DE602004005588T2

DE602004005588T2 - Heizungs-, Lüftungs-, Klimatisierungssystem

Info

Publication number: DE602004005588T2
Application number: DE602004005588T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Petesch
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: ATE358032T1; DE602004005588D1; EP1623857B2; EP1623857A1; EP1623857B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Wärme-, Lüftungs- und Klimatisierungssysteme (HVAC-Systeme). Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf HVAC-Systeme zur Verwendung in Fahrzeugen anwendbar.
Es ist bekannt, HVAC-Systeme in Kraftfahrzeugen bereitzustellen, die in einem Klimatisierungsmodus zum Kühlen des Innenraums und auch in einem Wärmepumpemodus zum Wärmen von diesem funktionieren kann. Derzeit bekannte Systeme leiden tendenziell unter Komplexität und hohen Herstellungskosten. Typischerweise werden innerhalb des Innenraums zum Wärmen und Kühlen separate Wärmeaustauscher verwendet. Ein Grund dafür ist, dass die Verwendung eines gemeinsamen Wärmeaustauschers für beide Zwecke „plötzliches Beschlagen" zur Folge haben kann, wenn vom Kühlen zum Wärmen gewechselt wird, was durch das Verdampfen von Feuchtigkeit, die während des Klimatisierungsbetriebs auf dem Wärmeaustauscher kondensiert ist, verursacht wird.
EP 1 266 990 offenbart ein bekanntes HVAC-System für ein Fahrzeug.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist demgemäß, ein HVAC-System mit reduzierter Komplexität, weniger Teile und geringeren Herstellungskosten bereitzustellen.
Die Erfindung stellt ein HVAC-System für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 bereit.
Bevorzugte Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung sowie aus den Patentansprüchen ersichtlich.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun lediglich mittels Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines HVAC-Systems zur Verwendung in einem Auto ist;
2 das System aus 1 zeigt, das in einem Klimatisierungsmodus operiert; und
3 dasselbe System zeigt, das in einem Wärmemodus betrieben wird.
Unter Bezugnahme auf 1 ist das System in diesem Beispiel ausgeführt, um ein Gaskältemittel, wie etwa CO₂, zu verwenden und beinhaltet einen Kompressor 1, einen externen Gaskühler 3 und zwei Kabinenwärmeaustauschereinheiten 6 und 8 innerhalb der Insassenkabine. Der Kompressor 1 kann durch den Motor des Fahrzeugs oder durch einen Elektromotor angetrieben werden. Der Gaskühler 3 ist in dem Sinne extern, dass er außerhalb des Fahrzeugraums ist, typischerweise befindet er sich zusammen mit dem Kompressor 1 in dem Motorraum. Ebenso sind die Kabinenwärmeaustauschereinheiten 6, 8 in dem Sinne intern, dass sie sich innerhalb des Innenraums befinden.
Die Wärmeaustauschereinheit 6 befindet sich vorzugsweise vorne in dem Innenraum und beinhaltet zwei separate Wärmeaustauscher 6a und 6b. Die Wärmeaustauschereinheit 8 befindet sich vorzugsweise hinten in dem Innenraum und beinhaltet einen einzelnen Wärmeaustauscher.
Das System beinhaltet auch verschiedene Ventile, die unten beschrieben werden, einen Kältemittel-Kältemittel-Wärmeaustauscher 4, einen Akkumulator 9 und einen Kältemittel-Glykol-Wärmeaustauscher (RTG) 11.
2 zeigt das System bei Verwendung in dem Klimatisierungsmodus. Der Kompressor 1 beliefert den Gaskühler 3 über ein 3-Stellungsventil 2 mit dem komprimierten Kältemittel. Das gekühlte Kältemittel wird dann über den Wärmeaustauscher 4 in das Innere des Fahrzeugs geführt, wo es in einen vorderen und einen hinteren Pfad unterteilt wird.
Der vordere Pfad führt über eine Expansionsvorrichtung 5 zu dem Wärmeaustauscher 6a. Das Absperrventil 14 ist geschlossen, wodurch der Wärmeaustauscher 6b abgetrennt wird. Der hintere Pfad führt über die Expansionsvorrichtung 7 zu dem Wärmeaustauscher 8, wobei zu diesem Zeitpunkt das Absperrventil 12 geschlossen ist. Die Expansionsvorrichtungen 5, 7 sind typischerweise Ausflussrohre, können aber Ventile sein.
Der vordere und der hintere Pfad vereinigen sich und das Kältemittel fließt über ein Absperrventil 13, das offen ist, um als eine Umgehung zu wirken, zu dem Akkumulator 9 und durch den Wärmeaustauscher 4 zu der Saugseite des Kompressors 1.
Somit wirken in dem Klimatisierungsmodus aus 2 sowohl der vordere Wärmeaustauscher 6a als auch der hintere Wärmeaustauscher 8 als Verdampfer und stellen Kühlung bereit.
3 zeigt das System beim Betrieb in dem Wärmepumpemodus. Das 3-Wege-Ventil 2 ist eingestellt, um zu verursachen, dass das komprimierte Kältemittel den Gaskühler 3 und den Wärmeaustauscher 4 umgeht. Das Ventil 14 ist offen, um das Kältemittel in dem vorderen Pfad durch den anderen vorderen Wärmeaustauscher 6b umzuleiten. Das Ventil 12 ist offen, um das Kältemittel in dem hinteren Pfad um die Expansionsvorrichtung 7 und durch den hinteren Wärmeaustauscher 8 umzuleiten. Das Ventil 13 ist geschlossen, um zu verursachen, dass die kombinierten Kältemittelströme durch die Expansionsvorrichtung 10 und den RTG-Wärmeaustauscher 11 fließen.
Folglich wird in dem Wärmepumpemodus die Wärme, die durch den RTG-Wärmeaustauscher 11 (und durch die mechanische Arbeit des Kompressors 1) bereitgestellt wird, durch den vorderen Wärmeaustauscher 6b und den hinteren Wärmeaustauscher 8 in den Innenraum abgelassen.
Durch die Verwendung eines einzelnen hinteren Wärmeaustauschers wird ein Wärmeaustauscher und ein separater Satz an Kältemittelsträngen bis hin zu dem hinteren Modul eingespart. Es wird bevorzugt, auf Grund des Problems des plötzlichen Beschlagens in dem vorderen Modul separate Wärmeaustauscher zum Wärmen und zum Kühlen zu verwenden. In dem hinteren Modul ist dies nicht nötig, da dieses lediglich Umluft verwendet, die durch das vordere Modul von Feuchtigkeit befreit wurde und somit weniger Kondensat aufweist. Ebenso weist das hintere Modul normalerweise keine Führungen zu der Windschutzscheibe auf und befindet sich von der Windschutzscheibe entfernt, so dass jegliche Feuchtigkeit, die durch das hintere Modul in die Kabine geblasen wird, die Windschutzscheibe wahrscheinlich nicht beschlägt.
Obwohl die Erfindung insbesondere mit Verweis auf die Verwendung bei Kraftfahrzeugen beschrieben wurde, kann die auch auf andere Formen von HVAC angewendet werden. Die Erfindung kann mit Kältemitteln verwendet werden, die in Gas-/Flüssigkeitsphasen betrieben werden, wobei in diesem Fall der externe Kühler als ein Kondensator betrieben werden würde.
Es können andere Modifikationen der vorhergehenden Ausführungsform vorgenommen werden. Die Verwendung eines Kältemittel-Kältemittel-Wärmeaustauschers ist optional: er ist typischerweise mit Systemen, die Gas (z.B. CO₂) als das Kältemittel verwenden, von Vorteil. Der Kältemittel-Glykol-Wärmeaustauscher könnte ausgelassen werden und stattdessen in dem Wärmepumpemodus der externe Wärmeaustauscher verwendet werden. Die Umgehung mit dem Absperrventil 12 kann ausgelassen werden, falls die Expansionsvorrichtung ein steuerbares Ventil ist, das vollständig geöffnet werden kann, um keine (oder unerhebliche) Expansion zu gewähren.

