DE112014002448T5

DE112014002448T5 - Klimaanlage mit Selbstenteisung

Info

Publication number: DE112014002448T5
Application number: DE112014002448.1T
Authority: DE
Inventors: Samy HAMMI; Mohamed Yahia; Stefan Karl; Régine Haller
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2034-04-26
Also published as: FR3005722A1; DE112014002448B4; FR3005722B1; WO2014183972A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage (S_CLIM) für ein Fahrzeug, mit: – einem Wärmetauscher (COND/EVA), der an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist und als frontaler Wärmetauscher bezeichnet wird, – einer Klimatisierungsgruppe (HVAC), die einen Verdampfer (EVA_PCM, 3-FLUID-EVA) aufweist, wobei die Klimaanlage (S_CLIM) dazu ausgelegt ist, zu schalten zwischen – einem ersten Modus, der als Wärmepumpenmodus bezeichnet wird und die Erwärmung des Fahrzeuginnenraums ermöglicht, – einem zweiten Modus, der das Enteisen des frontalen Wärmetauschers (COND/EVA) ermöglicht, wobei die Klimatisierungsgruppe (HVAC) Mittel zur Entnahme von Luftvolumina, die von außerhalb des Fahrzeugs und/oder aus dem Fahrgastraum stammen, aufweist. Mit der Klimaanlage (S_CLIM) ist es möglich, Folgendes durchzuführen: – eine Speicherung der Wärmeenergie eines ersten durch die Entnahmemittel entnommenen Luftvolumens während des ersten Modus, – die Abgabe mindestens eines Teils der gespeicherten Energie zur Erwärmung eines durch den Verdampfer (EVA_PCM, 3-FLUID-EVA) strömenden Kühlfluids während des zweiten Modus.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Bei dem technischen Gebiet der Erfindung handelt es sich im Allgemeinen um das der Klimaanlagen, insbesondere zur Regulierung der Temperatur eines Kraftfahrzeuginnenraums, d.h. zu deren Erhöhung oder Senkung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage, die dazu geeignet ist, einen frontalen Wärmetauscher einer Klimaanlage zu enteisen.
STAND DER TECHNIK
Es sind Klimaanlagen bekannt, die in mindestens zwei Modi arbeiten:

– in einem Heizmodus, bei dem die Temperatur eines Fahrzeuginnenraums erhöht werden kann,
– in einem Klimatisierungsmodus, bei dem die Temperatur des Fahrgastraums reduziert werden kann.

Derartige Anlagen werden als reversibel bezeichnet: sie können zwischen mehreren Modi wechseln, im vorliegenden Fall vom Heizmodus in den Klimatisierungsmodus oder umgekehrt.
Diese Kraftfahrzeugklimaanlagen weisen herkömmlicherweise einen Wärmetauscher auf, der als frontaler Wärmetauscher bezeichnet wird und an der Vorderseite des Fahrzeugs, in der Regel unter der Motorhaube liegt. Der frontale Wärmetauscher arbeitet also mit Luft, die durch ihn strömt und durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erzeugt wird, wenn sich dieses bewegt, oder durch eine Lüftergruppe (abgekürzt mit GMV für „groupe moto ventilateur“, franz. Lüftersatz) zum Pulsieren gebracht wird, wenn das Fahrzeug stillsteht.
Da er jedoch der Außenluft direkt ausgesetzt ist, neigt der frontale Wärmetauscher dazu, zu vereisen, wenn die Außentemperatur sehr niedrig ist. Ein herkömmliches Enteisungsverfahren besteht darin, die Anlage in den Klimatisierungsmodus zu setzen, bei dem der frontale Wärmetauscher von einem unter hohem Druck stehenden und somit warmen Kühlfluid durchströmt wird. Durch die Zirkulation des Kühlfluids durch den frontalen Wärmetauscher kann dieser erwärmt und somit enteist werden.
Dieses Verfahren hat jedoch einen Nachteil. Klimaanlagen weisen herkömmlicherweise eine Klimatisierungsgruppe mit einem Verdampfer auf. Luft, die zumindest teilweise von außen entnommen wird, wird pulsartig durch diesen Verdampfer bewegt. Diese Luft ist daher sehr kalt. Bei dem Verdampfer besteht somit wiederum die Gefahr, dass er vereist.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der Erfindung bietet eine Klimaanlage, die dazu geeignet ist, ihren frontalen Wärmetauscher zu enteisen, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Verdampfer ihrer Klimatisierungsgruppe vereist.
Die Erfindung betrifft somit im Wesentlichen eine Fahrzeugklimaanlage, mit

