DE20115273U1 - Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug

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Description

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13.09.01 G-IP
BEHR GmbH & Co.
Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem in einem Kältemittelkreis angeordneten Kompressor und einem Verdampfer zum Abkühlen von zu konditionierender Luft für den Innenraum.
Es ist ein Ziel der Kraftfahrzeughersteller, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren. Eine Maßnahme zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ist das Abschalten des Motors bei vorübergehendem Stillstand, beispielsweise beim Halten an einer Ampel. Dieses vorübergehende Abschalten des Motors wird auch Idle-stop-Betrieb genannt. Diese Maßnahme wird bei heutigen verbrauchsarmen Fahrzeugen, wie beispielsweise bei dem sogenannten Dreiliter-Fahrzeug, bereits eingesetzt. Bei Fahrzeugen, die über den Idle-stop-Betriebsmodus verfügen, ist im innerstädtischen Verkehr ca. 25-30 % der Fahrzeit der Motor ausgeschaltet.
Dies ist ein Grund warum derartige Fahrzeuge nicht mit einer Klimaanlage ausgerüstet sind, denn bei Motorstillstand kann auch ein für eine Klimaanlage notwendiger Kompressor nicht angetrieben werden, so dass im IdIestop-Betrieb eine Klimaanlage die notwendige Kälteleistung nicht bereitstellen kann.
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Zur Lösung dieses Problems ist in der EP O 995 621 A2 vorgeschlagen, den Verdampfer der Klimaanlage durch das bei Abkühlen von feuchter Luft anfallende Kondensat zu vereisen, so dass im Idle-stop-Betrieb, wenn der Motor abgeschaltet ist, die Luft durch das dann abtauende Eis abkühlbar ist. Dieses Verfahren hat jedoch zahlreiche Nachteile. Die Wassermenge, die in der Luft vorhanden ist und die für die Vereisung des Verdampfers notwendig ist, hängt von den klimatischen Umgebungsbedingungen ab. So kann es vorkommen, dass bei geringer Luftfeuchtigkeit nicht genügend Kondenswasser für die Vereisung zur Verfügung steht. Des weiteren ist zur Vereisung des Verdampfers in der Regel ein relativ großer Zeitraum notwendig, so dass diese bekannte Klimaanlage erst nach einer relativ langen Fahrzeit im Idle-stop-Betrieb arbeiten kann. Ein weiteres Problem ist, das in der Regel der Verdampfer ungleichmäßig vereist, so dass der Verdampfer vereiste und nicht vereiste Bereiche aufweist. Des weiteren kann die Vereisung so stark sein, dass die Luft durch den Verdampfer nicht oder nur mit hohem Druckverlust strömen kann. In jedem Fall erzeugt die Eisschicht einen luftseitigen Druckverlust, was zu einer erhöhten Gebläseleistung führt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine Klimaanlage bereitzustellen, die in allen Betriebs- und Umgebungsbedingungen einschließlich der Idle-stop-Situation eine Klimatisierung des Fahrzeugs gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2.
Erfindungsgemäß ist gemäß einer ersten Lösung ein zusätzlicher zweiter Verdampfer zum Abkühlen der Luft vorgesehen, wobei dieser Verdampfer
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zusätzlich ein Kältespeichermedium (Latentkältespeicher) enthält. Dieser zweite Verdampfer kann dann beladen werden, wenn ausreichend Kälteleistung zur Verfügung steht, beispielsweise im gewöhnlichen Fahrbetrieb, wobei das Kältespeichermedium auf die Speicherung von Kälte optimal abgestimmt sein kann. Im Idle-stop-Betheb wird dann die Luft durch diesen zweiten Verdampfer abgekühlt. Dieser zweite Verdampfer bildet somit eine Kombination aus Kältespeicher und Verdampfer und wird im nachfolgenden auch Speicherverdampfer genannt. Um die maximale Kälteleistung zu erbringen (Pull-down-Betrieb), kann die Luft ferner über beide Verdampfer geleitet werden.
Gemäß einer zweiten Lösung ist der Verdampfer in wenigstens zwei Teilbereiche aufgeteilt, wobei ein erster Teilbereich ausschließlich als Kältemittelverdampfer wirken kann und ein zweiter Teilbereich zusätzlich ein Kältespeichermedium enthält. Der zweite Teilbereich des Verdampfers hat damit die gleichen Eigenschaften wie der oben erwähnte Speicherverdampfer der ersten Lösung. In dieser zweiten Lösung sind somit die Funktionen des Verdampfers im Fahrbetrieb und des Speicherverdampfers im Idle-stop-Betrieb in einen einzigen Verdampfer, also ein einziges Bauteil, integriert. Auch hierbei kann, um die maximale Kälteleistung zu erbringen, die Luft als dritte Möglichkeit auch über beide Verdampfer geleitet werden.
