DE102021003157A1

DE102021003157A1 - Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021003157A1
Application number: DE102021003157.1A
Authority: DE
Inventors: Joachim Currle; Oliver Wagner
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-12-22
Also published as: WO2022263107A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage (10) für eine Kraftfahrzeug (1) mit einer Wärmepumpe (12), umfassend einen Kondensator (14), einen Verdampfer (16), ein erste Kältemittelleitung (18), in welcher ein Expansionsventil (20) angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Kondensator (14) zum Verdampfer ausgebildet ist und mit einer zweiten Kältemittelleitung (22), in welcher ein Kompressor (24) angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Verdampfer (16) zum Kondensator (14) ausgebildet ist, wobei ein Gebläse (26), welches ausgebildet ist, Luft aus dem Innenraum (2) des Kraftfahrzeugs (1) durch den Verdampfer (16) zu leiten, welcher in Einbauposition in einem Heck (30) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage (10) sowie ein Kraftfahrzeug (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. Schließlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 10.
Eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist, kann sowohl zum Kühlen als auch zum Erwärmen des Innenraums des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dabei wird, insbesondere im Winter beziehungsweise wenn eine Umgebung des Kraftfahrzeugs kalt ist, zum Heizen des Innenraums eine hohe Heizleistungen benötigt. Insbesondere bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen kann dies einen erheblichen Einfluss auf die durch das Kraftfahrzeug erzielbare Reichweite haben.
Die EP 2 345 550 B1 zeigt eine Fahrzeugklimaanlage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, durch welche die Klimaanlage besonders effizient zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet werden kann, um beispielsweise je nach Antriebsart des Kraftfahrzeugs dessen Reichweite zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Klimaanlage weist eine Wärmepumpe auf, welche einen Kondensator, einen Verdampfer, ein erste Kältemittelleitung und eine zweite Kältemittelleitung umfasst. Die erste Kältemittelleitung ist für einen Kältemittelfluss von dem Kondensator zum Verdampfer ausgebildet und weist ein Expansionsventil auf, das heißt das Expansionsventil ist in der Kältemittelleitung angeordnet. Die zweite Kältemittelleitung ist für einen Kältemittelfluss von dem Verdampfer zum Kondensator ausgebildet und weist einen Kompressor auf, das heißt in der zweiten Kältemittelleitung ist der Kompressor angeordnet.
Sowohl der Kondensator als auch der Verdampfer sind jeweils mit der ersten Kältemittelleitung und der zweiten Kältemittelleitung fluidisch leitend verbunden. Ferner sind der Kompressor sowie das Expansionsventil jeweils mit der entsprechenden Kältemittelleitung fluidisch leitend verbunden. Somit weist die Klimaanlage die Wärmepumpe auf, welche unter Aufwendung von (physikalischer) Arbeit thermische Energie aus einem Wärmereservoir mit niedriger Temperatur aufnimmt und als nutzbare Wärme an ein Reservoir mit höherer Temperatur überträgt. Die Wärmepumpe kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie auch anders herum betrieben wird, wodurch sie zum Kühlen eingesetzt werden kann. Für das Wärmen, um insbesondere den Innenraum des Kraftfahrzeugs zu heizen, wird Kältemittel, welches durch die Kältemittelleitungen fließt verwendet. Dieses wird in seiner Gas-Form in dem Kompressor verdichtet und kann die durch das Verdichten aufgenommene Energie im Kondensator durch Kondensation und somit durch Übertritt in seine flüssige Phase als Wärme abgeben. In der ersten Kältemittelleitung fließt das Kältemittel, welches ein Fluid darstellt, nun flüssig über das Expansionsventil, wo es Druck verliert und dadurch abkühlt, zu dem Verdampfer. Dort kann es aufgrund des niedrigen Drucks und durch Wärmezufuhr von außen wieder in die gasförmige Phase überführt werden und fließt nun gasförmig durch die zweite Kältemittelleitung.
