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Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittel-Primärkreislauf und einem Fluid-basierten Kühlmittel-Sekundärkreislauf, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage mit einem Kühlbetriebsmodus, einem Heizbetriebsmodus und einem Entfeuchtungsbetriebsmodus.
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Eine Klimaanlage dient üblicherweise der Erzeugung und Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Raumklimas. Bei Fahrzeugen werden Klimaanlagen eingesetzt, um in dem Fahrzeuginnenraum Temperatur, Feuchtigkeit und Luftqualität zu regeln. Dabei wird üblicherweise die Zuluft der Klimaanlage in den Fahrzeuginnenraum entsprechend thermodynamisch konditioniert.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2010 024 853 A1 eine Klimaanlage mit einem Kältekreislauf, welcher zwischen verschiedenen Kältemittelkreisläufen umschalten kann. Durch das Umschalten des Kältemittelkreislaufs wird entweder eine Kühlbetriebsart oder eine Heizbetriebsart durchgeführt. Der Kältemittelkreislauf umfasst weiter einen Kompressor, einen Außenwärmetauscher, erste und zweite Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und der Zuluft, die in das Innere eines Fahrzeugs geblasen werden soll, sowie eine Kältemittelkreisumschalteinrichtung, mit der zwischen den verschiedenen Betriebsmodi umgeschaltet werden kann.
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Hierbei sind die beiden Wärmetauscher in einem Strömungskanal der Klimaanlage für die Zuluft in das Fahrzeuginnere beabstandet angeordnet, während zwischen diesen beiden Wärmetauschern eine mechanisch bewegliche Luftklappe zur Regelung der Luftströme angeordnet ist. So wird der Luftstrom zunächst durch den ersten Wärmetauscher hindurchgeführt, wobei dieser üblicherweise der Kühlung oder Entfeuchtung der Außenluft dient, während die stromabwärts vom ersten Wärmetauscher angeordnete Luftklappe den Luftstrom in zumindest zwei Teile aufteilt, wobei einer der Teile des Luftstroms anschließend durch den zweiten Wärmetauscher hindurchgeführt wird, während der andere Teil des Luftstroms an dem zweiten Wärmetauscher vorbeigeführt wird. Der zweite Wärmetauscher dient üblicherweise der Erwärmung der durchgeführten Luft. Auf diese Weise kann die Zuluft in das Fahrzeuginnere regelbar konditioniert werden, wobei die Luftklappe und die Temperaturen der beiden Wärmetauscher eine Regelung von Temperatur und Feuchtigkeit der Zuluft ermöglichen.
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Ein derartiger Aufbau mit einer oder mehreren mechanischen Luftklappen und mehreren Wärmetauschern ist jedoch komplex, verschleißanfällig, benötigt viel Platz und verursacht dementsprechend hohe Herstellungskosten.
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Zudem kann der mit dieser Anordnung einhergehende komplexe Aufbau des Strömungskanals zu weiteren Problemen führen, beispielsweise zu einer Verminderung der Effizienz der Klimaanlage aufgrund des strömungstechnischen Verlusts in bzw. an der Klappenanordnung (z. b.: Verwirbelungen, Staustellen, etc.) oder aufgrund der Ansammlung von unerwünschtem Material bzw. Ablagerungen in diesem Luftkanalabschnitt. Auch sind mechanische Komponenten, wie z. B. die Luftklappe, im Hinblick auf den Verschleiß und die Ablagerungen problembehaftet.
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Weiter kann sich in dem vorstehend erläuterten Bereich zwischen den beiden Wärmetauschern Flüssigkeit ansammeln, welche mit der Zeit unter Umständen einen leicht fauligen bzw. abgestandenen Geruch entwickeln kann. Dieser Geruch wird von den Passagieren des Fahrzeugs, vor allem nach längerer Standzeit des Fahrzeugs, als unangenehm empfunden.
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So ist es in Anbetracht der vorstehend erläuterten Probleme die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Klimaanlage für ein Fahrzeug vorzusehen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren nebengeordneten und abhängigen Ansprüche.
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Bei der vorliegenden Erfindung weist die Klimaanlage für ein Fahrzeug zumindest einen Kältemittel-Primärkreislauf auf, welcher einen Kompressor, eine Dekompressionsvorrichtung, einen ersten Wärmetauscher und einen zweiten Wärmetauscher aufweist. Zudem weist die Klimaanlage einen Kühlmittel-Sekundärkreislauf auf, welcher eine Strömungssteuervorrichtung und eine mehrstufige Wärmetauscheranordnung aufweist.
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Weiter ist der Kühlmittel-Sekundärkreislauf Fluid-basiert, d. h., der Kühlmittel-Sekundärkreislauf wird mit einem Sekundärkreis-Fluid betrieben. Hierbei unterscheidet sich das Kältemittel des Kältemittel-Primärkreislaufs (beispielsweise CO2 oder R1234) von dem Sekundärkreis-Fluid bzw. Kühlmittel des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs (beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Glykol Gemisch) darin, dass bei Betrieb der Klimaanlage betriebsbedingte Phasenübergänge des Kältemittels stattfinden (flüssig – gasförmig und umgekehrt), während bei dem Kühlmittel bzw. dem Sekundärkreis-Fluid eben keine betriebsbedingten Phasenübergange stattfinden; d. h. das Kühlmittel verbleibt normalerweise im flüssigen Aggregatszustand. Weiter ist der Fluid-basierte Kühlmittel-Sekundärkreislauf mit dem Kältemittel-Primärkreislauf über den ersten Wärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher thermisch gekoppelt.
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Auf diese Weise wird der Kältemittel-Primärkreislauf auf eine minimale Anzahl von Komponenten beschränkt, während zudem mit Hilfe der Strömungssteuervorrichtung und der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung mechanische Klappen in dem Zuluftkanal zu dem Fahrzeuginneren überflüssig werden.
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So kann die Klimaanlage insbesondere einen kompakteren Aufbau (u. A. der Wärmetauscher in dem Zuluftkanal der Klimaanlage und der Kältemittel-Primärkreislauf) aufweisen, eine einfachere und effizientere Temperaturregelung ermöglichen, und so auch die Kosten der Gesamtvorrichtung senken. Zudem wird die Gesamtmenge des Kältemittels in der Klimaanlage reduziert, da der Kältemittel-Primärkreislauf im Vergleich zu herkömmlichen Kältekreisläufen verkleinert bzw. in seiner Leitungslänge verkürzt ist.
