DE102021210633A1

DE102021210633A1 - Improved Heat Pump Arrangement

Info

Publication number: DE102021210633A1
Application number: DE102021210633.1A
Authority: DE
Inventors: Simon Pouwels; Sven Twenhövel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-09-23
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2023-03-23

Abstract

Um eine Wärmepumpen-Anordnung (10), mit mindestens einem Wärmeübertrager (11) zum Wärmen oder zum Kühlen von einem über eine Luftzufuhr (12) zugeführten Luftstrom (L) zu schaffen, welche mit geringen Strömungsverlusten betreibbar ist und einen Feuchtigkeitseintrag in den Fahrzeuginnenraum während eines Trocknungsvorgangs verhindert, wird vorgeschlagen, eine Kaltluftöffnung (21) und eine Warmluftöffnung (22) derart auszuführen, dass eine Strömungsrichtung der Luftströmung (L) durch die Kaltluftöffnung (21) der Strömungsrichtung der Luftströmung (L) durch die Warmluftöffnung (22) im Wesentlichen gleicht, und dass zum Durchführen eines Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers (11) die mindestens zwei Mischklappen (31, 32) gleichzeitig verschließbar sind.In order to create a heat pump arrangement (10) with at least one heat exchanger (11) for heating or cooling an air flow (L) supplied via an air supply (12), which can be operated with low flow losses and prevents moisture from entering the vehicle interior during of a drying process is prevented, it is proposed to design a cold air opening (21) and a warm air opening (22) in such a way that a flow direction of the air flow (L) through the cold air opening (21) corresponds essentially to the flow direction of the air flow (L) through the warm air opening (22). and that the at least two mixing flaps (31, 32) can be closed at the same time in order to carry out a drying process for the heat exchanger (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Anordnung, aufweisend mindestens einen Wärmeübertrager zum Wärmen oder zum Kühlen von einem über eine Luftzufuhr zugeführten Luftstrom, wobei der mindestens eine Wärmeübertrager in einem Mischklappenraum zwischen der Luftzufuhr und einem mit einem Fahrzeuginnenraum verbundenen Luftauslasskanal angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Wärmepumpen-Anordnung.The invention relates to a heat pump arrangement having at least one heat exchanger for heating or cooling an air flow supplied via an air supply, the at least one heat exchanger being arranged in a mixing flap space between the air supply and an air outlet duct connected to a vehicle interior. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such a heat pump arrangement.

Zur Steigerung der Effizienz von Elektrofahrzeugen werden Wärmepumpen eingesetzt, insbesondere, um den Fahrzeuginnenraum zu wärmen oder zu kühlen. Je nach Betrieb der Wärmepumpe kann ein Kondensat bzw. Restfeuchtigkeit am Verdampfer der Wärmepumpe verbleiben. Diese Restfeuchtigkeit kann üblicherweise im Rahmen eines Trocknungsvorgangs verdampfen oder verdunsten. Bei den derzeit verfügbaren Wärmepumpen in Fahrzeugen wird ein Luftstrom stets durch den Verdampfer hindurchgeführt und anschließend durch eine Wärmequelle geleitet oder an der Wärmequelle vorbeigeleitet. Somit gelangt die gesamte Feuchtigkeit während des Trocknungsvorgangs des Verdampfers in den Fahrzeuginnenraum. Dies kann zu Beschlag und Bereifung der Scheibeninnenflächen führen.Heat pumps are used to increase the efficiency of electric vehicles, in particular to heat or cool the vehicle interior. Depending on the operation of the heat pump, condensate or residual moisture may remain on the heat pump evaporator. This residual moisture can usually vaporize or evaporate as part of a drying process. With the currently available heat pumps in vehicles, an air flow is always passed through the evaporator and then passed through a heat source or bypassed the heat source. This means that all of the moisture gets into the vehicle interior during the drying process of the evaporator. This can lead to fogging and frosting on the inner surfaces of the windows.

Die KR 20130105530 A beschreibt eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, die das Trocknen von verbleibender Feuchtigkeit an einem Wärmeübertrager der Klimaanlage durch eine Heizvorrichtung ermöglicht. Eine Mischklappe kann wahlweise einen Luftstrom durch den Wärmeübertrager leiten oder den Wärmeübertrager überbrücken. Zum Absperren eines Fahrzeuginnenraums gegenüber dem Wärmeübertrager sind zusätzliche Verschlussklappen erforderlich, die in einem erhöhten Montageaufwand und Regelungsaufwand resultieren.The KR 20130105530 A describes an air conditioning system for a vehicle, which allows the drying of remaining moisture on a heat exchanger of the air conditioning system by a heating device. A mixing flap can either direct an air flow through the heat exchanger or bypass the heat exchanger. To shut off a vehicle interior from the heat exchanger, additional closure flaps are required, which result in increased assembly and control effort.

