DE60005709T2

DE60005709T2 - Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE60005709T2
Application number: DE60005709T
Authority: DE
Inventors: G. Nicholas ZUPP; Laurent Pittion; A. Timothy COWELL; S. Malcolm HEYS; Philippe Moulin; Damien Bouisset; Gerard Olivier; Jean-Luc Menager
Original assignee: Renault SAS; Delphi Technologies Inc
Current assignee: Renault SAS; Delphi Technologies Inc
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2020-11-28
Also published as: WO2001040004A1; EP1237744A1; EP1237744B1; GB9928205D0; DE60005709D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges, und insbesondere ein Klimatisierungssystem, welches sowohl eine Heizung als auch eine Kühlung für den Fahrgastraum schafft, wie in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben und wie im Dokument nach dem Stand der Technik FR 2769263 dargestellt.
Hintergrund der Erfindung
1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine weitere bekannte Anordnung eines Klimatisierungssystems 10 für ein Kraftfahrzeug. Dieses bekannte System umfasst erste und zweite innere Wärmetauscher 12, 14 (normalerweise innerhalb des Fahrgastraums angeordnet), die parallel in Fluidverbindung stehen, und einen äußeren Wärmetauscher 16 (außerhalb des Fahrgastraums angeordnet). Ein Paar von Fluiddurchgängen 18, 20 verbindet die inneren Wärmetauscher mit dem äußeren Wärmetauscher, um die Zirkulation von Fluid durch die Wärmetauscher zu ermöglichen. Eine Expansionsvorrichtung 22 ist in einem der Fluiddurchgänge 18 angeordnet. Ein Kompressor 24 und ein Sammler/Trockner 26 sind in dem anderen Fluiddurchgang 20 angeordnet. Wenn Fluid in Richtung X von dem Kompressor 24 der Reihe nach durch den äußeren Wärmetauscher 16, die Expansionsvorrichtung 22, den ersten inneren Wärmetauscher 12 und den Sammler/Trockner 26 gepumpt wird, wird Luft, die durch den ersten inneren Wärmetauscher strömt, gekühlt, während die Luft in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges hinein strömt – Kühlungs modus. Wenn Fluid in Richtung Y von dem Kompressor 24 in der umgekehrten Richtung der Reihe nach durch den zweiten inneren Wärmetauscher 14, die Expansionsvorrichtung 22, den äußeren Wärmetauscher 16 und den Sammler/Trockner 26 gepumpt wird, wird Luft, die durch den zweiten inneren Wärmetauscher strömt, aufgeheizt, während die Luft in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges hinein strömt – Wärmepumpenmodus. Ein Umschaltventil 28 ist in dem anderen Fluiddurchgang 20 angeordnet, um die erforderliche Strömungsrichtung für das Fluid vorzusehen. Erste und zweite Ventile 30, 32, die an jeder Seite des zweiten inneren Wärmetauschers 14 angeordnet sind, verhindern im Wesentlichen die Strömung von Fluid durch den zweiten inneren Wärmetauscher während des Kühlungsmodus. Dritte und vierte Ventile 34, 36, die an jeder Seite des ersten inneren Wärmetauschers 12 angeordnet sind, verhindern im Wesentlichen die Strömung von Fluid durch den ersten inneren Wärmetauscher während des Wärmepumpenmodus. Ein Problem mit dieser bekannten Anordnung besteht darin, dass das Kühlfluid in dem ersten inneren Wärmetauscher 12 eingefangen werden kann, wenn das System 10 ausgeschaltet wird oder sich im Wärmepumpenmodus befindet. Auch der durch das Umschaltventil 28 und das vierte Ventil 36 erzeugte Druckabfall kann das Leistungsvermögen des Systems 10 während des Kühlungsmodus beeinträchtigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen und das System nach dem Stand der Technik zu verbessern.
