DE102015110568A1

DE102015110568A1 - Integrated vehicle air conditioning system with heat pump function and method for controlling the vehicle air conditioning system

Info

Publication number: DE102015110568A1
Application number: DE102015110568.3A
Authority: DE
Inventors: Gerald Richter
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2017-01-05
Also published as: KR20170004809A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine integrierte Fahrzeugklimaanlage mit Wärmepumpenfunktion, wobei ein Verdampfer (3) und ein Kondensator (4) in einem Klimaanlagengehäuse (1) angeordnet und separat und unabhängig voneinander durchströmbar ausgebildet sind und dass die Strömungspfade vom Gebläse (2) durch den Verdampfer (3) und vom Gebläse (2) durch den Kondensator (4) in den Fahrzeuginnenraum oder in die Umgebung ableitbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr der Fahrzeugklimaanlage über einen Staudruckkanal (10) mit einer Staudrucklufteinlassöffnung (13), einen Frischluftkanal (11) mit einer Frischlufteinlassöffnung (14) und einen Zirkulationskanal (12) mit einer Zirkulationslufteinlassöffnung (15) aus drei Bereichen des Fahrzeuges ausgebildet ist und dass bei Luftzufuhr über den Staudruckkanal (10) die Leistungsaufnahme des Gebläses (2) reduziert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Fahrzeugklimaanlage.The invention relates to an integrated vehicle air conditioning system with heat pump function, wherein an evaporator (3) and a condenser (4) arranged in an air conditioning housing (1) and separately and independently of each other are flowed through and that the flow paths from the blower (2) through the evaporator (3 ) and are formed by the fan (2) through the condenser (4) in the vehicle interior or in the environment, characterized in that the air supply of the vehicle air conditioning system via a dynamic pressure duct (10) with a ram air inlet (13), a fresh air duct (11) is formed with a fresh air inlet opening (14) and a circulation channel (12) with a circulation air inlet opening (15) from three areas of the vehicle and that with air supply via the dynamic pressure channel (10), the power consumption of the blower (2) is reduced. The invention further relates to a method for controlling such a vehicle air conditioning system.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Fahrzeugklimaanlage mit Wärmepumpenfunktion und ein Verfahren zur Steuerung der Fahrzeugklimaanlage.The invention relates to an integrated vehicle air conditioning system with heat pump function and a method for controlling the vehicle air conditioning system.

Als integrierte Fahrzeugklimaanlagen werden Anlagen bezeichnet, welche die Funktionen des Heizens und des Kühlens des Fahrzeuginnenraumes in einem kompakten Gerät realisieren. Die zur Heizung benötigte Wärmepumpenfunktion wird dabei mit einem konventionellen Kältemittelkreislauf und einer entsprechenden luftseitigen Verschaltung umgesetzt. Die aus dem Verdampfer und dem Kondensator abströmenden Kalt- und Warmluftströme werden dabei so geleitet und gemischt, dass die gewünschte Lufttemperatur beim Eintritt in die Fahrzeugkabine erreicht wird.As integrated vehicle air conditioners systems are called, which realize the functions of heating and cooling of the vehicle interior in a compact device. The heat pump function required for heating is implemented with a conventional refrigerant circuit and a corresponding air-side interconnection. The flowing out of the evaporator and the condenser cold and warm air flows are thereby conducted and mixed that the desired air temperature is reached when entering the vehicle cabin.

Aus der DE 10 2011 052 752 A1 geht eine modulare Fahrzeugklimaanlage mit Wärmepumpenfunktionalität hervor, in welcher eine Frischluft- und eine Umluftansaugung als Luftzufuhr der Fahrzeugklimaanlage für beide Gebläse des Klimaanlagensystems vorgesehen ist. Es wird ein Gebläse für die Erzeugung eines Strömungspfades der Luft durch den Verdampfer für die Erzeugung eines Kaltluftstromes und ein Gebläse für die Erzeugung eines Strömungspfades durch den Kondensator, beziehungsweise den Gaskühler, zur Erzeugung eines Warmluftstromes vorgesehen. Je nach Betriebsmodus diese Klimaanlagentyps wird wahlweise Kaltluft, Warmluft oder auch eine Mischung von Kalt- und Warmluft, im sogenannten Reheat-Betrieb, von der Fahrzeugklimaanlage zur Verfügung gestellt.From the DE 10 2011 052 752 A1 is a modular vehicle air conditioning system with heat pump functionality, in which a fresh air and a recirculation air intake is provided as an air supply of the vehicle air conditioning for both fans of the air conditioning system. A blower is provided for generating a flow path of the air through the evaporator for generating a cold air flow and a blower for generating a flow path through the condenser, or the gas cooler, for generating a hot air flow. Depending on the mode of operation of this type of air conditioning system is either cold air, hot air or a mixture of cold and hot air, in the so-called reheat mode, provided by the vehicle air conditioning.

