertragers richtet sich nach der im Fahrgastraum gewünschten Lufttemperatur, das heißt dem Maximalwert der gewünschten Temperatur innerhalb der geschichteten Gesamtströmung der Luft im Luftkanal.
Der Luftkanal des Klimatisierungssystems ist in eine Hauptströmungspassage und einen Bypass unterteilt. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet das Leiten eines ersten Teilluftmassestroms durch die Hauptströmungspassage sowie den darin angeordneten Wärmeübertrager und eines zweiten Teilluftmassestroms durch den Bypass um den Wärmeübertrager. Die Aufteilung des Luftmassestroms erfolgt mittels Regelung der Schichtungsklappe, die innerhalb des Bypasses angeordnet ist.
Die getrennt durch die Hauptströmungspassage und den Bypass geführten Teilluftmasseströme werden nach dem Durchströmen von Passage und Bypass vorteilhaft mittels der Luftleitelemente als Gesamtstrom mit geschichteter Zusammensetzung innerhalb des Luftkanals geleitet. Unter einer geschichteten Strömung beziehungsweise einer geschichteten Zusammensetzung des konditionierten Luftmassestroms ist ein Luftmassestrom mit unterschiedlichen Temperaturen quer zur Strömungsrichtung der Luft zu verstehen. Der Luftmassestrom weist über den Querschnitt des Luftkanals folglich unterschiedliche Temperaturen auf. Die Vermischung der verschieden temperierten Luftmassen innerhalb des Luftmassestromes wird durch gezieltes Leiten mittels der Luftleitelemente minimiert.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die zu konditionierende Luft in einem im Luftkanal angeordneten Verdampfer eines Kältemittelkreislaufes abgekühlt und/oder entfeuchtet, wobei der Verdampfer in Strömungsrichtung der Luft vor der Aufteilung des Luftstromes in die Teilluftmasseströme durch die Hauptströmungspassage und den Bypass angeordnet ist.
Bei dem Kältemittelkreislauf, dessen eine Komponente der Verdampfer ist, handelt es sich um einen Kreislauf einer Klimaanlage, die für einen kombinierten Kälteanlagen- und/oder Wärmepumpenbetrieb sowie für einen Nachheizbetrieb ausgebildet sein kann.
Nach dem Abkühlen und/oder Entfeuchten der zu konditionierenden Luft im Verdampfer kann die Luft anschließend in dem innerhalb der Hauptstromungspassage angeordneten Wärmeübertrager erwärmt werden.
Die jeweils erforderliche Heiztemperatur des Wärmeübertragers wird erfindungsgemäß als Maximaltemperatur eingestellt. Dem Klimatisierungssystem wird dabei zusätzlich vorteilhaft lediglich die Energie auf dem Temperaturniveau zugeführt, die zur Erreichung oder zur Aufrechterhaltung des Komforts des Klimas im Fahrgastraum notwendig ist.
Der innerhalb der Hauptströmungspassage angeordnete Wärmeübertrager ist bevorzugt als mediendurchströmter Wärmeübertrager ausgebildet. Nach einer alternativen Ausgestaltung wird der Wärmeübertrager elektrisch betrieben. Die Angabe mediendurchströmt bezieht sich auf die wärmeabgebende Seite des Wärmeübertragers, der bevorzugt der Erwärmung von Luft, als andererseits zu erwärmendes Medium, vorgesehen ist.
Bei der Ausgestaltung des innerhalb der Hauptströmungspassage angeordneten Wärmeübertragers als mediendurchströmtem Wärmeübertrager ist die Maximaltemperatur abhängig vom Massestrom des Heizmediums sowie dem zu konditionierenden Luftmassestrom und bezieht sich auf die Eintrittstemperatur des Heizmediums in den Wärmeübertrager. Die Maximaltemperatur wird zudem abhängig von der Grädigkeit des Wärmeübertragers bezüglich der Abkühlung des Heizmediums und der Erwärmung der Luft geregelt. Je nach Größe des Luftmassestroms und dem Massestrom des Heizmediums sowie der erforderlichen Temperatur der Luft am Austritt des Wärmeübertragers und der Grädigkeit des Wärmeübertragers bestimmt sich die maximal notwendige Temperatur des Heizmediums am Eintritt des Wärmeübertragers. Durch die gezielte Regelung der Wärmezufuhr an die Luft und das Heizmedium wird der Energiebedarf des Klimatisierungssystems optimiert.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der in der Hauptströmungspassage angeordnete Wärmeübertrager bevorzugt als Heizungswärmeübertrager eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufes ausgebildet und ist zur Wärmeabgabe vom Kühlmittel, beispielsweise Glykol, an die zu konditionierende Luft vorgesehen. Damit wird der erste Teilluftmassestrom, der durch die Hauptströmungspassage des Luftkanals strömt und dort durch den Wärmeübertrager geleitet wird, erwärmt. Dabei handelt es sich folglich um einen mediendurchströmten Wärmeübertrager.
