DE102013106831A1 - Vehicle air conditioning system of a hybrid or electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage (10) eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf (12), der einen Verdichter (14) zum Komprimieren eines Kältemittels (16), einen Kondensator (18) zum Kühlen und Kondensieren des komprimierten Kältemittels (16), eine Druckverminderungseinheit (20) zum Dekomprimieren des kondensierten Kältemittels (16) sowie einen Verdampfer (22) zum Erwärmen und Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels (16) aufweist, einem ersten Kühlkreislauf (24), der mit dem Kältemittelkreislauf (12) thermisch gekoppelt ist, und eine Pumpe (26) zum Umwälzen einer ersten Kühlflüssigkeit (28) sowie einen Wärmetauscher (30) zum Kühlen eines elektrischen Antriebsstrangs (31) des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs aufweist, und einem zweiten Kühlkreislauf (32), der mit dem Kältemittelkreislauf (12) thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe (34) zum Umwälzen einer zweiten Kühlflüssigkeit (36) sowie einen Wärmetauscher (38) zum Heizen von einem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft (40) aufweist, wobei der Verdampfer (22) an den ersten Kühlkreislauf (24) angeschlossen ist und Wärmeenergie an das Kältemittel (16) abgeben kann, und wobei der Kondensator (18) an den zweiten Kühlkreislauf (32) angeschlossen ist und Wärmeenergie vom Kältemittel (16) aufnehmen kann.The invention relates to a vehicle air conditioning system (10) of a hybrid or electric vehicle, comprising a refrigerant circuit (12), a compressor (14) for compressing a refrigerant (16), a condenser (18) for cooling and condensing the compressed refrigerant (16). , a pressure reduction unit (20) for decompressing the condensed refrigerant (16) and an evaporator (22) for heating and evaporating the decompressed refrigerant (16), a first cooling circuit (24) which is thermally coupled to the refrigerant circuit (12), and a pump (26) for circulating a first cooling liquid (28) and a heat exchanger (30) for cooling an electric drive train (31) of the hybrid or electric vehicle, and a second cooling circuit (32) which is connected to the refrigerant circuit (12) is thermally coupled and a pump (34) for circulating a second cooling liquid (36) and a heat exchanger (38) for heating Air (40) which can be supplied to a vehicle interior, the evaporator (22) being connected to the first cooling circuit (24) and being able to emit thermal energy to the refrigerant (16), and the condenser (18) being connected to the second cooling circuit (32) is and can absorb heat energy from the refrigerant (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kondensator zum Kühlen und Kondensieren des komprimierten Kältemittels, eine Druckverminderungseinheit zum Dekomprimieren des kondensierten Kältemittels sowie einen Verdampfer zum Erwärmen und Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels aufweist. The invention relates to a vehicle air conditioner of a hybrid or electric vehicle, comprising a refrigerant circuit including a compressor for compressing a refrigerant, a condenser for cooling and condensing the compressed refrigerant, a pressure reducing unit for decompressing the condensed refrigerant, and an evaporator for heating and evaporating the decompressed refrigerant having.
Moderne Kraftfahrzeuge sind inzwischen üblicherweise mit einer Klimaanlage zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums ausgestattet. Diese Fahrzeugklimaanlagen werden vorwiegend mit einem Kältemittelkreislauf nach dem Carnot-Prinzip betrieben, um bei hohen Außentemperaturen eine Kühlung des Fahrzeuginnenraums zu erreichen. Zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums bei niedrigen Außentemperaturen wird üblicherweise die Abwärme des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors genutzt. Modern motor vehicles are now usually equipped with an air conditioner for air conditioning of the vehicle interior. These vehicle air conditioning systems are mainly operated with a refrigerant circuit according to the Carnot principle, in order to achieve a cooling of the vehicle interior at high outside temperatures. For heating the vehicle interior at low outside temperatures usually the waste heat of the motor vehicle internal combustion engine is used.