Die Luftzufuhr dieser gattungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage erfolgt einmal über eine Umluft, welche aus der Fahrzeugkabine in das Gerät geleitet wird, und ein andermal über eine Frischluftansaugung, welche außerhalb der Fahrzeugkabine angesaugt wird. Die Frischluftansaugung befindet sich dabei in einem Bereich der Fahrzeugumströmung der Außenluft, in dem eine möglichst schadstoffarme, saubere und geruchsfreie Luft für die Fahrzeugkabine zur Verfügung zu steht. Die Frischluftansaugung erfolgt somit zum Beispiel am Windlauf unterhalb der Frontscheibe des Fahrzeuges. Eine Frischluftansaugung an anderer Stelle der Fahrzeugumströmung, zum Beispiel der Fahrzeugfront, ist nicht bekannt und gewünscht, da in diesem Bereich des Fahrzeuges durch die Nähe zur Straße beziehungsweise durch die Nähe zu vorausfahrenden Fahrzeugen neben verschmutzter und schadstoffbelasteter Luft auch unerwünschte Gerüche über die Fahrzeugklimaanlage in die Fahrzeugkabine eingetragen würden.The air supply of this generic vehicle air conditioning system is once via a circulating air, which is passed from the vehicle cabin into the device, and another time via a fresh air intake, which is sucked outside the vehicle cabin. The fresh air intake is located in a region of the vehicle flow around the outside air, in which a low-emission, clean and odorless air for the vehicle cabin is available. The Frischluftansaugung thus takes place, for example, the cowl below the windscreen of the vehicle. A fresh air intake elsewhere in the vehicle flow, for example, the vehicle front, is not known and desired because in this area of the vehicle by the proximity to the road or by the proximity to vehicles in front of polluted and polluted air and unwanted odors on the vehicle air conditioning in the Vehicle cabin would be registered.

Bei gattungsgemäßen Fahrzeugklimaanlagen besteht ein bekannter Nachteil darin, dass beim Betrieb der Fahrzeugklimaanlage die Gebläse in jeder Betriebsart aktiviert sein müssen, um die Funktion der Anlage zu gewährleisten. Dadurch entsteht ein erhöhter Energieaufwand, der insbesondere bei der Verwendung der Fahrzeugklimaanlage in Elektro- oder Hybridfahrzeugen und einem elektrischen Betreiben der Gebläse zu einem zusätzlichen Energieaufwand führt, welcher letztlich die Reichweite dieser Fahrzeuge reduziert.In generic vehicle air conditioners, a known disadvantage is that during operation of the vehicle air conditioning system, the fans must be activated in each operating mode in order to ensure the function of the system. This results in an increased expenditure of energy, which leads in particular when using the vehicle air conditioner in electric or hybrid vehicles and an electrical operation of the blower to an additional energy consumption, which ultimately reduces the range of these vehicles.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Energieeinsparung beim Betreiben der Fahrzeugklimaanlage zu erreichen.The object of the invention is therefore to achieve energy savings in operating the vehicle air conditioning.

Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß der selbstständigen Patentansprüche gelöst.The object is achieved by an object and a method having the features according to the independent claims.

Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Further developments are specified in the dependent claims.

Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch eine integrierte Fahrzeugklimaanlage mit Wärmepumpenfunktion gelöst, wobei ein Verdampfer und ein Kondensator in einem Klimaanlagengehäuse angeordnet und separat und unabhängig voneinander durchströmbar ausgebildet sind. Die Strömungspfade sind jeweils vom Gebläse durch den Verdampfer und vom Gebläse durch den Kondensator in den Fahrzeuginnenraum oder in die Umgebung ableitbar ausgebildet. Die Fahrzeugklimaanlage ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr für die Fahrzeugklimaanlage über einen Staudruckkanal mit einer Staudrucklufteinlassöffnung, einen Frischluftkanal mit einer Frischlufteinlassöffnung und einen Zirkulationskanal mit einer Zirkulationslufteinlassöffnung aus drei Bereichen des Fahrzeuges ausgebildet ist. Dabei führt die Luftzufuhr über den Staudruckkanal zu einer reduzierten Leistungsaufnahme des Gebläses durch den erhöhten Staudruck der zugeführten Luft am Saugdruckeingang des Gebläses.The object of the invention is achieved in particular by an integrated vehicle air conditioning system with a heat pump function, wherein an evaporator and a condenser are arranged in an air conditioning housing and are formed separately and independently of each other. The flow paths are each formed by the blower through the evaporator and the fan through the capacitor in the vehicle interior or in the environment derived. The vehicle air conditioning system is further characterized in that the air supply for the vehicle air conditioning system via a dynamic pressure channel with a ram air inlet, a fresh air channel with a fresh air inlet opening and a circulation channel is formed with a circulation air inlet opening of three areas of the vehicle. The air supply via the dynamic pressure channel leads to a reduced power consumption of the blower due to the increased back pressure of the supplied air at the suction pressure inlet of the blower.

Bevorzugt ist die Staudrucklufteinlassöffnung für den Staudruckkanal im Bereich eines hohen Staudruckes der Fahrzeugumströmung im Frontbereicht des Fahrzeuges angeordnet.Preferably, the ram air inlet opening is arranged for the dynamic pressure channel in the region of a high back pressure of the vehicle flow around the front of the vehicle.

Vorteilhaft ist die Frischlufteinlassöffnung für den Frischluftkanal im Bereich des Windlaufes des Fahrzeuges unterhalb der Frontscheibe und somit in einem sogenannten sauberen Bereich der Fahrzeugumströmung platziert.Advantageously, the fresh air inlet opening for the fresh air duct in the region of the cowl of the vehicle below the windscreen and thus placed in a so-called clean area of Fahrzeugumströmung.

Die Zirkulationslufteinlassöffnung für den Zirkulationskanal befindet sich im Bereich des Fahrzeuginnenraumes, um den Zirkulationsluftanteil der Luftzufuhr für die Fahrzeugklimaanlage bereitzustellen.The circulation air inlet opening for the circulation channel is located in the region of the vehicle interior to provide the circulation air component of the air supply for the vehicle air conditioning system.