Der Kühlmittelkreislauf weist mit einem Motorkühler, einem Zuheizer sowie einem Radiator mit Bypass und Regelventil zusätzliche Wärmeübertrager zur Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe des Kühlmittels als Heizmedium auf, die auch zum Einstellen der Temperatur des Kühlmittels am Eintritt in den Heizungswärmeübertrager, der Heiztemperatur, vorgesehen sind. Der Radiator wird ebenso als Fahrzeugkühler bezeichnet. Die Bezeichnung Kühlmittel bezieht sich auf die ursprüngliche Funktion des Kreislaufes zur Kühlung der Antriebskomponenten, wie dem Motor. Unter der Nutzung der von den Antriebskomponenten abgegebenen Wärme zum Erwärmen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft, ergibt sich die Bezeichnung Heizmedium. Das im Kühlkreislauf umgewälzte Kühlmittel entspricht somit dem Heizmedium.
Je nach Wärmebedarf im Heizungswärmeübertrager und der im Motorkühler in den Kühlmittelkreislauf eingebrachten Wärme wird dem Kühlmittel im Zuheizer vorteilhaft Wärme zugeführt und/oder im Radiator Wärme abgeführt. Die Wärmeabgabe im Radiator wird mittels des Regelventils und der Aufteilung des Kühlmittelmassestroms durch den Radiator und zum Radiator parallel geschalteten Bypass geregelt.
Wenn im Motorkühler soviel Wärme an das Kühlmittel übertragen wird, dass keine zusätzliche Wärme benötigt wird, um im Heizungswärmeübertrager die erforderliche Wärme an die zu konditionierende Luft abzugeben, wird dem Kühlmittel im Zuheizer keine zusätzliche Wärme zugeführt. Die überschüssige dem Kühlmittel von den Antriebskomponenten, beispielsweise im Motorkühler, übertragene Wärme wird im Radiator an die Umgebungsluft abgegeben.
Der bevorzugt elektrisch betriebene Zuheizer kann dabei entweder als separate Komponente im Kühlmittelkreislauf ausgebildet sein, innerhalb einer anderen Komponente, wie dem Heizungswärmeübertrager, integriert sein oder aber als Zusatzkomponente in Luftströmungsrichtung hinter dem Heizungswärmeübertrager im Luftstrom angeordnet sein.
Der Kühlmittelkreislauf weist zudem vorteilhaft ein Regelventil und einen Bypass um den Heizungswärmeübertrager auf. Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die im Heizungswärmeübertrager vom Heizmedium an die zu konditionierende Luft abzugebende Wärme durch Aufteilung des Massestroms des Heizmediums durch den Bypass und durch den Heizungswärmeübertrager hindurch mittels des Regelventils geregelt.
Von Vorteil ist, wenn der Heizungswärmeübertrager als Kreuz-Gegenstrom-Wärmeübertrager und damit als hocheffizienter Wärmeübertrager ausgebildet ist, der große Temperaturgradienten zwischen dem zugeführten und dem abgeführtem Kühlmittelmassestrom ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass der erste Teilluftmassestrom, der durch die Hauptströmungspassage des Luftkanals strömt, mittels der Stellung einer in Strömungsrichtung vor dem innerhalb der Hauptströmungspassage vorgesehenen Wärmeübertrager angeordneten Temperaturklappe durch den Wärmeübertrager geleitet wird. Die Temperaturklappe befindet sich bevorzugt innerhalb der Hauptströmungspassage des Luftkanals.
Die Temperaturklappe ist dabei lediglich in den Endstellungen „voll kalt” und „voll warm” zu betreiben, sodass ein spezielles und aufwendiges Regelkonzept und kostenintensive Steuerkomponenten für die Temperaturklappe entfallen. Die Temperaturklappe kann mittels eines einfachen Stellmotors in die zwei Endstellungen verbracht werden. In der Endstellung „voll warm” der Temperaturklappe wird die Stellung der Schichtungsklappe im Bypass des Luftkanals um den Heizungswärmeübertrager geregelt. In Endstellung „voll warm” der Temperaturklappe wird der erste Teilluftmassestrom durch den Heizungswärmeübertrager geführt. In der Endstellung „voll kalt” wird der erste Teilluftmassestrom am Heizungswärmeübertrager vorbeigeleitet. Beim Betrieb der Temperaturklappe in Stellung „voll kalt” wird damit dem zuvor im Verdampfer des Kältemittelkreislaufes abgekühlten und/oder entfeuchteten Luftmassestrom keine Wärme zugeführt. Im Heizungswärmeübertrager wird gleichzeitig keine Wärme abgeführt. Bei diesem Betriebszustand entsprechenden äußeren Bedingungen, wie hohe Außentemperaturen und damit dem Abkühlen der Luft, kann auf das Regelventil und den Bypass um den Heizungswärmeübertrager im Kühlmittelkreislauf verzichtet werden.
Die Zustandsgrößen der Luft im Fahrgastraum sowie im Luftkanal des Klimatisierungssystems werden bestimmt und bevorzugt an ein Steuergerät übermittelt. Das Steuergerät wertet die empfangenen Signale aus und sendet wiederum Signale an Steuerelemente zur Regelung der Wärmeübertragung an das Heizmedium im Zuheizer, der Stellung der Regelventile und damit dem Öffnen und Schließen der Bypässe um den Radiator und den Heizungswärmeübertrager sowie der Stellung der Schichtungsklappe und der Temperaturklappe.
