DE4341756C2 - Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Klimaanlage für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage für ein Kraftfahr
zeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Aus der DE 36 27 369 A1 ist ein Fahrzeug mit einer Kompressionsklima
anlage und mit einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bekannt.
Im Kältemittelkreis befinden sich zwei Kondensatoren, die in Reihe
hintereinander liegen, wobei einer der Kondensatoren vom Kühlluft
strom und der andere Kondensator von der Kühlflüssigkeit der Brenn
kraftmaschine beaufschlagt ist. Durch die Reihenschaltung der Kon
densatoren bei der bekannten Anordnung wird erreicht, daß der luft
beaufschlagte Kondensator eine geringere Leistung erbringen muß als
bei den sonst üblichen Anlagen mit nur einem Kondensator. Damit kann
der Bauraum und auch der luftseitige Druckabfall des Kondensators
verringert werden. Die Kondensationswärme wird jedoch stets an die
Umgebungsluft abgegeben - teils direkt in dem luftbeaufschlagten
Kondensator und teils indirekt über das Kühlmittel der Brennkraftma
schine und den dafür vorgesehenen Kühlmittelkühler.
Im Zuge der Entwicklung energiesparender Antriebsmotoren ist auch
die an das Kühlmittel abgegebene Wärmemenge deutlich niedriger, so
daß die für die Beheizung des Fahrgastraums zur Verfügung stehende
Wärmeenergie, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, nicht
ausreicht. Als Zusatzheizungen wurden daher schon Brennstoffheizun
gen oder elektrische Heizregister vorgeschlagen. Brennstoffheizungen
benötigen jedoch zusätzlichen Kraftstoff und sind auch mit relativ
hohen Anschaffungskosten verbunden. Elektrische Zusatzheizungen sind
wegen der nicht in unbegrenztem Maße zur Verfügung stehenden elek
trischen Energie des Bordnetzes lediglich bedingt einsetzbar.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klimaan
lage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu
schaffen, bei der die im Kältemittelkreis anfallende Energie zurück
gewonnen und zur Beheizung des Fahrgastraumes genutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Klimaanlage der gattungsgemäßen Art
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die
Erfindung wird es ermöglicht, den Heizwärmebedarf eines Fahrzeugs
durch erhöhten Umluftbetrieb zu senken, die Umluft zu entfeuchten
und die dabei anfallende latente Wärme zusammen mit der von einem
Kompressor eingebrachten Energie zur Beheizung des Fahrgastraumes
nutzbar zu machen.
Die Erfindung bietet insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen
den Vorteil, daß die im Fahrgastraum befindliche Luft als Umluft dem
Fahrzeuginnenraum wieder zugeführt wird, so daß eine Aufheizung le
diglich in begrenztem Umfang erforderlich ist. Da jedoch die Luft
feuchtigkeit im Umluftbetrieb rasch ansteigen und zu einem Beschla
gen der Scheiben führen würde, wird dieser Luftstrom zunächst durch
den Verdampfer der Klimaanlage geführt, wobei durch die Abkühlung
die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit kondensiert und abgeführt
wird. Danach erfolgt eine Aufheizung der entfeuchteten Luft, wobei
die zugeführte Wärme sich aus der durch den Verdampfer dem Luftstrom
entzogenen Wärme, der latenten Kondensationswärme und der durch den
Kompressor zugeführten Energie zusammensetzt. Mit dieser Maßnahme
ist es ohne weiteres möglich, daß der Umluftanteil zwischen 70% und
100% beträgt.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß die in
dem zweiten Kondensator abgegebene Wärme direkt der Fahrzeugheizung
zugeführt wird, d. h. daß der zweite Kondensator sekundärseitig mit
einem Heizkörper in Verbindung steht. Die Ventilmittel können - in
Richtung des Kältemittelstroms gesehen - vor den Kondensatoren oder
aber hinter den Kondensatoren angeordnet sein.
Damit der Kältemittelkreislauf beschleunigt zu Heizzwecken nutzbar
gemacht werden kann ist es zweckmäßig, den zweiten Kondensator
zunächst mit nur geringem Kühlmittelmassenstrom zu betreiben. Aus
diesem Grund ist der zweite Kondensator sekundärseitig mit einer By
pass-Leitung versehen und es ist außerdem ein Ventil vorhanden,
durch das der Flüssigkeitsstrom durch den Kondensator steuerbar ist.
Der Vorteil einer derartigen Schaltung liegt darin, daß auch bei an
fangs noch relativ niederer Kühlmitteltemperatur die Kondensations
temperatur im Kondensator rascher ansteigt und mehr Kondensations
wärme in das Kühlmittel eingebracht werden kann. Dieses Ventil ist
vorzugsweise als Thermostatventil ausgebildet, so daß der Kondensa
tor erst dann mit Kühlmittel beaufschlagt wird, wenn eine bestimmte
Kondensationstemperatur erreicht ist.
