DE102019127796A1

DE102019127796A1 - Roof-top air conditioning unit

Info

Publication number: DE102019127796A1
Application number: DE102019127796.5A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Aurora Konrad G Schulz GmbH and Co KG
Current assignee: Aurora Konrad G Schulz GmbH and Co KG
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufdach-Klimatisierungseinheit für Fahrzeuge (16) mit mind. einem Außenluft-Wärmetauscher (24) und einem ersten Gebläse für die Beaufschlagung des Außenluft-Wärmetauschers (24). Der Luftstrom ist mit dem Außenluft-Wärmetauscher (24) in eine Aussen-Wärmeträgerkreislauf eines Wärmeträgermediums an eine Wärmepumpe (50) angeschlossen. Mit einem zweiten Gebläse ist für die Luftbeaufschlagung eines Innenluft-Wärmetauschers der Innenluft-Wärmetauscher (26) in einem Innen-Wärmeträgerkreislauf eines Wärmeträgermediums an die Wärmepumpe (50) angeschlossen. Ein Kältemittelkreislauf ist in der Wärmepumpe (50) frei von Ventilen. Der Außen-Wärmeträgerkreislauf weist ein erstes Umschaltventil auf und der Innen-Wärmeträgerkreislauf weist ein zweites Umschaltventil auf.The invention relates to a roof-top air conditioning unit for vehicles (16) with at least one outside air heat exchanger (24) and a first fan for acting on the outside air heat exchanger (24). The air flow is connected with the outside air heat exchanger (24) in an outside heat transfer circuit of a heat transfer medium to a heat pump (50). A second fan is used to supply air to an indoor air heat exchanger of the indoor air heat exchanger (26) in an indoor heat transfer circuit of a heat transfer medium to the heat pump (50). A refrigerant circuit in the heat pump (50) is free of valves. The external heat transfer circuit has a first switchover valve and the internal heat transfer circuit has a second switchover valve.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufdach-Klimatisierungseinheit für Fahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a roof-top air conditioning unit for vehicles, according to the preamble of claim 1.

Es ist seid langem bekannt, Aufdach-Klimatisierungseinheiten auf Fahrzeugen einzusetzen. Zu diesen derartigen Fahrzeugen gehören insbesondere Busse, aber auch Eisenbahnwaggons oder Kabinenfahrzeuge.It has long been known to use roof-mounted air conditioning units on vehicles. These vehicles of this type include, in particular, buses, but also railway wagons or cabin vehicles.

Aus der DE 19 745 167 A1 ist eine Sterlingmaschine bekannt, die in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Elektrofahrzeug, einbaubar ist. Bei dieser Lösung kann die Sterlingmaschine wahlweise als Motor oder als Wärmepumpe betrieben werden.From the DE 19 745 167 A1 a sterling machine is known which can be installed in a motor vehicle, in particular an electric vehicle. With this solution, the sterling machine can be operated either as a motor or as a heat pump.

Dies erfordert allerdings die Drehrichtungsumkehr. Durch die Drehrichtungsumkehr sinkt der Wirkungsgrad deutlich, beispielsweise um 30 %.However, this requires the direction of rotation to be reversed. By reversing the direction of rotation, the efficiency drops significantly, for example by 30%.

Diese Lösung hat sich daher nicht durchgesetzt.This solution has therefore not caught on.

Ferner ist es an sich bekannt, ein Elektrofahrzeug wie einen Bus mit einem Kältemittelkreislauf auszustatten, der sich über den gesamten Innenraum des Busses erstreckt. Auf Wärmeträgermedien wie Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch kann so verzichtet werden. Zudem wird der bei der vorstehend genannten Lösung erforderliche Wärmetauscher für die Gewinnung der Wärme oder Kälte aus der Wärmepumpe vermieden. Theoretisch ist insofern ein noch besserer Wirkungsgrad gegeben.It is also known per se to equip an electric vehicle such as a bus with a refrigerant circuit that extends over the entire interior of the bus. There is no need for heat transfer media such as water or a water / glycol mixture. In addition, the heat exchanger required in the aforementioned solution for obtaining the heat or cold from the heat pump is avoided. Theoretically, an even better degree of efficiency is given in this respect.

Allerdings erfordert diese Lösung lange und druckfeste Leitungen, die durch den Innenraum des Busses geführt werden. Dies ist zwar grundsätzlich technisch möglich, bedingt aber, dass auch das zugehörige Kältemittel durch den Innenraum des Omnibus geführt ist.However, this solution requires long and pressure-resistant lines that are routed through the interior of the bus. Although this is technically possible in principle, it requires that the associated refrigerant is also routed through the interior of the bus.

Während in der Zeit vor der Veröffentlichung der genannten Offenlegungsschrift Kältemittel noch häufig als ungiftige, aber sehr klimaschädliche Substanz, z.B. in Form von R12, zur Verfügung stand, obwohl bereits 1991 durch die FCKW-Halon-Verbots-Verordnung die Verwendung von Halogen-Kohlenwasserstoffen an sich verboten war, gilt dies nun seit mehr als 2 Jahrzehnten nicht mehr.While in the time before the publication of the above-mentioned patent application, refrigerants were still often available as a non-toxic but very climate-damaging substance, e.g. in the form of R12, although the use of halogenated hydrocarbons was suggested as early as 1991 by the CFC-halon ban regulation was forbidden, this has not been the case for more than two decades.

Dies bedingt, dass entweder brennbare oder giftige Kältemittel durch den Innenraum des Fahrgastraumes des Busses geführt werden müssten, was im Falle eines Unfalls hochproblematisch ist.This means that either flammable or poisonous refrigerants would have to be passed through the interior of the passenger compartment of the bus, which is highly problematic in the event of an accident.

Daher wird diese Lösung heutzutage in aller Regel nicht mehr in Betracht gezogen.As a rule, this solution is therefore no longer considered nowadays.

Demgegenüber liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufdach-Klimatisierungseinheit für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die zum einem preisgünstig herzustellen ist, einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist und unproblematisch auch bei Unfällen ist.In contrast, the object is to create a roof-top air conditioning unit for vehicles according to the preamble of claim 1, which on the one hand is inexpensive to manufacture, has an improved degree of efficiency and is also unproblematic in the event of accidents.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by claim 1. Advantageous further developments result from the subclaims.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Klimatisierungseinheit mit Innenluft-Wärmetauschern, Außenluft-Wärmetauschern, Leitungen für ein Wärmeträgermedium wie Wasser, über mittels Umschaltventilen getrennten Kreisläufen um eine zentralen Wärmepumpe aufzubauen.According to the invention, it is provided that the air conditioning unit with indoor air heat exchangers, outdoor air heat exchangers, lines for a heat transfer medium such as water, over circuits separated by means of switching valves to build a central heat pump.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Ausgestaltung lässt sich der Außenluft-Wärmetauscher und der zugehörige Außen-Wärmeträgerkreislauf (oder Außen-Kreislauf genannt) in Kombination mit der Wärmepumpe zwischen den Funktionen „Heizen“ und „Kühlen“ umschalten.In an embodiment advantageous according to the invention, the outside air heat exchanger and the associated outside heat transfer circuit (or called outside circuit) can be switched between the “heating” and “cooling” functions in combination with the heat pump.

Die Wärmepumpe ist erfindungsgemäß in einem Wärmepumpen-Gehäuse untergebracht. Dieses ist - in Fahrtrichtung betrachtet - hinter oder vor dem Gehäuse für die Außenluft-Wärmetauscher angeordnet.According to the invention, the heat pump is accommodated in a heat pump housing. This is - viewed in the direction of travel - arranged behind or in front of the housing for the outside air heat exchanger.