Die Abwärme des Fahrzeugmotors ist jedoch bei Elektrofahrzeugen insgesamt und bei Hybridfahrzeugen während Aufwärm- oder temporären Abschaltphasen des Verbrennungsmotors so gering, dass eine zufriedenstellende Beheizung des Fahrzeuginnenraums schwierig ist. Aus diesem Grund kommt oftmals ein zusätzliches, elektrisches Heizgerät zum Einsatz, was jedoch mit zusätzlichem Energie- und Bauraumbedarf sowie zusätzlichen Gerätekosten verbunden ist. However, the waste heat of the vehicle engine is so low overall in electric vehicles and in hybrid vehicles during warm-up or temporary shutdown phases of the internal combustion engine, that a satisfactory heating of the vehicle interior is difficult. For this reason, an additional, electric heater is often used, but this is associated with additional energy and space requirements and additional equipment costs.
Um die Beheizung des Fahrzeuginnenraums zu verbessern, wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, die zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums vorgesehene Fahrzeugklimaanlage bei Bedarf als Wärmepumpe zu betreiben und somit die Außenluft als Wärmequelle zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums zu nutzen. In order to improve the heating of the vehicle interior, it has already been proposed in the prior art to operate the vehicle air conditioning system provided for cooling the vehicle interior as a heat pump and thus to use the outside air as a heat source for heating the vehicle interior.
Bei sehr kalter Umgebungsluft hat es sich jedoch als schwierig erwiesen, im Wärmepumpenbetrieb eine kontinuierliche und zufriedenstellende Heizleistung sicherzustellen, da der Verdampfer in diesem Fall leicht vereist. In very cold ambient air, however, it has proved difficult to ensure a continuous and satisfactory heating performance in heat pump operation, since the evaporator in this case easily ices up.
Zur Lösung dieses Problems wird in der
Beim direkten Wärmepumpenbetrieb wird der Wärmetauscher zum Heizen von dem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft unmittelbar vom Kältemittel des Klimakreislaufs durchströmt. Da das Kältemittel im Bereich des Wärmetauschers unter Hochdruck steht und der Wärmetauscher als Teil einer „HLK-Anlage“ (Heizung/ Lüftung/Klimatisierung) dem Fahrzeuginnenraum zugeordnet ist, sind in diesem Fall üblicherweise aufwendige Schutzmaßnahmen notwendig, um zu verhindern, dass Kältemittel aus dem Wärmetauscher austritt und in den Fahrzeuginnenraum gelangt. Außerdem beeinträchtigt die Durchströmung des Wärmetauschers mit Kältemittel im Kühlmodus der Fahrzeugklimaanlage den Wirkungsgrad der Klimaanlage, was bei gleicher Kühlleistung zu einem erhöhten Energiebedarf führt. In direct heat pump operation of the heat exchanger for heating of the vehicle interior feedable air is flowed through directly by the refrigerant of the air conditioning circuit. Since the refrigerant is in the heat exchanger under high pressure and the heat exchanger is assigned as part of an "HVAC system" (heating / ventilation / air conditioning) the vehicle interior, complex protective measures are usually necessary in this case to prevent refrigerant from the Exits the heat exchanger and enters the vehicle interior. In addition, the flow through the heat exchanger with refrigerant in the cooling mode of the vehicle air conditioning affects the efficiency of the air conditioner, which leads to an increased energy requirement for the same cooling performance.