Bei dem Verfahren handelt es sich folglich nicht nur um ein Verfahren zum Betrieb, sondern ebenso um ein Verfahren zum Regeln des Klimatisierungssystems. Das Verfahren zum Betrieb beinhaltet das Regelverfahren.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmeübertrager zum Erwärmen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft als Kondensator des geschlossenen Kältemittelkreislaufes ausgebildet. Der erste Teilluftmassestrom wird folglich durch den Kondensator geleitet und erwärmt. Da die wärmeabgebende Seite des Wärmeübertragers von Kältemittel durchströmt wird, handelt es sich bei dieser Ausgestaltung um einen mediendurchströmten Wärmeübertrager.
Die Wärmeabgabe des Kältemittels an den Luftmassestrom im Kondensator wird bevorzugt mittels der Drehzahl eines Verdichters im Kältemittelkreislauf und/oder der Stellung der Schichtungsklappe im Bypass des Luftkanals, das heißt dem Luftmassestrom durch den Kondensator, geregelt.
Dabei werden wiederum die Zustandsgrößen der Luft im Fahrgastraum sowie im Luftkanal des Klimatisierungssystems bestimmt und an ein Steuergerät übermittelt. Das Steuergerät wertet die Signale aus und sendet Signale an Steuerelemente zur Regelung der Drehzahl des Verdichters im Kältemittelkreislauf sowie der Stellung der Schichtungsklappe. Eine Temperaturklappe in Strömungsrichtung der Luft vor dem Kondensator im Luftkanal, wie bei der Verwendung des Heizungswärmeübertragers, ist nicht erforderlich.
Zudem können die getrennt durch die Hauptströmungspassage und den Bypass geführten Teilluftmasseströme nach Durchströmen der Passage und des Bypasses teilvermischt werden, wobei mindestens ein Teil des durch den Bypass geströmten Teilluftmassestroms mit einem Teil des durch die Hauptströmungspassage geströmten Teilluftmassestroms vermischt wird, und der Gesamtstrom der zu konditionierenden Luft mit ausgeprägter geschichteter Zusammensetzung mittels der Luftleitelemente im Luftkanal geleitet wird. Der Gesamtstrom der Luft kann beispielsweise folgende Schichten aufweisen:

– unvermischte Schichten aus den Teilluftmasseströmen nach Durchströmen der Passage und des Bypasses,
– unvermischte Schichten aus den Teilluftmasseströmen nach Durchströmen der Passage und des Bypasses mit dazwischen angeordneter Schicht aus teilvermischten Luftmassen der genannten Teilluftmasseströme oder
– Schicht aus vermischten Luftmassen des durch den Bypass geströmten Teilluftmassestroms mit Teil des durch die Hauptströmungspassage geströmten Teilluftmassestroms und Schicht aus dem Teilluftmassestrom nach Durchströmen der Hauptströmungspassage.

Die Teilluftmasseströme werden bevorzugt erst nach dem Austritt aus dem Klimatisierungssystem vermischt, sodass die Teilluftmasseströme bis zum jeweiligen Auslass unvermischt bleiben und sich erst in den sich an das Klimatisierungssystem anschließenden Luftführungen vermischen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:

– Dem Klimatisierungssystem wird zusätzlich nur die Wärme hinzugefügt, die zur Klimatisierung des Fahrgastraumes erforderlich ist.
– Die Wärme wird auf dem zur Komforterreichung oder Komforterhaltung erforderlichen Temperaturniveau bereitgestellt und so der exergetische Nutzungsgrad des Klimatisierungsystems optimiert.
– Durch eine gezielte Steuerung der Wärme kann der Energiebedarf des Klimatisierungsystems optimiert und damit die Reichweite des Fahrzeuges signifikant vergrößert werden.
– Die Schichtung des Luftmassestroms im Luftkanal ist unabhängig vom Betriebszustand des Klimatisierungssystems. Dadurch kann der Komfort der Passagiere zu jedem Zeitpunkt gewährleistet werden.
– Das Klimatisierungssystem ist kompakt ausführbar.
– Die Temperaturklappe kann infolge des Betriebes in lediglich zwei Endstellungen mit einem einfachen Stellmotor betrieben werden

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: Klimatisierungssystem mit Kältemittelkreislauf und Kühlmittelkreislauf für die Antriebskomponenten mit Absperrventil vor dem Heizungswärmeübertrager,
2: Klimatisierungssystem mit Kältemittelkreislauf und Kühlmittelkreislauf für die Antriebskomponenten ohne Absperrventil vor dem Heizungswärmeübertrager,
3: Luftkanal mit Verdampfer zum Kühlen sowie Wärmeübertrager zum Erwärmen der Luft und Schichtungsklappe,
4: Luftkanal mit Verdampfer zum Kühlen sowie Heizungswärmeübertrager zum Erwärmen der Luft und Schichtungsklappe sowie
4a: mit vor dem Heizungswärmeübertrager zum Erwärmen der Luft angeordneter Temperaturklappe in Stellung „voll kalt” und
4b: mit vor dem Heizungswärmeübertrager zum Erwärmen der Luft angeordneter Temperaturklappe in Stellung „voll warm”.