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Zudem ermöglicht insbesondere die Strömungssteuervorrichtung eine vereinfachte Regelung der verschiedenen Betriebsmodi der Klimaanlage bei einem vereinfachten Aufbau, wobei vorzugsweise die Strömungssteuervorrichtung auch als ein kompaktes bzw. integriertes Bauteil ausgeführt sein kann. Zudem kann das Volumen des Kältemittels im Vergleich zu den Kältekreisläufen des Stands der Technik vorteilhaft verringert werden, was insbesondere bei Kältekreisläufen mit Kohlenstoffdioxid (CO2) als Kältemittel vorteilhaft ist, da CO2 bei dem Einsatz in Kältekreisläufen in Fahrzeugen regulatorischen Mengenbeschränkungen unterworfen ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die mehrstufige Wärmetauscheranordnung eine erste Wärmetauschereinheit und zumindest eine zweite Wärmetauschereinheit. Diese Wärmetauschereinheiten dienen dem Wärme- bzw. Energieaustausch zwischen dem Sekundärkreis-Fluid, fortan vereinfacht nur noch als „Fluid” bezeichnet, des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs und der Zuluft der Klimaanlage in dem Zuluftkanal. Somit kann auch diese Wärmetauscheranordnung als ein kompaktes Bauteil die Funktion von mehreren, sonst entsprechend dem Stand der Technik getrennt angeordneten, Wärmetauschern übernehmen, ohne dass die Gesamtfunktionalität der Klimaanlage eingeschränkt ist.
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Zudem ist es auch für Wartung, Reparatur oder Austausch vorteilhaft, dass die mehrstufige Wärmetauscheranordnung nicht von dem Kältemittel des Kältemittel-Primärkreislaufs durchströmt ist, sondern von dem Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs, welches beispielsweise ein regulatorisch unproblematisches (beispielsweise nicht-toxisches) Fluid wie Wasser oder ein ebenso unproblematisches Gemisch von Glykol mit Wasser zur Gefrierpunkterniedrigung sein kann.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die erste Wärmetauschereinheit und die zumindest eine zweite Wärmetauschereinheit unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet, wobei die erste Wärmetauschereinheit und die zumindest eine zweite Wärmetauschereinheit voneinander getrennte Strömungswege für das Fluid aufweisen. Durch diese kompakte Bauweise und durch die Möglichkeit, die beiden Wärmetauschereinheiten getrennt voneinander mit Fluid zu beströmen, wird wiederum eine höhere Integrationsdichte und damit ein Kostenvorteil gegenüber den herkömmlichen Bauformen geschaffen. Zudem ist mit dieser Art des Aufbaus der Wärmetauschereinheiten vorteilhaft auch eine Lufttrocknung der Zuluft in dem Zuluftkanal möglich.
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Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Weiterbildung der Erfindung können die zumindest zwei Wärmetauschereinheiten dieser Weiterbildung der Erfindung nicht unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sein, sondern in einem definierten, vorzugsweise geringen, Abstand zueinander.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Fluid-basierte Kühlmittel-Sekundärkreislauf mehrere Strömungspfadabschnitte auf, die durch die erfindungsgemäße Strömungssteuervorrichtung geregelt bzw. gesteuert werden können. So weist der Fluid-basierte Kühlmittel-Sekundärkreislauf einen ersten Strömungspfadabschnitt mit einem ersten Strömungsfluss (d. h., Strömungsgeschwindigkeit bzw. Volumenstrommenge) von und zu der ersten Wärmetauschereinheit, und einen zweiten Strömungspfadabschnitt mit einem zweiten Strömungsfluss von und zu der zumindest einen zweiten Wärmetauschereinheit, und einen dritten Strömungspfadabschnitt mit einem dritten Strömungsfluss von und zu dem ersten Wärmetauscher, und einen vierten Strömungspfadabschnitt mit einem vierten Strömungsfluss von und zu dem zweiten Wärmetauscher auf. Dabei regeln bzw. steuern Ventile, die die Strömungssteuervorrichtung des Kühlmittel-Sekungdärkreislaufs aufweist, für die jeweiligen Strömungspfadabschnitte die jeweiligen Strömungsflüsse des Fluids in dem Kühlmittel-Sekundärkreislauf. Weiter weist die Strömungssteuervorrichtung des Fluid-basierten Kühlmittel-Sekundärkreislaufs zumindest eine Mischvorrichtung auf, die die Mischverhältnisse der Strömungsflüsse des Fluids in dem Kühlmittel-Sekundärkreislauf einstellt.
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Hierbei können zwei der vorstehend erläuterten Strömungspfadabschnitte warmes Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs aufnehmen, während die anderen zwei Strömungspfadabschnitte kaltes Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs aufnehmen. Hierüber kann die gewünschte Temperatur gemischt werden. Dabei bezeichnen die Begriffe „warm” und „kalt” das Temperaturverhältnis der jeweiligen Fluide der jeweiligen Strömungspfadabschnitte zueinander.
