DE10308370A1

DE10308370A1 - Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage

Info

Publication number: DE10308370A1
Application number: DE2003108370
Authority: DE
Inventors: Klaus Arold
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: DE10308370B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug werden ein Kühlkreislauf, in dem ein Kondensator, ein Kompressor und ein Verdampfer angeordnet sind, und ein Heizkreislauf, in dem ein Kompressor und ein Heizwärmetauscher für eine Fahrzeugheizung angeordnet sind, abhängig von der gewünschten Temperatur in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs von einem Kältemittel durchströmt. Zum Heizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs wird der in jeder Betriebssituation vollständig von einem Antrieb des Kraftfahrzeugs abgekoppelte Heizwärmetauscher ausschließlich von dem Kältemittel durchströmt. Der Verdampfer entfeuchtet im Heizbetrieb die zum Heizen des Innenraums den Heizwärmetauscher durchströmende Luft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage für eine Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Klimaanlage für eine Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4.
Aus der DE 198 39 002 A1 ist eine Klimaanlage bekannt, bei welcher auf der Druckseite des Kompressors aus dem Kältemittel- bzw. Kühlkreislauf eine Bypassleitung abzweigt, die den Heizwärmetauscher durchläuft und auf der Saugseite des Kompressors wieder in den Kühlkreislauf mündet. Dadurch soll eine Zusatzheizung geschaffen werden, durch welche der in den Fahrzeuginnenraum geleitete Luftstrom effektiv aufgeheizt werden kann.
Zwar ist durch die Nutzung des Kältemittels zum Heizen des Innenraums eine solche effektive Zusatzheizung realisierbar, problematisch bei dieser bekannten Klimaanlage ist jedoch, dass die häufig in den Innenraum des Kraftfahrzeugs gelangende feuchte Luft, insbesondere bei nasskalter Witterung, zu einem unerwünschten Beschlagen der Scheiben des Kraftfahrzeugs führt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage zu schaffen, mit dem gleichzeitig ein Aufheizen und Trocknen der dem Innenraum zugeführten Luft möglich ist, wobei sich durch das Verfahren eine Unabhängigkeit von einem Kühlmittel- bzw. Wärmemanagement eines das Kraftfahrzeug antreibenden Antriebs ergeben soll. Eine für dieses Verfahren verwendete Klimaanlage soll dabei einen möglichst einfachen Aufbau aufweisen und flexibel einsetzbar sein Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Dadurch, dass erfindungsgemäß zum Heizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs der Heizwärmetauscher ausschließlich von dem Kältemittel durchströmt wird, kann die Klimaanlage vollkommen unabhängig von dem Wärmemanagement eines gegebenenfalls vorhandenen Antriebs des Kraftfahrzeugs betrieben werden, so dass auch in Situationen, in denen von diesem Antrieb keine ausreichende Wärmemenge zur Verfügung gestellt werden kann, ein Heizen des Innenraums möglich ist. In diesem Zusammenhang ist vorteilhafterweise auch keine Rücksichtnahme auf eine Kühlmitteldurchflussmenge des Antriebs erforderlich, so dass umgekehrt auch das Wärmemanagement des Antriebs vereinfacht wird.
Ein von der Drehzahl des Antriebs, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, unabhängiger Betrieb der Klimaanlage ergibt sich durch die Tatsache, dass der Heizwärmetauscher in jeder Betriebssituation vollständig von diesem Antrieb abgekoppelt ist. Dadurch kann in einer Weiterführung der Erfindung der Kompressor der Klimaanlage elektrisch betrieben werden.
Darüber hinaus entfeuchtet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Verdampfer die zum Heizen des Innenraums den Heizwärmetauscher durchströmende Luft, so dass ein gleichzeitiges Trocknen und Erwärmen der dem Innenraum zugeführten Luft möglich ist und ein Beschlagen von Fahrzeugscheiben auch bei feuchter, insbesondere nasskalter Witterung wirkungsvoll vermieden wird.
Für das erfindungsgemäße Verfahren hat sich aufgrund der beschriebenen Unabhängigkeit von dem Kühlmittel des Antriebs die Verwendung von CO₂ als Kältemittel als besonders geeignet erwiesen.
Eine erfindungsgemäße Klimaanlage ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 4.
Diese lässt sich aufgrund ihrer Unabhängigkeit von einem Antrieb des Kraftfahrzeugs sehr flexibel einsetzen und weist einen verhältnismäßig einfachen Aufbau auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, Klimaanlage; und
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimaanlage.