Damit die Klimaanlage nun besonders vorteilhaft zu einem energieeffizienten Heizen des Innenraums verwendet werden kann, ist erfindungsgemäß ein Gebläse vorgesehen, welches ausgebildet ist, Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs durch den Verdampfer zu leiten, welcher in Einbauposition, das heißt in dem im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand der Klimaanlage, in einem Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Somit kann das Gebläse insbesondere als Heckgebläse bezeichnet werden. Der Verdampfer kann Analog als Heckverdampfer bezeichnet werden. Mit anderen Worten weist die erfindungsgemäße Klimaanlage einen Heckverdampfer zur Kabinenabwärmerückgewinnung mittels eines Wärmepumpenprozesses auf, wobei ein Heckgebläse vorgesehen ist, welches beispielsweise stromaufwärts und/oder stromabwärts des Heckverdampfers angeordnet ist. Dabei bezeichnet stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts die Anordnung des Heckgebläses beim Leiten von Luft, insbesondere aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs, auf beziehungsweise durch den Verdampfer. Bei einer Stromaufwärtsanordnung bläst der Heckverdampfer somit den Luftstrom auf den Verdampfer, hingegen wenn das Heckgebläse stromabwärts angeordnet ist, zieht das Gebläse Luft durch den Verdampfer. Die Luft gibt dabei Wärme an den Verdampfer ab, wodurch die Kabinenabwärmerückgewinnung ermöglicht wird. Das Gebläse kann insbesondere einen Ventilator umfassen, welcher durch einen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor, antreibbar ist. Festzuhalten bleibt, dass das Gebläse derart angeordnet ist, dass Innenraumabluft, also Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs in einem hinteren Bereich des Innenraums beziehungsweise des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch eine Luftausgangsöffnung, angesaugt und dem Verdampfer zugeführt wird.
Durch das Gebläse ergibt sich der Vorteil, dass eine besonders hohe Luftmenge, beispielsweise über die Luftansaugöffnung, gefördert wird, welche im Heck, beispielsweise im Bereich der Hutablage, oder bei One-Box-Fahrzeugen im Bereich des Kofferraums angeordnet sein kann und dadurch dem Verdampfer eine besonders hohe Wärmemenge, welche in der geleiteten Innenraumluft enthalten ist, zugeführt wird.
Ohne das Gebläse wäre es nachteilig, dass nur ein Teil der warmen Abluft durch den Verdampfer strömt, wenn ein anderer, recht erheblicher Teil der Innenraumluft beispielsweise durch Leckageöffnungen schon vorher den Fahrzeuginnenraum verlässt, wobei dieser Leckageanteil sogar durch einen Druckverlust des Verdampfers größer wird. Daher wird bei konventionellen Fahrzeugen ein Potential der Kabinenabwärmerückgewinnung nicht ausgeschöpft. Bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage kann vorteilhafterweise insbesondere in der kalten Jahreszeit die noch relativ warme Abluft durch Wärmeentzug zum Erwärmen einer Zuluft verwendet werden, wodurch Energie eingespart werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Klimaanlage ergibt sich der Vorteil, dass eine Erhöhung der Reichweite des Kraftfahrzeugs erreicht werden kann, wenn dies insbesondere elektrisch angetrieben ist. Dadurch kann das Kraftfahrzeug beispielsweise besonders Vorteilhaft im Winter eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Klimaanlage ist, dass beispielsweise im Frischluftmodus, bei welchem Zuluft beispielsweise mittels eines Klimagebläses von einer Umgebung des Kraftfahrzeugs auf den Kondensator beziehungsweise durch den Kondensator geleitet werden kann, ein sehr geringes Risiko einer Beschlagbildung an Fahrzeugscheiben besteht. Darüber hinaus ist die Luftqualität besser. Ferner ist ein weiterer Vorteil der Klimaanlage, dass eine bessere Durchströmung von Luft des Fahrzeuginnenraums erreicht wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Klimagebläse vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, Luft aus dem Innenraum und/oder aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs durch den Kondensator zu leiten. Mit anderen Worten wird durch das Klimagebläse Zuluft dem Fahrzeuginnenraum zugeführt beziehungsweise Luft im Innenraum umgewechselt. So kann die Klimaanlage