Die KR 101694041 B1 offenbart eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, bei der ein Wärmeübertrager in einem U-förmigen Raum positioniert ist. Eine doppeltwirkende Mischklappe kann den Querschnitt für die Durchströmung des Wärmeübertragers freigeben, wodurch die Luftströmung durch den Wärmeübertrager hindurchströmt und durch den U-förmigen Raum hinsichtlich der Strömungsrichtung umgelenkt wird. Wird der Querschnitt zum Wärmeübertrager gesperrt, kann die Luftströmung als Kaltluft an dem Wärmeübertrager vorbeiströmen. Durch die aufwändige Richtungsänderung der Luftströmung entstehen hierbei Strömungsverluste, die die Effizienz der Klimaanlage beeinträchtigen. Des Weiteren sind zusätzliche Mischklappen erforderlich, um den Kaltluftstrom gegenüber dem Fahrzeuginnenraum abzuriegeln.The KR 101694041 B1 discloses an air conditioner for a vehicle in which a heat exchanger is positioned in a U-shaped space. A double-acting mixing flap can release the cross-section for the flow through the heat exchanger, as a result of which the air flow flows through the heat exchanger and is deflected with regard to the direction of flow through the U-shaped space. If the cross-section to the heat exchanger is blocked, the air flow can flow past the heat exchanger as cold air. The complex change in direction of the air flow results in flow losses that impair the efficiency of the air conditioning system. Furthermore, additional mixing flaps are required to seal off the flow of cold air from the vehicle interior.

In der KR 102026878 B1 ist ein Verfahren zum Beseitigen von Gerüchen in Verdampfern offenbart. Hierfür wird eine UV-basierte Reinigung bzw. Desinfizierung des Verdampfers durchgeführt.In the KR 102026878 B1 discloses a method for eliminating odors in evaporators. For this purpose, a UV-based cleaning or disinfection of the evaporator is carried out.

Die JP 3719507 B2 beschreibt eine mobile Klimaanlage, die als ein Entfeuchter mit einem Drainagebehälter eingesetzt werden kann.The JP 3719507 B2 describes a mobile air conditioner that can be used as a dehumidifier with a drainage tank.

Aus der KR 101207140 B1 ist eine Klimaanlage für ein Fahrzeug bekannt, die das Ausbreiten von unangenehmen Gerüchen in den Fahrzeuginnenraum durch eine Filteranlage verhindert.From the KR 101207140 B1 an air conditioning system for a vehicle is known, which prevents the spread of unpleasant odors in the vehicle interior through a filter system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpen-Anordnung zu schaffen, die mit geringen Strömungsverlusten betreibbar ist und einen Feuchtigkeitseintrag in den Fahrzeuginnenraum während eines Trocknungsvorgangs verhindert. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object of the invention is to provide a heat pump arrangement that can be operated with low flow losses and prevents moisture from entering the vehicle interior during a drying process. This object is achieved by the features specified in claim 1. Further advantageous configurations of the invention are described in the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Wärmepumpen-Anordnung bereitgestellt, die mindestens einen Wärmeübertrager zum Wärmen oder zum Kühlen von einem über eine Luftzufuhr zugeführten Luftstrom aufweist. Der mindestens eine Wärmeübertrager ist in Strömungsrichtung eines Luftstroms vor einem Mischklappenraum zwischen der Luftzufuhr und einem mit einem Fahrzeuginnenraum verbundenen Luftauslasskanal angeordnet. Eine parallel zu einer Wärmequelle angeordnete Kaltluftöffnung ist durch eine erste Mischklappe und eine in Strömungsrichtung hinter der Wärmequelle angeordnete Warmluftöffnung durch eine zweite Mischklappe derart verschließbar, dass der Luftstrom durch ein Ansteuern von den zwei Mischklappen an der Wärmequelle vorbei oder durch die Wärmequelle hindurch in den Luftauslasskanal leitbar ist. Hierdurch kann eine serielle Anordnung realisiert werden, bei der erst die Wärmequelle und anschließend die Warmluftöffnung durchströmt wird. Die Kaltluftöffnung ist parallel zur Wärmequelle angeordnet und kann somit vom Luftstrom ohne ein Passieren des Wärmeübertragers zum Fahrzeuginnenraum gelangen.According to one aspect of the invention, a heat pump arrangement is provided which has at least one heat exchanger for heating or for cooling an air flow supplied via an air supply. The at least one heat exchanger is arranged in the flow direction of an air flow in front of a mixing flap space between the air supply and an air outlet duct connected to a vehicle interior. A cold air opening arranged parallel to a heat source can be closed by a first mixing flap and a warm air opening arranged behind the heat source in the direction of flow by a second mixing flap in such a way that the air flow past the heat source or through the heat source through activation of the two mixing flaps into the air outlet duct is conductive. In this way, a serial arrangement can be implemented, in which the heat source and then the warm air opening are flowed through. The cold air opening is arranged parallel to the heat source and can therefore reach the vehicle interior from the air flow without passing through the heat exchanger.

Erfindungsgemäß gleicht die Strömungsrichtung der Luftströmung durch die Kaltluftöffnung der Strömungsrichtung der Luftströmung durch die Warmluftöffnung im Wesentlichen. Zum Durchführen eines Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers, welcher in Luftströmungsrichtung vor dem Mischklappenraum und vor der Wärmequelle angeordnet ist, sind hierbei die mindestens zwei Mischklappen gleichzeitig verschließbar.According to the invention, the flow direction of the air flow through the cold air opening is essentially the same as the flow direction of the air flow through the warm air opening. In order to carry out a drying process of the heat exchanger, which is arranged in front of the mixing flap space and in front of the heat source in the air flow direction, the at least two mixing flaps can be closed at the same time.

