DE102021116824A1

DE102021116824A1 - Klimatisierungssystem mit Wärmetauschereinrichtung und einstellbarer Abluftklappeneinrichtung, Kraftfahrzeug mit Klimatisierungssystem

Info

Publication number: DE102021116824A1
Application number: DE102021116824.4A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Peller; Andreas Stöcklein
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-01-05

Abstract

Beschrieben wird ein Klimatisierungssystem (10) für ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (100) mit einer Klimatisierungseinheit (14) , die dazu eingerichtet ist, Innenraumzuluft zu konditionieren; einer Gebläseeinrichtung (18), die dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom (LS) zu erzeugen, der zu der Klimatisierungseinheit (14) geleitet wird, wobei die Gebläseeinrichtung (18) bezogen auf den erzeugten Luftstrom (LS) stromaufwärts von der Klimatisierungseinheit (14) angeordnet ist; einem mit der Gebläseeinrichtung (18) verbundenen Luftzufuhrkanal (20); einem mit dem Luftzufuhrkanal (20) stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung (18) verbundenen Frischluftkanalabschnitt (20a); einen mit dem Luftzufuhrkanal (20) stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung (18) verbundenen Innenraumabluftkanalabschitt (22); und mit einem in dem Luftzufuhrkanal (20) angeordneten Wärmetauscher (24), der dazu eingerichtet ist, thermische Energie zwischen der Innenraum-abluft (IA) und der Frischluft (FL) auszutauschen. Dabei ist vorgesehen, dass dem Innenraumabluftkanalabschnitt (22) eine Abluftklappeneinrichtung (26, 26a, 26b) zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, den Innenraumabluftstrom (IA) zumindest teilweise dem Wärmetauscher (24) zuzuführen oder/und zumindest teilweise an diesem vorbeizuleiten. Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Klimatisierungssystem (10) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Klimatisierungseinheit, die dazu eingerichtet ist, Innenraumzuluft zu konditionieren; einer Gebläseeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom zu erzeugen, der zu der Klimatisierungseinheit geleitet wird, wobei die Gebläseeinrichtung bezogen auf den erzeugten Luftstrom stromaufwärts von der Klimatisierungseinheit angeordnet ist; einem mit der Gebläseeinrichtung verbundenen Luftzufuhrkanal; einem mit dem Luftzufuhrkanal stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung verbundenen Frischluftkanalabschnitt; einen mit dem Luftzufuhrkanal stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung verbundenen Innenraumabluftkanalabschitt; und mit einem in dem Luftzufuhrkanalabschnitt angeordneten Wärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, thermische Energie zwischen der Innenraumabluft und der Frischluft auszutauschen.
Ein derartiges Klimatisierungssystem ist beispielsweise aus der DE 10 2014 012 706 A1 bekannt, wobei aus dem Innenraum stammende Innenraumabluft stets durch den Wärmetauscher geführt wird und dann vollständig aus dem Fahrzeug entweicht.
Ein Klimatisierungssystem für Elektrofahrzeug ist beispielsweise aus der DE 92 02 466 U1 bekannt. Auch bei diesem Klimatisierungssystem wird aus dem Innenraum abgeführte Luft nach Passage eines Luft-Luft-Wärmetauschers vollständig nach außen aus dem Fahrzeug bzw. aus dem Klimatisierungssystem geführt.
Weitere Klimatisierungssysteme sind aus der DE 102 21 191 A1 oder der DE 10 2018 100 814 A1 bekannt.
Bei der Fahrzeugklimatisierung wird in vielen Betriebsfällen Frischluft in den Fahrgastraum bzw. Innenraum des Kraftfahrzeug gefördert bzw. geblasen um einen angenehmen Innenraumkomfort zu gewährleisten. Wird die konditionierte (erwärmte bzw. abgekühlte) Innenraumluft im Heckbereich des Kraftfahrzeugs einfach wieder durch Entlüftungsöffnungen ausgelassen, geht ein großer Teil der Energie, die für die Konditionierung der Innenraumluft aufgewendete worden ist, verloren.
Diesem Problem wurde in der Vergangenheit insbesondere dadurch begegnet, dass ein Umluftbetrieb ermöglicht worden ist, wobei aus dem Innenraum stammende Innenraumabluft erneut konditioniert wird und dem Innenraum unter Beimischung von Frischluft wieder zugeführt wird. Der Umluftbetrieb muss allerdings oft ausgeschalten werden, wenn eine hohe Luftfeuchtigkeit vorhanden ist und somit ein Beschlag an den Scheiben zu erwarten ist oder gar eintritt.
