DE102019212222A1

DE102019212222A1 - Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystem

Info

Publication number: DE102019212222A1
Application number: DE102019212222.1A
Authority: DE
Inventors: Henry Strobel; Lena Ebner; Xaver Gebhardt
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-02-18

Abstract

Klimatisierungssystem und Verfahren zum klimatisieren eines Fahrzeugs mit einem Luft/Luft-Wärmetauscher, einem Luftschalter, einer Gebläse und einem Beschlagssensor. Das Klimatisierungssystem ist so eingerichtet, dass Beschlag an eine Scheibe vom Beschlagssensor ermittelt wird und Frischluft je nach Beschlag mit dem Luftschalter Bedarfsgesteuert über den Wärmetauchscher an die Scheibe geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Klimatisierungssystem weist einen Wärmetauscher auf, wodurch Luft (vor-)temperiert wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems.
Besonders bei Elektrofahrzeugen ist der Energieaufwand beim Heizen von der Innenluft enorm. Während beim Verbrenner genug Abwärme vorhanden ist, um Luft, insbesondere Frischluft, zu Heizen, ist das beim Elektromotor nicht der Fall. Die frische Luft tritt vorne in das Fahrzeug ein, wird klimatisiert (durch Heizen oder Kühlen) und tritt schließlich hinten am Fahrzeug wieder aus. Die Energie der Luft geht verloren.
Umluft könnte verwendet werden, um die Energie der Luft zu behalten, eine Art geschlossener Kreis. Jedoch ist es aufgrund der Scheibenbeschlagsproblematik nicht möglich, einen großen Anteil an Umluft zu verwenden, um weniger frische Luft erneut klimatisieren zu müssen.
Frische Luft kann gleichzeitig oder sequenziell sowohl gekühlt werden, um es zu entfeuchten, als auch geheizt werden, um besser Beschlag aufzunehmen und vorzubeugen. Hier steigt aber verstärkt der Energieaufwand.
Beispielsweise eine Wärmepumpe oder Infrarotflächenheizungen können energetische Verbesserungen bringen. Aber dennoch ist weiterhin viel Energie nötig zum Heizen, was beim Elektrofahrzeug direkten Einfluss auf die Reichweite hat. Umluft wird im Heizfall so gut wie gar nicht verwendet. Es gibt Ideen und Patente zu Beschlagssensoren für maximalen Umluftbetrieb, beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2011 018 402A1 , oder auch zu Luft/Luft Wärmetauschern, beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2015 115 196 A1 .
Nachteilig ist, dass Klimatisierungssystem unnötig Frischluft aufwärmt, und dadurch viel Energie verwendet wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems zu schaffen, mit welcher bzw. bei welchem Beschlag minimiert werden kann mit minimalem Energiebedarf.
Diese Aufgabe wird durch ein Klimatisierungssystem und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem ist für ein Kraftfahrzeug ausgebildet, vorzugsweise ein Elektrofahrzeug.
Das Klimatisierungssystem weist ein Wärmetauscher auf, die frische Luft im Lufteinlaß zur Energierückgewinnung vortemperiert. In einer Ausführung wird die frische Luft, die nötig ist, mithilfe einer Luft/Luft-Kreuzwärmetauschers im Lufteinlaß zur Energierückgewinnung vortemperiert. So wird kaum zusätzliche Energie nötig, um die frische Luft zu heizen, indem nur die minimal nötige Frischluftmenge geheizt wird. So kann der Luft/Luft Wärmetauscher klein gehalten werden und die zu transportierende oder zu transferierende Luftmenge ist ebenfalls geringer.
Der Erfindung liegt die Kenntnis zu Grunde, dass ein maximaler Anteil an Umluft gefahren werden kann um Energie zu sparen. Die frische Luft, die noch nötig ist, kann über einer Luft/Luft Wärmetauscher (vor)temperiert werden. Das heißt ein Großteil der Energie der klimatisierten Luft wird weiter genutzt, anstatt einfach so das Fahrzeug zu verlassen. Dadurch kann der Luft/Luft Wärmetauscher kleiner ausgelegt werden bei trotzdem maximalem Komfort und Energieeinsparung. Dass nur die eingesaugte zusätzliche Frischluft durch den Wärmetauscher geführt wird, bzw. für die eingesaugte zusätzliche Frischluft einen „eigenen“ Wärmetauscher vorgesehen wird, führt zu einer verbesserten Funktionsweise bzw. einen reduzierten Bedarf.
Vorzugsweise wird Frischluft direkt zur Beschlagsvermeidung verwendet. Die Luft zur Beschlagsvermeidung kann über einen eigens vorgesehenen Wärmetauscher geführt werden.
Vorzugsweise kann das Klimatisierungssystem durch lokale elektrische Frontscheibenheizungen/Heckscheibe/Seitenscheibe, die den Beschlag vermeiden, unterstutzt werden. Ein optimal energetisch ausgelegtes Klimatisierungssystem kann auch ein maximaler Umluftbetrieb erreichen, gesteuert durch Beschlagssensoren und CO2 Sensoren, um Beschlag zu erfassen, vorzubeugen und die Luftqualität sicherzustellen. Es soll nur so viel frische Luft wie nötig in den Innenraum gebracht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein System mit einem Luft/Wasser-Wärmetauscher betrieben werden. Die Abgabe der Energie erfolgt an das Kühlwasser oder mit einem Luft-/Kältemittel Wärmetauscher, oder sogar in einen separaten Kreis erst ans Wasser und dann an das Kältemittel.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsanordnung; und
2 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Steuern einer Belüftungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit Klimatisierungsanlage. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Frontscheibe 120 und ein Wärmetauscher 130 auf. Hinter die Frontscheibe befindet sich ein Beschlagsensor 125. Weiterhin weist das System ein Gebläse 140 und einen Luftschalter 150 auf. Das Ausführungsbeispiel ist so ausgerichtet, dass Frischluft erst durch die Wärmetauscher, dann über ein Gebläse, und letztlich durch ein Luftschalter läuft. Andere Reihenfolgen von den Elementen sind auch denkbar, zum Beispiel könnte Frischluft erst durch ein Gebläse und dann über eine Wärmetauscher laufen. Die Frischluft bzw. das Gemisch wird dann in die Fahrzeugkabine geleitet. In einer Ausführung wird das Gemisch an eine oder mehrere Fensterscheiben geleitet, zum Beispiel zur Windschutzscheibe. Durch eine direkte Zufuhr kann die Wirkung der Frischluft, den Beschlag zu minimieren, weiter optimiert werden.
Abgehende Luft wird wieder über den Wärmetäuscher geleitet, womit die verbleibende Wärme in der Luft übertragen und erhalten bleibt, um Frischluft zu Erwärmen. Damit wird der Energieverbrauch um Beschlag zu kontrollieren auf ein Minimum gehalten, besonders gegenüber einer elektrischen Heizung. Es kann auch bei gleichbleibender Energieverbrauch mehr Frischluft aufgewärmt werden.
Der Beschlagsensor liefert Werten an ein oder mehrere Steuergeräte (nicht abgebildet), die den Durchfluss von Frisch- und Innenluft steuern. Das Steuergerät regelt sowohl die Masse von Luft durch das Gebläse also auch den Anteil von Frischluft und Innenluft (recycelt Luft).
Das Verfahren und die nötigen Schritte, um das Verfahren zu regeln, sind in 2 abgebildet.
In Schritt 210 wird Beschlag erfasst oder eine Gefahr von Beschlagbildung festgestellt, zum Beispiel anhand von Daten aus einem Beschlagssensor und/oder CO2 Sensor. Frische Luft vom Lufteinlaß wird in Schritt 220 mittels eines Wärmetauschers vortemperiert. In einer Ausführung wird die frische Luft, die nötig ist, mithilfe einer Luft/Luft-Kreuzwärmetauschers vortemperiert.
In Schritt 230 werden kontrollierte Mengen von gewärmter Frischluft und schon temperierte Umluft gemischt. In Schritt 240 wird das Gemisch aus Frischluft und Umluft in die Fahrzeugkabine geleitet. In einer Ausführung wird das Gemisch zu ein oder mehrere Fensterscheiben geleitet, zum Beispiel zur Windschutzscheibe.
In Schritt 230 kann es von Vorteil sein, ein maximaler Anteil an Umluft zuzuführen, um Energie zu sparen. Die frische Luft, die noch nötig ist, wird so weit wie möglich über einer Luft/Luft Wärmetauscher (vor)temperiert. Wenn weitere Wärme nötig ist, muss die Luft z.B. mittels Elektroheizung aufgewärmt werden. Durch Wärmegewinnung mit Wärmetauscher kann ein Großteil der Energie der klimatisierten Luft weiter genutzt werden, anstatt das Fahrzeug als Abluft zu verlassen.
Die Schritten 210 bis 240 können durch Software-Modulen ausgeführt werden, oder durch Hardware, oder jeweils durch eine Mischung von Software und Hardware.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011018402 A1 [0005]
DE 102015115196 A1 [0005]