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Hiermit kann in vorteilhafter Weise der jeweilige, vom Benutzer gewünschte, Betriebsmodus der Klimaanlage für das Fahrzeug geregelt bzw. eingestellt werden, wobei auch hier wiederum anzumerken ist, dass kein Kältemittel des Kältemittel-Primärkreislaufs durch die jeweiligen vorstehend genannten Strömungspfadabschnitte fließt. Beispielsweise sind die vorstehend genannten Strömungspfadabschnitte somit leichter zu warten bzw. zu reparieren. Zudem ist dieser Aufbau zur Temperatur und Luftfeuchtregelung des Luftflusses der Klimaanlage vorteilhaft effizienter und einfacher gestaltet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Strömungssteuervorrichtung der Klimaanlage zumindest eine Pumpe auf. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Pumpe, die üblicherweise als eigene bzw. getrennte Komponente eines Kreislaufs angeordnet ist, in oder an der Strömungssteuervorrichtung integriert ist. Auch kann die Strömungssteuerungsvorrichtung mehr als eine Pumpe aufweisen, beispielsweise zwei, wobei somit in den verschiedenen Strömungspfadabschnitten in einfacher Weise unterschiedliche Strömungsflüsse erzeugt werden können. Hierzu wird angemerkt, dass unterschiedliche Strömungsflüsse in den verschiedenen Strömungspfadabschnitten auch mit einer einzigen Pumpe realisierbar sind, dann beispielsweise mit Hilfe steuerbarer oder regelbarer Ventile, der Mischvorrichtung oder mit Hilfe anderen Mittel zur Strömungsregelung, die dem einschlägigen Fachmann bekannt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der erste Wärmetauscher der Klimaanlage ein Kondensator, in dem das Kältemittel durch das Kühlmittel gekühlt wird, und der zweite Wärmetauscher der Klimaanlage ist ein Kühler, in dem das Kältemittel durch das Kühlmittel erwärmt bzw. aufgeheizt wird. Hierbei dient der Kühler insbesondere dem Kühlen des Fluids bzw. des Kühlmittels des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs durch die Wärmesenke des Kältemittel-Primärkreislaufs.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann mit Hilfe einer geeigneten Ansteuerung der Beströmung der Wärmetauschereinheiten ein mehr oder weniger stark ausgebildeter Temperaturgradient in den Wärmetauschereinheiten erzeugt werden. Hierbei ist in dem Strömungskanal für die Zuluft der Klimaanlage weiter zumindest eine fixierte bzw. unbewegliche Luftstromaufteilung entsprechend einem Temperaturgradienten der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung, wobei dieser vorzugsweise zur Strömungsrichtung des Luftflusses senkrecht ausgebildet ist, vorgesehen, um den mit dem Temperaturgradienten der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung beaufschlagten Luftstrom der Klimaanlage aufzuteilen. So werden bei dieser Weiterbildung der Erfindung Temperaturgradienten in der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung ausgenutzt, um eine Mehrzonenregelung (verschiedene Zonen in dem Fahrzeuginneren mit unterschiedlicher Temperatur) zu ermöglichen. So sind hierbei vorteilhaft keine mechanischen Klappen oder ähnliches mechanische Komponenten erforderlich, um den Luftstrom mit verschiedenen Temperaturen zu verschiedenen Bereichen bzw. Zonen des Fahrzeugs zu leiten bzw. zu teilen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs Wasser oder eine wasserbasierte Flüssigkeit. Hierbei werden die wärmetechnisch vorteilhaften Eigenschaften von Wasser (beispielsweise hohe Wärmekapazität) oder auch andere physikalische, kostentechnische oder regulatorische Vorteile von Wasser benutzt, um in einfacher und kostengünstiger Weise eine Klimaanlage für ein Fahrzeug zu realisieren und den Bedarf an teuerem Kältemittel, wie beispielsweise (R1234yf), wird vermindert. Dies hat seine Ursache auch in den niedrigeren Anforderungen an die Komponenten (z. B. die Verrohrung) der Klimaanlage bei der Verwendung von Wasser oder einer wasserbasierte Flüssigkeit.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt vorgesehen, wobei die mehrstufige Wärmetauscheranordnung bei einem Kühlbetriebsmodus der Klimaanlage im Wesentlichen mit Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs versorgt wird, das durch den zweiten Wärmetauscher gekühlt wird, und wobei die mehrstufige Wärmetauscheranordnung bei einem Heizbetriebsmodus der Klimaanlage im Wesentlichen mit Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs versorgt wird, das durch den ersten Wärmetauscher erwärmt wird, und wobei die mehrstufige Wärmetauscheranordnung bei einem Entfeuchtungsbetriebsmodus der Klimaanlage sowohl mit durch den zweiten Wärmetauscher gekühltem Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs als auch mit durch den ersten Wärmetauscher erwärmtem Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs versorgt wird.
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Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, dass beide Wärmetauschereinheiten der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung gemeinsam entweder zum Kühlen oder zum Heizen verwendet werden können, und ebenso ist vorteilhaft, dass auch der Entfeuchtungsbetriebsmodus der Klimaanlage mit einer kompakten mehrstufigen Wärmetauscheranordnung umgesetzt werden kann, ohne dass Klappen oder Ähnliches erforderlich sind.
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Zudem kann mit Hilfe eines entsprechenden Betriebsverfahrens für die Klimaanlage, welche eine dem Betriebsmodus entsprechende Beströmung der Wärmetauschereinheiten mit entsprechend konditioniertem Kältemittel zur Folge hat, jede Art eines benötigten Betriebsmodus (Heizen, Kühlen, Trocknen) ohne Einschränkungen auch bei der erfindungsgemäßen kompakten Klimaanlage ausgeführt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, wobei bei einem Kühlbetriebsmodus der Klimaanlage die Ventile und die Mischvorrichtung der Strömungssteuervorrichtung derart eingestellt werden, dass der erste und der zweite Strömungspfadabschnitt im Wesentlichen mit dem Fluid aus dem vierten Strömungspfadabschnitt versorgt werden, und wobei bei einem Heizbetriebsmodus der Klimaanlage die Ventile und die Mischvorrichtung der Strömungssteuervorrichtung derart eingestellt werden, dass der erste und der zweite Strömungspfadabschnitt im Wesentlichen mit dem Fluid aus dem dritten Strömungspfadabschnitt versorgt werden, und wobei bei einem Entfeuchtungsbetriebsmodus der Klimaanlage die Ventile und die Mischvorrichtung der Strömungssteuervorrichtung derart eingestellt werden, dass der erste Strömungspfadabschnitt im Wesentlichen mit dem Fluid aus dem vierten Strömungspfadabschnitt versorgt wird, und dass der zweite Strömungspfadabschnitt im Wesentlichen mit dem Fluid aus dem dritten Strömungspfadabschnitt versorgt wird.
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Auch bei diesem Verfahren werden die schon vorstehend erläuterten Vorteile der Erfindung realisiert.
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Zudem wird angemerkt, dass die Strömungsflüsse in den jeweiligen Strömungspfadabschnitten zusätzlich oder alternativ zur Regelung bzw. Steuerung durch Ventile oder Mischvorrichtung mit Hilfe von zumindest einer Pumpe der Strömungssteuervorrichtung gesteuert oder geregelt werden können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Temperatur der Zuluft der Klimaanlage entweder über ein Einstellen der Mischverhältnisse der Strömungsflüsse in der Mischvorrichtung, oder über ein Einstellen der ersten bis vierten Strömungsflüsse, oder über eine Einstellung der Temperaturen des Kältemittel-Primärkreislaufs gesteuert. All diese Varianten der Temperatursteuerung der Klimaanlage des Fahrzeugs haben den Vorteil gemeinsam, dass auch hier keine mechanisch beweglichen Komponenten in dem Zuluftkanal der Klimaanlage benötigt werden. Zudem können die einzelnen Parameter zur Steuerung der Temperatur der Luft derart optimiert geregelt werden, dass die jeweiligen Komponenten in bzw. an ihrem optimalen Arbeitspunkt tätig sein können, wobei dies der Optimierung der Gesamteffizienz der Klimaanlage zuträglich ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist ein Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage folgende Schritte auf, um eine unerwünschte Luftqualität zu vermeiden: Erfassen, ob eine Änderung des Betriebsmodus erfolgt, wobei das Verfahren weiter folgende Schritte durchführt, wenn eine Änderung von Kühlbetriebsmodus zu Heizbetriebsmodus, von Entfeuchtungsbetriebsmodus zur Heizbetriebsmodus oder von Kühlbetriebsmodus zu Entfeuchtungsbetriebsmodus erfolgt: Einstellen des Luftstroms der Klimaanlage in dem Fahrzeuginneren derart, dass ausschließlich die Füße der Passagiere und/oder der rückwärtige Bereich des Fahrzeuginneren mit Luft angeströmt werden; Einstellen des Luftstroms der Klimaanlage in dem Fahrzeuginneren nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit derart, dass der Luftfluss in andere Bereiche, beispielsweise die oberen Extremitäten der Fahrzeugpassagiere, freigegeben wird.
