DE102018214890A1

DE102018214890A1 - Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung

Info

Publication number: DE102018214890A1
Application number: DE102018214890.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Rosskopf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung (10) für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlkreislauf (12), in welchem wenigstens ein Verdampfer (14) und ein Kondensator (16) von einem Fluid durchströmbar sind, wobei in einem Umluftbetriebsmodus der Klimatisierungseinrichtung (10) ein aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs gespeister Luftstrom durch den Verdampfer (14) hindurch in den Innenraum leitbar ist, wobei in Strömungsrichtung (22) des Luftstroms vor dem Verdampfer (14) eine Dosiereinrichtung (24) angeordnet ist, mittels welcher ein Mittel (26) zum Erniedrigen des Gefrierpunktes von Wasser in den Luftstrom einbringbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Klimatisierungseinrichtungen beziehungsweise Klimageräte werden in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, häufig zum Entfeuchten der Luft für den Innenraum des Kraftfahrzeugs verwendet. Dies geschieht in der Regel durch Kondensation der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit an einem Verdampfer der Klimatisierungseinrichtung. Klimaanlagen beziehungsweise Klimatisierungseinrichtungen für den Fahrzeuginnenraum können häufig in einem sogenannten Frischluftbetriebsmodus und einem Umluftbetriebsmodus betrieben werden. Bei ersterem wird die zu temperierende Luft aus einer Umgebung außerhalb des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Innenraums an dem beziehungsweise durch den Verdampfer vorbei beziehungsweise hindurch in den Fahrzeuginnenraum geleitet, wobei am Verdampfer Wärme aus der Luft durch den Verdampfer aufgenommen wird. Im Umluftbetriebsmodus zirkuliert die Luft im Innenraum, insbesondere wird die Luft aus dem Innenraum an beziehungsweise durch den Verdampfer und wieder zurück in den Innenraum geleitet, wobei ebenfalls eine Abgabe von Wärme an den Verdampfer erfolgt.
Zusätzlich zu dem Verdampfer weist die Klimatisierungseinrichtung in der Regel einen Kondensator auf. An dem Verdampfer wird Wärme aus der Umgebung des Verdampfers aufgenommen, wodurch diese gekühlt wird beziehungsweise gekühlt werden kann. Die Wärmeaufnahme erfolgt insbesondere dadurch, dass beim Verdampfen eines Fluids, welches durch den Verdampfer fließt dieses in dem Verdampfer den Aggregatszustand von flüssig nach gasförmig wechselt, wofür Wärme benötigt wird. Am Kondensator wird hingegen Wärme an die Umgebung des Kondensators abgegeben, wobei die abgegebene Wärme insbesondere die am Verdampfer aufgenommene Wärme ist, da Verdampfer und Kondensator über einen Kühlkreislauf miteinander verbunden sind.
Dabei ist der Kühlkreislauf von einem Fluid, welches insbesondere ein Kühlmittel beziehungsweise ein Kältemittel ist, durchströmbar.
Damit nun die Luft in dem Fahrzeuginnenraum entfeuchtet werden kann, wird Luft für den Innenraum des Kraftfahrzeugs an dem Verdampfer vorbeigeleitet. Durch den Entzug der Wärme durch den Verdampfer findet dabei eine Abkühlung der Feuchtigkeit aufweisenden Luft statt. Beim Abkühlen der Luft, insbesondere unter ihren Taupunkt, kann es nun zur Kondensation der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit kommen. Das Kondensat schlägt sich auf einer Oberfläche des Verdampfers nieder, wodurch es der Luft entzogen wird und diese somit entfeuchtet wird.
Liegt die Temperatur des Verdampfers, insbesondere der Verdampferoberfläche, unterhalb des Gefrierpunkts der Feuchtigkeit, so kann dies zur Eisbildung auf der Oberfläche führen. Das sich bildende Eis verschlechtert einen Wärmeübergang zwischen Luft und dem Fluid, insbesondere dem Kältemittel, im Kältekreislauf. Dadurch werden die Leistung und der Wirkungsgrad der Klimatisierungseinrichtung negativ beeinflusst. Darüber hinaus kann es aufgrund der Vereisung zu einem erhöhten Strömungswiderstand bei einem Luftstrom, welcher durch den Verdampfer fließt, kommen. Daher ist in der Regel eine Verwendung zum Entfeuchten der Luft mittels des Verdampfers nur bis zu einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts durchführbar, da beim Unterschreiten dieser Temperatur eben genannte Vereisung droht.
Somit ergibt sich insbesondere während der Winterzeit beim Betreiben der Klimatisierungseinrichtung das Problem, dass insbesondere im Umluftbetriebsmodus, welcher aufgrund seiner Energieeffizienz, insbesondere bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, zu bevorzugen ist, das Problem, dass die Verdampfertemperatur größer ist als eine Scheibentemperatur der Scheiben in dem Kraftfahrzeug, beschlagene Scheiben sind die Folge. Alternativ trockenere Luft aus der Umgebung mittels Frischluftbetriebsmodus zuzuführen wäre besonders ineffizient, da bei einem Elektrofahrzeug keine Abwärme der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden kann.