Beim indirekten Wärmepumpenbetrieb wird der Wärmetauscher zum Heizen von dem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft von der Kühlflüssigkeit eines Kühlkreislaufs durchströmt, wobei der Kühlkreislauf über einen (weiteren) Wärmetauscher mit dem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und auch zur Kühlung eines Verbrennungsmotors dient. Allerdings stellt sich bei diesem Kühlkreislauf, insbesondere während Aufwärm- oder temporärer Abschaltphasen des Verbrennungsmotors, nur eine mäßige Übertragung von Wärmeenergie zwischen der Kühlflüssigkeit und der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft ein, was im Heizmodus entweder zu einer unzureichenden Heizleistung oder einem erhöhten Energiebedarf führt. In the case of indirect heat pump operation, the heat exchanger for heating air that can be supplied to the vehicle interior is flowed through by the cooling liquid of a cooling circuit, wherein the cooling circuit is thermally coupled to the refrigerant circuit via a (further) heat exchanger and also serves to cool an internal combustion engine. However, in this cooling circuit, in particular during warm-up or temporary shutdown phases of the internal combustion engine, only a moderate transfer of heat energy between the cooling liquid and the vehicle interior feedable air, resulting in heating mode either insufficient heating or increased energy requirements.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer konstruktiv einfachen, kompakten und preiswerten Fahrzeugklimaanlage, welche sowohl im Kühlmodus als auch im Heizmodus besonders energieeffizient betrieben werden kann. The object of the invention is therefore to provide a structurally simple, compact and inexpensive vehicle air conditioning system, which can be operated particularly energy efficient both in the cooling mode and in the heating mode.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fahrzeugklimaanlage eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kondensator zum Kühlen und Kondensieren des komprimierten Kältemittels, eine Druckverminderungseinheit zum Dekomprimieren des kondensierten Kältemittels sowie einen Verdampfer zum Erwärmen und Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels aufweist, einem ersten Kühlkreislauf, der mit dem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe zum Umwälzen einer ersten Kühlflüssigkeit sowie einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Antriebsstrangs des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs aufweist, und einem zweiten Kühlkreislauf, der mit dem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe zum Umwälzen einer zweiten Kühlflüssigkeit sowie einen Wärmetauscher zum Heizen von einem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft aufweist, wobei der Verdampfer an den ersten Kühlkreislauf angeschlossen ist und Wärmeenergie an das Kältemittel abgeben kann, und wobei der Kondensator an den zweiten Kühlkreislauf angeschlossen ist und Wärmeenergie vom Kältemittel aufnehmen kann. This object is achieved according to the invention by a vehicle air conditioning system of a hybrid or electric vehicle, comprising a refrigerant circuit comprising a compressor for compressing a refrigerant, a condenser for cooling and condensing the compressed refrigerant, a pressure reduction unit for decompressing the condensed refrigerant, and an evaporator for heating and vaporizing the decompressed refrigerant, a first cooling circuit which is thermally coupled to the refrigerant circuit and a pump for circulating a first cooling liquid and a heat exchanger for cooling an electric drive train of the hybrid or electric vehicle, and a second cooling circuit, which is thermally coupled to the refrigerant circuit is and a pump for circulating a second cooling liquid and a heat exchanger for heating of a vehicle interior feedable air, wherein the evaporator at d is connected to the first cooling circuit and can deliver heat energy to the refrigerant, and wherein the condenser to the second cooling circuit is connected and can absorb heat energy from the refrigerant.
Die separaten Kältemittel- und Kühlkreisläufe sind strömungstechnisch entkoppelt und lassen sich somit individuell auf die jeweils zu erfüllende Funktion hin konstruieren. So ist der erste Kühlkreislauf speziell darauf ausgelegt, die Wärmeenergie zahlreicher kleinerer Wärmequellen (Leistungselektronik, Elektromotor, Batterie, etc.) des elektrischen Antriebsstrangs eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs „einzusammeln“ und eine ungleichmäßige Wärmeabgabe der einzelnen Wärmequellen über seine thermische Kapazität und die thermische Trägheit des ersten Kühlkreislaufs weitgehend zu kompensieren, sodass im Verdampfer eine sehr gleichmäßige Wärmeübertragung auf das Kältemittel erfolgt. Der vom Kältemittelkreislauf fluidtechnisch ebenfalls entkoppelte, zweite Kühlkreislauf lässt sich hingegen speziell auf eine besonders effiziente Wärmeübertragung zwischen der zweiten Kühlflüssigkeit und der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft zuschneiden. Der Kältemittelkreislauf sorgt schließlich mittels einer (einstellbaren) Kompressorleistung für eine zufriedenstellende Beheizung bzw. Kühlung des Fahrzeuginnenraums. The separate refrigerant and cooling circuits are fluidically decoupled and can thus be individually designed for each function to be performed. Thus, the first cooling circuit is specially designed to "collect" the heat energy of numerous smaller heat sources (power electronics, electric motor, battery, etc.) of the electric drive train of an electric or hybrid vehicle and uneven heat dissipation of the individual heat sources on its thermal capacity and thermal inertia of the first cooling circuit largely compensate, so that takes place in the evaporator, a very uniform heat transfer to the refrigerant. On the other hand, the second cooling circuit, which is likewise decoupled from the refrigerant circuit by fluid technology, can be tailored specifically to a particularly efficient transfer of heat between the second cooling fluid and the air that can be supplied to the vehicle interior. Finally, the refrigerant circuit ensures satisfactory heating or cooling of the vehicle interior by means of (adjustable) compressor power.
