DE19725978A1 - Air conditioning plant for car - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an air conditioning system for a motor vehicle according to the preamble of Claim 1.
Zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, neben der Abwärme des Motors auch eine Klimaanlage in ihrer Strömungsrichtung umzukehren, so daß der Kondensator und der Verdampfer in der Klimaanlage ihre Funktionen vertauschen. Hierdurch erhält man eine Wärmepumpe, die jedoch mit abnehmender Temperatur der Außenluft ihren hohen Wirkungsgrad verliert, da die niedrige Außenlufttemperatur nicht mehr in der Lage ist, den im Umkehrbetrieb als Verdampfer fungierenden Kondensator zu erwärmen. Als Folge hiervon kann es zur Vereisung der Anlage kommen. Weitere Probleme bereitet die aufwendige Umkehrung des Flusses des Kühlmittels sowie auch die Geräuschentwicklung in dem Verdampfer, wenn dieser in Umkehrrichtung durchströmt wird.For the air conditioning of motor vehicles, it is known, in addition to the waste heat from the engine to reverse an air conditioner in its flow direction, so that the condenser and the Evaporators in the air conditioning system interchange their functions. This gives you one Heat pump, however, its high as the outside air temperature decreases Efficiency loses because the low outside air temperature is no longer able to Reverse operation to heat the condenser acting as an evaporator. As a result of this the system may freeze. The complex is causing further problems Reversal of the flow of the coolant as well as the noise in the Evaporator if the flow is reversed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Komponenten einer Kälte-Klimaanlage zu Heizungszwecken zu nutzen, wobei der apparative Aufwand und insbesondere der strömungstechnische Aufwand gering sein soll.The object of the present invention is to provide components of a refrigeration air conditioning system To use heating purposes, the equipment and especially the fluidic effort should be low.
Diese Aufgabe wird gelöst mit Klimaanlagen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2.This object is achieved with air conditioning systems with the features of claim 1 or 2.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Ausführungsformen.The subclaims show preferred embodiments.
In der vorliegenden Erfindung wird der Verdampfer der Klimaanlage (im vorliegenden Fall gelten als Verdampfer auch entsprechende Wärmetauscher, in denen durch Expansion eines Fluids der Umgebung Wärme entzogen wird, beispielsweise bei der Verwendung von CO₂-Klimaanlagen bzw. Klimaanlagen mit überkritischen Gasen) nicht als Kondensator betrieben, wie es bei der bekannten Umkehrung der Flußrichtung des Kühlmittels in Klimaanlagen der Fall ist. Vielmehr behält der Verdampfer bei der Verwendung desselben als Heizelement seine Funktion und damit auch die in ihm vorliegende Strömungsrichtung des Fluids in der Klimaanlage bei. Dies trägt wesentlich zu einer Vereinfachung der Nutzung der Klimaanlage als Heizung bei. Um die Heizwirkung in dem Verdampfer zu erzielen, wird in der Klimaanlage der Kondensator (in der vorliegenden Erfindung gilt als Kondensator auch ein Wärmetauscher, in dem ein komprimiertes Gas im wesentlichen unter Beibehaltung seines Druckes abgekühlt wird, wie es bei der Verwendung von CO₂- bzw. überkritisch betriebenen Klimaanlagen der Fall ist) zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend und insbesondere vollständig außer Funktion gesetzt, wodurch die Kompressionswärme (adiabatische Erwärmung), die durch den Kompressor in das Fluid eingebracht wird, entsprechend in den Verdampfer gelangt, und dort an die in den Innenraum des Kraftfahrzeugs strömende Luft abgegeben wird.In the present invention, the evaporator of the air conditioner (in the present case are considered as evaporators also corresponding heat exchangers, in which by expansion heat is removed from a fluid from the environment, for example when using CO₂ air conditioning systems or air conditioning systems with supercritical gases) not as a condenser operated as in the known reversal of the direction of flow of the coolant in Air conditioning is the case. Rather, the vaporizer keeps using it its function as a heating element and thus also the flow direction present in it of the fluid in the air conditioning system. This significantly simplifies use the air conditioning as a heater. In order to achieve the heating effect in the evaporator, in the air conditioner the condenser (in the present invention is also considered a condenser a heat exchanger in which a compressed gas is essentially retained its pressure is cooled, as it is when using CO₂ or supercritical operated air conditioning systems is the case) at least partially, preferably predominantly and in particular completely disabled, causing the heat of compression (adiabatic heating), which is introduced into the fluid by the compressor, accordingly in the evaporator, and there in the interior of the Motor vehicle flowing air is released.
