DE102012013250A1 - Air conditioning device for heating inner chamber of motor car, has deflection unit i.e. adjustable temperature flap, inflowing air supply under bypass of heat exchanger when starting heating operation and during cold start of motor car - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Klimagerät für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Klimagerätes nach dem Patentanspruch 9.The invention relates to an air conditioner for a motor vehicle according to the preamble of claim 1 and a method for operating such an air conditioner according to
Bei Fahrzeugen mit modernen Antriebsaggregaten steht nur noch in reduziertem Maße Abwärme zur Verfügung, mit der über dem Motorkühlkreislauf der Fahrzeuginnenraum beheizt werden kann. Dadurch ergibt sich insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen sowie in der Startphase des Antriebsaggregates die Problematik, dass der Wärmebedarf der Fahrzeuginsassen nicht mehr alleine durch die Abwärme des Antriebsaggregates erfüllbar ist.In vehicles with modern drive units, only a reduced amount of waste heat is available, with which the vehicle interior can be heated above the engine cooling circuit. This results in particular at low ambient temperatures and in the starting phase of the drive unit, the problem that the heat demand of the vehicle occupants is no longer met by the waste heat of the drive unit alone.
Aus der
Beim Kaltstart eines Fahrzeugs wird in der Aufheizphase (Warmlaufphase) des Antriebsaggregates das Klimagerät zur Temperierung des Kühlmittelkreislaufes genutzt. Hierzu wird über den oben erwähnten, als Kondensator arbeitenden Koppelwärmetauscher Wärme in den Kühlmittelkreislauf übertragen. Die in den Kühlmittelkreislauf übertragene Wärme wird über den Heizungswärmetauscher weiter an die in den Fahrzeuginnenraum einströmende Zuluft sowie zum Antriebsaggregat übertragen.When cold starting a vehicle, the air conditioner is used for temperature control of the coolant circuit in the heating phase (warm-up phase) of the drive unit. For this purpose, heat is transferred to the coolant circuit via the above-mentioned, working as a capacitor coupling heat exchanger. The heat transferred into the coolant circuit is transmitted via the heating heat exchanger to the incoming air flowing into the vehicle interior as well as to the drive unit.
Da bei einer solchen Warmlaufphase die im Kältemittelkreislauf erzeugte Wärme sowohl zur Brennkraftmaschine als auch zur, in den Fahrzeuginnenraum einströmenden Zuluft übertragen wird, kann der Fahrzeuginnenraum nur entsprechend langsam erwärmt werden, wodurch sich Komforteinbußen für die Fahrzeuginsassen ergeben.Since in such a warm-up phase, the heat generated in the refrigerant circuit is transmitted to both the engine and, flowing into the vehicle interior supply air, the vehicle interior can be heated only slowly accordingly, resulting in loss of comfort for the vehicle occupants.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Klimagerät für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Klimagerätes bereit zu stellen, bei dem speziell beim Kaltstart des Fahrzeuges sowie bei geringen Umgebungstemperaturen eine beschleunigte Aufheizung des Fahrzeuginnenraums erfolgen kann.The object of the invention is to provide an air conditioner for a motor vehicle and a method for operating such an air conditioner, in which an accelerated heating of the vehicle interior can take place especially during the cold start of the vehicle and at low ambient temperatures.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1 or claim 9. Advantageous developments of the invention are disclosed in the subclaims.