Eine weitere Verbesserung kann durch den Einsatz von einem Luft-Luft-Wärmetauscher erreicht werden, wobei die zuzuführende Frischluft mittels der abgeführten Innenraum lauft vorgewärmt bzw. vorgekühlt werden kann.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Klimatisierungssystem anzugeben, bei dem die Konditionierung von Innenraumluft in unterschiedlichen Betriebszuständen bezüglich der Einsparung von (elektrischer) Energie verbessert ist, so dass insbesondere die elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Klimatisierungssystem und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird also ein Klimatisierungssystem für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit
einer Klimatisierungseinheit, die dazu eingerichtet ist, Innenraumzuluft zu konditionieren;
einer Gebläseeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom zu erzeugen, der zu der Klimatisierungseinheit geleitet wird, wobei die Gebläseeinrichtung bezogen auf den erzeugten Luftstrom stromaufwärts von der Klimatisierungseinheit angeordnet ist;
einem mit der Gebläseeinrichtung verbundenen Luftzufuhrkanal;
einem mit dem Luftzufuhrkanal stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung verbundenen Frischluftkanalabschnitt;
einen mit dem Luftzufuhrkanal stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung verbundenen Innenraumabluftkanalabschitt; und
einem in dem Luftzufuhrkanalabschnitt angeordneten Wärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, thermische Energie zwischen der Innenraumabluft und der Frischluft auszutauschen.
Dabei ist vorgesehen, dass dem Innenraumabluftkanalabschnitt eine Abluftklappeneinrichtung zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, den Innenraumabluftstrom zumindest teilweise dem Wärmetauscher zuzuführen oder/und zumindest teilweise an diesem vorbeizuleiten.
Durch das Bereitstellen einer Abluftklappeneinrichtung, die dem Innenraumabluftkanalabschnitt zugeordnet ist, kann das Klimatisierungssystem sehr flexibel in unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben bzw. eingestellt werden. Insbesondere sind durch die Abluftklappeneinrichtung Betriebszustände möglich, bei denen der Betrieb des Wärmetauschers kombiniert wird mit der Zufuhr von Frischluft oder/und Umluft. Mit anderen Worten können verschiedene Mischbetriebsarten durchgeführt werden, die sich in Bezug auf die Einsparung von elektrischer Energie positiv auswirken. Die Möglichkeit, des Vorbeileitens von Lufströmen kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn der Wärmetauscher vereist ist oder kurz vor einer Vereisung steht.
Bei dem Klimatisierungssystem kann dem Frischluftkanalabschnitt eine Frischluftklappeneinrichtung zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, den Frischluftstrom zumindest teilweise dem Wärmetauscher zuzuführen oder/und zumindest teilweise an diesem vorbeizuleiten. Die Frischluftklappeneinrichtung dient ebenfalls dazu, die verschiedenen Betriebsarten, insbesondere Mischbetriebe zu ermöglichen im Hinblick auf ein optimiertes Energiemanagement. Eine solche Frischluftklappeneinrichtung kann auch dazu dienen, einer Vereisung des Wärmetauschers vorzubeugen oder diese wieder rückgängig zu machen, wobei insbesondere im Winter in das Klimatisierungssystem gelangende kalte Umgebungsluft nicht in den Wärmetauscher strömt, sondern an diesem vorbeigeleitet wird.
Bei dem Klimatisierungssystem können der Innenraumabluftkanalabschnitt und der Wärmetauscher mit einem gemeinsamen Abluftkanalabschnitt verbunden sein, durch den in Abhängigkeit von einer Betriebsstellung der Abluftklappeneinrichtung zumindest ein Teilstrom von Innenraumabluft aus dem Klimatisierungssystem zur Umgebung geführt wird.
Die Abluftklappeneinrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, den Innenraumabluftkanalabschnitt mit dem Abluftkanalabschnitt so zu verbinden, dass der Innenraumabluftstrom vollständig aus dem Klimatisierungssystem geführt wird.
Dabei kann die Abluftklappeneinrichtung so einstellbar sein, dass der Innenraumabluftstrom unter Umgehung des Wärmetauschers oder/und unter Durchströmung des Wärmetauschers vollständig aus dem Klimatisierungssystem geführt wird. Hierdurch können beispielsweise ein reiner Wärmetauscherbetrieb oder ein reiner Frischluftbetrieb des Klimatisierungssystem ermöglicht werden. Dabei wird also kein Umluftanteil aus der Innenraumabluft genutzt und der zu konditionierenden Luft wieder zugeführt.
Die Abluftklappeneinrichtung kann mehrere einzeln einstellbare Abluftklappen aufweisen, insbesondere eine Umluftklappe und eine Abluftklappe. Hierdurch kann die Abluftklappeneinrichtung für die einzelnen Betriebszustände optimal eingestellt werden. Insbesondere können basierend auf unterschiedlichen Einstellungen der Abluftklappen gezielt Teilvolumenströme von Innenraumabluft erzeugt werden.
Bei dem Klimatisierungssystem kann im Luftzufuhrkanal stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung und stromabwärts von dem Wärmetauscher wenigstens ein Luftfilter angeordnet sein. Somit wird die durch die Gebläseeinrichtung der Klimatisierungseinheit bzw. dem Verdampfer zugeführte, ggf. mittels Wärmetauscher vorkonditionierte Frisch- bzw. Umluft gereinigt. Denkbar ist aber auch eine alternative Anordnung von einem Luftfilter stromaufwärts von dem Wärmetauscher, was mit dem Vorteil verbunden wäre, dass der Wärmetauscher weniger verunreinigt wird. Die Anordnung von einem Luftfilter ist hier exemplarisch aufgeführt und es gibt auch noch weitere Möglichkeiten, einen oder mehrere Luftfilter in einem Klimatisierungssystem anzuordnen, etwa gemäß folgender Konfigurationen: Luftfilter - Gebläse - Wärmetauscher, Gebläse - Luftfilter - Wärmetauscher, Gebläse - Wärmetauscher - Filter, Wärmetauscher - Filter - Gebläse.