Je nach Betriebsart ermöglicht die Anordnung ein vollständiges Verschließen des Mischklappenraums gegenüber einem Fahrzeuginnenraum, wodurch die während eines Trocknungsvorgangs freigesetzte Feuchtigkeit kontrolliert abgeführt werden kann und ein Beschlagen der fahrzeugseitigen Scheiben verhindert. Die Feuchtigkeit kann beispielsweise über Öffnungen oder Drainagen in dem Mischklappenraum in ein Umfeld entweichen.Depending on the operating mode, the arrangement enables the mixing flap space to be completely closed off from a vehicle interior, as a result of which the moisture released during a drying process can be removed in a controlled manner and fogging of the vehicle windows is prevented. The moisture can escape into an environment, for example via openings or drainages in the mixing flap space.

Die Luftströmung kann vorzugsweise durch ein Erzeugen von einem Unterdruck oder durch Erzeugen von einem Überdruck in dem Mischklappenraum realisiert werden. Hierfür können die Mischklappen die Warmluftöffnung und/oder die Kaltluftöffnung bevorzugt luftdicht abschließen, sodass die resultierende Luftströmung im Wesentlichen durch den Kondensatablauf entweichen kann. Das Erzeugen eines Unterdrucks kann beispielsweise durch ein Erzeugen eines Unterdrucks am Kondensatablauf erfolgen, sodass die Luftfeuchtigkeit schneller aus dem Mischklappenraum entweichen kann.The air flow can preferably be implemented by generating a negative pressure or by generating an overpressure in the mixing flap space. For this purpose, the mixing flaps can close off the warm air opening and/or the cold air opening, preferably in an airtight manner, so that the resulting air flow can essentially escape through the condensate drain. A negative pressure can be generated, for example, by generating a negative pressure at the condensate outlet, so that the air moisture can escape from the mixing flap space more quickly.

Das direkte Abführen der Restfeuchte an die Umgebung ermöglicht einen effizienten Wärmepumpenbetrieb ohne einen Beschlag oder eine Bereifung des Fahrzeuginnenraums zu riskieren. Durch das Abführen der Feuchtigkeit nach außen wird ein besonders schnelles und effizientes Abtrocknen des Wärmeübertragers ermöglicht.The direct dissipation of the residual moisture to the environment enables efficient heat pump operation without risking the vehicle interior fogging up or frosting up. By dissipating the moisture to the outside, a particularly fast and efficient drying of the heat exchanger is made possible.

Eine Steuerung der unterschiedlichen Betriebszustände der Anordnung kann besonders flexibel erfolgen, wenn die erste Mischklappe durch einen ersten Aktuator und die zweite Mischklappe durch einen zweiten Aktuator in Ihrer Position einstellbar ist. Die Betriebszustände der Anordnung können beispielsweise als ein Kühlen, ein Wärmen oder als ein Trocknungsvorgang ausgestaltet sein.The different operating states of the arrangement can be controlled particularly flexibly if the position of the first mixing flap can be adjusted by a first actuator and the position of the second mixing flap can be adjusted by a second actuator. The operating states of the arrangement can be configured, for example, as cooling, heating or as a drying process.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die erste Mischklappe über einen Kopplungsmechanismus mit der zweiten Mischklappe verbunden, wobei die erste Mischklappe und die zweite Mischklappe über einen (gemeinsamen) Aktuator in ihrer Position einstellbar sind. According to a further exemplary embodiment, the first mixing flap is connected to the second mixing flap via a coupling mechanism, the position of the first mixing flap and the second mixing flap being adjustable via a (common) actuator.

Hierbei kann die Ansteuerung der beiden Mischklappen vereinfacht werden, da nur ein Aktuator für die Ansteuerung benötigt wird. Der gemeinsame Aktuator kann hierbei die erste Mischklappe oder die zweite Mischklappe oder den Kopplungsmechanismus antreiben. Da die erste Mischklappe mit der zweiten Mischklappe über den Kopplungsmechanismus beweglich gekoppelt ist, reicht der Antrieb von einer der Mischklappen oder des Kopplungsmechanismus aus, um eine gemeinsame Ansteuerung aller Mischklappen zu erzielen.Here, the control of the two mixing flaps can be simplified, since only one actuator is required for the control. In this case, the common actuator can drive the first mixing flap or the second mixing flap or the coupling mechanism. Since the first mixing flap is movably coupled to the second mixing flap via the coupling mechanism, the drive from one of the mixing flaps or from the coupling mechanism is sufficient to achieve joint activation of all mixing flaps.

Die erste Mischklappe kann basierend auf einer Vielzahl unterschiedlicher Verbindungsprinzipien mechanisch mit der zweiten Mischklappe gekoppelt werden, wenn der Kopplungsmechanismus als ein Kopplungsgetriebe oder ein Kopplungsriemen oder als eine Kurvenscheibe ausgebildet ist.The first mixing flap can be mechanically coupled to the second mixing flap based on a variety of different connection principles if the coupling mechanism is designed as a coupling gear or a coupling belt or as a cam disk.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind die erste Mischklappe und die zweite Mischklappe entlang jeweils einer Drehachse drehbar in dem Mischklappenraum angeordnet und weisen jeweils einen Positionierungsstift auf, welcher parallel zur Drehachse in eine Positionierungsnut der Kurvenscheibe hineinragt. Bevorzugterweise ist eine Drehposition der ersten Mischklappe und der zweiten Mischklappe durch ein Drehen der Kurvenscheibe einstellbar. Dabei werden die Positionierungsstifte abhängig von der Drehposition der Kurvenscheibe in den Positionierungsnuten geführt und die Mischklappen abgelenkt oder gedreht. Dabei können die Mischklappen linear abgelenkt und/oder radial entlang der jeweiligen Drehachse gekippt bzw. gedreht werden. Die erste Mischklappe kann beispielsweise als eine Mischklappe für die Kaltluftregelung und die zweite Mischklappe als eine Mischklappe für die Warmluftregelung ausgestaltet sein.According to a further embodiment, the first mixing flap and the second mixing flap are each arranged rotatably along a rotation axis in the mixing flap space and each have a positioning pin which projects parallel to the rotation axis into a positioning groove of the cam disk. A rotational position of the first mixing flap and the second mixing flap can preferably be adjusted by rotating the cam disk. The positioning pins are guided in the positioning grooves depending on the rotational position of the cam disk and the mixing flaps are deflected or rotated. The mixing flaps can be deflected linearly and/or tilted or rotated radially along the respective axis of rotation. The first mixing flap can be designed, for example, as a mixing flap for cold air regulation and the second mixing flap as a mixing flap for warm air regulation.