Ein Klimatisierungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges ist durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
Die Verwendung des dritten Fluiddurchgangs, der das Rückflussmittel umgeht, verbessert das Leistungsvermögen des Klimatisierungssystems während des Kühlungs-Betriebsmodus, und gestattet die Entfernung eines Ventils zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Kompressor, um das Leistungsvermögen weiter zu verbessern. Auch der niedrige Druck an dem Ausgang des ersten Wärmetauschers gestattet dem Kühlfluid, den ersten Wärmetauscher zu verlassen, wenn das System in den Wärmepumpenmodus umgeschaltet wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm eines bekannten Klimatisierungssystems ist;
2 ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform eines Klimatisierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform eines Klimatisierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
4 ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform eines Klimatisierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 2 der Zeichnungen dient die erste Ausführungsform des Klimatisierungssystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Heizung oder Kühlung des Fahrgastraumes (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeuges. Das Klimatisierungssystem 100 umfasst einen Kompressor 124, einen äußeren Wärmetauscher 116, eine Expansionsvorrichtung 122, einen ersten inneren Wärmetauscher 112, einen zweiten inneren Wärmetauscher 114, und einen Sammler/Trockner 126. Der äußere Wärmetauscher 116 ist außerhalb des Fahrgastraumes angeordnet. Der erste und der zweite innere Wärmetauscher 112, 114 sind typischerweise im Inneren des Fahrgastraumes angeordnet, obwohl der erste und/oder der zweite Wärmetauscher auch außerhalb des Fahrgastraumes angeordnet werden können, wobei er/sie dennoch zur Behandlung von Luft verwendet wird/werden, die in den Fahrgastraum eintritt. Ein erster Fluiddurchgang 118 sorgt für eine Fluidverbindung des äußeren Wärmetauschers 116 mit dem ersten inneren Wärmetauscher 112 über die Expansionsvorrichtung 122, und sorgt für eine Fluidverbindung des äußeren Wärmetauschers 116 mit dem zweiten inneren Wärmetauscher 114 über die Expansionsvorrichtung 122. Ein zweiter Fluiddurchgang 120 sorgt für eine Fluidverbindung des äußeren Wärmetauschers 116 mit dem zweiten inneren Wärmetauscher 114 über ein Umschaltventil 128. Der Kompressor 124 und der Sammler/Trockner 126 stehen mit dem zweiten Fluiddurchgang 120 über das Umschaltventil 128 in Fluidverbindung. Ein dritter Fluiddurchgang 138 schafft eine Fluidverbindung des ersten inneren Wärmetauschers 112 mit dem Sammler/Trockner 126. Der Kompressor 124 besitzt einen Fluidauslass 140, der mit dem Umschaltventil 128 in Verbindung steht. Der Kompressor 124 besitzt einen Fluideinlass 142, der mit dem Umschaltventil 128 und dem dritten Fluiddurchgang 138 über den Sammler/Trockner 126 in Verbindung steht. Erste und zweite Ventile 130, 132 sind an jeder Seite des zweiten inneren Wärmetauschers 114 angeordnet. Ein drittes Ventil 134 ist an einer Seite des ersten inneren Wärmetauschers 112 zwischen dem ersten inneren Wärmetauscher und dem ersten Fluiddurchgang 118 angeordnet.
Während des normalen (Kühlungs-)Betriebes des Klimatisierungssystems 100 wird das Umschaltventil 128 so gesetzt, dass es eine Fluidströmung in der Richtung X zulässt, um Luft, die durch den ersten inneren Wärmetauscher 112 strömt, zu kühlen, so dass das Klimatisierungssystem so betrieben wird, dass es den Fahrgastraum kühlt. In diesem Kühlungsmodus wird das Kühlfluid in dem System 100 von dem Kompressor 124 der Reihe nach durch das Umschaltventil 128, den äußeren Wärmetauscher 116, die Expansionsvorrichtung 122, den ersten inneren Wärmetauscher 112, den dritten Fluiddurchgang 138, und den Sammler/Trockner 126 gepumpt, bevor es zu dem Kompressor zurückkehrt. Das erste und das zweite Ventil 130, 132 sind geschlossen, um im Wesentlichen eine Fluidströmung durch den zweiten inneren Wärmetauscher 114 zu verhindern.