Das Wärmepumpen-Gehäuse nimmt die beiden Wärmetauscher der Wärmepumpe, also Kondensator und Verdampfer, sowie bevorzugt auch die Drossel und den Kompressor und den Kältemittelkreislauf auf.The heat pump housing accommodates the two heat exchangers of the heat pump, that is to say the condenser and evaporator, and preferably also the throttle and the compressor and the refrigerant circuit.

Die beiden Wärmetaucher der Wärmepumpe werden im Gegenstrom von den Wärmeträgermedien - also des Innen-Wärmeträgerkreislaufs, auch Innen-Kreislauf genannt, und des Außen-Wärmeträgerkreislaufs, auch Außen-Kreislauf genannt - durchströmt. Der Wärmeübergangswiderstand in diesen Wärmetauschern ist daher besonders gering, im Vergleich mit Luft-Wärmetauschern.The two heat exchangers of the heat pump are flowed through in countercurrent by the heat transfer media - i.e. the internal heat transfer circuit, also called the internal circuit, and the external heat transfer circuit, also called the external circuit. The heat transfer resistance in these heat exchangers is therefore particularly low compared to air heat exchangers.

Dieses Prinzip - auch „Chiller“ genannt - ermöglicht es, lange Kältemittelleitungen zu vermeiden. Der Kältemittelkreislauf erfordert einen erheblichen Druck im Kreislauf, z.B. bis zu 30 Bar.This principle - also known as the “chiller” - makes it possible to avoid long refrigerant lines. The refrigerant circuit requires a considerable pressure in the circuit, e.g. up to 30 bar.

Erfindungsgemäß kann dieser Kreislauf klein und kompakt gehalten werden. Er kann vollständig in dem Wärmepumpengehäuse auf dem Dach des Busses außerhalb des Fahrgastraumes untergebracht werden. Dies bringt gerade bei einem Unfall erhebliche Vorteile mit sich.According to the invention, this circuit can be kept small and compact. It can be completely housed in the heat pump housing on the roof of the bus outside the passenger compartment. This has considerable advantages, especially in the event of an accident.

Die Umschaltung der Außen- und Innen-Kreisläufe kann in beliebiger geeigneter Weise erfolgen, beispielsweise über entsprechende Umschaltventile oder über entsprechende Regelventile. Pro Wärmeträgermedium-Kreislauf sind bevorzugt zwei Umschaltventile vorgesehen, insgesamt also 4.The switching of the external and internal circuits can be done in any suitable manner take place, for example via appropriate switchover valves or appropriate control valves. Two switchover valves are preferably provided per heat transfer medium circuit, that is to say 4 in total.

Mit dieser Verschaltung ist eine vollständige Trennung der Kreisläufe möglich, so dass sie auch separat gewartet und entlüftet werden können. Eingangsseitig des Verdampfers der Wärmepumpe ist ein erstes Umschaltventil vorgesehen, eingangsseitig des Kondensators der Wärmepumpe ein zweites Umschaltventil, ausgangsseitig des Verdampfers ein drittes Umschaltventil und ausgangsseitig des Kondensators ein viertes Umschaltventil.With this interconnection, a complete separation of the circuits is possible, so that they can also be serviced and vented separately. A first switching valve is provided on the inlet side of the evaporator of the heat pump, a second switching valve on the inlet side of the condenser of the heat pump, a third switching valve on the outlet side of the evaporator and a fourth switching valve on the outlet side of the condenser.

Damit liegt - unabhängig von der Schaltstellung - das dritte Umschaltventil auf dem tiefsten Temperaturniveau, gefolgt von dem ersten Umschaltventil, gefolgt von dem zweiten Umschaltventil und gefolgt von dem vierten Umschaltventil. Dies gilt natürlich auch für die zugehörigen Anschlussleitungen, die mit den betreffenden Umschaltventilen in Verbindung stehen.Thus - regardless of the switching position - the third switch valve is at the lowest temperature level, followed by the first switch valve, followed by the second switch valve and followed by the fourth switch valve. Of course, this also applies to the associated connecting lines that are connected to the relevant switchover valves.

Damit lässt sich im Sinne der Effizienz die Wärmedämmung auf die extremen Temperaturniveaus, also im Bereich des dritten und vierten Umschaltventils, beschränken.This means that, in terms of efficiency, the thermal insulation can be limited to the extreme temperature levels, i.e. in the area of the third and fourth switching valve.

Erfindungsgemäß ist der Außenkreislauf mit geringen Leitungslängen vorgesehen. Die Wärmepumpe ist zusammen mit dem Außenluft-Wärmetauscher und den zugehörigen Leitungen auf dem Dach des Fahrzeugs, also in der Aufdach-Klimatisierungseinheit vorgesehen.According to the invention, the external circuit is provided with short line lengths. The heat pump is provided together with the outside air heat exchanger and the associated lines on the roof of the vehicle, that is, in the roof-top air conditioning unit.

Bei entsprechend kompakter Auslegung lässt sich die Gesamtleitungslänge des Außen-Kreislaufes, auch bei Schaltung über die je zugehörigen Umschaltventile, auf weniger als 2 m beschränken.With a correspondingly compact design, the total line length of the external circuit can be limited to less than 2 m, even when switching via the respective switching valves.

Demgegenüber kann sich der Innen-Kreislauf mit seinen Leitungen über die ganze Länge des Busses erstrecken. Mit den in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehenen Abzweigungen dieses Kreislaufs beträgt die Länge der diesbezüglichen Leitungen und einer 10er Potenz mehr, oder beispielsweise zwischen 10 und 60 m.In contrast, the inner circuit with its lines can extend over the entire length of the bus. With the branches of this circuit provided in an advantageous embodiment, the length of the relevant lines and a power of 10 is more, or, for example, between 10 and 60 m.

Die Leitungen lassen sich jedoch günstig durch den je zu heizenden bzw. zu kühlenden Innenraum des Busses führen. Eine zusätzliche Wärmedämmung ist nicht unbedingt erforderlich, so dass die Leitungen selbst ebenfalls als Wärmetauscher dienen können. Auch dies ist ein Vorteil des sogenannten „Chillprinzip“.However, the lines can be routed inexpensively through the interior of the bus that is to be heated or cooled. Additional thermal insulation is not absolutely necessary, so that the lines themselves can also serve as heat exchangers. This is also an advantage of the so-called "chill principle".

Mit diesen ist es möglich, zu verhindern, dass die Drehrichtung des Kompressors umgeschaltet werden muss. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe beträchtlich, z.B. um 30%, und trägt damit erheblich zur Erhöhung des COP-Werts auf oberhalb 2,0 beiWith these it is possible to prevent the direction of rotation of the compressor from having to be switched. This increases the efficiency of the heat pump considerably, e.g. by 30%, and thus contributes significantly to increasing the COP value to above 2.0

Als Wärmetauscher-Medium kann ein beliebiges geeignetes Wärmetauscher-Medium vorgesehen sein, beispielsweise in Deutschland zugelassene Kältemittel gemäß Anspruch 5, oder beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Glykol.Any suitable heat exchanger medium can be provided as the heat exchanger medium, for example refrigerants approved in Germany according to claim 5, or for example a mixture of water and glycol.

