DE102014102078A1

DE102014102078A1 - Verfahren zum Abtauen eines Wärmeübertragers einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102014102078A1
Application number: DE102014102078.2A
Authority: DE
Inventors: Hans Hammer; Dirk Schroeder; Jörg Bodewig; Peter Heyl
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Audi AG; Hanon Systems Corp
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: DE102014102078B4; KR20150098167A; KR101550533B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen eines Wärmeübertragers (6) eines Kältemittelkreislaufes (2) einer Klimaanlage (1) zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: – Betreiben des Kältemittelkreislaufes (2) im Wärmepumpenmodus, wobei im als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager (6) Wärme von der Umgebungsluft als eine Wärmequelle an das Kältemittel übertragen wird, – Bestimmen der Temperatur der Umgebungsluft und der Luft im Fahrgastraum, – Ermitteln eines Sollwertes der Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Wärmeübertrager (6), – Bestimmen des Grades der Vereisung der Oberfläche des Wärmeübertragers (6) anhand von Temperatur und Druck des Kältemittels am Austritt und am Eintritt des Wärmeübertragers (6) sowie Vergleichen der Werte mit einem Sollwert der Verdampfungstemperatur, – Bestimmen des Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges, – Umschalten des Betriebs des Kältemittelkreislaufes (2) vom Wärmepumpenmodus in einen Abtaumodus – wenn der Sollwert der Verdampfungstemperatur nicht einregelbar ist und – bei Stillstand des Kraftfahrzeuges.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen eines Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers eines für einen kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus ausgebildeten Kältemittelkreislaufes einer Klimaanlage. Die Klimaanlage ist zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges vorgesehen.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugen wird zur Erwärmung der Zuluft für den Fahrgastraum die Abwärme des Motors genutzt. Die Abwärme wird mittels des im Motorkühlkreislauf umgewälzten Kühlmittels zum Klimagerät der Klimaanlage geführt und dort über den Heizungswärmeübertrager an die in den Fahrgastraum einströmende Luft übertragen. Bekannte Anlagen mit Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, die die Heizleistung aus dem Kühlkreislauf eines effizienten Verbrennungsmotors des Fahrzeugantriebs beziehen, erreichen bei niedrigen Umgebungstemperaturen nicht mehr das für eine komfortable Aufheizung des Fahrgastraums erforderliche Temperaturniveau, um den Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums zu decken. Ähnliches gilt für Anlagen in Fahrzeugen mit Hybridantrieb. Wenn der Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums mittels der Wärme aus dem Motorkühlkreislauf nicht gedeckt werden kann, sind Zuheizmaßnahmen, wie eine elektrische Widerstandsheizung (PTC) oder Kraftstoffheizer, erforderlich. Eine effizientere Möglichkeit zur Beheizung der Luft für den Fahrgastraum ist eine Wärmepumpe mit Luft als Wärmequelle, bei welcher der Kältemittelkreislauf sowohl als einzige Beheizung als auch als Zuheizmaßnahme dient.
Zum Stand der Technik gehörende Luft-Luft-Wärmepumpen, die für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus, demzufolge auch für den Heizmodus, ausgebildet sind, nehmen die Wärme aus der Umgebungsluft auf. Mit geringer werdender Temperatur der Umgebungsluft sinkt das Niederdruckniveau des Kältemittelkreislaufes, die Dichte des Kältemittels, der entsprechende Massenstrom des Kältemittels und letztlich die Heizleistung. Mit geringer werdender an den Luftstrom übertragbarer Wärme sinkt letztendlich auch die Ausblastemperatur des Luftstromes.
Im als Wärmepumpenverdampfer betriebenen Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager stellen sich Temperaturen des Kältemittels ein, welche zur Wärmeübertragung von der Umgebungsluft an das Kältemittel stets unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft liegen. Je nach Witterungsbedingung, insbesondere Luftfeuchtigkeit, Nebel, Dunst oder Straßenfeuchte, besteht die Gefahr, dass die den Wärmeübertrager durchströmende, in der Luft gebundene Feuchtigkeit, aufgrund der Abkühlung als Kondensat ausfällt. Die den Wärmeübertrager durchströmende Luft wird abgekühlt und entfeuchtet. Das Unterschreiten von Temperaturen der Oberfläche des Wärmeübertragers von 0°C lässt die Feuchtigkeit gefrieren. Es entstehen Reif und Eis. Die Oberfläche des Wärmeübertragers setzt sich kontinuierlich zu, sodass sich der Wärmeübergang verschlechtert und zu einer zu vernachlässigenden Heizleistung der Klimaanlage führt. Neben der Reduktion der Heizleistung der Luft-Luft-Wärmepumpe wird auch die Anströmung des Motorkühlers blockiert, welche sich auf die Leistungen innerhalb des Motorkühlkreislaufes auswirken kann.
Die DE 10 2010 042 127 A1 betrifft einen Kältemittelkreislauf und ein Verfahren zum Betreiben des Kältemittelkreislaufes einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektrofahrzeuges oder Hybridfahrzeuges. Der Kältemittelkreislauf umfasst einen Primärkreislauf mit einem Verdichter, einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, einem Sammler, einem ersten Expansionsorgan, einem Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrzeuginnenraums an das Kältemittel sowie einem parallel zum Wärmeübertrager geschaltet angeordneten Wärmeübertrager. Zudem weist der Kältemittelkreislauf einen Sekundärstrang mit einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Zuluft des Fahrzeuginnenraums sowie einem sich daran anschließenden Regelventil auf. Der Kältemittelkreislauf ist für einen kombinierten Kühlmodus und Heizmodus sowie für einen Nachheizmodus für die zu konditionierende Zuluft des Fahrzeuginnenraums vorgesehen.
Aus der EP 1 992 508 A1 geht eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges hervor, welche bei geringen Temperaturen der Umgebungsluft als Luft-Luft-Wärmepumpe schaltbar ist, um die ansonsten über die Abwärme der Antriebsquelle des Kraftfahrzeuges, zum Beispiel einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor, betriebene Beheizung des Fahrgastraums in ihrer Wirkung zu verstärken. Da mit geringer werdenden Temperaturen der Umgebungsluft der Wirkungsgrad der Luft-Luft-Wärmepumpe und deren Zuheizleistung sinken, wird die Zufuhr von Außenluft durch Schließen einer Kühlluftjalousie verhindert und ein Umluftbetrieb geschaltet. Beim Umluftbetrieb wird die wärmere Luft des Motorraums umgewälzt. Von zwei parallel angeordneten Gebläsen ist während des Umluftbetriebs eines aktiviert und die Umluft wird durch die Wärmeübertrager gesaugt, während die Umluft über das zweite, abgeschaltete Gebläse zurückströmt.
