DE69312854T2

DE69312854T2 - Verfahren und Anlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE69312854T2
Application number: DE69312854T
Authority: DE
Inventors: Olusegun Benedict
Original assignee: Valeo Climatisation SA
Current assignee: Valeo Climatisation SA
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: FR2697209A1; DE69312854D1; JPH06211038A; US5390508A; EP0595713A1; EP0595713B1; FR2697209B1

Description

Die Erfindung betrifft die Klimatisierung von Fahrzeugen, insbesondere von Elektrofahrzeugen.
Bei einem bekannten Verfahren zur Regelung der Temperatur im Innenraum eines Fahrzeugs wird eine Klimaanlage benutzt, in der ein Kältemittel in einer Richtung zwischen einem Verdampfer, in dem es Wärme von einem Luftstrom aufnimmt, und einem Kondensator, in dem es Wärme an einen Luftstrom abgibt, umläuft. Wenn bei diesem bekannten Verfahren ein Luftstrom vor seiner Einleitung in den Fahrzeuginnenraum gekühlt werden soll, wird er mit dem Verdampfer in Kontakt gebracht.
Wenn hingegen ein Luftstrom vor seiner Einleitung in den Fahrzeuginnenraum erwärmt werden soll, wird dazu üblicherweise die durch den Verbrennungsmotor für den Antrieb des Fahrzeugs abgegebene Wärme herangezogen.
Im Falle eines Elektrofahrzeugs ist die durch das elektrische Antriebssystem erzeugte Wärme im Winter nicht ausreichend, um den Wärmebedarf des Fahrzeuginnenraums zu decken. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, eine zusätzliche Wärmequelle vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Beheizung des Fahrzeuginnenraums die existierende Klimaanlage zu nutzen, ohne die Strömungsrichtung des Kältemittels zu verändern.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Regelung der Temperatur im Innenraum eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Klimaanlage, in der ein Kältemittel in einer Richtung zwischen mindestens einem Verdampfer, in dem es Wärme von einem Luftstrom aufnimmt, und mindestens einem Kondensator, in dem es Wärme an einen Luftstrom abgibt, zirkuliert, wobei das Kältemittel, wenn ein Luftstrom vor seiner Einleitung in den Fahrzeuginnenraum gekühlt werden soll, zwischen einem ersten Verdampfer und einem ersten Kondensator zum Zirkulieren und der besagte Luftstrom mit dem ersten Verdampfer in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel, wenn ein Luftstrom vor seiner Einleitung in den Fahrzeuginnenraum erwärmt werden soll, zwischen einem zweiten Verdampfer und einem zweiten Kondensator zum Zirkulieren und der besagte zu erwärmende Luftstrom mit dem zweiten Kondensator in Kontakt gebracht wird.
Die Verwendung unterschiedlicher Verdampfer und unterschiedlicher Kondensatoren für die Kühlung und die Heizung ermöglicht einerseits eine Auslegung jedes dieser Elemente entsprechend der für seine jeweilige Funktion maximal erforderlichen Wärmeleistung und andererseits die Anordnung jedes dieser Elemente an der optimalen Stelle im Luftkreislauf.
Dabei kann insbesondere der zweite Verdampfer mit dem ersten Verdampfer parallel und der zweite Kondensator mit dem ersten Kondensator parallel in ein und demselben Kältemittelkreislauf angeordnet sein, wobei Mittel vorgesehen sind, um wahlweise einen der beiden Verdampfer und einen der beiden Kondensatoren einzuschalten.