In 1 ist das Klimatisierungssystem 1 mit einem Kältemittelkreislauf 31 und zwei Kühlmittelkreisläufen 32, 33 dargestellt.
Innerhalb des Kältemittelkreislaufes 31 sind in Strömungsrichtung nacheinander ein Verdampfer 3, ein Verdichter 5, ein Kondensator 2 und ein Expansionsorgan 11 vorgesehen. Die genannten Komponenten sind über Kältemittelleitungen zu einem geschlossenen Primärkreislauf verbunden. Innerhalb des Primärkreislaufes ist optional zudem ein innerer Wärmeübertrager 9 integriert, der der Wärmeübertragung zwischen dem flüssigen Kältemittel bei Hochdruck und dem gasförmigen Kältemittel bei Niederdruck dient. Die Bezeichnung innerer Wärmeübertrager bezieht sich dabei auf die Anordnung und die Wärmeübertragung innerhalb des Kältemittelkreislaufes 31. Abgesehen von unerwünschten Wärmeverlusten oder Wärmeeinträgen wird keine Wärme an die äußere Umgebung abgegeben oder von dieser aufgenommen.
Optional ist in dem Kältemittelkreislauf 31 auch ein zusätzlicher Verdampfer 8 mit vorgeschaltetem Expansionsorgan 10, zum Beispiel als Chiller eines Kühlmittelkreislaufes 33 zur Batteriekühlung, eingebunden. Die Batterie wird somit über einen Zwischenkreislauf mit einem Kühlmittel an den Kältemittelkreislauf 31 angebunden. Mittels einer Pumpe 28 wird das Kühlmittel, beispielsweise Glykol, im Kühlmittelkreislaufes 33 umgewälzt. Die im Batteriekühler 27 und/oder dem Zuheizer 26 aufgenommene Wärme wird im Wärmeübertrager 25, der gleichzeitig der zusätzliche Verdampfer 8 des Kältemittelkreislaufes 31 ist, vom Kühlmittel an das Kältemittel übertragen.
Der Kältemittelkreislauf 31 weist für den umschaltbaren Kälteanlagen-Wärmepumpenbetrieb neben dem Primärkreislauf einen aus zwei Strömungspfaden 15, 16 bestehenden Sekundärstrang auf, sodass das Klimatisierungssystem 1 zum Kühlen und zum Heizen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft betrieben werden kann.
Zum Heizen mittels des Kältemittelkreislaufes 31 sind neben den Komponenten des Primärkreislaufes zusätzlich am Abzweigpunkt 6 ein aktiv angesteuertes Umschaltventil, ein zweiter Kondensator 4 und am Mündungspunkt 7 ein Ventil vorgesehen. Bei geringen Umgebungstemperaturen ist der Fahrgastraum mittels des Klimatisierungssystems 1 zu beheizen. Das Beheizen kann zum Beispiel mit dem Kältemittelkreislauf 31, betrieben im Heiz- beziehungsweise Wärmepumpenmodus, realisiert werden. Dabei wird das aktive Umschaltventil am Abzweigpunkt 6 so angesteuert, dass der Kältemittelmassestrom nach dem Verdichter 5 über den zweiten Kondensator 4 mit anschließendem Expansionsorgan 12 zum Mündungspunkt 14 und Verdampfer 3 geführt wird. Im Kondensator 4 wird Wärme vom Kältemittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgegeben. Mittels des Expansionsorgans 12 ist der Verdampfer 3 im Wärmepumpenbetrieb auf ein mittleres Druckniveau zwischen dem wärmeabgebenden Niveau im Kondensator 4 und dem wärmeaufnehmenden Niveau im Wärmeübertrager 2 regelbar. Im Wärmeübertrager 2 wird vom Kältemittel Wärme aus der Umgebung aufgenommen. Der Kältemittelmassestrom wird im Anschluss über den Abzweigpunkt 13 und das Ventil am Mündungspunkt 7 dem Verdichter 5 zugeführt und der Kältemittelkreislauf 31 somit geschlossen. Das Ventil am Mündungspunkt 7 kann als passives Ventil konstruktiv derart ausgeführt sein, dass die Seite an der der höhere Druck anliegt von der am Ventil anliegenden Druckdifferenz geschlossen wird.
Zum Erwärmen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft bei geringen Umgebungstemperaturen oder zum Wiedererwärmen der Luft nach dem Abkühlen zum Entfeuchten ist nach der Ausgestaltung der Erfindung gemäß 1 außerdem ein Heizungswärmeübertrager 23 des Kühlmittelkreislaufes 32 des Motors vorgesehen. Der Heizungswärmeübertrager 23 ist dabei, wie auch der zweite Kondensator 4 des Kältemittelkreislaufes 31 im Luftkanal 34 in Strömungsrichtung der Luft nach dem Verdampfer 3 angeordnet. Nach einer alternativen, nicht dargestellten Ausgestaltung kann zum Erwärmen der Luft ebenso ein elektrisch betriebener Wärmeübertrager vorgesehen sein.