– einem Wärmetauscher, der an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist und als frontaler Wärmetauscher bezeichnet wird,
– einer Klimatisierungsgruppe mit einem Verdampfer, wobei die Klimaanlage dazu geeignet ist, zu schalten zwischen
– einem ersten Modus, der als Wärmepumpenmodus bezeichnet wird und die Erwärmung des Fahrzeuginnenraums ermöglicht,
– einem zweiten Modus, der das Enteisen des frontalen Wärmetauschers ermöglicht,

– eine Speicherung der Wärmeenergie eines ersten von den Entnahmemitteln entnommenen Luftvolumens während des ersten Modus,
– eine Abgabe mindestens eines Teils der gespeicherten Wärmeenergie zur Erwärmung eines durch den Verdampfer strömenden Kühlfluids während des zweiten Modus.

Der frontale Wärmetauscher wird durch die erfindungsgemäße Klimaanlage enteist. Darüber hinaus wird im zweiten Modus die im ersten Modus gespeicherte Energie abgegeben, wodurch das Vereisen des Verdampfers vermieden wird.
Außer den soeben im vorhergehenden Absatz genannten Merkmalen kann die erfindungsgemäße Klimaanlage aus den nachfolgenden Merkmalen ein oder mehrere zusätzliche Merkmale aufweisen, die einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:

– bei dem zweiten Modus handelt es sich um
– einen sogenannten Klimatisierungsmodus, der das Kühlen des Fahrzeuginnenraums ermöglicht,
– oder um einen sogenannten Entfeuchtungsmodus, der das Entfeuchten des Fahrzeuginnenraums ermöglicht.

In diesen zwei Modi zirkuliert ein Kühlfluid im frontalen Wärmetauscher und im Verdampfer. Darüber hinaus steht das Kühlfluid beim Durchströmen des frontalen Wärmetauschers unter hohem Druck, wodurch der frontale Wärmetauscher enteist werden kann.

– das erste von den Entnahmemitteln entnommene Luftvolumen ist ein Gemisch aus Luft von außerhalb des Fahrzeugs und aus Luft aus dem Fahrgastraum.

Somit hat die entnommene Luft eine höhere Temperatur als die Außenluft, was das Speichern von Energie vereinfacht.

– das Speichern und die Abgabe werden von dem Verdampfer durchgeführt.

Somit können zum Speichern der Wärme besondere Verdampfer, wie etwa ein Verdampfer mit einem Phasenwechselmaterial oder ein Verdampfer mit drei Fluiden verwendet werden. Dadurch ist es nicht erforderlich, neue Elemente in der Klimaanlage hinzufügen. Es sei angemerkt, dass sich die Verwendung und der Betrieb derartiger Verdampfer bisher vollständig von der Verwendung und dem Betrieb, die in der Erfindung beschrieben sind, unterscheiden.

– das Speichern und die Abgabe werden mit einem Phasenwechselmaterial durchgeführt.

Das Phasenwechselmaterial ist dazu geeignet, Wärmeenergie zu speichern. Bei dieser Ausführungsform ist der globale Platzbedarf minimal. Der Platzbedarf ist insbesondere geringer als bei einem Verdampfer mit drei Fluiden, der seinerseits eine Speicherung außerhalb der Klimatisierungsgruppe (HVAC), Rohre und eine Pumpe benötigt. Diese Pumpe benötigt darüber hinaus einen zusätzlichen Stromverbrauch.

– der Verdampfer ist ein Verdampfer mit drei Fluiden, und das Speichern und die Abgabe erfolgen mit einem der drei Fluide.