Das Klimatisierungssystem kann wenigstens einen dem Wärmetauscher zugeordneten Kondensatablauf aufweisen, so dass an dem Wärmetauscher entstehendes Kondensat aus dem Klimatisierungssystem abführbar ist. Hierdurch soll insbesondere verhindert werden, dass sich Kondensat bzw. Feuchtigkeit in dem Luftfilter ansammelt. Dies wird im Übrigen unterstützend auch verhindert durch die Anordnung des Luftfilters stromabwärts von dem Wärmetauscher.
Ein Kraftfahrzeug mit verbrennungsmotorischem oder zumindest teilweise elektrischem Antrieb, insbesondere ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, kann ein oben beschriebenes Klimatisierungssystem aufweisen.
Bei dem kann der Abluftkanalabschnitt im Bereich eines vorderen Radkastens des Kraftfahrzeugs zur Umgebung münden. Mit anderen Worten wird aus dem Klimatisierungssystem ausströmende (Innenraum-)Abluft im Radkasten nach außen abgegeben. Alternativ kann auch daran gedacht werden, dass der Abluftkanalabschnitt im Bereich einer Stirnwand der Fahrzeugkarosserie oder im Bereich eines Schwellers zur Umgebung hin mündet. Allgemein können diese Mündungen auch so beschrieben werden, dass der Ablauftkanalabschnitt möglichst kurz gehalten sein soll, so dass die Mündung nach außen möglichst nahe an dem Wärmetauscher liegt.
Bei dem Kraftfahrzeug kann das Klimatisierungssystem in einem Bereich vor dem Innenraum bzw. Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein und das Kraftfahrzeug kann in einem hinteren Bereich des Innenraums oder/und im Bereich eines Gepäckaufnahmeraums wenigstens eine Entlüftungseinrichtung aufweisen, durch die Innenraumluft aus dem Kraftfahrzeug entweichen kann. Eine solche hintere Entlüftungseinrichtung ist optional und kann gegebenefalls auch entfallen,
Dabei kann die wenigstens eine Entlüftungseinrichtung eine einstellbare Entlüftungsklappeneinrichtung aufweisen, die in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Klimatisierungssystems, insbesondere der Abluftklappeneinrichtung oder/und der Frischluftklappeneinrichtung, geöffnet oder geschlossen werden kann. Hierdurch kann im Falle eines Betriebs, bei dem möglichst viel Innenraumabluft für den Austausch von thermischer Energie genutzt werden soll, verhindert werden, dass Innenraumluft ungenutzt aus dem Innenraum ausströmt.
Der oben für das Klimatisierungssystem beschriebene Wärmetauscher kann insbesondere ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:

1 eine vereinfachte und schematische Ansicht eines Klimatisierungssystems mit Luftzufuhrkanal und Wärmetauscher;
2 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher;
3 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher gemäß 2 in einem beispielhaften Betriebszustand;
4 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher gemäß 2 in einem beispielhaften Betriebszustand;
5 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher gemäß 2 in einem beispielhaften Betriebszustand;
6 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher gemäß 2 in einem beispielhaften Betriebszustand;
7 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher gemäß 2 in einem beispielhaften Betriebszustand;
8 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher gemäß 2 in einem beispielhaften Betriebszustand;
9 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher gemäß 2 in einem beispielhaften Betriebszustand;
10 eine vereinfachte und schematische Darstellung des Luftzufuhrkanals mit Wärmetauscher mit einer anderen Anordnung von Klappen;
11 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Klimatisierungssystem.

In 1 ist schematisch und vereinfacht ein Klimatisierungssystem 10 für ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug dargestellt. Die Darstellung zeigt eine Art Draufsicht von oben auf das Klimatisierungssystem 10. Von dem Kraftfahrzeug ist mit gestrichelter Linie ein Innenraum 12 bzw. Fahrgastraum angedeutet. Das Klimatisierungssystem 10 umfasst eine Klimatisierungseinheit 14, die auch als Klimagerät oder Klimamodul bezeichnet werden kann. Die Klimatisierungseinheit 14 weist wenigstens einen Verdampfer 16 auf. Der Verdampfer 16 ist in einem hier nicht weiter dargestellten Kältemittelkreislauf angeordnet.
Das Klimatisierungssystem 10 umfasst ferner wenigstens eine Gebläseeinrichtung 18, die in der 1 lediglich als horizontal schraffierter Block vereinfacht dargestellt ist. Die Gebläseeinrichtung 18 ist dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom LS zu erzeugen, der zu dem Verdampfer 16 bzw. der Klimatisierungseinheit 14 geleitet wird. Die Gebläseeinrichtung 18 ist dabei bezogen auf den erzeugten Luftstrom LS stromaufwärts von dem Verdampfer 16 bzw. dem Klimagerät 14 angeordnet.