In der DE 10 2011 013 856 A1 wird eine Vorrichtung zur veränderlichen Anströmung eines Wärmeübertragermoduls in Kraftfahrzeugen mit einer Klima- und Heizungsanlage des Fahrgastraums offenbart. Das über eine verstellbare Kühlluftjalousie in einem Zuluftkanal mit der Umgebung verbindbare Wärmeübertragermodul ist aus einem Kondensator der Klimaanlage, einem Wasserkühler des Motorkühlkreislaufes und mindestens einem nachgeschalteten, elektrisch angetriebenen Lüfter ausgebildet. Das Modul schließt sich an einen Motorraum einer über den Wasserkühler gekühlten Antriebsquelle des Kraftfahrzeuges an. Die Klimaanlage ist als Luft-Luft-Wärmepumpe umschaltbar, wobei die Kühlluftjalousie in diesem Betriebszustand geschlossen ist, sodass die warme Luft aus dem Motorraum im Umluftbetrieb über den aktivierten Lüfter durch die Wärmeübertrager und zurück in den Motorraum gefördert wird. Im Motorraum ist mindestens eine das Wärmeübertragermodul umgehende, in den Zuluftkanal mündende Luftführungsleitung vorgesehen, welche über zumindest ein Absperrorgan steuerbar ist. Das Absperrorgan ist bei geschlossener Kühlluftjalousie geöffnet. Der Lüfter ist aktiviert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf für einen kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus zum Heizen, Kühlen und Entfeuchten der zu konditionierenden Luft für den Fahrgastraum, insbesondere von Kraftfahrzeugen mit unzureichender Wärmequelle aus dem Antrieb, weiterzubilden. Dabei soll eine hohe Betriebssicherheit bei minimalem Aufwand gewährleistet sein. Die Klimaanlage soll in den verschiedenen Betriebsmodi mit maximaler Effizienz betreibbar sein. Dabei ist insbesondere für den Betrieb im Wärmepumpenmodus ein Verfahren zum Abtauen eines Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers und zur Trocknung der abgetauten Oberfläche bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abtauen eines Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers eines für einen kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus ausgebildeten Kältemittelkreislaufes einer Klimaanlage zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:

– Betreiben des Kältemittelkreislaufes im Wärmepumpenmodus, wobei im als Verdampfer betriebenen Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager Wärme von der Umgebungsluft als eine Wärmequelle an das Kältemittel übertragen wird,
– Bestimmen der Temperatur der Umgebungsluft und der Luft im Fahrgastraum,
– Ermitteln eines Sollwertes der Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager,
– Bestimmen des Grades der Vereisung der Oberfläche des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers anhand von Temperatur und Druck des Kältemittels am Austritt und am Eintritt des Wärmeübertragers sowie Vergleichen der Werte mit einem Sollwert der Verdampfungstemperatur,
– Bestimmen des Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges,
– Umschalten des Betriebs des Kältemittelkreislaufes vom Wärmepumpenmodus in einen Abtaumodus,
– wenn der Sollwert der Verdampfungstemperatur nicht einregelbar ist und
– bei Stillstand des Kraftfahrzeuges.

Der Kältemittelkreislauf der Klimaanlage ist neben dem kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus vorteilhaft auch für einen Nachheizmodus ausgebildet. Der Sollwert der Verdampfungstemperatur des Kältemittels innerhalb des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers, welcher aus der Differenz zur Temperatur der Umgebungsluft bestimmt wird, ist dabei insbesondere abhängig vom Absolutwert der Temperatur der Umgebungsluft und der Differenz zum Gefrierpunkt, der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft, der Anströmgeschwindigkeit der Zuluft an die Oberfläche des Wärmeübertragers sowie der Beschaffenheit und Größe der Oberfläche des Wärmeübertragers sowie dem erwarteten oder geschätzten Heizleistungsbedarf für den Fahrgastraum.
Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Fahrzustand des mit einem Motor angetriebenen Kraftfahrzeuges anhand der Geschwindigkeit, welche dem Fahrzeugführer auch von einem Anzeigegerät bereitgestellt wird, bestimmt. Der Wert der Geschwindigkeit wird mit einem Sollwert verglichen. Unter dem Stillstand des Kraftfahrzeuges ist dabei ein Bereich der Geschwindigkeit von 0 km/h bis zu einer sehr geringen Geschwindigkeit, insbesondere einer sogenannten Schrittgeschwindigkeit, zu verstehen. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Fahrzustand des Kraftfahrzeuges anhand der Drehzahl des Motors bestimmt. Der Wert der Drehzahl wird mit einem Sollwert einer Leerlaufdrehzahl verglichen. Nach einer dritten alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Fahrzustand des Kraftfahrzeuges anhand von Daten vorausfahrender Kraftfahrzeuge bestimmt, wie den Fahrgeschwindigkeiten und der Anzahl der Kraftfahrzeuge oder der Anzahl an Kraftfahrzeugen in einer bestimmten Umgebung, beispielsweise zur Erkennung einer Staugefahr.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Kraftfahrzeug mit Kommunikationsmitteln ausgebildet, welche derart konfiguriert sind, mit Verkehrsleiteinrichtungen zu kommunizieren. Das Kraftfahrzeug steht somit über Kommunikationsmittel mit den Verkehrsleiteinrichtungen in Verbindung, welche eine Stillstandszeit des Kraftfahrzeuges betreffende Daten an das Kraftfahrzeug übermitteln. Die sogenannten intelligenten Verkehrsleiteinrichtungen sind zum Beispiel an Ampelkreuzungen oder Bahnübergängen installiert und übermitteln die Stoppphasendauer bei auf rot geschalteter Ampel oder geschlossenem Übergang. Dabei werden neben den Verkehrsleiteinrichtungen selbst auch potentielle Verkehrsleiteinrichtungen auf der Fahrtstrecke berücksichtigt.
Eine mögliche Stillstandszeit des Kraftfahrzeuges wird folglich anhand der aufgeführten Daten, wie der angezeigten Geschwindigkeit, der Drehzahl des Motors, den Daten vorausfahrender Kraftfahrzeuge oder den Daten der Verkehrsleiteinrichtungen, zusammen mit den Daten eines zum Kraftfahrzeug gehörenden Navigationsgerätes vorausberechnet.
Zudem kann anhand der aktuellen Verkehrssituation, insbesondere bei Stau, und einer von einem Navigationsgerät berechneten Fahrtroute die erwartete Fahrtzeit bestimmt werden. Mit der Verzögerung, welche sich aus der Differenz der erwarteten Fahrtzeit und der Fahrtzeit bei optimaler Verkehrssituation ergibt, kann entschieden werden, ob es bei einer zu erwartenden Stillstandszeit des Kraftfahrzeuges sinnvoll ist, die Klimaanlage in den Abtaumodus umzuschalten.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kältemittelkreislauf ein dem Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels im Wärmepumpenmodus vorgelagertes Expansionsventil auf. Von besonderem Vorteil ist, dass ein Öffnungsgrad des Expansionsventils bestimmt wird. Bei einer Verringerung der Temperatur des Kältemittels am Eintritt des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers und minimalem Öffnungsgrad des Expansionsventils wird vom Betrieb des Kältemittelkreislaufes im Wärmepumpenmodus in den Abtaumodus umgeschaltet.