Bevorzugterweise kann die Kurvenscheibe die beiden Mischklappen gleichzeitig verschließen. Durch das Verschließen der beiden Mischklappen verbleibt nur noch die Öffnung des Kondensatablaufs. Die einströmende Luft kann somit die Restfeuchte am Verdampfer bzw. Wärmetauscher aufnehmen und über den Kondensatablauf direkt in die Umgebung hinausströmen. Die Restfeuchtigkeit vom Wärmeübertrager während des Trocknungsvorgangs gelangt somit nicht in den Fahrzeuginnenraum. Somit weist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Mischklappenraum einen Kondensatablauf auf, der dazu eingerichtet ist, während eines Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers entstehende Feuchtigkeit aus dem Mischklappenraum zu leiten. Der Kondensatablauf dient während eines regulären Kühlbetriebs des Fahrzeuginnenraums der Abfuhr von entstehendem Kondenswasser. Im Trocknungsbetrieb erfolgt eine zusätzliche Übernahme der Abfuhr der Luftfeuchtigkeit.The cam disc can preferably close the two mixing flaps at the same time. Closing the two mixing flaps leaves only the opening for the condensate drain. The incoming air can thus absorb the residual moisture on the evaporator or heat exchanger and flow directly out into the environment via the condensate drain. The residual moisture from the heat exchanger during the drying process therefore does not get into the vehicle interior. Thus, according to a further embodiment, the mixing flap space has a condensate drain which is set up to conduct moisture that occurs during a drying process of the heat exchanger out of the mixing flap space. The condensate drain is used during regular cooling operation of the vehicle interior to remove any condensate that forms. In the drying mode, there is an additional takeover of the removal of the humidity.

Während des Trocknungsvorgangs kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur im Wärmeübertrager und gleichzeitiges Fördern eines Luftmassenstroms zum Abführen der Feuchtigkeit aus dem Wärmeübertrager über den Kondensatablauf bereitgestellt werden. Im Rahmen des Verfahrens kann auch ein sicheres Erkennen eines trockenen Wärmeübertragers nach vollständigem Durchführen des vorgenannten Verfahrens realisiert werden. Dies kann beispielsweise durch eine Feuchtigkeitsmessung des aus dem Mischklappenraum gerichteten Luftstroms realisiert werden.According to a further aspect of the invention, a method for increasing the temperature in the heat exchanger and simultaneously conveying an air mass flow for removing the moisture from the heat exchanger via the condensate drain can be provided during the drying process. Within the scope of the method, a reliable detection of a dry heat exchanger can also be realized after the aforementioned method has been carried out completely. This can be done, for example, by a moisture measurement tion of the air flow directed out of the mixing flap space.

