WO2022263107A1 - Klimaanlage für ein kraftfahrzeug, verfahren zum betreiben einer klimaanlage sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Klimaanlage für ein kraftfahrzeug, verfahren zum betreiben einer klimaanlage sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2022263107A1
WO2022263107A1 PCT/EP2022/063834 EP2022063834W WO2022263107A1 WO 2022263107 A1 WO2022263107 A1 WO 2022263107A1 EP 2022063834 W EP2022063834 W EP 2022063834W WO 2022263107 A1 WO2022263107 A1 WO 2022263107A1
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WO
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air
evaporator
fan
motor vehicle
condenser
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Application number
PCT/EP2022/063834
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French (fr)
Inventor
Joachim Currle
Oliver Wagner
Original Assignee
Mercedes-Benz Group AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/03—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant and from a source other than the propulsion plant
    • B60H1/039—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant and from a source other than the propulsion plant from air leaving the interior of the vehicle, i.e. heat recovery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00207—Combined heating, ventilating, or cooling devices characterised by the position of the HVAC devices with respect to the passenger compartment
    • B60H2001/00242—Devices in the rear area of the passenger compartment

Definitions

  • Air conditioning system for a motor vehicle method for operating an air conditioning system
  • the invention relates to an air conditioning system for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a method for operating an air conditioning system of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 6.
  • the invention relates to a motor vehicle according to patent claim 10.
  • An air conditioning system for a motor vehicle which is designed as a passenger car, for example, can be used both for cooling and for heating the interior of the motor vehicle.
  • a high level of heat output is required to heat the interior.
  • electrically driven motor vehicles in particular, this can have a considerable influence on the range that can be achieved by the motor vehicle.
  • EP 2 345 550 B1 shows a vehicle air conditioning system.
  • the object of the present invention is to provide an air conditioning system for a motor vehicle and a method for operating an air conditioning system and a motor vehicle, through which the air conditioning system can be used particularly efficiently for heating the vehicle interior, for example in order to increase the range of the vehicle depending on the drive type.
  • a first aspect of the invention relates to an air conditioning system for a motor vehicle, which is embodied as a passenger car, for example.
  • the air conditioning system according to the invention has a heat pump which includes a condenser, an evaporator, a first refrigerant line and a second refrigerant line.
  • the first refrigerant line is designed for a flow of refrigerant from the condenser to the evaporator and has an expansion valve, ie the expansion valve is arranged in the refrigerant line.
  • the second refrigerant line is designed for a flow of refrigerant from the evaporator to the condenser and has a compressor, ie the compressor is arranged in the second refrigerant line.
  • Both the condenser and the evaporator are each connected to the first refrigerant line and the second refrigerant line in a fluidically conductive manner. Furthermore, the compressor and the expansion valve are each connected in a fluidically conductive manner to the corresponding refrigerant line.
  • the air-conditioning system has the heat pump, which, using (physical) work, absorbs thermal energy from a low-temperature heat reservoir and transfers it to a higher-temperature reservoir as usable heat.
  • the heat pump can be configured to operate the other way around, allowing it to be used for cooling. For the heating, in particular to heat the interior of the motor vehicle, refrigerant flowing through the refrigerant lines is used.
  • the refrigerant which is a fluid, now flows in liquid form via the expansion valve, where it loses pressure and thereby cools down, to the evaporator. There, due to the low pressure and the heat supply from outside, it can be converted back into the gaseous phase and now flows in gaseous form through the second refrigerant line.
  • a blower is provided according to the invention, which is designed to conduct air from the interior of the motor vehicle through the evaporator, which in the installed position, i.e. in the installed state in the motor vehicle the air conditioner, is arranged in a rear of the motor vehicle.
  • the fan can thus be referred to as a rear fan in particular.
  • the evaporator can analogously be referred to as a rear evaporator.
  • the air conditioning system according to the invention has a rear evaporator for recovering waste heat from the cabin by means of a heat pump process, with a rear fan being provided which is arranged, for example, upstream and/or downstream of the rear evaporator.
  • upstream or downstream refers to the arrangement of the rear fan when conducting air, in particular from the interior of the motor vehicle, onto or through the evaporator.
  • the rear evaporator blows the airflow onto the evaporator, whereas when the rear fan is placed downstream, the fan draws air through the evaporator.
  • the air gives off heat to the evaporator, which enables cabin waste heat recovery.
  • the blower can in particular comprise a fan which can be driven by a drive, for example an electric motor.
  • blower is arranged in such a way that interior exhaust air, ie air from the interior of the motor vehicle, is drawn in in a rear region of the interior or of the motor vehicle, for example through an air outlet opening, and fed to the evaporator.
  • the blower has the advantage that a particularly large amount of air is conveyed, for example via the air intake opening, which can be arranged in the rear, for example in the area of the parcel shelf, or in one-box vehicles in the area of the trunk and thus the evaporator a particularly high amount of heat, which is contained in the guided interior air, is supplied.
  • the blower Without the blower, it would be disadvantageous that only part of the warm exhaust air flows through the evaporator if another, quite significant part of the interior air leaves the vehicle interior beforehand, for example through leakage openings, with this leakage proportion even increasing due to a pressure loss in the evaporator. Therefore, in conventional vehicles, the potential of cabin waste heat recovery is not fully exploited.
  • the still relatively warm exhaust air can advantageously be used, particularly in the cold season, for heating incoming air by extracting heat, as a result of which energy can be saved.
  • the air conditioning system according to the invention has the advantage that an increase in the range of the motor vehicle can be achieved if this is the case in particular is electrically powered. As a result, the motor vehicle can be used particularly advantageously in winter, for example.
  • Another advantage of the air conditioning system according to the invention is that, for example, in the fresh air mode, in which supply air can be directed, for example, by means of an air conditioning fan from the surroundings of the motor vehicle to the condenser or through the condenser, there is a very low risk of vehicle windows fogging up. In addition, the air quality is better. Furthermore, another advantage of the air conditioning system is that better air flow through the vehicle interior is achieved.
  • an air conditioning fan which is designed to conduct air from the interior and/or from an area surrounding the motor vehicle through the condenser.
  • the air-conditioning fan supplies air to the vehicle interior or exchanges air in the interior.