In einer Ausführungsform der Fahrzeugklimaanlage weist der zweite Kühlkreislauf zum Umwälzen der zweiten Kühlflüssigkeit eine Kühlflüssigkeitsleitung mit einem Leitungsquerschnitt A auf, wobei gilt: 10 mm2 ≤ A ≤ 100 mm2, insbesondere 20 mm2 ≤ A ≤ 60 mm2. Dieser geringe Leitungsquerschnitt A im zweiten Kühlkreislauf ermöglicht im Wärmetauscher eine gute Wärmeübertragung zwischen der zweiten Kühlflüssigkeit und der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft. Dies äußert sich durch eine hohe Temperaturdifferenz der zweiten Kühlflüssigkeit zwischen einem Kühlflüssigkeitseinlass und einem Kühlflüssigkeitsauslass des Wärmetauschers. In one embodiment of the vehicle air conditioning system, the second cooling circuit for circulating the second cooling liquid has a coolant line with a line cross section A, where: 10 mm 2 ≦ A ≦ 100 mm 2 , in particular 20 mm 2 ≦ A ≦ 60 mm 2 . This small line cross-section A in the second cooling circuit allows in the heat exchanger good heat transfer between the second cooling liquid and the air supplied to the vehicle interior. This manifests itself by a high temperature difference of the second cooling liquid between a cooling liquid inlet and a cooling liquid outlet of the heat exchanger.
Ferner weist die Pumpe im zweiten Kühlkreislauf eine Förderleistung P auf, wobei vorzugsweise gilt: 50 dm3/h ≤ P ≤ 400 dm3/h, besonders bevorzugt 120 dm3/h ≤ P ≤ 260 dm3/h. Aufgrund dieses recht geringen Durchflusses im zweiten Kühlkreislauf ergibt sich, insbesondere in Verbindung mit den oben genannten, kleinen Leitungsquerschnitten A, eine hohe Temperaturabsenkung der zweiten Kühlflüssigkeit im Wärmetauscher zum Heizen der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft, wobei die Temperaturdifferenz vorzugsweise bei über 20 °C liegt. Diese große Temperaturdifferenz im Wärmetauscher trägt zu einem besonders energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage bei. Furthermore, the pump has a delivery rate P in the second cooling circuit, wherein preferably: 50 dm 3 / h ≦ P ≦ 400 dm 3 / h, particularly preferably 120 dm 3 / h ≦ P ≦ 260 dm 3 / h. Due to this rather low flow in the second cooling circuit results, especially in conjunction with the above, small line cross-sections A, a high temperature drop of the second cooling liquid in the heat exchanger for heating the vehicle interior to be supplied air, the temperature difference is preferably above 20 ° C. This large temperature difference in the heat exchanger contributes to a particularly energy-efficient heat pump operation of the vehicle air conditioning system.