Der erste Kältemittelkondensator wird betrieben, wenn die Kli
maanlage im sogenannten Kühlbetrieb laufen soll, d. h. eine Abkühlung
der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführten Luft erforderlich
ist. Zur entsprechenden Einstellung der Ventilmittel und der dadurch
bedingten Beaufschlagung des ersten Kondensators ist es zweckmäßig,
daß ein Innenraumtemperaturfühler und ein Sollwertsteller vorgesehen
sind, und daß die Ventilmittel den ersten Kondensator zuschalten und
den zweiten Kondensator abschalten, wenn die vom Innenraumtempera
turfühler gemessene Temperatur größer ist als die am Sollwertsteller
eingestellte Temperatur. Sofern eine Aufheizung der dem Fahrgastraum
zugeführten Luft erfolgen soll - das ist der sogenannte Heizbetrieb
- muß die im Kältemittelkreislauf anfallende Wärme im zweiten Kon
densator an den Flüssigkeitskreislauf, in dem sich der Heizkörper
befindet, abgegeben werden. Es ist daher zweckmäßig, daß die Ventil
mittel den zweiten Kondensator zuschalten und den ersten Kondensator
sperren, wenn die am Sollwertsteller eingestellte Temperatur größer
ist als die am Innenraumtemperaturfühler gemessene Temperatur und
das Wärmeangebot des Kühlkreislaufs des Fahrzeugantriebs nicht aus
reicht.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Klimaanlage sind nachste
hend anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Klima
anlage;
Fig. 2 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1;
und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Klima
anlage und eines Motorkühlkreislaufs.
In Fig. 1 ist die schematische Darstellung eines Kältekreislaufs ei
ner Fahrzeugklimaanlage gezeigt. Dabei umfaßt der Kältekreislauf
einen Kompressor 10, einen Verdampfer 11, ein Expansionsventil 12,
einen Kältemittelsammler/-trockner 13, sowie Kältemittelleitungen 14
zwischen diesen Baugruppen. Zwischen dem Kompressor 10 und dem Käl
temittelsammler/-trockner 13 befindet sich in einer Kältemittellei
tung 15 ein Verzweigungspunkt 16, von dem aus zwei parallele Lei
tungszweige 17, 17' zu einem Ventil 18 führen, an dem sich diese
Leitungszweige wieder vereinigen. In dem Leitungszweig 17 befindet
sich ein erster Kondensator 20, der als Kältemittel-Luftwärmetau
scher ausgeführt ist und in den Leitungszweig 17' ist ein als Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmetauscher
ausgeführter zweiter Kondensator 21
eingebunden. Der erste Kondensator 20 entspricht bezüglich seines
Aufbaus und der Größe einem luftgekühlten Kondensator konventionel
ler Art.
Der zweite Kondensator 21 benötigt einen wesentlich geringeren Bau
raum bei gleicher Leistung, da er sekundärseitig von einer Flüssig
keit - vorzugsweise dem Kühlmittel des Antriebsmotors - beaufschlagt
ist. Das Ventil 18 ist als 3/2 Wege-Ventil ausgebildet, d. h. in ei
ner der beiden möglichen Stellungen wird der erste Kondensator 20
mit dem Kältemittelsammler/-trockner 13 verbunden, während die Ver
bindung zwischen dem zweiten Kondensator 21 abgesperrt ist, und in
der anderen der beiden Stellungen wird der Durchfluß durch den er
sten Kondensator 20 gesperrt und der zweite Kondensator 21 mit dem
Kältemittelsammler 13 verbunden.