In erfindungsgemäß bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, zwischen Heizbetrieb und Kühlbetrieb über eine Steuervorrichtung automatisch umzuschalten, basierend auf dem beispielsweise vom Fahrer des Fahrzeugs eingestellten Sollwert für die Temperatur, in Abhängigkeit davon, ob die Außentemperatur des Fahrzeugs höher oder tiefer als die eingestellte Solltemperatur ist.In a preferred embodiment according to the invention, it is provided that a control device automatically switches between heating mode and cooling mode, based on the temperature setpoint set by the driver of the vehicle, for example, depending on whether the outside temperature of the vehicle is higher or lower than the setpoint temperature set.

Erfindungsgemäß ist es günstig, wenn eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die die Aufdach-Klimatisierungseinheit steuert und mit einer Mehrzahl von Temperatursensoren verbunden ist. Diese können an den üblichen Stellen angebracht sein, also in der Umgebungsluft, im Innenraum des Fahrzeugs, im Kältemittelkreislauf, im Heizkreislauf, im Kühlkreislauf, aber auch an Wärmequellen und Wärmesenken.According to the invention, it is advantageous if a control device is provided which controls the roof-top air conditioning unit and is connected to a plurality of temperature sensors. These can be attached in the usual places, i.e. in the ambient air, in the interior of the vehicle, in the refrigerant circuit, in the heating circuit, in the cooling circuit, but also at heat sources and heat sinks.

In vorteilhafter Ausgestaltung sollten zusätzliche Wärmequellen und Wärmesenken in den Kreislauf des Wärmeträgermediums mit einbezogen werden. Hierdurch lässt sich der Wirkungsgrad und insbesondere der COP-Wert noch weiter erhöhen.In an advantageous embodiment, additional heat sources and heat sinks should be included in the circuit of the heat transfer medium. This allows the efficiency and, in particular, the COP value to be increased even further.

Bei Elektrofahrzeugen steht als Wärmequelle beispielsweise der Elektromotor, der Akkumulator, gerne auch Batterie genannt, aber auch die Leistungselektronik für die Ansteuerung des Elektromotors zur Verfügung. Diese Wärmequellen können einzeln oder insgesamt in die genannten Kreisläufe einbezogen werden, beispielsweise indem an diesen eigene Wärmetauscher angebracht sind, die die diesbezügliche Abwärme ausnutzen.In the case of electric vehicles, the electric motor, the accumulator, also known as the battery, for example, is available as a heat source, but also the power electronics for controlling the electric motor. These heat sources can be included individually or as a whole in the circuits mentioned, for example by having their own heat exchangers attached to them, which utilize the waste heat in this regard.

Derartige Wärmetaucher können beispielsweise dadurch realisiert sein, dass Leitungen, durch die das Wärmeträgermedium strömt, im thermischem Kontakt mit der betreffenden Wärmequelle ist.Such heat exchangers can be implemented, for example, in that lines through which the heat transfer medium flows are in thermal contact with the relevant heat source.

Dies gilt sinngemäß auch für Wärmesenken. Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Elektrofahrzeugen stehen als Wärmesenken zum einen die Umgebungsluft zur Verfügung und zum anderen beispielsweise bei tiefen Umgebungslufttemperaturen beim Start des Fahrzeugs der Akkumulator, der beispielsweise von Minusgraden auf die Arbeitstemperatur um 15° gebracht werden muss. Auch solche Wärmesenken lassen sich mit entsprechenden geeigneten Wärmetauschern einbinden und in den Kreislauf der Wärmeträgermedien einbeziehen.This also applies accordingly to heat sinks. In vehicles, especially in electric vehicles, the ambient air is available as heat sinks and, for example, at low ambient air temperatures when the vehicle is started, the accumulator, which has to be brought from minus degrees to the working temperature of 15 °, for example. Such heat sinks can also be integrated with suitable heat exchangers and included in the circuit of the heat transfer media.

Bevorzugt ist es zu dem vorgesehen, dass dann auch die Wärmequellen und Wärmesenken, die den Wirkungsgrad der Klimatisierungseinheit erhöhen, mit Sensoren versehen sind, die die Eignung der jeweiligen Wärmequelle bzw. Wärmesenke überprüfen und so feststellen, ob die Wärmequelle und/oder die Wärmesenke in den betreffenden Kreislauf eingebunden werden sollte oder nicht.In addition, it is preferably provided that the heat sources and heat sinks, which increase the efficiency of the air conditioning unit, are provided with sensors that check the suitability of the respective heat source or heat sink and thus determine whether the heat source and / or the heat sink is in should or should not be involved in the cycle in question.

Das Einbinden erfolgt bevorzugt über Umschaltventile, die den Kreislauf durch die Wärmequelle bzw. die Wärmesenke leiten oder dies unterbinden. Hierzu sind bevorzugt sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke je ein Umschaltventil als Zusatz-Umschaltventil vorgesehen.The integration takes place preferably via switchover valves, which direct the circuit through the heat source or the heat sink or prevent this. For this purpose, a switchover valve is preferably provided as an additional switchover valve both on the inlet side and on the outlet side of the heat source or the heat sink.

Überraschend lässt sich so der COP-Wert der Klimatisierungseinheit auf Werte um bis zu 4, also innerhalb der EU-Zielwertmarge, erhöhen.Surprisingly, the COP value of the air conditioning unit can be increased to values of up to 4, i.e. within the EU target value margin.

In vorteilhafter Ausgestaltung lässt sich auch mit Passivkühlung arbeiten. Die Passivkühlung wird bevorzugt auch von der Steuervorrichtung gesteuert. Die Passivkühlung wird dann eingeschaltet, wenn dies von der Primär-Wärmesenke möglich ist, was gerade bei der Umgebungsluft als Primär-Wärmesenke häufig realisierbar ist.In an advantageous embodiment, passive cooling can also be used. The passive cooling is preferably also controlled by the control device. Passive cooling is switched on when this is possible from the primary heat sink, which is often possible with the ambient air as a primary heat sink.

Überraschend verschlechtern die Umschaltventile im Wärmeträgerkreislauf den Wirkungsgrad deutlich weniger als die Richtungsumkehr gemäß der DE 19 745 167 A1 im Kältemittelkreislauf.Surprisingly, the changeover valves in the heat transfer circuit worsen the efficiency significantly less than the reversal of direction according to FIG DE 19 745 167 A1 in the refrigerant circuit.

In einem beispielhaften Versuch mittels Wärmerückgewinnung, also Ausnützung von Wärmequellen und Wärmesenken und Einbindung über die Zusatz-Umschaltventile, war bei einer Leistung von 15 Kilowatt der Klimaanlage eine Wärmerückgewinnung von 5 Kilowatt möglich. Der COP-Wert stieg von 1,6 auf 3,7.In an exemplary experiment using heat recovery, i.e. using heat sources and heat sinks and integrating them via the additional switching valves, a heat recovery of 5 kilowatts was possible with an output of 15 kilowatts of the air conditioning system. The COP value increased from 1.6 to 3.7.

Bei Versuchen wurde auch die Abwärme des Kompressors als Wärmequelle versuchshalber gewonnen, die Versuche haben jedoch ergeben, dass die Abwärme des Kompressors so gering ist, dass der Zusatzaufwand weder ökonomisch noch lohnend ist.In tests, the waste heat from the compressor was also obtained as a heat source for the sake of experimentation, but the tests have shown that the waste heat from the compressor is so low that the additional effort is neither economical nor worthwhile.