Die im Mischklappenraum entstehende Luftfeuchtigkeit während des Trocknungsvorgangs kann besonders effizient entfernt und der Trocknungsvorgang beschleunigt werden, wenn der Mischklappenraum mit einem Überdruck oder mit einem Unterdruck durch ein Gebläse beaufschlagbar ist, um die während eines Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers entstehende Feuchtigkeit durch den Kondensatablauf aus dem Mischklappenraum zu leiten. Somit strömt trockenere Umgebungsluft mit dem Luftstrom in den Mischklappenraum nach und kann zusätzliche Feuchtigkeit aufnehmen bzw. aus dem Mischklappenraum abtransportieren. Insbesondere kann die während des Trocknungsvorgangs erwärmte und nachströmende Umgebungsluft durch die höhere Temperatur mehr Feuchtigkeit aufnehmen, die am Verdampfer und in der Mischkammer vorliegt.The humidity that occurs in the mixing flap space during the drying process can be removed particularly efficiently and the drying process can be accelerated if the mixing flap space can be subjected to overpressure or negative pressure by a blower in order to remove the moisture that occurs during a drying process of the heat exchanger through the condensate drain from the mixing flap space lead. As a result, drier ambient air flows with the air flow into the mixing flap space and can absorb additional moisture or transport it away from the mixing flap space. In particular, the ambient air that is heated and flows in during the drying process can absorb more moisture due to the higher temperature, which is present at the evaporator and in the mixing chamber.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die erste Mischklappe und die zweite Mischklappe durch ein Drehen oder ein Schwenken oder ein Verschieben in ihren Positionen verstellbar. Durch diese Maßnahme können die Mischklappen flexibel durch unterschiedlich ausgestaltete Kinematiken in ihren Positionen verstellt werden, um die Kaltluftöffnung und/oder die Warmluftöffnung zu vergrößern oder zu verkleinern oder zu verschließen. Basierend auf der Einstellung des Querschnitts der Kaltluftöffnung und der Warmluftöffnung durch die Mischklappen kann die Temperatur des Luftstroms zum Fahrzeuginnenraum eingestellt oder ein zum Fahrzeuginnenraum gerichteter Luftstrom unterbunden werden.In a further exemplary embodiment, the positions of the first mixing flap and the second mixing flap can be adjusted by rotating or pivoting or by sliding. As a result of this measure, the mixing flaps can be flexibly adjusted in their positions by differently configured kinematics in order to enlarge or reduce or close the cold air opening and/or the warm air opening. Based on the adjustment of the cross section of the cold air opening and the warm air opening through the mixing flaps, the temperature of the airflow to the vehicle interior can be adjusted or an airflow directed to the vehicle interior can be suppressed.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Wärmeübertrager-Anordnung aufweist. Die Wärmeübertrager-Anordnung ist über einen Luftauslasskanal mit einem Fahrzeuginnenraum verbunden. Über einen Kondensatablauf ist die Wärmeübertrager-Anordnung direkt oder indirekt, beispielsweise über einen Wasserabscheider oder einen Filter, mit einer Umgebung des Kraftfahrzeugs fluidleitend verbunden.According to a further aspect of the invention, a motor vehicle is provided which has a heat exchanger arrangement according to the invention. The heat exchanger arrangement is connected to a vehicle interior via an air outlet duct. The heat exchanger arrangement is connected in a fluid-conducting manner directly or indirectly, for example via a water separator or a filter, to an environment of the motor vehicle via a condensate drain.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Anordnung gemäß einer Ausführungsform,
2 eine perspektivische Ansicht auf eine Kurvenscheibe als einen möglichen Kopplungsmechanismus, und
3 eine Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:

1 a schematic sectional view of a heat pump arrangement according to the invention according to one embodiment,
2 a perspective view of a cam as a possible coupling mechanism, and
3 a side view of a motor vehicle according to the invention according to one embodiment.

In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.In the figures, the same structural elements each have the same reference numbers.

In der 1 ist eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Anordnung 10 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Wärmepumpen-Anordnung 10 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Wärmeübertrager 11, der im Betrieb als eine Wärmesenke fungiert und somit vereisen kann oder aufgrund von Kondensatbildung getrocknet werden muss. Zum Wärmen von einem über eine Luftzufuhr 12 zugeführten Luftstrom L ist eine Wärmequelle 16 vorgesehen. Der Wärmeübertrager 11 fungiert im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Verdampfer.In the 1 a schematic sectional view of a heat pump arrangement 10 according to the invention is shown according to one embodiment. In the exemplary embodiment shown, the heat pump arrangement 10 has a heat exchanger 11, which acts as a heat sink during operation and can therefore ice up or has to be dried due to the formation of condensate. A heat source 16 is provided for heating an air flow L supplied via an air supply 12 . In the exemplary embodiment shown, the heat exchanger 11 functions as an evaporator.

Der mindestens eine Wärmeübertrager 11 ist in einem Mischklappenraum 13 zwischen der Luftzufuhr 12 und einem mit einem in 3 gezeigten Fahrzeuginnenraum 101 verbundenen Luftauslasskanal 14 angeordnet.The at least one heat exchanger 11 is located in a mixing flap space 13 between the air supply 12 and a 3 Shown vehicle interior 101 associated air outlet duct 14 is arranged.

Durch das Fungieren des Wärmeübertragers 11 als ein Verdampfer kann der durch den Mischklappenraum 13 und durch den Wärmeübertrager 11 geführte Luftstrom L gekühlt werden. Due to the fact that the heat exchanger 11 functions as an evaporator, the air flow L guided through the mixing flap space 13 and through the heat exchanger 11 can be cooled.

Die weiteren Komponenten, die für den Betrieb einer Wärmepumpe erforderlich sind, wie beispielsweise Kompressor bzw. Pumpe, Leitungen, Expansionsventil und weitere Wärmetauscher sind der Übersicht halber nicht näher beschrieben.The other components that are required for the operation of a heat pump, such as compressor or pump, lines, expansion valve and other heat exchangers are not described in detail for the sake of clarity.

Eine parallel zur Wärmequelle 16 angeordnete Kaltluftöffnung 21 ist durch eine erste Mischklappe 31 und eine in Strömungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager 11 angeordnete Warmluftöffnung 22 ist durch eine zweite Mischklappe 32 verschließbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die Mischklappen 31, 32 durch eine Drehbewegung entlang jeweils einer Rotationsachse R1, R2 bewegt werden, um einen Querschnitt der Kaltluftöffnung 21 und der Warmluftöffnung 22 zu verändern. Die Strömungsrichtung der Luftströmung L durch die Kaltluftöffnung 21 gleicht im Wesentlichen der Strömungsrichtung der Luftströmung L durch die Warmluftöffnung 22. Eine verlustbehaftete Ablenkung oder Umlenkung der Luftströmung L innerhalb des Mischklappenraums 13 wird somit verhindert und die Strömungsverluste minimiert.A cold air opening 21 arranged parallel to the heat source 16 can be closed by a first mixing flap 31 and a warm air opening 22 arranged behind the heat exchanger 11 in the direction of flow can be closed by a second mixing flap 32 . In the exemplary embodiment shown, the mixing flaps 31, 32 can be moved by a rotary movement along a respective axis of rotation R1, R2 in order to change a cross section of the cold air opening 21 and the warm air opening 22. The flow direction of the air flow L through the cold air opening 21 is essentially the same as the flow direction of the air flow L through the warm air opening 22. A lossy deflection or deflection of the air flow L within the mixing flap space 13 is thus prevented and the flow losses are minimized.