Der Kühlmittelkreislauf 32 des Motors umfasst neben dem Heizungswärmeübertrager 23 des Klimatisierungssystems 1 weitere Wärmeübertrager 17, 24 zur Abfuhr von Verlustwärme vom Motor und vom Inverter. Das mit Hilfe einer Pumpe 20 umgewälzte Kühlmittel, zum Beispiel Glykol, nimmt somit innerhalb des Wärmeübertragers 24 des Inverters und innerhalb des Wärmeübertragers 17 des Motors Wärme auf und wird erwärmt. Je nach Zustand der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft und den Betriebszuständen des Fahrzeugantriebes, das heißt den Fahrzuständen des Fahrzeuges, wie der Drehzahl sowie dem Lastzustand des Motors, und damit der vom Motor oder vom Inverter an das Kühlmittel abgegebenen Wärme, weicht die im Kühlmittel zur Verfügung stehende Wärme von der der Luft für eine komfortable Aufheizung des Fahrgastraums notwendigen zu übertragenen Wärme ab. Zur regelbaren Wärmeabgabe vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft im Heizungswärmeübertrager 23 bei gleichzeitiger Sicherstellung der Kühlung von Motor und Inverter weist das Klimatisierungssystem 1, insbesondere der Kühlmittelkreislauf 32, zusätzliche Wärmeübertrager in Form eines Zuheizers 21 und eines Radiators 18 auf. Mit Hilfe des Zuheizers 21 wird dem Kühlmittel bei Bedarf zusätzlich Wärme zugeführt, wenn die Wärmen der Wärmequellen Motor und Inverter nicht in ausreichender Menge bereitgestellt werden. Die Wärmeübertragung innerhalb des Zuheizers 21 wird dabei nach vorgegebenen Parametern geregelt. Dabei wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt.
Bei Betriebszuständen, in denen von den Antriebskomponenten mehr Wärme abgeführt wird als zur Erwärmung der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft benötigt wird, wird die überschüssige Wärme mit Hilfe des Radiators 18 an die Umgebung abgegeben. Zur Regelung des Kühlmittelmassestromes durch den Radiator 18 und damit der abzugebenden Wärme ist ein Bypass 29 vorgesehen. Der Massestrom ist folglich vorteilhaft in zwei Teilmasseströme aufteilbar, wobei ein Teilmassestrom durch den Radiator 18 und der zweite Teilmassestrom durch den Bypass 29 strömt. Die Durchflussmengen an Kühlmittel beziehungsweise die Teilmasseströme sind mittels eines Absperrventils 19 einstellbar. Das Absperrventil 19, das als Drei-Wege-Ventil ausgebildet ist, ist regelbar ausgeführt. Die Wärmeabgabe könnte alternativ auch luftseitig geregelt werden, indem der Luftmassestrom durch den Radiator 18 variiert wird.
Die im Heizungswärmeübertrager 23 vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft zu übertragene Wärme wird beim Klimatisierungssystem 1 nach 1 ebenfalls vorteilhaft mittels der Durchflussmenge des Kühlmittels geregelt. Der Kühlmittelmassestrom wird auf die gleiche Weise wie beim Radiator 18 mittels eines Bypasses 30 und eines Absperrventils 22 in zwei Teilmasseströme aufgeteilt, wobei ein Teilmassestrom durch den Heizungswärmeübertrager 23 und der zweite Teilmassestrom durch den Bypass 30 strömt und um den Heizungswärmeübertrager 23 herumgeleitet wird. Die Teilmasseströme sind mittels des als Drei-Wege-Ventil ausgebildeten Absperrventils 22 einstellbar. Der Heizungswärmeübertrager 23 ist als hocheffizienter Wärmeübertrager ausgebildet, der große Temperaturgradienten zwischen dem zugeführten und dem abgeführtem Kühlmittelmassestrom erlaubt.
Die für die Fahrgastraumklimatisierung erforderliche Temperatur der Luft wird gemessen, mittels eines Steuergerätes verwertet und über den Zuheizer 21 sowie die Absperrventile 19, 22 in Verbindung mit den Teilmasseströmen um Radiator 18 und/oder Heizungswärmeübertrager 23 entsprechend geregelt. Mit Hilfe der Bypässe 29, 30 werden somit die Durchflussmengen an Kühlmittel durch den Radiator 18 sowie den Heizungswärmeübertrager 23 und damit auch die Temperatur des Kühlmittels abhängig von den geforderten Leistungen geregelt. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist, dass das Kühlmittel zum einen von der Pumpe 20 derart umgewälzt und den Absperrventilen 19, 22 aufgeteilt wird, dass der Kühlmittelmassestrom kontinuierlich regelbar ist.
Dabei wird vorteilhaft ein Medium zur Verfügung gestellt, dessen Massestrom und Temperatur so geregelt werden, dass nur die benötigte Wärme zur Erreichung des geforderten Klimas im Fahrgastraum zusätzlich zum vorhandenen Niveau in das Medium eingespeist wird.