Vorteilhaft ist weiterhin eine Steuereinrichtung und mit dieser verbundene Steuerklappen zur Steuerung der Strömungspfade für die Luftzufuhr der Fahrzeugklimaanlage sowie innerhalb der Fahrzeugklimaanlage für die Luftzufuhr zur Fahrzeugkabine vorgesehen.Also advantageous is a control device and associated with this control flaps for Control of the flow paths for the air supply of the vehicle air conditioning system and provided within the vehicle air conditioning system for the air supply to the vehicle cabin.

Der Lufteinlass in das Klimaanlagengehäuse ist auf der Anströmseite des Gebläses angeordnet.The air inlet in the air conditioning housing is arranged on the upstream side of the blower.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Staudruckkanal, der Frischluftkanal und der Zirkulationskanal mit den zugehörigen Einlassöffnungen in einem kompakt ausgeführten Einlasskanalluftgehäuse mit den drei Einlassöffnungen für die Zuluftanteile und einer Auslassöffnung zum Gebläse hin zusammengefasst ausgebildet sind.An advantageous embodiment consists in that the dynamic pressure duct, the fresh air duct and the circulation duct are formed together with the associated inlet openings in a compact inlet duct air housing with the three inlet openings for the supply air portions and an outlet opening to the fan out.

Weiterführend wird vorgeschlagen, dass mehrere Einlasskanalluftgehäuse parallel in der Fahrzeugklimaanlage angeordnet werden. Die Zusammenfassung von jeweils drei Kanälen zu einem Einlasskanalluftgehäuse und die separate Zuführung für jedes Gebläse ermöglicht eine optimale Ansteuerung und Effizienz des Systems.It is further proposed that a plurality of inlet duct air housings be arranged in parallel in the vehicle air conditioning system. The combination of three channels each to an inlet duct air housing and the separate supply for each fan allows optimal control and efficiency of the system.

Alternativ werden der Staudruckkanal, der Frischluftkanal und der Zirkulationskanal mit den zugehörigen Einlassöffnungen als separate Kanäle ausgebildet. Wiederum alternativ werden jeweils die Staudruckkanäle, die Frischluftkanäle und die Zirkulationskanäle einlassseitig zu Baueinheiten zusammengefasst und auslassseitig zu den Gebläsen hin getrennt ausgeführt.Alternatively, the dynamic pressure channel, the fresh air channel and the circulation channel are formed with the associated inlet openings as separate channels. Again alternatively, the dynamic pressure ducts, the fresh air ducts and the circulation ducts are combined on the inlet side into structural units and executed separately on the outlet side to the blowers.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeugklimaanlage gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Strömungspfad bei Luftzufuhr über den Staudruckkanal zum Gebläse über den Verdampfer oder den Kondensator in die Umgebung geschaltet ist, wobei die Leistungsaufnahme des Gebläses dabei durch den verringerten Saugdruck reduziert ist.The object of the invention is further achieved by a method for controlling a vehicle air conditioner, which is characterized in that the flow path is connected with air supply via the dynamic pressure channel to the blower via the evaporator or the condenser in the environment, wherein the power consumption of the blower by the reduced suction pressure is reduced.

Vorteilhaft wird im Betriebsmodus Heizen der Strömungspfad für den Luftauslass Fahrzeuginnenraum über den Kondensator und der Strömungspfad für den Luftauslass Umgebung über den Verdampfer geschaltet.Advantageously, in the operating mode heating, the flow path for the air outlet vehicle interior is switched via the condenser and the flow path for the air outlet environment via the evaporator.

Im Betriebsmodus Kühlen wird der Strömungspfad für den Luftauslass Fahrzeuginnenraum über den Verdampfer und der Strömungspfad für den Luftauslass Umgebung über den Kondensator geschaltet.In cooling mode, the flow path for the vehicle interior air outlet is switched via the evaporator and the flow path for the air outlet is via the condenser.

Dabei wird vorteilft der Strömungspfad mit Zuluft aus dem Staudruckkanal gespeist, der nicht für die Fahrzeuginnenraumklimatisierung genutzt wird, so dass die gegebenenfalls nicht saubere Luft aus dem Staudruckkanal immer wieder an die Umgebung abgegeben wird.In this case, the flow path is advantageously fed with supply air from the dynamic pressure channel, which is not used for the vehicle interior air conditioning, so that the possibly not clean air is discharged from the dynamic pressure channel again and again to the environment.

Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass eine Energieeinsparung beim Betreiben der Fahrzeugklimaanlage dadurch erreicht werden kann, dass die teilweise Nutzung des Staudruckes der das Fahrzeug umströmenden Luft zu einer Reduzierung der Gebläseleistung und damit zu einer Energieeinsparung führt.The concept of the invention is that an energy saving when operating the vehicle air conditioning system can be achieved in that the partial use of the back pressure of the air flowing around the vehicle leads to a reduction of the fan power and thus to an energy saving.