Die Erfindung beruht darauf, dass der in der
Vor diesem Hintergrund weist das Klimagerät gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 einen kältemittelseitig geschalteten Kondensator auf, der im Heizbetrieb als Luftvorwärmer arbeitet und mittelbar oder unmittelbar Wärme an die, in den Fahrzeuginnenraum strömende Zuluft abgibt. Das Klimagerät weist zusätzlich eine Umlenkeinrichtung auf, mit der beim Anfahren des Heizbetriebes, insbesondere bei einem Kaltstart des Fahrzeuges, die Zuluft unter vollständiger Überbrückung des Heizungswärmetauschers sowie unter alleiniger Durchströmung des Luftvorwärmers in den Fahrzeuginnenraum einströmt. Auf diese Weise wird die Gefahr beseitigt, dass in der Startphase die vom Luftvorwärmer vorgewärmte Luft beim Durchströmen des noch kühlen Heizungswärmetauschers wieder abgekühlt wird.Against this background, the air conditioner according to the characterizing part of claim 1 has a refrigerant side switched capacitor, which operates in the heating mode as air preheater and emits heat directly or indirectly to the, flowing into the vehicle interior supply air. The air conditioner additionally has a deflection device, with which the incoming air flows into the vehicle interior when starting the heating operation, in particular during a cold start of the vehicle, with complete bridging of the heating heat exchanger and under sole flow through the air preheater. In this way, the risk is eliminated that in the starting phase, the preheated by the air preheater air is cooled again when flowing through the still cool heat exchanger.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Umlenkeinrichtung eine verstellbare Temperaturklappe sein, die elektronisch von dem Klimagerät ansteuerbar ist und in einer Sperrstellung einen Strömungsdurchlass durch den Heizungswärmetauscher vollständig sperrt. Auf diese Weise kann der Heizungswärmetauscher während der Warmlaufphase luftseitig entkoppelt werden. Speziell in der Warmlaufphase ist somit erfindungsgemäß der Heizungswärmetauscher luftseitig funktionslos geschaltet und erfolgt die Erwärmung des Fahrzeuginnenraums alleine über den Luftvorwärmer.According to one embodiment, the deflection device may be an adjustable temperature flap which can be controlled electronically by the air conditioning unit and completely blocks a flow passage through the heating heat exchanger in a blocking position. In this way, the heating heat exchanger can be decoupled on the air side during the warm-up phase. Especially in the warm-up phase, the heating heat exchanger according to the invention is thus functionally switched on the air side and the heating of the vehicle interior takes place solely via the air preheater.
Die durch einen Luftkanal des Klimagerätes strömende Zuluft kann im Klimagerät in eine erste Teilströmung, die durch den Heizungswärmetauscher geführt ist, und in eine zweite Teilströmung, die am Heizungswärmetauscher vorbeiführbar ist, unterteilt werden. Je nach Stellung der oben erwähnten Umlenkeinrichtung (Temperaturklappe) kann der Strömungsdurchlass der ersten und/oder der zweiten Teilströmung gesteuert werden.The supply air flowing through an air duct of the air conditioner can be subdivided in the air conditioner into a first partial flow, which is guided through the heating heat exchanger, and into a second partial flow, which can be conducted past the heating heat exchanger. Depending on the position of the above-mentioned deflection device (temperature flap), the flow passage of the first and / or the second partial flow can be controlled.
Im Kältemittelkreislauf kann zusätzlich eine Verdampfereinheit geschaltet sein, die zumindest einen, in der Strömungsrichtung der Zuluft vor dem Heizungswärmetauscher angeordneten ersten Verdampfer aufweisen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Verdampfereinheit einen, zum Beispiel mit einem Batterie-Kühlkreislauf gekoppelten zweiten Verdampfer und/oder einen mit dem Kühlkreislauf koppelbaren dritten Verdampfer aufweisen. Diese Verdampfer sind bevorzugt in Parallelschaltung im Kältemittelkreislauf angeordnet. Sie können daher in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung beliebig in den Kälteprozess zugeschaltet bzw. deaktiviert werden. In addition, an evaporator unit can be connected in the refrigerant circuit, which can have at least one first evaporator arranged in the flow direction of the supply air upstream of the heating heat exchanger. Alternatively or additionally, the evaporator unit may have a second evaporator coupled to a battery cooling circuit, for example, and / or a third evaporator coupled to the cooling circuit. These evaporators are preferably arranged in parallel connection in the refrigerant circuit. They can therefore be switched on or off as desired depending on the required cooling capacity in the cooling process.
