DE4125768A1 - Klimaanlage, insbesondere fuer ein elektrofahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraft­ fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen luftdurchströmten Ver­ dampfer und einen luftdurchströmten Kondensator aufweist, wobei der Abluftstrom von Verdampfer und/oder Kondensator in den Fahrzeug-Innenraum oder in die Umgebung gelangen kann.

Eine derartige Klimaanlage bildet zumindest internen Stand der Technik. Diesen Stand der Technik im Hinblick auf Funktionalität und Bauaufwand zu verbessern, ist Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Ver­ dampfer und der Kondensator in zumindest bereichsweise im wesentlichen nebeneinander verlaufenden Luftkanälen ange­ ordnet sind, denen ein gemeinsames Luftstrom-Förderge­ bläse vorgeschaltet ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Erfindungsgemäß genügt ein einziges Gebläse, um die Luft­ ströme durch den Verdampfer sowie den Kondensator des Kältemittelskreislaufes zu fördern. Die zugeordneten Luftkanäle gehen dabei von diesem gemeinsamen Gebläse aus und verlaufen zumindest anfangs nebeneinander, um gün­ stige und gleichmäßige Einströmverhältnisse zu erzielen. Vorteilhafterweise ist mit den erfindungsgemäßen Merkma­ len nicht nur lediglich ein einziges Gebläse erforder­ lich, sondern kann darüber hinaus die Zahl umschaltbarer Luftleitelemente, so beispielsweise Klappen, gering ge­ halten werden. Vorgesehen sein können derartige umschalt­ bare Luftleitelemente um den Abluftstrom des Verdampfers oder des Kondensators wahlweise in den Fahrzeug-Innenraum oder in die Umgebung zu leiten. Gelangt der Abluftstrom des in den Kältemittelkreislauf eingebundenen Verdampfers in den Fahrzeug-Innenraum, so wird dieser gekühlt. Eine Beheizung des Fahrzeug-Innenraumes hingegen ist möglich, wenn der Abluftstrom des Kondensators in den Innenraum geführt wird, während der Abluftstrom des Verdampfers dann in die Umgebung abgeleitet wird.

Weiter erhöht werden kann die Heizleistung der Klimaan­ lage durch einen weiteren Wärmetauscher, der in den Kühl­ mittelkreislauf der Fahrzeug-Antriebseinheit eingebunden sein kann. Bei der Fahrzeug-Antriebseinheit kann es sich um eine Brennkraftmaschine handeln; im Falle eines Elek­ trofahrzeuges soll unter den Begriff der Antriebseinheit neben dem Elektromotor auch eine Batterie und/oder eine elektrische Steuereinheit, die bekanntlich ebenfalls Ver­ lustwärme erzeugt, fallen. Selbstverständlich empfiehlt es sich, diesen Kühlmittelkreislauf-Wärmetauscher, der an einen Luftstrom Wärme abgibt, im Kondensator-Luftkanal der Klimaanlage anzuordnen. Noch weiter gesteigert werden kann die Heizleistung der Klimaanlage durch ein Heizele­ ment, das den Kühlmittelkreislauf erwärmt. Vorteilhafter­ weise erhöht ein derartiges, in einfachster Weise bei­ spielsweise tauchsiederähnlich ausgebildetes Heizelement den Luftströmungswiderstand der Klimaanlage nicht.

Besteht zwischen dem Verdampfer-Luftkanal sowie dem Kon­ densator-Luftkanal stromab des Verdampfers sowie stromauf eines im Kondensator-Luftkanal vorgesehenen Wärmetau­ schers eine Luftübertritts-Möglichkeit, so kann eine er­ findungsgemäße Klimaanlage im sog. reheat-Betrieb arbei­ ten. Dabei wird ein zu klimatisierender Luftstrom zunächst abgekühlt und anschließend erwärmt, womit eine Trocknung des Luftstromes einhergeht. Weiter gesteigert werden kann der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Kli­ maanlage im sog. Umluftbetrieb. Hierzu mündet stromauf des Fördergebläses neben einem Frischluft-Ansaugkanal um­ schaltbar oder auch nur zuschaltbar ein mit dem Fahrzeug-In­ nenraum verbundener Umluft-Ansaugkanal.

Insbesondere im Falle eines Elektrofahrzeuges bietet es sich an, den Kompressions-Kältemittelkreislauf elektromo­ torisch zu betreiben. Die Kälteleistung - in diesem Fall gelangt die Verdampferabluft in den Fahrzeug-Innenraum - bzw. die Wärmeleistung - hier gelangt die Kondensatorab­ luft in den Innenraum - des Kältemittelkreislaufes kann dann einfach durch Variation der Drehzahl des Elektromo­ tors geregelt werden. In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, daß daneben selbstverständlich auch das ebenfalls vorzugsweise elektromotorisch angetriebene Fördergebläse sowie die ebenfalls vorzugsweise elektrisch betätigten Luftstrom-Umschaltklappen den jeweiligen Er­ fordernissen entsprechend insbesondere von einer elektro­ nischen Steuereinheit angesteuert werden können. Den Vorgabewerten eines Fahrzeuginsassen oder niedergelegten Behaglichkeitswerten entsprechend kann diese Steuerein­ heit darüber hinaus neben der oben erwähnten elektrischen Beheizung eines Kühlmittelkreislaufes auch eine in diesem Kreislauf vorgesehene Förderpumpe ansteuern.