Das Fluid wird zum Speichern von Wärmeenergie verwendet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Speichern außerhalb der Klimatisierungsgruppe (HVAC), was eine verbesserte Flexibilität zur Erhöhung des Speichervolumens und somit der speicherbaren Energiemenge ermöglicht. Bei der vorhergehenden Ausführungsform ist nämlich die Menge des Phasenwechselmaterials auf diejenige begrenzt, die in den Rohren aufgenommen werden kann, ohne die Wirksamkeit der Komponente im herkömmlichen Betrieb zu beeinträchtigen und unter Beibehaltung eines Verdampfervolumens, das den Anforderungen hinsichtlich des verfügbaren Raums in der Klimatisierungsgruppe entspricht.

– mit der Klimaanlage ist es ferner möglich, während des ersten Modus zumindest einen Teil der gespeicherten Wärmeenergie abzugeben, um ein zweites von den Entnahmemitteln entnommenes Luftvolumen zu erwärmen.

Wenn die gespeicherte Energie nicht zur Erwärmung des Verdampfers verwendet werden kann, beispielsweise wenn der Weg des Fahrzeugnutzers fast beendet ist, ist somit die Energie nicht verloren: sie wird zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums verwendet.

– die Klimaanlage weist ferner Folgendes auf:
– einen Innenkondensator, der in der Klimatisierungsgruppe enthalten ist,
– einen Verdichter,
– einen ersten Druckminderer,
– einen zweiten Druckminderer,
die so angeordnet sind, dass
– während des ersten Modus das Kühlfluid nacheinander durch den Verdichter, den Innenkondensator, den ersten Druckminderer und den frontalen Wärmetauscher strömt.
– während des zweiten Modus das Kühlfluid nacheinander durch den Verdichter, den frontalen Wärmetauscher, den zweiten Druckminderer und den Verdampfer strömt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erwärmung eines frontalen Wärmetauschers und eines Verdampfers einer oben beschriebenen Klimaanlage, das Schritte umfasst, die im ersten Modus ausgeführt werden und bei denen:

– ein erstes Luftvolumen durch die Entnahmemittel entnommen wird,
– die Wärmeenergie des ersten Luftvolumens gespeichert wird,

– der frontale Wärmetauscher durch Zirkulation eines unter hohem Druck stehenden Fluids im frontalen Wärmetauscher erwärmt wird,
– das aus dem frontalen Wärmetauscher stammende Kühlfluid im Verdampfer in Umlauf gebracht wird,
– der Verdampfer durch Abgabe der Wärmeenergie zugunsten des im Verdampfer zirkulierenden Kühlmittels erwärmt wird.

Zusätzlich zu den soeben im vorhergehenden Absatz genannten Merkmalen kann das erfindungsgemäße Verfahren das nachfolgende zusätzliche Merkmal aufweisen:
der erste Modus umfasst ferner Folgendes:

– eine Entnahme durch die Entnahmemittel eines zweiten Luftvolumens über die Klimatisierungsgrupe,
– eine Abgabe der gespeicherten Wärmeenergie zur Erwärmung des zweiten Luftvolumens.

Die Erfindung und ihre verschiedenen Anwendungen werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung und beim Prüfen der sie begleitenden Figuren besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Figuren sind lediglich beispielhaft und keineswegs als die Erfindung einschränkend angegeben. Die Figuren zeigen:
1 eine herkömmliche Klimaanlage aus dem Stand der Technik im Wärmepumpenmodus,
2 die Klimaanlage aus 1 im Klimatisierungsmodus,
3 die Klimaanlage aus 1 im Entfeuchtungsmodus,
4 eine Klimatisierungsgruppe gemäß einem indirekten System,
5 eine Klimaanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Speichermodus,
6 eine Klimaanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Speichermodus,
7 die Klimaanlage aus 5 im Speicherentnahmemodus,
8 die Klimaanlage aus 6 im Speicherentnahmemodus,
9 die Klimaanlage aus 5 im Energiewiederverwendungsmodus,
10 die Klimaanlage aus 6 im Energiewiederverwendungsmodus.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG MINDESTENS EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Sofern nicht anders angegeben, hat ein und dasselbe Element, das in unterschiedlichen Figuren erscheint, ein einziges Bezugszeichen.
In den 1, 2 und 3 ist eine herkömmliche Klimaanlage S_CLIM dargestellt. Aufgrund von Ventilsätzen kann die Anlage S_CLIM schalten zwischen:

– einem ersten Modus, der als Wärmepumpenmodus (in 1 dargestellt) bezeichnet wird und hauptsächlich im Winter dazu verwendet wird, den Fahrgastraum eines Fahrzeugs zu erwärmen,
– einem Klimatisierungsmodus (in 2 dargestellt), der hauptsächlich im Sommer zum Kühlen des Fahrgastraums verwendet wird,
– einem Entfeuchtungsmodus (in 3 dargestellt), der dazu verwendet wird, die Feuchtigkeit im Fahrgastraum zu entfernen.

Eine derartige Klimaanlage wird als „reversibel“ bezeichnet, da sie zwischen mindestens zwei Modi wechseln kann.
Die Klimaanlage S_CLIM weist eine Klimatisierungsgruppe HVAC (für „Heating, Ventilation and Air-Conditioning“) auf, die die folgenden Elemente umfasst:

– einen Verdampfer EVAPO,
– einen Innenkondensator IC,
– einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten PTC (engl. „positive temperature coefficient“).

Die Klimatisierungsgruppe HVAC ist ein Erzeuger für einen Luftstrom mit regulierter Temperatur, der Luft entnimmt, erwärmt oder kühlt und dann zum Fahrgastraum des Fahrzeugs leitet. Genauer gesagt, wird die entnommene Luft zunächst pulsartig durch den Verdampfer EVAPO, dann durch den Innenkondensator IC und schließlich durch den PTC-Widerstand bewegt und dann in den Fahrgastraum geleitet. Bei der entnommenen Luft handelt es sich entweder um Luft, die vollständig von außerhalb stammt („unverbrauchte Luft“ genannt), oder um ein Gemisch aus Außenluft und aus Luft aus dem Fahrgastraum („aufbereitete Luft“ genannt). In letzterem Fall spricht man von einem Betrieb der Klimaanlage S_CLIM im Rezirkulationsmodus. Der Rezirkulationsanteil, d.h. der Prozentanteil an Luft, die aus dem Fahrgastraum entnommen wird, kann parametriert werden.
Es sei angemerkt, dass das Vorhandensein des PTC-Widerstands fakultativ ist. Er wird im Wärmepumpenmodus verwendet und soll als Zusatz für die Erwärmung der Luft die Luft erwärmen, kurz bevor diese in den Innenraum geleitet wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform, die in 4 veranschaulicht ist, wird der Innenkondensator IC der Klimatisierungsgruppe HVAC durch einen Heizkörper RAD ersetzt, der über einen Kreislauf mit glykolhaltigem Wasser CIRC an einen Wasserkondensator W_COND gekoppelt ist, der außerhalb der Klimatisierungsgruppe HVAC liegt, wobei aufgrund einer Pumpe W_PUMP das Wasser zwischen dem Heizkörper RAD und dem Wasserkondensator W_COND zirkuliert. Bei dieser Ausführungsform gibt ein Kühlfluid, das im Wasserkondensator W_COND zirkuliert, seine Wärme an das glykolhaltige Wasser ab, das wiederum diese Wärme an die Luft abgibt, die pulsartig durch den Heizkörper RAD bewegt wird. Es sei angemerkt, dass die nachfolgende Beschreibung auch für eine derartige Ausführungsform gilt.
Die Klimaanlage S_CLIM weist ferner nachfolgende Elemente auf:

– einen Verdichter COMP,
– einen ersten Druckminderer OT_HP,
– einen zweiten Druckminderere OT_AC,
– einen frontalen Wärmetauscher COND/EVA, der dazu geeignet ist, im Klimatisierungsmodus als Kondensator und im Wärmepumpenmodus als Verdampfer zu arbeiten,
– einen Speicher ACCU, der dazu geeignet ist, die Dampf- und Flüssigphase eines Fluids zu trennen und die Flüssigphase zu speichern. Der Speicher ACCU ist herkömmlicherweise am Eingang eines Verdichters angeordnet, um sicherzustellen, dass dieser lediglich auf dem Dampf zurückgreift.

