DE3643563A1 - Auf kuehl- oder heizbetrieb umschaltbare klimaanlage fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine auf Kühl- oder Heizbetrieb um­ schaltbare Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere Perso­ nenkraftwagen, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen vom Fahrzeugmotor antreibbaren Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer enthält, wobei zwischen dem Kompressor einerseits und dem Verdampfer und dem Kondensa­ tor andererseits ein die Strömungsrichtung des Kältemittels um­ kehrendes Vierwegeventil angeordnet ist, und wobei zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer parallel zu einer das Expansions­ ventil und ein zum Verdampfer hin öffnendes Rückschlagventil enthaltenden Leitung eine während des Heizbetriebes Kältemittel vom Verdampfer zum Kondensator führende Mittel und ein zum Kon­ densator öffnendes Rückschlagventil aufweisende Leitung vorge­ sehen ist.

Bei einer bekannten Klimaanlage (DE-OS 30 47 955), die auf Kühl- oder Heizbetrieb umschaltbar ist, wird im Heizbetrieb nur die von dem Kompressor erzeugte Kompressionswärme ausgenutzt. Hierzu ist ein Vierwegeventil vorgesehen, durch welches der Kältemittelkreislauf von dem Kühlbetrieb derart auf einen Heiz­ betrieb umschaltbar ist, daß das Kältemittel von dem Kompressor dem Verdampfer zugeführt wird, in welchem dann die Kompres­ sionswärme als Heizenergie ausgenutzt wird. Die von dem Konden­ sator zu dem Verdampfer führende Leitung ist durch ein Rück­ schlagventil in diesem Betriebszustand gesperrt. Das Kälte­ mittel wird von dem Verdampfer im Heizbetrieb direkt unter Um­ gehung des Kondensators zurückgeführt. Auch in dieser Leitung ist ein Rückschlagventil angeordnet, das eine umgekehrte Kälte­ mittelströmung unterbindet. Diese Leitung enthält ferner ein Druckhalteventil, das einen Druck in dem Verdampfer im Heiz­ betrieb aufrechterhält. Ferner ist eine den Verdampfer und das Druckhalteventil umgehende Bypass-Leitung vorgesehen, die ein Saugdruckventil enthält, die den Druck auf der Saugseite des Kompressors auf einem Mindestwert hält.

Bei einer Klimaanlage der eingangs genannten Art (DE-OS 35 14 781) wird im Heizbetrieb ein Wärmepumpeneffekt ausgenutzt, wozu der Kältemittelkreislauf umgekehrt wird. Im Heizbetrieb durch­ strömt das Kältemittel auch den besonders gestalteten Konden­ sator, bevor es zu dem Kompressor gelangt. Im Heizbetrieb wirkt dann der Kondensator als Verdampfer, während der Verdampfer als Kondensator wirkt. Um das Kältemittel im Heizbetrieb dem Kon­ densator zuzuführen (der als Verdampfer wirkt) ist ein Druck­ halteventil vorgesehen, das abhängig von der Umgebungstempera­ tur auf Druckwerte zwischen 8 und 25 bar begrenzt ist und erst bei Überschreiten dieser Druckwerte Kältemittel zu dem als Ver­ dampfer wirkenden Kondensator gelangen läßt. Bei dieser Bauart besteht der Nachteil, daß bei niedrigen Außentemperaturen und/ oder geringen Drehzahlen des Kompressors beim Heizbetrieb kein ausreichender Druck aufgebaut wird, so daß das Druckhalteventil die Zufuhr von Kältemittel zu dem Kondensator sperrt, der als Verdampfer wirken soll. In diesem Fall ist kein Heizbetrieb mehr möglich, der Kompressor läuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimaanlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei allen Betriebs­ zuständen die Funktion als Wärmepumpe gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die während des Heizbe­ triebes Kältemittel vom Verdampfer zum Kondensator führenden Mittel derart ausgebildet sind, daß eine Mindestmenge von Kältemittel von dem Verdampfer zum Kondensator gelangen.

Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, daß bei jedem Be­ triebszustand eine Mindestmenge an Kältemittel zu dem im Heiz­ betrieb als Verdampfer wirkenden Kondensator gelangt, so daß die Funktion als Wärmepumpe auch bei niedrigen Temperaturen und/oder niedrigen Kompressordrehzahlen sowie die Abfuhr der Verlustwärme (Reibung) aus dem Kompressor gewährleistet ist.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird vorgesehen, daß als Mittel zum Zuführen von Kältemittel vom Verdampfer zum Kondensator ein Druckhalteventil vorgesehen ist, dem eine By­ pass in Form eines Kapillarrohres zugeordnet ist. Die gleiche Wirkung wird bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung dadurch erhalten, daß als Mittel zum Zuführen von Kältemittel zum Kondensator ein Druckhalteventil vorgesehen ist, das eine definierte Lecköffnung aufweist. In beiden Fällen wird sicher­ gestellt, daß in jedem Betriebszustand während des Heizbetrie­ bes Kältemittel zu dem als Verdampfer wirkenden Kondensator ge­ langen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Mittel zum Zuführen von Kältemittel vom Ver­ dampfer zum Kondensator eine Einspritzeinrichtung enthalten. Dadurch wird durch eine definierte Einspritzung während aller Betriebszustände während des Heizbetriebes die Funktion als Wärmepumpe aufrechterhalten. Eine definierte Einspritzung ist beispielsweise durch eine Orifice-Einspritzung, durch elek­ trische Einspritzventile o.dgl. möglich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen. Die Zeichnung zeigt ein Prinzip­ schaltbild einer Klimaanlage, die auf Kühlbetrieb oder Heiz­ betrieb umschaltbar ist, wobei sie in dem letzteren als eine Wärmepumpe wirkt.

Die Klimaanlage enthält einen Kompressor (2), der mit dem Fahrzeugmotor (1) über eine schaltbare Kupplung (11) verbunden ist. Ferner enthält die Klimaanlage einen Kondensator (3), ein Expansionsventil (4) und einen Verdampfer (5), der mit der zum Innenraum eines Kraftfahrzeuges zugeführten Luft durchströmt wird. Zwischen dem Kondensator (3) und dem Verdampfer sind in Reihe mit dem Expansionsventil ein Abscheidebehälter (13) und ein Rückschlagventil (7) angeordnet. Das Rückschlagventil (7) gibt die Strömung von dem Kondensator (3) zu dem Verdampfer (5) frei.

Parallel zu der den Kondensator (3) mit dem Verdampfer (5) ver­ bindenden, das Expansionsventil (4), das Rückschlagventil (7) und den Abscheidebehälter (13) enthaltenden Leitung ist zwischen dem Kondensator (3) und dem Verdampfer (5) eine weitere Leitung angeordnet, die ein Druckhalteventil (8) und ein Rückschlagventil (10) enthält, das die Verbindung von dem Verdampfer (5) zu dem Kondensator (3) öffnet und in umgekehrter Richtung sperrt. Das Druckhalteventil (8) öffnet bei einem Mindestdruck, der fest eingestellt oder auch beispielsweise von der Außentemperatur abhängig einstellbar sein kann. Ferner ist ein Bypass (9) in Form eines Kapillarrohres vorgesehen, der das Druckhalteventil (8) umgeht.

Zwischen dem Kompressor (2) einerseits und dem Kondensator (3) und dem Verdampfer (5) andererseits ist ein Vierwegeventil (6) angeordnet, das elektrisch umschaltbar ist, so daß die Strömungsrichtung des Kältemittelkreislaufes umkehrbar ist. Zwischen dem Vierwegeventil (6) und der Saugseite des Kompres­ sors (2) ist ein Flüssigkeitsabscheider (12) angeordnet.

Im Kühlbetrieb nimmt das Vierwegeventil (6) die dargestellte Stellung ein. Die Druckseite des Kompressors (2) ist dann mit dem Kondensator (3) verbunden, von welchem das kondensierte Kältemittel über den Abscheidebehälter (13), das Rückschlag­ ventil (7) und das Expansionsventil (4) dem Verdampfer (5) zu­ geführt wird, von welchem es wieder zur Saugseite des Kom­ pressors (2) gelangt. Das Rückschlagventil (10) sperrt während dieses Betriebes die das Druckhalteventil (8) enthaltende Lei­ tung zwischen dem Kondensator (3) und dem Verdampfer (5).