  • the air conditioning system can be switched to air recirculation mode, in which air is circulated in the interior, to partial air recirculation mode, in which part of the supply air from the environment is supplied, and to fresh air mode, in which only supply air from the environment is fed through the condenser to heat the vehicle interior is conducted.
  • the air-conditioning fan can, in particular, analogous to the fan, include a fan and a drive, which is provided by an electric motor, for example. This results in the advantage that the air conditioning system can be used particularly advantageously for heating and/or cooling the interior.
  • a control device which regulates and/or controls the blower and/or the air-conditioning blower in such a way that an amount of exhaust air that can be routed through the evaporator by means of the blower is essentially equal to an amount of supply air that can be drawn in by means of the Air conditioning fan can be conducted through the condenser.
  • "Essentially" means that the supply air volume is equal to the exhaust air volume, with a deviation of up to 20 percent, for example, being tolerable. The amount of supply air and the amount of exhaust air must each be routed through the evaporator or condenser for the same time interval.
  • a drive of the rear fan can be regulated as a function of the intake air conveyed by the air conditioning fan in such a way that the amount of exhaust air corresponds to the amount of intake air.
  • a pressure difference sensor is provided, which is arranged in the installed position in the interior and is designed to determine a pressure difference between the interior and the environment and the blower can be regulated and/or controlled as a function of a pressure difference value determined by the pressure difference sensor .
  • a pressure difference sensor or differential pressure sensor is provided in the interior, which is used to regulate and/or control the drive of the fan, the regulation and/or control being carried out in such a way that the pressure difference is as close as possible to a predetermined pressure difference value.
  • the pressure difference value is particularly advantageously zero. This results in the advantage that the air conditioning system can be operated in a particularly energy-efficient manner.
  • a cladding element which has an air intake opening and which at least partially separates the interior from the evaporator in the installed position.
  • the cladding element can be designed as a parcel shelf, for example.
  • a second aspect of the invention relates to a method for operating an air conditioning system in a motor vehicle.
  • the air conditioning system operated according to the invention has a heat pump which includes a condenser and an evaporator.
  • refrigerant flows through a first refrigerant line, in which an expansion valve is arranged, from the condenser to the evaporator.
  • refrigerant flows from the evaporator to the condenser in a second refrigerant line, in which a compressor is arranged.
  • a refrigerant circuit in the heat pump is maintained by the method.
  • the refrigerant flows as a fluid in a gaseous form, being compressed by the compressor.
  • the refrigerant flows as a fluid in its liquid form through the first refrigerant line, with the pressure being reduced by the expansion valve.
  • a blower directs air from the interior of the motor vehicle through the evaporator, which is arranged in the rear of the motor vehicle in the installed position.
  • air in the form of exhaust air is sucked in from the vehicle interior by the fan and directed by the fan to the evaporator or, depending on the position of the fan relative to the evaporator, sucked through the evaporator.
  • advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
  • the blower is regulated and/or controlled, for example by a control device, in such a way that the intake air or quantity of intake air directed through the condenser by means of an air conditioning fan is passed as exhaust air through the evaporator.
  • the rear fan is regulated and/or controlled in such a way that the amount of fresh air conveyed by the air-conditioning fan is supplied to the rear evaporator as exhaust air, with a particularly advantageous cabin heat recovery being able to take place.
  • the fan is controlled and/or regulated as a function of a characteristics map, which includes a characteristic curve of the fan and/or a characteristic curve of an air-conditioning fan that directs air through the condenser.
  • a characteristics map which includes a characteristic curve of the fan and/or a characteristic curve of an air-conditioning fan that directs air through the condenser.
  • the regulation or control of the rear fan is map-controlled, with the map control being based on the air-conditioning fan characteristic of the air-conditioning fan or the fan characteristic of the rear fan.
  • the respective characteristic curve describes, for example, a power supply for driving the blower or the air conditioning fan and an air mass flow, ie the supply air volume or exhaust air volume, which can be achieved by a respective power supply of the drive.
  • the fan is switched off in air recirculation mode, in which an air-conditioning fan only directs air from the interior through the condenser.
  • air recirculation mode in which an air-conditioning fan only directs air from the interior through the condenser.
  • the fan in particular map-based, controlled or regulated in such a way that an amount of exhaust air through the evaporator corresponds to the amount of incoming air.
  • the blower in partial air recirculation mode, directs an amount of exhaust air through the evaporator that corresponds to the amount of incoming air.
  • the rear fan In pure air recirculation mode, the rear fan is switched off, and in partial air recirculation mode, the rear fan is regulated or controlled, in particular based on a map, in such a way that the fresh air volume conveyed by the air conditioning fan is sucked in by the rear fan as exhaust air and fed to the rear evaporator or evaporator.
  • a third aspect of the invention relates to a motor vehicle which includes an air conditioning system presented here and/or is designed to carry out a method presented here.
  • Fig. 1 is a schematic view of a motor vehicle comprising a
  • the air conditioner 10 includes a heat pump 12.
  • the heat pump 12 has a condenser 14, an evaporator 16 and a first refrigerant line 18 in which an expansion valve 20 is arranged.
  • the first refrigerant line 18 is designed for a refrigerant flow of refrigerant from the condenser 14 to the evaporator 16 .
  • the heat pump 12 of the air conditioning system 10 includes a second refrigerant line 22 in which a compressor 24 is arranged and which is designed for a flow of refrigerant from the evaporator 16 to the condenser 14 .
  • a blower 26 is provided which is designed to eject air, in particular in the form of exhaust air 28 the interior 2 of the motor vehicle 1 through the evaporator 16 which is arranged in the installed position in a rear end 30 of the motor vehicle 1 .
  • An air conditioning fan 32 is advantageously provided, which is designed to conduct air in the form of supply air 34 from the interior 2 and/or an area surrounding the motor vehicle 1 through the condenser 14 .
  • a control device 36 which controls and/or regulates the fan 26 and/or the air conditioning fan 32 in such a way that an exhaust air volume of the exhaust air 28 and thus an exhaust air flow, which can be guided through the evaporator 16 by means of the fan 26, in Substantially equal to a supply air volume of the supply air 34, which corresponds to a supply air flow that can be conducted through the condenser 14 by means of the air conditioning fan 32.