Die Ausführungsvariante der Fig. 2 zeigt einen Kältekreislauf einer
Fahrzeugklimaanlage, bei der das Ventil 18 zwischen dem Kompressor
10 und den Kondensatoren 20 und 21 eingesetzt ist. Die übrigen Kom
ponenten des Kältemittelkreislaufs stimmen mit denjenigen der Fig. 1
überein, so daß die betreffenden Bezugszeichen ebenfalls übernommen
sind. In Fig. 2 ist darüber hinaus dargestellt, daß der zweite Kon
densator 21 sekundärseitig mit einem Heizkörper 25 eines Fahrzeug
heizsystems verbunden ist. Der Flüssigkeitsdurchsatz durch den Heiz
körper 25 wird mit Hilfe eines steuerbaren Ventils 24 geregelt. Be
stimmte Betriebszustände können es erforderlich machen, daß der
zweite Kondensator 21 betrieben wird, obwohl der Durchfluß durch das
Ventil 24 gesperrt ist. Um diesem Rechnung zu tragen ist eine Kühl
mittelleitung 26 vorgesehen. Bezüglich der Wirkungsweise des Kälte
mittelkreislaufs ergibt sich durch die Anordnung der Fig. 2 keine
nennenswerte Änderung gegenüber derjenigen in Fig. 1, da der jeweils
wechselnde Betrieb des ersten Kondensators 20 oder des zweiten Kon
densators 21 gleichermaßen durch das Ventil 18 eingestellt werden
kann, unabhängig davon, ob es in Strömungsrichtung des Kältemittels
vor den Kondensatoren oder hinter den Kondensatoren angeordnet ist.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Klimaanlage und
eines Motorkühlkreislaufs, wobei der Kältemittelkreislauf der Fahr
zeugklimaanlage demjenigen entspricht, der in Fig. 2 dargestellt
ist. Für gleiche Teile stimmen die Bezugszeichen mit denjenigen der
Fig. 2 überein. Der zweite Kondensator 21 ist sekundärseitig an den
Kühlmittelkreislauf eines Motorkühlsystems angeschlossen, wobei eine
Anschlußleitung 29 von einem Kühlmittelkühler 30 zu dem zweiten
Kondensator 21 und eine weitere Kühlmittelleitung 27 vom Kondensator
21 zu dem Heizkörper 25 führt. Der Heizkörper 25 ist mit dem Motor
block eines Verbrennungsmotors 31 verbunden, der andererseits an den
Kühlmittelkühler 30 über ein Thermostatventil angeschlossen ist. Zur
Umwälzung des Kühlmittels dient eine Wasserpumpe 32.
In der Kühlmittelleitung 29 befindet sich ein Ventil 33 und in der
Kühlmittelleitung 27 ist ein Ventil 35 angeordnet. Durch diese Ven
tile 33 und 35 sind verschiedene Betriebsweisen des Kühlmittelkrei
ses möglich, beispielsweise kann der Motorkühlkreislauf ohne Beauf
schlagung des zweiten Kondensators 21 und auch ohne den Heizkörper
25 betrieben werden. Eine andere Stellung der Ventile 33 und 35 er
möglicht die Beaufschlagung des Heizkörpers 25 zum Zwecke der Behei
zung des Fahrgastraumes, wobei der Kondensator 21 mit einer By
passleitung 36 überbrückt wird. Diese Bypassleitung 36 erfüllt eine
weitere Funktion in der Anfangsphase des Betriebs des Kältemittel
kreislaufs um dessen Beitrag zur Erwärmung des Kühlmittels zu erhö
hen. Dies soll erreicht werden indem die Bypassleitung 36 die
sekundärseitigen Anschlüsse des zweiten Kondensators 21 verbindet
und damit einen Kurzschlußbetrieb ermöglicht. Der Kondensator 21
wird dabei, obwohl kältemittelseitig in Betrieb, zunächst nicht -
oder nur sehr wenig - vom Kühlmittel durchströmt. Hierdurch steigt
die Kühlmitteltemperatur im Kondensator und damit auch die Kondensa
tionstemperatur schneller an. Erst wenn die Kondensationstemperatur
einen vorgegebenen Wert von z. B. 60° erreicht hat, wird der Kühlmit
telmassenstrom durch den Kondensator allmählich erhöht. Das Ventil
33 ist deshalb zweckmäßigerweise als Thermostatventil ausgeführt und
kann auch stromab des Kondensators 21 plaziert werden. Der Vorteil
diesen Vorgehens liegt darin, daß der nun als Wärmepumpe arbeitende
Kreisprozess schneller auf einen Betriebszustand gebracht wird, bei
dem ausreichend Wärme im Kondensator 21 zur Aufheizung des Kühlmit
tels freigesetzt wird.
Ein wesentlicher Vorteil aller gezeigten Ausführungsbeispiele be
steht darin, daß zur Realisierung der Erfindung die Komponenten bis
heriger Klimaanlagen unverändert weiter benutzt werden können. Einer
herkömmlichen Klimaanlage wird das Ventil 18, sowie der parallele
Leitungszweig 17' mit dem zweiten Kondensator 21 hinzugefügt, ohne
eine Veränderung der standardmäßigen Klimakomponenten vorzunehmen.
Die für das Umschalten des Ventils 18 maßgebenden Parameter werden
aus den Temperaturwerten, die ein Innenraumtemperaturfühler im Fahr
gastraum und ein Sollwertsteller messen bzw. vorgeben, bestimmt. Au
ßerdem können weitere Parameter zur Regelung herangezogen werden.