Insbesondere können ein Leitungsquerschnitt A einer Kühlflüssigkeitsleitung und eine Förderleistung P der Pumpe im zweiten Kühlkreislauf so aufeinander abgestimmt sein, dass für eine Strömungsgeschwindigkeit v der zweiten Kühlflüssigkeit gilt: 0,5 m/s ≤ v ≤ 2,0 m/s. In diesem Bereich ist die Strömungsgeschwindigkeit v groß genug, um eine weitgehend konstante und ausreichende Wärmeübertragung zu gewährleisten, sowie klein genug, um einen übermäßigen Leitungsverschleiß infolge Erosion zu vermeiden. In particular, a line cross-section A of a coolant line and a delivery rate P of the pump in the second cooling circuit can be matched to one another such that the following applies for a flow rate v of the second coolant: 0.5 m / s ≦ v ≦ 2.0 m / s. In this range, the flow velocity v is large enough to ensure a largely constant and sufficient heat transfer and small enough to avoid excessive line wear due to erosion.
In einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugklimaanlage ist der Kältemittelkreislauf getrennt von den beiden Kühlkreisläufen ausgebildet, und das Kältemittel unterscheidet sich von den Kühlflüssigkeiten. Aufgrund dieser strömungsmäßig separat ausgebildeten Kreisläufe ohne Fluidverbindung können in den einzelnen Kreisläufen unterschiedliche Medien zum Einsatz kommen. Geeignete Kältemittel sind beispielsweise R 134 a, HFO 1234 yf oder Kohlendioxid. Als Kühlflüssigkeit eignen sich zum Beispiel Wasser, Öle oder besonders bevorzugt Wasser/Glykol-Gemische. In a further embodiment of the vehicle air conditioning system, the refrigerant circuit is formed separately from the two refrigerant circuits, and the refrigerant is different from the refrigerant liquids. Because of these fluidly separate circuits without fluid connection different media can be used in the individual circuits. Suitable refrigerants are, for example, R 134 a, HFO 1234 yf or carbon dioxide. Suitable cooling fluids are, for example, water, oils or particularly preferably water / glycol mixtures.
Vorzugsweise ist auch der erste Kühlkreislauf getrennt vom zweiten Kühlkreislauf ausgebildet. Besonders bevorzugt sind diese strömungsmäßig getrennten, separaten Kühlkreisläufe auch thermisch getrennt, sodass zwischen den beiden Kühlkreisläufen keine unmittelbare Wärmeübertragung möglich ist. Preferably, the first cooling circuit is formed separately from the second cooling circuit. Particularly preferably, these flow separated, separate cooling circuits are also thermally separated so that no direct heat transfer is possible between the two cooling circuits.
Trotz der strömungsmäßig getrennten Ausbildung der Kühlkreisläufe kann jedoch die erste Kühlflüssigkeit mit der zweiten Kühlflüssigkeit identisch sein. Dies reduziert die Anzahl der in der Fahrzeugklimaanlage eingesetzten Kühlmedien, was die Lagerhalterung sowie eine Befüllung der Fahrzeugklimaanlage deutlich vereinfacht. Despite the fluidically separate design of the cooling circuits, however, the first cooling liquid may be identical to the second cooling liquid. This reduces the number of cooling media used in the vehicle air conditioning system, which significantly simplifies the storage and filling of the vehicle air conditioning system.
In einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugklimaanlage weist der erste Kühlkreislauf einen zum Verdampfer parallel geschalteten, insbesondere separat schaltbaren Kühler auf, wobei die erste Kühlflüssigkeit den Kühler durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgeben kann. Üblicherweise ist die Fahrzeugklimaanlage mit einer Steuereinheit ausgerüstet, welche den Durchfluss auf die beiden parallel geschalteten Leitungsabschnitte variabel verteilen oder auf einen der beiden Leitungsabschnitte beschränken kann. Über diese Steuereinheit lässt sich die Fahrzeugklimaanlage mit geringem Aufwand an die jeweils gewünschte Funktion anpassen. In a further embodiment of the vehicle air conditioning system, the first cooling circuit has a cooler connected in parallel to the evaporator, in particular separately switchable cooler, wherein the first cooling liquid can flow through the radiator and thereby emit heat energy to the ambient air. Usually, the vehicle air conditioning system is equipped with a control unit which the Distribute the flow variably to the two line sections connected in parallel or restrict it to one of the two line sections. About this control unit, the vehicle air conditioning can be adapted with little effort to the particular desired function.
In einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugklimaanlage weist der zweite Kühlkreislauf einen zum Wärmetauscher parallel geschalteten, insbesondere separat schaltbaren Kühler auf, wobei die zweite Kühlflüssigkeit den Kühler durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgeben kann. Üblicherweise ist die Fahrzeugklimaanlage mit einer Steuereinheit ausgerüstet, welche den Durchfluss auf die beiden parallel geschalteten Leitungsabschnitte variabel verteilen oder auf einen der beiden Leitungsabschnitte beschränken kann. Über diese Steuereinheit lässt sich die Fahrzeugklimaanlage mit geringem Aufwand an den jeweils gewünschten Betriebsmodus anpassen. In a further embodiment of the vehicle air conditioning system, the second cooling circuit has a cooler connected in parallel to the heat exchanger, in particular separately switchable cooler, wherein the second cooling liquid can flow through the radiator and thereby emit heat energy to the ambient air. The vehicle air conditioning system is usually equipped with a control unit which can variably distribute the flow to the two line sections connected in parallel or restrict it to one of the two line sections. With this control unit, the vehicle air conditioning system can be adapted with little effort to the respective desired operating mode.
Vorzugsweise ist der vom ersten Kühlmittel durchströmbare Verdampfer ein erster Verdampfer und die vorgeschaltete Druckverminderungseinheit eine erste Druckverminderungseinheit, wobei der Kältemittelkreislauf parallel geschaltet zum ersten Verdampfer und der ersten Druckverminderungseinheit einen von der Umgebungsluft durchströmbaren zweiten Verdampfer mit einer vorgeschalteten zweiten Druckverminderungseinheit aufweist. Besonders bevorzugt sind die Druckverminderungseinheiten jeweils als Expansionsventile mit Absperrfunktion ausgebildet, sodass sich über die Druckverminderungseinheiten der Durchfluss auf die beiden parallel geschalteten Leitungsabschnitte verteilen oder auf einen der beiden Leitungsabschnitte beschränken lässt. Auf diese Weise kann die Fahrzeugklimaanlage mit geringem Aufwand von einem Kühlmodus in einen Heizmodus geschaltet werden, und umgekehrt. The evaporator through which the first coolant can flow is preferably a first evaporator and the upstream pressure reduction unit is a first pressure reduction unit, wherein the refrigerant circuit has a second evaporator with an upstream second pressure reduction unit connected in parallel with the first evaporator and the first pressure reduction unit through which the ambient air can flow. Particularly preferably, the pressure reduction units are each designed as expansion valves with shut-off function, so that the flow can be distributed over the pressure reduction units to the two line sections connected in parallel or limited to one of the two line sections. In this way, the vehicle air conditioner can be switched from a cooling mode to a heating mode with little effort, and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Wärmetauscher zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums im Betrieb der Klimaanlage sowohl von der zweiten Kühlflüssigkeit als auch von der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft durchströmt werden, wobei sich bei der Durchströmung des Wärmetauschers die Kühlflüssigkeit um eine Temperaturdifferenz ∆TKF abkühlt und die Luft um eine Temperaturdifferenz ∆TL erwärmt, wobei gilt: 0,3 < ∆TKF / ∆TL < 1,1. Die Einhaltung dieser Temperaturparameter trägt zu einem äußerst energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage bei. According to one embodiment, the heat exchanger for heating the vehicle interior in the operation of the air conditioner can be traversed by both the second cooling liquid and the air supplied to the vehicle interior, wherein the cooling liquid is cooled by a temperature difference .DELTA.T KF in the flow through the heat exchanger and the air to a temperature difference ΔT L is heated, where: 0.3 <ΔT KF / ΔT L <1.1. Compliance with these temperature parameters contributes to extremely energy efficient heat pump operation of the vehicle air conditioning system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Kondensator im Betrieb der Klimaanlage sowohl vom Kältemittel als auch von der zweiten Kühlflüssigkeit durchströmt werden, wobei sich bei der Durchströmung des Kondensators das Kältemittel um eine Temperaturdifferenz ∆TKM abkühlt und die Kühlflüssigkeit um eine Temperaturdifferenz ∆TKF erwärmt, wobei gilt: 0,5 < ∆TKF / ∆TKM < 1,1. Die Einhaltung dieser Temperaturparameter trägt ebenfalls zu einem äußerst energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage bei. According to a further embodiment, during the operation of the air conditioning system, the condenser can be flowed through by both the refrigerant and the second cooling liquid, the refrigerant, as it flows through the condenser, cooling by a temperature difference ΔT KM and heating the cooling liquid by a temperature difference ΔT KF . where: 0.5 <ΔT KF / ΔT KM <1.1. Compliance with these temperature parameters also contributes to extremely energy efficient heat pump operation of the vehicle air conditioning system.
Der Wärmetauscher zum Heizen der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft weist in Luftströmungsrichtung eine Abmessung t auf und umfasst vorzugsweise mehrere parallel angeordnete Flachrohre, wobei zwei benachbarte Flachrohre einen Achsabstand b aufweisen, wobei sich zwischen zwei benachbarten Flachrohren jeweils wenigstens eine Lamelle erstreckt, die in Durchflussrichtung der zweiten Kühlflüssigkeit wellenförmig ausgebildet ist und an einem Wellenberg jeweils ein erstes Flachrohr der beiden benachbarten Flachrohre sowie an einem Wellental ein zweites Flachrohr der beiden benachbarten Flachrohre berührt, wobei die Lamelle in Durchflussrichtung gesehen einen Abstand h zwischen einem Wellenberg und einem Wellental aufweist, und wobei gilt: 25 mm < t < 60 mm, 4 mm < b < 8 mm und 0,6 mm < h < 1,2 mm. Diese Konstruktionsparameter des Wärmetauschers bewirken eine ausgesprochen gute Wärmeübertragung von der zweiten Kühlflüssigkeit auf die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft. The heat exchanger for heating the air supplied to the vehicle interior has a dimension t in the air flow direction and preferably comprises a plurality of parallel flat tubes, wherein two adjacent flat tubes have a center distance b, wherein between two adjacent flat tubes respectively at least one lamella extending in the flow direction of the second Cooling liquid is wave-shaped and on a wave crest in each case a first flat tube of the two adjacent flat tubes and at a trough a second flat tube of the two adjacent flat tubes touches, the lamella seen in the flow direction has a distance h between a wave crest and a trough, and where: 25 mm <t <60 mm, 4 mm <b <8 mm and 0.6 mm <h <1.2 mm. These design parameters of the heat exchanger cause a very good heat transfer from the second cooling liquid to the air that can be supplied to the vehicle interior.