So zeigt die DE 103 60 349 A1 einen CO₂-Kältemittelkreislauf, bei dem das CO₂-Kältemittel nacheinander einen Kompressor, einen Kältemittelkühler als Kältemittelverflüssiger, ein den Kältemittelfluss regelndes Expansionsorgan und einen Verdampfer, die jeweils durch eine Kältemittelleitung miteinander verbunden sind, durchströmt. Eine Vereisung des Verdampfers wird dabei dadurch verhindert, dass am Verdampfer ein Eissensor angeordnet ist, der über eine Steuereinrichtung mit einem Ventil in Wirkverbindung steht, das in einer Kältemittelnebenleitung integriert ist, die die Ausgangsleitung des Kompressors mit der Eingangsleitung des Verdampfers verbindet und durch die im Falle einer Vereisung des Verdampfers zumindest ein Kältemittelteilmassenstrom strömt.
Ferner zeigt die DE 20 2008 017 545 U1 einen Kühlvorrichtung zur Kühlung einer eine Feuchtigkeit aufweisenden Umgebung mittels Wärmeenergietransport, mit mindestens einem Kontaktbereich, welcher der Umgebung ausgesetzt ist, um Wärmeenergie zu transportieren. Dabei ist der Kontaktbereich zumindest teilweise mit einer einen Gefrierpunkt der Feuchtigkeit absenkenden Beschichtung ausgebildet, um ein Gefrieren der Feuchtigkeit aus der Umgebung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
Mithin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klimatisierungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung bereitzustellen, mittels welchen ein Vereisen eines Verdampfers der Klimatisierungseinrichtung zumindest besonders vorteilhaft vermindert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klimatisierungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Kühlkreislauf, in welchem wenigstens ein Verdampfer und ein Kondensator von einem Fluid durchströmbar sind. Dabei ist der Verdampfer insbesondere als Innenwärmetauscher und der Kondensator insbesondere als Außenwärmetauscher ausbildbar, wobei letzterer vorzugsweise in der Nähe beziehungsweise in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen hinter einem Kühlergrill des Kraftfahrzeugs anordenbar ist. Der Kühlkreislauf kann zusätzlich zu dem Verdampfer und dem Kondensator noch ein Kompressionsorgan wie beispielsweise einen Kompressor und ein Expansionsorgan wie beispielsweise eine Drossel aufweisen. Das Fluid ist vorzugsweise ein Kühlmittel und insbesondere ein Kältemittel. In einem Umluftbetriebsmodus der Klimatisierungseinrichtung ist ein aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs gespeister Luftstrom durch den Verdampfer hindurch in den Innenraum zurückleitbar. In dem Umluftbetriebsmodus zirkuliert somit die Luft im Innenraum des Kraftfahrzeugs, wobei die Zirkulation über den Verdampfer der Klimatisierungseinrichtung stattfindet. Im Gegensatz dazu kann die Klimatisierungseinrichtung auch in einem Frischluftbetriebsmodus betrieben werden, bei welchem Luft von außerhalb des Innenraums des Kraftfahrzeugs durch den Verdampfer hindurch in den Innenraum leitbar ist.
Um nun auf besonders vorteilhafte Weise ein Festfrieren von Luftfeuchtigkeit beziehungsweise ein Vereisen des Verdampfers der Klimatisierungseinrichtung vermeiden zu können, ist erfindungsgemäß in Strömungsrichtung des Luftstroms vor dem Verdampfer eine Dosiereinrichtung angeordnet, mittels welcher ein Mittel zum Erniedrigen des Gefrierpunkts von Wasser in den Luftstrom einbringbar ist. Die Dosiereinrichtung kann beispielsweise als Vernebler ausgebildet sein, über welchen beispielsweise je nach gewünschter Temperatur das Mittel in den Luftstrom einsprühbar beziehungsweise einleitbar ist, wodurch der Schmelzpunkt beziehungsweise Gefrierpunkt von Wasser und somit von der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit herabgesetzt werden kann. Dadurch wird besonders vorteilhaft eine Vereisung des Verdampfers vermieden.