Außerdem ist vorgesehen, daß die Einschaltmittel mindestens zwei Dreiwegeventile umfassen, von denen eines wahlweise den ersten Verdampfer oder den zweiten Verdampfer und das andere den ersten Kondensator oder den zweiten Kondensator mit gemeinsamen Bestandteilen des besagten Kreislaufs, etwa einem Kompressor oder einem Expansionsorgan, in Verbindung setzen kann.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anlage zur Anwendung des vorgenannten Verfahrens, umfassend einen Luftkreislauf mit einem ersten Teilstück, das zu kühlende Bestandteile des Fahrzeugs enthält und auf einem Teil seiner Länge in einen ersten Strang und einen zweiten Strang unterteilt ist, die parallel zueinander angeordnet sind und den ersten Kondensator bzw. den zweiten Verdampfer enthalten, und mit einem zweiten Teilstück, das hinter dem ersten Teilstück angeordnet und auf einem Teil seiner Länge in einen dritten Strang und einer vierten Strang unterteilt ist, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei der dritte Strang den ersten Verdampfer und der vierte Strang den zweiten Kondensator enthält, Mittel zur Erzeugung eines ersten Luftstroms im ersten Teilstück, Mittel zur Erzeugung eines zweiten Luftstroms im zweiten Teilstück, selektive Verschlußmittel, um die Zirkulation der besagten Luftströme in jedem der ersten, zweiten, dritten und vierten Stränge freizugeben oder zu sperren, ein gesteuertes Verschlußorgan, um die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Teilstück zu unterbrechen, einen Außenlufteinlaß am vorderen Ende des ersten Teilstücks, einen Luftauslaß nach außen am hinteren Ende des ersten Teilstücks, einen Außenlufteinlaß und einen Umlufteinlaß am vorderen Ende des zweiten Teilstücks, die mit Mitteln zur Einstellung der Außenluft- und Umluftanteile versehen sind, und einen Luftauslaß zum Fahrzeuginnenraum am hinteren Ende des zweiten Teilstücks. Nach weiteren, zusätzlichen oder alternativen Merkmalen der Erfindung ist folgendes vorgesehen:
- Eine Zusatzwärmequelle mit Steuerungsmitteln ist im ersten Teilstück angeordnet.
- Die zu kühlenden Bestandteile umfassen eine Versorgungsbatterie für einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs und/oder einen Kompressor für das Kältemittel.
- Sie umfaßt Mittel zur koordinierten Steuerung, die auf die selektiven Verschlußmittel und auf die Einschaltmittel der Verdampfer und der Kondensatoren einwirken können, so daß jeder Verdampfer und jeder Kondensator eingeschaltet wird, wenn ein Luftstrom in dem Strang des Luftkreislaufs zirkuliert, in dem er sich befindet, und ausgeschaltet wird, wenn kein Luftstrom in dem besagten Strang zirkuliert.
- Die Mittel zur koordinierten Steuerung können eine erste Konfiguration der Anlage herstellen, in welcher der erste Verdampfer und der erste Kondensator eingeschaltet sind, der zweite Verdampfer und der zweite Kondensator ausgeschaltet sind und das gesteuerte Verschlußorgan die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Teilstück unterbricht, und eine zweite Konfiguration, in welcher der zweite Verdampfer und der zweite Kondensator eingeschaltet sind, der erste Verdampfer und der erste Kondensator ausgeschaltet sind und das gesteuerte Verschlußorgan die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Teilstück öffnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen die Figuren 1 und 2 analoge Schaltbilder zur Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage in zwei Konfigurationen zeigen, die dem Betrieb im Sommer bzw. im Winter entsprechen.
Die dargestellte Anlage zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs mit Elektroantrieb umfaßt einen Klimatisierungsluftkreislauf, der im wesentlichen aus zwei Teilstücken 1 und 2 besteht, die über eine Verbindungsöffnung 3, die durch eine Klappe 11 verschlossen werden kann, hintereinander angeschlossen sind. Das, bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft, vordere Ende des Teilstücks 1 steht mit dem Außenbereich des Fahrzeugs über eine Öffnung 4 in Verbindung, die mit einem in Form einer Klappe mit mehreren schwenkbaren Lamellen dargestellten Verschlußorgan 5 versehen ist, während das hintere Ende des Teilstücks 2 mit dem Innenraum 6 des Fahrzeugs in Verbindung steht.