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Auch sorgt der kompakte Aufbau der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung schon grundsätzlich dafür, dass es weniger Bereiche gibt, an denen bzw. in denen sich das Wasser absetzen kann und den abgestandenen Geruch entwickeln kann, wobei die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte zudem dafür sorgen, dass sich der verbleibende Rest an möglicher unerwünschter Geruchsentwicklung aufgrund von Wasser, dass sich an anderen Stellen abgesetzt bzw. abgesondert hat, nicht direkt auf den Geruchssinn der Passagiere des Fahrzeugs auswirkt, da diese an Ihren oberen Extremitäten nicht direkt mit der Zuluft angeströmt werden, nachdem der Luftstrom im Fahrzeuginneren zeitweise in den Fußbereich oder in den rückwärtigen Bereich gerichtet ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Klimaregelungssystem vorgesehen, welches eine Klimaanlage gemäß einem der vorangegangenen Aspekte und eine elektronische Steuerung für die Klimaanlage gemäß einem der vorangegangenen Aspekte aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm vorgesehen, welches auf einem Datenträger gespeichert ist, und welches die vorstehend beschriebenen Steuer- bzw. Regelungsverfahren für die Klimaanlage ausführt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Hierbei zeigt/zeigen:
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1 ein Diagramm eines Kältemittel-Primärkreislaufs und eines Kühlmittel-Sekundärkreislaufs der Klimaanlage gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 den Kältemittel-Primärkreislauf und den Kühlmittel-Sekundärkreislauf der Klimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform in einem Kühlbetriebsmodus;
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3 den Kältemittel-Primärkreislauf und den Kühlmittel-Sekundärkreislauf der Klimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform in einem Heizbetriebsmodus;
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4 den Kältemittel-Primärkreislauf und den Kühlmittel-Sekundärkreislauf der Klimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform in einem Entfeuchtungsbetriebsmodus;
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5 ein Flussdiagramm einer Strömungsregelung der Klimaanlage im Fahrzeuginneren zur Vermeidung von unerwünschter Luftqualität für die Fahrzeugpassagiere;
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6 eine Detailansicht einer mehrstufige Wärmetauscheranordnung mit einem ausgebildeten Temperaturgradienten für eine Mehrzonenregelung.
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DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt ein Diagramm eines Kältemittel-Primärkreislaufs und eines Kühlmittel-Sekundärkreislaufs der Klimaanlage gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Der Kältemittel-Primärkreislauf 10 (in 1 durch den gestrichelten Rahmen umfasst) weist einen Kompressor 14, eine Dekompressionsvorrichtung 15, einen ersten Wärmetauscher 16 und einen zweiten Wärmetauscher 17 auf. Der Kältemittel-Primärkreislauf 10 kann als Kältemittel ein herkömmliches Kältemittel, wie z. B. CO2, R-1234yr oder R-410A, verwenden. So wird dieses Kältemittel in dem geschlossenen Kältemittel-Primärkreislauf 10 zirkuliert und erfährt nacheinander verschiedene Aggregatszustandsänderungen. So wird das gasförmige Kältemittel zunächst durch den Kompressor 14 angesaugt, komprimiert bzw. verdichtet, und dann wieder mit einem höheren Druck und einer höheren Energiedichte ausgestoßen. Bei dem nachfolgenden, stromabwärts gelegenen ersten Wärmetauscher 16 wird das gasförmige Kältemittel kondensiert (verflüssigt), wobei damit eine Wärmeabgabe des Kältemittels von der Primärseite des ersten Wärmetauschers 16 an dessen Sekundärseite erfolgt. Anschließend wird das flüssige Kältemittel aufgrund einer Druckänderung an der Dekompressionsvorrichtung 15, beispielsweise eine Düse, eine Drossel, ein Expansionsventil, oder ein Kapillarrohr, entspannt. Bei dem weiter nachgeschalteten zweiten Wärmetauscher 17 verdampft nunmehr das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur (Siedekühlung). Somit wird der Sekundärseite des zweiten Wärmetauschers 17 Wärmeenergie entzogen, und der Primärseite zugeführt. Nunmehr kann der Kreislauf des Kältemittels wieder von vorne beginnen. Der Gesamtvorgang in dem Kältemittel-Primärkreislauf wird von außen durch Zufuhr von mechanischer Arbeit über den Kompressor 14 in Gang gehalten.
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Der Kompressor 14 kann auch ein elektrischer Kompressor sein, der einen Kompressormechanismus mit fester Verdrängung mit einer festen Ausstoßkapazität aufweist und durch Zufuhr von elektrischer Leistung arbeitet. So bestimmt die Drehzahl des antreibenden Elektromotors die Hubzahl des Kompressors und damit die Energieleistung, die in den Kältemittel-Primärkreislauf eingebracht wird. Weiter können insbesondere verschiedene Arten von Kompressormechanismen eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Spiralkompressor oder ein Flügelzellenkompressormechanismus.
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Der erste Wärmetauscher 16 und der zweite Wärmetauscher 17 sind derart ausgestaltet, dass diese auf ihrer jeweiligen Sekundärseite einen Wärmeaustausch mit einem Fluid, insbesondere mit einem wasserbasierten Fluid, ermöglichen.