Eine in 1 schematisiert dargestellte Klimaanlage 1 weist einen Kühlkreislauf 2 und einen Heizkreislauf 3 auf, die beide nach Bedarf von einem Kühlmittel, vorzugsweise CO₂, durchströmt werden. In an sich bekannter Weise sind in dem Kühlkreislauf 2 ein Kondensator 4, ein Verdichter bzw. Kompressor 5, ein Verdampfer 6 und ein Expansionsventil 7 angeordnet. Der Kühlkreislauf 2 mit den beschriebenen Bauteilen wird dazu verwendet, die in einen Innenraum 8 des Kraftfahrzeugs einströmende Luft zu kühlen. Hierzu ist der Verdampfer 6 in einem sogenannten Klimakasten 9 angeordnet, in dem sich ferner ein Gebläse 10 befindet, das für eine Zuführung der Luft zu dem Innenraum 8 sorgt.
Der Kühlkreislauf 2 kann mittels nicht dargestellter Einrichtungen manuell oder automatisch gesteuert werden, um die Temperatur in dem Innenraum 8 durch die Zuführung gekühlter Luft zu verringern, wobei der Betrieb des Kühlkreislaufs 2 an sich bekannt ist und daher im folgenden nicht näher erläutert wird.
Die Klimaanlage 1 weist neben dem Kühlkreislauf 2 auch einen Heizkreislauf 3 auf, in dem sich neben dem Kompressor 5 und dem Kondensator 4 auch ein Heizwärmetauscher 11, ein Absperrventil 12, ein Rückschlagventil 13 und ein Expansionsventil 17 befinden. Zur Bildung des Heizkreislaufs 3 zweigt an dem Kompressor 5 eine Leitung 14 ab, die nach Durchlaufen des Absperrventils 12, des Heizwärmetauschers 11, des Rückschlagventils 13 und des Expansionsventils 17 wieder in den Kühlkreislauf 2 mündet. In dem Kühlkreislauf 2 ist ein Absperrventil 18 angeordnet, welches im Fall des Betriebs des Heizkreislaufs 3 gesperrt sein kann und somit die Anströmung des Kondensators 4 verhindert und das Kältemittel über den Verdampfer 6 zurück zu dem Kompressor 5 leitet.
Soll die Klimaanlage 1 den Innenraum 8 aufheizen statt zu kühlen, d.h. mit erwärmter statt mit gekühlter Luft versorgen, so wird das Absperrventil 12 geöffnet und das Absperrventil 18 geschlossen, so dass das noch erwärmte Kältemittel über die Leitung 14 in den Heizkreislauf 3 strömt und zu dem Heizwärmetauscher 11 gelangt. Die thermische Energie des noch erwärmten Kältemittels wird dann in dem Heizwärmetauscher 11 an die sich innerhalb des Klimakastens 9 befindliche bzw. denselben durchströmende Luft abgegeben, wodurch der Innenraum 8 beheizt wird.
Dadurch, dass der Verdampfer 6 ebenfalls innerhalb des Klimakastens 9 angeordnet ist, wird die denselben durchströmende Luft getrocknet, bevor sie den Innenraum 8 erreicht, so dass ein Beschlagen der Scheiben auch im Heizbetrieb der Klimaanlage 1 verhindert werden kann. In diesem Zusammenhang durchströmt die das Gebläse 10 verlassende Luft zunächst den Verdampfer 6 und anschließend den Heizwärmetauscher 11. Um eine entsprechende Strömung innerhalb des Klimakastens 9 zu erreichen, kann eine nicht dargestellte Wand vorgesehen sein. Innerhalb des Klimakastens 9 ist außerdem ein Feuchtigkeitssensor 15 angeordnet, welcher den Feuchtigkeitsgehalt der Luft misst. Falls die Luft bereits ausreichend trocken ist, muss sie durch den Verdampfer 6 nicht getrocknet werden, wodurch dieser ebenfalls von Kühlmittel durchströmt und somit zum Heizen der Luft bzw. des Innenraums 8 eingesetzt werden kann.
Der Heizwärmetauscher 11 ist vollständig von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs, also beispielsweise einer Brennkraftmaschine, bzw. von dem Kühlkreislauf dieses Antriebs, abgekoppelt, so dass das Wärmemanagement für diese Brennkraftmaschine unabhängig von der Erwärmung bzw. Kühlung des Innenraums 8 erfolgen kann. Dadurch kann ein entsprechender Kühlkreislauf für die Brennkraftmaschine erheblich einfacher aufgebaut sein, da derselbe nicht an die Klimaanlage 1 angeschlossen ist.