Anstelle der kühlmittelstromseitigen Steuerung des Heizungswärmeübertragers 23 besteht zudem die Möglichkeit der luftseitigen Steuerung, bei der der dem Fahrgastraum zuzuführende Luftmassestrom durch den Heizungswärmeübertrager 23 geregelt wird. In diesem Fall wird, wie in 2 dargestellt, das Klimatisierungssystem 1 mit einem Kältemittelkreislauf 31 und einem Kühlmittelkreislauf 32 der Antriebskomponenten Motor und Inverter ohne Absperrventil 22 vor und Bypass 30 um den Heizungswärmeübertrager 23 ausgebildet.
Das Klimatisierungssystem 1 enthält des Weiteren vorteilhaft Mittel zur Einstellung von Temperaturen einzelner Auslässe in den Fahrgastraum zur Erzielung von geforderten Temperaturschichtungen des Luftmassestromes.
In 3 ist der Luftkanal 34 zum Leiten der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft mit dem Verdampfer 3 des Kältemittelkreislaufes 31 zum Kühlen und/oder Entfeuchten der Luft sowie dem Wärmeübertrager 4, 23 zum Erwärmen der Luft dargestellt. Vorzugweise wird der Wärmeübertrager 4, 23 als Kreuz-Gegenstrom-Wärmeübertrager ausgebildet.
Der im Verdampfer 3 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luftmassestrom wird mittels einer Schichtungsklappe 35 in zwei Teilluftmasseströme aufgeteilt. Dabei wird der eine Teilluftmassestrom innerhalb der Hauptströmungspassage 39 durch den Wärmeübertrager 4, 23 geleitet und erwärmt. Gleichzeitig strömt der zweite Teilluftmassestrom über einen Bypass 38 am Wärmeübertrager 4, 23 vorbei. Die Schichtungsklappe 35 steuert den Teilluftmassestrom durch den Bypass 38.
Ein Teil des im Wärmeübertrager 4, 23 erwärmten Teilluftmassestroms wird mit dem durch den Bypass 38 am Wärmeübertrager 4, 23 vorbei geleiteten kalten Luftmassestrom vermischt, um eine geforderte Zieltemperatur der Luft zu erreichen, wobei der andere Teil des erwärmten Teilluftmassestroms unverändert bleibt. Dabei wird auf Grund einer geringen geforderten Temperaturschichtung nur ein geringer Massestrom kalter Luft benötigt.
Neben der Schicht, bestehend aus dem unvermischten Teil des erwärmten Teilluftmassestroms, werden folglich entweder eine oder zwei weitere Schichten ausgeprägt. Bei der Ausprägung einer weiteren Schicht wird der gesamte kalte, durch den Bypass 38 geströmte Teilluftmassestrom mit einem Teil des erwärmten Teilluftmassestroms vermischt. Bei der Ausprägung zwei weiterer Schichten wird lediglich ein Teil des kalten Teilluftmassestroms mit einem Teil des erwärmten Teilluftmassestroms vermischt. Der andere Teil des kalten Teilluftmassestroms strömt unverändert als zusätzliche Schicht des Gesamtstroms durch den Luftkanal 34.
Der Gesamtstrom der konditionierten Luft wird mittels Luftleitelementen 37 geschichtet im Luftkanal 34 geleitet und den Auslässen in den Fahrgastraum zugeführt. Die Schichtung der Luft ermöglicht eine gezielt geschichtete Temperatur im Fahrgastraum mit warmem Fußraum sowie kühlerem Kopfraum, was für den Komfort der Insassen des Fahrzeuges bedeutend ist.
Beim Einsatz des Wärmeübertragers 4 als Kondensator des Kältemittelkreislaufes 31 wird die Temperatur der Luft zudem über das Wärmepumpensystem, zum Beispiel die Drehzahl des Verdichters 5, geregelt. Ein zusätzliches System aus Temperaturklappen im Luftkanal 34 ist nicht erforderlich. Die Schichtung wird lediglich mittels der Schichtungsklappe 35 im Bypass 38 um den Kondensator 4 eingestellt.
4 zeigt den Luftkanal 34 mit Verdampfer 3 des Kältemittelkreislaufes 31 zum Kühlen und/oder Entfeuchten der Luft sowie den Heizungswärmeübertrager 23 des Kühlmittelkreislaufes 32 zum Erwärmen der Luft. In Strömungsrichtung der Luft vor dem Heizungswärmeübertrager 23 ist innerhalb der Hauptströmungspasssage 39 eine Temperaturklappe 36 angeordnet.
Wie beim System aus 3 wird der im Verdampfer 3 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luftmassestrom mittels einer Schichtungsklappe 35 in zwei Teilluftmasseströme aufgeteilt. Ein Teilluftmassestrom strömt dabei über den Bypass 38 am Heizungswärmeübertrager 23 vorbei. Der zweite Teilluftmassestrom wird innerhalb der Hauptströmungspasssage 39 entweder durch den Heizungswärmeübertrager 23 geführt und gegebenenfalls erwärmt oder ebenfalls am Heizungswärmeübertrager 23 vorbei geleitet. Mittels der Schichtungsklappe 35 wird der Teilluftmassestrom durch den Bypass 38 und mittels der Temperaturklappe 36 der Teilluftmassestrom am Heizungswärmeübertrager 23 geregelt.