Darüber hinaus kann die Temperatur, bis zu welcher, insbesondere in dem Umluftbetriebsmodus, Luft entfeuchtet werden kann, gesenkt werden. So kann die Temperatur, bei der der Verdampfer eisfrei gehalten werden kann, bei der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung unterhalb einer Verdampfertemperatur des Stands der Technik liegen. Es sind vorteilhafterweise Temperaturen von deutlich unterhalb 0 Grad realisierbar. Insbesondere beim Umluftbetriebsmodus, bei welchem beispielsweise wenigstens ein Mensch im Innenraum des Kraftfahrzeugs die Luftfeuchtigkeit hochhält, kann ein Scheibenbeschlag zumindest besonders vorteilhaft reduziert, wenn nicht sogar vermieden werden. Durch die Möglichkeit, mit der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung den Verdampfer vor Vereisung zu schützen, kann der Umluftbetriebsmodus besonders vorteilhaft eingesetzt werden, sodass beispielsweise in verschmutzten Innenstädten eine schadstoffreiche Luft außerhalb des Fahrzeuginnenraums gehalten werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass insbesondere im Winter die Außenluft, insbesondere in dem Frischluftbetriebsmodus, nicht ständig beziehungsweise besonders lang aufgewärmt werden muss, was zu einem deutlichen Effizienzgewinn beiträgt. Dabei dient die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung während des Betriebs im Winter insbesondere zum Entfeuchten beziehungsweise Trocknen der Luft. Die Wärme beziehungsweise die Erwärmung der Luft wird beispielsweise über einen weiteren Kühl- beziehungsweise Wärmekreislauf beispielsweise einer Wärmepumpe eingebracht. Dabei ist insbesondere bei Elektrofahrzeugen eine Gewinnung der Wärme und somit eine Erwärmung der Luft nicht ohne Weiteres möglich, da beispielsweise die Wärme einer Verbrennungskraftmaschine fehlt. Somit ist insbesondere der Effizienzgewinn bei einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft. Darüber hinaus kann ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung sein, dass im Sommer beziehungsweise während des Betriebs bei warmen Temperaturen mehr Kälteleistung im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehen kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittel derart durch die Dosiereinrichtung in den Luftstrom einbringbar, dass das Mittel auf den Verdampfer niederschlagbar ist. Insbesondere durch die Anordnung der Dosiereinrichtung in Strömungsrichtung des Luftstroms vor dem Verdampfer kann das Mittel derart in den Luftstrom eingebracht werden, dass es von dem Luftstrom durch den Verdampfer hindurch getragen wird, wobei es sich dabei an dem Verdampfer, insbesondere an wenigstens einer Oberfläche des Verdampfers, niederschlagen beziehungsweise ablagern kann. Alternativ oder zusätzlich kann zum Beispiel durch eine Einbringrichtung, innerhalb welcher die Dosiereinrichtung das Mittel in den Luftstrom einbringt und/oder durch einen Einbringwinkel, innerhalb welchem die Dosiereinrichtung das Mittel in dem Luftstrom verteilt, das Einbringen derart durchführbar sein, dass eine Ablagerung beziehungsweise ein Niederschlag, welcher auch ein Benetzten des Verdampfers sein kann, besonders effizient geschieht. Durch eine Ablagerung des Mittels auf dem Verdampfer beziehungsweise auf der wenigstens einen Oberfläche des Verdampfers kann die Schmelztemperatur beziehungsweise der Gefrierpunkt des Wassers auf der Oberfläche besonders vorteilhaft herabgesetzt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Verdampfer bei besonders niedrigen Temperaturen, in Abhängigkeit von dem verwendeten Mittel, betreibbar ist beziehungsweise betrieben wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Mittel zumindest ein Salz und/oder ein Tensid und/oder eine Alkoholverbindung und/oder einen weiteren Gefrierpunktserniedrigungsstoff auf. Mit anderen Worten kann das Mittel beispielsweise Salz, insbesondere in Form einer Salzlösung, enthalten. Salz beziehungsweise Salzlösung kann den Gefrierpunkt des Wassers auf besonders einfache Weise herabsetzen, wobei insbesondere bei einer gesättigten Salzlösung Temperaturen von zirka -21 Grad erreicht werden können. Dabei ist beispielsweise ein Vorteil bei der Verwendung von Salz als wenigstens ein Bestandteil des Mittels, dass Salz besonders einfach verfügbar bei gleichzeitig geringen Anschaffungskosten ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Mittel ein Tensid umfassen, welches beispielsweise eine Oberflächenspannung einer Flüssigkeit herabsetzen kann und ebenso den Gefrierpunkt von Wasser herabsetzen kann. Bei der Verwendung eines Tensids als Bestandteil des Mittels ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise eine Korrosion des Verdampfers besonders gering gehalten werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens eine Alkoholverbindung in dem Mittel zum Erniedrigen des Gefrierpunkts verwendet werden, analog der Verwendung von Alkohol beispielsweise als Frostschutz in einem Scheibenputzwasser. Dabei zeichnet sich die Verwendung von Alkohol durch eine besonders einfache Handhabbarkeit bei besonders geringen Kosten aus. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein weiterer Gefrierpunktserniedrigungsstoff verwendet werden. Dabei kann solch ein Gefrierpunktserniedrigungsstoff beispielsweise eine organische und/oder anorganische chemische Verbindung sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Dosiereinrichtung wenigstens eine Düse auf, über welche das Mittel in den Luftstrom einbringbar ist. Mittels einer Düse kann in besonders vorteilhafter Weise ein Gas- und/oder Flüssigkeitsstrom lenkbar und/oder formbar sein, sodass durch Verwendung einer Düse für die Dosiereinrichtung der Luftstrom beispielsweise besonders vorteilhaft in Richtung des Verdampfers und somit auf diesen niederschlagbar gelenkt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Düse besonders vorteilhaft einer Verteilung stattfinden, um beispielsweise in dem Luftstrom eine Aerosol des Mittels bereitzustellen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dem Verdampfer eine Ablaufvorrichtung zugeordnet, über welche ein Kondensat, welches am Verdampfer kondensiert, von dem Verdampfer ableitbar ist. Mit anderen Worten ist an beziehungsweise insbesondere unterhalb des Verdampfers eine Ablaufvorrichtung vorgesehen, welche das an dem Verdampfer niedergeschlagene Kondensat, welches insbesondere aus der Luftfeuchtigkeit der Luft abgeschiedenes Wasser ist, sammelt, um es von dem Verdampfer wegzuführen. So kann die Ablaufvorrichtung, welche auch als Kondensatablauf bezeichnet werden kann, beispielsweise eine trichterförmige Ausgestaltung haben, über welcher sich in Fahrzeughochrichtung der Verdampfer befindet. Durch Schwerkrafteffekte kann dann beispielsweise das Kondensat an dem Verdampfer in Richtung der Ablaufvorrichtung fließen und bei Erreichen des der Ablaufvorrichtung zugeordneten Endes des Verdampfers dort abtropfen und von der Ablaufvorrichtung aufgenommen werden, sodass es vom Verdampfer abgeleitet werden kann. Durch die Ablaufvorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass mittels der Klimatisierungseinrichtung der Luftstrom besonders vorteilhaft entfeuchtet werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Ablaufvorrichtung eine Rückführeinrichtung zugeordnet, mittels welcher in dem Kondensat enthaltenes Mittel zur Dosiereinrichtung förderbar ist. Durch die Rückführeinrichtung, welche beispielsweise einen Schlauch, eine Pumpe und einen Filter umfasst, kann das Mittel, welches sich auf dem Verdampfer als Teil des Kondensat niedergeschlagen hat und von diesem abgetropft ist, zurück in die Dosiereinrichtung transportiert werden. Somit ist das Mittel wiederholt zum Erniedrigen des Gefrierpunktes verwendbar, wodurch Betriebskosten besonders gering gehalten werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dem Verdampfer wenigstens eine Sensoreinrichtung zum Erfassen wenigstens einer Messgröße zugeordnet. Dabei wird die Messgröße vorteilhafterweise im, am und/oder in direkter Umgebung des Verdampfers erfasst und ist darüber hinaus dazu geeignet, einen Zustand des Verdampfers zu charakterisieren. So kann durch die Sensoreinrichtung beispielsweise insbesondere ein Vereisungsgrad des Verdampfers erfassbar sein beziehungsweise erfasst werden. Somit kann durch die Sensoreinrichtung besonders vorteilhaft eine, insbesondere den Zustand des Verdampfers charakterisierende, Messgröße erfasst werden, welche insbesondere dazu verwendet werden kann, die Klimatisierungseinrichtung besonders vorteilhaft zu betreiben. So kann beispielsweise durch die Sensoreinrichtung der Klimatisierungseinrichtung eine Regelung und/oder Steuerung derselben realisiert werden. Darüber hinaus kann beispielweise der Zufluss beziehungsweise das Einbringen des Mittels in den Luftstrom geregelt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen Strömungssensor, mittels welchem als die Messgröße das Volumen pro Zeit des Luftstroms erfassbar ist. Das heißt, mittels des Strömungssensors ist durch die Sensoreinrichtung ein Massestrom erfassbar, welcher als Fluss des Luftstroms angesehen werden kann. Ändert sich das Volumen des Luftstroms pro Zeit, insbesondere bei beispielsweise einer Anordnung des Strömungssensors in Richtung des Luftstroms hinter dem Verdampfer, insbesondere derart, dass das Volumen pro Zeit, bei ansonsten gleichbleibenden Betriebsparametern der Klimatisierungseinrichtung, erniedrigt wird, kann das auf ein Vereisen des Verdampfers hindeuten. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass durch den Strömungssensor beispielsweise ein Vereisen des Verdampfers besonders vorteilhaft erfasst werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen Temperatursensor, mittels welchem als die Messgröße eine Temperatur des Verdampfers und/oder eine Temperatur des Luftstroms erfassbar ist beziehungsweise sind. Mittels eines Temperatursensors beziehungsweise eines Temperaturfühler kann in besonders vorteilhafter Weise ein Vereisen des Verdampfers dadurch festgestellt werden, dass beispielsweise direkt die Temperatur insbesondere an der Verdampferoberfläche und/oder die Temperatur insbesondere in der unmittelbaren Umgebung des Verdampfers, insbesondere in dem ihn umgebenden beziehungsweise durchdringenden Luftstrom, erfasst wird. Aufgrund der durch den Temperatursensor bekannten Temperatur und dem Wissen über den Gefrierpunkt des Wassers kann auf besonders einfache Weise auf eine Vereisung zurückgeschlossen werden. Zusätzlich oder alternativ zu dem genannten Strömungssensor und/oder dem Temperatursensor können weitere Sensoren wie beispielsweise ein Feuchtigkeitssensor vorgesehen sein, welcher insbesondere bei der Bestimmung eines Vereisungsgrads beziehungsweise der Vereisung des Verdampfers nützlich sein kann. Ein Vorteil des Temperatursensors ist, dass dieser zusätzlich auch verwendet werden kann, um generell eine Temperaturregelung mittels der Klimatisierungseinrichtung vorzunehmen, sodass durch die doppelte Verwendung beispielsweise besonders vorteilhaft Kosten eingespart werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die wenigstens eine Oberfläche des Verdampfers eine Beschichtung auf, an welcher wenigstens eine Komponente des Mittels besonders gut niederschlagbar ist. Das heißt, eine Komponente des Mittels, wie beispielsweise das Salz und/oder das Tensid und/oder die Alkoholverbindung, kann besonders gut auf der Oberfläche des Verdampfers haften beziehungsweise diesen benetzen, sodass dieser besonders vorteilhaft eine insbesondere große Menge des Mittels anlagern kann, sodass er besonders vorteilhaft vor Vereisung geschützt werden kann. Dadurch kann die Menge des Mittels beim Einbringen beziehungsweise die Häufigkeit des Einbringens des Mittels reduziert werden, was beispielsweise die Dosiereinrichtung schont, wodurch diese eine besonders große Lebensdauer aufweisen kann. Ferner kann dadurch Mittel eingespart werden. Die Beschichtung ist vorteilhafterweise dabei so aufgebaut, dass sie den Verdampfer beispielsweise vor Korrosion, insbesondere beispielsweise durch das Salz, schützen kann. Zusätzlich ist vorteilhafterweise die Beschichtung besonders wasserabweisend beziehungsweise hydrophob, sodass sich durch die Beschichtung beispielsweise zusätzlich eine besonders große Ansammlung von kondensierter Feuchtigkeit vermeiden lässt, da diese beispielsweise durch die Beschichtung besonders vorteilhaft beispielsweise zu der Ablaufvorrichtung abfließt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs, welche einen Kühlkreislauf umfasst, in welchem wenigstens ein Verdampfer und ein Kondensator von einem Fluid durchströmt werden, wobei in einem Umluftbetriebsmodus der Klimatisierungseinrichtung ein aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs gespeister Luftstrom durch den Verdampfer hindurch in den Innenraum geleitet wird.
Damit durch das Verfahren besonders vorteilhaft eine Ablagerung von Eis an dem Verdampfer besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäße vorgesehen, dass in Strömungsrichtung des Luftstroms vor dem Verdampfer mittels einer Dosiereinrichtung ein Mittel zum Erniedrigen des Gefrierpunkts von Wasser in den Luftstrom eingebracht wird. Mit anderen Worten wird die Dosiereinrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet insbesondere Partikel des Mittels derart in den Luftstrom einzubringen, dass in der Luft des Luftstroms enthaltene Feuchtigkeit so beeinflusst wird, dass diese nicht an dem Verdampfer festfrieren kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Einbringen des Mittels in Abhängigkeit von einer durch eine Sensoreinrichtung, beispielsweise insbesondere die oben genannte Sensoreinrichtung, bestimmten Messgröße. So kann beispielsweise nur bedarfsgerecht das Mittel eingebracht beziehungsweise eingespritzt werden. Wird beispielsweise über die Messgröße, welche beispielsweise eine Temperatur ist, erkannt, dass an dem Verdampfer keine Vereisung vorliegt, so unterbleibt ein Einbringen des Mittels in den Luftstrom. Dadurch kann vorteilhafterweise Mittel während des Betriebs der Klimatisierungseinrichtung gespart werden, was sich positiv auf die Betriebskosten auswirken kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Einbringen des Mittels in Abhängigkeit von einem an dem Verdampfer gefrorenen Kondensat. So kann beispielsweise besonders vorteilhaft schon abgesetztes beziehungsweise an dem Verdampfer festgefrorenes Eis nachträglich abgeschmolzen werden. Die Vereisung kann beispielsweise über Nacht bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs auftreten. Dabei wird vorteilhafterweise das am Verdampfer festgefrorene Kondensat mittels der Sensoreinrichtung erfasst, um dann bedarfsgerecht das Mittel einbringen zu können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt die einzige Figur eine schematische Ansicht einer Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs.