Erfindungsgemäß ist also die Wärmetauscherfunktion des Kondensators außer Kraft gesetzt, d. h. es erfolgt nicht mehr die am Kondensator im Kühlbetrieb erfolgende Wärmeabgabe und auch nicht eine Wärmeaufnahme, wie sie bei der bekannten Verwendung von Klimaanlagen als Heizungswärmepumpe der Fall ist. Insbesondere durch das letztere Merkmal wird zwar nicht mehr ein so hoher Heizungswirkungsgrad erreicht, dies kann jedoch in Kauf genommen werden, da bei der Verwendung der Klimaanlage als Heizungswärmepumpe der Wirkungsgrad insbesondere dann gering ist, wenn die Heizenergie besonders gebraucht wird, nämlich bei besonders niedrigen Außentemperaturen (unterhalb -10°C). Statt dessen wird die erfindungsgemäße Klimaanlage hinsichtlich des Verdampfers als reiner Überträger von in Wärme umgesetzter Bewegungsenergie genutzt, d. h. der Kompressor erhitzt durch Komprimieren das Fluid und das erhitzte Fluid gibt seine Kompressionswärme in dem Verdampfer ab.According to the invention, the heat exchanger function of the condenser is therefore invalid set, d. H. it no longer takes place at the condenser in cooling mode Heat emission and also not a heat absorption, as in the known Use of air conditioning as a heating heat pump is the case. In particular through the latter feature is no longer achieved such a high heating efficiency, this can be accepted, however, because when using the air conditioning as Heating heat pump efficiency is particularly low when the Heating energy is particularly needed, namely at particularly low Outside temperatures (below -10 ° C). Instead, the invention Air conditioning system with regard to the evaporator as a pure transmitter of converted into heat Used kinetic energy, d. H. the compressor heats the fluid and compresses it the heated fluid releases its heat of compression in the evaporator.
Damit das Fluid vor dem Kompressor wieder expandieren kann, ist üblicherweise ein Expansionsventil vorgesehen, daß prinzipiell auch zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet sein kann. Hierbei besteht aber die Gefahr der Vereisung. Da die Klimaanlage für den gewöhnlichen Betrieb bereits ein Expansionsventil besitzt, das dem Verdampfer (in Strömungsrichtung gesehen) vorgeschaltet ist, kann dieses Expansionsventil auch bei dem Betrieb des Verdampfers als Heizungswärmetauscher genutzt werden, so daß das Fluid durch die Expansion zwar eine Abkühlung erfährt, die jedoch nicht zu einer Abkühlung des Fluids bis auf die Temperatur führt, die das Fluid beim Zulauf zu dem Kompressor hatte. Hierdurch steht dem Verdampfer in dem Fluid eine Wärmemenge zur Verfügung, die an den Innenraum des Kraftfahrzeugs abgegeben werden kann. Sofern das vorhandene Expansionsventil für die erfindungsgemäße Heizanwendung nicht geeignet ist (z. B. einen zu kleinen Durchlaß hat), wird vor (oder auch nach) dem Verdampfer eine zusätzliche Drossel vorgesehen, die vorzugsweise in dem Bypaß angeordnet ist.So that the fluid can expand again in front of the compressor, is usually one Expansion valve provided that in principle also between the evaporator and the Compressor can be arranged. However, there is a risk of icing. Since the Air conditioning for ordinary operation already has an expansion valve that the This expansion valve can be connected upstream of the evaporator (as seen in the flow direction) can also be used in the operation of the evaporator as a heating heat exchanger, so that the fluid is cooled by the expansion, but not at all Cooling of the fluid down to the temperature that leads the fluid to the inlet Had compressor. This provides the evaporator with a quantity of heat in the fluid Available that can be delivered to the interior of the motor vehicle. If that Existing expansion valve is not suitable for the heating application according to the invention (e.g. has a passage that is too small), before (or after) the evaporator becomes one additional throttle is provided, which is preferably arranged in the bypass.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die ca. 2 kW bis 5 kW betragende Aufnahmeleistung des Kompressors genutzt werden kann zur Beheizung des Kraftfahrzeuginnenraumes, wobei diese Heizungswärme bereits wenige Sekunden nach der Inbetriebnahme der Klimaanlage zu Beheizungszwecken zur Verfügung steht.The advantage of the present invention is that the approx. 2 kW to 5 kW Power consumption of the compressor can be used to heat the Motor vehicle interior, this heating heat already a few seconds after Commissioning of the air conditioning system is available for heating purposes.