  • a pressure difference sensor 38 or a differential pressure sensor is provided, which is arranged in the interior 2 and is designed to determine a pressure difference between the interior 2 and the environment, the fan 26 depending on a through the Pressure difference sensor 38 determined pressure difference value, which characterizes the pressure difference, can be regulated and/or controlled.
  • an air intake opening 42 is provided in a cladding element 40, which is designed, for example, as a parcel shelf. In its installation position, the cladding element 40 separates the interior 2 and the evaporator 16.
  • a method for operating the air conditioning system 10 is presented below, in which refrigerant flows in the first refrigerant line 18 from the condenser 14 to the evaporator 16 , with the expansion valve 20 being arranged in the refrigerant line 18 . Furthermore, in the method, refrigerant flows in the second refrigerant line 18, in which the compressor 24 is arranged, from the evaporator 16 to the condenser 14.
  • the refrigerant in the first refrigerant line 18 is liquid and has a high pressure before the expansion valve 20 and then a high pressure low pressure, wherein the liquid refrigerant is cooled by the expansion valve 20.
  • the refrigerant flows in gaseous form in the second refrigerant line 22 , coming out cold from the evaporator 16 and being heated by the compressor 24 , and then flowing warm to the condenser 14 under high pressure.
  • the exhaust air 28 heats the evaporator 16 and the condenser heats the supply air 34. The heat of the refrigerant is thus given off to the evaporator 16 for heating the interior 2 .
  • the blower 26 directs air from the interior 2 through the evaporator 16 which is located in the rear 30 of the motor vehicle 1 .
  • the interior 2 is heated particularly efficiently by the motor vehicle 1 presented, the air conditioning system 10 and the method.
  • a high heating output may be required to heat the interior 2, which would greatly reduce the range of a motor vehicle 1 designed as an electric vehicle, for example, if the heating is not particularly efficient.
  • the air mass flow required for heating, which is blown into the interior 2 by the air-conditioning fan 32 is warmed up by energy supplied in particular to the compressor 24 .
  • the supply air 34 leaves the interior 2 as exhaust air 28. This exhaust air 28 is still relatively warm and therefore still contains a lot of heating energy, for example.
  • the heating energy of the exhaust air 28 is then given off to the evaporator 16 designed as a rear evaporator to a refrigerant or the refrigerant and via a heat pump process by means of the compressor 24, the expansion valve 20 and the refrigerant line 22 as heat to the condenser 14, which is arranged in particular in an air conditioning box 44 delivered, whereby the supply air 34 is heated.
  • further heat sources can be coupled via the further refrigerant lines 46 .
  • blower 26 were not provided, only a portion of the warm exhaust air 28 would flow through the evaporator 16, while for example another, sometimes quite significant portion, would leave the interior 2 beforehand through leakage openings. This proportion of leakage becomes even greater, for example due to the pressure drop in the evaporator 16 , as a result of which cabin heat recovery would not be as effective as can be implemented here using the method and the air conditioning system 10 .
  • the fan 26 is advantageously assigned to the evaporator 16 here, as a result of which a higher quantity of air is conveyed via the air extraction opening 42 which is arranged in the rear 30 , for example in the region of the cladding element 40 . As a result, the evaporator 16 can be supplied with a higher amount of heat.
  • the blower 26 and the air-conditioning blower 32 each have a drive 48 which is designed, for example, as an electric motor.
  • the drive 48 of the blower 26 can be configured or controlled in such a way that the amount of exhaust air sucked in of the exhaust air 28 corresponds approximately to the amount of supply air 34 conveyed by the air-conditioning fan 32, which is driven by the drive 48. This means that the drives 48 correspond to one another, with the fan output of the fan 26 being increased at the same time when the fan output of the air-conditioning fan 32 is increased.
  • the fan output of the fan 26 can be map-controlled. 2 shows a characteristic map diagram in which the air mass flow of the exhaust air 28 or the intake air 34 is plotted on the Y axis against a respective power supply of the drive 48 plotted on the X axis.
  • the characteristic of the air conditioning fan 32 is the air conditioning fan characteristic 50.
  • the characteristic of the fan 26 is the fan characteristic 52.
  • the characteristic 54 is a fresh air characteristic of the air conditioning fan 32 with 50 percent circulating air, that is to say this line shows a characteristic when, for example, through a valve and/or or a flap of the supply air 34 regulated in this way is that 50 percent come from the environment of the motor vehicle and 50 percent are circulated from the interior 2.
  • air conditioning fan operating point 56 on the air conditioning fan characteristic curve 50.
  • fan operating point 58 and an operating point 60 on the fan characteristic curve 52 which corresponds to an operating point of the fan 26 at 50 percent circulating air.
  • the blower 26 can be regulated and/or controlled in such a way that an amount of supply air conducted through the condenser 14 by means of the air-conditioning blower 32 is conducted through the evaporator as exhaust air 28 .
  • the fan 26 is advantageously controlled as a function of a characteristics map which includes the fan characteristic curve 52 and/or the air-conditioning fan characteristic curve 50 .
  • fan 26 directs an amount of exhaust air from exhaust air 28 through evaporator 16, which is the amount of exhaust air supplied as fresh air Supply air volume of the supply air 34 corresponds.
  • the power supply to the respective drive 48 can be regulated or controlled.
  • the power supply to the drive 48 of the rear fan can be regulated in such a way that the same air mass flow is regulated as is blown into the interior 2 by the air conditioning fan 32 .
  • power is supplied to the rear fan in such a way that the amount of fresh air that is conveyed by the air conditioning fan 32 is sucked in by the fan 26 .
  • the pressure difference sensor 38 can be provided in interior 2, for example, which measures the pressure difference between the pressure in the vehicle interior and the ambient pressure, with the determined pressure difference value being able to serve as a control signal for drives 48 , wherein, in particular, a pressure difference of 0 is controlled as far as possible.
  • waste heat from the cabin can be recovered in a particularly advantageous manner.
  • a rear evaporator, the evaporator 16 and a heat pump process are used for the waste heat recovery from the cabin.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage (10) für eine Kraftfahrzeug (1) mit einer Wärmepumpe (12), umfassend einen Kondensator (14), einen Verdampfer (16), ein erste Kältemittelleitung (18), in welcher ein Expansionsventil (20) angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Kondensator (14) zum Verdampfer ausgebildet ist und mit einer zweiten Kältemittelleitung (22), in welcher ein Kompressor (24) angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Verdampfer (16) zum Kondensator (14) ausgebildet ist, wobei ein Gebläse (26), welches ausgebildet ist, Luft aus dem Innenraum (2) des Kraftfahrzeugs (1) durch den Verdampfer (16) zu leiten, welcher in Einbauposition in einem Heck (30) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage (10) sowie ein Kraftfahrzeug (1).