In den 1, 2 und 3 geben die gestrichelten Linien nicht funktionale Verbindungen an, die Linien mit Kreisen geben Leitungen an, in denen ein unter hohem Druck stehendes Kühlfluid (HP) zirkuliert, und schließlich geben die Linien mit Kreuzen die Leitungen an, in denen ein unter niedrigem Druck stehendes Kühlfluid (BP) fließt.
Im Wärmepumpenmodus (1) zirkuliert ein Kühlfluid (das im Allgemeinen aus Fluorkohlenstoff, wie etwa R 134 A, besteht) nacheinander durch folgende Elemente:

– den Verdichter COMP, in den es im dampfförmigen Zustand mit niedrigem Druck V_BP eintritt und aus dem es im dampfförmigen Zustand mit hohem Druck V_HP austritt,
– den Innenkondensator IC, aus dem es im flüssigen Zustand mit hohem Druck L_HP austritt,
– den ersten Druckminderer OT_HP, aus dem es im Zweiphasenzustand (Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf) mit niedrigem Druck B_BP austritt,
– den frontalen Wärmetauscher COND/EVA, der als Verdampfer arbeitet und aus dem es idealerweise im dampfförmigen Zustand mit niedrigem Druck V_BP austritt,
– einen Speicher ACCU, der nützlich ist, wenn das Kühlfluid beim Austritt aus dem frontalen Wärmetauscher COND/EVA noch eine Flüssigphase enthält.

Das Kühlfluid strömt dann zum Verdichter COMP zurück, und der Zyklus beginnt erneut.
Im Wärmepumpenmodus ist der Verdampfer EVAPO außer Betrieb: er wird nicht von Kühlfluid durchströmt. Die entnommene Luft, die pulsartig durch den Verdampfer EVAPO bewegt wird, unterliegt somit keiner Temperaturänderung. Die entnommene Luft wird dann durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid erwärmt, das im Innenkondensator IC zirkuliert, und auch, soweit erforderlich, durch den PTC-Widerstand, bevor sie in den Fahrgastraum geleitet wird.
Im Klimatisierungsmodus (2) zirkuliert das Kühlfluid nacheinander durch folgende Elemente:

– den Verdichter COMP, in den es im dampfförmigen Zustand mit niedrigem Druck V_BP eintritt und im dampfförmigen Zustand mit hohem Druck V_HP austritt,
– den frontalen Wärmetauscher COND/EVA, der als Kondensator arbeitet und aus dem es idealerweise im flüssigen Zustand mit hohem Druck L_HP austritt,
– den zweiten Druckminderer OT_AC, aus dem es im Zweiphasenzustand mit niedrigem Druck B_BP austritt,
– den Verdampfer EVAPO, aus dem es idealerweise im dampfförmigen Zustand mit niedrigem Druck V_PB austritt,
– den Speicher ACCU.

Das Kühlfluid strömt dann zurück zum Verdichter COMP, und der Zyklus beginnt erneut.
Im Klimatisierungsmodus wird die unverbrauchte Luft oder die aufbereitete Luft durch Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid gekühlt, das im Verdampfer EVAPO zirkuliert, und wird dann pulsartig durch den Innenkondensator IC und den PTC-Widerstand, die nicht aktiv sind, bewegt, ohne dass sie einer Temperaturänderung ausgesetzt wird. Die Luft wird schließlich in den Fahrgastraum geleitet.
Im Entfeuchtungsmodus (3) zirkuliert das Kühlfluid nacheinander durch die folgenden Elemente:

– den Verdichter COMP, in den es im dampfförmigen Zustand mit niedrigem Druck V_BP eintritt und aus dem es im dampfförmigen Zustand mit hohem Druck V_HP austritt,
– den Innenkondensator IC, aus dem es im Zweiphasenzustand mit hohem Druck B_HP austritt,
– den frontalen Wärmetauscher COND/EVA, der als Kondensator arbeitet und in dem das Kühlfluid keiner Zustands- oder Druckänderung ausgesetzt ist,
– den zweiten Druckminderer OT_AC, aus dem es im Zweiphasenzustand mit niedrigem Druck B_BP austritt,
– den Verdampfer EVAPO, aus dem es idealerweise im dampfförmigen Zustand mit niedrigem Druck V_BP austritt,
– den Speicher ACCU.