Die einzige Figur zeigt eine Klimatisierungseinrichtung 10 für einen Innenraum eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, welches insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Die Klimatisierungseinrichtung 10 umfasst einen Kühlkreislauf 12, in welchem wenigstens ein Verdampfer 14, welcher insbesondere als Innenwärmetauscher ausgebildet ist, und ein Kondensator 16, welcher insbesondere als Außenwärmetauscher ausgebildet ist, von einem Fluid durchströmbar sind. Ferner sind in dem Kühlkreislauf 12 ein Expansionselement 18 sowie ein Kompressionselement 20 von dem Fluid, welches insbesondere ein Kühlmittel beziehungsweise sogar ein Kältemittel ist, durchströmbar. Dabei ist das Kompressionselement 20 beispielsweise als Kompressor ausgebildet, mittels welchem das Fluid mit einem Druck beaufschlagt werden kann, bevor es in dem Kühlkreislauf 12 Richtung Kondensator 16 strömt. Das Expansionselement 18, welches beispielsweise eine Drossel sein kann, ist insbesondere dazu ausgebildet, den Druck des Kühlmittels beziehungsweise Kältemittels in dem Kühlkreislauf 12 zu reduzieren, bevor es in Richtung des Verdampfers 14 strömt.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 kann in einem Umluftbetriebsmodus betrieben werden, bei welchen aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs ein Luftstrom gespeist wird, welcher durch den Verdampfer 14 hindurch in den Innenraum leitbar ist. Im Gegensatz dazu kann in einem Frischluftbetriebsmodus Luft aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs durch den Verdampfer 14 hindurch in den Innenraum geleitet werden.
Um insbesondere bei kalten Umgebungstemperaturen, wie beispielsweise in der Winterzeit, die Klimatisierungseinrichtung 10 besonders vorteilhaft zum Trocknen der Luft des Fahrzeuginnenraums verwenden zu können, wobei ein Vereisen beziehungsweise Festfrieren von Luftfeuchtigkeit an dem Verdampfer 14 vermieden werden soll, ist in Strömungsrichtung 22 des Luftstroms vor dem Verdampfer 14 eine Dosiereinrichtung 24 angeordnet, mittels welcher ein Mittel 26 zum Erniedrigen des Gefrierpunkts von Wasser in den Luftstrom einbringbar ist. Durch das Mittel 26 kann der Gefrierpunkt beziehungsweise der Schmelzpunkt von Wasser, welches insbesondere beispielsweise durch Personen in dem Fahrzeuginnenraum verursachte Luftfeuchtigkeit der Luft und somit in dem Luftstrom enthalten ist, am Festfrieren insbesondere an einer Oberfläche 28 des Verdampfers 14 gehindert werden.
An der Klimatisierungseinrichtung 10 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung 10 für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs durchführbar. Bei dem Verfahren wird der Kühlkreislauf 12 von einem Fluid durchströmt, wobei in einem Umluftbetriebsmodus der Klimatisierungseinrichtung 10 ein aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs gespeister Luftstrom durch den Verdampfer 14 hindurch in den Innenraum geleitet wird. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in Strömungsrichtung 22 des Luftstroms vor dem Verdampfer 14, insbesondere mittels der Dosiereinrichtung 24, ein Mittel 26 zum Erniedrigen des Gefrierpunkts von Wasser in den Luftstrom eingebracht wird.
Da der Luftstrom durch den Verdampfer 14 hindurch relativ groß sein kann, das heißt dass pro Zeiteinheit eine besonders große Menge beziehungsweise ein großes Volumen an Luft an dem Verdampfer 14 vorbei beziehungsweise durch den Verdampfer 14 hindurchströmt, ist die Dosiereinrichtung 24 derart ausgebildet, dass das Mittel 26 derart in den Luftstrom eingebracht wird, dass sich das Mittel 26 besonders vorteilhaft, insbesondere auf der Oberfläche 28 des Verdampfers beziehungsweise auf dem Verdampfer 14 niederschlägt beziehungsweise niederschlagbar ist. Um das Mittel 26 mittels der Dosiereinrichtung 24 besonders vorteilhaft in den Luftstrom einbringen zu können, kann die Dosiereinrichtung 24 vorteilhafterweise eine Düse 30 aufweisen, über welche das Mittel 26 in den Luftstrom einbringbar, insbesondere beispielsweise einspritzbar, ist.
Das Mittel 26 weist zumindest ein Salz und/oder ein Tensid und/oder eine Alkoholverbindung und/oder einen weiteren Gefrierpunktserniedrigungsstoff auf. So eignet sich beispielsweise Salz, insbesondere in Form einer Salzlösung, besonders vorteilhaft, um den Gefrierpunkt des Wassers herunterzusetzen. Darüber hinaus kann ein Tensid beispielsweise die Oberflächenspannung von Wasser verändern, sodass dieses beispielsweise weniger auf der Oberfläche 28 des Verdampfers 14 haften bleibt, wobei gleichzeitig ebenso der Gefrierpunkt beziehungsweise Schmelzpunkt beeinflussbar ist. Alkohol beziehungsweise eine Alkoholverbindung setzt in Wasser ebenfalls den Gefrierpunkt herab, wie es beispielsweise auch bei der Verwendung als Frostschutz für Wasser einer Scheibenwaschanlage geschieht.