Description

Mercedes-Benz Group AG
Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage sowie
Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. Schließlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 10.
Eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist, kann sowohl zum Kühlen als auch zum Erwärmen des Innenraums des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dabei wird, insbesondere im Winter beziehungsweise wenn eine Umgebung des Kraftfahrzeugs kalt ist, zum Heizen des Innenraums eine hohe Heizleistungen benötigt. Insbesondere bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen kann dies einen erheblichen Einfluss auf die durch das Kraftfahrzeug erzielbare Reichweite haben.
Die EP 2 345 550 B1 zeigt eine Fahrzeugklimaanlage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, durch welche die Klimaanlage besonders effizient zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet werden kann, um beispielsweise je nach Antriebsart des Kraftfahrzeugs dessen Reichweite zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Klimaanlage weist eine Wärmepumpe auf, welche einen Kondensator, einen Verdampfer, ein erste Kältemittelleitung und eine zweite Kältemittelleitung umfasst. Die erste Kältemittelleitung ist für einen Kältemittelfluss von dem Kondensator zum Verdampfer ausgebildet und weist ein Expansionsventil auf, das heißt das Expansionsventil ist in der Kältemittelleitung angeordnet. Die zweite Kältemittelleitung ist für einen Kältemittelfluss von dem Verdampfer zum Kondensator ausgebildet und weist einen Kompressor auf, das heißt in der zweiten Kältemittelleitung ist der Kompressor angeordnet.
Sowohl der Kondensator als auch der Verdampfer sind jeweils mit der ersten Kältemittelleitung und der zweiten Kältemittelleitung fluidisch leitend verbunden. Ferner sind der Kompressor sowie das Expansionsventil jeweils mit der entsprechenden Kältemittelleitung fluidisch leitend verbunden. Somit weist die Klimaanlage die Wärmepumpe auf, welche unter Aufwendung von (physikalischer) Arbeit thermische Energie aus einem Wärmereservoir mit niedriger Temperatur aufnimmt und als nutzbare Wärme an ein Reservoir mit höherer Temperatur überträgt. Die Wärmepumpe kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie auch anders herum betrieben wird, wodurch sie zum Kühlen eingesetzt werden kann. Für das Wärmen, um insbesondere den Innenraum des Kraftfahrzeugs zu heizen, wird Kältemittel, welches durch die Kältemittelleitungen fließt verwendet. Dieses wird in seiner Gas-Form in dem Kompressor verdichtet und kann die durch das Verdichten aufgenommene Energie im Kondensator durch Kondensation und somit durch Übertritt in seine flüssige Phase als Wärme abgeben. In der ersten Kältemittelleitung fließt das Kältemittel, welches ein Fluid darstellt, nun flüssig über das Expansionsventil, wo es Druck verliert und dadurch abkühlt, zu dem Verdampfer. Dort kann es aufgrund des niedrigen Drucks und durch Wärmezufuhr von außen wieder in die gasförmige Phase überführt werden und fließt nun gasförmig durch die zweite Kältemittelleitung.
Damit die Klimaanlage nun besonders vorteilhaft zu einem energieeffizienten Heizen des Innenraums verwendet werden kann, ist erfindungsgemäß ein Gebläse vorgesehen, welches ausgebildet ist, Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs durch den Verdampfer zu leiten, welcher in Einbauposition, das heißt in dem im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand der Klimaanlage, in einem Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Somit kann das Gebläse insbesondere als Heckgebläse bezeichnet werden. Der Verdampfer kann Analog als Heckverdampfer bezeichnet werden. Mit anderen Worten weist die erfindungsgemäße Klimaanlage einen Heckverdampfer zur Kabinenabwärmerückgewinnung mittels eines Wärmepumpenprozesses auf, wobei ein Heckgebläse vorgesehen ist, welches beispielsweise stromaufwärts und/oder stromabwärts des Heckverdampfers angeordnet ist. Dabei bezeichnet stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts die Anordnung des Heckgebläses beim Leiten von Luft, insbesondere aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs, auf beziehungsweise durch den Verdampfer. Bei einer Stromaufwärtsanordnung bläst der Heckverdampfer somit den Luftstrom auf den Verdampfer, hingegen wenn das Heckgebläse stromabwärts angeordnet ist, zieht das Gebläse Luft durch den Verdampfer. Die Luft gibt dabei Wärme an den Verdampfer ab, wodurch die Kabinenabwärmerückgewinnung ermöglicht wird. Das Gebläse kann insbesondere einen Ventilator umfassen, welcher durch einen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor, antreibbar ist. Festzuhalten bleibt, dass das Gebläse derart angeordnet ist, dass Innenraumabluft, also Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs in einem hinteren Bereich des Innenraums beziehungsweise des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch eine Luftausgangsöffnung, angesaugt und dem Verdampfer zugeführt wird.
Durch das Gebläse ergibt sich der Vorteil, dass eine besonders hohe Luftmenge, beispielsweise über die Luftansaugöffnung, gefördert wird, welche im Heck, beispielsweise im Bereich der Hutablage, oder bei One-Box-Fahrzeugen im Bereich des Kofferraums angeordnet sein kann und dadurch dem Verdampfer eine besonders hohe Wärmemenge, welche in der geleiteten Innenraumluft enthalten ist, zugeführt wird.