Wie zuvor erläutert, ist der frontale Wärmetauscher COND/EVA an der Vorderseite des Fahrzeugs, in der Regel unter der Motorhaube angeordnet. Wenn sich somit die Klimaanlage S_CLIM im Wärmepumpenbetrieb befindet und die Außenluft kalt ist, neigt der Wärmetauscher COND/EVA dazu, zu vereisen. Um dies zu verhindern, ist ein temporärer Wechsel vom Wärmepumpenmodus in einen zweiten Modus möglich. Bei diesem zweiten Modus handelt es sich um den Klimatisierungsmodus oder den Entfeuchtungsmodus, wobei diese beiden Modi eine Enteisung des frontalen Wärmetauschers COND/EVA ermöglichen.
Ein herkömmliches Verfahren zum Enteisen besteht darin, das System temporär vom Wärmepumpenmodus in den Klimatisierungsmodus oder Entfeuchtungsmodus zu versetzen. In diesen beiden Modi steht nämlich das durch den frontalen Wärmetauscher COND/EVA strömende Kühlfluid unter hohem Druck und ist somit warm. Es erwärmt somit den frontalen Wärmetauscher COND/EVA und bewirkt seine Enteisung.
Im Klimatisierungsmodus oder im Entfeuchtungsmodus wird jedoch der Verdampfer EVAPO von einem unter niedrigem Druck stehenden Kühlfluid und von einem Luftvolumen durchströmt, das zum Teil von außen entnommen wird und auch kalt ist.
Um zu verhindern, dass der Verdampfer seinerseits vereist, wird ein Verdampfer verwendet, mit dem eine Energiespeicherung und eine Abgabe der gespeicherten Energie durchgeführt werden können. Derartige Verdampfer waren Gegenstände von veröffentlichten Patentanmeldungen:

– ein Verdampfer EVA_PCM mit einem Phasenwechselmaterial PCM, der in der Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2010018231 A beschrieben ist. Mit einem derartigen Phasenwechselmaterial PCM kann Energie gespeichert werden. Ein derartiger Verdampfer wird im Allgemeinen als „Stop Stay Cool Evaporator“ bezeichnet. Bei der Patentanmeldung wird jedoch dieser Verdampfer zu einem anderen Zweck als zum Enteisen genutzt und wird unter anderen Bedingungen verwendet.
– ein Verdampfer mit drei Fluiden 3_FLUID_EVA, der in der Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2007119197 A beschrieben ist. Ein derartiger Verdampfer wird gewöhnlich als „Park Stay Cool Evaporator“ bezeichnet. Es handelt sich um eine Kältespeichervorrichtung mit einer primären Schleife und einer sekundären Schleife, wobei die sekundäre Schleife außerhalb der Klimatisierungsgruppe HVAC liegt und einen Fluidbehälter STOR aufweist, der Energie speichern kann. Die drei Fluide eines derartigen Verdampfers sind Luft, Kühlfluid und Energiespeicherfluid, im Allgemeinen Wasser.