in einen Umluftbetrieb, in welchem Luft im Innenraum umgewälzt wird, in einem Teilumluftbetrieb, in welchem ein Teil von Zuluft aus der Umgebung zugeführt wird und in einem Frischluftbetrieb, in welchem nur Zuluft aus der Umgebung durch den Kondensator zum Erwärmen des Fahrzeuginnenraums geleitet wird, erfolgen. Das Klimagebläse kann insbesondere analog zum Gebläse einen Ventilator sowie einen Antrieb umfassen, welcher beispielsweise durch einen Elektromotor bereitgestellt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klimaanlage besonders vorteilhaft zum Heizen und/oder Kühlen des Innenraums verwendet werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche das Gebläse und/oder das Klimagebläse derart regelt und/oder steuert, dass eine Abluftmenge, welche mittels des Gebläses durch den Verdampfer leitbar ist, im Wesentlichen gleich einer Zuluftmenge ist, welche mittels des Klimagebläses durch den Kondensator leitbar ist. „im Wesentlichen“ bedeutet, dass die Zuluftmenge gleich der Abluftmenge ist, wobei eine Abweichung beispielsweise bis zu 20 Prozent tolerierbar ist. Die Zuluftmenge und die Abluftmenge sind jeweils pro gleichem Zeitintervall durch den Verdampfer beziehungsweise den Kondensator zu leiten. Mit anderen Worten ist ein Antrieb des Heckgebläses abhängig von der durch das Klimagebläse geförderten Zuluft derart regelbar, dass die Abluftmenge der Zuluftmenge entspricht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zwischen Kondensator und Innenraum beziehungsweise zwischen Innenraum und Verdampfer keine Druckschwankungen auftreten und/oder darüber hinaus wenig Luft durch Leckageöffnungen entweichen kann, wodurch die Klimaanlage besonders energieeffizient betrieben werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Druckdifferenzsensor vorgesehen, welcher in Einbauposition im Innenraum angeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung zu ermitteln und das Gebläse in Abhängigkeit von einem durch den Druckdifferenzsensor ermittelten Druckdifferenzwert regelbar und/oder steuerbar ist. Mit anderen Worten ist im Innenraum ein Druckdifferenzsensor beziehungsweise Differenzdrucksensor vorgesehen, der zur Regelung und/oder Steuerung des Antriebs des Gebläses verwendet wird, wobei die Regelung und/oder Steuerung derart erfolgt, dass die Druckdifferenz möglichst bei einem vorgegebenen Druckdifferenzwert liegt. Wobei der Druckdifferenzwert besonders vorteilhafterweise bei null liegt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klimaanlage besonders energieeffizient betrieben werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein eine Luftansaugöffnung aufweisendes Verkleidungselement vorgesehen, welche in Einbauposition den Innenraum zumindest teilweise von dem Verdampfer trennt. Mit anderen Worten befindet sich im hinteren Bereich des Innenraums eine Luftausgangsöffnung beziehungsweise eine Luftansaugöffnung, über welche das Gebläse Luft aus dem Fahrzeuginnenraum ansaugen und dem Verdampfer zuführen kann. Das Verkleidungselement kann dabei beispielsweise als Hutablage ausgebildet sein. Dadurch kann Luft aus dem Fahrzeuginnenraum, insbesondere die Abluft besonders definiert durch den Verdampfer geleitet werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klimaanlage besonders vorteilhaft betrieben werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Die erfindungsgemäß betriebene Klimaanlage weist eine Wärmepumpe auf, welche einen Kondensator und einen Verdampfer umfasst. Bei dem Verfahren fließt Kältemittel durch eine erste Kältemittelleitung, in welcher ein Expansionsventil angeordnet ist von dem Kondensator zum Verdampfer. Ferner fließt in dem Verfahren in einer zweiten Kältemittelleitung, in welcher ein Kompressor angeordnet ist, Kältemittel von dem Verdampfer zum Kondensator. Mit anderen Worten wird ein Kältemittelkreislauf in der Wärmepumpe durch das Verfahren aufrechterhalten. In der zweiten Leitung fließt das Kältemittel insbesondere als Fluid in einer gasförmigen Form, wobei es durch den Kompressor verdichtet wird. Dahingegen fließt das Kältemittel als Fluid in seiner flüssigen Form durch die erste Kältemittelleitung, wobei durch das Expansionsventil der Druck verringert wird.