Sofern die vom Innenraumtemperaturfühler gemessene Temperatur Ti
größer ist als die am Sollwertsteller eingestellte Temperatur Tsoll,
wird die Anlage auf Kühlbetrieb geschaltet, d. h. mit dem ersten Kon
densator 20 betrieben. Sofern sich bei dem Temperaturvergleich er
gibt, daß die am Sollwertsteller eingestellte Temperatur Tsoll grö
ßer ist als die am Innenfühler gemessene Temperatur Ti und darüber
hinaus das Wärmeangebot der den Heizkörper beaufschlagenden Flüssig
keit noch nicht ausreicht, kann zunächst der Frischluftanteil der
Klimaanlage zu Gunsten des Umluftanteils reduziert werden. Beim Er
reichen bzw. Unterschreiten eines kritischen Frischluftanteils
und/oder bei Erreichen einer kritischen Luftfeuchte im Innenraum,
muß der Kompressor 10 des Kältemittelkreises mit dem zweiten Konden
sator 21 in Betrieb genommen werden, um dem Innenraum über den Ver
dampfer Feuchtigkeit zu entziehen und über den jetzt zugeschalteten
zweiten Kondensator 21 zusätzliche Wärme zuzuführen. In diesem Fall
nimmt das Ventil 18 eine Stellung ein, durch die der Käl
temittelstrom ausschließlich durch den zweiten Kondensator 21 ge
führt wird.
Claims (11)
1. Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem Kom
pressor (10), einem Verdampfer (11), einem Expansionsventil
(12), einem Kältemittelsammler/-trockner (13) und zwei Konden
satoren (20, 21), von denen ein erster von einem Luftstrom und
ein zweiter von einer Flüssigkeit beaufschlagt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (20, 21) in parallelen
Leitungszweigen (17, 17') der Kältemittelleitungen angeordnet
und Ventilmittel (18) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit
vorgegebener Parameter den Kältemittelstrom einem der beiden
Kondensatoren (20, 21) zuführen.
2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Kondensator (21) sekundärseitig mit einem Heizkörper
(25) zur Erwärmung der dem Fahrgastraum zugeführten Luft in
Verbindung steht.
3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilmittel (18) in der Kältemittelleitung (15) zwi
schen den Kondensatoren (20, 21) und dem Kältemittelsammler
(13) angeordnet sind.
4. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilmittel (18) in der Kältemittelleitung (15) zwischen
dem Kompressor (10) und den Kondensatoren (20, 21) an
geordnet sind.
5. Klimaanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der zweite Kondensator (21) sekundärseitig
mit einer Bypass-Leitung (36) versehen ist, und daß ein Ventil
(33) vorhanden ist, durch das der Flüssigkeitsstrom in der
Kurzschlußleitung (36) steuerbar ist.
6. Klimaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventil (33) als Thermostatventil ausgebildet ist und den Kon
densator (21) erst dann mit Kühlmittel beaufschlagt, wenn eine
vorgegebene minimale Kondensationstemperatur von z. B. 60° er
reicht ist.
7. Klimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilmittel (18) ein 3/2 Wege-Ventil umfassen.
8. Klimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß als Ventilmittel in jedem der parallelen Leitungszweige
des Kältemittels ein Zweistellungs-Absperrventil vorgesehen
ist, die gleichzeitig - aber gegensinnig - schaltbar sind.
9. Klimaanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Innenraumtemperaturfühler und ein Soll
wertsteller vorgesehen sind, und daß die Ventilmittel (18) den
ersten Kondensator (20) zuschalten und den zweiten Kondensator
(21) abschalten, wenn die vom Innenraumtemperaturfühler gemes
sene Temperatur (Ti) größer ist als die am Sollwertsteller
eingestellte Temperatur (Tsoll).
10. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilmittel (18) den zweiten Kondensator
(21) zuschalten und den ersten Kondensator (20) sperren, wenn
die am Sollwertsteller eingestellte Temperatur (Tsoll) größer
ist als die am Innenraumtemperaturfühler gemessene Temperatur
(Ti) und das Wärmeangebot des Kühlkreislaufs des Fahrzeugan
triebs nicht ausreicht.
11. Klimaanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Einschaltzustand für den zweiten Kondensator (21) außerdem von
einer oder mehreren der folgenden Bedingungen abhängig ist:
- - das den Durchfluß des Heizkörpers (25) steuernde Ventil (24, 35) ist voll geöffnet;
- - eine den Luftstrom durch den Heizkörper (25) steuernde Luftklappe ist voll geöffnet;
- - es ist zusätzlicher Wärmebedarf durch einen oder mehrere Fühler festgestellt worden;
- - die Entfeuchtung der im Fahrgastraum befindlichen Luft ist erforderlich;
- - der Umluftanteil beträgt mehr als 70%.
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DE4341756A DE4341756C2 (de) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug |
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DE4341756A1 DE4341756A1 (de) | 1995-06-14 |
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- 1993-12-08 DE DE4341756A patent/DE4341756C2/de not_active Expired - Fee Related
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