Bevorzugt sind der Speicherverdampfer bzw. der Speicherbereich kältemittelseitig parallel zu dem ersten Verdampfer bzw. ersten Teilbereich geschaltet, so dass wahlweise die Kälteleistung dem ersten oder zweiten Verdampfer bzw. Teilbereich zugeführt werden kann. Dabei ist der Kältemitteldurchfluss durch den Speicherverdampfer bzw. den zweiten Teilbereich durch ein Ventil regelbar.
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Alternativ ist auch eine Reihenschaltung der Verdampfer bzw. Teilbereiche möglich.
Wenn die beiden Verdampfer bzw. die beiden Teilbereiche des Verdampfers luftseitig parallel geschaltet sind, kann die abzukühlende Luft entweder durch beide Verdampfer bzw. Teilbereiche oder auch nur durch einen geführt werden. Im Idle-stop-Betrieb kann dann beispielsweise während der Fahrt, wenn der Motor läuft, die Luft durch den ersten Verdampfer bzw. Teilbereich abgekühlt werden und bei abgeschaltetem Motor die Luft durch den Speicherverdampfer bzw. zweiten Teilbereich abgekühlt werden. Die Umschaltung der Luftströmung kann durch ein vor dem Verdampfer angeordnetes Luftstromsteuerelement realisiert sein.
Vorzugsweise liegt der Schmelzpunkt des Kältespeichermediums etwas über 0° C, wobei das Kältespeichermedium insbesondere Decanol (Schmelzpunkt 70C) oder Tetradecan (Schmelzpunkt 6°C) ist oder enthält. Derartige Kältespeichermedien sind auch für andere Speicherverdampfer und/oder andere Schaltungen verwendbar.
In vorteilhafter Weise ist ein Frischluft- und auch ein Umluftbetrieb möglich, so dass beispielsweise bereits abgekühlte Luft im Innenraum wieder rezirkuliert werden kann, wodurch Kälteleistung eingespart werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Kältemittelkreislaufs einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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. Fig. 2 einen stark schematisiert dargestellten Teil der Klimaanlage mit Verdampfer,
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Kältemittelkreislaufs
einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Fig. 4 einen schematisch dargestellten Verdampfer gemäß einer
alternativen Ausführungsform.
Eine erfindungsgemäße Klimaanlage 210 umfasst einen Kältemittelkreislauf 212, in dem ein Kompressor 214, ein Kältemittelkondensator 216, ein Kältemittelsammler 218, ein Expansionsventil 220 und ein Verdampfer 222 über Kältemittelleitungen 224, 226, 228, 230 miteinander verbunden sind.
Kältemittelseitig parallel zu dem ersten Verdampfer 222 ist ein zweiter Verdampfer 232 in den Kältemittelkreislauf 212 eingebunden, wobei von der Kältemittelleitung 226 eine Kältemittelleitung 234 abzweigt, die nach dem ersten Verdampfer 222 in die Kältemittelleitung 230 mündet. Vor dem zweiten Verdampfer 232 ist ein Expansionsorgan 236 und ein Absperrventil 238 in der Kältemittelleitung 234 angeordnet. Über das Absperrventil 238 kann der Kältemitteldurchfluss durch den zweiten Verdampfer 232 gesperrt werden. Ebenso ist nach dem ersten Verdampfer 222 ein Absperrventil 240 vorgesehen, so dass auch der Kältemitteldurchfluss durch den ersten Verdampfer 222 absperrbar ist.
Der erste Verdampfer 222 kann in nicht näher dargestellter Weise in bekannter Weise aufgebaut sein. So kann es sich beispielsweise um einen Flachrohrverdampfer handeln, bei dem kältemittelseitig parallel geschaltete
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Flachrohre sich zwischen zwei Sammelrohren erstrecken und zwischen den Flachrohren wärmeableitende Wellrippen vorgesehen sind. Ein solcher Verdampfer ist beispielsweise aus der DE 197 29 497 A1 bekannt.