Es wurde gefunden, dass durch die Anordnung der Frischluftzufuhr bei gattungsgemäßen Klimaanlagen in den sogenannten sauberen Bereichen Luftumströmung beim fahrenden Fahrzeug kein, beziehungsweise nur ein sehr geringer Staudruck zur Verfügung steht. Als ein signifikanter Nachteil dieser gattungsgemäßen Systeme muss somit das Gebläse auch während der Fahrt Luft fördern, was zu einem erhöhten Energiebedarf gegenüber Systemen führt, bei denen die Wärmeübertrager vom Fahrtwind durchströmt werden. Letzteres ist beispielsweise bei konventionellen Systemen der Fall, bei denen die Kondensatoren der Kältemittelkreisläufe im Frontbereich der Fahrzeuge angeordnet sind. Bei höheren Geschwindigkeiten kann der Kühlerventilator für diese Kondensatoren teilweise ausgeschaltet werden kann.It has been found that by the arrangement of the fresh air supply in generic air conditioning systems in the so-called clean areas air circulation when the vehicle is moving no, or only a very low back pressure is available. As a significant disadvantage of these generic systems, therefore, the blower must also promote air while driving, resulting in an increased energy demand compared to systems in which the heat exchanger flows through the wind. The latter is the case, for example, in conventional systems in which the condensers of the refrigerant circuits are arranged in the front region of the vehicles. At higher speeds, the radiator fan for these capacitors can be partially turned off.

Konzeptionsgemäß wurde somit gefunden, dass die Nutzung des Staudruckes und insbesondere die zumindest teilweise Nutzung des Staudruckes den Energiebedarf des Klimasystems senken kann, wobei trotzdem bedarfsgerecht sowohl Schmutz, Schadstoff als auch Geruchseintrag in die Fahrzeugkabine minimiert ist.According to the concept, it has thus been found that the use of the dynamic pressure and in particular the at least partial use of the dynamic pressure can reduce the energy requirement of the air conditioning system, while nevertheless satisfying both dirt, pollutant and odor entry into the vehicle cabin.

Die Umsetzung der Konzeption besteht nunmehr darin, dass ein Lufteinlass mit drei Lufteinlasspfaden für die Fahrzeugklimaanlage vorgeschlagen wird. Der Lufteinlass für die Fahrzeugklimaanlage befindet sich auf der Anströmseite des Gebläses beziehungsweise der beiden Gebläse und verfügt über Elemente in Form von beispielsweise Steuerklappen zum Öffnen und Schließen der Einlasspfade. Über die Stellung der Steuerklappen an den Lufteinlassöffnungen für Frischluft, Umluft und Stauluft wird die Zuführung der Luft zum Klimaanlagensystem geregelt. Somit wird die Luftzufuhr für das Klimaanlagensystem aus den drei verschiedenen Anteilen geschaltet. Die erste Komponente der Luftzufuhr besteht in der Frischluftzufuhr aus dem Bereich des Windlaufes für saubere Luft zur Fahrzeugklimatisierung. Die zweite Komponente besteht aus einer Umluftzufuhr aus dem Innenraum, der Fahrzeugkabine, was zur Erhöhung der Systemleistung durch vorkonditionierte Luft vorteilhaft ist. Die dritte Komponente besteht in der Luftzufuhr aus einem Bereich hohen Staudrucks der Fahrzeugumströmung, beispielsweise aus dem Bereich des Vorderwagens, was zu einer Energieeinsparung für das betreffende Gebläse führt.The implementation of the concept now consists in proposing an air intake with three air intake paths for the vehicle air conditioning system. The air intake for the vehicle air conditioning system is located on the upstream side of the blower or the two fans and has elements in the form of, for example, control valves for opening and closing the inlet paths. The position of the control flaps on the air inlet openings for fresh air, circulating air and ram air controls the supply of air to the air conditioning system. Thus, the air supply for the air conditioning system is switched from the three different proportions. The first component of the air supply is the fresh air supply from the area of the cowl for clean air for vehicle air conditioning. The second component consists of a circulation air supply from the interior, the vehicle cabin, which is advantageous for increasing the system performance by preconditioned air. The third component in the air supply consists of a region of high back pressure of the vehicle flow, for example from the region of the front end, which leads to an energy saving for the relevant blower.

Jede Einlassöffnung des Einlassgehäuses ist mit einem Kanal zu den entsprechenden Stellen im Fahrzeug verbunden. Dabei kann das Gehäuse entweder kompakt ausgeführt werden und als Gehäuse mit drei Einlässen und entsprechenden Steuerelementen sowie einer Auslassöffnung zum Gebläse ausgeführt sein. Alternativ können mehrere Gehäuse mit gleicher Funktion sequentiell beziehungsweise parallel angeordnet werden. Der Staudruckkanal verbindet die Lufteinlassöffnung für den Staudruck des Einlassgehäuses mit einer Staudruckregion des Fahrzeuges, zum Beispiel im Vorderwagen. Während der Fahrt bildet sich somit ein Überdruck und Luft wird entsprechend in den Staudruckkanal und damit in die Fahrzeugklimaanlage geleitet. Durch den Staudruck dieser Komponente der Luftzufuhr für die Fahrzeugklimaanlage wird der Saugdruck des Gebläses gesenkt, wodurch die Leistungsaufnahme des Gebläses bei gleichem Luftdurchsatz reduziert werden kann. Die Steuerung der Klappen an den Einlassöffnungen der Kanäle erfolgt abhängig vom Betriebsmodus. Dies bedeutet, dass ausschließlich der Strömungspfad, auch als Systempfad bezeichnet, mit dem Staudruckpfad verbunden wird, der nicht der Fahrzeugkabinenklimatisierung dient. Each inlet opening of the inlet housing is connected to a channel to the corresponding locations in the vehicle. In this case, the housing can be made either compact and designed as a housing with three inlets and corresponding controls and an outlet to the blower. Alternatively, several housings with the same function can be arranged sequentially or in parallel. The dynamic pressure channel connects the air inlet opening for the back pressure of the inlet housing with a dynamic pressure region of the vehicle, for example in the front of the vehicle. During the journey, an overpressure thus forms and air is accordingly directed into the dynamic pressure channel and thus into the vehicle air conditioning system. Due to the dynamic pressure of this component of the air supply for the vehicle air conditioning, the suction pressure of the fan is lowered, whereby the power consumption of the fan can be reduced with the same air flow. The control of the flaps at the inlet openings of the channels is dependent on the operating mode. This means that only the flow path, also referred to as system path, is connected to the dynamic pressure path, which does not serve the vehicle cabin air conditioning.