Bei insofern bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, das Innenraum-Wärmetauscher-Gehäuse mit mindestens einer Frischluftklappe oder einem Frischluftschieber auszurüsten, der es ermöglicht, bei Bedarf Frischluft dem Innenraum über das dortige Gebläse zuzuführen.In an embodiment that is preferred in this respect, provision is made to equip the interior heat exchanger housing with at least one fresh air flap or a fresh air slide which enables fresh air to be supplied to the interior via the fan there, if necessary.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Gebläse als eine Mehrfach-Anordnung von Doppelradialgebläsen ausgebildet, die mit ihrer Drehachse längs oder quer zur Fahrzeugrichtung angeordnet sind.In a further advantageous embodiment, the fan is designed as a multiple arrangement of double radial fans, which are arranged with their axis of rotation longitudinally or transversely to the direction of the vehicle.

Die vorstehend genannte Frischluftklappe oder der Frischluftschieber deckt dann eine Frischluftöffnung ab, die sich bevorzugt entlang der Fahrtrichtung erstreckt, aber auch an der Stauseite des Innenraum-Wärmetauscher-Gehäuses ausgebildet sein kann.The aforementioned fresh air flap or the fresh air slide then covers a fresh air opening, which preferably extends along the direction of travel, but can also be formed on the storage side of the interior heat exchanger housing.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann auch eine Umluftöffnung des Innenraum-Wärmetauscher-Gehäuses verschließbar ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment, a circulating air opening of the interior heat exchanger housing can also be designed to be closable.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung können auch verschiedene Bereiche des Fahrzeugs, beispielsweise der Fahrersitz getrennt vom Fahrgastraum, je separat mit der Druckluft aus dem Innenraum-Wärmetauscher-Gehäuses beaufschlagt werden.In a further advantageous embodiment, different areas of the vehicle, for example the driver's seat separate from the passenger compartment, can each be acted upon separately with the compressed air from the interior heat exchanger housing.

Das Innenraum-Wärmetauscher-Gehäuse ist bevorzugt ebenfalls auf dem Dach des Fahrzeugs in die Aufdach-Klimatisierungseinheit integriert. Es erstreckt sich unmittelbar angrenzend an die Wärmepumpe. Es nimmt den Innenraum-Wärmetauscher und die Doppelradialgebläse auf und saugt Luft aus dem Innenraum des Fahrzeugs an und gibt Luft an den Innenraum des Fahrzeugs ab und zwar entweder erwärmt oder gekühlt, je nach Betriebsmodus der Aufdach-Klimatisierungeinheit.The interior heat exchanger housing is preferably also integrated into the roof-top air conditioning unit on the roof of the vehicle. It extends directly adjacent to the heat pump. It takes the interior heat exchanger and the double radial fan and sucks in air from the interior of the vehicle and releases air to the interior of the vehicle, either heated or cooled, depending on the operating mode of the roof-top air conditioning unit.

Anstelle der genannten Druckluftbeaufschlagung des Fahrersitzes ist es auch möglich, das Wärmeträgermedium über eine entsprechende Leitung zum Bereich des Fahrersitz zu führen und dort einen weiteren Wärmetauscher mit einem entsprechenden Gebläse anzubringen, die dann wiederum gezielt den Fahrersitz und dem Fahrer mit Kühlluft oder Heizluft versorgen.Instead of the above-mentioned pressurization of the driver's seat, it is also possible to conduct the heat transfer medium via a corresponding line to the driver's seat area and to attach a further heat exchanger with a corresponding fan, which in turn supplies the driver's seat and the driver with cooling air or heating air.

Es versteht sich, dass die entsprechenden Luftauslässe umschaltbar und/oder getrennt regelbar sein können.It goes without saying that the corresponding air outlets can be switchable and / or regulated separately.

Es versteht sich, dass bei Abschaltung des Kreislaufs des Wärmeträger-Mediums die erfindungsgemäße Aufdach-Klimatisierungseinheit auch als reine Belüftungseinheit betreibbar ist.It goes without saying that when the circuit of the heat transfer medium is switched off, the roof-top air conditioning unit according to the invention can also be operated as a pure ventilation unit.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung.Further advantages, details and features emerge from the following description of several exemplary embodiments of the invention with reference to the drawing.

Es zeigen:

1 eine Aufdach-Klimatisierungseinheit in einer ersten Form auf einem Dach eines Fahrzeugs montiert in schematischer Darstellung;
2 ein Blockschaltbild für die Ausführungsform der Aufdach-Klimatisierungseinheit in schematischer Darstellung in der Ausführungsform gemäß 1;
3 das Blockschaltbild gemäß 2, jedoch in einem Modus der Aufdach-Klimatisierungseinheit der Ausführungsform gemäß 2;
4 das Blockschaltbild gemäß 2, jedoch in einem anderen Modus der Aufdach-Klimatisierungseinheit der Ausführungsform gemäß 2; und
5 eine andere Ausführungsform einer Aufdach-Klimatisierungseinheit unter Darstellung des diesbezüglichen Blockschaltbildes.

Show it:

1 a roof-mounted air conditioning unit in a first form mounted on a roof of a vehicle in a schematic illustration;
2 a block diagram for the embodiment of the rooftop air conditioning unit in a schematic representation in the embodiment according to FIG 1 ;
3 the block diagram according to 2 , but in a mode of the rooftop air conditioning unit of the embodiment according to FIG 2 ;
4th the block diagram according to 2 , but in a different mode of the rooftop air conditioning unit of the embodiment according to FIG 2 ; and
5 Another embodiment of a rooftop air conditioning unit showing the relevant block diagram.

Aus 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Aufdach-Klimatisierungseinheit 10 ersichtlich. Die dort dargestellte Klimatisierungseinheit 10 weist ein Außenluft-Gehäuse 12 auf, das auf dem Dach 14 eines Fahrzeugs 16 montiert ist. Das Gehäuse hat eine Oberwand 18. Diese erstreckt sich parallel oder im wesentlichen parallel zum Dach 14.Out 1 is part of a rooftop air conditioning unit according to the invention 10 evident. The air conditioning unit shown there 10 has an outside air housing 12th on that on the roof 14th of a vehicle 16 is mounted. The housing has a top wall 18th . This extends parallel or essentially parallel to the roof 14th .

Sie ist abgestützt auf Seitenwänden. Die Seitenwände können auch von Außenluft-Wärmetauschern gebildet werden.It is supported on side walls. The side walls can also be formed by outside air heat exchangers.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Außenluft-Wärmetauscher 24 leicht schräg stehend montiert. Dadurch wird die Luftströmung aus dem Gehäuse 12 durch die Wärmetauscher 24 hindurch verbessert.In the exemplary embodiment shown, outside air heat exchangers are used 24 Mounted at a slight angle. This will cause the air to flow out of the case 12th through the heat exchanger 24 improved throughout.

In dargestellten Ausführungsbeispiel besteht jeder Wärmetauscher 24 aus zwei Einzelwärmetauschern. Die Einzelwärmetauscher sind mit einem Abstand voneinander montiert, der etwas weniger als die Tiefe jedes Einzelwärmetauschers beträgt.In the illustrated embodiment, there is each heat exchanger 24 from two individual heat exchangers. The individual heat exchangers are mounted at a distance from each other that is slightly less than the depth of each individual heat exchanger.

Beide Wärmetauscher werden parallel zueinander einem Wärmeträger-Medium durchströmt, das hier nicht dargestellt ist.A heat transfer medium flows through both heat exchangers parallel to one another, which is not shown here.

Alternativ ist es vorgesehen, dass zunächst der eine Wärmetauscher und dann der andere Wärmetauscher durchströmt wird, um insofern das an sich bekannte Gegenstromprinzip zu realisieren.Alternatively, it is provided that the flow is first through one heat exchanger and then the other heat exchanger in order to implement the countercurrent principle, which is known per se.