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Die Dekompressionsvorrichtung 15 erlaubt es, das strömende Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren. So kann diese als fest eingestellte Dekompressionsvorrichtung ausgeführt sein, oder als elektrisch variable Dekompressionsvorrichtung, beispielsweise als elektrisch variabler Drosselmechanismus, dessen Drosseldurchgangsfläche durch ein Steuersignal von einer Steuervorrichtung eingestellt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Klimaanlage 1 weist zudem einen Kühlmittel-Sekundärkreislauf 30 auf. Dieser Kühlmittel-Sekundärkreislauf ist Fluid-basiert. Dabei kann dieses Fluid insbesondere Wasser sein oder eine Mischung von Wasser mit geeigneten Zusatzfluiden sein. Dieses Fluid ist dadurch gekennzeichnet, dass es keine betriebsbedingten Aggregatszustandsänerungen erfährt. Insbesondere weist der Kühlmittel-Sekundärkreislauf eine Strömungssteuervorrichtung 33 auf, die den zentralen Knotenpunkt für die jeweiligen Strömungsflüssen in den jeweiligen Strömungspfadabschnitten darstellt. Diese werden nachstehend näher erläutert werden.
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Ein erster Strömungspfadabschnitt 41 weist einen ersten Strömungsfluss von und zu einer ersten Wärmetauschereinheit 341 auf, und ein zweiter Strömungspfadabschnitt 42 weist einen zweiten Strömungsfluss von und zu einer zweiten Wärmetauschereinheit 342 auf. Diese beiden Wärmetauschereinheiten 341, 342 sind Bestandteil einer mehrstufigen Wärmetauscheranordnung 34, welche in dem Zuluftkanal zum Fahrzeuginneren der Klimaanlage 1 angeordnet ist. Diese mehrstufige Wärmetauscheranordnung dient dem Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30, und der Zuluft in das Fahrzeuginnere. Dabei weisen die erste Wärmetauschereinheit 341 und die zweite Wärmetauschereinheit 342 voneinander getrennte Strömungswege für das Fluid auf, womit es grundsätzlich möglich ist, die erste und die zweite Wärmetauschereinheit 341, 342 mit zueinander unterschiedlichen Fluidtemperaturen unabhängig voneinander zu betreiben, obwohl diese in eine zusammengehörige, mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 kombiniert bzw. integriert sind. Die zugehörigen Effekte und Arten der Temperaturregelung bzw. -steuerung werden später in Zusammenhang mit den 2 bis 6 näher beschrieben werden.
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Vorzugsweise ist die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 derart aufgebaut, dass die erste Wärmetauschereinheit 341 und die zweite Wärmetauschereinheit 342 zueinander unmittelbar benachbart angeordnet sind. So kann die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 derart aufgebaut sein, dass diese mit den beiden Wärmetauschereinheiten 341, 342 vorzugsweise einheitlich, einstückig oder monolithisch, d. h. als eine einzelne zusammengehörige Vorrichtung, ausgeführt sind. Auf diese Weise wird vorteilhaft Platz in dem Zuluftkanal in das Fahrzeuginnere gespart, und ebenso wird Platz im Motorraum gespart.
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Alternativ kann die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 erste und zweite Wärmetauschereinheiten 341, 342 aufweisen, die voneinander, vorzugsweise geringfügig, beabstandet angeordnet sind. Dieser Abstand kann nur geringfügig sein, beispielsweise wenige Zentimeter, oder aber auch größer sein, beispielsweise einige zehn Zentimeter. So können die Wärmetauschereinheiten 341, 342 der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung 34 miteinander fest verbunden sein, oder aber können diese Wärmetauschereinheiten 341, 342 als vollständig getrennte Vorrichtungen ausgeführt sein. Zudem können die Wärmetauschereinheiten 341, 342 derart ausgeführt sein, dass diese in bestehende oder neue Klimaanlagen-Konzepte bzw. -Designs angepasst sind.
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Zudem ist es auch möglich, dass die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 nicht nur eine erste Wärmetauschereinheit 341 und eine zweite Wärmetauschereinheit 342 aufweist, sondern können auch mehrere erste Wärmetauschereinheiten 341 und/oder mehrere zweite Wärmetauschereinheiten 342 vorgesehen sein. So können beispielsweise mehrere zweite Wärmetauschereinheiten 342 unmittelbar zueinander angrenzend hintereinander im Zuluftkanal 3 angeordnet sein, oder aber können mehrere zweite Wärmetauschereinheiten 342 nebeneinander im Zuluftkanal 3 angeordnet sein. Hierbei werden die zweiten Wärmetauschereinheiten 342 beispielsweise mittels des gleichen Strömungsflusses aus der gleichen Versorgungsleitung parallel gespeist.
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Alternativ kann die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 auch zumindest eine dritte Wärmetauschereinheit aufweisen, wobei diese mithilfe eines weiteren Strömungspfadabschnitts von der Strömungssteuervorrichtung 33 versorgt werden kann, die von beispielsweise dem ersten Strömungspfadabschnitt 41 und dem zweiten Strömungspfadabschnitt 42 unabhängig ist. Auf diese Weise kann die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 eine beliebige Anzahl von einzelnen Wärmetauschereinheiten aufweisen, die in dem Zuluftkanal 3 zum Fahrzeuginneren angeordnet sind, um jeweilig getrennt voneinander temperierbar zu sein.
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Der Zuluftkanal 3 zum Fahrzeuginneren, in dem die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 angeordnet ist, weist ferner eine Ventilationsvorrichtung auf, beispielsweise einen Elektromotor 4 mit einer Luftschraube 5.
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Ein dritter Strömungspfadabschnitt 43 mit einem dritten Strömungsfluss führt von und zu der Sekundärseite des ersten Wärmetauschers 16, welcher auf dessen Primärseite vom Kältemittel-Primärkreislauf 10 gespeist wird. Auf diese Weise ist ein Energieaustausch zwischen dem Kältemittel des Kältemittel-Primärkreislaufs 10 und dem Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 möglich.
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Ein vierter Strömungspfadabschnitt 44 mit einem vierten Strömungsfluss führt von und zu der Sekundärseite des zweiten Wärmetauschers 17. Auf diese Weise kann analog wie bei dem ersten Wärmetauscher 16 ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel des Kältemittel-Primärkreislaufs 10 und dem Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 erfolgen.
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Weiter kann ein fünfter Strömungspfadabschnitt 45 mit einem fünften Strömungsfluss von und zu einem Außenwärmetauscher 35, welcher üblicherweise an der Front des Fahrzeugs gelegen ist, vorgesehen sein. Zudem kann in diesem fünften Strömungspfadabschnitt 45 ein weiterer Wärmetauscher 36, beispielsweise ein Wärmetauscher 36, welcher in einer Wärmeaustauschbeziehung mit der Fahrzeugbatterie angeordnet ist, hinzugefügt sein.