Im Betriebsmodus Heizen wird somit der Strömungspfad durch den Verdampfer mit Stauluft beaufschlagt, da in diesem Falle die Luft vom Verdampfer im Wärmepumpenmodus in die Umgebung geleitet wird. Im Betriebsmodus Kühlen wird entsprechend der Kondensatorpfad mit Stauluft beaufschlagt, da in diesem Fall die Luft aus dem Kondensator in die Umgebung geleitet wird. In beiden Fällen kann durch die Nutzung der Stauluft die Gebläseleistung des jeweiligen mit Stauluft beaufschlagten Gebläses reduziert werden.In the operating mode heating, the flow path through the evaporator is thus subjected to ram air, since in this case the air is conducted from the evaporator in the heat pump mode into the environment. In the operating mode cooling, the condenser path is subjected to ram air, since in this case the air is led out of the condenser into the environment. In both cases can be reduced by the use of ram air, the fan power of each impinged with ram air blower.

Stauluft wird jedoch nur dann verwendet, wenn diese ja gegebenenfalls verschmutzte Luft wieder in die Umgebung geleitet wird. In anderen Fällen wird der Stauluftkanal geschlossen. Die Effizienzsteigerung der Fahrzeugklimaanlage erfolgt durch die Stauluftnutzung und die damit reduzierte Gebläseleistungsaufnahme.However, ram air is only used if this possibly polluted air is returned to the environment. In other cases, the ram air duct is closed. The increase in efficiency of the vehicle air conditioning system is due to the use of ram air and the resulting reduced power consumption.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1a: Prinzipskizze integrierte Fahrzeugklimaanlage im Betriebsmodus Kühlen 1a : Schematic diagram of integrated vehicle air conditioning system in cooling mode

1b: Integrierte Fahrzeugklimaanlage im Betriebsmodus Reheat 1b : Integrated vehicle air conditioning in Reheat mode

1c: Integrierte Fahrzeugklimaanlage im Betriebsmodus Wärmepumpe 1c : Integrated vehicle air conditioning system in operating mode heat pump

2: Prinzipdarstellung vorderer Teil eines Fahrzeuges mit Luftzufuhrkanälen 2 : Schematic representation of the front part of a vehicle with air supply ducts

3: Prinzipdarstellung intergrierte Fahrzeugklimaanlage mit Luftzufuhrkanälen. 3 : Schematic representation of integrated vehicle air conditioning system with air supply ducts.

In den 1a, 1b und 1c sind Prinzipdarstellungen einer integrierten Fahrzeugklimaanlage dargestellt, welche hinsichtlich ihrer Komponenten inhaltsgleich sind. Die Erläuterung der Komponenten gemäß der in 1a dargestellten integrierten Fahrzeugklimaanlage gilt somit exemplarisch auch für die in den 1b und 1c dargestellten Anlagen.In the 1a . 1b and 1c are schematic representations of an integrated vehicle air conditioning system shown, which are identical in terms of their components. The explanation of the components according to the in 1a illustrated integrated vehicle air conditioning is therefore also exemplary for in the 1b and 1c shown plants.

Die integrierte Fahrzeugklimaanlage besteht ganz allgemein aus einem Klimaanlagengehäuse 1, welches zwei Strömungspfade aufweist. Ein Strömungspfad für kalte Luft wird gebildet vom Gebläse 2 durch den Verdampfer 3 hindurch. Nachfolgend ist dieser Strömungspfad verzweigt. Der zweite Strömungspfad wird gebildet vom Gebläse 2 durch den Kondensator beziehungsweise Gaskühler 4 hindurch und wird anschließend weiter verzweigt. Wie in den Darstellungen gezeigt, besteht zwischen den beiden Strömungspfaden nach dem Verdampfer 3 und vor dem Kondensator 4 sowie weiterhin nach dem Kondensator 4 zum Strömungspfad des Verdampfers 3 hin eine Verbindung, um Mischungen von Kaltluft- und Warmluftströmungen herzustellen. Das Erzeugen von gemischten Kalt- und Warmluftströmungen wird auch als Reheat-Betrieb der Fahrzeugklimaanlage bezeichnet.The integrated vehicle air conditioning generally consists of an air conditioning housing 1 which has two flow paths. A cold air flow path is formed by the blower 2 through the evaporator 3 therethrough. Subsequently, this flow path is branched. The second flow path is formed by the blower 2 through the condenser or gas cooler 4 through and is then further branched. As shown in the illustrations, there is between the two flow paths after the evaporator 3 and in front of the condenser 4 and continue to the capacitor 4 to the flow path of the evaporator 3 a connection to produce mixtures of cold air and hot air flows. The generation of mixed cold and warm air flows is also referred to as reheat operation of the vehicle air conditioner.