Die gezeigte Klimatisierungseinrichtung 10 dient in der Winterzeit beziehungsweise bei kalter Außentemperatur in erster Linie zum Entfeuchten der Luft im Innenraum des Kraftfahrzeugs. Zum Erwärmen der Luft kann beispielsweise ein zweiter, nicht gezeigter Wärmepumpenkreislauf vorgesehen sein, welcher die Luft erwärmt. Zur Einstellung der Temperatur in dem Innenraum werden dann insbesondere die beiden Luftströme der beiden Kreisläufe gemischt.
Durch die Klimatisierungseinrichtung 10 kann, insbesondere bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, die Temperatur in dem Innenraum besonders effizient geregelt beziehungsweise bei kalten Außentemperaturen erwärmt werden, da die Klimatisierungseinrichtung 10 besonders vorteilhaft betrieben werden kann. So ist der Verdampfer 14 beispielsweise derart vor dem Festfrieren von Flüssigkeit an seiner Oberfläche 28 geschützt, dass die Betriebstemperatur des Verdampfers 14 niedriger ist als beispielsweise die Temperatur von Scheiben des Kraftfahrzeugs, wodurch ein Niederschlag an den Scheiben vermieden werden kann.
Damit die Klimatisierungseinrichtung 10 besonders vorteilhaft zum Entfeuchten des Innenraums des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, ist dem Verdampfer 14 eine Ablaufvorrichtung 32 zugeordnet, über welche ein an dem Verdampfer 14 kondensiertes Kondensat besonders vorteilhaft von dem Verdampfer 14 ableitbar ist. Dabei kann beispielsweise zumindest ein Teil der Ablaufvorrichtung 32 unter dem Verdampfer 14 angeordnet sein. Wasser, welches insbesondere an dem Verdampfer 14 kondensiertes Kondensat aus der Luftfeuchtigkeit ist, kann von dem Verdampfer 14 abtropfen und wird dabei von der Ablaufvorrichtung 32 gesammelt und beispielsweise über eine Ablaufrinne aus dem Kraftfahrzeug entfernt beziehungsweise ableitet.
Vorteilhafterweise ist dem Verdampfer 14 wenigstens eine Sensoreinrichtung 34 zugeordnet, mittels welcher wenigstens eine Messgröße erfasst werden kann, welche insbesondere beispielsweise einen Zustand des Verdampfers 14 charakterisieren kann. Dabei kann die Sensoreinrichtung 34 wenigstens einen Strömungssensor 36 umfassen, mittels welchem als die Messgröße das Volumen pro Zeit des Luftstroms erfassbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Sensoreinrichtung 34 wenigstens einen Temperatursensor 38 umfassen, mittels welchem die durch die Sensoreinrichtung 34 erfassbare Messgröße eine Temperatur des Verdampfers 14 und/oder eine Temperatur des Luftstroms ist. Somit kann durch die Sensoreinrichtung 34, und insbesondere durch beispielsweise deren Strömungssensor 36 und/oder Temperatursensor 38, ein Vereisungsgrad des Verdampfers 14 feststellbar sein. Dabei können an der Klimatisierungseinrichtung 10 für ein Erfassen der Temperatur und somit, um eine Temperatur regeln zu können, sowieso Temperatursensoren 38 vorgesehen seien, sodass die Klimatisierungseinrichtung 10 besonders einfach um einen entsprechenden Temperatursensor 38 zum Erfassen einer Verdampfertemperatur erweiterbar ist.
So kann, beispielsweise durch Betrachtung der durch die Sensoreinrichtung 34 erfassten Messgröße, in Abhängigkeit von einem an dem Verdampfer 14 gefrorenen Kondensat das Mittel 26 eingebracht werden, um auf dem Verdampfer 14 abgesetztes Eis abzuschmelzen. Durch die Sensoreinrichtung 34 ist es beispielsweise möglich, schon abgesetztes Eis auf dem Verdampfer 14 zu erkennen, sodass dieses beispielsweise nachträglich durch Einbringen des Mittels 26 abgeschmolzen werden kann. So kann das Einbringen des Mittels 26 in Abhängigkeit von einer durch die Sensoreinrichtung 34 bestimmten Messgröße, beispielsweise einer Temperatur, erfolgen. Ferner kann durch die Sensoreinrichtung 34 ein Einströmen beziehungsweise Einbringen des Mittels 26 insbesondere bedarfsgerecht erfolgen, sodass beispielsweise nicht kontinuierlich bei niedrigen Außentemperaturen eingesprüht wird, was beispielsweise einen Verbrauch des Mittels 26 und somit Kosten beim Betrieb der Klimatisierungseinrichtung 10 senkt.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Oberfläche 28 des Verdampfers 14 eine Beschichtung aufweisen, an welcher wenigstens eine Komponente des Mittels 26 besonders gut niederschlagbar ist, sodass sich beispielsweise ein Film des Mittels 26 auf dem Verdampfer 14 bilden kann, damit dieser besonders vorteilhaft vor einer Vereisung geschützt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Beschichtung auch derart ausgebildet sein, dass sie selbst Material beziehungsweise Mittel enthält, welches den Gefrierpunkt von Wasser herabsetzen kann. Zusätzlich oder darüber hinaus kann die Beschichtung beispielsweise auch besonders hydrophob sein, sodass auf dem Verdampfer 14 abgeschiedenes Kondensat besonders vorteilhaft von dessen Oberfläche 28 abfließen kann.