Der Luftstrom L ist durch ein Ansteuern von den zwei Mischklappen 31, 32 an der Wärmequelle 16 vorbei oder durch die Wärmequelle 16 hindurch in den Luftauslasskanal 14 leitbar. Hierdurch kann eine serielle Anordnung realisiert werden, bei der erst die Wärmequelle 16 und anschließend die Warmluftöffnung 22 durchströmt wird. Die Kaltluftöffnung 21 ist parallel zur Wärmequelle 16 angeordnet und kann somit vom Luftstrom L ohne ein Passieren der Wärmequelle 16 zum in 3 gezeigten Fahrzeuginnenraum 101 über den Luftauslasskanal 14 gelangen. Die Wärmequelle 16 kann hierbei ein mit dem als Verdampfer fungierenden Wärmeübertrager 11 gekoppelter Kondensator sein. Alternativ kann die Wärmequelle 16 ein Wärmetauscher eines fahrzeugseitigen Kühlmittelkreislaufs sein.The air flow L can be guided past the heat source 16 or through the heat source 16 into the air outlet duct 14 by controlling the two mixing flaps 31 , 32 . In this way, a serial arrangement can be realized in which only the Heat source 16 and then the warm air opening 22 flows through. The cold air opening 21 is arranged parallel to the heat source 16 and can therefore be used by the air flow L without passing through the heat source 16 to the in 3 shown vehicle interior 101 pass through the air outlet duct 14. The heat source 16 can be a condenser coupled to the heat exchanger 11 functioning as an evaporator. Alternatively, the heat source 16 can be a heat exchanger of an on-board coolant circuit.

Zum Durchführen eines Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers 11 sind hierbei die zwei Mischklappen 31, 32 gleichzeitig verschlossen, um ein Gelangen von Feuchtigkeit in den Fahrzeuginnenraum 101 zu vermeiden. Dieser Betriebsmodus ist in der 1 veranschaulicht.To carry out a drying process of the heat exchanger 11, the two mixing flaps 31, 32 are closed at the same time in order to prevent moisture from getting into the vehicle interior 101. This operating mode is in the 1 illustrated.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Mischklappe 31 und die zweite Mischklappe 32 in einem geschlossenen Zustand, sodass der Luftstrom L aus dem Mischklappenraum 12 nicht in den Luftauslasskanal 14 gelangen kann.In the exemplary embodiment shown, the first mixing flap 31 and the second mixing flap 32 are in a closed state, so that the air flow L from the mixing flap space 12 cannot get into the air outlet duct 14 .

Der Mischklappenraum 13 weist einen Kondensatablauf 15 auf. Der Kondensatablauf ist dazu eingerichtet, die während des Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers 11 entstehende Feuchtigkeit aus dem Mischklappenraum 13 in eine Fahrzeugumgebung zu leiten. Hierzu kann der in Richtung Fahrzeuginnenraum 101 verschlossene Mischklappenraum 13 mit einem Überdruck, beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Gebläse, beaufschlagt werden.The mixing flap space 13 has a condensate drain 15 . The condensate drain is set up to conduct the moisture that is produced during the drying process of the heat exchanger 11 from the mixing flap space 13 into the surroundings of the vehicle. For this purpose, the mixing flap chamber 13, which is closed in the direction of the vehicle interior 101, can be subjected to an overpressure, for example by a fan (not shown).

In der 2 ist eine perspektivische Ansicht auf einen Kopplungsmechanismus 40 in Form einer Kurvenscheibe 40 gezeigt. Die erste Mischklappe 31 und die zweite Mischklappe 32 sind entlang jeweils einer Drehachse R1, R2 drehbar in dem Mischklappenraum 13 angeordnet und weisen jeweils einen Positionierungsstift 33, 34 auf, welcher parallel zur Drehachse R1, R2 in eine Positionierungsnut 41, 42 der Kurvenscheibe 40 hineinragt. Eine Drehposition der ersten Mischklappe 31 und der zweiten Mischklappe 32 ist durch ein Drehen der Kurvenscheibe 40 einstellbar. Die Kurvenscheibe 40 kann hierfür beispielsweise an einem Antriebsritzel 43 direkt oder indirekt über ein Getriebe angetrieben werden. Der Antrieb der Kurvenscheibe 40 über das Antriebsritzel 43 erfolgt mit Hilfe eines Aktuators 30, welcher beispielsweise als ein Elektromotor oder als ein Servomotor ausgestaltet ist.In the 2 a perspective view of a coupling mechanism 40 in the form of a cam disk 40 is shown. The first mixing flap 31 and the second mixing flap 32 are arranged in the mixing flap chamber 13 so as to be rotatable along a respective axis of rotation R1, R2 and each have a positioning pin 33, 34 which projects parallel to the axis of rotation R1, R2 into a positioning groove 41, 42 of the cam disk 40 . A rotational position of the first mixing flap 31 and the second mixing flap 32 can be adjusted by rotating the cam disk 40 . For this purpose, the cam disc 40 can be driven, for example, on a drive pinion 43 directly or indirectly via a gear. The cam disk 40 is driven via the drive pinion 43 with the aid of an actuator 30, which is designed, for example, as an electric motor or as a servo motor.