Die Beheizung des Innenraums 8 wird hier vollständig von dem Heizwärmetauscher 11, der sich innerhalb des Heizkreislaufs 3 der Klimaanlage 1 befindet, übernommen, so dass auf weitere Heizeinrichtungen verzichtet werden kann. Der Heizwärmetauscher 11 wird im Heizbetrieb also ausschließlich von dem Kältemittel der Klimaanlage 1 durchströmt, wohingegen im Kühlbetrieb der Heizwärmetauscher 11 von dem Kühlkreislauf 2 abgekoppelt ist. Dies führt zu einer sehr hohen Heizleistung der Klimaanlage 1. Alternativ zu der Sperrung des Absperrventils 18 können während des Betriebs des Heizkreislaufs 3 auch beide Absperrventile 12 und 18 geöffnet sein, so dass sowohl der Kühlkreislauf 2 als auch der Heizkreislauf 3 durchströmt wird. Dadurch würde eine noch weiter verbesserte Entfeuchtung der Luft erreicht. Die beiden Kühlmittelströme würden sich in diesem Fall zwischen dem Expansionsventil 17 und dem Absperrventil 18 vereinigen.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Klimaanlage 1, welche ähnlich derjenigen gemäß 1 ausgebildet ist und wiederum den Kühlkreislauf 2 und den Heizkreislauf 3 aufweist. Allerdings ist der Kompressor 5 ausschließlich dem Kühlkreislauf 2 zugeordnet und der Heizkreislauf 3 weist einen separaten Verdichter bzw. Kompressor 16 auf, der für die Zirkulation des Kältemittels innerhalb des Heizkreislaufs 3 sorgt. Die Leitung 14 ist wiederum durch das Absperrventil 12 von dem Kompressor 5 abgekoppelt. Der Betrieb der Klimaanlage 1 gemäß 2 ist im wesentlichen identisch zu dem oben beschriebenen Betrieb der Klimaanlage 1 gemäß 1.
Da der Kompressor 16 und der Kompressor 5, und zwar sowohl in der Ausführungsform der Klimaanlage 1 gemäß 1 als auch in derjenigen gemäß 2, unabhängig von der Drehzahl einer eventuellen Brennkraftmaschine betrieben werden kann, kann ein nicht dargestellter Elektromotor zum Betrieb der Kompressoren 5 und/oder 16 eingesetzt werden, wodurch sich ein vollständig unabhängiger Betrieb der Klimaanlage 1 ergibt.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Kühlkreislauf, in dem ein Kondensator, ein Kompressor und ein Verdampfer angeordnet sind, und ein Heizkreislauf, in dem ein Kompressor und ein Heizwärmetauscher für eine Fahrzeugheizung angeordnet sind, abhängig von der gewünschten Temperatur in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs von einem Kältemittel durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Heizen des Innenraums (8) des Kraftfahrzeugs der in jeder Betriebssituation vollständig von einem Antrieb des Kraftfahrzeugs abgekoppelte Heizwärmetauscher (11) ausschließlich von dem Kältemittel durchströmt wird, wobei der Verdampfer (6) im Heizbetrieb die zum Heizen des Innenraums (8) den Heizwärmetauscher (11) durchströmende Luft entfeuchtet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel CO₂ verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kompressor (5; 16) elektrisch angetrieben wird.
Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem Kühlmittel durchströmten Kühlkreislauf, in dem ein Kondensator, ein Kompressor und ein Verdampfer angeordnet sind, und mit einem von dem Kühlmittel durchströmten Heizkreislauf, in dem ein Kompressor und ein Heizwärmetauscher für eine Fahrzeugheizung angeordnet sind, zur Verwendung in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwärmetauscher (11) vollständig von einem Antrieb des Kraftfahrzeugs abgekoppelt ist, wobei der Verdampfer (6) so angeordnet ist, dass er im Heizbetrieb die zum Heizen des Innenraums (8) den Heizwärmetauscher (11) durchströmende Luft entfeuchtet.
Klimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (6) zusammen mit dem Heizwärmetauscher (11) in einem von der Luft für den Innenraum (8) durchströmten Klimakasten (9) angeordnet ist.
Klimaanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (6) sowohl in dem Kühlkreislauf (2) als auch in dem Heizkreislauf (3) angeordnet ist.
Klimaanlage nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (5) sowohl in dem Kühlkreislauf (2) als auch in dem Heizkreislauf (3) angeordnet ist.
Klimaanlage nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (2) und der Heizkreislauf (3) jeweils separate Kompressoren (5, 16) aufweisen.
Klimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Klimakasten (9) im Bereich des Gebläses (10) ein Feuchtigkeitssensor (15) angeordnet ist.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizkreislauf (3) ein Expansionsventil (17) angeordnet ist.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlkreislauf (2) ein Expansionsventil (7) angeordnet ist.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizkreislauf (3) ein Absperrventil (12) angeordnet ist.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlkreislauf (2) ein Absperrventil (18) angeordnet ist.