Das Klimatisierungssystem 10 umfasst weiter einen mit der Gebläseeinrichtung 18 verbundenen Luftzufuhrkanal 20. In der gewählten Darstellung der 1 erstreckt sich der Luftzufuhrkanal von einer Ansaugöffnung 21 bis zu dem Klimagerät 14 bzw. dem Verdampfer 16. Stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung 18 ist ein Frischluftkanalabschnitt 20a angeordnet, der mit dem Luftzufuhrkanal 20 verbunden ist bzw. einen Teil des Luftzufuhrkanals 20 bildet.
Das Klimatisierungssystem 10 umfasst weiter einen mit dem Luftzufuhrkanal 20 stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung 18 verbundenen Innenraumabluftkanalabschitt 22.
In dem Luftzufuhrkanalabschnitt 20 ist ein Wärmetauscher 24 angeordnet, der dazu eingerichtet ist, thermische Energie zwischen der Innenraumabluft IA und der Frischluft FL auszutauschen. Der Wärmetauscher 24 ist hier stark vereinfacht durch die diagonale Linie im rechteckigen Kreuzungsbereich von Innenraumabluftkanalabschnitt 22 und Frischluftkanalabschnitt 20a angedeutet.
Dem Innenraumabluftkanalabschnitt 22 ist eine Abluftklappeneinrichtung 26 zugeordnet, die dazu eingerichtet ist, den Innenraumabluftstrom IA zumindest teilweise dem Wärmetauscher 24 zuzuführen oder/und zumindest teilweise an diesem vorbeizuleiten. Dies ist in 1 lediglich angedeutet und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 9 noch genauer beschrieben.
Innenraumabluft IA, die den Wärmetauscher 24 passiert hat oder/und um den Wärmetauscher 24 herumgeleitet worden ist, kann durch einen Abluftkanalabschnitt 28 aus dem Klimatisierungssystem 10 entweichen bzw. ausgeblasen werden. Mit anderen Worten kann durch den Abluftkanalabschnitt 28 nicht weiter nutzbare bzw. genutzte Abluft AL abgeführt werden.
Dem Frischluftkanalabschnitt 20a ist eine Frischluftklappeneinrichtung 30 zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, den Frischluftstrom FL zumindest teilweise dem Wärmetauscher 24 zuzuführen oder/und zumindest teilweise an diesem vorbeizuleiten. Dies ist in 1 lediglich angedeutet und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 9 noch genauer beschrieben.
Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung 18 wenigstens ein Luftfilter 32 angeordnet sein kann, so dass von der Gebläseeinrichtung 18 geförderte Luft gefiltert bzw. gereinigt zum Klimagerät 14 bzw. zum Verdampfer 16 gelangt.
In den nachfolgend beschriebenen 2 bis 9 sind die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet und es wird nicht für jede Figur auf alle Bezugszeichen nochmals eingegangen.
2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Darstellung eine Art Schnittansicht für den Bereich des Luftzufuhrkanals 20 und den Wärmetauscher 24. Vereinfacht und schematisch sind in 2 auch nochmals der Luftzufuhrkanal 20 stromabwärts von der Gebläseeinrichtung 18, der Verdampfer 16 und der Innenraum 12 des Kraftfahrzeugs dargestellt.
Die Abluftklappeneinrichtung 26 weist im hier gezeigten Beispiel zwei Abluftklappen 26a, 26b auf. Dabei kann die Abluftklappe 26a auch als Umluftklappe bezeichnet werden.
Aus dem Innenraum 12 mittels des Innenraumabluftkanalabschnitt 22 zum Wärmetauscher 24 einströmende Innenraumabluft IA tritt bei 24a aus dem den Wärmetauscher 24 aus und verlässt diesen durch eine lediglich angedeutete Leitung 24b, die mit dem Abluftkanalabschnitt 28 verbunden ist. Das Durchströmen von Innenraumabluft IA durch den Wärmetauscher 24 ist durch den schwarzen Pfeil im Wärmetauscher 24 angedeutet.
Die durch den Frischluftkanalabschnitt 20a einströmende Frischluft FL kann den Wärmetauscher 24 ebenfalls durchströmen, was durch den weißen Konturpfeil im Wärmetauscher 24 angedeutet ist. Frischluftseitig ist eine Frischluftklappe 30a angeordnet, die dazu eingerichtet ist, den Frischluftstrom FL zumindest teilweise dem Wärmetauscher 24 zuzuführen oder/und zumindest teilweise an diesem vorbeizuleiten. Zusätzlich kann in dem Frischluftzufuhrkanalabschnitt 20a eine weitere Frischluftklappe 30b vorgesehen sein, die das Einströmen von Frischluft FL in das Klimatisierungssystem 10 je nach Stellung ermöglicht oder verhindert.
Verschiedene mittels des Klimatisierungssystems 10 einstellbare Betriebszustände werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 9 beschrieben, die alle ähnlich zur 2 sind und die gleichen strukturellen Elemente aufweisen, wobei in den 3 bis 9 auf die nochmalige Darstellung des Verdampfers 16 und des Luftzufuhrkanals 20 stromabwärts von der Gebläseeinrichtung 18 verzichtet worden ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass in Bezug auf die 3 bis 9 die Strömungswege von Innenraum abluft IA, die auch als Umluft bezeichnet werden kann mittels gekrümmten Pfeilen mit schwarzer Doppelspitze illustriert sind. Strömungswege von Frischluft FL sind mittels gekrümmter Pfeile mit dreieckiger Konturspitze illustriert.