Wenn ein anfängliches, zusätzliches oder länger dauerndes Aufheizen des Fahrgastraumes erforderlich ist, wird das Umschaltventil 128 so gesetzt, um eine Fluidströmung in der Richtung Y zu gestatten, so dass Luft, die durch den zweiten inneren Wärmetauscher 114 strömt, aufgeheizt wird, so dass das Klimatisierungssystem betrieben wird, um den Fahrgastraum aufzuheizen. In diesem Wärmepumpenmodus wird das Kühlfluid in dem System 100 von dem Kompressor 124 der Reihe nach durch das Umschaltventil 128, den zweiten inneren Wärmetauscher 114, die Expansionsvorrichtung 122, den äußeren Wärmetauscher 116, das Umschaltventil, und den Sammler/Trockner 126 gepumpt, bevor es zu dem Kompres sor zurückkehrt. Das dritte Ventil 134 ist geschlossen, um im Wesentlichen eine Fluidströmung von dem ersten Fluiddurchgang 118 in den ersten inneren Wärmetauscher 112 hinein zu verhindern.
Als eine Alternative zu dem oben beschriebenen System 100 kann die Expansionsvorrichtung 122 durch erste und zweite Expansionsvorrichtungen ersetzt werden, wobei die erste Expansionsvorrichtung zwischen dem ersten. inneren Wärmetauscher 112 und dem ersten Fluiddurchgang 118 angeordnet wird, und die zweite Expansionsvorrichtung zwischen dem zweiten inneren Wärmetauscher 114 und dem ersten Fluiddurchgang angeordnet wird. Das erste, zweite und dritte Ventil 130, 132, 134 können elektromagnetisch betätigte Ventile und/oder Absperrventile, oder ein beliebiger anderer geeigneter Ventiltyp sein. Von den ersten oder zweiten Ventilen 130, 132 kann eines weggelassen werden.
Unter Bezugnahme auf 3 der Zeichnungen dient die zweite Ausführungsform des Klimatisierungssystems 200 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Heizung oder Kühlung des Fahrgastraumes (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeuges. Die zweite Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch mit der ersten Ausführungsform, und ähnliche Teile wurden mit denselben Bezugszahlen versehen. In der zweiten Ausführungsform wurden die ersten, zweiten und dritten Ventile 130–134 der ersten Ausführungsform durch erste und zweite Ventile 150, 152 ersetzt; und die Expansionsvorrichtung 122 der ersten Ausführungsform wurde durch eine erste Expansionsvorrichtung 154 ersetzt. Die erste Expansionsvorrichtung 154 ist zwischen dem ersten inneren Wärmetauscher 112 und dem ersten Fluiddurchgang 118 angeordnet. Das erste Ventil 150, welches vorzugsweise ein Absperrventil ist, ist zwischen der ersten Expansionsvorrichtung 154 und dem ersten Fluiddurchgang 118 angeordnet. Das zweite Ventil 152, welches vorzugsweise ein Absperrventil ist, steht an einem Ende mit dem zweiten inneren Wärmetauscher 114 in Fluidverbindung, und steht an dem anderen Ende zwischen dem ersten Ventil 150 und der ersten Expansionsvorrichtung 154 in Fluidverbindung. Das erste und das zweite Ventil 150, 152 lassen eine Fluidströmung durch das jeweilige Ventil in nur einer Richtung zu.
Der Betrieb der zweiten Ausführungsform des Klimatisierungssystems 200 gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen derselbe wie jener, der oben für die erste Ausführungsform des Klimatisierungssystems 100 während des normalen (Kühlungs-)Betriebes beschrieben wurde, wobei Fluid in der Richtung X strömt.