Anschließend an die Wärmetauscher 24 erstreckt sich ein Druckraum 34. Dieser hat eine erhebliche Breite, Höhe und Länge.Then to the heat exchanger 24 a pressure chamber extends 34 . This has a considerable width, height and length.

Der Druckraum 34 nimmt zentral ein Außenluft-Gebläse 36 auf. Dieses ist über Streben an der Oberwand aufgehängt.The printing room 34 takes an outside air blower centrally 36 on. This is suspended from the top wall via struts.

Das Gebläse 36 ist als Radialgebläse oder als Axialgebläse ausgebildet und beaufschlagt den Druckraum 34 mit Druckluft.The blower 36 is designed as a radial fan or as an axial fan and acts on the pressure chamber 34 with compressed air.

Im Ansaugbereich des Gebläses 36 ist eine Ansaugöffnung 42 ausgebildet, deren Durchmesser im wesentlichen den Durchmesser eines Gebläserads 44 des Gebläses entspricht.In the suction area of the fan 36 is a suction port 42 formed, the diameter of which is essentially the diameter of an impeller 44 of the fan.

Auch wenn hier lediglich ein Gebläse 36 dargestellt ist, sind tatsächlich mehrere Gebläse in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet.Even if only a fan here 36 is shown, several fans are actually arranged one behind the other in the direction of travel.

Das Gebläse weist eine Gebläseachse 46 auf und ist von einem hier nicht dargestellten Gebläsemotor in an sich bekannter Weise angetrieben.The fan has a fan axis 46 on and is driven by a fan motor, not shown here, in a manner known per se.

Die Luftströmung erfolgt zunächst parallel zur Achse 46 durch die Ansaugöffnung 42 hindurch, dann über das Gebläserad 44 in den Druckraum 34.The air flow is initially parallel to the axis 46 through the suction opening 42 through, then over the fan wheel 44 in the printing room 34 .

Bei dem Druckaufbau der Außenluft im Gebläse 36 erfolgt zugleich die Strömungsumlenkung um zirka 90 Grad.During the pressure build-up of the outside air in the fan 36 the flow is deflected by around 90 degrees at the same time.

Im Druckraum 34 baut sich ein Überdruck auf, der sich etwa um 0,5 bis 2 bar von dem Umgebungsdruck unterscheidet.In the printing room 34 An overpressure builds up, which differs from the ambient pressure by about 0.5 to 2 bar.

An den Wänden durchströmt die Druckluft die jeweiligen Wärmetauscher 24.The compressed air flows through the respective heat exchangers on the walls 24 .

Je nach Betriebszustand, also Heizbetrieb oder Kühlbetrieb, wird die Außenluft im betreffenden Wärmetauscher dann je gekühlt beziehungsweise erwärmt und zugleich das betreffende Wärmeträger-Medium während der Durchströmung des Wärmetauschers erwärmt beziehungsweise gekühlt.Depending on the operating state, i.e. heating mode or cooling mode, the outside air is then cooled or heated in the relevant heat exchanger and, at the same time, the relevant heat transfer medium is heated or cooled as it flows through the heat exchanger.

Aus 1 ist eine Wärmepumpe 50 schematisch ersichtlich. Die Wärmepumpe weist ein Wärmepumpen-Gehäuse 52 auf. In diesem befindet sich gemäß 2 ein Verdampfer 54. Ferner sind in dem Wärmepumpen-Gehäuse 52 ein Kondensator, eine Drossel 58 und ein Kompressor 60 vorgesehen, die in 2 schematisch dargestellt sind.Out 1 is a heat pump 50 schematically visible. The heat pump has a heat pump housing 52 on. This is in accordance with 2 an evaporator 54 . Furthermore, are in the heat pump housing 52 a capacitor, a choke 58 and a compressor 60 provided in 2 are shown schematically.

Die Wärmepumpe 50 ist gemäß 1 angrenzend an das Außenluft-Gehäuse 12 auf dem Dach 14 des Fahrzeugs 16 angeordnet und befestigt. Die Wärmepumpe 50 ist bevorzugt in Fahrtrichtung vor dem Gehäuse 12 angeordnet.The heat pump 50 is according to 1 adjacent to the outside air housing 12th on the roof 14th of the vehicle 16 arranged and attached. The heat pump 50 is preferred in the direction of travel in front of the housing 12th arranged.

In Fahrtrichtung noch weiter vorne ist ein Innenluft-Gehäuse 48 mit einem Innenluft-Wärmetauscher 26 und einem Gebläse 56 vorgesehen. Der Innenluft-Wärmetauscher 26 liegt in einem Innen-Kreislauf und wird vom Wärmeträger-Medium durchströmt, das auch über eine Leitung 49 einem Wärmetauscher 27 zugeleitet wird, der sich im Bereich des Fahrers des Fahrzeugs 16 befindet.Even further forward in the direction of travel is an interior air housing 48 with an indoor air heat exchanger 26th and a fan 56 intended. The indoor air heat exchanger 26th lies in an internal circuit and is traversed by the heat transfer medium, which is also via a pipe 49 one Heat exchanger 27 which is in the area of the driver of the vehicle 16 is located.

Durch das Gebläse 56 wird die Innenluft aus der Innenluft-Ansaugöffnung 64 angesaugt und durchtritt den Innenluft-Wärmetauscher 26, um dann durch die Druckluftöffnung 66 erneut in den Innenraum des Fahrzeugs abgegeben zu werden.By the blower 56 the indoor air becomes from the indoor air suction port 64 sucked in and passes through the indoor air heat exchanger 26th to then through the compressed air opening 66 to be returned to the interior of the vehicle.

Sowohl der Verdampfer 54 als auch der Kondensator 55 sind zum einen von Kältemittel im Kältemittelkreislauf 62 als auch von einem Wärmeträgermedium durchströmt.Both the vaporizer 54 as well as the capacitor 55 are, on the one hand, the refrigerant in the refrigerant circuit 62 as well as a heat transfer medium flowing through it.

Der Kältemittelkreislauf besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel demnach auf den vier genannten Elementen Verdampfer 54, Kondensator 55, Drossel 58 und Kompressor 60 und gegebenenfalls höchstens noch aus einem an sich bekannten Filter, aber jedenfalls keinem Ventil.In the exemplary embodiment shown, the refrigerant circuit therefore consists of the four named elements evaporator 54 , Capacitor 55 , Throttle 58 and compressor 60 and possibly at most from a filter known per se, but in any case not a valve.

Das Kältemittel steht in an sich bekannter Weise unter einem erheblichen Druck wie 25 bis 40 Bar oder darüber hinaus. Die Hinzufügung von Strömungswiderständen wie Umschaltventilen würde den Wirkungsgrad der Wärmepumpe 50 deutlich reduzieren.In a manner known per se, the refrigerant is under considerable pressure, such as 25 to 40 bar or more. The addition of flow resistances such as switching valves would increase the efficiency of the heat pump 50 significantly reduce.

Unter Bildung eines sogenannten Kaltwassersatzes sind Wärmeträgerkreisläufe vorgesehen, die an den Verdampfer 54 einerseits und dem Kondensator 55 andererseits angeschlossen sind. Eingangsseitig des Verdampfers 54 ist eine Umwälzpumpe 64 in an sich bekannter Weise angeschlossen. An deren Eingang ist der Mittelanschluss eines ersten Umschaltventils 66 angeschlossen.With the formation of a so-called cold water set, heat transfer circuits are provided which are connected to the evaporator 54 one hand and the capacitor 55 on the other hand are connected. On the inlet side of the evaporator 54 is a circulation pump 64 connected in a manner known per se. The center connection of a first switchover valve is at its input 66 connected.