Auch bei der Verringerung des Druckes des Kältemittels im Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager auf einen Druck und eine zugehörige Verdampfungstemperatur, welche unterhalb einer sich aus einer vorgegebenen Differenz zur Umgebungstemperatur ergebenden Temperatur liegt, wird vorteilhaft vom Betrieb des Kältemittelkreislaufes im Wärmepumpenmodus in den Abtaumodus umgeschaltet. Der Umschaltvorgang erfolgt somit bei Überschreiten der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Verdampfungstemperatur über einen vorgegebenen Sollwert.
Zudem wird bevorzugt bei der Verringerung der zu übertragenden Leistung am Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager vom Betrieb des Kältemittelkreislaufes im Wärmepumpenmodus in den Abtaumodus umgeschaltet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Klimaanlage in einem Frontbereich des Kraftfahrzeuges einen Zuluftkanal auf, in welchem der Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager innerhalb einer Wärmeübertrageranordnung mit mindestens einem Gebläse angeordnet ist. Der Zuluftkanal mündet dabei an einem ersten Ende in einen Motorraum, in welchem der Motor des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Zudem sind Luftführungskanäle ausgebildet, welche den Motorraum mit einem zweiten Ende des Zuluftkanales strömungstechnisch verbinden. Von Vorteil ist, dass das Gebläse beim Betrieb im Abtaumodus eingeschaltet und mit geringer Leistung betrieben wird, sodass die warme Luft des Motorraums vom Motorraum aus durch den Zuluftkanal und den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager sowie die Luftführungskanäle in einem Umluftbetrieb umgewälzt wird. Nach einer festgelegten oder vorbestimmten Zeitdauer wird das Gebläse mit maximaler Leistung betrieben.
Die Leistung des Gebläses der Wärmeübertrageranordnung wird dabei bevorzugt nach einer Zeitdauer im Bereich von 10 s bis 240 s auf den maximalen Wert erhöht.
Die Kühlluftjalousie wird beim Betrieb im Abtaumodus vorteilhaft geschlossen. Die Kühlluftjalousie wird bevorzugt elektrisch verstellt.
Weitere Vorteile der Klimaanlage gegenüber dem Stand der Technik lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

– Nutzung von Motorraumwärme zum Abtauen beziehungsweise Enteisen des im Wärmepumpenmodus als Verdampfer betriebenen Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers, da mit zunehmender Betriebsdauer des Kraftfahrzeuges, insbesondere mit Verbrennungsmotor, die Temperatur im Motorraum zunimmt,
– Verhinderung der Verblockung der luftstromabwärts des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers angeordneten weiteren Wärmeübertrager, beispielsweise des Kühlmittelkühlers des Motorkühlkreislaufers,
– das Entfeuchten beziehungsweise Trocknen des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers führt zur Verlängerung der Betriebsdauer der Klimaanlage im Wärmepumpenmodus,
– schnelles Abtauen und Trocknen der Oberfläche des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers,
– das Nutzen der Motorabwärme und das parallele Umschalten auf alternative Wärmequellen, wie das Kühlwasser des Motorkühlkreislaufes oder Abgas ermöglicht einen Abtauprozess ohne Komforteinbuße für die Fahrgäste, da der Heizprozess ohne Abschaltung fortgesetzt werden kann,
– Verlängerung der Nutzungsdauer der effizienten Luft-Luft-Wärmepumpe und Nutzung der „kostenlosen“, in der Umgebungsluft gebundenen Wärmeenergie sowie
– kostengünstige Möglichkeit des Abtauens und des Trocknens des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers ist auch ohne Kühlluftjalousien im Stand des Kraftfahrzeuges möglich.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen
1: ein Fließbild der Klimaanlage mit dem Kältemittelkreislauf im Abtaumodus und
2: eine Draufsicht auf einen Frontbereich eines Kraftfahrzeuges mit einer frontseitigen Kühlluftjalousie und einer Wärmeübertrageranordnung im Zuluftkanal, einem wassergekühlten Motor als Antriebsquelle des Kraftfahrzeuges in einem Motorraum mit Seitenkanälen als Luftführungsleitungen für einen Umluftbetrieb.
In 1 ist die Klimaanlage 1 für ein Kraftfahrzeug mit dem Kältemittelkreislauf 2 und dem Motorkühlkreislauf 3 im Abtaumodus dargestellt.
Der primäre Kältemittelkreislauf 2 umfasst neben den in Strömungsrichtung des Kältemittels bei einem herkömmlichen Kälteanlagenmodus die nacheinander vom Kältemittel durchströmten Verdampfer 4, Verdichter 5, den als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager 6 zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, den Sammler 7 und das Ventil 16 sowie einen inneren Wärmeübertrager 8. Unter dem inneren Wärmeübertrager 8 ist ein kreislaufinterner Wärmeübertrager zu verstehen, welcher der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel bei Hochdruck und dem Kältemittel bei Niederdruck dient. Dabei wird beispielsweise einerseits das flüssige Kältemittel nach der Kondensation weiter abgekühlt und andererseits das Sauggas vor dem Verdichter 5 überhitzt. Das Rückschlagventil 19 verhindert das Durchströmen des Kältemittels aus Richtung des Ventils 16 in den Wärmeübertrager 11. In der entgegengesetzten Strömungsrichtung ist das Rückschlagventil 19 durchlässig.
Zum Heizen der Zuluft für den Fahrgastraum beziehungsweise für den Betrieb im Wärmepumpenmodus weist der Kältemittelkreislauf 2 der Klimaanlage 1 sekundäre Strömungspfade mit zusätzlichen Komponenten auf.
Am Austritt des Verdichters 5 ist ein Abzweig 24 ausgebildet. Zwischen dem Abzweig 24 und dem Wärmeübertrager 6 ist ein zusätzliches Absperrventil 14 angeordnet. Ein erster sekundärer Strömungspfad erstreckt sich vom Abzweig 24 bis zum Abzweig 26 am Austritt des Expansionsventils 16 und weist in Strömungsrichtung des Kältemittels vom Verdichter 5 ausgehend ein Absperrventil 13 sowie einen Wärmeübertrager 11 auf, welcher auch als Heizregister 11 bezeichnet wird und die Funktion eines zweiten Kondensators/Gaskühlers erfüllt. Der Wärmeübertrager 11 dient zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft. Der in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Verdichter 5 angeordnete Abzweig 24 sowie die Absperrventile 13, 14 werden auch als Ventilanordnung bezeichnet.