Das Klimagerät kann bevorzugt sowohl im Umluftbetrieb als auch im Frischluftbetrieb oder in Kombination dieser Betriebsarten arbeiten. Hierzu kann in den Zuluftkanal des Klimagerätes ein strömungstechnisch mit dem Fahrzeuginnenraum verbundener Umluftkanal sowie ein Frischluftkanal einmünden. Die Strömungsquerschnitte dieser Umluft-/Frischluftkanäle kann mittels einer Frischluftklappe bzw. einer Umluftklappe eingestellt werden. Aus Gründen der Bauraumreduzierung ist von Vorteil, wenn der Luftvorwärmer bereits im Frischluftkanal angeordnet ist. Dies bedeutet, dass im Warmlaufprozess (das heißt beim Anfahren des Heizbetriebes) die Frischluftklappe vollständig geöffnet ist, wodurch einströmende Frischluft vom Luftvorwärmer erwärmt wird. Demgegenüber ist der Strömungsquerschnitt des Umluftkanals mittels der Umluftklappe vollständig geschlossen. Bei einer Anordnung des Luftvorwärmers nicht im Klimagerät, sondern im Frischluftkanal kann zudem das Klimagerät – trotz Einsatz des Luftvorwärmers – baulich unverändert bleiben. Entsprechend kann auch ein Standard-Klimagerät verbaut werden.The air conditioner may preferably operate both in the recirculation mode and in the fresh air mode or in combination of these modes. For this purpose, in the supply air duct of the air conditioner a fluidically connected to the vehicle interior recirculated air duct and a fresh air duct open. The flow cross sections of these circulating air / fresh air ducts can be adjusted by means of a fresh air flap or a recirculating air flap. For reasons of space reduction is advantageous if the air preheater is already arranged in the fresh air duct. This means that in the warm-up process (that is, when starting the heating operation), the fresh air damper is fully open, whereby incoming fresh air is heated by the air preheater. In contrast, the flow cross section of the circulating air channel is completely closed by means of the recirculation flap. In an arrangement of the air preheater not in the air conditioner, but in the fresh air duct also the air conditioner - despite the use of the air preheater - structurally unchanged. Accordingly, a standard air conditioner can be installed.
Die in den Kältemittelkreislauf geschaltete Kondensatoreinheit kann neben dem bereits erwähnten Luftvorwärmer einen weiteren Kondensator aufweisen, der als Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgeführt ist und mit dem Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist. Im Heizbetrieb kann somit über den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager Wärme an den Kühlmittelkreislauf abgegeben werden.The connected in the refrigerant circuit condenser unit may have, in addition to the already mentioned air preheater another capacitor, which is designed as a refrigerant-refrigerant heat exchanger and is thermally coupled to the coolant circuit. In heating mode, heat can thus be released to the coolant circuit via the refrigerant-coolant heat exchanger.
Der Luftvorwärmer ist somit ein Kältemittel-Zuluft-Wärmeübertrager, der unmittelbar im luftdurchströmten Klimagerät angeordnet sein kann, das heißt direkt von der Zuluft durchströmbar ist. Auf diese Weise erfolgt speziell in der Warmlaufphase eine hocheffiziente Vorwärmung der Zuluft, und zwar bei noch stillgelegtem Heizungswärmetauscher.The air preheater is thus a refrigerant supply air heat exchanger, which can be arranged directly in the air-flow air conditioner, that is directly flowed through by the supply air. In this way, especially in the warm-up phase, a highly efficient preheating of the supply air takes place, with the heating heat exchanger still idle.