Vorteilhafterweise kann mittels einer Rückführeinrichtung 40 Mittel 26, welches als Teil des Kondensats in die Ablaufvorrichtung 32 tropft zur Dosiereinrichtung 24 vorderbar sein. Dazu kann die Rückführeinrichtung eine Vorrichtung beispielsweise einen Filter aufweisen, mittels welchem das Mittel 26 von restlichen Bestandteilen des Kondensats, wie Wasser und/oder Verunreinigungen, getrennt werden kann. Ferner kann beispielweise mittels eines Schlauchs der Rückführeinrichtung 40 das Mittel 26 zurück zur Dosiereinrichtung 24 geführt werden.
Mittels der vorgestellten Klimatisierungseinrichtung 10 und dem vorgestellten Verfahren zum Betreiben der Klimatisierungseinrichtung 10 kann die Betriebstemperatur des Verdampfers 14 herabgesetzt werden, sodass eine Vereisung und ein damit einhergehender Effizienzeinbruch, welcher insbesondere bei einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug zu vermeiden ist, besonders vorteilhaft reduziert werden kann. Darüber hinaus kann eine besonders große Kälteleistung auch bei Temperaturen weit oberhalb des Gefrierpunkts erzielt werden.
Bezugszeichenliste

10: Klimatisierungseinrichtung
12: Kühlkreislauf
14: Verdampfer
16: Kondensator
18: Expansionselement
20: Kompressionselement
22: Strömungsrichtung
24: Dosiereinrichtung
26: Mittel
28: Oberfläche
30: Düse
32: Ablaufvorrichtung
34: Sensoreinrichtung
36: Strömungssensor
38: Temperatursensor
40: Rückführeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10360349 A1 [0008]
DE 202008017545 U1 [0009]

Claims

Klimatisierungseinrichtung (10) für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlkreislauf (12), in welchem wenigstens ein Verdampfer (14) und ein Kondensator (16) von einem Fluid durchströmbar sind, wobei in einem Umluftbetriebsmodus der Klimatisierungseinrichtung (10) ein aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs gespeister Luftstrom durch den Verdampfer (14) hindurch in den Innenraum leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (22) des Luftstroms vor dem Verdampfer (14) eine Dosiereinrichtung (24) angeordnet ist, mittels welcher ein Mittel (26) zum Erniedrigen des Gefrierpunktes von Wasser in den Luftstrom einbringbar ist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (26) derart durch die Dosiereinrichtung in den Luftstrom einbringbar ist, dass das Mittel (26) auf dem Verdampfer niederschlagbar ist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (26) zumindest ein Salz und/oder ein Tensid und/oder eine Alkoholverbindung und/oder einen weiteren Gefrierpunktserniedrigungsstoff aufweist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (24) wenigstens eine Düse (30) aufweist, über welche das Mittel (26) in den Luftstrom einbringbar ist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdampfer (14) eine Ablaufvorrichtung (32) zugeordnet ist, über welche ein Kondensat, welches am Verdampfer (14) kondensiert, von dem Verdampfer (14) ableitbar ist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufvorrichtung (32) eine Rückführeinrichtung (40) zugeordnet ist, mittels welcher in dem Kondensat enthaltenes Mittel (26) zur Dosiereinrichtung (24) förderbar ist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdampfer (14) wenigstens eine Sensoreinrichtung (34) zum Erfassen wenigstens einer Messgröße zugeordnet ist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (34) wenigstens einen Strömungssensor (36) umfasst, mittels welchem als die Messgröße das Volumen pro Zeit des Luftstroms erfassbar ist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (34) wenigstens einen Temperatursensor (38) umfasst, mittels welchem als die Messgröße eine Temperatur des Verdampfers (14) und/oder eine Temperatur des Luftstroms erfassbar ist.
Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberfläche (28) des Verdampfers (14) eine Beschichtung aufweist, an welcher wenigstens eine Komponente des Mittels (26) besonders gut niederschlagbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung (10) für einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs, welche einen Kühlkreislauf (12) umfasst, in welchem wenigstens ein Verdampfer (14) und ein Kondensator (16) von einem Fluid durchströmt werden, wobei in einem Umluftbetriebsmodus der Klimatisierungseinrichtung (10) ein aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs gespeister Luftstrom durch den Verdampfer (14) hindurch in den Innenraum geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (22) des Luftstroms vor dem Verdampfer (14) mittels einer Dosiereinrichtung ein Mittel (26) zum Erniedrigen des Gefrierpunktes von Wasser in den Luftstrom eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Mittels (26) in Abhängigkeit von einer durch eine Sensoreinrichtung (34) bestimmten Messgröße erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem an dem Verdampfer (14) gefrorenen Kondensats, das Einbringen des Mittels (26) erfolgt.