Der Verdampfer 4 weist am Eintritt ein als Expansionsventil ausgebildetes zusätzliches Ventil 9 und am Austritt ein Rückschlagventil 20 auf. Der erste sekundäre Strömungspfad mündet zwischen dem Expansionsventil 16 und dem Ventil 9 in den primären Kältemittelkreislauf. Das Ventil 9 und das Rückschlagventil 20 verschließen den Verdampfer 4 beidseitig und unterbinden damit die Strömung des Kältemittels durch den Verdampfer 4 im Wärmepumpenmodus. Das Rückschlagventil 20 verhindert die Kältemitteleinlagerung im Verdampfer 4 im Wärmepumpenmodus.
Ein zweiter sekundärer Strömungspfad erstreckt sich von einem Abzweig 25, welcher zwischen dem Wärmeübertrager 6 und dem Sammler 7 angeordnet ist, bis zur Mündungsstelle 27 am Eintritt in den Verdichter 5. Der zweite sekundäre Strömungspfad mündet folglich zwischen dem inneren Wärmeübertrager 8 und dem Verdichter 5 in den primären Kältemittelkreislauf und weist ein Expansionsventil 18 sowie einen Wärmeübertrager 10 auf. Der Wärmeübertrager 10 wird einerseits von Kältemittel und andererseits vom Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes 3 durchströmt. Kältemittelseitig wird der Wärmeübertrager 10 als Verdampfer betrieben, sodass je nach Betriebsmodus Wärme vom Kühlmittel an das Kältemittel übertragen wird. Der Wärmeübertrager 10 zur Wärmezufuhr vom Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes 3 an das Kältemittel wird auch als Chiller bezeichnet. Ein dritter sekundärer Strömungspfad erstreckt sich ausgehend von der Verbindung zwischen dem zur Ventilanordnung gehörenden Ventil 14 und dem Wärmeübertrager 6 bis zum Eintritt in den Verdichter 5.
Innerhalb des Motorkühlkreislaufes 3 wird das Kühlmittel, bevorzugt ein Wasser-Glykol-Gemisch, zwischen dem Motor 21 und den Wärmeübertragern 10, 12 umgewälzt. Dabei wird die vom Motor 21 abgegebene Wärme zu den strömungstechnisch parallel geschalteten Wärmeübertragern 10, 12 transportiert, welche auch als Glykolkühler anzusehen sind. Im Wärmeübertrager 10 wird die Wärme an das verdampfende Kältemittel im Kältemittelkreislauf 2 übertragen. Der Wärmeübertrager 10 ist somit als Glykol-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet. Im Wärmeübertrager 12 wird die Wärme an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen, sodass dieser auch als Heizungswärmeübertrager 12 bezeichnet wird. Der Wärmeübertrager 12 ist als Glykol-Luft-Wärmeübertrager ausgebildet. Die parallel geschalteten Strömungspfade des Motorkühlkreislaufes 3 werden mittels Absperrventilen 22, 23 geöffnet oder geschlossen, wobei jeder Strömungspfad mit einem Absperrventil 22, 23 ausgebildet ist und damit separat geschaltet werden kann.
Die Absperrventile 22, 23 werden bevorzugt taktbar oder regelbar ausgebildet, um den Volumenstrom des Kühlmittels je nach Bedarf variieren zu können und damit den optimalen Durchfluss an den jeweiligen Wärmeübertrager 10, 12 einzustellen.
Die über ein nichtdargestelltes Gebläse angesaugte Luft wird in Strömungsrichtung zuerst über den Verdampfer 4, anschließend den Heizungswärmeübertrager 12 und dann das Heizregister 11 geleitet, bevor sie in den Fahrgastraum einströmt. Die Wärmeübertrager 4, 12, 11 sind folglich in angegebener Reihenfolge bezüglich der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft hintereinander angeordnet und werden je nach Bedarf und Betriebsmodus zu- oder abgeschaltet. Alternativ kann das Heizregister 11 in Strömungsrichtung der Luft auch vor dem Heizungswärmeübertrager 12 angeordnet sein.
Bei geringen Umgebungstemperaturen ist der Fahrgastraum zu beheizen, was mittels der im Heiz- beziehungsweise Wärmepumpenmodus betriebenen Klimaanlage 1 realisierbar ist. Im Wärmepumpenmodus der Klimaanlage 1 werden die Ventile 9, 13, 14 derart geschaltet, dass der Kältemittelmassenstrom nach dem Verdichter 5 durch den ersten sekundären Strömungspfad und damit durch das als zweiter Kondensator/Gaskühler ausgebildete Heizregister 11 geführt wird. Im Heizregister 11 wird Wärme vom Kältemittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgegeben.
Im Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle wird das Kältemittel beim Durchströmen des Expansionsventils 17 auf ein unterhalb der Umgebungstemperatur liegendes Druckniveau und zugehöriges Temperaturniveau ins Zweiphasengebiet entspannt. Mittels des Expansionsventils 17 wird folglich die Temperatur des Kältemittels am Eintritt in den Wärmeübertrager 6 als Verdampfungstemperatur auf einen Wert unterhalb der Umgebungstemperatur geregelt. Anschließend wird im als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager 6 Wärme von der Umgebung an das Kältemittel übertragen. Die Klimaanlage 1 nimmt die Wärme aus der Umgebungsluft auf. Der Kältemittelmassenstrom wird nach dem Austreten aus dem Wärmeübertrager 6 durch den dritten sekundären Strömungspfad und das geöffnete Absperrventil 15 zum Eintritt des Verdichters 5 geleitet. Der Kältemittelkreislauf 2 ist somit geschlossen.
Im Wärmepumpenmodus mit dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes 3 als Wärmequelle wird das Kältemittel beim Durchströmen des Expansionsventils 18 auf ein der Kühlmitteltemperatur entsprechendes Druckniveau beziehungsweise darunter ins Zweiphasengebiet entspannt. Anschließend wird im Verdampfer 10 Wärme vom im Motorkühlkreislauf 3 umgewälzten Kühlmittel an das Kältemittel übertragen. Die Klimaanlage 1 nimmt die Wärme aus dem Motorkühlkreislauf 3 auf. Der Kältemittelmassenstrom wird nach dem Austreten aus dem Verdampfer 10 vom Verdichter 5 angesaugt. Der Kältemittelkreislauf 2 ist geschlossen.
Im Motorkühlkreislauf 3 wird das Kühlmittel zwischen dem Motor 21 und dem Verdampfer 10 umgewälzt. Das Absperrventil 22 ist geöffnet. Bei gleichzeitig geschlossenem Absperrventil 23 strömt das Kühlmittel ausschließlich durch den Verdampfer 10, sodass die am Motor 21 abgeführte Wärme ausschließlich an das Kältemittel im Kältemittelkreislauf 2 übertragen wird. Alternativ kann neben dem Absperrventil 22 auch das Absperrventil 23 geöffnet sein. Das Kühlmittel strömt dann parallel sowohl durch den Verdampfer 10 als auch durch den Heizungswärmeübertrager 12, sodass die am Motor 21 abgeführte Wärme sowohl an das Kältemittel als auch an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen wird.