3 zeigt das Klimatisierungssystem 10 in einem reinen Umluftbetrieb UB. In diesem Betriebszustand ist die Umluftklappe 26a so eingestellt, dass aus dem Innenraum 12 kommende Innenraumabluft IA in Richtung des Gebläseeinrichtung 18 geleitet wird. Mit anderen Worten ist die Umluftklappe 26a (vollständig) geöffnet. Dabei wird der Wärmetauscher 24 umgangen.
Zusätzlich kann die Abluftklappe 26b so eingestellt werden, dass keine Innenraumabluft IA durch den Wärmetauscher 24 strömen kann. Die Frischluftklappe 30b ist in einer geschlossenen Stellung, so dass keine Frischluft FL angesaugt wird und das Klimatisierungssystem 10 gelangt.
4 zeigt das Klimatisierungssystem 10 in einem reinen Frischluftbetrieb FB. In diesem Betriebszustand ist die Frischluftklappe 30a so eingestellt, dass von außen Frischluft FL in Richtung des Gebläseeinrichtung 18 geleitet wird. Dabei wird der Wärmetauscher 24 umgangen. In einem solchen Betriebszustand ist auch die Frischluftklappe 30b in einer geöffneten Stellung.
Die Umluftklappe 26a ist in diesem Betriebszustand geschlossen. Die Abluftklappe 26b ist so eingestellt, dass keine Innenraumabluft IA durch den Wärmetauscher 24 strömen kann. Somit wird aus dem Innenraum 12 stammende Innenraumabluft IA unter Umgehung des Wärmetauschers 24 direkt aus dem Klimatisierungssystem 10 abgeführt und in die Umgebung abgegeben.
5 zeigt das Klimatisierungssystem 10 in einem Wärmetauscherbetrieb WB. In diesem Betriebszustand ist die Frischluftklappe 30a so eingestellt, dass von außen Frischluft FL in Richtung des Wärmetauschers 24 geleitet wird, so dass die Frischluft FL den Wärmetauscher 24 durchströmt. In einem solchen Betriebszustand ist auch die Frischluftklappe 30b in einer geöffneten Stellung.
Die Umluftklappe 26a ist in diesem Betriebszustand geschlossen. Die Abluftklappe 26b ist so eingestellt, dass Innenraumabluft IA durch den Wärmetauscher 24 strömen kann. Somit wird aus dem Innenraum 12 stammende Innenraumabluft IA dem Wärmetauscher 24 zugeführt, so dass zwischen den Innenraumabluft IA und der Frischluft FL thermische Energie ausgetauscht wird. Mit anderen Worten werden in diesem Betriebszustand der vollständige Frischluftvolumentstrom und der vollständige Innenraumabluftvolumenstrom über den Wärmetauscher 24 geführt.
Die im Wärmetauscher erwärmte oder abgekühlte Frischluft gelangt dann zur Gebläseeinrichtung 18 und wird zum Klimagerät 14 gefördert. Die im Wärmetauscher erwärmte oder abgekühlte Innenraumluft IA wird über den Abluftkanalabschnitt 28 aus dem Klimatisierungssystem 10 geführt. Wie bereits oben erwähnt, tritt die Innenraum abluft IA bei 24a aus dem den Wärmetauscher 24 aus und verlässt diesen durch eine lediglich angedeutete Leitung 24b, die mit dem Abluftkanalabschnitt 28 verbunden ist.
Somit wird die in der Innenraumabluft IA enthaltene Energie genutzt, um die Frischluft vorzukonditionieren, so dass hierdurch Energie eingespart werden kann, die dann wieder einer größeren elektrischen Reichweite des Kraftfahrzeugs zu Gute kommt.
Unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 werden nachfolgend mehrere sogenannte Mischbetriebszustände erläutert, die mittels des hier vorgestellten Klimatisierungssystems 10 erst ermöglicht werden.
6 zeigt einen Mischbetrieb WU, in dem der Wärmetauscher 24 durchströmt wird und Innenraumabluft IA bzw. Umluft der Gebläseeinrichtung 18 zugeführt wird. In diesem Mischbetriebszustand WU ist die Umluftklappe 26a in einer Zwischenstellung eingestellt. Die Abluftklappe 26b ist so eingestellt, dass der Abluftkanalabschnitt 28 geschlossen ist. Durch diese Einstellungen der Abluftklappeneinrichtung 26, insbesondere der Umluftklappe 26a und der Abluftklappe 26b, wird jeweils ein Teilluftvolumenstrom der Innenraumabluft IA über den Wärmetauscher 24 bzw. direkt zur Gebläseeinrichtung 18 geleitet.
Frischluftseitig ist die Frischluftklappe 30a so eingestellt, dass der gesamte Frischluftvolumentstrom über den Wärmetauscher 24 geleitet wird. Somit wird die zugeführte Frischluft im Wärmetauscher 24 vorkonditioniert (vorgewärmt bzw. vorgekühlt), wobei dem über den Wärmetauscher 24 geleiteten Teilvolumenstrom von Innenraumabluft IA Energie entzogen bzw. abgegeben wird.