Claims

Klimatisierungssystem (110) für ein Kraftfahrzeug (1), mit: - ein Luft/Luft-Wärmetauscher (130); - ein Luftschalter (150); - ein Gebläse (140); und - ein Beschlagssensor (125), wobei das Klimatisierungssystem so eingerichtet ist, dass Beschlag an eine Scheibe (120) vom Beschlagssensor ermittelt wird und Frischluft je nach Beschlag mit dem Luftschalter bedarfsgesteuert über den Wärmetauchscher in die Fahrzeugkabine gebracht wird.
Klimatisierungssystem (110) nach Anspruch 1, wobei Frischluft bedarfsgesteuert mit Innenluft gemischt wird und an einer Scheibe geführt wird.
Klimatisierungssystem (110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Anteil von Frischluft zu Gesamtluft bedarfsgesteuert variiert wird.
Klimatisierungssystem (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Klimatisierungssystem durch eine lokale elektrische Scheibenheizung, die Beschlag vermeidet, unterstützt wird.
Klimatisierungssystem (110) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Scheibe eine Frontscheibe oder eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe ist.
Klimatisierungssystem (110) nach Anspruch 5, wobei das Klimatisierungssystem so eingerichtet ist, dass Frischluft je nach Beschlag mit dem Luftschalter bedarfsgesteuert über den Wärmetauchscher an mindestens einer weiteren Scheibe geführt wird.
Klimatisierungssystem (110) nach Anspruch 6, wobei das Klimatisierungssystem mindestens ein weiteren Beschlagssensor aufweist, und wobei Beschlag auf die mindestens eine weitere Scheibe von dem mindestens einen weiteren Beschlagssensor ermittelt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs (1) mit den Schritten: - Bestimmen des Beschlags an mindestens eine Scheibe (210); - Bestimmen eines gewollten Frischluftanteils (230); - Erwärmen des gewollten Frischluftanteils mittles eine Luft/Luft-Wärmetauscher (220); und - Zufügen der Frischluft in die Fahrzeugkabine (240).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Frischluft mit Innenluft gemischt wird beim Einbringen in die Fahrzeugkabine.