Zum Betrieb der Klimaanlage in ihrer Heizfunktion können insbesondere zwei schaltungstechnische Merkmale zur Anwendung kommen, von denen jedes für sich zu dem gewünschten Ergebnis führt. Zum einen kann der Kondensator durch eine Überbrückung (Bypaß, Kurzschluß) abgeschaltet werden, d. h. das Fluid wird anstatt durch den Kondensator an diesem vorbei geleitet. Alternativ erhält der Kondensator eine Wärmeabschottung, d. h. er wird gegenüber seiner Umgebungsluft isoliert, wodurch seine Wärmetauscherfunktion außer Kraft gesetzt ist. Hierdurch erfolgt (wie bei der Überbrückung) keine oder nur eine geringe Abgabe der Fluidwärme an die Umgebung, so daß die Fluidwärme - trotz Verdampfung bzw. Expansion - in dem Verdampfer zur Verfügung steht.In particular, two can be used to operate the air conditioning system in its heating function circuit-related features are used, each of which individually leads to the desired result. Firstly, the capacitor can be bridged (Bypass, short circuit) are switched off, d. H. the fluid is replaced by the Condenser passed past this. Alternatively, the capacitor receives one Thermal insulation, d. H. it is isolated from its ambient air, causing its Heat exchanger function is disabled. This takes place (as with the bridging) little or no release of the fluid heat to the environment, so that the Fluid heat - despite evaporation or expansion - is available in the evaporator.
Vorteilhaft kann die Überbrückung des Kondensators durch einen Bypaß erfolgen, der über ein Ventil alternativ zum Kondensator geschaltet wird. Hierbei kann beispielsweise ein Drei- Wege-Ventil zum Einsatz kommen, in einfacher Weise können auch einfache Sperrventile eingesetzt werden, die alternativ die Zuleitung zu dem Bypaß oder zu dem Kondensator schalten.The bypassing of the capacitor can advantageously take place by means of a bypass a valve is switched as an alternative to the condenser. Here, for example, a three Directional valve are used, simple shut-off valves can also be used in a simple manner are used, alternatively the supply line to the bypass or to the capacitor switch.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Figur näher beschrieben.The invention is described below with reference to a figure.
Eine Klimaanlage 1 enthält einen Fluidkreislauf 2, dessen Flußrichtung (Pfeile) stets in eine Richtung erfolgt. Der Fluidkreislauf 2 wird angetrieben von einem Kompressor 3, der von einem (nicht dargestellten) Motor über eine Riemenscheibe 4 angetrieben wird. Das komprimierte Fluid, das bei den üblicherweise verwendeten Kältemitteln, beispielsweise R134a, einen Druck von ca. 20 bar bis 30 bar aufweist, verläßt den Kompressor 3 und strömt zu einem Drei-Wege-Ventil 5, das durch Verstellen um 90°C in die Stellung "Heizen" (H) oder "Kühlen" (K) schaltbar ist. Abgebildet ist die Stellung "Heizen", in der das Fluid in einen Bypaß 6 geleitet wird, der einen Kondensator 7 überbrückt.An air conditioning system 1 contains a fluid circuit 2 , the flow direction (arrows) always takes place in one direction. The fluid circuit 2 is driven by a compressor 3 , which is driven by a motor (not shown) via a pulley 4 . The compressed fluid, which has a pressure of approximately 20 bar to 30 bar in the commonly used refrigerants, for example R134a, leaves the compressor 3 and flows to a three-way valve 5 , which is adjusted by 90 ° C. in the The "heating" (H) or "cooling" (K) position can be switched. The "heating" position is shown, in which the fluid is passed into a bypass 6 which bridges a condenser 7 .