Dieser Mischbetrieb WU kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn der reine Umluftbetrieb aufgrund hoher Feuchtigkeit nicht umsetzbar ist, so dass die Zufuhr von vorkonditionierter Frischluft erforderlich ist.
7 zeigt einen Mischbetrieb WF, in dem der Wärmetauscher 24 durchströmt wird. In diesem Mischbetriebszustand WF ist die Umluftklappe 26a in der geschlossenen Stellung eingestellt, so dass keine Innenraumabluft IA als direkt Umluft der Gebläseeinrichtung 18 zugeführt wird. Die Abluftklappe 26b ist so eingestellt, dass der Abluftkanalabschnitt 28 geschlossen ist. Durch diese Einstellungen der Abluftklappeneinrichtung 26, insbesondere der Umluftklappe 26a und der Abluftklappe 26b, wird der vollständigeVolumenstrom der Innenraumabluft IA über den Wärmetauscher 24 geleitet.
Frischluftseitig ist die Frischluftklappe 30a in einer Zwischenstellung eingestellt. Somit wird ein jeweiliger Teilluftvolumenstrom der Frischluft über den Wärmetauscher 24 bzw. direkt zur Gebläseeinrichtung 18 geleitet. Somit wird ein Teilvolumen der zugeführten Frischluft im Wärmetauscher 24 vorkonditioniert (vorgewärmt bzw. vorgekühlt), wobei dem über den Wärmetauscher 24 geleiteten Volumenstrom von Innenraumabluft IA Energie entzogen bzw. abgegeben wird. Der andere Teilvolumenstrom der Frischluft wird direkt der Gebläseeinrichtung 18 zugeführt, wobei die beiden Frischluftteilströme wieder gemischt werden.
Der Mischbetrieb WF kann beispielsweise eingesetzt werden, um ein Vereisen des Wärmetauschers 24 im Winter zu vermeiden. Durch eine Reduzierung der kalten Frischluft, die durch den Wärmetauscher 24 geleitet wird, kann das Vereisen zu einem frühen Zeitpunkt verhindert oder zumindest vermindert werden.
8 zeigt einen Mischbetrieb WFU, in dem der Wärmetauscher 24 durchströmt wird. In diesem Mischbetriebszustand WFU ist die Umluftklappe 26a in einer Zwischenstellung eingestellt. Die Abluftklappe 26b ist so eingestellt, dass der Abluftkanalabschnitt 28 geschlossen ist. Durch diese Einstellungen der Abluftklappeneinrichtung 26, insbesondere der Umluftklappe 26a und der Abluftklappe 26b, wird jeweils ein Teilluftvolumenstrom der Innenraumabluft IA über den Wärmetauscher 24 bzw. direkt zur Gebläseeinrichtung 18 geleitet.
Frischluftseitig ist die Frischluftklappe 30a in einer Zwischenstellung eingestellt. Somit wird ein jeweiliger Teilluftvolumenstrom der Frischluft über den Wärmetauscher 24 bzw. direkt zur Gebläseeinrichtung 18 geleitet. Somit wird ein Teilvolumen der zugeführten Frischluft im Wärmetauscher 24 vorkonditioniert (vorgewärmt bzw. vorgekühlt), wobei dem über den Wärmetauscher 24 geleiteten Volumenstrom von Innenraumabluft IA Energie entzogen bzw. abgegeben wird. Der andere Teilvolumenstrom der Frischluft wird direkt der Gebläseeinrichtung 18 zugeführt, wobei die beiden Frischluftteilströme wieder gemischt werden.
Durch den Mischbetrieb WFU kann im Hinblick auf Feuchtigkeit, Innen-/Außentemperatur, Luftmenge und Luftqualität ein optimaler Betriebszustand gefunden werden bzw. eingeregelt werden. Ein solcher Mischbetrieb WFU ist insbesondere in Bereichen von gemäßigten Außentemperaturen von 5°C. bis 15°C. sehr hilfreich, um die Konditionierung der Innenraumluft energieeffizient zu gestalten.
9 zeigt einen Abtaubetrieb AW, in dem der Wärmetauscher 24 nur von Innenraumabluft IA durchströmt wird. In diesem Abtaubetriebszustand AW ist die Umluftklappe 26a geschlossen. Die Abluftklappe 26b ist in einer Zwischenstellung eingestellt, dass der Abluftkanalabschnitt 28 teilweise geöffnet ist. Durch diese Einstellungen der Abluftklappeneinrichtung 26, insbesondere der Umluftklappe 26a und der Abluftklappe 26b, wird jeweils ein Teilluftvolumenstrom der Innenraumabluft IA über den Wärmetauscher 24 bzw. direkt zum Abluftkanalabschnitt 28 geleitet. Durch das teilweise Öffnen der Abluftklappe 26b kann ein Rückstau von Innenraumabluft IA vermieden werden, wobei ein solcher Rückstau durch höhere Strömungswiderstände im (teilweise) vereisten Wärmetauscher 24 hervorgerufen werden.