Die Temperaturklappe 36 wird dabei vorzugsweise ausschließlich in den Endstellungen „voll kalt”, wie in 4a dargestellt, oder „voll warm”, wie in 4b gezeigt, betrieben.
Beim Betrieb mit Stellung „voll kalt” der Temperaturklappe 36 strömt der gesamte Teilluftmassestrom, der nicht bereits durch den Bypass 38 und die Schichtungsklappe 35 am Heizungswärmeübertrager 23 vorbei geleitet, um den Heizungswärmeübertrager 23. Kein Anteil des gesamten Luftmassestromes strömt folglich durch den Heizungswärmeübertrager 23. Bei derartigen Betriebszuständen ist auch kein Zuheizbetrieb, das heißt keine Zufuhr zusätzlicher Wärme im Zuheizer 21 an das Kühlmittel, erforderlich. Im Falle überwiegend auftretender hoher Außentemperaturen kann auf ein Absperrventil 22 mit Bypass 30 im Kühlmittelkreislauf 32 verzichtet werden.
Beim Betrieb mit Stellung „voll warm” der Temperaturklappe 36 strömt der gesamte nicht durch den Bypass 38 geleitete Teilluftmassestrom durch den Heizungswärmeübertrager 23 und wird erwärmt. Die Schichtungsklappe 35 ist in der Stellung „voll warm” der Temperaturklappe 36 derart anzustellen, dass das die benötigte Temperaturschichtung erzielt wird.
Wie beim System aus 3 wird ein Teil des im Heizungswärmeübertrager 23 erwärmten Teilluftmassestroms mit mindestens einem Teil des durch den Bypass 38 strömenden kalten Luftmassestrom vermischt, wobei der andere Teil des erwärmten Teilluftmassestroms unverändert bleibt. Wird nicht der gesamte kalte, durch den Bypass 38 geströmte Teilluftmassestrom mit einem Teil des warmen Teilluftmassestroms vermischt, bleibt eine zusätzliche kalte Schicht im Gesamtstrom der Luft erhalten. Der Gesamtstrom, bestehend aus kalter Luft, aus vermischter kalter und warmer Luft sowie warmer Luft wird dann mittels Luftleitelementen 37 geschichtet im Luftkanal 34 zu den Auslässen geleitet.
Die für die Fahrgastraumklimatisierung erforderlichen Temperaturen beziehungsweise die Temperaturschichtung der Luft werden gemessen, mittels eines Steuergerätes ausgewertet und über den Zuheizer 21 sowie die Absperrventile 19, 22 beziehungsweise die Teilmasseströmen um den Radiator 18 und/oder den Heizungswärmeübertrager 23 oder die Drehzahl des Verdichters 5 geregelt. Die Temperaturschichtung in Verbindung mit den gewünschten Temperaturen wird zudem mittels der Temperaturklappe 36 und der Schichtungsklappe 35 realisiert, wobei die Temperaturklappe 36 in der Endstellung „voll kalt” der Absperrung des zu erwärmenden Teilluftmassestromes und der Vermeidung von Zuheizeffekten dient.
Bezugszeichenliste

1: Klimatisierungssystem
2: Wärmeübertrager, Kondensator
3: Wärmeübertrager, Verdampfer
4: Wärmeübertrager, Kondensator
5: Verdichter, Kompressor
6: Abzweigpunkt
7: Mündungspunkt
8: Wärmeübertrager, Verdampfer, Chiller
9: innerer Wärmeübertrager
10: Expansionsorgan
11: Expansionsorgan
12: Expansionsorgan
13: Abzweigpunkt
14: Mündungspunkt
15: erster Abschnitt der Sekundärpassage
16: zweite Abschnitt der Sekundärpassage
17: Wärmeübertrager, Motorkühler
18: Wärmeübertrager, Radiator
19: Absperrventil, Regelventil
20: Pumpe
21: Wärmeübertrager, Zuheizer
22: Absperrventil, Regelventil
23: Heizungswärmeübertrager Motorkühlmittelkreislauf
24: Wärmeübertrager (Inverter)
25: Wärmeübertrager Batteriekühlmittelkreislauf
26: Wärmeübertrager, Zuheizer
27: Wärmeübertrager, Batteriekühler
28: Pumpe
29: Bypass
30: Bypass
31: Kältemittelkreislauf
32: Kühlmittelkreislauf Motor
33: Kühlmittelkreislauf Batterie
34: Luftkanal
35: Schichtungsklappe
36: Temperaturklappe
37: Luftleitelement
38: Bypass
39: Hauptströmungspassage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004039852 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) zum Konditionieren von Luft für einen Fahrgastraum eines Fahrzeuges innerhalb eines Luftkanals (34), aufweisend eine Hauptströmungspassage (39) und einen Bypass (38) mit einer Schichtungsklappe (35) sowie Luftleitelemente (37), umfassend die Schritte: – Einstellen der Heiztemperatur eines innerhalb der Hauptströmungspassage (39) angeordneten Wärmeübertragers (4, 23), – Leiten eines ersten Teilluftmassestroms durch die Hauptströmungspassage (39), – Leiten eines zweiten Teilluftmassestroms durch den Bypass (38) um den Wärmeübertrager (4, 23) mittels Stellung der Schichtungsklappe (35), – Leiten der Teilluftmasseströme nach Durchströmen der Hauptströmungspassage (39) und des Bypasses (38) mittels der Luftleitelemente (37) als Gesamtstrom mit geschichteter Zusammensetzung, wobei zur Komforterreichung oder Komforterhaltung des Klimas im Fahrgastraum – dem Klimatisierungssystem (1) zusätzlich nur genau die dafür benötigte Energie zugeführt wird und – die jeweils erforderliche Heiztemperatur des Wärmeübertragers (4, 23) als Maximaltemperatur eingestellt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu konditionierende Luft in einem im Luftkanal (34) angeordneten Verdampfer (3) eines Kältemittelkreislaufes (31) abgekühlt und/oder entfeuchtet wird.