Damit durch das Verfahren die Klimaanlage besonders energiesparend zum Heizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Gebläse Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs durch den Verdampfer leitet, welcher in Einbauposition in einem Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet wird. Mit anderen Worten wird bei dem Verfahren durch das Gebläse Luft in Form von Abluft aus dem Fahrzeuginnenraum angesaugt und durch das Gebläse auf den Verdampfer geleitet beziehungsweise je nach Position des Gebläses relativ zum Verdampfer durch den Verdampfer hindurch gesogen.
Dabei sind Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Gebläse, beispielsweise durch eine Steuereinrichtung, derart geregelt und/oder gesteuert wird, dass eine mittels eines Klimagebläses durch den Kondensator geleitet Zuluft beziehungsweise Zuluftmenge als Abluft durch den Verdampfer geleitet wird. Mit anderen Worten wird das Heckgebläse so geregelt und/oder gesteuert, dass die von dem Klimagebläse geförderte Frischluftmenge als Abluftmenge dem Heckverdampfer zugeführt wird, wobei somit eine besonders vorteilhafte Kabinenwärmerückgewinnung erfolgen kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Gebläse in Abhängigkeit von einem Kennfeld gesteuert und/oder geregelt, welches eine Kennlinie des Gebläses und/oder eine Kennlinie eines Klimagebläses, welches Luft durch den Kondensator leitet, umfasst. Mit anderen Worten erfolgt die Regelung beziehungsweise Steuerung des Heckgebläses kennfeldgesteuert, wobei die Kennfeldsteuerung auf Basis der Klimagebläsekennlinie des Klimagebläses beziehungsweise der Gebläsekennlinie des Heckgebläses erfolgt. Die jeweilige Kennlinie beschreibt beispielsweise eine Stromzufuhr für den Antrieb des Gebläses beziehungsweise des Klimagebläses und einen Luftmassenstrom, also die Zuluftmenge beziehungsweise Abluftmenge, welche durch eine jeweilige Stromzufuhr des Antriebs erreicht werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klimaanlage besonders energieeffizient betrieben werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird in einem Umluftbetrieb, bei welchem ein Klimagebläse nur Luft aus dem Innenraum durch den Kondensator leitet, das Gebläse abgeschaltet. Zusätzlich oder alternativ wird bei einem Teilumluftbetrieb, bei welchem eine Zuluftmenge aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs durch den Kondensator, insbesondere durch das Klimagebläse, geleitet wird, das Gebläse, insbesondere kennfeldbasiert, derart gesteuert oder geregelt, dass eine Abluftmenge durch den Verdampfer der Zuluftmenge entspricht. Mit anderen Worten leitet im Teilumluftbetrieb das Gebläse eine Abluftmenge durch den Verdampfer, welche der Zuluftmenge entspricht.
So wird bei einem reinen Umluftbetrieb des Heckgebläse ausgeschaltet und beim Teilumluftbetrieb das Heckgebläse, insbesondere kennfeldbasiert, so geregelt beziehungsweise gesteuert, dass die vom Klimagebläse geförderte Frischluftmenge durch das Heckgebläse als Abluft angesaugt und dem Heckverdampfer beziehungsweise Verdampfer zugeführt wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch das Verfahren die Klimaanlage besonders energieeffizient betrieben werden kann, da beispielsweise Luftleckagen und/oder Druckdifferenzen besonders gering gehalten werden können.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches eine hier vorgestellte Klimaanlage umfasst und/oder dazu ausgebildet ist, ein hier vorgestelltes Verfahren durchzuführen.