Claims

Ein HVAC-System für ein Fahrzeug, das wahlweise in Klimatisierungs- und Wärmepumpemodi betriebsfähig ist, um einen Innenraum eines Fahrzeugs zu kühlen bzw. zu wärmen, wobei das System einen Kältemittelkreislauf beinhaltet, der einen Kompressor (1), einen externen Kühler (3) und zwei interne Wärmeaustauschereinheiten (6, 8), die sich innerhalb des Innenraums des Fahrzeugs befinden, beinhaltet; dadurch gekennzeichnet, dass eine interne Wärmeaustauschereinheit (8) einen Wärmeaustauscher beinhaltet, der in dem Klimatisierungsmodus zum Kühlen von Luft und in dem Wärmepumpemodus zum Wärmen von Luft verwendet wird, und die andere interne Wärmeaustauschereinheit (6) separate Wärmeaustauscher, einen ersten (6a), der zum Kühlen von Luft in dem Klimatisierungsmodus und einen zweiten (6b), der zum Wärmen von Luft in dem Wärmepumpemodus verwendet wird, beinhaltet.
System gemäß Anspruch 1, bei dem die eine Wärmeaustauschereinheit (8) durch zwei parallele Leitungen, von denen eine eine Expansionsvorrichtung (7) enthält, mit Kältemittel beliefert wird, wobei die eine Wärmeaustauschereinheit (8) in dem Klimatisierungsmodus als ein Verdampfer operieren kann, wobei die andere Leitung ein Absperrventil (12) enthält, das geöffnet werden kann, um in dem Wärmepumpemodus die Expansionsvorrichtung (7) zu umgehen.
System gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der erste Wärmeaustauscher (6a) serienmäßig mit einer Expansionsvorrichtung (5) zum Betrieb als ein Verdampfer im Klimatisierungsmodus ist, und der zweite Wärmeaustauscher (6b) serienmäßig mit einem Absperrventil (14) ist, das im Wärmepumpemodus geöffnet werden kann, um zu bewirken, dass das Kältemittel die Expansionsvorrichtung (5) und den ersten Wärmeaustauscher (6a) umgeht.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kältemittel ein Gas ist, der externe Kühler (3) ein Gaskühler ist und das System einen dem Kompressor (1) vorgelagerten Kältemittelwärmeaustauscher (11) zum Zugeben von Wärme zu dem Kältemittel in dem Wärmepumpemodus umfasst.
System gemäß Anspruch 4, bei dem der Kältemittelwärmeaustauscher (11) ein Kältemittel-Glykol-Wärmeaustauscher ist, der bei Verwendung mit dem Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeugs kommuniziert.
System gemäß Anspruch 5, bei dem der Kältemittel-Glykol-Wärmeaustauscher (11) serienmäßig mit einer Expansionsvorrichtung (10) und parallel mit einem Umgehungsventil (13) angeordnet ist.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließlich eines Kältemittel-Kältemittel- Wärmeaustauschers (4), durch den in dem Klimatisierungsmodus Kältemittel von dem externen Kühler (3) fließt, und der in dem Wärmepumpemodus von dem komprimierten Kältemittel umgangen wird.