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb der Hauptströmungspassage (39) angeordnete Wärmeübertrager (4, 23) als mediendurchströmter Wärmeübertrager (4, 23) oder als elektrisch betriebener Wärmeübertrager ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilluftmassestrom durch den Wärmeübertrager (23) geleitet und im Wärmeübertrager (23) erwärmt wird, wobei der Wärmeübertrager (23) als mediendurchströmter Heizungswärmeübertrager (23) eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufes (32) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des durch den Heizungswärmeübertrager (23) strömenden Heizmediums innerhalb des geschlossenen Kühlmittelkreislaufes (32), aufweisend einen Zuheizer (21) sowie einen Radiator (18) mit einem Bypass (29) und einem Regelventil (19), mittels – der im Zuheizer (21) dem Heizmedium zugeführten Wärme und/oder – der im Radiator (18) vom Heizmedium abgeführten Wärme geregelt wird, wobei die Wärmeabfuhr im Radiator (18) durch Aufteilung des Massestroms des Heizmediums durch den Bypass (29) und den Radiator (18) mittels des Regelventils (19) geregelt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Heizungswärmeübertrager (23) des Kühlmittelkreislaufes (32), aufweisend ein Regelventil (22) und einen Bypass (30) um den Heizungswärmeübertrager (23), vom Heizmedium an die zu konditionierende Luft abzugebende Wärme, durch Aufteilung des Massestroms des Heizmediums durch den Bypass (30) und durch den Heizungswärmeübertrager (23) hindurch mittels des Regelventils (22) geregelt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilluftmassestrom mittels der Stellung einer Temperaturklappe (36) durch den Wärmeübertrager (23) geleitet wird, wobei die Temperaturklappe (36) in der Hauptströmungspassage (39) des Luftkanals (34) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturklappe (36) nur in den Endstellungen „voll kalt” und „voll warm” betrieben wird, wobei die Stellung der Schichtungsklappe (35) bei Endstellung „voll warm” der Temperaturklappe (36) geregelt wird, wobei – in Endstellung „voll kalt” der erste Teilluftmassestrom am Heizungswärmeübertrager (23) vorbeigeführt wird und – in Endstellung „voll warm” der erste Teilluftmassestrom durch den Heizungswärmeübertrager (23) geleitet wird.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die Zustandsgrößen der Luft im Fahrgastraum sowie im Luftkanal (34) des Klimatisierungssystems (1) bestimmt und an ein Steuergerät übermittelt werden, – das Steuergerät die Signale auswertet und – die Wärmeübertragung an das Heizmedium im Zuheizer (21), – die Stellung des Regelventils (19, 22) sowie – die Stellung der Schichtungsklappe (35) regelt.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Temperaturklappe (36) geregelt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilluftmassestrom durch den Wärmeübertrager (4) geleitet und im Wärmeübertrager (4) erwärmt wird, wobei der Wärmeübertrager (4) mediendurchströmt als Kondensator (4) eines geschlossenen Kältemittelkreislaufes (31) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Zustandsgrößen der Luft im Fahrgastraum sowie im Luftkanal (34) des Klimatisierungssystems (1) bestimmt und an ein Steuergerät übermittelt werden, – das Steuergerät die Signale auswertet und – die Drehzahl eines Verdichters (5) im Kältemittelkreislauf (31) und/oder – die Stellung der Schichtungsklappe (35) regelt.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilluftmasseströme nach Durchströmen der Hauptströmungspassage (39) und des Bypasses (38) teilvermischt werden, wobei der durch den Bypass (38) geströmte Teilluftmassestrom mit einem Teil des durch die Hauptströmungspassage (39) geströmten Teilluftmassestroms vermischt wird, und der Gesamtstrom der Luft mit geschichteter Zusammensetzung mittels der Luftleitelemente (37) im Luftkanal (34) geleitet wird.