Frischluftseitig ist die Frischluftklappe 30a so eingestellt, dass der gesamte Volumenstrom der Frischluft um den Wärmetauscher 24 herumgeleitet wird. Mit anderen Worten wird die Frischluft direkt zur Gebläseeinrichtung 18 geleitet. Somit wird vermieden, dass kühle bzw. kalte Frischluft in den in einem solchen Betriebszustand zumindest teilweise vereisten Wärmetauscher 24 gelangt.
10 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Darstellung eine Art Schnittansicht für den Bereich des Luftzufuhrkanals 20 und den Wärmetauscher 24. Vereinfacht und schematisch sind wie in den 2 bis 9 auch nochmals der Luftzufuhrkanal 20 stromabwärts von der Gebläseeinrichtung 18, der Verdampfer 16 und der Innenraum 12 des Kraftfahrzeugs dargestellt.
Die Abluftklappeneinrichtung 26 weist im hier gezeigten Beispiel zwei Abluftklappen 26b, 26c auf.
Im Vergleich mit der Konfiguration gemäß den 2 bis 9 ist die Abluftklappe 26c so angeordnet, dass sie Innenraumabluft IA als Umluft dem Frischluftstrom FL stromaufwärts von dem Wärmetauscher 24 zuführen kann. Entsprechend wird der Frischluft FL stromaufwärts von dem Wärmetauscher 24 Innenraumabluft IA zugemischt. Die Abluftklappe 26c übernimmt somit die Funktion der Abluftklappe 26a der 2 bis 9, wobei dort die Innenraumabluft IA stromabwärts von dem Wärmetauscher 24 mit der Frischluft FL gemischt wird.
Im Vergleich zu den 2 bis 9 wird noch darauf hingewiesen, dass in Wärmetauscher 24 einströmende Innenraum abluft IA (bei zumindest teilweise geöffneter Abluftklappe 26b) tritt bei 24a aus dem den Wärmetauscher 24 aus und verlässt diesen durch eine hier nicht weiter illustrierte Leitung, die mit dem Abluftkanalabschnitt 28 verbunden ist. Das Durchströmen von Innenraumabluft IA durch den Wärmetauscher 24 ist durch den schwarzen Pfeil im Wärmetauscher 24 angedeutet. Der Austritt 24a ist dabei stromabwärts von der Abluftklappe 26c vorgesehen, so dass verhindert werden kann, dass Innenraumabluft IA, die durch den Wärmetauscher 24 geströmt ist, nicht erneut der Frischluft FL beigemischt wird bzw. nicht zu einer Art Kreislaufströmung eines Teils von Innenraumabluft IA führt, die den Wärmetauscher 24 zweimal in unterschiedlichen Richtungen passiert.
Mit den in der 10 dargestellten Abluftklappen 26b, 26c und den Frischluftklappen 30a, 30b können auch die in Bezug auf die 3 bis 9 beschriebenen Betriebszustände eingestellt werden, was sich ohne Weiteres aus der Zusammenschau der Figuren ergibt. Insbesondere sind auch die Mischbetriebszustände möglich.
Durch das hier vorgestellte Klimatisierungssystem kann ein großes Potential an Energieeinsparung genutzt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Innenraumabluft, die vollständig aus dem Kraftfahrzeug entweicht, noch etwa die Hälfte der Energie enthält, die der Frischluft zuvor zugeführt worden ist. Mit anderen Worten geht durch einen ungenutzten Innenraumabluftstrom etwa die Hälfte der Energie verloren. Wird diese Innenraumabluft als Umluft oder als Austauschmedium im Wärmetauscher 24 genutzt kann also ein beträchtlicher Anteil an Energie eingespart werden, was der elektrischen Reichweite des Kraftfahrzeugs wieder zu Gute kommt.
Die hier vorgestellten Ausführungsformen eines Klimatisierungssystems sowie die hier vorgestellten Betriebszustände können beispielweise in einem Klimatisierungssystem umgesetzt werden, das in der zeitgleich eingereichten Anmeldung mit dem Titel „Klimatisierungssystem mit Wärmetauschereinrichtung und Unterstützungsgebläse, Kraftfahrzeug mit Klimatisierungssystem“ beschrieben ist.
11 zeigt vereinfacht und schematisch ein Kraftfahrzeug 100 mit verbrennungsmotorischem oder zumindest teilweise elektrischem Antrieb 102. Das Kraftfahrzeug 100 kann insbesondere ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. In dem Kraftfahrzeug 100 ist ein oben beschriebenes Klimatisierungssystem 10 angeordnet, das hier als gestricheltes Rechteck illustriert ist.
Der oben bereits beschriebene Abluftkanalabschnitt 28 des Klimatisierungssystems 10 kann dabei im Bereich eines vorderen Radkastens 101 des Kraftfahrzeugs 100 zur Umgebung hin münden, was in 11 ebenfalls gestrichelt angedeutet ist. Das Klimatisierungssystem 10 in einem Bereich vor dem Innenraum 12 des Kraftfahrzeugs 100 angeordnet. Ferner weist das Kraftfahrzeug 100 in einem hinteren Bereich des Innenraums 12 oder/und im Bereich eines Gepäckaufnahmeraums 104 wenigstens eine Entlüftungseinrichtung 106 auf, durch die Innenraumluft IA aus dem Kraftfahrzeug 100 entweichen kann.