Am Klimaanlagengehäuse 1 sind weiterhin Luftauslässe für die Umgebung 5 für beide Strömungspfade separat vorgesehen. Ein weiterer Luftauslass Fahrzeuginnenraum 18 besitzt funktionsgemäß eine Verbindung mit dem Fahrzeuginnenraum für die Bereitstellung der klimatisierten Luft in der Fahrzeugkabine.At the air conditioner housing 1 are still air outlets for the environment 5 provided separately for both flow paths. Another air outlet vehicle interior 18 is functionally connected to the vehicle interior for providing the conditioned air in the vehicle cabin.

Nur exemplarisch bezeichnet sind Steuerklappen 16 innerhalb des Klimaanlagengehäuses 1 beziehungsweise der Fahrzeugklimaanlage selbst vorgesehen, um die Luftströme zu lenken, zu leiten beziehungsweise auch für verschiedene Bereiche abzusperren. In der Darstellung gemäß 1 sind die Strömungspfade für die Kaltluft 6 und der Strömungspfad für die Warmluft 7 mittels eines Pfeiles gekennzeichnet prinziphaft angedeutet.Only exemplarily designates control flaps 16 inside the air conditioner housing 1 or the vehicle air conditioning system itself provided to direct the air flows, to direct or shut off for different areas. In the illustration according to 1 are the flow paths for the cold air 6 and the flow path for the hot air 7 indicated by an arrow indicated in principle.

In 1a ist der Kühlbetrieb der Klimaanlage dargestellt. Die Klappen 16 als Steuerorgane sind entsprechend gestellt. Parallel zum Strömungspfad für die Kaltluft 6 ist der Strömungspfad für die Warmluft 7 über den Kondensator 4 und die Klappe 16 hin zum Luftauslass Umgebung 5 gestellt. In dieser Betriebsstellung wird die Luftzuführung zum Gebläse 2 für den Strömungspfad für die Warmluft 7 über die Stauluft realisiert, um das diesem Strömungspfad zugehörige Gebläse 2 zu entlasten und Energie für den Antrieb des Gebläses 2 einzusparen. Das Gebläse 2 für den Strömungspfad für die Kaltluft 6 hingegen erhält nur Frischluft oder gegebenenfalls Frischluft mit Anteilen von Umluft, jedoch keine Anteile Stauluft.In 1a the cooling mode of the air conditioner is shown. The flaps 16 as control organs are provided accordingly. Parallel to the flow path for the cold air 6 is the flow path for the hot air 7 over the capacitor 4 and the flap 16 towards the air outlet environment 5 posed. In this operating position, the air supply to the blower 2 for the flow path for the hot air 7 about the Rammed air realized around the blower associated with this flow path 2 to relieve and power for the drive of the fan 2 save. The fan 2 for the flow path for the cold air 6 however, receives only fresh air or possibly fresh air with proportions of circulating air, but no shares of ram air.

In 1b ist durch Stellung der Klappen 16 der sogenannte Reheat-Betrieb schematisch angedeutet. In diesem Betriebsmodus wird die Kaltluft 6 mit einem Teil der Warmluft 7 gemischt, um je nach Anforderung aus der Fahrzeugkabine eine entsprechende Mischtemperatur der der Fahrzeugkabine zuzuführenden Luft herzustellen. Überschüssige Warmluft 7 wird über den Luftauslass Umgebung 5 abgeleitet.In 1b is by position of the flaps 16 the so-called reheat operation indicated schematically. In this operating mode, the cold air 6 with a part of the warm air 7 mixed to produce depending on the requirement from the vehicle cabin a corresponding mixing temperature of the vehicle cabin to be supplied air. Excess warm air 7 is about the air outlet environment 5 derived.

Im Betriebsmodus Heizen gemäß 1c wird der Strömungspfad für die Kaltluft 6 vollständig zum Luftauslass Umgebung 5 gestellt und somit in die Umgebung abgeleitet. In dieser Stellung erhält das Gebläse 2 Stauluft zur Unterstützung des Gebläses 2 und zur energetischen Entlastung desselben. Die Warmluft 7 des Warmluftpfades wird über den Luftauslass Fahrzeuginnenraum 18 vollständig in die Fahrgastzelle geleitet und somit eine maximale Ausnutzung der Wärmepumpenfunktionalität der integrierten Fahrzeugklimaanlage erreicht.In heating mode according to 1c becomes the flow path for the cold air 6 completely to the air outlet environment 5 placed and thus derived in the environment. In this position receives the blower 2 Rammed air to assist the blower 2 and to the energetic discharge of the same. The warm air 7 the hot air path is via the air outlet vehicle interior 18 completely directed into the passenger compartment, thus achieving maximum utilization of the heat pump functionality of the integrated vehicle air conditioning system.