Drei Prinzipskizzen (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3) zeigen be­ vorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Mit der Bezugsziffer 10 ist ein Kältemittelkreislauf be­ zeichnet, der neben einem Verdampfer 11 sowie einem Kon­ densator 12 einen von einem Elektromotor 13 angetriebenen Kompressor 14 sowie ein Expansionsventil 15 enthält. Sowohl der Elektromotor 13 und somit auch der Kompressor 14 als auch das Expansionsventil 15 können elektrisch be­ liebig ansteuerbar sein, um die Nutzleistung dieses Kom­ pressions-Kältemittelkreislaufes 10 zu beeinflussen.

Ein Kühlmittelkreislauf 20 enthält neben einem luftdurch­ strömten Wärmetauscher 21 u. a. eine Förderpumpe 22 sowie eine elektrische Zusatzheizung 23 zur Erwärmung des Kühl­ mittels. Insbesondere dient der Kühlmittelkreislauf 20 zur Kühlung bzw. Temperierung einer Fahrzeug-Antriebsein­ heit 24, deren Bestandteile u. a. ein Fahrzeug-Elektromo­ tor 24a sowie eine Fahrzeug-Batterie 24b sind.

Der luftdurchströmte Verdampfer 11, der luftdurchströmte Kondensator 12, sowie der luftdurchströmte Wärmetauscher 21 sind Bestandteil der in ihrer Gesamtheit mit 30 be­ zeichneten Klimaanlage eines Elektrofahrzeuges. Weitere Elemente dieser Klimaanlage sind zwei Luftkanäle 31a, 31b, die über Klappen 32a, 32b gesteuert entweder im Fahrzeug-Innenraum (Pfeil 33) oder in der Umgebung (Pfeil 34) münden. Stromauf der Klappe 32a sind im Kondensator-Luft­ kanal 31a der Kondensator 12 sowie der Wärmetauscher 21 angeordnet, während sich stromauf der Klappe 32b im Verdampfer-Luftkanal 31b der Verdampfer 11 befindet. Stromauf des Verdampfers 11 bzw. des Kondensators 12 ver­ laufen die Luftkanäle 31a, 31b im wesentlichen nebenein­ ander und vereinigen sich zu einem Ansaugkanal 35, in dem ein einziges, die beiden Luftkanäle 31a, 31b versorgendes Luftstrom-Fördergebläse 36 angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt die Verhältnisse beim Kühlen des Fahrzeug-In­ nenraumes 33. Der Kältemittelkreislauf 10 ist in Be­ trieb, so daß der vom Gebläse 36 geförderte Luftstrom im Luftkanal 31b am Verdampfer 11 abgekühlt wird und ent­ sprechend der Stellung der Klappe 32b in den Fahrzeug-In­ nenraum 33 gelangt. Gleichzeitig muß jedoch nicht nur die Abwärme des Kältemittelkreislaufes 10, sondern auch die Abwärme der Fahrzeug-Antriebseinheit 24 abgeführt werden. Diese Abwärme nimmt der ebenfalls vom Gebläse 36 geför­ derte, im Luftkanal 31a geführte Luftstrom am Kondensator 12 sowie am Wärmetauscher 21 auf. Entsprechend der Stel­ lung der Klappe 32a gelangt dieser Luftstrom als Abluft­ strom in die Umgebung 34.

Fig. 2 zeigt die Verhältnisse bei der Beheizung des Fahr­ zeug-Innenraumes. Entsprechend der andersartigen Stellung der Klappe 32a gelangt hierbei der im Kondensator-Luftka­ nal 31a geführte Luftstrom in den Fahrzeug-Innenraum 33. Wie bereits oben erläutert, wurde dieser Luftstrom am Kondensator 12 sowie am Wärmetauscher 21 erwärmt. Gleich­ zeitig wird der im Verdampfer-Luftkanal 31b geführte, am Verdampfer 11 abgekühlte Luftstrom entsprechend der Stel­ lung der Klappe 32b in die Umgebung 34 abgeführt. Der so­ mit auch bei Beheizung des Fahrzeug-Innenraumes betrie­ bene Kältemittelkreislauf 10 arbeitet hier als Wärme­ pumpe.

Fig. 2 zeigt weiterhin eine modifizierte Gestaltung des Ansaugkanales 35. Eine Umschaltklappe 37 verschließt hierbei einen in der Umgebung mündenden Frischluft-An­ saugkanal 35a und gibt einen im Fahrzeug-Innenraum 33 mündenden Umluft-Ansaugkanal 35b frei. Hierbei arbeitet die Klimaanlage 30 somit im bekannten Umluftbetrieb.