Ohne das Gebläse wäre es nachteilig, dass nur ein Teil der warmen Abluft durch den Verdampfer strömt, wenn ein anderer, recht erheblicher Teil der Innenraumluft beispielsweise durch Leckageöffnungen schon vorher den Fahrzeuginnenraum verlässt, wobei dieser Leckageanteil sogar durch einen Druckverlust des Verdampfers größer wird. Daher wird bei konventionellen Fahrzeugen ein Potential der Kabinenabwärmerückgewinnung nicht ausgeschöpft. Bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage kann vorteilhafterweise insbesondere in der kalten Jahreszeit die noch relativ warme Abluft durch Wärmeentzug zum Erwärmen einer Zuluft verwendet werden, wodurch Energie eingespart werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Klimaanlage ergibt sich der Vorteil, dass eine Erhöhung der Reichweite des Kraftfahrzeugs erreicht werden kann, wenn dies insbesondere elektrisch angetrieben ist. Dadurch kann das Kraftfahrzeug beispielsweise besonders Vorteilhaft im Winter eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Klimaanlage ist, dass beispielsweise im Frischluftmodus, bei welchem Zuluft beispielsweise mittels eines Klimagebläses von einer Umgebung des Kraftfahrzeugs auf den Kondensator beziehungsweise durch den Kondensator geleitet werden kann, ein sehr geringes Risiko einer Beschlagbildung an Fahrzeugscheiben besteht. Darüber hinaus ist die Luftqualität besser. Ferner ist ein weiterer Vorteil der Klimaanlage, dass eine bessere Durchströmung von Luft des Fahrzeuginnenraums erreicht wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Klimagebläse vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, Luft aus dem Innenraum und/oder aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs durch den Kondensator zu leiten. Mit anderen Worten wird durch das Klimagebläse Zuluft dem Fahrzeuginnenraum zugeführt beziehungsweise Luft im Innenraum umgewechselt. So kann die Klimaanlage in einen Umluftbetrieb, in welchem Luft im Innenraum umgewälzt wird, in einem Teilumluftbetrieb, in welchem ein Teil von Zuluft aus der Umgebung zugeführt wird und in einem Frischluftbetrieb, in welchem nur Zuluft aus der Umgebung durch den Kondensator zum Erwärmen des Fahrzeuginnenraums geleitet wird, erfolgen. Das Klimagebläse kann insbesondere analog zum Gebläse einen Ventilator sowie einen Antrieb umfassen, welcher beispielsweise durch einen Elektromotor bereitgestellt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klimaanlage besonders vorteilhaft zum Heizen und/oder Kühlen des Innenraums verwendet werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche das Gebläse und/oder das Klimagebläse derart regelt und/oder steuert, dass eine Abluftmenge, welche mittels des Gebläses durch den Verdampfer leitbar ist, im Wesentlichen gleich einer Zuluftmenge ist, welche mittels des Klimagebläses durch den Kondensator leitbar ist. „im Wesentlichen“ bedeutet, dass die Zuluftmenge gleich der Abluftmenge ist, wobei eine Abweichung beispielsweise bis zu 20 Prozent tolerierbar ist. Die Zuluftmenge und die Abluftmenge sind jeweils pro gleichem Zeitintervall durch den Verdampfer beziehungsweise den Kondensator zu leiten. Mit anderen Worten ist ein Antrieb des Heckgebläses abhängig von der durch das Klimagebläse geförderten Zuluft derart regelbar, dass die Abluftmenge der Zuluftmenge entspricht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zwischen Kondensator und Innenraum beziehungsweise zwischen Innenraum und Verdampfer keine Druckschwankungen auftreten und/oder darüber hinaus wenig Luft durch Leckageöffnungen entweichen kann, wodurch die Klimaanlage besonders energieeffizient betrieben werden kann. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Druckdifferenzsensor vorgesehen, welcher in Einbauposition im Innenraum angeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung zu ermitteln und das Gebläse in Abhängigkeit von einem durch den Druckdifferenzsensor ermittelten Druckdifferenzwert regelbar und/oder steuerbar ist. Mit anderen Worten ist im Innenraum ein Druckdifferenzsensor beziehungsweise Differenzdrucksensor vorgesehen, der zur Regelung und/oder Steuerung des Antriebs des Gebläses verwendet wird, wobei die Regelung und/oder Steuerung derart erfolgt, dass die Druckdifferenz möglichst bei einem vorgegebenen Druckdifferenzwert liegt. Wobei der Druckdifferenzwert besonders vorteilhafterweise bei null liegt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klimaanlage besonders energieeffizient betrieben werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein eine Luftansaugöffnung aufweisendes Verkleidungselement vorgesehen, welche in Einbauposition den Innenraum zumindest teilweise von dem Verdampfer trennt. Mit anderen Worten befindet sich im hinteren Bereich des Innenraums eine Luftausgangsöffnung beziehungsweise eine Luftansaugöffnung, über welche das Gebläse Luft aus dem Fahrzeuginnenraum ansaugen und dem Verdampfer zuführen kann. Das Verkleidungselement kann dabei beispielsweise als Hutablage ausgebildet sein. Dadurch kann Luft aus dem Fahrzeuginnenraum, insbesondere die Abluft besonders definiert durch den Verdampfer geleitet werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klimaanlage besonders vorteilhaft betrieben werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Die erfindungsgemäß betriebene Klimaanlage weist eine Wärmepumpe auf, welche einen Kondensator und einen Verdampfer umfasst. Bei dem Verfahren fließt Kältemittel durch eine erste Kältemittelleitung, in welcher ein Expansionsventil angeordnet ist von dem Kondensator zum Verdampfer. Ferner fließt in dem Verfahren in einer zweiten Kältemittelleitung, in welcher ein Kompressor angeordnet ist, Kältemittel von dem Verdampfer zum Kondensator. Mit anderen Worten wird ein Kältemittelkreislauf in der Wärmepumpe durch das Verfahren aufrechterhalten. In der zweiten Leitung fließt das Kältemittel insbesondere als Fluid in einer gasförmigen Form, wobei es durch den Kompressor verdichtet wird. Dahingegen fließt das Kältemittel als Fluid in seiner flüssigen Form durch die erste Kältemittelleitung, wobei durch das Expansionsventil der Druck verringert wird. Damit durch das Verfahren die Klimaanlage besonders energiesparend zum Heizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Gebläse Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs durch den Verdampfer leitet, welcher in Einbauposition in einem Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet wird. Mit anderen Worten wird bei dem Verfahren durch das Gebläse Luft in Form von Abluft aus dem Fahrzeuginnenraum angesaugt und durch das Gebläse auf den Verdampfer geleitet beziehungsweise je nach Position des Gebläses relativ zum Verdampfer durch den Verdampfer hindurch gesogen.