Je nach Wärmepumpenmodus mit unterschiedlichen Wärmequellen sind die Ventile 17, 18 wechselseitig geschlossen oder geöffnet, sodass entweder der Wärmeübertrager 6 oder der Wärmeübertrager 10 von Kältemittel durchströmt wird, während der jeweils andere Wärmeübertrager 6, 10 nicht beaufschlagt ist. Alternativ können auch beide Wärmeübertrager 6, 10 von Kältemittel durchströmt werden, sodass sowohl die Umgebungsluft als auch das Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes 3 als Wärmequellen nutzbar sind. Neben der Umgebungsluft und dem Kühlmittel sind auch andere Wärmequellen, wie Abgas, Ladeluft, Solarwärme oder Elektronikabwärme, nutzbar. Das Kühlmittel im Motorkühlkreislauf könnte beispielsweise auch mittels einer Widerstandsheizung erwärmt werden. Zudem kann als Umgebungsluft auch die Luft aus dem Motorraum und damit die Motorraumabwärme als Wärmequelle genutzt werden.
Zur Vermeidung der Vereisung des Wärmeübertragers 6 beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit Umgebungsluft als Wärmequelle kann bei Unterschreiten eines Grenzwertes der Temperatur oder des Druckes des Kältemittels am Austritt des Wärmeübertragers 6 die Leistung des Verdichters 5 reduziert beziehungsweise abgeregelt werden.
Beim Betrieb im Abtaumodus wird der zuvor beim Betrieb im Wärmepumpenmodus zur Wärmeaufnahme als Verdampfer betriebene Wärmeübertrager 6 abgetaut beziehungsweise enteist. Das aus dem Verdichter 5 unter Hochdruck und mit hohen Temperaturen austretende Kältemittel wird bei geöffnetem Absperrventil 14 und geschlossenem Absperrventil 13 durch den Wärmeübertrager 6 gefördert. Unter Wärmeabgabe des Kältemittels wird die Wärmeübertragungsfläche des nunmehr als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertragers 6 enteist. Nach Entspannung des Kältemittels im Expansionsventil 18 nimmt das Kältemittel im Verdampfer 10 Wärme aus dem Motorkühlkreislauf 3 auf und wird vom Verdichter 5 angesaugt. Im Motorkühlkreislauf 3 wird das Kühlmittel bei geöffnetem Absperrventil 22 zwischen dem Motor 21 und dem Verdampfer 10 umgewälzt.
Das Umschalten des Kältemittelkreislaufes 2 in den Abtaumodus des Wärmeübertragers 6 innerhalb des Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle erfolgt in Abhängigkeit

– der Schaltungen der Expansionsventile 17, 18,
– der Drehzahl des Motors 21, beispielsweise zum Bestimmen des Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges,
– der Temperatur der Umgebungsluft beziehungsweise dem damit verbundenen Entfeuchtungspotential,
– der Temperatur des Kühlmittels im Motorkühlkreislauf 3,
– der Temperatur des Fahrgastraums,
– des Umluft-/Frischluftanteils im Strömungskanal der Zuluft für den Fahrgastraum,
– den Komfortbedürfnissen der Insassen, welche aus den Einstellungen am Klimabediengerät resultieren,
– von Daten des Regensensors, des Feuchte-Sensors und des Sonnensensors,
– Straßenverkehrsbotschaften, wie Ampelsignalen, und
– Daten von anderen Fahrzeugen.

Gleichzeitig wird mittels Durchströmen des Heizungswärmeübertragers 12 mit Kühlmittel ein Mangel an Heizleistung kompensiert.
Zur Bestimmung der einzelnen Parameter werden beispielsweise Sensoren für die Temperatur des Kühlmittels und der Luft der Umgebung sowie des Motorraums, für die Luftfeuchte, für die Motordrehzahl, für Regen, für Licht, für Ampelsignale, wie die Dauer der Rot-Phase, für die Luftqualität und für Parameter bezüglich vorausfahrender Kraftfahrzeuge verwendet.
Zur Erkennung einer Vereisung des Wärmeübertragers 6 im Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle können zudem folgende Parameter herangezogen werden:

– die Temperatur und der Druck des Kältemittels am Austritt und am Eintritt des Wärmeübertragers 6 beziehungsweise am Austritt des Verdichters 5 sowie eine Verringerung der Temperatur des Kältemittels am Austritt des Verdichters 5 und/oder des Hochdruckes,
– der Saugdruck und die Leistung des Verdichters 5,
– der Öffnungsgrad des geregelten Expansionsventils 17,
– die Verringerung der Temperatur des Kältemittels am Eintritt des Wärmeübertragers 6 bei minimalem Öffnungsgrad des Expansionsventils 17, sodass der Sollwert der Verdampfungstemperatur nicht mehr einregelbar ist,
– die Verringerung des Druckes des Kältemittels im Wärmeübertrager 6 auf einen Druck, dessen zugehörige Verdampfungstemperatur weit unterhalb der Umgebungstemperatur liegt,
– die Verringerung der zu übertragenden Leistung am Wärmeübertrager 6,
– die Temperaturen und der Widerstand am Wärmeübertrager 6 sowie
– die visuelle Beobachtung des Wärmeübertragers 6 mittels einer Kamera.

Nach einer ersten Ausführung werden die Temperaturen des Kühlmittels und der Umgebung, der Fahrzustand, der von den Insassen gewählte Komfort sowie der anhand von Druck und Temperatur am Austritt des Verdichters 5 sowie des Saugdruckes ermittelte Zustand des Wärmeübertragers 6 geprüft, um den möglicherweise notwendigen Beginn des Vorgangs des Enteisens zu entscheiden. Wenn eine Vereisung mit notwendigem Beginn des Vorgangs des Enteisens analysiert wird, aber eine Abtauung auf Grund der vorgegebenen Randbedingungen nicht möglich ist, kann die Klimaanlage 1 alternativ in den Wärmepumpenmodus mit Kühlmittel als Wärmequelle eingeschaltet werden. Die Klimaanlage 1 ist dann solange zu betreiben, bis eine Abtauung möglich ist. Der Umschaltvorgang zwischen den Wärmepumpenmodi erfolgt in Abhängigkeit der oben genannten Randbedingungen.