Dabei sind Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sowohl des ersten Aspekts als auch des zweiten Aspekts der Erfindung als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs umfassend eine Klimaanlage mit einer Wärmepumpe; und
2 ein Kennfelddiagramm mit Kennlinien eines Gebläses sowie eines Klimagebläses der Wärmepumpe.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 1, welches einen Innenraum 2 aufweist. In dem Fahrzeug 1 ist eine Klimaanlage 10 angeordnet beziehungsweise weist das Kraftfahrzeug 1, welches insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet ist, die Klimaanlage 10 auf. Die Klimaanlage 10 umfasst eine Wärmepumpe 12. Die Wärmepumpe 12 weist einen Kondensator 14, einen Verdampfer 16 und eine erste Kältemittelleitung 18, in welcher ein Expansionsventil 20 angeordnet ist, auf. Dabei ist die erste Kältemittelleitung 18 für einen Kältemittelfluss von Kältemittel von dem Kondensator 14 zum Verdampfer 16 ausgebildet. Ferner umfasst die Wärmepumpe 12 der Klimaanlage 10 eine zweite Kältemittelleitung 22, in welcher ein Kompressor 24 angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Verdampfer 16 zum Kondensator 14 ausgebildet ist.
Damit das Kraftfahrzeug 1 bei kalten Umgebungstemperaturen, beispielsweise in der kalten Jahreszeit, besonders energieeffizient betrieben werden kann, um beispielsweise eine Reichweitenerhöhung eines elektrischen Antriebs zu erzielt, ist ein Gebläse 26 vorgesehen, welches ausgebildet ist, Luft, insbesondere in Form von Abluft 28, aus dem Innenraum 2 des Kraftfahrzeugs 1 durch den Verdampfer 16 zu leiten, welcher in Einbauposition in einem Heck 30 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist.
Vorteilhafter Weise ist ein Klimagebläse 32 vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, Luft in Form von Zuluft 34 aus dem Innenraum 2 und/oder einer Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 durch den Kondensator 14 zu leiten.
Darüber hinaus ist vorteilhafterweise eine Steuerungseinrichtung 36 vorgesehen, welche das Gebläse 26 und/oder das Klimagebläse 32 derart steuert und/oder regelt, dass eine Abluftmenge der Abluft 28 und somit ein Abluftstrom, welcher mittels des Gebläses 26 durch den Verdampfer 16 leitbar ist, im Wesentlichen gleich einer Zuluftmenge der Zuluft 34 ist, welcher einem Zuluftstrom entspricht, der mittels des Klimagebläses 32 durch den Kondensator 14 leitbar ist.
Vorteilhafterweise ist ein Druckdifferenzsensor 38 beziehungsweise ein Differenzdrucksensor vorgesehen, welcher im Innenraum 2 angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum 2 und der Umgebung zu ermitteln, wobei das Gebläse 26 in Abhängigkeit von einem durch den Druckdifferenzsensor 38 ermittelten Druckdifferenzwert, welche die Druckdifferenz charakterisiert, regelbar und/oder steuerbar ist.
Um Luft aus dem Innenraum 2 durch das Gebläse 26 anzusaugen, ist in einem Verkleidungselement 40, welches beispielsweise als Hutablage ausgebildet ist, eine Luftansaugöffnung 42 vorgesehen. Dabei trennt das Verkleidungselement 40 in seiner Einbauposition den Innenraum 2 und den Verdampfer 16.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Klimaanlage 10 vorgestellt, bei welchem in der ersten Kältemittelleitung 18 Kältemittel von dem Kondensator 14 zu dem Verdampfer 16 fließt, wobei in der Kältemittelleitung 18 das Expansionsventil 20 angeordnet ist. Ferner fließt bei dem Verfahren Kältemittel in der zweiten Kältemittelleitung 18, in welcher der Kompressor 24 angeordnet ist von dem Verdampfer 16 zu dem Kondensator 14. Dabei ist das Kältemittel in der ersten Kältemittelleitung 18 flüssig und weist vor dem Expansionsventil 20 einen hohen Druck und danach einen niedrigen Druck auf, wobei durch das Expansionsventil 20 das flüssige Kältemittel abgekühlt wird. In der zweiten Kältemittelleitung 22 fließt das Kältemittel gasförmig, wobei es kalt aus dem Verdampfer 16 kommt und durch den Kompressor 24 erwärmt wird und anschließend unter hohem Druck warm zum Kondensator 14 fließt. Dabei erwärmt die Abluft 28 den Verdampfer 16 und der Kondensator erwärmt die Zuluft 34. Die Wärme des Kältemittels wird somit zum Wärmen des Innenraums 2 an den Verdampfer 16 abgegeben.