Das Speichern von Wärmeenergie erfolgt im Wärmepumpenmodus, und wenn eine Enteisung erforderlich ist, wechselt die Klimaanlage S_CLIM in den Klimatisierungsmodus oder in den Entfeuchtungsmodus, in denen eine Energieabgabe erfolgt.
Speicherung
Das Speichern erfolgt vorteilhafterweise, wenn sich die Klimaanlage S_CLIM im Rezirkulationsmodus befindet. Die Temperatur der Luft, die entnommen und pulsartig durch den Verdampfer bewegt wird, ist somit höher als bei einer Entnahme von Luft nur von außerhalb des Fahrgastraums.
Bei einem Verdampfer EVA_PCM mit einem Phasenwechselmaterial PCM, der in 5 dargestellt ist, wird die Wärmeenergie der Luft, die durch den Verdampfer PCM strömt, im Phasenwechselmaterial PCM gespeichert, wodurch somit die wieder verwertete Luft gekühlt und entfeuchtet wird, bevor sie in den Innenkondensator IC eintritt, um erwärmt zu werden. Vorteilhafterweise wird das Speichern mit einem maximalen Rezirkulationsanteil ausgelöst, wenn das Vereisen des Wärmetauschers COND/EVA nahe erscheint.
Bein einem Verdampfer mit drei Fluiden 3_FLUID-EVA, der in 6 dargestellt ist, erwärmt die Luft das Energiespeicherfluid (beispielsweise Wasser), das aufgrund einer elektrischen Pumpe PUMP im Verdampfer 3_FLUID-EVA zirkuliert. Ein Wasserbehälter STOR ist außerhalb der Klimatisierungsgruppe HVAC angeordnet. Das Speichern wird vorteilhafterweise mit einem maximalen Rezirkulationsanteil ausgelöst, wenn das Vereisen des Wärmetauschers COND/EVA nahe erscheint.
Abgabe
Während des Klimatisierungsmodus oder des Entfeuchtungsmodus arbeitet der frontale Wärmetauscher COND/EVA als Kondensator, und das Fluid, das durch diesen strömt, steht unter hohem Druck. Im Gegensatz dazu wird der Verdampfer der Klimatisierungsgruppe HVAC von einem unter niedrigem Druck stehenden Fluid durchströmt. Der thermodynamische Zyklus des Kühlfluids ermöglicht das Enteisen des Wärmetauschers COND/EVA.
Erfindungsgemäß wird die abgegebene Energie zum Kühlfluid geleitet, das im Verdampfer der Klimatisierungsgruppe HVAC zirkuliert. Das Risiko einer Vereisung des Verdampfers sinkt in diesem Modus, da der niedrige Druck des Kühlfluids höher ist als bei einem herkömmlichen Verdampfer, bei dem keine Wärmeenergie gespeichert werden kann.
Bei einem Verdampfer EVA_PCM mit einem Phasenwechselmaterial PCM, der in 7 dargestellt ist, wird die im Material gespeicherte Energie an das Kühlfluid abgegeben, da die Phasenänderungstemperatur des Materials höher ist als die Verdampfungstemperatur des Kühlfluids mit diesem niedrigen Druck.
Bei einem Verdampfer mit drei Fluiden 3-FLUID-EVA, der in 8 dargestellt ist, zirkuliert das Wasser aufgrund der elektrischen Pumpe, und die gespeicherte Energie im Wasserbehälter wird an das Kühlfluid abgegeben, solange die Temperatur des Wassers höher ist als die Verdampfungstemperatur des Kühlfluids.
Energiewiederverwendung
Wenn Energie gespeichert ist und keine Enteisung mehr erforderlich ist (wenn sich beispielsweise das Fahrzeug nahe seinem Zielpunkt befindet), kann die Energie im Modus mit unverbrauchter Luft verwendet werden, um die entnommene Luft vorzuwärmen, bevor sie in den Innenkondensator IC eintritt. Dieser Modus wird als Energiewiederverwendungsmodus bezeichnet. Die zum Erwärmen der Luft benötigte Wärmekapazität sinkt somit, und der frontale Wärmetauscher COND/EVA wird weniger beansprucht.
Der Fall eines Verdampfers EVA_PCM mit einem Phasenwechselmaterial PCM ist in 9 veranschaulicht, und der Fall eines Verdampfers mit drei Fluiden 3_FLUID_EVA ist in 10 veranschaulicht.