Dabei kann die wenigstens eine Entlüftungseinrichtung 106 eine einstellbare Entlüftungsklappeneinrichtung 108 aufweisen, die in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Klimatisierungssystems 10, insbesondere der Abluftklappeneinrichtung 26 oder/und der Frischluftklappeneinrichtung 30 (siehe 1-10) , geöffnet oder geschlossen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014012706 A1 [0002]
DE 9202466 U1 [0003]
DE 10221191 A1 [0004]
DE 102018100814 A1 [0004]

Claims

Klimatisierungssystem (10) für ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (100) mit einer Klimatisierungseinheit (14), die dazu eingerichtet ist, Innenraumzuluft zu konditionieren; einer Gebläseeinrichtung (18), die dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom (LS) zu erzeugen, der zu der Klimatisierungseinheit (14) geleitet wird, wobei die Gebläseeinrichtung (18) bezogen auf den erzeugten Luftstrom (LS) stromaufwärts von der Klimatisierungseinrichtung (14) angeordnet ist; einem mit der Gebläseeinrichtung (18) verbundenen Luftzufuhrkanal (20); einem mit dem Luftzufuhrkanal (20) stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung (18) verbundenen Frischluftkanalabschnitt (20a); einen mit dem Luftzufuhrkanal (20) stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung (18) verbundenen Innenraumabluftkanalabschitt (22); einem in dem Luftzufuhrkanal (20) angeordneten Wärmetauscher (24), der dazu eingerichtet ist, thermische Energie zwischen der Innenraumabluft (IA) und der Frischluft (FL) auszutauschen; dadurch gekennzeichnet, dass dem Innenraumabluftkanalabschnitt (22) eine Abluftklappeneinrichtung (26, 26a, 26b) zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, den Innenraumabluftstrom (IA) zumindest teilweise dem Wärmetauscher (24) zuzuführen oder/und zumindest teilweise an diesem vorbeizuleiten.
Klimatisierungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Frischluftkanalabschnitt (20a) eine Frischluftklappeneinrichtung (30, 30a, 30b) zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, den Frischluftstrom (FL) zumindest teilweise dem Wärmetauscher (24) zuzuführen oder/und zumindest teilweise an diesem vorbeizuleiten.
Klimatisierungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraumabluftkanalabschnitt (22) und der Wärmetauscher (24) mit einem gemeinsamen Abluftkanalabschnitt (28) verbunden sind, durch den in Abhängigkeit von einer Betriebsstellung der Abluftklappeneinrichtung (26, 26a, 26b) zumindest ein Teilstrom von Innenraumabluft (IA) aus dem Klimatisierungssystem (10) zur Umgebung geführt wird.
Klimatisierungssystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftklappeneinrichtung (26, 26a, 26b) dazu eingerichtet ist, den Innenraumabluftkanalabschnitt (22) mit dem Abluftkanalabschnitt (28) so zu verbinden, dass der Innenraumabluftstrom (IA) vollständig aus dem Klimatisierungssystem (10) geführt wird.
Klimatisierungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der die Abluftklappeneinrichtung (26, 26a, 26b) so einstellbar ist, dass der Innenraumabluftstrom (IA) unter Umgehung des Wärmetauschers (24) oder/und unter Durchströmung des Wärmetauschers (24) vollständig aus dem Klimatisierungssystem (10) geführt wird.
Klimatisierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftklappeneinrichtung (26, 26a, 26b) mehrere einzeln einstellbare Abluftklappen (26a, 26b) aufweist, insbesondere eine Umluftklappe (26a) und eine Abluftklappe (26b).
Klimatisierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftzufuhrkanal (20) stromaufwärts von der Gebläseeinrichtung (18) und stromabwärts von dem Wärmetauscher (24) wenigstens ein Luftfilter (32) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens einen dem Wärmetauscher (24) zugeordneten Kondensatablauf aufweist, so dass an dem Wärmetauscher (24) entstehendes Kondensat aus dem Klimatisierungssystem (10) abführbar ist.
Kraftfahrzeug (100) mit verbrennungsmotorischem oder zumindest teilweise elektrischem Antrieb (102), insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Klimatisierungssystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftkanalabschnitt (28) im Bereich eines vorderen Radkastens (101) des Kraftfahrzeugs (100) zur Umgebung mündet.
Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem (10) in einem Bereich vor dem Innenraum (12) des Kraftfahrzeugs (100) angeordnet ist und dass das Kraftfahrzeug (100) in einem hinteren Bereich des Innenraums (12) oder/und im Bereich eines Gepäckaufnahmeraums (104) wenigstens eine Entlüftungseinrichtung (106) aufweist, durch die Innenraumluft aus dem Kraftfahrzeug (100) entweichen kann.
Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Entlüftungseinrichtung (106) eine einstellbare Entlüftungsklappeneinrichtung (108) aufweist, die in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Klimatisierungssystems (10), insbesondere der Abluftklappeneinrichtung (26, 26a, 26b) oder/und der Frischluftklappeneinrichtung (30, 30a, 30b), geöffnet oder geschlossen werden kann.