Damit das Heizen des Innenraums 2 besonders effizient durchgeführt werden kann, leitet das Gebläse 26 Luft aus dem Innenraum 2 durch den Verdampfer 16, der sich in dem Heck 30 des Kraftfahrzeugs 1 befindet.
Durch das vorgestellte Kraftfahrzeug 1, die Klimaanlage 10 und das Verfahren wird der Innenraum 2 besonders effizient geheizt. So kann im Winter zum Heizen des Innenraums 2 eine hohe Heizleistung benötigt werden, wodurch die Reichweite beispielsweise eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs 1 stark verringert werden würde, wenn nicht besonders effizient geheizt wird. So wird der zum Heizen benötigte Luftmassenstrom, der durch das Klimagebläse 32 in den Innenraum 2 eingeblasen wird, durch insbesondere dem Kompressor 24 zugeführte Energie aufgewärmt. Die Zuluft 34 verlässt als Abluft 28 den Innenraum 2. Dabei ist diese Abluft 28 noch relativ warm und enthält damit beispielsweise noch viel Heizenergie.
Nun wird die Heizenergie der Abluft 28 an den als Heckverdampfer ausgebildeten Verdampfer 16 an ein Kältemittel beziehungsweise das Kältemittel abgegeben und über eine Wärmepumpenprozess mittels des Kompressors 24, des Expansionsventils 20 und der Kältemittelleitung 22 als Wärme an den, insbesondere in einem Klimakasten 44 angeordneten Kondensator 14 abgegeben, wodurch die Zuluft 34 erwärmt wird.
Über die weiteren Kältemittelleitungen 46 können beispielsweise weitere, nicht gezeigte Wärmequellen angekoppelt werden.
Wäre das Gebläse 26 nicht vorgesehen, würde nur ein Teil der warmen Abluft 28 durch den Verdampfer 16 strömen, während beispielsweise ein anderer, zum Teil recht erheblicher Anteil, durch Leckageöffnungen schon vorher den Innenraum 2 verlassen würde. Dieser Leckageanteil wird beispielsweise durch den Druckverlust des Verdampfers 16 noch größer, wodurch eine Kabinenabwärmerückgewinnung nicht so effektiv wäre, wie hier durch das Verfahren und die Klimaanlage 10 realisierbar. Vorteilhaft ist hier dem Verdampfer 16 das Gebläse 26 zugeordnet, wodurch eine höhere Luftmenge über die Luftabsaugöffnung 42 gefördert wird, welche im Heck 30 beispielsweise im Bereich des Verkleidungselements 40 angeordnet ist. Dadurch kann dem Verdampfer 16 eine höhere Wärmemenge zugeführt werden.
Das Gebläse 26 sowie das Klimagebläse 32 weisen jeweils einen Antrieb 48, welcher beispielsweise jeweils als Elektromotor ausgeführt ist, auf. Der Antrieb 48 des Gebläses 26 kann dabei so gestaltet oder geregelt werden, dass die angesaugte Abluftmenge der Abluft 28 näherungsweise der durch das Klimagebläse 32, das durch den Antrieb 48 angetrieben wird, geförderten Zuluftmenge der Zuluft 34 entspricht. Das heißt, die Antriebe 48 korrespondieren miteinander, wobei bei Erhöhung der Gebläseleistung des Klimagebläses 32 gleichzeitig die Gebläseleistung des Gebläses 26 erhöht wird.