Eingangsseitig des Kondensators 55 ist eine zweite Umwälzpumpe 68 angeschlossen. An deren Eingang ist der Mittelanschluss eines zweiten Umschaltventils 70 angeschlossen.Input side of the capacitor 55 is a second circulation pump 68 connected. The center connection of a second switchover valve is at its inlet 70 connected.

Ausgangsseitig des Verdampfers 54 ist der Mittelanschluss eines dritten Umschaltventils 72 angeschlossen, und ausgangsseitig des Kondensators 55 der Mittelanschluss eines vierten Umschaltventils 73.Outlet side of the evaporator 54 is the center connection of a third switching valve 72 connected, and on the output side of the capacitor 55 the center connection of a fourth switching valve 73 .

In den 2 bis 4 sind die Umschaltventile so dargestellt, dass durch gefüllte Pfeile der blockierte Anschluss dargestellt werden soll, und durch offene Pfeile der offene Weg.In the 2 to 4th the switching valves are shown in such a way that the blocked connection is shown by filled arrows and the open path is shown by open arrows.

Die Umschaltventile sind in an sich bekannter Weise elektrisch schaltbar und werden über eine Steuereinrichtung 102 bedient.The switching valves can be switched electrically in a manner known per se and are controlled via a control device 102 served.

Die Steuereinrichtung 102 ist mit einer Vielzahl von Sensoren und Steuerleitungen verbunden. Sie erfasst eine Solltemperatur, die entweder automatisch eingestellt wird oder vom Fahrer des Fahrzeugs vorgegeben wird. Sie regelt die Isttemperatur basierend auf der Solltemperatur, und zwar in einer energieoptimierten Weise, also unter Berücksichtigung eines möglichst energiegünstigen Betriebs.The control device 102 is connected to a large number of sensors and control lines. It records a target temperature that is either set automatically or specified by the driver of the vehicle. It regulates the actual temperature based on the target temperature, in an energy-optimized manner, that is, taking into account the most energy-efficient operation possible.

Die Steuervorrichtung 102 weist beispielsweise einen Temperatursensor 104 an dem Innenluft-Wärmetauscher 26 auf, und auch einen eben solchen an dem Außenluft-Wärmetauscher 24 - auch wenn dies nicht dargestellt ist.The control device 102 has, for example, a temperature sensor 104 on the indoor air heat exchanger 26th on, and also one on the outside air heat exchanger 24 - even if this is not shown.

Ferner Temperatursensoren für den Innenraum und den „Maschinenraum“ des Fahrzeugs, also in dem Bereich, in dem zum einen der Akkumulator und zum anderen die Antriebseinheit untergebracht ist.Furthermore, temperature sensors for the interior and the “engine room” of the vehicle, that is, in the area in which, on the one hand, the accumulator and, on the other hand, the drive unit is housed.

Steuerleitungen erstrecken sich von der Steuervorrichtung 102 zu den zu regelnden Umwälzpumpen 64 und 68 sowie zum Kompressor 60. Ferner zu sämtlichen Umschaltventilen, wobei die Steuerleitungen zu den Umschaltventilen 70 und 73 in 2 dargestellt sind.Control lines extend from the control device 102 to the circulating pumps to be controlled 64 and 68 as well as to the compressor 60 . Furthermore to all switching valves, the control lines to the switching valves 70 and 73 in 2 are shown.

Zu Unterscheidung sind hier die elektrischen Leitungen als geschlängelte Linien dargestellt.To distinguish them, the electrical lines are shown here as meandering lines.

Es versteht sich, dass die Steuervorrichtung 102 für die Energieoptimierung eine Vielzahl von Eingriffen ermöglicht. So wird beispielsweise bei einem Einschaltbefehl an die Klimatisierungseinheit für den Betriebsmodus Kühlen signalisiert: „zunächst Fenster schließen“, wenn dann noch ein Fenster geöffnet ist.It is understood that the control device 102 enables a multitude of interventions for energy optimization. For example, when a switch-on command is sent to the air-conditioning unit for the cooling operating mode, the following is signaled: "First close the window", if a window is then still open.

Ferner werden sämtliche zur Verfügung stehende Wärmesenken eingesetzt, wenn der Kühlbetrieb erforderlich ist und sämtliche Wärmequellen, wenn der Heizbetrieb erforderlich ist.Furthermore, all available heat sinks are used when the cooling operation is required and all heat sources when the heating operation is required.

In dem Modus der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinheit gemäß der Darstellung von 3 ist ein Heizen vorgesehen.In the mode of the air conditioning unit according to the invention as shown in FIG 3 heating is provided.

Wie aus 3 ersichtlich, gehört zu der Aufdach-Klimatisierungseinheit auch ein Außenluft-Wärmetauscher 24. Dieser ist in einen Außen-Kreislauf 75 eingebunden. In Entsprechung hierzu gibt es einen Innen-Kreislauf 74, der durch den Innenluft-Wärmetauscher 26 verläuft. Welcher der Kreisläufe an den Verdampfer 54 und welcher an dem Kondensator 55 angeschlossen ist, ist erfindungsgemäß durch die Umschaltventile 66 bis 73 umschaltbar.How out 3 As can be seen, the rooftop air conditioning unit also includes an outside air heat exchanger 24 . This is in an external cycle 75 involved. Corresponding to this there is an inner cycle 74 passing through the indoor air heat exchanger 26th runs. Which of the circuits to the evaporator 54 and which one on the capacitor 55 is connected, is according to the invention by the switching valves 66 to 73 switchable.

Gemäß 3 ist der Außen-Kreislauf 75 mit dem Verdampfer 54 verbunden und der Innen-Kreislauf 74 mit dem Kondensator 55. Dies ist erfindungsgemäß - und grundsätzlich in an sich bekannter Weise - ein Heizbetrieb der Klimatisierungseinheit. Hierzu stehen das erste und das dritte Umschaltventil in der Stellung, dass der Anschluss an den Außenkreislauf 75 offen ist, und das zweite und vierte Umschaltventil 70 und 73 in der Position, dass der Anschluss zum Innen-Kreislauf 76 offen ist.According to 3 is the external cycle 75 with the vaporizer 54 connected and the inner cycle 74 with the capacitor 55 . According to the invention - and basically in a manner known per se - this is a heating operation of the air-conditioning unit. For this purpose, the first and third switching valves are in the position that the connection to the external circuit 75 is open, and the second and fourth changeover valve 70 and 73 in the position that the connection to the indoor circuit 76 is open.

Die offenen Kreisläufe sind durch durchgezogene Linien dargestellt, während die durch die Umschaltventile im Heizbetrieb blockierten Leitungen durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig der Wärmetauscher 24 und 26 sind je Verzweigungen, beispielsweise die Verzweigung 80 realisiert, die eine offene Strömungsverbindung dargestellt und die blockierten Leitungen mit den offenen Leitungen je verbinden.The open circuits are shown by solid lines, while the lines blocked by the switching valves in heating mode are shown by dashed lines. The heat exchanger on the inlet side as well as on the outlet side 24 and 26th are each branches, for example the branch 80 realized, which represented an open flow connection and each connect the blocked lines with the open lines.