Dabei sind Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Gebläse, beispielsweise durch eine Steuereinrichtung, derart geregelt und/oder gesteuert wird, dass eine mittels eines Klimagebläses durch den Kondensator geleitet Zuluft beziehungsweise Zuluftmenge als Abluft durch den Verdampfer geleitet wird. Mit anderen Worten wird das Heckgebläse so geregelt und/oder gesteuert, dass die von dem Klimagebläse geförderte Frischluftmenge als Abluftmenge dem Heckverdampfer zugeführt wird, wobei somit eine besonders vorteilhafte Kabinenwärmerückgewinnung erfolgen kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Gebläse in Abhängigkeit von einem Kennfeld gesteuert und/oder geregelt, welches eine Kennlinie des Gebläses und/oder eine Kennlinie eines Klimagebläses, welches Luft durch den Kondensator leitet, umfasst. Mit anderen Worten erfolgt die Regelung beziehungsweise Steuerung des Heckgebläses kennfeldgesteuert, wobei die Kennfeldsteuerung auf Basis der Klimagebläsekennlinie des Klimagebläses beziehungsweise der Gebläsekennlinie des Heckgebläses erfolgt. Die jeweilige Kennlinie beschreibt beispielsweise eine Stromzufuhr für den Antrieb des Gebläses beziehungsweise des Klimagebläses und einen Luftmassenstrom, also die Zuluftmenge beziehungsweise Abluftmenge, welche durch eine jeweilige Stromzufuhr des Antriebs erreicht werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Klimaanlage besonders energieeffizient betrieben werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird in einem Umluftbetrieb, bei welchem ein Klimagebläse nur Luft aus dem Innenraum durch den Kondensator leitet, das Gebläse abgeschaltet. Zusätzlich oder alternativ wird bei einem Teilumluftbetrieb, bei welchem eine Zuluftmenge aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs durch den Kondensator, insbesondere durch das Klimagebläse, geleitet wird, das Gebläse, insbesondere kennfeldbasiert, derart gesteuert oder geregelt, dass eine Abluftmenge durch den Verdampfer der Zuluftmenge entspricht. Mit anderen Worten leitet im Teilumluftbetrieb das Gebläse eine Abluftmenge durch den Verdampfer, welche der Zuluftmenge entspricht.
So wird bei einem reinen Umluftbetrieb das Heckgebläse ausgeschaltet und beim Teilumluftbetrieb das Heckgebläse, insbesondere kennfeldbasiert, so geregelt beziehungsweise gesteuert, dass die vom Klimagebläse geförderte Frischluftmenge durch das Heckgebläse als Abluft angesaugt und dem Heckverdampfer beziehungsweise Verdampfer zugeführt wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch das Verfahren die Klimaanlage besonders energieeffizient betrieben werden kann, da beispielsweise Luftleckagen und/oder Druckdifferenzen besonders gering gehalten werden können.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches eine hier vorgestellte Klimaanlage umfasst und/oder dazu ausgebildet ist, ein hier vorgestelltes Verfahren durchzuführen.
Dabei sind Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sowohl des ersten Aspekts als auch des zweiten Aspekts der Erfindung als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs umfassend eine
Klimaanlage mit einer Wärmepumpe; und Fig. 2 ein Kennfelddiagramm mit Kennlinien eines Gebläses sowie eines Klimagebläses der Wärmepumpe.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 1, welches einen Innenraum 2 aufweist. In dem Fahrzeug 1 ist eine Klimaanlage 10 angeordnet beziehungsweise weist das Kraftfahrzeug 1, welches insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet ist, die Klimaanlage 10 auf. Die Klimaanlage 10 umfasst eine Wärmepumpe 12. Die Wärmepumpe 12 weist einen Kondensator 14, einen Verdampfer 16 und eine erste Kältemittelleitung 18, in welcher ein Expansionsventil 20 angeordnet ist, auf. Dabei ist die erste Kältemittelleitung 18 für einen Kältemittelfluss von Kältemittel von dem Kondensator 14 zum Verdampfer 16 ausgebildet. Ferner umfasst die Wärmepumpe 12 der Klimaanlage 10 eine zweite Kältemittelleitung 22, in welcher ein Kompressor 24 angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Verdampfer 16 zum Kondensator 14 ausgebildet ist.
Damit das Kraftfahrzeug 1 bei kalten Umgebungstemperaturen, beispielsweise in der kalten Jahreszeit, besonders energieeffizient betrieben werden kann, um beispielsweise eine Reichweitenerhöhung eines elektrischen Antriebs zu erzielt, ist ein Gebläse 26 vorgesehen, welches ausgebildet ist, Luft, insbesondere in Form von Abluft 28, aus dem Innenraum 2 des Kraftfahrzeugs 1 durch den Verdampfer 16 zu leiten, welcher in Einbauposition in einem Heck 30 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist.
Vorteilhafter Weise ist ein Klimagebläse 32 vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, Luft in Form von Zuluft 34 aus dem Innenraum 2 und/oder einer Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 durch den Kondensator 14 zu leiten.
Darüber hinaus ist vorteilhafterweise eine Steuerungseinrichtung 36 vorgesehen, welche das Gebläse 26 und/oder das Klimagebläse 32 derart steuert und/oder regelt, dass eine Abluftmenge der Abluft 28 und somit ein Abluftstrom, welcher mittels des Gebläses 26 durch den Verdampfer 16 leitbar ist, im Wesentlichen gleich einer Zuluftmenge der Zuluft 34 ist, welcher einem Zuluftstrom entspricht, der mittels des Klimagebläses 32 durch den Kondensator 14 leitbar ist.
Vorteilhafterweise ist ein Druckdifferenzsensor 38 beziehungsweise ein Differenzdrucksensor vorgesehen, welcher im Innenraum 2 angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum 2 und der Umgebung zu ermitteln, wobei das Gebläse 26 in Abhängigkeit von einem durch den Druckdifferenzsensor 38 ermittelten Druckdifferenzwert, welche die Druckdifferenz charakterisiert, regelbar und/oder steuerbar ist.