Bevorzugt kann der Kältemittelkreislauf eine parallel zum Luftvorwärmer geschaltete Kältemittel-Bypassleitung aufweisen. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit des Wärmebedarfes im Fahrzeuginnenraum der Luftvorwärmer stillgelegt werden, so dass zum Beispiel lediglich über den oben erwähnten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager Wärme vom Kältemittelkreislauf in den Kühlmittelkreislauf und weiter über den Heizungswärmetauscher in den Fahrzeuginnenraum gelangen kann. Ein solcher spezieller Heizbetrieb mit stillgelegtem Luftvorwärmer ist insbesondere bei einem Innenraum-Heizen im Umluftbetrieb vorteilhaft, bei dem die bereits im Fahrzeuginnenraum befindliche Luft in einem im Wesentlichen geschlossenen Umluftkreislauf umgewälzt werden kann. In diesem Fall arbeitet im Kältemittelkreislauf lediglich der oben erwähnte Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager als Kondensator, nicht jedoch der Luftvorwärmer, so dass das Klimagerät mit reduzierter Leistung betrieben werden kann.Preferably, the refrigerant circuit may have a parallel to the air preheater switched refrigerant bypass line. In this way, depending on the heat demand in the vehicle interior of the air preheater can be shut down, so that, for example, only the above-mentioned refrigerant-refrigerant heat exchanger heat from the refrigerant circuit in the coolant circuit and can pass through the heat exchanger in the vehicle interior. Such a special heating operation with shut-down air preheater is particularly advantageous in an interior heating in recirculation mode, in which the air already in the vehicle interior can be circulated in a substantially closed recirculation circuit. In this case, only the above-mentioned refrigerant-refrigerant heat exchanger functions as a condenser in the refrigerant cycle, but not the air preheater, so that the air conditioner can be operated at a reduced power.
Für eine effiziente Warmlaufphase ist es zudem von Vorteil, wenn im Kühlmittelkreislauf ein elektrischer Zuheizer vorgesehen ist. Die elektrische Leistung des Zuheizers wird vom Antriebsaggregat aufgebracht. Bei Aktivierung des Zuheizers wird daher das Antriebsaggregat mit höherer Motorlast betrieben, wodurch sich das Antriebsaggregat beschleunigt erwärmt. Zudem kann mit dem elektrischen Zuheizer auch bei stillgelegtem Antriebsaggregat der Kühlmittelkreislauf erwämt werden. Zudem kann mit Hilfe des elektrischen Zuheizers die Wärmeabgabe des Luftvorwärmers sowie die Wärmeabgabe des oben erwähnten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers regelungstechnisch sinnvoll eingestellt werden durch geeignete Stelleingriffe des Zuheizers.For an efficient warm-up phase, it is also advantageous if an electric heater is provided in the coolant circuit. The electric power of the auxiliary heater is applied by the drive unit. Upon activation of the auxiliary heater, therefore, the drive unit is operated at a higher engine load, whereby the drive unit heats up accelerated. In addition, the coolant circuit can be treated with the electric heater even when the drive unit is idle. In addition, with the help of the electric heater, the heat output of the air preheater and the heat output of the above-mentioned refrigerant-refrigerant heat exchanger can be set meaningful control technology by appropriate control actions of the auxiliary heater.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The advantageous embodiments and / or further developments of the invention explained above and / or reproduced in the dependent claims can be used individually or else in any desired combination with one another, for example in the case of clear dependencies or incompatible alternatives.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention and its advantageous embodiments and / or developments and their advantages will be explained in more detail with reference to drawings.
Es zeigen:Show it:
In der
Die Wärmeübertrager
Der Kühlmittelkreislauf K der Klimaanlage ist gemäß der
Wie aus der
Die in der
Damit die oben genannten Prozessschritte in der erwähnten Abfolge in den beiden Kondensatoren
Gegebenenfalls kann auf den elektrischen Zuheizer
In der
Im Vergleich zum Heiz-Betrieb der
In der
Sofern eine hier nicht gezeigte Steuereinrichtung eine Innenraum-Kühlung und gleichzeitig eine Batterie-Kühlung anfordert, wird auf der Hochdruckseite das Kältemittel zusätzlich über das Expansionsventil
Wie aus der
In der
Im Zuluftkanal
Nachfolgend ist anhand der
In der Startphase t1 (
Nach der Startphase t1 (
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