In 2 ist schematisch der Frontbereich eines Fahrzeuges 8 mit dem System der Luftzufuhrkanäle dargestellt. Das nicht dargestellte Gebläse der Klimaanlage 9 erhält Luft über den Luftzufuhranschluss 19. Die Luftzufuhr für die Klimaanlage 9 wird über drei Kanäle konstruktiv realisiert. Der Staudruckkanal 10 verbindet die Staudrucklufteinlassöffnung 13 vom Frontbereich des Fahrzeuges 8 mit dem Luftzufuhranschluss 19 der Klimaanlage 9. Im Bereich der Staudrucklufteinlassöffnung 13 ist die Staudrucklufteinlasssteuerklappe 20 angeordnet, über welche die Beaufschlagung des Gebläses der Klimaanlage 9 mit Staudruckluft erfolgt. Der Frischluftkanal 11 leitet Luft von der Frischlufteinlassöffnung 14 aus dem Bereich der Windschutzscheibe des Fahrzeuges 8 zum Luftzufuhranschluss 19 der Klimaanlage 9 und der Zirkulationskanal 12 leitet Luft von der Zirkulationslufteinlassöffnung 15 zum Luftzufuhranschluss 19 der Klimaanlage 9. Die Frischlufteinlasssteuerklappe 21 und die Zirkulationslufteinlasssteuerklappe 22 sind im Bereich der zugehörigen Einlassöffnungen 14 und 15 angeordnet. Die Kanäle 10, 11 und 12 sind dabei zu einem Luftzuführgehäuse verbunden, welches drei Lufteinlässe 13, 14 und 15 sowie einen Luftauslass korrespondierend mit dem Luftzufuhranschluss 19 der Klimaanlage 9 aufweist.In 2 is schematically the front portion of a vehicle 8th represented with the system of air supply channels. The unillustrated blower of the air conditioner 9 receives air via the air supply connection 19 , The air supply for the air conditioning 9 is realized structurally via three channels. The dynamic pressure channel 10 connects the ram air inlet 13 from the front of the vehicle 8th with the air supply connection 19 the air conditioning 9 , In the area of the ram air inlet opening 13 is the ram air inlet control flap 20 arranged over which the admission of the blower of the air conditioning 9 done with ram air. The fresh air duct 11 directs air from the fresh air inlet 14 from the area of the windshield of the vehicle 8th to the air supply connection 19 the air conditioning 9 and the circulation channel 12 directs air from the circulation air inlet 15 to the air supply connection 19 the air conditioning 9 , The fresh air inlet control flap 21 and the circulation air inlet control flap 22 are in the range of the associated inlet openings 14 and 15 arranged. The channels 10 . 11 and 12 are connected to an air supply housing, which has three air inlets 13 . 14 and 15 and an air outlet corresponding to the air supply port 19 the air conditioning 9 having.

In 3 ist eine prinziphafte Darstellung einer integrierten Fahrzeugklimaanlage mit Luftzuführung dargestellt. Die dargestellte Ausgestaltung zeigt den Reheat-Betrieb, wobei die Kaltluft 6 mit der Mischluft 17 geschichtet den Luftauslass Fahrzeuginnenraum 18 verlässt. Der Strömungspfad für die Kaltluft 6 verläuft vom Gebläse 2 durch den Verdampfer 3 hindurch zum Luftauslass Fahrzeuginnenraum 18. Ein Teil der Luft dieses Strömungspfades wird nach dem Verdampfer 3 über den Kondensator 4 abgezweigt und erwärmt und gelangt dann, nach Mischung mit Anteilen der Kaltluft 6, als Mischluft 17 zum Luftauslass Fahrzeuginnenraum 18. Der Strömungspfad Warmluft 7 wird vollständig über den Luftauslass Umgebung 5 in diese abgeleitet. In dieser Darstellung sind die Kanäle für den Luftzufuhranschluss 19, der Frischluftkanal 11, der Zirkulationskanal 12 und der Staudruckkanal 10 prinziphaft angedeutet, wobei die Kanäle 10, 11 und 12 zusammengefasst sind und in den Luftzufuhranschluss 19 des Klimaanlagengehäuses 1 münden. Da die Strömungspfade durch den Verdampfer 3 und den Kondensator 4 getrennt und separat ausgebildet sind und von jeweils einem eigenen Gebläse 2 erzeugt werden, sind auch separate Luftzufuhranschlüsse 19 für jedes Gebläse 2 mit entsprechend separaten Zufuhrkanälen 10, 11 und 12 ausgestaltet. Die Steuerung der Luftzufuhr über die Kanäle 10, 11 und 12 erfolgt entsprechend über die Stellung der Staudrucklufteinlasssteuerklappe 20 für die Staudruckluft, die Frischlufteinlasssteuerklappe 21 für den Frischluftanteil und die Zirkulationslufteinlasssteuerklappe 22 für den Umluftanteil. Die Lufteinlasssteuerklappen 20, 21, 22 sind jeweils im Bereich der entsprechenden Einlassöffnungen 13, 14, 15 angeordnet. Die Stellung der Staudrucklufteinlasssteuerklappe 20 ist im Betriebsmodus Kühlen mit dem Strömungspfad über den Kondensator 4 und mit dem zugehörigen Luftauslass Umgebung 5 geöffnet. Im Betriebsmodus Heizen ist die Staudrucklufteinlasssteuerklappe 20 mit dem Strömungspfad über den Verdampfer 3 und mit dem zugehörigen Luftauslass Umgebung 5 geöffnet.In 3 is a basic representation of an integrated vehicle air conditioning system shown with air supply. The illustrated embodiment shows the reheat operation, wherein the cold air 6 with the mixed air 17 stratified the air outlet vehicle interior 18 leaves. The flow path for the cold air 6 runs from the blower 2 through the evaporator 3 through to the air outlet vehicle interior 18 , Part of the air of this flow path is after the evaporator 3 over the capacitor 4 diverted and heated and then passes, after mixing with shares of cold air 6 , as mixed air 17 to the air outlet vehicle interior 18 , The flow path warm air 7 will completely over the air outlet environment 5 derived in this. In this illustration are the channels for the air supply port 19 , the fresh air channel 11 , the circulation channel 12 and the dynamic pressure channel 10 principle indicated, the channels 10 . 11 and 12 are summarized and in the air supply connection 19 of the air conditioner housing 1 lead. Because the flow paths through the evaporator 3 and the capacitor 4 separated and formed separately and each with its own fan 2 are also separate air supply connections 19 for every blower 2 with corresponding separate supply channels 10 . 11 and 12 designed. The control of the air supply via the channels 10 . 11 and 12 takes place according to the position of the ram air inlet control flap 20 for the dynamic pressure air, the fresh air inlet control flap 21 for the fresh air portion and the circulation air inlet control flap 22 for the recirculating air proportion. The air intake control flaps 20 . 21 . 22 are each in the range of the corresponding inlet openings 13 . 14 . 15 arranged. The position of the ram air inlet control flap 20 is in cooling mode with the flow path across the condenser 4 and with the associated air outlet environment 5 open. In heating mode, the back pressure air inlet control flap 20 with the flow path over the evaporator 3 and with the associated air outlet environment 5 open.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: KlimaanlagengehäuseAir conditioning case
22: Gebläsefan
33: VerdampferEvaporator
44: Kondensator/GaskühlerCondenser / gas cooler
55: Luftauslass UmgebungAir outlet environment
66: Kaltluftcold air
77: Warmlufthot air
88th: Fahrzeugvehicle
99: Klimaanlageair conditioning
1010: StaudruckkanalDynamic pressure channel
1111: FrischluftkanalFresh air duct
1212: Zirkulationskanalcirculation channel
1313: StaudrucklufteinlassöffnungRam air inlet opening
1414: FrischlufteinlassöffnungFresh air inlet opening
1515: ZirkulationslufteinlassöffnungCirculation air inlet opening
1616: Steuerklappecontrol flap
1717: Mischluftmixed air
1818: Luftauslass FahrzeuginnenraumAir outlet vehicle interior
19 19: LuftzufuhranschlussAir supply port
2020: StaudrucklufteinlasssteuerklappeRam air intake control valve
2121: FrischlufteinlasssteuerklappeFresh air intake control valve
2222: ZirkulationslufteinlasssteuerklappeCirculation air intake control valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011052752 A1 [0003]