Die Gebläseleistung des Gebläses 26 kann dabei kennfeldgesteuert sein. 2 zeigt in einem Kennfelddiagramm, in welchem auf der Y-Achse der Luftmassestrom der Abluft 28 beziehungsweise der Zuluft 34 gegen eine jeweilige auf der X-Achse aufgetragene Stromzufuhr des Antriebs 48 aufgetragen ist.
Die Kennlinie des Klimagebläses 32 ist die Klimagebläsekennlinie 50. Die Kennlinie des Gebläses 26 ist die Gebläsekennlinie 52. Die Kennlinie 54 ist eine Frischluftkennlinie des Klimagebläses 32 bei 50 Prozent Umluft, das heißt diese Linie zeigt eine Charakteristik, wenn, beispielsweise durch ein Ventil und/oder eine Klappe der Zuluft 34 derart geregelt ist, das 50 Prozent aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammen und 50 Prozent aus dem Innenraum 2 umgewälzt werden.
Auf der Klimagebläsekennlinie 50 befindet sich ein Klimagebläsebetriebspunkt 56. Auf der Gebläsekennlinie 52 befindet sich ein Gebläsebetriebspunkt 58 sowie ein Betriebspunkt 60, welcher einen Betriebspunkt des Gebläses 26 bei 50 Prozent Umluft entspricht.
Vorteilhafterweise kann das Gebläse 26 derart geregelt und/oder gesteuert werden, dass eine mittels des Klimagebläses 32 durch den Kondensator 14 geleitete Zuluftmenge als Abluft 28 durch den Verdampfer geleitet wird. Vorteilhafterweise wird das Gebläse 26 in Abhängigkeit von einem Kennfeld gesteuert, welches die Gebläsekennlinie 52 und/oder die Klimagebläsekennlinie 50 umfasst.
Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in einem Umluftbetrieb das Gebläse 26 abgeschaltet und/oder bei einem Teilumluftbetrieb, wie beispielsweise durch die Kennlinie 54 charakterisiert, das Gebläse 26 eine Abluftmenge der Abluft 28 durch den Verdampfer 16 leitet, welcher der als Frischluft zugeführten Zuluftmenge der Zuluft 34 entspricht.
So kann die Stromzufuhr zum jeweiligen Antrieb 48 geregelt oder gesteuert werden. So ist die Stromzufuhr zum Antrieb 48 des Heckgebläses beispielsweise derart regelbar, dass derselbe Luftmassestrom eingeregelt wird, wie durch das Klimagebläse 32 in den Innenraum 2 eingeblasen wird. Bei einem reinen Umluftbetrieb kann eine Stromzufuhr zu dem Gebläse 26 unterbleiben, da die gesamte in den Fahrzeuginnenraum eingeblasen Zuluft 34 als Umluft vom Klimagebläse 32 wieder angesaugt wird. In einem Teilluftmodus erfolgt die Stromzufuhr zum Heckgebläse so, dass die Frischluftmenge, die durch das Klimagebläse 32 gefördert wird, von dem Gebläse 26 angesaugt wird. Zur Regelung und/oder Steuerung des jeweiligen Antriebs 48 kann anstatt und/oder zusätzlich zur beschriebenen Kennfeldregelung beispielsweise der Druckdifferenzsensor 38 im Innenraum 2 vorgesehen sein, der die Druckdifferenz zwischen Fahrzeuginnenraumdruck und Umgebungsdruck misst, wobei der ermittelte Druckdifferenzwert als Steuersignal für die Antriebe 48 dienen kann, wobei insbesondere auf eine Druckdifferenz möglichst 0 geregelt wird.