In 4 ist nun der Kühlzustand oder Kühlmodus der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinheit 10 dargestellt. In diesem Zustand sind die Umschaltventile 66 bis 73 genau in der gegenüber 2 anderen Position. Der Innen-Kreislauf 74 verläuft durch den Innenluft-Wärmetauscher 26 und dass erste Umschaltventil 66 und den Verdampfer 54 und das dritte Umschaltventil 72. Die Umwälzpumpe 64 sorgt für die Umwälzung des dort vorgesehenen Wärmeträger-Mediums.In 4th is now the cooling state or cooling mode of the air conditioning unit according to the invention 10 shown. The changeover valves are in this state 66 to 73 exactly across the street 2 other position. The inner cycle 74 runs through the indoor air heat exchanger 26th and that first switching valve 66 and the vaporizer 54 and the third switching valve 72 . The circulation pump 64 ensures the circulation of the heat transfer medium provided there.

Die Wärmeträger-Medien in dem Innen-Kreislauf 74 und in dem Außen-Kreislauf 75 sind gleich, so dass es unkritisch ist, dass die Verzweigungen wie die Verzweigung 80 offen sind.The heat transfer media in the indoor circuit 74 and in the external circuit 75 are equal, so it is not critical that the branches are like the branch 80 are open.

In dem Kühlzustand verläuft der Außen-Kreislauf 75 durch den Außenluft-Wärmetauscher 24, das zweite Umschaltventil 70, die Umwälzpumpe 68, den Kondensator 55, das vierte Umschaltventil 73 und wieder zurück über die Verzweigung 80 zum Außenluft-Wärmetauscher 24.The external circuit runs in the cooling state 75 through the outside air heat exchanger 24 , the second switching valve 70 who have favourited the circulation pump 68 , the capacitor 55 , the fourth switching valve 73 and back over the branch 80 to the outside air heat exchanger 24 .

In der erfindungsgemäßen besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß 5 sind in die Kreisläufe 74 und 75 zusätzlich Wärmequellen und Wärmesenken intregriert, die bei Bedarf zuschaltbar sind.In the particularly preferred embodiment according to the invention according to 5 are in the cycles 74 and 75 additionally integrated heat sources and heat sinks, which can be switched on if required.

Hierzu ist gemäß 5 ein Nebenkreislauf 82 in den Innenkreislauf 74 eingebaut. Der Nebenkreislauf 82 erstreckt sich benachbart dem Rücklauf, also ausgangsseitig, des Innenluft-Wärmetauschers 26. Er umfasst eine erste Wärmequelle 84 und eine zweite Wärmequelle 86. Diese sind seriell angeordnet, werden also nacheinander von dem Wärmeträger-Medium durchströmt.This is according to 5 a secondary cycle 82 in the internal circuit 74 built-in. The secondary circuit 82 extends adjacent to the return, i.e. on the outlet side, of the indoor air heat exchanger 26th . It includes a first heat source 84 and a second heat source 86 . These are arranged in series, so the heat transfer medium flows through them one after the other.

Als erste Wärmequelle 84 kommt beispielsweise die Abwärme der Leistungselektronik des Elektrofahrzeugs in Betracht, und als zweite Wärmequelle 86 die Abwärme des Elektromotors dieses Fahrzeugs.As the first source of heat 84 For example, the waste heat from the power electronics of the electric vehicle comes into consideration, and as a second heat source 86 the waste heat from the electric motor of this vehicle.

Der Nebenkreislauf 82 ist mit zwei Abzweigungen an den Rücklauf des Wärmetauchers 26 angeschlossen. Zwischen diesen ist ein Sperrventil 88 realisiert, das bei Bedarf schaltbar ist.The secondary circuit 82 is with two branches to the return of the heat exchanger 26th connected. Between these is a check valve 88 realized, which can be switched if necessary.

Bei geöffnetem Sperrventil 88 ist der Nebenkreislauf 82 gleichsam kurzgeschlossen, so dass aufgrund des im Nebenkreislauf 82 höheren Strömungswiderstands keine Durchströmung stattfindet. Wenn das Sperrventil 88 hingegen geschlossen ist, strömt das Wärmeträger-Medium durch den Nebenkreislauf 82 und erhöht dadurch das Temperaturniveau ausgangsseitig des Wärmetauschers 76 und zugleich damit eingangsseitig des Kondensators 55. Dies führt zu einem erhöhten COP-Wert der Klimatisierungseinheit 10.With the shut-off valve open 88 is the secondary circuit 82 short-circuited as it were, so that due to the secondary circuit 82 higher flow resistance, no flow takes place. When the check valve 88 however, is closed, the heat transfer medium flows through the secondary circuit 82 and thereby increases the temperature level on the outlet side of the heat exchanger 76 and at the same time on the input side of the capacitor 55 . This leads to an increased COP value of the air conditioning unit 10 .

Das Wärmeträger-Medium im Nebenkreislauf 82 ist dementsprechend das gleiche wie das Wärmeträger-Medium im Außen-Kreislauf 75 und im Innen-Kreislauf 74.The heat transfer medium in the secondary circuit 82 is accordingly the same as the heat transfer medium in the external circuit 75 and in the inner cycle 74 .

Während hier die Umschaltung, also die Einbeziehung des Nebenkreislaufs 82, durch das Sperrventil 88 realisiert ist, können alternativ zwei Zusatz-Umschaltventile an den Verzweigungen realisiert sein, die mit der Rücklaufleitung des Wärmetauchers 26 verbunden sind.While here the switchover, i.e. the inclusion of the secondary circuit 82 , through the shut-off valve 88 is realized, two additional switchover valves can alternatively be realized at the branches that connect to the return line of the heat exchanger 26th are connected.

In der hier dargestellten vereinfachten Ausgestaltung fungiert das Sperrventil 88 gleichsam oder in der Wirkung wie zwei Zusatz-Umschaltventile.The shut-off valve functions in the simplified configuration shown here 88 as it were or with the effect of two additional switchover valves.

Entsprechend hierzu passende Merkmale sind für den Außen-Kreislauf 75 vorgesehen. Hier ist ausgangsseitig des Außenluft-Wärmetauschers 24 an einer ersten Verzweigung ein zweiter Nebenkreislauf 92 angeschlossen. Dieser ist so vorgesehen, dass er Wärmesenken 94 und 96 durchströmt, und zwar in der dargestellten Ausführungsform parallel.Correspondingly matching features are for the external cycle 75 intended. Here is the outlet side of the outside air heat exchanger 24 at a first branch a second secondary circuit 92 connected. This is provided in such a way that it has heat sinks 94 and 96 flows through, in the illustrated embodiment in parallel.

Zu den Wärmesenken 94 und 96 gehört beispielsweise eine Batterie des Elektrofahrzeugs in der Aufwärmphase.To the heat sinks 94 and 96 For example, an electric vehicle battery is warming up.

An einer zweiten Verzweigung 98 ist der zweite Nebenkreislauf 92 wieder mit dem Rücklauf des Außenluft-Wärmetauschers 24 verbunden. Zwischen den Verzweigungen 90 und 98 ist ein weiteres Sperrventil 100 angeordnet, dass den zweiten Nebenkreislauf 92 kurzschließen kann. Bei geöffnetem Sperrventil 100 verläuft der Rücklauf ohne Berücksichtigung des zweiten Nebenkreislaufs 92 direkt zum ersten Umschaltventil 66 hin und damit eingangsseitig des Verdampfers 54.At a second junction 98 is the second branch circuit 92 again with the return of the outside air heat exchanger 24 connected. Between the branches 90 and 98 is another shut-off valve 100 arranged that the second secondary circuit 92 can short-circuit. With the shut-off valve open 100 the return runs without taking the second secondary circuit into account 92 directly to the first switching valve 66 towards and thus on the inlet side of the evaporator 54 .