Claims

Integrated vehicle air conditioning system with heat pump function, wherein an evaporator ( 3 ) and a capacitor ( 4 ) in an air conditioning housing ( 1 ) are arranged and formed separately and independently of each other through flow and the flow paths from the blower ( 2 ) through the evaporator ( 3 ) and blower ( 2 ) through the capacitor ( 4 ) are designed to be derivable into the vehicle interior or into the environment, characterized in that the air supply ( 19 ) of the air conditioner ( 9 ) via a dynamic pressure channel ( 10 ) with a ram air inlet opening ( 13 ), a fresh air duct ( 11 ) with a fresh air inlet opening ( 14 ) and a circulation channel ( 12 ) with a circulation air inlet ( 15 ) is formed from three areas of the vehicle and that with air supply via the dynamic pressure channel ( 10 ) the power consumption of the blower ( 2 ) is reduced.

Vehicle air conditioning system according to claim 1, characterized in that the ram air inlet opening ( 13 ) for the dynamic pressure channel ( 10 ) in the region of high back pressure of the vehicle flow around the front of the vehicle ( 8th ) is arranged.

Vehicle air conditioning system according to claim 1 or 2, characterized in that the fresh air inlet opening ( 14 ) for the fresh air duct ( 11 ) in the area of the cowl of the vehicle ( 8th ) is arranged below the windscreen.

Vehicle air conditioning system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the circulation air inlet opening ( 15 ) for the circulation channel ( 12 ) is arranged in the region of the vehicle interior.

Vehicle air conditioning system according to one of claims 1 to 4, characterized in that a control device and control flaps ( 16 ) are provided for controlling the flow paths in the vehicle air conditioning system.

Vehicle air conditioning system according to one of claims 1 to 5, characterized in that at the air inlet openings ( 13 . 14 . 15 ) of the channels ( 10 . 11 . 12 ) Control flaps ( 20 . 21 . 22 ) arranged and the supply air are controllable.

Vehicle air conditioning system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the dynamic pressure channel ( 10 ), the fresh air channel ( 11 ) and the circulation channel ( 12 ) with the associated inlet openings ( 13 . 14 . 15 ) in an inlet channel housing with three inlet openings ( 13 . 14 . 15 ) and an outlet opening to the blower ( 2 ) are formed summarized.

Vehicle air conditioning system according to claim 7, characterized in that a plurality of inlet housing are arranged in parallel.

Vehicle air conditioning system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the dynamic pressure channel ( 10 ), the fresh air channel ( 11 ) and the circulation channel ( 12 ) with the associated inlet openings ( 13 . 14 . 15 ) are formed as separate channels.

Method for controlling a vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that - the flow path with air supply via the dynamic pressure channel ( 10 ) to the blower ( 2 ) over the evaporator ( 3 ) or the capacitor ( 4 ) is switched into the environment, wherein - the power consumption of the blower ( 2 ) is reduced thereby by the reduced suction pressure.

A method according to claim 10, characterized in that in the operating mode heating the flow path for the air outlet vehicle interior ( 18 ) over the capacitor ( 4 ) and the flow path for the air outlet environment ( 5 ) over the evaporator ( 3 ) is switched.

A method according to claim 10, characterized in that in the operating mode cooling the flow path for the air outlet vehicle interior ( 18 ) over the evaporator ( 3 ) and the flow path for the air outlet environment ( 5 ) over the capacitor ( 4 ) is switched.