Der zweite Verdampfer 232 kann ähnlich wie der erste Verdampfer 222 aufgebaut sein, jedoch enthält dieser Verdampfer zusätzlich ein Kältespeichermedium, das beispielsweise in den einzelnen Rohren des Verdampfers enthalten sein kann. Diese Rohre können beispielsweise als Mehrkanalflachrohre ausgebildet sein, wobei in einigen der Kanäle das Kältespeichermedium gelagert sein kann und in den anderen der Kanäle das Kältemittel strömt. In einer alternativen Ausführungsform können die Verdampferrohre auch als koaxiale Rohre ausgebildet sein, wobei beispielsweise in dem Außenrohr das Kältespeichermedium gespeichert werden kann und in dem Innenrohr das Kältemittel strömen kann.
Gemäß einer in Fig. 4 schematisch dargestellten alternativen Ausführungsform kann das Kältespeichermedium in einem Rohr 260 oder Behälter zwischen einem Verdampferrohr 262 und einer wärmeableitenden Rippe 264 in den Verdampfer eingebunden sein.
Der zweite Verdampfer 232 kann somit Kälteleistung über das Kältespeichermedium speichern, so dass dieser Verdampfer im folgenden Speicherverdampfer genannt wird und eine Integration von Kältespeicher und Verdampfer bildet. Als Kältespeichermedium kann beispielsweise Decanol oder Tetradecan eingesetzt werden. Das Kältespeichermedium sollte vorteilhafterweise einen Phasenwechsel bei ca. 3 bis 100C haben.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie die beiden Verdampfer 222 und 232 in einem Klimagerät zur Abkühlung der Luft eingesetzt werden könnten. Die Verdampfer 222 und 232 sind in einem Luftführungsgehäuse 252 des
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Klimageräts 254 in bekannter Weise angeordnet. Derartige Klimageräte befinden sich in der Regel in der Instrumententafel des Kraftfahrzeugs. Über ein nicht näher dargestelltes Gebläse kann Luft in Pfeilrichtung 256 durch die Verdampfer 222 und 232 gefördert werden. Der luftseitig hinter den Verdampfern anschließende Teil des Klimageräts 254, in dem in der Regel ein Heizkörper und verschiedene Luftklappen und Luftkanäle zu den einzelnen Luftauslässen angeordnet sind, ist in Fig. 2 nicht weiter dargestellt. Luftseitig vor den Verdampfern 222 und 232 ist ein Luftstromsteuerelement 258 derart angeordnet, dass in der einen Endstellung des Luftstromsteuerelements 258 die Luft durch den ersten Verdampfer 222 geführt wird und in der anderen Endstellung (gestrichelte Linie in Fig. 2) die Luft durch den zweiten Verdampfer 232 geführt wird. Hierbei wird der jeweils nicht von der Luft durchströmte Verdampfer 222 bzw. 232 von dem Luftstromsteuerelement 258 abgesperrt.
Im stationären Zustand, also wenn der Motor in Betrieb ist, wird die Luft durch den ersten Verdampfer 222 geleitet und der zweite Verdampfer 232 ist luftseitig abgesperrt. Der zweite Verdampfer 232 wird jedoch vom Kältemittel durchströmt und so kann das Kältespeichermedium einfrieren.
Beim Stillstand des Motors (Idle-Stop-Betrieb), womit auch der Kompressor 214 außer Betrieb ist, wird, um den Innenraum des Kraftfahrzeugs weiter kühlen zu können, die Luft durch den zweiten Verdampfer 232 geleitet, wobei das Kältespeichermedium die &ldquor;Kälte" an die Luft abgibt.
Neben den beiden o.g. Endstellungen des Luftsteuerelements 258 kann dieses eine weitere Stellung einnehmen, in der die Luft sowohl durch den ersten Verdampfer 222 als auch durch den zweiten Verdampfer 232 geleitet wird, so dass die maximale Kälteleistung zur Verfügung steht. Diese Stellung
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wird dann eingenommen, wenn die maximale Kälteleistung im Pull-down-Betrieb benötigt wird.