Wenn das Sperrventil 100 gesperrt ist, verläuft die Strömung des Wärmeträger-Mediums ausgangsseitig des Wärmetauschers 24 hingegen durch den zweiten Nebenkreislauf 92, so dass die dort vorgesehen Wärmesenken 94 und 96 das Temperaturniveau im Außen-Kreislauf 75 senken.When the check valve 100 is blocked, the flow of the heat transfer medium runs on the outlet side of the heat exchanger 24 however, through the second secondary circuit 92 so that's there provided heat sinks 94 and 96 the temperature level in the external circuit 75 reduce.

Auch dies trägt zur Erhöhung des COP-Wertes bei.This also helps to increase the COP value.

Es versteht sich, dass die parallele und serielle Anordnung von Wärmequellen und Wärmesenken in weiten Bereichen an die Erfordernisse anpassbar ist.It goes without saying that the parallel and serial arrangement of heat sources and heat sinks can be adapted to the requirements in a wide range.

Während hier die Nebenkreisläufe 82 und 92 je ausgangsseitig des Wärmetauschers 26 einerseits und des Außen-Wärmetauschers 24 dargestellt sind, versteht es sich, dass auch eine Anordnung an einer beliebigen anderen geeigneten Stelle im Kreislauf 74 bzw. 75 möglich ist.While here the secondary circuits 82 and 92 each on the outlet side of the heat exchanger 26th on the one hand and the outdoor heat exchanger 24 are shown, it goes without saying that an arrangement at any other suitable point in the circuit 74 or. 75 is possible.

Auch ist es möglich, das gleiche Bauteil, wie beispielsweise die Batterie, einerseits als Wärmesenke und andererseits als Wärmequelle anzuschließen. Im Betriebszustand kann die Batterie als Wärmequelle und im Aufwärmzustand als Wärmesenke eingesetzt werden.It is also possible to connect the same component, such as the battery, on the one hand as a heat sink and on the other hand as a heat source. In the operating state, the battery can be used as a heat source and in the warm-up state as a heat sink.

Während in 5 die Verschaltung der Nebenkreisläufe 82 und 92 im Heizbetrieb dargestellt ist, also in dem Heizzustand der Umschaltventile 66 bis 70, versteht es sich, dass gewünschtenfalls mit entsprechender Modifikation auch eine entsprechende Verschaltung für den Kühlbetrieb mit der anderen Stellung der Umschaltventile 66 bis 74 möglich ist.While in 5 the interconnection of the secondary circuits 82 and 92 is shown in heating mode, that is, in the heating state of the switching valves 66 to 70 It goes without saying that, if desired, with a corresponding modification, a corresponding interconnection for the cooling operation with the other position of the switchover valves 66 to 74 is possible.

In diesem Fall sind die Wärmesenken bevorzugt an den Rücklauf des Innenluft-Wärmetauschers 26 und die Wärmequellen an den Rücklauf des Außenluft-Wärmetauschers 24 angeschlossen, und die beiden Nebenkreisläufe 82 und 92 werden über entsprechende Umschaltventile in umgeschalteter Weise betrieben.In this case, the heat sinks are preferably on the return of the indoor air heat exchanger 26th and the heat sources to the return of the outside air heat exchanger 24 connected, and the two secondary circuits 82 and 92 are operated in a switched manner via appropriate switching valves.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 19745167 A1 [0003, 0040]

Claims

Roof-top air conditioning unit for vehicles (16), with at least one outside air heat exchanger (24) and a first fan for applying an air flow to the outside air heat exchanger (24), the outside air heat exchanger (24) in an outside circuit (75) of a heat transfer medium is connected to a heat pump (50), and with a second fan for applying air to an indoor air heat exchanger (26), the indoor air heat exchanger (26) in an indoor circuit (74) of a heat transfer medium to the Heat pump (50) is connected, characterized in that a refrigerant circuit (62) in the heat pump (50) is free of valves and the external circuit (75) has a first switching valve (66) and the internal circuit (74) a second Has switching valve (70).

Roof-top air conditioning unit after Claim 1 , characterized in that the heat pump (50) with switching valves (66, 70) in the heat carrier circuits can be switched between heating mode and cooling mode and that the outside air heat exchanger (24) in heating mode in the outside circuit (75) with an evaporator (54) of the heat pump (50) and in cooling mode with a condenser (55) of the heat pump (50).

Roof-top air conditioning unit after Claim 1 or 2 , characterized in that the heat pump (50) with switching valves (66, 70) in the heat carrier circuits can be switched between heating and cooling mode and in heating mode the indoor air heat exchanger (26) in the indoor circuit (74) with a condenser (55) of the heat pump (50) and in cooling mode with an evaporator (54).

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first switching valve (66) is arranged on the inlet side of the evaporator (54) of the heat pump (50) and the second switching valve (70) is arranged on the inlet side of the condenser (55) of the heat pump (50) and that a third switching valve (72) is arranged on the outlet side of the evaporator (54) and a fourth switching valve (73) is arranged on the outlet side of the condenser (55), the first and third switching valve on the one hand and the second and fourth switching valve on the other hand each in a common circuit ( 74; 75), which includes either the outside air heat exchanger (24) or the inside air heat exchanger (26).

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer medium is water and / or the refrigerant is R134a, R744, R407c, R290, R1234yf and / or R290 and / or that the vehicle is an electrically powered vehicle, in particular an electric one powered bus is formed.

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the outside air heat exchanger (24) consists of a plurality, in particular at least two, individual heat exchangers and the inside air heat exchanger (26) has a plurality of individual heat exchangers, in particular at least one which is arranged in the area of the driver's cab of the vehicle.

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump (50) has a condenser (55), a throttle (58), a compressor (60) and an evaporator (54), which are connected to one another in a manner known per se Lines for a refrigerant are connected.

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that at least one heat sink (94, 96) of the vehicle releases its cold to the heat transfer medium and / or at least one heat source (84, 86) transfers its heat to the heat transfer medium, either in the outside Circuit (75) or in the internal circuit (74) or switchable between these.

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sources (84, 86) include the drive motor of the vehicle designed as an electric vehicle, the battery of the vehicle and / or the power electronics for controlling the drive of the vehicle.

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sinks (94, 96) include the ambient air and the battery when it is heated to the working temperature.

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sources (84) or heat sinks (94) are each arranged in series or in parallel with the heat exchangers (24, 26) in the heat carrier circuits.

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that a heat sink (94) is connected to the heat carrier circuit via at least one additional switch valve (shut-off valve 100) or a control valve, with which it can be integrated into or separated from the heat carrier circuit .

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that a heat source (84) is connected via at least one additional changeover valve (shut-off valve 88) to a heat carrier circuit, with which it can be integrated into the heat carrier circuit or separated from it .

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump (50) is provided on the roof (14) of the vehicle (16) and is connected to the outside air heat exchanger (s) (24) via lines for a heat transfer medium and that the roof (14) of the vehicle (16) has openings for the air connection between the indoor air heat exchanger (26) connected to the heat pump (50) and the interior of the vehicle (16).

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that a housing (12) for receiving the outside air blower (36) and the outside air heat exchanger (24, 26) in the direction of travel of the vehicle (16) behind a heat pump housing (52) is attached to the roof (14) of the vehicle.

Roof-top air conditioning unit according to one of the preceding claims, characterized in that a control device (102) is provided which controls the roof-top air conditioning unit and is connected to a plurality of temperature sensors (104) in the interior of the vehicle, in the ambient air, in the refrigerant circuit , in the heating circuit, in the cooling circuit, on the heat sources (84) and / or on the heat sinks (94), and that the control device (102) puts the heat sources (84) and the heat sinks (94) in the heating circuit or in the Integrates cooling circuit.