Die Fahrzeugklimaanlage lässt sich beispielsweise in einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor einsetzen, wobei vorzugsweise ein separater, dritter Kühlkreislauf vorgesehen ist, der eine Pumpe zum Umwälzen einer dritten Kühlflüssigkeit sowie einen Wärmetauscher zum Kühlen des Verbrennungsmotors aufweist. Dieser dritte Kühlkreislauf ist besonders bevorzugt vom Kältemittelkreislauf sowie vom ersten und zweiten Kühlkreislauf thermisch und strömungsmäßig getrennt ausgebildet, weist also insbesondere keine Fluidverbindung zu den anderen Kreisläufen auf. Über diesen separaten, dritten Kühlkreislauf kann mit geringem Aufwand die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden. Sofern der dritte Kühlkreislauf eine ausreichende Heizleistung liefert, kann die Wärmepumpe abgestellt oder zumindest in ihrer Leistung gedrosselt werden, was wiederum zu einem besonders energieeffizienten Betrieb der Fahrzeugklimaanlage beiträgt. The vehicle air conditioning system can be used for example in a hybrid vehicle with an internal combustion engine, wherein preferably a separate, third cooling circuit is provided which has a pump for circulating a third cooling liquid and a heat exchanger for cooling the internal combustion engine. This third cooling circuit is particularly preferably formed by the refrigerant circuit and the first and second cooling circuit thermally and fluidly separated, so in particular has no fluid connection to the other circuits. About this separate, third cooling circuit, the waste heat of the engine can be used to heat the vehicle interior with little effort. If the third cooling circuit supplies a sufficient heat output, the heat pump can be turned off or at least throttled in its performance, which in turn contributes to a particularly energy-efficient operation of the vehicle air conditioning.
Hierzu weist der dritte Kühlkreislauf bevorzugt einen Wärmetauscher zum Heizen von dem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft auf. Dadurch lässt sich eine effiziente Wärmeübertragung von der dritten Kühlflüssigkeit auf die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft realisieren, sodass die Wärmepumpe keine oder kaum Heizleistung zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums bereitstellen muss. For this purpose, the third cooling circuit preferably has a heat exchanger for heating air that can be supplied to the vehicle interior. As a result, an efficient transfer of heat from the third cooling liquid to the air that can be supplied to the vehicle interior can be realized so that the heat pump does not have to provide any or hardly any heating power for heating the vehicle interior.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen: Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawings. In these show:
Die
Der Kältemittelkreislauf
Das Kältemittel
Zur thermischen Kopplung des Kältemittelkreislaufs
Zur thermischen Kopplung des Kältemittelkreislaufs
Gemäß
Obwohl die beiden Kühlkreisläufe
Der erste Kühlkreislauf
Zudem ist im ersten Kühlkreislauf
In einem Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage
Entsprechend ist die Steuereinheit
Obwohl die Steuereinheit
Der zweite Kühlkreislauf
Zudem ist im zweiten Kühlkreislauf
In einem Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage
Entsprechend ist die Steuereinheit
Obwohl die Steuereinheit
Für den Fall, dass zum Beispiel unter extremen Randbedingungen eine Heizleistung der Fahrzeugklimaanlage
Im Kältemittelkreislauf
Im Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage
Entsprechend sperrt die erste Druckverminderungseinheit
Obwohl die Druckverminderungseinheiten
Gemäß
Um einen besonders energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage
Ferner weist die Pumpe
Besonders bevorzugt sind der Leitungsquerschnitt A der Kühlflüssigkeitsleitung
Der kleine Leitungsquerschnitt A sowie der geringe Durchfluss im zweiten Kühlkreislauf
Infolge der thermischen Kopplung der Kreisläufe
Gleichzeitig lässt sich aufgrund der fluidischen Kreislauftrennung jeder einzelne Kreislauf
So ist der erste Kühlkreislauf
Der zwischen die Kühlkreisläufe
Falls die Fahrzeugklimaanlage
Gemäß
Zudem ist im dritten Kühlkreislauf
In einem Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage
Entsprechend ist die Steuereinheit
Obwohl die Steuereinheit
Der Wärmetauscher
Der dritte Kühlkreislauf
Insgesamt ergibt sich eine Fahrzeugklimaanlage
Die
Dabei wird deutlich, dass sich das dampfförmige, überhitzte Kältemittel
Je nach Temperaturverlauf des Kältemittels
Vorzugsweise kann der Kondensator
Im Übrigen kann der Wärmetauscher
Zum Vergleich sind in
Die größeren Temperaturunterschiede und die damit einhergehende, bessere Heizleistung der Fahrzeugklimaanlage
Die
Die Enthalpie E im Kondensator
Als Kältemittel
Der beschriebene Kältemittelkreislauf
Die
So weist der Wärmetauscher
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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