Durch Umschalten des Vierwegeventils (6) wird die Klimaanlage auf Heizbetrieb umgeschaltet, wobei sie die Funktion einer Wärmepumpe hat. Das Vierwegeventil (6) verbindet in diesem Heizbetrieb die Druckseite des Kompressors (2) mit dem Ver­ dampfer (5). Die Saugseite des Kompressors (2) ist über das Vierwegeventil mit dem Kondensator (3) verbunden. Das Kälte­ mittel strömt von dem Verdampfer (5) über das Druckhalteventil (8) und den Bypass (9) und das in dieser Richtung öffnende Rückschlagventil (10) zu dem Kondensator. Bei diesem Betrieb arbeitet der Verdampfer (5) als Kondensator, während der Kon­ densator (3) als Verdampfer arbeitet. Auch wenn bei sehr nied­ rigen Außentemperaturen und/oder niedriger Drehzahl des Kom­ pressors vor dem Druckhalteventil (8) kein ausreichender Druck aufgebaut wird, der dieses Druckhalteventil (8) öffnet, so strömt dennoch eine Mindestmenge an Kältemittel über den Bypass (9) zu dem als Verdampfer wirkenden Kondensator (3). Es wird somit sichergestellt, daß auch bei derartigen Betriebszuständen die Klimaanlage in der Art einer Wärmepumpe funktioniert, so daß für eine Heizung mehr als nur die Kompressionswärme des Kompressors (2) zur Verfügung steht.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird vorgesehen, daß anstelle eines Baypasses (9) das Druckhalteventil so ausgebil­ det wird, daß es mit einer definierten Leckmenge von Kälte­ mittel immer durchströmt wird, so daß immer eine gewisse Menge Kältemittel zu dem Verdampfer strömt. Bei einer weiter abgewan­ delten Ausführungsform wird vollständig auf ein Druckhalteven­ til (8) verzichtet. In diesem Fall wird anstelle des Druckhal­ teventils eine definierte Einspritzung von von dem Verdampfer (5) abgezogenen Kältemittel in den Kondensator (3) vorgenommen, die temperatur- und/oder druckabhängig gesteuert werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine Orifice-Einspritzung oder ein elektrisches Einspritzventil durchgeführt werden.

Claims (4)

1. Auf Kühl- oder Heizbetrieb umschaltbare Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen vom Fahrzeugmotor antreibbaren Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer enthält, wobei zwischen dem Kompressor einerseits und dem Verdampfer und dem Kondensator andererseits ein die Strömungsrichtung des Kältemittels umkehrendes Vierwegeventil angeordnet ist, und wobei zwischen dem Kondensator und dem Ver­ dampfer parallel zu einer das Expansionsventil und ein zum Ver­ dampfer hin öffnendes Rückschlagventil enthaltenden Leitung eine während des Heizbetriebes Kältemittel vom Verdampfer zum Kondensator führende Mittel und ein zum Verdampfer hin öffnen­ des Rückschlagventil aufweisende Leitung vorgesehen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die während des Heizbetriebes Kälte­ mittel vom Verdampfer (5) zum Kondensator führenden Mittel (8, 9) derart ausgebildet sind, daß eine Mindestmenge von Kälte­ mittel von dem Verdampfer (5) zu dem Kondensator (3) gelangt.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Zuführen von Kältemittel vom Verdampfer (5) zum Kondensator (3) ein Druckhalteventil (8) vorgesehen ist, dem ein Bypass (9) in Form eines Kapillarrohres zugeordnet ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Zuführen von Kältemittel vom Verdampfer (5) zum Kondensator (3) ein Druckhalteventil (8) vorgesehen ist, das eine definierte Lecköffnung aufweist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen von Kältemittel vom Verdampfer (5) zum Kondensator (3) Mittel zum Einspritzen enthalten.