Wenn ein anfängliches, zusätzliches oder länger dauerndes Aufheizen des Fahrgastraumes erforderlich ist, wird das Umschaltventil 128 so gesetzt, um eine Fluidströmung in der Richtung Y zu gestatten. In dieser Ausführungsform läuft die Fluidströmung durch den zweiten inneren Wärmetauscher 114, das zweite Ventil 152, die erste Expansionsvorrichtung 154, den ersten inneren Wärmetauscher 112 und den dritten Fluiddurchgang 138. Luft, die durch den zweiten inneren Wärmetauscher 114 strömt, wird aufgeheizt, so dass der Fahrgastraum aufgeheizt wird. Die Luft, die in den Fahrgastraum eintritt, kann anfänglich durch den ersten inneren Wärmetauscher 112 strömen, um entfeuchtet zu werden, bevor sie durch den zweiten inneren Wärmetauscher strömt, um aufgeheizt zu werden.
Unter Bezugnahme auf 4 der Zeichnungen dient die dritte Ausführungsform des Klimatisierungssystems 300 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Heizung oder Kühlung des Fahrgastraumes (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeuges. Die dritte Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch mit der zweiten Ausführungsform, und ähnliche Teile wurden mit denselben Bezugszahlen versehen. In der dritten Ausführungsform ist eine zweite Einweg-Expansionsvorrichtung 156 zwischen dem zweiten inneren Wärmetauscher 114 und dem erste Fluiddurchgang 118 angeordnet, und das zweite Ventil 152 steht an dem einen Ende zwischen der zweiten Expansionsvorrichtung und dem zweiten inneren Wärmetauscher 114 in Fluidverbindung.
Der Betrieb der dritten Ausführungsform des Klimatisierungssystems 300 gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen derselbe wie jener, der oben für die erste und zweite Ausführungsform des Klimatisierungssystems 100, 200 während des normalen (Kühlungs-)Betriebes beschrieben wurde, wobei Fluid in der Richtung X strömt.
Wenn ein anfängliches, zusätzliches oder länger dauerndes Aufheizen des Fahrgastraumes erforderlich ist, wird das Umschaltventil 128 so gesetzt, um eine Fluidströmung in der Richtung Y zu gestatten. In dieser Ausführungsform läuft die Fluidströmung durch den zweiten inneren Wärmetauscher 114, die zweite Expansionsvorrichtung 156, den äußeren Wärmetauscher 116, und das Umschaltventil 128, und die Fluidströmung läuft durch den zweiten inneren Wärmetauscher 114, das zweite Ventil 152, die erste Expansionsvorrichtung 154, den ersten inneren Wärmetauscher 112 und den dritten Fluiddurchgang 138. Luft, die durch den zweiten inneren Wärmetauscher 114 strömt, wird aufgeheizt, so dass der Fahrgastraum aufgeheizt wird. Die Luft, die in den Fahrgastraum eintritt, kann anfänglich durch den ersten inneren Wärmetauscher 112 strömen, um entfeuchtet zu werden, bevor sie durch den zweiten inneren Wärmetauscher strömt, um aufgeheizt zu werden. Im Vergleich zu der zweiten Ausführungsform sorgt die dritte Ausführungsform für weniger Entfeuchtung, sondern mehr Heizung der Luft, die in den Fahrgastraum eintritt.
Verglichen mit dem System 10 nach dem Stand der Technik, das in 1 dargestellt ist, erfordert das System 100, 200, 300 der vorliegenden Erfindung kein viertes Ventil, das an der Ausgangsseite des ersten inneren Wärmetauschers 112 angeordnet ist, und die Ausgangsseite des ersten inneren Wärmetauschers steht direkt mit dem Sammler/Trockner 126 über den dritten Fluiddurchgang 138 in Fluidverbindung, wodurch das Umschaltventil 128 umgangen wird. Die direkte Verbindung mit dem niedrigen Druck an dem Sammler/Trockner, oder an dem Kompressoreinlass 142, gestattet jeglichem Kühlfluid in dem ersten inneren Wärmetauscher 112, den ersten inneren Wärmetauscher zu verlassen, wenn das System 100, 200 in den Wärmepumpenmodus umgeschaltet wird. Durch das Umgehen des Umschaltventils 128 und durch das Entfernen des vierten Ventils wird das Leistungsvermögen des Systems 100, 200, 300 im Vergleich zu dem bekannten System 10 von 1 während des Kühlungsmodus verbessert.