Durch das gezeigte Kraftfahrzeug 1, die Klimaanlage 10 und das Verfahren kann auf besonders vorteilhafte Weise eine Kabinenabwärmerückgewinnung erfolgen. So ist eine Nutzung der Abwärme von Innenraumluft zur Verbesserung der Reichweite von Elektrofahrzeugen gegeben. Dazu erfolgt eine Verwendung eines Heckverdampfers, des Verdampfers 16 und eines Wärmepumpenprozesses für die Kabinenabwärmerückgewinnung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2345550 B1 [0003]

Claims

Klimaanlage (10) für eine Kraftfahrzeug (1) mit einer Wärmepumpe (12), umfassend einen Kondensator (14), einen Verdampfer (16), ein erste Kältemittelleitung (18), in welcher ein Expansionsventil (20) angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Kondensator (14) zum Verdampfer ausgebildet ist und mit einer zweiten Kältemittelleitung (22), in welcher ein Kompressor (24) angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Verdampfer (16) zum Kondensator (14) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch ein Gebläse (26), welches ausgebildet ist, Luft aus dem Innenraum (2) des Kraftfahrzeugs (1) durch den Verdampfer (16) zu leiten, welcher in Einbauposition in einem Heck (30) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Klimaanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klimagebläse (32) vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist Luft aus dem Innenraum (2) und/oder aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) durch den Kondensator (14) zu leiten.
Klimaanlage (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (36) vorgesehen ist, welche das Gebläse (26) und/oder das Klimagebläse (32) derart regelt und/oder steuert, dass eine Abluftmenge, welche mittels des Gebläses (26) durch den Verdampfer (16) leitbar ist, im Wesentlichen gleich einer Zuluftmenge ist, welche mittels des Klimagebläses (32) durch den Kondensator (14) leitbar ist.
Klimaanlage (10) nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckdifferenzsensor (38) vorgesehen ist, welcher in Einbauposition im Innenraum (2) angeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum (2) und der Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) zu ermitteln und das Gebläse (26) in Abhängigkeit von einem durch den Druckdifferenzsensor (38) ermittelten Druckdifferenzwert regelbar und/oder steuerbar ist.
Klimaanlage (10) nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Luftansaugöffnung (42) aufweisendes Verkleidungselement (40) vorgesehen ist, welche in Einbauposition den Innenraum (2) und den Verdampfer (16) trennt.
Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage (10) eines Kraftfahrzeugs (1) mit einer Wärmepumpe (12), umfassend einen Kondensator (14), einen Verdampfer (16), ein erste Kältemittelleitung (18), in welcher ein Expansionsventil (20) angeordnet ist und in welcher Kältemittel von dem Kondensator (14) zum Verdampfer (16) fließt und mit einer zweiten Kältemittelleitung (22), in welcher ein Kompressor (24) angeordnet ist und in welcher Kältemittel von dem Verdampfer (16) zum Kondensator (14) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse (26) Luft aus dem Innenraum (2) des Kraftfahrzeugs (1) durch den Verdampfer (16) leitet, welcher in Einbauposition in einem Heck (30) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (26) derart geregelt und/oder gesteuert wird, dass eine mittels eines Klimagebläses (32) durch den Kondensator (14) geleitete Zuluft (34) als Abluft (28) durch den Verdampfer (16) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (26) in Abhängigkeit von einem Kennfeld gesteuert und/oder geregelt wird, welches eine Kennlinie (52) des Gebläses (26) und/oder eine Kennlinie (50) des Klimagebläses (32) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Umluftbetrieb, bei welchem ein Klimagebläse (32) Luft aus dem Innenraum (2) durch den Kondensator (14) leitet, das Gebläse (26) abgeschaltet wird und/oder bei einem Teilumluftbetrieb, bei welchem eine Zuluftmenge aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) durch den Kondensator (14) geleitet wird, das Gebläse (26), insbesondere kennfeldbasiert, eine Abluftmenge durch den Verdampfer (16) leitet, welche der Zuluftmenge entspricht.
Kraftfahrzeug (1), welches ein Klimaanlage (10) nach eine der Ansprüche 1 bis 5 umfasst und/oder dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 durchzuführen.