Um Luft aus dem Innenraum 2 durch das Gebläse 26 anzusaugen, ist in einem Verkleidungselement 40, welches beispielsweise als Hutablage ausgebildet ist, eine Luftansaugöffnung 42 vorgesehen. Dabei trennt das Verkleidungselement 40 in seiner Einbauposition den Innenraum 2 und den Verdampfer 16.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Klimaanlage 10 vorgestellt, bei welchem in der ersten Kältemittelleitung 18 Kältemittel von dem Kondensator 14 zu dem Verdampfer 16 fließt, wobei in der Kältemittelleitung 18 das Expansionsventil 20 angeordnet ist. Ferner fließt bei dem Verfahren Kältemittel in der zweiten Kältemittelleitung 18, in welcher der Kompressor 24 angeordnet ist von dem Verdampfer 16 zu dem Kondensator 14. Dabei ist das Kältemittel in der ersten Kältemittelleitung 18 flüssig und weist vor dem Expansionsventil 20 einen hohen Druck und danach einen niedrigen Druck auf, wobei durch das Expansionsventil 20 das flüssige Kältemittel abgekühlt wird. In der zweiten Kältemittelleitung 22 fließt das Kältemittel gasförmig, wobei es kalt aus dem Verdampfer 16 kommt und durch den Kompressor 24 erwärmt wird und anschließend unter hohem Druck warm zum Kondensator 14 fließt. Dabei erwärmt die Abluft 28 den Verdampfer 16 und der Kondensator erwärmt die Zuluft 34. Die Wärme des Kältemittels wird somit zum Wärmen des Innenraums 2 an den Verdampfer 16 abgegeben.
Damit das Heizen des Innenraums 2 besonders effizient durchgeführt werden kann, leitet das Gebläse 26 Luft aus dem Innenraum 2 durch den Verdampfer 16, der sich in dem Heck 30 des Kraftfahrzeugs 1 befindet.
Durch das vorgestellte Kraftfahrzeug 1, die Klimaanlage 10 und das Verfahren wird der Innenraum 2 besonders effizient geheizt. So kann im Winter zum Heizen des Innenraums 2 eine hohe Heizleistung benötigt werden, wodurch die Reichweite beispielsweise eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs 1 stark verringert werden würde, wenn nicht besonders effizient geheizt wird. So wird der zum Heizen benötigte Luftmassenstrom, der durch das Klimagebläse 32 in den Innenraum 2 eingeblasen wird, durch insbesondere dem Kompressor 24 zugeführte Energie aufgewärmt. Die Zuluft 34 verlässt als Abluft 28 den Innenraum 2. Dabei ist diese Abluft 28 noch relativ warm und enthält damit beispielsweise noch viel Heizenergie. Nun wird die Heizenergie der Abluft 28 an den als Heckverdampfer ausgebildeten Verdampfer 16 an ein Kältemittel beziehungsweise das Kältemittel abgegeben und über einen Wärmepumpenprozess mittels des Kompressors 24, des Expansionsventils 20 und der Kältemittelleitung 22 als Wärme an den, insbesondere in einem Klimakasten 44 angeordneten Kondensator 14 abgegeben, wodurch die Zuluft 34 erwärmt wird.
Über die weiteren Kältemittelleitungen 46 können beispielsweise weitere, nicht gezeigte Wärmequellen angekoppelt werden.
Wäre das Gebläse 26 nicht vorgesehen, würde nur ein Teil der warmen Abluft 28 durch den Verdampfer 16 strömen, während beispielsweise ein anderer, zum Teil recht erheblicher Anteil, durch Leckageöffnungen schon vorher den Innenraum 2 verlassen würde. Dieser Leckageanteil wird beispielsweise durch den Druckverlust des Verdampfers 16 noch größer, wodurch eine Kabinenabwärmerückgewinnung nicht so effektiv wäre, wie hier durch das Verfahren und die Klimaanlage 10 realisierbar. Vorteilhaft ist hier dem Verdampfer 16 das Gebläse 26 zugeordnet, wodurch eine höhere Luftmenge über die Luftabsaugöffnung 42 gefördert wird, welche im Heck 30 beispielsweise im Bereich des Verkleidungselements 40 angeordnet ist. Dadurch kann dem Verdampfer 16 eine höhere Wärmemenge zugeführt werden.
Das Gebläse 26 sowie das Klimagebläse 32 weisen jeweils einen Antrieb 48, welcher beispielsweise jeweils als Elektromotor ausgeführt ist, auf. Der Antrieb 48 des Gebläses 26 kann dabei so gestaltet oder geregelt werden, dass die angesaugte Abluftmenge der Abluft 28 näherungsweise der durch das Klimagebläse 32, das durch den Antrieb 48 angetrieben wird, geförderten Zuluftmenge der Zuluft 34 entspricht. Das heißt, die Antriebe 48 korrespondieren miteinander, wobei bei Erhöhung der Gebläseleistung des Klimagebläses 32 gleichzeitig die Gebläseleistung des Gebläses 26 erhöht wird.
Die Gebläseleistung des Gebläses 26 kann dabei kennfeldgesteuert sein. Fig. 2 zeigt in einem Kennfelddiagramm, in welchem auf der Y-Achse der Luftmassestrom der Abluft 28 beziehungsweise der Zuluft 34 gegen eine jeweilige auf der X-Achse aufgetragene Stromzufuhr des Antriebs 48 aufgetragen ist.
Die Kennlinie des Klimagebläses 32 ist die Klimagebläsekennlinie 50. Die Kennlinie des Gebläses 26 ist die Gebläsekennlinie 52. Die Kennlinie 54 ist eine Frischluftkennlinie des Klimagebläses 32 bei 50 Prozent Umluft, das heißt diese Linie zeigt eine Charakteristik, wenn, beispielsweise durch ein Ventil und/oder eine Klappe der Zuluft 34 derart geregelt ist, das 50 Prozent aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammen und 50 Prozent aus dem Innenraum 2 umgewälzt werden.
Auf der Klimagebläsekennlinie 50 befindet sich ein Klimagebläsebetriebspunkt 56. Auf der Gebläsekennlinie 52 befindet sich ein Gebläsebetriebspunkt 58 sowie ein Betriebspunkt 60, welcher einen Betriebspunkt des Gebläses 26 bei 50 Prozent Umluft entspricht.
Vorteilhafterweise kann das Gebläse 26 derart geregelt und/oder gesteuert werden, dass eine mittels des Klimagebläses 32 durch den Kondensator 14 geleitete Zuluftmenge als Abluft 28 durch den Verdampfer geleitet wird. Vorteilhafterweise wird das Gebläse 26 in Abhängigkeit von einem Kennfeld gesteuert, welches die Gebläsekennlinie 52 und/oder die Klimagebläsekennlinie 50 umfasst.
Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in einem Umluftbetrieb das Gebläse 26 abgeschaltet und/oder bei einem Teilumluftbetrieb, wie beispielsweise durch die Kennlinie 54 charakterisiert, das Gebläse 26 eine Abluftmenge der Abluft 28 durch den Verdampfer 16 leitet, welcher der als Frischluft zugeführten Zuluftmenge der Zuluft 34 entspricht.
So kann die Stromzufuhr zum jeweiligen Antrieb 48 geregelt oder gesteuert werden. So ist die Stromzufuhr zum Antrieb 48 des Heckgebläses beispielsweise derart regelbar, dass derselbe Luftmassestrom eingeregelt wird, wie durch das Klimagebläse 32 in den Innenraum 2 eingeblasen wird. Bei einem reinen Umluftbetrieb kann eine Stromzufuhr zu dem Gebläse 26 unterbleiben, da die gesamte in den Fahrzeuginnenraum eingeblasen Zuluft 34 als Umluft vom Klimagebläse 32 wieder angesaugt wird. In einem Teilluftmodus erfolgt die Stromzufuhr zum Heckgebläse so, dass die Frischluftmenge, die durch das Klimagebläse 32 gefördert wird, von dem Gebläse 26 angesaugt wird. Zur Regelung und/oder Steuerung des jeweiligen Antriebs 48 kann anstatt und/oder zusätzlich zur beschriebenen Kennfeldregelung beispielsweise der Druckdifferenzsensor 38 im Innenraum 2 vorgesehen sein, der die Druckdifferenz zwischen Fahrzeuginnenraumdruck und Umgebungsdruck misst, wobei der ermittelte Druckdifferenzwert als Steuersignal für die Antriebe 48 dienen kann, wobei insbesondere auf eine Druckdifferenz möglichst 0 geregelt wird.
Durch das gezeigte Kraftfahrzeug 1, die Klimaanlage 10 und das Verfahren kann auf besonders vorteilhafte Weise eine Kabinenabwärmerückgewinnung erfolgen. So ist eine Nutzung der Abwärme von Innenraumluft zur Verbesserung der Reichweite von Elektrofahrzeugen gegeben. Dazu erfolgt eine Verwendung eines Heckverdampfers, des Verdampfers 16 und eines Wärmepumpenprozesses für die Kabinenabwärmerückgewinnung.

Claims

Mercedes-Benz Group AG Patentansprüche
1. Klimaanlage (10) für eine Kraftfahrzeug (1) mit einer Wärmepumpe (12), umfassend einen Kondensator (14), einen Verdampfer (16), ein erste Kältemittelleitung (18), in welcher ein Expansionsventil (20) angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Kondensator (14) zum Verdampfer ausgebildet ist und mit einer zweiten Kältemittelleitung (22), in welcher ein Kompressor (24) angeordnet ist und welche für einen Kältemittelfluss von dem Verdampfer (16) zum Kondensator (14) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch ein Gebläse (26), welches ausgebildet ist, Luft aus dem Innenraum (2) des Kraftfahrzeugs (1) durch den Verdampfer (16) zu leiten, welcher in Einbauposition in einem Heck (30) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
2. Klimaanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klimagebläse (32) vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist Luft aus dem Innenraum (2) und/oder aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) durch den Kondensator (14) zu leiten.
3. Klimaanlage (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (36) vorgesehen ist, welche das Gebläse (26) und/oder das Klimagebläse (32) derart regelt und/oder steuert, dass eine Abluftmenge, welche mittels des Gebläses (26) durch den Verdampfer (16) leitbar ist, im Wesentlichen gleich einer Zuluftmenge ist, welche mittels des Klimagebläses (32) durch den Kondensator (14) leitbar ist.
4. Klimaanlage (10) nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckdifferenzsensor (38) vorgesehen ist, welcher in Einbauposition im Innenraum (2) angeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum (2) und der Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) zu ermitteln und das Gebläse (26) in Abhängigkeit von einem durch den Druckdifferenzsensor (38) ermittelten Druckdifferenzwert regelbar und/oder steuerbar ist.
5. Klimaanlage (10) nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Luftansaugöffnung (42) aufweisendes Verkleidungselement (40) vorgesehen ist, welche in Einbauposition den Innenraum (2) und den Verdampfer (16) trennt.
6. Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage (10) eines Kraftfahrzeugs (1) mit einer Wärmepumpe (12), umfassend einen Kondensator (14), einen Verdampfer (16), ein erste Kältemittelleitung (18), in welcher ein Expansionsventil (20) angeordnet ist und in welcher Kältemittel von dem Kondensator (14) zum Verdampfer (16) fließt und mit einer zweiten Kältemittelleitung (22), in welcher ein Kompressor (24) angeordnet ist und in welcher Kältemittel von dem Verdampfer (16) zum Kondensator (14) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse (26) Luft aus dem Innenraum (2) des Kraftfahrzeugs (1) durch den Verdampfer (16) leitet, welcher in Einbauposition in einem Heck (30) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (26) derart geregelt und/oder gesteuert wird, dass eine mittels eines Klimagebläses (32) durch den Kondensator (14) geleitete Zuluft (34) als Abluft (28) durch den Verdampfer (16) geleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (26) in Abhängigkeit von einem Kennfeld gesteuert und/oder geregelt wird, welches eine Kennlinie (52) des Gebläses (26) und/oder eine Kennlinie (50) des Klimagebläses (32) umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Umluftbetrieb, bei welchem ein Klimagebläse (32) Luft aus dem Innenraum (2) durch den Kondensator (14) leitet, das Gebläse (26) abgeschaltet wird und/oder bei einem Teilumluftbetrieb, bei welchem eine Zuluftmenge aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) durch den Kondensator (14) geleitet wird, das Gebläse (26), insbesondere kennfeldbasiert, eine Abluftmenge durch den Verdampfer (16) leitet, welche der Zuluftmenge entspricht.
10. Kraftfahrzeug (1), welches eine Klimaanlage (10) nach eine der Ansprüche 1 bis 5 umfasst und/oder dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 durchzuführen.
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