Für den Vorgang des Abtauens werden die Absperrventile 13, 14, 15 und die Expansionsventile 16, 17, 18 derart geschaltet, dass das Kältemittel gemäß 1 im Kältemittelkreislauf 2 umgewälzt wird. Ein in 1 nicht dargestelltes, dem Wärmeübertrager 6 zugeordnetes Gebläse wird zu Beginn des Vorgangs bei geringster Drehzahl betrieben, eventuell vorhandene Kühlluftjalousien werden geschlossen. Das Gebläse 38 und die Kühlluftjalousien 35 gehen aus 2 hervor. Nach einer Zeitdauer von einigen Sekunden oder Minuten wird das dem Wärmeübertrager 6 zugeordnete Gebläse 38 mit bis zu maximaler Drehzahl betrieben, um den Wärmeübertrager 6 zu trocknen. Dabei sind die Kühlluftjalousien 35 möglichst geschlossen zu halten, um warme Luft aus dem Motorraum 39 zu verwenden und die Feuchtigkeit bei Temperaturen unter 0°C nicht wieder an der Oberfläche des Wärmeübertragers 6 anzufrieren. Nach dem Beenden des Abtaumodus und dem Abschalten des Verdichters 5 sind die Ventile 9, 13, 14, 15, 16, 17, 18 des Kältemittelkreislaufes 2 für einen erneuten Betrieb der Klimaanlage 1 im Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle umzuschalten.
Insbesondere wenn das Kraftfahrzeug im Frontbereich 30 keine Kühlluftjalousien aufweist, wird der Kältemittelkreislauf 2 bevorzugt im Stillstand des Kraftfahrzeuges, das heißt bei sehr geringen Geschwindigkeiten oder einer Geschwindigkeit von 0 km/h im Abtaumodus betrieben. Das Kraftfahrzeug steht beispielsweise an oder bei Ampelkreuzungen beziehungsweise Ampelstopps oder an geschlossenen Bahnübergängen still. Der Stillstand wird einerseits über Sensoren ermittelt, welche entweder den Stillstand selbst oder den Leerlauf bestimmen, oder kann an sogenannten intelligenten Ampeln mittels Kommunikation mit den Signalanlagen, zum Beispiel auch der Übermittlung der Stoppphasendauer, ermittelt werden. Beim Abtaumodus wird der Kältemittelkreislauf 2 mit möglichst hohem Hochdruck und damit hoher Einlasstemperatur des Kältemittels in den Wärmeübertrager 6 betrieben, um den Vorgang der Abtauung zu beschleunigen. Dabei kann zudem auf oben genannte alternative Wärmequellen zurückgegriffen werden. Die beim Durchströmen der alternativen Wärmequellen aufgenommene Wärme wird im Wärmeübertrager 6 zum Abtauen abgegeben.
Nach einer zweiten Ausführung wird die Klimaanlage 1 zum Abtauen des Wärmeübertragers 6 vom Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle in den Wärmepumpenmodus mit Kühlmittel als Wärmequelle umgeschaltet. Anschließend wird das zwischen dem Verdichter 5 und dem Wärmeübertrager 6 angeordnete Absperrventil 14 geöffnet, um das Heizregister 11 und den Wärmeübertrager 6 gleichzeitig mit warmem Kältemittel zu durchströmen. Dabei wird die Klimaanlage 1 parallel im Wärmepumpenmodus und im Abtaumodus betrieben, um Komforteinbußen zu reduzieren oder zu vermeiden.
Nach einer dritten Ausführung wird insbesondere bei nicht vorhandener Kühlluftjalousie im Frontbereich des Kraftfahrzeuges und Absperrelementen für einen zum Motorraumumluft-Betrieb bei erkannter Vereisung der im Wärmepumpenmodus mit Umgebungsluft als Wärmequelle als Verdampfer betriebene Wärmeübertrager 6 deaktiviert. Der Wärmepumpenmodus des Kältemittelkreislaufes 2 wird entweder abgeschalten oder es wird in einen Wärmepumpenmodus mit einer alternativen Wärmequelle zur Umgebungsluft derart umgeschalten, dass der Wärmeübertrager 6 nicht von Kältemittel durchströmt wird.
Nach weiteren Ausführungen wird der Abtaumodus als Kombinationen des Umwälzens warmer Motorraumluft und dem Beaufschlagen des abzutauenden Wärmeübertragers 6 mit warmem Kältemittel oder deaktiviertem Wärmeübertrager 6 betrieben.
Bei der Verwendung von Motorraumabwärme ist nicht zwangsläufig eine Unterbrechung des Wärmepumpenmodus zum Beheizen der Zuluft für den Fahrgastraum beziehungsweise die Umleitung von Heißgas in den Wärmeübertrager 6 erforderlich. Der Wärmepumpenmodus kann auf eine alternative Wärmequelle umgestellt und die Motorraumwärme zur Beaufschlagung des zu enteisenden Wärmeübertragers 6 verwendet werden. Damit werden Komforteinbußen für die Fahrgäste vermieden.
Die Wärme aus dem Motorraum 39 ist im Einzelfall sogar ausreichend, um ausschließlich als Wärmequelle im Wärmepumpenmodus zu dienen. Damit kann bei ausreichend hoher Differenz der Verdampfungstemperatur des Kältemittels zum Gefrierpunkt des Wassers eine Vereisung des Wärmeübertragers 6 verhindert werden.
In 2 ist der Frontbereich 30 einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges in Draufsicht dargestellt, in dessen Frontschürze 31 eine in einem Zuluftkanal 36 angeordnete verstellbare Kühlluftjalousie 35 ausgebildet ist. Die frontseitige Kühlluftjalousie 35 ist vorteilhaft elektrisch verstellbar. Innerhalb des vom Motorraum 39 durch Trennwände 32 abgeteilten Zuluftkanals 36 sind zudem eine Wärmeübertrageranordnung 34 mit dem in Strömungsrichtung der Luft nacheinander angeordneten Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 des nicht dargestellten Kältemittelkreislaufes 2 aus 1, einem Kühlmittelkühler 37 eines nicht dargestellten Motorkühlkreislaufes 3 aus 1 sowie zwei Gebläsen 38 zum Fördern eines Luftstromes ausgebildet. Die elektrisch angetriebenen Gebläse 38 sind parallel zueinander angeordnet. In einem Motorraum 39 ist ein kühlmittelgekühlter Motor 21 als Antriebsquelle des Kraftfahrzeuges angeordnet. Der Motorraum 39 weist zudem Luftführungskanäle 40, 41 für einen Umluftbetrieb auf.
Der Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 ist Bestandteil des Kältemittelkreislaufes 2 der Klimaanlage 1 aus 1, welche für einen kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildet ist.