Der Bypaß 6 mündet ohne Ventil in die Abströmleitung 8 des Kondensators 7 (das Drei- Wege-Ventil kann alternativ oder zusätzlich auch nach dem Kondensator eingesetzt werden) in der auch ein Trockner 9 angeordnet ist. Der Trockner 9 dient der Entfernung von Restfeuchte in dem Fluid.The bypass 6 opens without a valve into the outflow line 8 of the condenser 7 (the three-way valve can alternatively or additionally also be used after the condenser) in which a dryer 9 is also arranged. The dryer 9 serves to remove residual moisture in the fluid.
Nach dem Trockner 9 gelangt das Fluid über ein Expansionsventil 10 in einen Verdampfer 11, um von dort über einen Muffler 12 wieder in den Kompressor 3 zu gelangen. Das Expansionsventil 10, kann, wie dargestellt, als Regelgröße das abströmende Fluid von dem Verdampfer 11 haben, auch andere, insbesondere temperaturgesteuerte Regelmechanismen sind möglich.After the dryer 9 , the fluid passes through an expansion valve 10 into an evaporator 11 in order to get back into the compressor 3 via a muffler 12 . The expansion valve 10 , as shown, can have the outflowing fluid from the evaporator 11 as a control variable, other, in particular temperature-controlled control mechanisms are also possible.
Wenn das Expansionsventil 10 für den Heizungsbetrieb nicht geeignet ist (z. B. einen zu geringen Durchfluß hat), so kann der Bypaß 6 an Stelle der gepunkteten Anbindung 14 unter Umgehung des Expansionsventils 10 (gestrichelt 15) an den Verdampfer 11 angekoppelt sein, wobei ggf. eine Drossel 16 zur Expansion des Fluids vorgesehen sein kann.If the expansion valve 10 is not suitable for heating operation (e.g. has too little flow), the bypass 6 can be coupled to the evaporator 11 instead of the dotted connection 14 bypassing the expansion valve 10 (dashed line 15 ), whereby if necessary, a throttle 16 can be provided for expanding the fluid.
Durch die Umgehung des Kondensators 7 mittels des Bypasses 6 gelangt das Fluid, das den Kompressor 3 mit einer Temperatur von ca. 100°C bis 120°C (abhängig vom Fluid und von der Art der Klimaanlage) verläßt, in etwa mit dieser Temperatur in den Verdampfer, wohingegen in der Stellung K des Ventils 5 in dem Kondensator das Fluid um ca. 30 K bis 50 K abgekühlt (und ggf. kondensiert) wird. Durch dieses höhere Temperaturniveau in dem Verdampfer 11 wird trotz Expansion des Fluids eine hohe Wärmemenge zur Verfügung gestellt, so daß die durch den Verdampfer 11 in den Innenraum 13 des (nicht dargestellten) Kraftfahrzeuges strömende Luft deutlich erwärmt wird. Durch Verstellen des Drei-Wege-Ventils 5 in Stellung K arbeitet die Klimaanlage 1 im üblichen Kältebetrieb.By bypassing the condenser 7 by means of the bypass 6 , the fluid that leaves the compressor 3 at a temperature of approximately 100 ° C. to 120 ° C. (depending on the fluid and the type of air conditioning system) comes in at approximately this temperature the evaporator, whereas in the position K of the valve 5 in the condenser, the fluid is cooled (and possibly condensed) by about 30 K to 50 K. This higher temperature level in the evaporator 11 provides a large amount of heat despite the expansion of the fluid, so that the air flowing through the evaporator 11 into the interior 13 of the motor vehicle (not shown) is significantly heated. By moving the three-way valve 5 to the K position, the air conditioning system 1 operates in the usual refrigeration mode.
Zur Komfort- und Sicherungszwecken des Betriebs können ein oder mehrere Sensoren den Betrieb, insbesondere in der Stellung H überwachen, wobei insbesondere Temperatursensoren (auch Drucksensoren) geeignet sind. Mittels der Sensoren kann beispielsweise die Fluidtemperatur vor und/oder nach dem Verdampfer 11 bzw. dem Kompressor 3 überwacht werden.For comfort and security purposes of operation, one or more sensors can monitor the operation, in particular in the H position, temperature sensors (also pressure sensors) being particularly suitable. By means of the sensors, for example, the fluid temperature can be monitored before and / or after the evaporator 11 or the compressor 3 .
Claims (8)
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ID=7798485
Family Applications (1)
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DE19725978A Ceased DE19725978A1 (en) | 1996-06-29 | 1997-06-19 | Air conditioning plant for car |
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