Eine erste Positionierungsnut 41 ist dazu eingerichtet, die erste Mischklappe 31 über ihren Positionierungsstift 33 zu bewegen. Eine zweite Positionierungsnut 42 ist dazu eingerichtet, die zweite Mischklappe 32 über ihren Positionierungsstift 34 zu bewegen. Hierdurch ist ein gleichzeitiges Schließen der Mischklappen 31, 32 möglich, um den Fahrzeuginnenraum 101 vor einem Feuchtigkeitseintrag zu schützen.A first positioning groove 41 is designed to move the first blend door 31 over its positioning pin 33 . A second positioning groove 42 is configured to move the second blend door 32 over its positioning pin 34 . As a result, the mixing flaps 31, 32 can be closed at the same time in order to protect the vehicle interior 101 from the ingress of moisture.

Die 3 zeigt eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 100 mit einer Wärmetauscher-Anordnung 10 aus 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 100 weist einen Fahrzeuginnenraum 101 auf, welcher fluidführend mit dem Luftauslasskanal 14 verbunden ist. Somit ist der Fahrzeuginnenraum 101 auch mit dem Mischklappenraum 13 verbunden, sodass durch den Wärmetauscher 11 ein erwärmter oder gekühlter Luftstrom L dem Fahrzeuginnenraum 101 zuführbar ist.The 3 10 shows a side view of a motor vehicle 100 with a heat exchanger arrangement 10 1 according to an embodiment of the invention. The motor vehicle 100 has a vehicle interior 101 which is connected to the air outlet duct 14 to carry fluid. Thus, the vehicle interior 101 is also connected to the mixing flap space 13 so that a heated or cooled air flow L can be supplied to the vehicle interior 101 through the heat exchanger 11 .

Bei einem Trocknungsvorgang des Wärmetauschers 11 kann der Fahrzeuginnenraum 101 vor entstehender Feuchtigkeit in Form von Luftfeuchtigkeit geschützt werden, wenn die erste Mischklappe 31 und die zweite Mischklappe 32 durch einen Kopplungsmechanismus 40 gleichzeitig verschlossen werden, sodass ein durch den Mischklappenraum 13 gerichteter Luftstrom L über den Kondensatablauf 15 entweichen kann.During a drying process of the heat exchanger 11, the vehicle interior 101 can be protected from moisture in the form of humidity if the first mixing flap 31 and the second mixing flap 32 are closed simultaneously by a coupling mechanism 40, so that an air flow L directed through the mixing flap space 13 via the condensate drain 15 can escape.

Bezugszeichenlistereference list

100100: Kraftfahrzeugmotor vehicle
101101: Fahrzeuginnenraum vehicle interior
1010: Wärmepumpen-Anordnungheat pump arrangement
1111: Wärmeübertragerheat exchanger
1212: Luftzufuhrair supply
1313: Mischklappenraumblend door space
1414: Luftauslasskanalair outlet duct
1515: Kondensatablaufcondensate drain
1616: Wärmequelle heat source
2121: Kaltluftöffnungcold air vent
2222: Warmluftöffnung warm air vent
3030: Aktuatoractuator
3131: erste Mischklappefirst mixing flap
3232: zweite Mischklappesecond mixing flap
3333: Positionierungsstift der ersten MischklappeFirst blend door positioning pin
3434: Positionierungsstift der zweiten MischklappeSecond blend door positioning pin
4040: Kopplungsmechanismus / KurvenscheibeCoupling mechanism / cam
4141: erste Positionierungsnut zum Bewege der ersten Mischklappefirst positioning groove for moving the first mix door
4242: zweite Positionierungsnut zum Bewege der zweiten Mischklappesecond positioning groove for moving the second mix door
4343: Antriebsritzel drive pinion
LL: Luftstromairflow
R1R1: Rotationsachse der ersten MischklappeAxis of rotation of the first mixing flap
R2R2: Rotationsachse der zweiten MischklappeAxis of rotation of the second mixing flap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

KR 20130105530 A [0003]KR 20130105530 A [0003]
KR 101694041 B1 [0004]KR 101694041 B1 [0004]
KR 102026878 B1 [0005]KR 102026878 B1 [0005]
JP 3719507 B2 [0006]JP 3719507 B2 [0006]
KR 101207140 B1 [0007]KR 101207140 B1 [0007]