Die beiderseits des Zuluftkanals 36 und des Motorraums 39 an den Seitenwänden 33 des Frontbereiches 30 ausgebildeten Luftführungskanäle 40, 41 münden einerseits frontseitig stromauf der Wärmeübertrageranordnung 34 und stromab der Kühlluftjalousie 35 über elektrisch verstellbare Absperrelemente 42 in den Zuluftkanal 36. Die Luftführungskanäle 40, 41 enden andererseits im hinteren Bereich des Motorraums 39 mit Öffnungen 40a, 41a. Die Öffnungen 40a, 41a sind dabei ausreichend beabstandet zu den Abströmöffnungen der Gebläse 38 einerseits und zu den Abströmöffnungen im Unterboden des Motorraums 39 andererseits angeordnet. Die Luftführungskanäle 40, 41 umgehen die Wärmeübertrageranordnung 34 vollständig.
Im nicht dargestellten Kälteanlagenmodus der Klimaanlage 1 ist die Kühlluftjalousie 35 abhängig von der erforderlichen Kühlleistung und der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges bei nicht aktivierten Gebläsen 38 geschlossen oder geöffnet und bei aktivierten Gebläsen 38 stets geöffnet. Der als Kondensator betriebene Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6, der Kühlmittelkühler 37 und schließlich der Motorraum 39 werden mit in den Frontbereich 30 einströmender Kühlluft durchströmt. Die Absperrelemente 42 der Luftführungskanäle 40, 41 sind geschlossen, sodass keine Kühlluft vom Zuluftkanal 36 unter Umgehung der Wärmeübertrageranordnung 34 durch die Luftführungskanäle 40, 41 in den Motorraum 39 mit dem darin angeordneten Motor 21 strömen kann oder Kurzschlussströmungen auftreten.
Beim Umluftbetrieb ist die Kühlluftjalousie 35 geschlossen, während die Absperrelemente 42 der Luftführungskanäle 40, 41 geöffnet sind. Die Gebläse 38 der Wärmeübertrageranordnung 34 fördern die Umluft saugend aus dem Motorraum 39 über die Luftführungskanäle 40, 41 und die Absperrelemente 42 in den Zuluftkanal 36, durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 und den Kühlmittelkühler 37 zurück in den Motorraum 39. Die in 2 dargestellten Pfeile zeigen die Strömungsrichtung der Luft an.
Der Umluftbetrieb wird beispielsweise geschaltet, wenn die Klimaanlage 1 im Wärmepumpenmodus oder im Abtaumodus betrieben wird. Beim Wärmepumpenmodus wird der Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 vom Kältemittel als Verdampfer durchströmt. Die Wärme wird folglich von der Luft an das verdampfende Kältemittel übertragen.
Der Betrieb im Wärmepumpenmodus ist auch bei geöffneter Kühlluftjalousie 35 möglich. Dabei wird der Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 von Fahrtwind als Zuluft durchströmt. Beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit geöffneter Kühlluftjalousie 35 kann die am Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 kondensierende Luftfeuchtigkeit vereisen. Zur Enteisung des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers 6 wird der Kältemittelkreislauf 2 der Klimaanlage 1 in den Abtaumodus geschaltet und die Zuluft im Umluftbetrieb gefördert. Dabei wird warme Luft aus dem Motorraum 39 durch die Luftführungskanäle 40, 41 und die geöffneten Absperrelemente 42 zum Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 umgewälzt und die vereiste Oberfläche abgetaut. Der Abtaumodus kann in vorgegebenen Zeitintervallen aktiviert werden. Im Abtaumodus werden die Gebläse 38 eingeschaltet und mit geringer Leistung betrieben, sodass die Zuluft des Motorraums 39 durch Verschließen der Kühlluftjalousie 35 des steuerbaren Kühllufteintrittes umgewälzt wird. Die Leistung der Gebläse 38 wird bevorzugt nach einer Zeitdauer im Bereich von 10 s bis 240 s auf den maximalen Wert erhöht, um den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 abzutauen und zu trocknen, wobei beim Trocknen das Kondensat von der Oberfläche des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers 6 entfernt wird, um ein erneutes Vereisen zu verzögern.
Das Kondensat wird folglich mittels der Gebläse 38 oder bei geöffneter Kühlluftjalousie 35 durch den Fahrtwind von der Oberfläche des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers 6 beseitigt. In den jeweiligen Betriebsmodi ist es von Vorteil die Gebläse 38 anzusteuern, um eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit über dem Wärmeübertrager 6 zu erzielen, welche gleichzeitig den Trocknungsprozess beschleunigt.
Da die Gebläse 38 in beide Drehrichtungen umsteuerbar sind, ist auch eine drückende Förderung der Luft möglich, wobei bei geschlossener Kühlluftjalousie 35 die warme Luft aus dem Motorraum 39 angesaugt, durch den Kühlmittelkühler 37 direkt zum Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers 6 geleitet wird. Nach dem Wärmeübertrager 6 strömt die Umluft über den Zuluftkanal 36, die geöffneten Absperrelemente 42 und die Luftführungskanäle 40, 41 zurück zum Motorraum 39.
Zur weiteren Beschleunigung des Trocknungsprozesses des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers 6 ist die Oberfläche wasserabweisend beziehungsweise mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgebildet. Dabei sind insbesondere die Lamellen derart beschichtet, dass der sogenannte Lotusblüteneffekt auftritt. Damit wird der Feuchtigkeit die Haftung an der Oberfläche erschwert. Ein zügiges Wiedervereisen der Oberfläche wird verhindert. Eine weitere Methode zur Beschleunigung des Abtauvorgangs ist der Verzicht auf die Ausbildung geriffelter Lamellen zwischen den Flachrohen.
Die elektrisch betätigten Kühlluftjalousie 35, die als elektrisch betätigte Jalousien ausgebildeten Absperrelemente 42 in den Luftführungskanälen 40, 41 sowie die Gebläse 38 werden über ein nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät geschaltet. In dem Steuergerät werden neben den bekannten Steuerungsparametern der Klimaanlage 1 unter anderem die Temperatur der Außenluft, die Betriebstemperatur des Motors 21, die Temperatur des Fahrgastraums und die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges verarbeitet und der jeweils erforderliche Betriebsmodus abgeleitet.
Bei erkannter Vereisung wird die Klimaanlage 1 bei Stillstand beziehungsweise langsamer Fahrt mit maximal Schrittgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges im Abtaumodus betrieben. Das Verfahren im Abtaumodus weist zusammenfassend folgende Schritte auf:

A) Schließen der Kühlluftjalousie 35 falls vorhanden,
B) Abschalten des im Wärmepumpenmodus als Verdampfer betriebenen Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers 6 durch
b11) Umschalten des Betriebs des Kältemittelkreislaufes 2 in einen Wärmepumpenmodus mit anderer Wärmequelle als Umgebungsluft oder
b12) Abschalten des Betriebs des Kältemittelkreislaufes 2 im Wärmepumpenmodus und
b21) Abschalten des Gebläses 38 und Ausbreiten der warmen Motorraumluft bis zum Wärmeübertrager 6 oder
b22) Einschalten des Gebläses 38 mit saugender Funktion und Umluftbetrieb im Motorraum 39 oder
b23) Einschalten des Gebläses 38 mit drückender Funktion und Umluftbetrieb im Motorraum 39, wobei das Gebläse 38 mit minimaler Drehzahl betrieben wird, um warme Motorraumluft über den Wärmebertrager 6 zu leiten,
C) Bestimmen einer Erwärmung des Wärmebertragers 6 über am Wärmebertrager 6 angeordnete Messstellen,
D) Ausblasen der kondensierten Feuchtigkeit von der Oberfläche des Wärmeübertragers 6 mittels des Gebläses 38 bei maximaler Drehzahl und
E) Umschalten des Betriebs des Kältemittelkreislaufes 2 im Abtaumodus in den Wärmepumpenmodus mit Umgebungsluft als Wärmequelle und betreiben des Wärmeübertragers 6 als Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager.