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Sämtliche erste bis fünfte Strömungspfadabschnitte 41, 42, 43, 44, 45 münden in der Strömungssteuervorrichtung 33, welche somit den zentralen Knotenpunkt des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 darstellt. Die Strömungssteuervorrichtung 33 weist vorzugsweise eine oder mehrere Pumpen auf, die die Strömungsflüsse in den jeweiligen Strömungspfadabschnitten 41 bis 45 ermöglichen. Zudem weist die Strömungssteuervorrichtung 33 Ventile auf, die ebenso eine Regelung des Strömungsflusses in den ersten bis fünften Strömungspfadabschnitten 41 bis 45 ermöglichen können. Zudem kann mit Hilfe der Strömungssteuervorrichtung 33 auch die Konfiguration des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30, d. h. das Verzweigen, das Verteilen, das Trennen, das Kombinieren, das Getrennt-Halten, oder auch das Mischen der ersten bis fünften Strömungsflüsse der ersten bis fünften Strömungspfadabschnitte 41 bis 45, eingestellt werden. Dies wird mit Hilfe der schon vorstehend beschriebenen Ventile der Strömungssteuervorrichtung 33 und der zumindest einen Mischvorrichtung erreicht, die die Mischverhältnisse der Strömungsflüsse des Fluids in dem Kühlmittel-Sekundärkreislauf 30 einstellen.
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Zudem ist eine elektrische Steuervorrichtung (nicht näher dargestellt) vorgesehen, die die jeweiligen Funktionen der Klimaanlage 1 regelt. So weist diese üblicherweise Sensoren auf, die die Betriebszustände (Temperaturen, Durchflussmengen, elektrische Zustandsgrößen, etc.) der Klimaanlage und auch den Zustand des Fahrzeuginneren (Innenraumtemperatur) und des Fahrzeugäußeren (Umgebungslufttemperatur) erfassen. Diese Informationen werden vorzugsweise mit einem Computerprogramm, alternativ auch fest verdrahtet, verarbeitet, wobei das Ergebnis dieser Verarbeitung dazu verwendet wird, insbesondere die Einstellungen der Strömungssteuervorrichtung 33, des Kompressors 14 (beispielsweise Hubzahl, die Drehgeschwindigkeit und/oder das Verdrängungsvolumen) und des Elektromotors 4 im Zuluftkanal 3 zu steuern.
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Nachstehend wird ein Layout und ein Betrieb der Klimaanlage 1 in einem Kühlbetriebsmodus unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert. Bei dem Kühlbetriebsmodus ist die Strömungssteuervorrichtung 33 derart eingestellt, dass der Kühlmittel-Sekundärkreislauf 30 so konfiguriert ist, dass der dritte Strömungspfadabschnitt 43 und der fünfte Strömungspfadabschnitt 45 einen gemeinsamen Kreislauf ausbilden. Somit ist die Sekundärseite des ersten Wärmetauschers 16 mit dem Außenwärmetauscher 35 und einem optionalen weiteren Wärmetauscher 36 verbunden. Das im ersten Wärmetauscher 16 kondensierende Kältemittel des Kältemittel-Primärkreislaufs 10 gibt seine Wärme an das Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 in der Sekundärseite des ersten Wärmetauschers 16 ab, d. h. im ersten Wärmetauscher 16 wird das Fluid des Sekundärkreislaufs 30 erwärmt. Diese Wärmeenergie wird über den Außenwärmetauscher 35 an die Umgebung abgegeben. Beispielsweise sorgt eine weitere Ventilationsvorrichtung in der Fahrzeugfront oder der Fahrtwind für diesen Effekt.
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Weiter ist die Strömungssteuervorrichtung 33 des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 derart eingestellt, dass dieser so konfiguriert ist, dass der vierte Strömungspfadabschnitt 44 und die ersten und zweiten Strömungspfadabschnitte 41, 42 einen weiteren Kreislauf für das Fluid ausbilden. Dabei verzweigt der vierte Strömungspfadabschnitt 44 in den ersten Strömungspfadabschnitt 41 und dem zweiten Strömungspfadabschnitt 42. Der erste Strömungspfadabschnitt 41 und der zweite Strömungspfadabschnitt 42 sind somit parallel geschaltet, d. h. die Summe des ersten Strömungsflusses und des zweiten Strömungsflusses entspricht dem vierten Strömungsfluss. Auf der Sekundärseite des zweiten Wärmetauschers 17 wird das Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 abgekühlt, da das Kältemittel des Kältemittel-Primärkreislaufs 10 auf der Primärseite des ersten Wärmetauschers 17 unter Wärmeaufnahme verdampft. Das auf diese Weise abgekühlte Fluid wird der ersten Wärmetauschereinheit 341 und auf der zweiten Wärmetauschereinheit 342 der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung 34 zugeführt, wobei in Folge die Zuluft zu dem Fahrzeuginneren abgekühlt wird. Hierbei werden vorteilhaft beide Wärmetauschereinheiten 341, 342 der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung 34 gemeinsam zur Kühlung der Zuluft zum Fahrzeuginneren verwendet.
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Die Temperaturregelung durch die Klimaanlage 1 kann mit Hilfe der Ventile (und in Folge des Strömungsflusses) der Strömungssteuervorrichtung 33 des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30, der (Gesamt-)Durchflussmenge bzw. Flussmenge des Fluids in dem Kühlmittel-Sekundärkreislauf 30, welches mit Hilfe der Pumpen der Strömungssteuervorrichtung 33 fließt, und mit Hilfe der Leistung bzw. der Hubzahl und/oder Drehgeschwindigkeit und/oder des Verdrängungsvolumens des Kompressors 14 des Kältemittel-Primärkreislaufs 10 eingestellt werden.
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Nunmehr wird mit Hilfe der 3 ein Heizbetriebsmodus der Klimaanlage 1 erläutert werden. Bei dem Heizbetriebsmodus ist die Strömungssteuervorrichtung 33 des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 derart eingestellt, dass dieser so konfiguriert ist, dass der vierte Strömungspfadabschnitt 44 und der fünfte Strömungspfadabschnitt 45 einen Kreislauf bilden, der von den anderen Strömungspfadabschnitten 41, 42 und 43 getrennt ist. In diesem Betriebsmodus nimmt der Wärmetauscher 35 Wärme aus der Umgebung auf.