Als weitere Alternativen zu den oben beschrieben Ausführungsformen kann der Sammler/Trockner 126 auch an anderer Stelle in dem System 100, 200, 300 angeordnet werden. Andere Formen von Rückflussmitteln können an Stelle eines Umschaltventils 128 verwendet werden.

Claims

Klimatisierungssystem für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges umfassend einen äußeren Wärmetauscher (116), der außerhalb des Fahrgastraums angeordnet werden kann; einen ersten Wärmetauscher (112) zum Kühlen von Luft, die in den Fahrgastraum eintritt; einen zweiten Wärmetauscher (114) zum Heizen von Luft, die in den Fahrgastraum eintritt; einen ersten Fluiddurchgang (118) zwischen dem äußeren Wärmetauscher und dem ersten Wärmetauscher, und zwischen dem äußeren Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher; einen zweiten Fluiddurchgang (120) zwischen dem äußeren Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher; ein Expansionsmittel (122, 154, 156), das in dem ersten Fluiddurchgang angeordnet ist oder in Fluidverbindung mit diesem steht; ein Rückflussmittel (128), das in dem zweiten Fluiddurchgang zur Veränderung der Richtung der Fluidströmung angeordnet ist; einen Kompressor (124) mit einem Fluideinlass (142) und einem Fluidauslass (140) zum Pumpen von Flüssigkeit von dem Fluidauslass in den zweiten Fluiddurchgang hinein durch das Rückflussmittel und zum Aufnehmen von Flüssigkeit an dem Fluideinlass von dem zweiten Fluiddurchgang durch das Rückflussmittel; einen dritten Fluiddurchgang (138) zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Fluideinlass des Kompressors, welcher das Rückflussmittel umgeht; dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor Flüssigkeit entweder in eine erste Richtung (X) pumpt, in welcher die Flüssigkeit der Reihe nach durch das Rückflussmittel, den äußeren Wärmetauscher, das Expansions mittel, den ersten Wärmetauscher, wobei sie den zweiten Wärmetauscher umgeht, und den dritten Fluiddurchgang strömt, oder in eine zweite Richtung (Y) pumpt, in welcher die Flüssigkeit der Reihe nach durch das Rückflussmittel, den zweiten Wärmetauscher, das Expansionsmittel, und dann entweder durch den äußeren Wärmetauscher und das Rückflussmittel, oder durch den ersten Wärmetauscher und den dritten Fluiddurchgang, oder durch den äußeren Wärmetauscher und das Rückflussmittel und durch den ersten Wärmetauscher und den dritten Fluiddurchgang strömt.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, worin ein Ventil (130, 132, 152) an einer Seite des zweiten Wärmetauschers (114) angeordnet ist, um im Wesentlichen eine Fluidströmung durch den zweiten Wärmetauscher zu verhindern, wenn Flüssigkeit in die erste Richtung (X) gepumpt wird.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin ein Ventil (134) zwischen dem ersten Wärmetauscher (112) und dem ersten Fluiddurchgang (118) angeordnet ist, um im Wesentlichen eine Fluidströmung durch den ersten Wärmetauscher zu verhindern, wenn Flüssigkeit in die zweite Richtung (Y) gepumpt wird.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin ein Sammler/Trockner (126) zwischen dem Fluideinlass (142) des Kompressors (124) und dem Rückflussmittel (128) und dem dritten Fluiddurchgang (138) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Expansionsmittel eine Expansionsvorrichtung (122) ist, die in dem ersten Fluiddurchgang (118) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Expansionsmittel eine erste Expansionsvorrichtung (154) umfasst, die zwischen dem ersten Wärmetauscher (112) und dem ersten Fluiddurchgang (118) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 6, worin das Expansionsmittel ferner eine zweite Expansionsvorrichtung (156) umfasst, die zwischen dem zweiten Wärmetauscher (114) und dem ersten Fluiddurchgang (118) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Rückflussmittel ein Umschaltventil (128) ist.