Bezugszeichenliste

1: Klimaanlage
2: Kältemittelkreislauf
3: Motorkühlkreislauf
4: Verdampfer, Wärmeübertrager
5: Verdichter
6: Wärmeübertrager, Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager
7: Sammler
8: innerer Wärmeübertrager
9: Ventil
10: Wärmeübertrager, Verdampfer, Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager
11: Wärmeübertrager, Heizregister
12: Wärmeübertrager, Heizungswärmeübertrager
13: Ventil, Absperrventil Kältemittelkreislauf
14: Ventil, Absperrventil Kältemittelkreislauf
15: Ventil, Absperrventil Kältemittelkreislauf
16: Ventil, Expansionsventil Kältemittelkreislauf
17: Ventil, Expansionsventil Kältemittelkreislauf
18: Ventil, Expansionsventil Kältemittelkreislauf
19: Rückschlagventil Kältemittelkreislauf
20: Rückschlagventil Kältemittelkreislauf
21: Motor
22: Ventil, Absperrventil Motorkühlkreislauf
23: Ventil, Absperrventil Motorkühlkreislauf
24: Abzweig
25: Abzweig
26: Abzweig
27: Mündungsstelle
30: Frontbereich
31: Frontschürze
32: Trennwand
33: Seitenwand
34: Wärmeübertrageranordnung
35: Kühlluftjalousie
36: Zuluftkanal
37: Kühlmittelkühler
38: Gebläse
39: Motorraum
40: erster Luftführungskanal
40a: Öffnung des ersten Luftführungskanals 40
41: zweiter Luftführungskanal
41a: Öffnung des zweiten Luftführungskanals 41
42: Absperrelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010042127 A1 [0005]
EP 1992508 A1 [0006]
DE 102011013856 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Abtauen eines Wärmeübertragers (6) eines für einen kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus ausgebildeten Kältemittelkreislaufes (2) einer Klimaanlage (1) zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges, aufweisend folgende Schritte: – Betreiben des Kältemittelkreislaufes (2) im Wärmepumpenmodus, wobei im als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager (6) Wärme von der Umgebungsluft als eine Wärmequelle an das Kältemittel übertragen wird, – Bestimmen der Temperatur der Umgebungsluft und der Luft im Fahrgastraum, – Ermitteln eines Sollwertes der Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Wärmeübertrager (6), – Bestimmen des Grades der Vereisung der Oberfläche des Wärmeübertragers (6) anhand von Temperatur und Druck des Kältemittels am Austritt und am Eintritt des Wärmeübertragers (6) sowie Vergleichen der Werte mit einem Sollwert der Verdampfungstemperatur, – Bestimmen des Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges, – Umschalten des Betriebs des Kältemittelkreislaufes (2) vom Wärmepumpenmodus in einen Abtaumodus – wenn der Sollwert der Verdampfungstemperatur nicht einregelbar ist und – bei Stillstand des Kraftfahrzeuges.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzustand des Kraftfahrzeuges mit einem Motor (21) anhand – der Geschwindigkeit bestimmt wird, wobei der Wert der Geschwindigkeit mit einem Sollwert verglichen wird, oder – der Drehzahl des Motors (21) bestimmt wird, wobei der Wert der Drehzahl mit einem Sollwert einer Leerlaufdrehzahl verglichen wird oder – von Daten vorausfahrender Fahrzeuge bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug über Kommunikationsmittel mit Verkehrsleiteinrichtungen kommuniziert, wobei die Verkehrsleiteinrichtungen eine Stillstandszeit des Kraftfahrzeuges betreffende Daten an das Kraftfahrzeug übermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kältemittelkreislauf (2) ein dem Wärmeübertrager (6) in Strömungsrichtung des Kältemittels im Wärmepumpenmodus vorgelagertes Expansionsventil (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsgrad des Expansionsventils (17) bestimmt wird und bei einer Verringerung der Temperatur des Kältemittels am Eintritt des Wärmeübertragers (6) bei minimalem Öffnungsgrad des Expansionsventils (17) vom Betrieb des Kältemittelkreislaufes (2) im Wärmepumpenmodus in den Abtaumodus umgeschalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verringerung des Druckes des Kältemittels im Wärmeübertrager (6) auf einen Druck und eine zugehörige Verdampfungstemperatur, welche unterhalb einer sich aus einer vorgegebenen Differenz zur Umgebungstemperatur ergebenden Temperatur liegt, vom Betrieb des Kältemittelkreislaufes (2) im Wärmepumpenmodus in den Abtaumodus umgeschalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verringerung der zu übertragenden Leistung am Wärmeübertrager (6) vom Betrieb des Kältemittelkreislaufes (2) im Wärmepumpenmodus in den Abtaumodus umgeschalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Klimaanlage (1) in einem Frontbereich (30) des Kraftfahrzeuges einen Zuluftkanal (36) aufweist, in welchem der Wärmeübertrager (6) innerhalb einer Wärmeübertrageranordnung (34) mit mindestens einem Gebläse (38) angeordnet ist, wobei der Zuluftkanal (36) an einem ersten Ende in einen Motorraum (39) mündet, in welchem der Motor (21) angeordnet ist, und Luftführungskanäle (40, 41) ausgebildet sind, welche den Motorraum (39) mit einem zweiten Ende des Zuluftkanales (36) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb im Abtaumodus – das Gebläse (38) eingeschaltet und mit geringer Leistung betrieben wird, sodass die Luft des Motorraums (39) vom Motorraum (39) durch den Zuluftkanal (36) und den Wärmeübertrager (6) sowie die Luftführungskanäle (40, 41) umgewälzt wird, und – nach einer Zeitdauer das Gebläse (38) mit maximaler Leistung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Gebläses (38) nach einer Zeitdauer im Bereich von 10 s bis 240 s auf den maximalen Wert erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Klimaanlage (1) in dem Zuluftkanal (36) eine verstellbare Kühlluftjalousie (35) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftjalousie (35) beim Betrieb im Abtaumodus geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftjalousie (35) elektrisch verstellt wird.