Gemäß dem in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind, sind bei einer Klimaanlage 310 zwei Verdampfer 322 und 332 in einem Kühlmittelkreislauf 312 in Reihe geschaltet, so dass der Kühlmittelkreislauf 312 lediglich einen Kompressor 314, einen Kältemittelkondensator 316, einen Kältemittelsammler 318, ein Expansionsventil 320 und den ersten Verdampfer 322 und den zweiten Verdampfer 332 aufweist, die über Kältemittelleitungen 324, 326, 328, 330 miteinander verbunden sind. Hierbei ist im Kühlmittelkreislauf 312 der zweite Verdampfer 332, welcher mit Hilfe eines Kältespeichermediums Kälte speichern kann, dem ersten Verdampfer 322 nachgeschaltet. Er kann aber auch dem Verdampfer 322 kältemittelseitig vorgeschaltet sein. Als Kältespeichermedien können die gleichen Medien verwendet werden, wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Die Führung der zu kühlenden Luft durch die beiden Verdampfer 322 und 332 entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein erster Verdampfer 222 bzw. 322 und ein zweiter Verdampfer 232 bzw. 332 vorgesehen. In einer weiteren Ausführungsform, die nicht näher dargestellt ist, können die beiden Verdampfer 222 bzw. 322 und 232 bzw. 332 aber auch eine gemeinsame Baueinheit bilden, so dass es sich dann um einen einzigen Verdampfer mit zwei Teilbereichen handelt, wobei der erste Teilbereich dem Verdampfer 222 bzw. 322 entspricht und lediglich kältemittelverdampfende Eigenschaften hat und der zweite Teilbereich dem Speicherverdampfer entspricht und zusätzlich das Kältespeichermedium enthält. Dieser zweite Teilbereich kann das Kältespeichermedium wie bereits der Speicherverdampfer 232
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bzw. 332 in seinen einzelnen Verdampferrohren aufweisen oder aber den anderen o.g. Ausführungsbeispielen entsprechen.
Somit ist mit der Erfindung eine Klimaanlage geschaffen, bei der in einem einzigen Klimagerät, das keinen wesentlich größeren Bauraum einnimmt als bisher bekannte Klimageräte, zwei Verdampfer 222 und 232 bzw. 322 und 332 bzw. ein Verdampfer mit zwei Teilbereichen angeordnet ist, mit den erwähnten Eigenschaften, so dass mit dieser Klimaanlage sowohl während der Fahrt als auch bei zeitweilig ausgeschaltetem Motor im Idle-stop-Betrieb eine Abkühlung und damit Klimatisierung der Luft möglich ist.
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Bezugszeichenliste
210, 310 Klimaanlage 212, 312 Kühlmittelkreislauf 214, 314 Kompressor 216,316
218, 318 Kältemittelsammler 220, 320 Expansionsventil 222, 322 erster Verdampfer 224, 226, 228, 230, 324, 326, 328, 330 Kältemittelleitungen 232, 332 zweiter Verdampfer 232, 332 Speicherverdampfer 234 Kältemittelleitung 236 Expansionsorgan 238 Absperrventil 240 Absperrventil 252 Luftführungsgehäuse 254 Klimagerät
256 Pfeilrichtung
258 Luftstromsteuerelement 260 Rohr
262 Verdampferrohr 264 Rippe

Claims (11)

1. Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit in einem Kältemittelkreis (212; 312) angeordnetem Kompressor (214; 314) und Verdampfer (222; 322) zum Abkühlen von zu konditionierender Luft für den Innenraum, gekennzeichnet durch einen zweiten Verdampfer (232; 332) zum Abkühlen der Luft, der zusätzlich ein Kältespeichermedium enthält, wobei die zu konditionierende Luft wahlweise durch jeden Verdampfer (222, 232; 322, 332) einzeln oder durch beide Verdampfer (222, 232; 322, 332) gemeinsam leitbar ist.
2. Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit in einem Kältemittelkreis angeordneten Kompressor und Verdampfer zum Abkühlen von zu konditionierender Luft für den Innenraum, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer wenigstens zwei Teilbereiche aufweist und in einem zweiten Teilbereich zusätzlich ein Kältespeichermedium enthalten ist, wobei die zu konditionierende Luft wahlweise durch jeden Teilbereich einzeln oder durch beide Teilbereiche gemeinsam leitbar ist.
3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (222, 232) oder Teilbereiche kältemittelseitig parallel geschaltet sind.
4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelfluss durch den zweiten Verdampfer (232) bzw. den zweiten Teilbereich durch ein Ventil (238) regelbar ist.
5. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (222, 332) oder Teilbereiche kältemittelseitig in Reihe geschaltet sind.
6. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (222, 232; 322, 332) oder Teilbereiche luftseitig in Reihe schaltbar sind.
7. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (222, 232; 322, 332) oder Teilbereiche luftseitig parallel schaltbar sind.
8. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeichermedium einen Schmelzpunkt oberhalb von 0°C hat.
9. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältespeichermedium Decanol oder Tetradecan ist oder enthält.
10. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass luftseitig vor den beiden Verdampfern (222, 232; 322, 332) bzw. vor den beiden Teilbereichen ein Luftstromsteuermittel (258) angeordnet ist, mit dem die Luft auf die Verdampfer (222, 232; 322, 332) bzw. Teilbereiche aufteilbar ist.
11. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frischluft- und/oder Umluftbetrieb vorgesehen ist.
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