Das Teilstück 1 ist auf einem Teil seiner Länge in einen ersten Strang 7 und einen zweiten Strang 8 unterteilt. Das zweite Teilstück 2 ist ebenfalls auf einem Teil seiner Länge in einen dritten Strang 9 und einen vierten Strang 10 unterteilt. Vor den Strängen 9 und 10 steht das Teilstück 2 mit einem Außenlufteinlaß 13, der mit einer beweglichen Verschlußelement 14 versehen ist, und mit einem Umlufteinlaß 14 für aus dem Fahrzeuginnenraum kommende Umluft in Verbindung, wobei es einen Lüftersatz 16 enthält. Anhand einer beweglichen Klappe 17 kann der durch den Lüftersatz 16 erzeugte Luftstrom wahlweise in den Strang 9 oder in den Strang 10 eingeleitet werden. Ebenso steht das Teilstück 1 hinter den Strängen 7 und 8 mit einem Luftauslaß 18 nach draußen in Verbindung, der mit einem beweglichen Verschlußorgan 19 versehen ist, wobei es einen Lüftersatz 20 enthält. Mittels einer verstellbaren Klappe 21 kann der durch den Lüftersatz 20 erzeugte Luftstrom wahlweise in den Strang 7 oder in den Strang 9 eingeleitet werden. Das Teilstück 1 enthält vor den Strängen 7 und 8 die Fahrbattene 24 des Fahrzeugs sowie einen Zusatzheizwiderstand 25, der durch die Batterie 24 über einen Schalter 26 gespeist werden kann.
Die Anlage umfaßt außerdem einen Kältemittelkreislauf, der hauptsächlich aus sechs Strängen 31 bis 36 besteht, die paarweise drei Dreiwegemagnetventile 37, 39 und 43, deren drei Anschlüsse durch die drei Ziffern 1, 2 und 3 bezeichnet werden, und eine vierte T- förmige Anschlußstelle 45 verbinden. Der Strang 31, durch den das Kältemittel vom Anschluß 1 des Magnetventils 37 zum Anschluß 1 des Magnetventils 39 strömen kann, enthält einen ersten Kondensator 38, der im Strang 9 des Luftkreislaufs angeordnet ist. Der Strang 32, der vom Anschluß 2 des Magnetventils 37 zum Anschluß 2 des Magnetventils 39 verläuft, enthält einen zweiten Kondensator 40, der im Strang 10 des Luftkreislaufs angeordnet ist. Im Strang 33, der vom Anschluß 3 des Magnetventils 39 zum Anschluß 3 des Magnetventils 43 verläuft, sind ein Behälter/Entfeuchter 41 und ein Expansionsorgan 42 eingebaut. Vom Anschluß 1 des Magnetventils 43 zur Anschlußstelle 45 kann das Kältemittel im Strang 34 durch einen ersten Verdampfer 44, der im Strang 9 des Luftkreislaufs angeordnet ist, und im Strang 35, der vom Anschluß 2 des Magnetventils 43 zur Anschlußstelle 45 verluft, durch einen zweiten Verdampfer 46 strömen, der im Strang 7 des Luftkreislaufs angeordnet ist. Das Kältemittel strömt schließlich von der Anschlußstelle 45 zum Anschluß 3 des Magnetventils 37 über den Strang 36 durch einen Kompressor 48 zurück, der im Teilstück 1 des Luftkreislaufs vor den Strängen 7 und 8 angeordnet ist. Die Stränge 31, 33, 34 und 36 bilden einen herkömmlichen Klimatisierungskreislauf, zu dem erfindungsgemäß die Stränge 32 und 35 hinzukommen, die parallel zu den Strängen 31 bzw. 34 angeordnet sind.