Claims

Klimaanlage (S_CLIM) für ein Fahrzeug, mit: – einem Wärmetauscher (COND/EVA), der an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist und als frontaler Wärmetauscher bezeichnet wird, – einer Klimatisierungsgruppe (HVAC), die einen Verdampfer (EVA_PCM, 3-FLUID-EVA) aufweist, wobei die Klimaanlage (S_CLIM) dazu ausgelegt ist, zu schalten zwischen: – einem ersten Modus, der als Wärmepumpenmodus bezeichnet wird und die Erwärmung des Fahrzeuginnenraums ermöglicht, – einem zweiten Modus, der das Enteisen des frontalen Wärmetauschers (COND/EVA) ermöglicht, wobei die Klimatisierungsgruppe (HVAC) Mittel zur Entnahme von Luftvolumina aufweist, die von außerhalb des Fahrzeugs und/oder aus dem Fahrgastraum stammen, dadurch gekennzeichnet, dass es mit der Klimaanlage (S_CLIM) möglich ist, Folgendes durchzuführen: – eine Speicherung der Wärmeenergie eines ersten durch die Entnahmemittel entnommenen Luftvolumens während des ersten Modus, – eine Abgabe mindestens eines Teils der gespeicherten Wärmeenergie zur Erwärmung eines durch den Verdampfer (EVA_PCM, 3-FLUID-EVA) strömenden Kühlfluids während des zweiten Modus.
Klimaanlage (S_CLIM) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Modus: – um einen sogenannten Klimatisierungsmodus handelt, der das Kühlen des Fahrzeuginnenraums ermöglicht, – oder um einen sogenannten Entfeuchtungsmodus, der das Entfeuchten des Fahrzeuginnenraums ermöglicht.
Klimaanlage (S_CLIM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste von den Entnahmemitteln entnommene Luftvolumen ein Gemisch aus Luft von außerhalb des Fahrzeugs und aus Luft aus dem Fahrgastraum ist.
Klimaanlage (S_CLIM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichern und die Abgabe durch den Verdampfer (EVA_PCM, 3-FLUID-EVA) erfolgen.
Klimaanlage (S_CLIM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichern und die Abgabe mit einem Phasenwechselmaterial (PCM) erfolgen.
Klimaanlage (S_CLIM) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3-FLUID-EVA) ein Verdampfer mit drei Fluiden ist und das Speichern und die Abgabe mit einem der drei Fluide erfolgt.
Klimaanlage (S_CLIM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit der Klimaanlage möglich ist, während des ersten Modus mindestens einen Teil der gespeicherten Wärmeenergie zur Erwärmung eines zweiten von den Entnahmemitteln entnommenen Luftvolumens abzugeben.
Klimaanlage (S_CLIM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Folgendes aufweist: – einen Innenkondensator (IC), der in der Klimatisierungsgruppe (HVAC) enthalten ist, – einen Verdichter (COMP), – einen ersten Druckminderer (OT_HP), – einen zweiten Druckminderer (OT_AC), die so angeordnet sind, dass: – während des ersten Modus das Kühlfluid nacheinander durch den Verdichter (COMP), den Innenkondensator (IC), den ersten Druckminderer (OT_HP) und den frontalen Wärmetauscher (COND/EVA) strömt, – während des zweiten Modus das Kühlfluid nacheinander durch den Verdichter (COMP), den frontalen Wärmetauscher (COND/EVA), den zweiten Druckminderer (OT_AC) und den Verdampfer (EVA_PCM, 3_FLUID_EVA) strömt.
Verfahren zur Erwärmung eines frontalen Wärmetauschers (COND/EVA) und eines Verdampfers (EVA_PCM, 3_FLUID_EVA) einer Klimaanlage (S_CLIM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Schritte umfasst, die in einem ersten Modus ausgeführt werden und bei denen: – ein erstes Luftvolumen durch die Entnahmemittel entnommen wird, – die Wärmeenergie des ersten Luftvolumens gespeichert wird, sowie Schritte, die nach einem Wechsel vom ersten Modus in den zweiten Modus ausgeführt werden und bei denen: – der frontale Wärmetauscher (COND/EVA) durch Zirkulation eines unter hohem Druck stehenden Kühlfluids im frontalen Wärmetauscher (COND/EVA) erwärmt wird, – das aus dem frontalen Wärmetauscher (COND/EVA) stammende Kühlfluid im Verdampfer (EVA_PCM, 3_FLUID_EVA) in Umlauf gebracht wird, – der Verdampfer (EVA_PCM, 3_FLUID_EVA) durch Abgabe der Wärmeenergie zugunsten des im Verdampfer (EVA_PCM, 3_FLUID_EVA) zirkulierenden Kühlfluids erwärmt wird.
Verfahren zur Erwärmung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus ferner Folgendes umfasst: – Entnahme über die Entnahmemittel eines zweiten Luftvolumens durch die Klimatisierungsgruppe (HVAC); – Abgabe der gespeicherten Wärmeenergie zur Erwärmung des zweiten Luftvolumens.