Bei der Variante nach Fig. 3 hingegen ist der sog. re­ heat-Betrieb möglich. Stromab des Verdampfers 11 sowie stromauf des Kondensators 12 ist ein von einer Klappe 38a verschließbarer Luftübertritt 39 vom Luftkanal 31b zum Luftkanal 31a vorgesehen. Eine weitere Klappe 38b ver­ schließt direkt stromab des Fördergebläses 36 den Konden­ sator-Luftkanal 31a. Somit gelangt der vom Gebläse 36 ge­ förderte Luftstrom vollständig über den Verdampfer 11 und wird hierbei abgekühlt und entfeuchtet. Anschließend wird dieser getrocknete Luftstrom über den Luftübertritt 39 in den Luftkanal 31a geleitet und gelangt über den Kondensa­ tor 12 sowie den Wärmetauscher 21 in den Fahrzeug-Innen­ raum 33. Der Fahrzeug-Innenraum wird hierbei mit getrock­ neter Luft beheizt, gleichzeitig wird wie bereits im oben erläuterten Heizbetrieb die Fahrzeug-Antriebseinheit 24 über den Kühlmittelkreislauf 20 abgekühlt.

Sämtliche Klappen 32a, 32b, 37, 38a, 38b können selbst­ verständlich in einer einzigen Klimaanlage 30 installiert sein und den jeweiligen Erfordernissen entsprechend posi­ tioniert werden. Die gezeigte Klimaanlage stellt somit eine energetisch und aus Sicht des Nutzen-Aufwand-Ver­ hältnisses sinnvolle Weiterentwicklung bekannter Klimaan­ lagen unter Berücksichtigung aller möglichen Betriebs­ fälle dar, wobei ein maximaler Komfort realisiert werden kann, indem die Heizwirkung bzw. Kühlwirkung je nach Wunsch sofort zur Verfügung steht. Da der Kältemittelkreislauf 10 auch im Wärmepumpenbetrieb arbeiten kann und da die Abluft des Kühlmittelkreislaufes 20 vollständig zur Be­ heizung des Fahrzeug-Innenraumes genutzt werden kann, werden die einzelnen Komponenten der Klimaanlage 30 auf rationellste Weise ausgenutzt. Die gezeigte Klimaanlage zeichnet sich darüber hinaus durch eine geringe elektri­ sche Energieaufnahme sowie ein geringes Systemgewicht aus. Auch der Bauaufwand ist aufgrund des einzigen För­ dergebläses 36 äußerst gering. Dies ermöglicht einen kom­ pakten und wartungsfreundlichen Aufbau der gezeigten Kli­ maanlage 30. Dabei sind neben den gezeigten Ausführungs­ beispielen auch Abwandlungen insbesondere konstruktiver Art möglich, die unter den Inhalt der Patentansprüche fallen.

Claims (7)

1. Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, mit einem Kältemittelkreislauf (10), der einen luftdurchströmten Verdampfer (11) und einen luftdurchströmten Kondensator (12) auf­ weist, wobei der Abluftstrom von Verdampfer (11) und/oder Kondensator (12) in den Fahrzeug-Innenraum (33) oder in die Umgebung (34) gelangen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (11) und der Kondensator (12) in zumindest bereichsweise im wesentlichen nebeneinander verlaufenden Luftkanälen (31a, 31b) angeordnet sind, denen ein gemeinsames Luftstrom-Fördergebläse (36) vorgeschaltet ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Luftkanälen (31a, 31b) stromab des Verdampfers (11) oder Kondensators (12) eine Umschaltklappe (32a, 32b) vorgesehen ist, die den jeweiligen Luftkanal (31a, 31b) im Fahrzeug-In­ nenraum (33) oder in der Umgebung (34) münden läßt.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Kondensator (12) enthaltenden Luftkanal (31a) ein weiterer, in einen Kühlmittelkreislauf (20) eingebundener Wärme­ tauscher (21) angeordnet ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem der Temperierung einer Fahrzeug-Antriebseinheit (24) dienenden Kühl­ mittelkreislauf (20) eine insbesondere elektrische Beheizung (23) des Kühlmittels vorgesehen ist.

5. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom Verdampfer-Luftkanal (31b) zum Kondensator-Luftkanal (31a) stromab des Verdampfers (11) und stromauf eines im Kondensator-Luft­ kanal (31a) vorgesehenen Wärmetauschers (12, 21) ein verschließbarer Luftübertritt (39) vorgesehen ist.

6. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf des Förderge­ bläses (36) umschaltbar ein Frischluft-Ansaugkanal (35a) und ein mit dem Fahrzeug-Innenraum verbundener Umluft-Ansaugkanal (35b) münden.

7. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkreislauf (10) einen elektromotorisch angetriebenen Kompressor (14) enthält, wobei die Kälteleistung bzw. Wärmelei­ stung des Kältemittelkreislaufes (10) u. a. durch Variation der Drehzahl des Elektromotors (13) gere­ gelt wird.