Figur 1 zeigt die Konfiguration des Luftkreislaufs beim Betrieb der Anlage im Sommer. In dieser Figur sind die Öffnungen 4, 13 und 18 durch die entsprechenden Verschlußorgane freigegeben, während die Öffnung 3 zwischen den Teilstücken 1 und 2 verschlossen ist. Die Klappe 17 verschließt das vordere Ende des Strangs 10, und die Klappe 21 verschließt das hintere Ende des Strangs 7 sowie auch die Durchgänge 1-3 der Magnetventile 37, 39 und 43. Das Kältemittel zirkuliert daher im Kondensator 38 und im Verdampfer 44, nicht jedoch im Kondensator 40 oder im Verdampfer 46. Durch den Einlaß 13 einströmende Außenluft, die durch den Lüftersatz 16 eingeblasen wird, strömt durch den vorderen Bereich des Teilstücks 2 und durch den Strang 9, wo sie in Kontakt mit dem Verdampfer 44 gekühlt wird, bevor sie in den Fahrzeuginnenraum gelangt. Im übrigen saugt der Lüftersatz 20 einen Luftstrom vom Einlaß 4 an, der durch die Batterie 24 und den Kompressor 48 erwärmt wird und in den Strang 8 gelangt, wo er vom Kondensator 38 abgegebene Wärme aufnimmt, um sie durch den Auslaß 18 nach außen abzuführen. Dabei ist der Schalter 26 natürlich geöffnet und der Widerstand 25 ausgeschaltet.
Anstelle der dargestellten vollständigen Öffnung kann die Klappe 14 auch teilweise oder vollständig geschlossen sein, so daß es sich bei der in den Strang 9 einströmenden und in den Fahrzeuginnenraum eingeleiteten Luft teilweise oder insgesamt um Umluft handelt.
Figur 2 stellt die Konfiguration des Luftkreislaufs für eine leichte Beheizung des Fahrzeuginnenraums dar, insbesondere wenn die Außentemperatur noch über einem Grenzwert von 5 bis 7ºC liegt. Die Öffnungen 3, 4 und 13 sind freigegeben, während die Öffnung 18 verschlossen ist. Die Klappen 17 und 21 verschließen die Stränge 9 bzw. 8. Die Durchgänge 2-3 der Magnetventile des Kältemittelkreislaufs sind geöffnet, so daß der Verdampfer 46 und der Kondensator 40, und nicht mehr der Verdampfer 44 und der Kondensator 38, eingeschaltet sind. Der Schalter 26 ist dabei noch geöffnet.
Der durch den Lüftersatz 20 angesaugte Luftstrom, der durch die Öffnung 4 einströmt und durch die Batterie 24 und den Kompressor 48 erwärmt wird, gelangt in den Strang 7, wo er an den Verdampfer 46 eine Wärmemenge abgibt, die den Betrieb des Kältemittelkreislaufs ermöglicht. Dieser Luftstrom wird durch die Öffnung 3 in das Teilstück 2 geleitet, wo ein zusätzlicher Luftstrom hinzukommt, der durch den Lüftersatz 16 erzeugt wird und durch die Öffnungen 13 und 15 einströmt. Der anfallende Gesamtluftstrom gelangt in den Strang 10, wo er Wärme vom Kondensator 4 aufnimmt, bevor er in den Fahrzeuginnenraum 6 einströmt.
Bei stärkerer Kälte kann eine zusgtzliche Wärmequelle durch den Widerstand 25 geliefert werden, indem der Schalter 26 geschlossen wird.
Wie bei der zuerst beschriebenen Konfiguration kann der am vorderen Ende des Teilstücks 2 eingelassene Umluftanteil durch fortschreitendes Schließen der Klappe 14 auf bis zu 100% erhöht werden.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Temperatur im Innenraum eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Klimaanlage, in der ein Kältemittel in einer Richtung zwischen mindestens einem Verdampfer (44), in dem es Wärme von einem Luftstrom aufnimmt, und mindestens einem Kondensator (38), in dem es Wärme an einen Luftstrom abgibt, zirkuliert, wobei das Kältemittel, wenn ein Luftstrom vor seiner Einleitung in den Fahrzeuginnenraum (6) gekühlt werden soll, zwischen einem ersten Verdampfer (44) und einem ersten Kondensator (38) zum Zirkulieren und der besagte Luftstrom mit dem ersten Verdampfer in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel, wenn ein Luftstrom vor seiner Einleitung in den Fahrzeuginnenraum erwärmt werden soll, zwischen einem zweiten Verdampfer (46) und einem zweiten Kondensator (40) zum Zirkulieren und der besagte zu erwärmende Luftstrom mit dem zweiten Kondensator in Kontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verdampfer mit dem ersten Verdampfer parallel und der zweite Kondensator mit dem ersten Kondensator parallel in ein und demselben Kältemittelkreislauf (31-36) angeordnet ist, wobei Mittel (37, 39, 43) vorgesehen sind, um wahlweise einen der beiden Verdampfer und einen der beiden Kondensatoren einzuschalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltmittel mindestens zwei Dreiwegeventile umfassen, von denen eines (43) wahlweise den ersten Verdampfer oder den zweiten Verdampfer und das andere (37, 39) den ersten Kondensator oder den zweiten Kondensator mit gemeinsamen Bestandteilen des besagten Kreislaufs, etwa mit einem Kompressor (48) oder einem Expansionsorgan (42), in Verbindung setzen kann.