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Weiter ist die Strömungssteuervorrichtung 33 des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 derart eingestellt, dass dieser so konfiguriert ist, dass der erste Strömungspfadabschnitt 41, der zweite Strömungspfadabschnitt 42 und der dritte Strömungspfadabschnitt 43 einen gemeinsamen, getrennten Kreislauf ausbilden. So gibt das heiße Kältemittel des Kältemittel-Primärkreislaufs 10 seine Wärme an das Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 an der Sekundärseite des ersten Wärmetauschers 16 ab, d. h., der erste Wärmetauscher 16 erwärmt das Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30. Das auf diese Weise erwärmte Fluid wird wiederum durch die Strömungssteuervorrichtung 30 zu den beiden Wärmetauschereinheiten 341, 342 der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung 34 zugeführt, wobei somit beide Wärmetauschereinheiten 341, 342 gemeinsam erwärmt werden und diese wiederum die Zuluft zu dem Fahrzeuginneren in dem Zuluftkanal 3 gemeinsam erwärmen.
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Vorteilhaft ist hierbei in gleicher Weise wie bei dem Kühlbetriebsmodus, dass beide Wärmetauschereinheiten zur Erwärmung der Zuluft zum Fahrzeuginneren verwendet werden, wobei dies den Wirkungsgrad der Klimaanlage 1 erhöht. Zudem kann die Regelung der Temperatur der Zuluft mit Hilfe der gleichen Parameter, so wie dies bei dem Kühlbetriebsmodus in Bezug auf 2 erläutert wurde, erfolgen.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 ein Entfeuchtungsbetriebsmodus der Klimaanlage 1 erläutert werden. Bei dem Entfeuchtungsbetriebsmodus ist die Strömungssteuervorrichtung 33 des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 derart eingestellt, dass dieser so konfiguriert ist, dass der zweite und der dritte Strömungspfadabschnitt 42, 43 miteinander zu einem Kreislauf verbunden sind, und auch der erste und der vierte Strömungspfadabschnitt 41, 44 zu einem anderen Kreislauf verbunden sind. Hierbei wird das in dem ersten Wärmetauscher erwärmte Fluid zu der zweiten Wärmetauschereinheit 342 zugeführt, wie vorstehend näher erläutert, und das in dem zweiten Wärmetauscher 17 gekühlte Fluid des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 wird zu der ersten Wärmetauschereinheit 341 zugeführt. Im Ergebnis weist die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 im Zuluftkanal 3 eine erste Wärmetauschereinheit 341 auf, die die Zuluft in dem Zuluftkanal 3 kühlt, und eine zweite Wärmetauschereinheit 342 auf, die die Zuluft in dem Zuluftkanal 3 erwärmt. Dadurch, dass die erste Wärmetauschereinheit 341 der zweiten Wärmetauschereinheit 342 in Strömungsrichtung der Zuluft zum Fahrzeuginneren vorgelagert angeordnet ist, wird die Zuluft zunächst abgekühlt, wobei diese auskondensiert bzw. entfeuchtet wird, wobei die kondensierte Feuchtigkeit auf der Oberfläche des ersten Wärmetauschers 241 gesammelt wird, während dann die zweite Wärmetauschereinheit 342 die gekühlte/entfeuchtete Zuluft wieder erwärmt. Eine Regelung der Temperatur der Zuluft der Klimaanlage erfolgt wiederum analog derart, wie dies in Bezug auf 2 näher beschrieben ist. Der fünfte Strömungspfad 45 kann in diesem Betriebsmodus abgeschaltet bzw. strömungsfrei sein.
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Es wird angemerkt, dass alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Betriebsmodi, die jeweils getrennte Strömungskreisläufe in dem Kühlmittel-Sekundärkreislauf 30 aufweisen, eine Mischung der Strömungen zwischen den jeweiligen (Sub-)Kreisläufen des Kühlmittel-Sekundärkreislaufs 30 mit Hilfe der (optionalen) Mischvorrichtung der Strömungssteuervorrichtung 33 erfolgen kann. Auf diese Weise kann ein Wärmeaustausch zwischen den verschiedenen (Sub-)Kreisläufen erfolgen, womit ebenso die Temperatur der Zuluft der Klimaanlage eingestellt werden kann und auch die Energieflüsse in den beiden Kältekreisläufen der Klimaanlage geeignet geregelt werden können. Beispielsweise ist es so möglich die Effizienz der Klimaanlage zu erhöhen. Dies führt dazu, dass das die vorliegende Erfindung einfach und flexibel ist, und somit für ein breites Anwendungsspektrum zur Temperaturregelung eingesetzt werden kann. Die 2 bis 4 zeigen anschaulich, dass die jeweiligen Wärmetauschereinheiten 341, 342 der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung 34 derart getrennt mit unterschiedlich oder gleich temperiertem Fluid versorgt werden können, dass eine einfache Temperaturregelung (Kühlen, Erwärmen) und auch ein Entfeuchten der Zuluft in einfacher Weise möglich ist.
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Nachstehend wird mit Bezugnahme auf 5 ein Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage 1 beschrieben werden, welches eine unerwünschte Luftqualität der Klimaanlage 1 vermeidet.
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Nach dem Beginn des Verfahrens wird bei Schritt S1 abgefragt, ob eine Änderung des Betriebsmodus der Klimaanlage 1 erfolgt ist. Wird dies verneint, so kehrt das Verfahren zu seinem Anfang zurück. Eine Änderung des Betriebsmodus bezeichnet alle Änderungen der Einstellung der Strömungssteuervorrichtung 33, um beispielsweise die Soll-Temperatur im Fahrzeuginnenraum zu regeln. Eine solche Änderung der Einstellung der Strömungssteuervorrichtung 33 wird somit üblicherweise durch einen Fahrzeuginsassen ausgelöst. Beispielsweise wählt dieser eine gewünschte Soll-Temperatur aus. Alternativ kann diese Änderung des Betriebsmodus auch aufgrund veränderter Umgebungsbedingungen erfolgen, beispielsweise ist die Außentemperatur stark gefallen und nunmehr ein Heizbetriebsmodus erforderlich.
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Bei Schritt S2 wird abgefragt, ob eine Änderung des Betriebsmodus von entweder Kühl- zu Heizbetriebsmodus, oder von Entfeuchtungs- zu Heizbetriebsmodus, oder von Kühl- zu Entfeuchtungsbetriebsmodus erfolgt ist. Diese vorstehend bezeichneten Änderungen des Betriebsmodus der Klimaanlage 1 weisen die Gemeinsamkeiten auf, dass eine oder mehrere der Wärmetauschereinheiten 341, 342 der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung 34 nicht mehr mit einem gekühlten Kältemittel vom zweiten Wärmetauscher 17 versorgt werden, sondern von dem erwärmten Kältemittel aus dem ersten Wärmetauscher 16. Dadurch, dass zumindest eine der Wärmetauschereinheiten 341, 342 vor der Änderung des Betriebsmodus gekühlt worden ist, bestand eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich an dieser Wärmetauschereinheit oder in der Umgebung zu dieser Wärmetauschereinheit im Zuluftkanal 3 Kondenswasser angesammelt hat. Dieses Kondenswasser kann für einen schlechten bzw. abgestandenen Geruch im Fahrzeuginneren sorgen, wenn dieses verdampft wird und über die Zuluft in das Fahrzeuginnere eingebracht wird. Beispielsweise kann das Kondenswasser in dem Zuluftkanal 3 schon einige Zeit abgestanden sein.