Claims

Wärmepumpen-Anordnung (10), aufweisend mindestens einen Wärmeübertrager (11) zum Wärmen oder zum Kühlen von einem über eine Luftzufuhr (12) zugeführten Luftstrom (L), wobei der mindestens eine Wärmeübertrager (11) vor einem Mischklappenraum (13) zwischen der Luftzufuhr (12) und einem mit einem Fahrzeuginnenraum (101) verbindbaren Luftauslasskanal (14) angeordnet ist, wobei der Mischklappenraum (13) eine parallel zu einer Wärmequelle (16) angeordnete Kaltluftöffnung (21) durch eine erste Mischklappe (31) und eine in Strömungsrichtung hinter der Wärmequelle (16) angeordnete Warmluftöffnung (22) durch eine zweite Mischklappe (32) derart verschließbar ist, dass der Luftstrom (L) durch ein Ansteuern von den zwei Mischklappen (31, 32) an der Wärmequelle (16) vorbei oder durch die Wärmequelle (16) hindurch in den Luftauslasskanal (14) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Luftströmung (L) durch die Kaltluftöffnung (21) der Strömungsrichtung der Luftströmung (L) durch die Warmluftöffnung (22) im Wesentlichen gleicht, wobei zum Durchführen eines Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers (11) die mindestens zwei Mischklappen (31, 32) gleichzeitig verschließbar sind.Heat pump arrangement (10), having at least one heat exchanger (11) for heating or for cooling an air flow (L) supplied via an air supply (12), the at least one heat exchanger (11) in front of a mixing flap space (13) between the air supply (12) and an air outlet duct (14) that can be connected to a vehicle interior (101), the mixing flap space (13) having a cold air opening (21) arranged parallel to a heat source (16) through a first mixing flap (31) and one downstream in the direction of flow The warm air opening (22) arranged on the heat source (16) can be closed by a second mixing flap (32) in such a way that the air flow (L) past the heat source (16) by being controlled by the two mixing flaps (31, 32) or through the heat source (16) through into the air outlet duct (14), characterized in that the flow direction of the air flow (L) through the cold air opening (21) of the flow direction of the air flow (L) through the warm air opening (22), the at least two mixing flaps (31, 32) being able to be closed at the same time in order to carry out a drying process for the heat exchanger (11).

Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Mischklappe (31) durch einen ersten Aktuator und die zweite Mischklappe durch einen zweiten Aktuator in Ihrer Position einstellbar ist.arrangement according to claim 1 , wherein the position of the first mixing flap (31) can be adjusted by a first actuator and the position of the second mixing flap can be adjusted by a second actuator.

Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Mischklappe (31) über einen Kopplungsmechanismus (40) mit der zweiten Mischklappe (32) verbunden ist, wobei die erste Mischklappe (31) und die zweite Mischklappe (32) über einen Aktuator (30) in Ihrer Position einstellbar sind.arrangement according to claim 1 or 2 , wherein the first mixing flap (31) is connected to the second mixing flap (32) via a coupling mechanism (40), the position of the first mixing flap (31) and the second mixing flap (32) being adjustable via an actuator (30).

Anordnung nach Anspruch 3, wobei der Kopplungsmechanismus (40) als ein Kopplungsgetriebe oder ein Kopplungsriemen oder als eine Kurvenscheibe ausgebildet ist.arrangement according to claim 3 , wherein the coupling mechanism (40) is designed as a coupling gear or a coupling belt or as a cam.

Anordnung nach Anspruch 4, wobei die erste Mischklappe (31) und die zweite Mischklappe (32) entlang jeweils einer Drehachse (R1, R2) drehbar in dem Mischklappenraum (13) angeordnet sind und jeweils einen Positionierungsstift (33, 34) aufweisen, welcher parallel zur Drehachse (R1, R2) in eine Positionierungsnut (41, 42) der Kurvenscheibe hineinragt, wobei eine Drehposition der ersten Mischklappe (31) und der zweiten Mischklappe (32) durch ein Drehen der Kurvenscheibe einstellbar ist.arrangement according to claim 4 , wherein the first mixing flap (31) and the second mixing flap (32) are arranged in the mixing flap chamber (13) so that they can rotate along a respective axis of rotation (R1, R2) and each have a positioning pin (33, 34) which is parallel to the axis of rotation (R1 , R2) protrudes into a positioning groove (41, 42) of the cam disk, a rotational position of the first mixing flap (31) and the second mixing flap (32) being adjustable by turning the cam disk.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Mischklappenraum (13) einen Kondensatablauf (15) aufweist, wobei der Kondensatablauf (15) dazu eingerichtet ist, während eines Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers (11) entstehende Feuchtigkeit aus dem Mischklappenraum (13) zu leiten.Arrangement according to one of Claims 1 until 5 , wherein the mixing flap space (13) has a condensate drain (15), the condensate drain (15) being set up to conduct moisture arising during a drying process of the heat exchanger (11) from the mixing flap space (13).

Anordnung nach Anspruch 6, wobei der Mischklappenraum (13) mit einem Überdruck oder mit einem Unterdruck durch ein Gebläse beaufschlagbar ist, um die während eines Trocknungsvorgangs des Wärmeübertragers (11) entstehende Feuchtigkeit durch den Kondensatablauf (15) aus dem Mischklappenraum (13) zu leiten.arrangement according to claim 6 , wherein the mixing flap space (13) can be subjected to overpressure or negative pressure by a blower in order to direct the moisture produced during a drying process of the heat exchanger (11) out of the mixing flap space (13) through the condensate drain (15).

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Mischklappe (31) und die zweite Mischklappe (32) durch ein Drehen oder ein Schwenken oder ein Verschieben in ihren Positionen verstellbar sind.Arrangement according to one of Claims 1 until 7 , wherein the positions of the first mixing flap (31) and the second mixing flap (32) can be adjusted by rotating or pivoting or by sliding.

Kraftfahrzeug (100), aufweisend eine Wärmeübertrager-Anordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die über einen Luftauslasskanal (14) mit einem Fahrzeuginnenraum (101) verbunden ist.Motor vehicle (100) having a heat exchanger arrangement (10) according to one of the preceding claims, which is connected to a vehicle interior (101) via an air outlet duct (14).