4. Anlage zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend einen Luftkreislauf mit einem ersten Teilstück (1), das zu kühlende Bestandteile (24, 48) des Fahrzeugs enthält und auf einem Teil seiner Länge in einen ersten Strang (8) und einen zweiten Strang (7) unterteilt ist, die parallel zueinander angeordnet sind und den ersten Kondensator (38) bzw. den zweiten Verdampfer (46) enthalten, und mit einem zweiten Teilstück, das hinter dem ersten Teilstück angeordnet und auf einem Teil seiner Länge in einen dritten Strang (9) und einer vierten Strang (10) unterteilt ist, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei der dritte Strang den ersten Verdampfer (44) und der vierte Strang den zweiten Kondensator (40) enthält, Mittel (20) zur Erzeugung eines ersten Luftstroms im ersten Teilstück, Mittel (16) zur Erzeugung eines zweiten Luftstroms im zweiten Teilstück, selektive Verschlußmittel (21, 17), um die Zirkulation der besagten Luftströme in jedem der ersten, zweiten, dritten und vierten Stränge freizugeben oder zu sperren, ein gesteuertes Verschlußorgan (11), um die Verbindung (3) zwischen dem ersten und zweiten Teilstück zu unterbrechen, einen Außenlufteinlaß (4) am vorderen Ende des ersten Teilstücks, einen Luftauslaß nach außen (18) am hinteren Ende des ersten Teilstücks, einen Außenlufteinlaß (13) und einen Umlufteinlaß (15) am vorderen Ende des zweiten Teilstücks, die mit Mitteln (14) zur Einstellung der Außenluft- und Umluftanteile versehen sind, und einen Luftauslaß zum Fahrzeuginnenraum am hinteren Ende des zweiten Teilstücks.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusatzwärmequelle (25) mit Steuerungsmitteln (26) im ersten Teilstück angeordnet ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kühlenden Bestandteile eine Versorgungsbatterie (24) für einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs und/oder einen Kompressor (48) für das Kältemittel umfassen.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur koordinierten Steuerung umfaßt, die auf die selektiven Verschlußmittel (21, 17) und auf die Einschaltmittel (37, 39, 43) der Verdampfer und der Kondensatoren einwirken können, so daß jeder Verdampfer und jeder Kondensator eingeschaltet wird, wenn ein Luftstrom in dem Strang des Luftkreislaufs zirkuliert, in dem er sich befindet, und ausgeschaltet wird, wenn kein Luftstrom in dem besagten Strang zirkuliert

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur koordinierten Steuerung eine erste Konfiguration der Anlage herstellen, in welcher der erste Verdampfer und der erste Kondensator eingeschaltet sind, der zweite Verdampfer und der zweite Kondensator ausgeschaltet sind und das gesteuerte Verschlußorgan die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Teilstück unterbricht, und eine zweite Konfiguration, in welcher der zweite Verdampfer und der zweite Kondensator eingeschaltet sind, der erste Verdampfer und der erste Kondensator ausgeschaltet sind und das gesteuerte Verschlußorgan die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Teilstück öffnet.