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Um nun zu vermeiden, dass dem Fahrzeuginsassen die Zuluft mit dem abgestandenen Geruch direkt in das Gesicht geblasen wird, wird der Luftstrom (d. h., der Luftstrom der Zuluft, der in das Fahrzeuginnere hineingeblasen wird) derart eingestellt, dass dieser stattdessen in den hinteren Bereich des Fahrzeuginnenraums oder in den Fußbereich der Fahrgastzelle gerichtet wird. Somit wird vermieden, dass der Fahrzeuginsasse unmittelbar mit geruchsbelasteter Luft an dessen oberen Extremitäten belästigt wird.
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Üblicherweise dauert es nur kurze Zeit, bis das restliche Kondenswasser nach der Änderung des Betriebsmodus aus dem Zuluftkanal entfernt bzw. verdampft worden ist. Somit genügt es, eine vorbestimmte Zeitdauer t abzuwarten (S4), in der der Luftstrom in dem Fahrzeuginneren weg von den oberen Extremitäten der Fahrzeuginsassen gerichtet ist. Diese vorbestimmte Zeitdauer t kann beispielsweise durch Experimente ermittelt werden.
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Nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer t wird die Einstellung bzw. die Feststellung des Luftstroms in dem Fahrzeuginneren bei Schritt S5 wieder freigegeben. D. h., nunmehr kann die Einstellung des Luftstroms hier gemäß anderen technischen oder benutzerbedingten Parametern erfolgen.
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Danach endet das soeben beschriebene Verfahren und beginnt, vorzugsweise in einstellbaren Zeitintervallen, erneut vom Anfang.
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Zudem ist es mit der vorstehend beschriebenen Klimaanlage 1 auch möglich, eine Zonenregelung in dem Fahrzeuginneren in einfacher Art und Weise zu realisieren, so wie dies nachstehend mit Bezug auf 6 näher beschrieben wird. Der Begriff ”Zonenregelung” bezeichnet die Einteilung des Fahrzeuginneren in unterschiedliche Bereiche mit der Möglichkeit, diese unterschiedlichen Bereiche auch getrennt zueinander bzw. voneinander zu temperieren. So kann beispielsweise der Fahrzeuginsasse auf dem vorderen Beifahrersitz eine andere Soll-Temperatur einstellen, wie der Fahrer des Fahrzeugs. Ermöglicht wird dies durch getrennt temperierte Luftströme, welche aus Luftausströmöffnungen bzw. Zuluftöffnungen ausgeblasen werden, die je nach Fahrzeuginnenraumbereich (Beispielsweise Vorne, Hinten, Fahrer, Beifahrer, etc.) angeordnet sind. So ist in dem Zuluftkanal 3 der Klimaanlage 1 eine Lufstromtrennung 6 vorgesehen, die den Luftstrom, der durch die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 geblasen wird, in mehrere einzelne Luftströme, je nach Zielbereich in dem Fahrzeuginneren, aufteilt. Diese Luftstromaufteilung 6 kann beispielsweise als Verzweigung des Zuluftkanals 3 (beispielsweise ein Y-Stück), oder auch mit Hilfe von, beispielsweise keilförmigen, Luftleitflossen oder ähnlichen Lufttrennvorrichtungen ausgebildet sein.
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Die Wärmetauschereinheiten 341, 342 der mehrstufigen Wärmetauscheranordnung 34 können nun derart mit einer Fluidströmung versorgt werden, dass diese einen Temperaturgradienten aufweisen, welche entlang der Oberfläche der den Wärmetauschereinheiten 341, 342 ausgebildet sind (in 6 beispielhaft durch den nach rechts gerichteten Pfeil und die Bezeichnungen „wann” und „kalt” entsprechend näher verdeutlicht). So wird auch die Zuluft, die durch die Wärmetauschereinheiten 341, 342 fließt, mit einem entsprechenden Temperaturgradienten senkrecht zur Strömungsrichtung der Zuluft beaufschlagt. Die Luftstromaufteilung 6 trennt diese Zuluftströmung nunmehr derart, dass die einzelnen nach der Trennung entstandenen Luftströmungen eine entsprechend (einstellbare) unterschiedliche Durchschnittstemperatur aufweisen.
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Der Größe und das Profil des Temperaturgradienten kann entsprechend der Einstellung der Strömungssteuervorrichtung, beispielsweise der Durchflussrate des Kühlmittels oder dessen Temperaturen, eingestellt werden. Beispielsweise kann der Temperaturgradient in einer der Wärmetauschereinheiten sehr ausgeprägt sein, wenn die Temperatur des Fluids sehr hoch und die Durchflussrate des Kühlmittels sehr niedrig eingestellt ist. Folglich können über den Querschnitt der Luftströmung im Zuluftkanal auch ausgeprägte Temperaturgradienten erzeugt werden, wobei die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 grundsätzlich einen Temperaturgradienten aufweist, der senkrecht zur Strömungsrichtung des Luftstroms der Zuluft ausgebildet ist. Eine derartig erfindungsgemäß ausgebildete Zonenregelung hat den Vorteil, dass keine mechanischen Komponenten, beispielsweise Luftklappen, in dem Zuluftkanal 3 erforderlich sind.
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Die Erfindung lässt neben den erläuterten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. Beispielsweise können im Kältemittel-Primärkreislauf 10 weitere Wärmetauscher vorgesehen sein. Auch kann der Außenwärmetauscher 35 auch eine andere Form eines Wärmetauschers sein. Zudem kann die mehrstufige Wärmetauscheranordnung 34 mehr als zwei Wärmetauschereinheiten vorsehen, beispielsweise drei, vier oder fünf. Entsprechend kann auch die Strömungssteuervorrichtung 33 mit weniger oder mehr Strömungspfadabschnitten verbunden sein.
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Obschon sich alle Ausführungsformen der Klimaanlage 1 auf eine Klimatisierung für ein Fahrzeug beziehen, kann die Klimaanlage 1 auch bei anderen Anwendungen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann diese auch für Züge, Boote, oder Häuser verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010024853 A1 [0003]
