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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Klimatisierung
eines Innenraums, insbesondere eines Fahrzeuginnenraums.
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Eine
derartige Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums wird insbesondere
in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Die Vorrichtung zur Klimatisierung
umfasst dabei üblicherweise
ein Heiz- und/oder Klimagerät
(auch kurz Klimaanlage oder HVAC-Anlage genannt, mit HVAC = heating,
ventilation, air conditioning) mit einem Strömungskanal zur Konditionierung
eines im Strömungskanal
geführten
Luftstroms. Zur Klimatisierung weist das Heiz- und/oder Klimagerät einen in einem Kältemittelkreislauf
geschalteten Verdampfer und einen Wärmetauscher sowie gegebenenfalls
eine Heizeinrichtung auf. Der Kältemittelfluss
wird hierbei üblicherweise
von einem in den Kältemittelkreislauf
geschalteten Kompressor erzeugt, welcher unmittelbar vom Fahrzeugmotor
angetrieben wird. Der Kältemittelfluss
kommt somit zum Erliegen, sobald der Fahrzeugmotor abgeschaltet
wird.
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Für eine Vorklimatisierung
im Fahrzeuginnenraum oder Erwärmung
ohne laufenden Fahrzeugmotor ist im Allgemeinen eine Standheizung vorgesehen.
Bei der Standheizung kann es sich beispielsweise um einen Brennstoff
betriebenen Luft/Wasser-Wärmetauscher
handeln, der zu einer programmierten Uhrzeit oder nach einem Signal,
z. B. von einer Fernbedienung, mit von einer Brennkammer aufgeheizten
Verbrennungsluft durchströmt wird,
so dass das Wasser, insbesondere Kühlwasser eines Motors aufgewärmt wird.
Das Kühlwasser durch
den Motor und den Wärmetauscher
der Standhei zung wird nun fortlaufend umgewälzt. Zudem wird mittels eines üblichen
Heizungswärmetauscher
(= Wasser/Luft-Wärmetauscher)
die Wärme
im Motorkühlkreislauf
auf die in den Fahrzeuginnenraum einströmende Luft übertragen, wobei die durch
den Wärmetauscher
geführte
Luft, z. B. Frischluft oder Umluft, aufgewärmt und in den Fahrzeuginnenraum
geführt wird.
Häufig
ist die Standheizung separat ausgebildet, so dass diese in einem
Fahrzeug nachgerüstet werden
kann. Bei Nutzfahrzeugen sind zumeist Luftheizungen eingebaut.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Klimatisierung eines Innenraums anzugeben, welche sowohl im Stillstand
als auch während
der Fahrt eines Fahrzeugs eine hinreichend gute und einfache Klimatisierung
des Innenraums ermöglichen.
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Hinsichtlich
der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs
1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die
Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 16. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass für
eine hinreichend gute Klimatisierung eines Innenraums, z. B. eines
Fahrzeuginnenraums, sowohl im Stillstand des Fahrzeugs, d.h. der
Fahrzeugmotor ist ausgeschaltet, als auch während der Fahrt des Fahrzeugs
eine möglichst
gute Vorwärmung
oder Aufheizung des Innenraums bei gleichzeitig guter Motorvorwärmung bzw.
Motorkühlung
ermöglicht
sein sollte. Hierbei sollte der jeweilige Wunsch für eine entsprechende
Vorheizung – Vorklimatisierung
des Fahrzeuginnenraums und/oder Motorvorwärmung – berücksichtigt werden. Hierzu ist eine
kombinierte Anordnung von zwei Wärmetauschern
in einer Heiz- und/oder Klimaanlage vorgesehen, wodurch verschiedene
Kühl- und
Heizbetriebsarten sichergestellt werden. Insbesondere umfasst die
Vorrichtung zur Klimatisierung des Innenraums ein Heiz- und/oder
Klimagerät
mit einem Strömungskanal
für einen
zu konditionierenden Luftstrom, wobei strömungseingangsseitig im Strömungskanal
ein Verdampfer angeordnet ist und diesem im Strömungskanal ein erster Wärmetauscher
und ein zweiter Wärmetau scher
nachgeschaltet sind, wobei der erste Wärmetauscher als ein Brennstoff
betriebener Luft/Luft-Wärmetauscher
ausgebildet ist. Unter einem Luft/Luft-Wärmetauscher wird insbesondere
ein Wärmetauscher
verstanden, der im Wesentlichen Wärme von heißen Verbrennungsgasen auf den
zu konditionierenden Luftstrom überträgt. Bevorzugt
ist der zweite Wärmetauscher
als ein Wasser/Luft-Wärmetauscher
ausgebildet. Bei einem Wasser/Luft-Wärmetauscher wird beispielsweise
die Wärme
im Motorkühlkreislauf
auf den zu konditionierenden Luftstrom übertragen. Zweckmäßigerweise ist
hierzu der zweite Wärmetauscher
im Kühlmittelkreislauf
oder Motorkühlkreislauf
eines Verbrennungsmotors angeordnet.
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Durch
eine derartige Kombination von zwei Wärmetauschern – einem
ersten, Brennstoff betriebenen Luft/Luft-Wärmetauscher und einem zweiten Wasser/Luft-Wärmetauscher – ist beispielsweise während eines
Kaltstarts des Fahrzeugs und somit bei eingeschalteten Fahrzeugmotor
eine Aufheizung und Klimatisierung des Innenraums bei gleichzeitiger Vorwärmung des
Fahrzeugmotors ermöglicht.
Bei einer gleichzeitigen Aufheizung von Innenraum und Motor sind
jeweils die Wärmeströme geringer,
so dass die jeweilige Aufheizung bzw. Vorwärmung entsprechend länger dauert.
Zudem kann die Motorvorwärmung
und Innenraumklimatisierung zeitgesteuert erfolgen. Auch kann im
Stillstand des Fahrzeugs eine besonders schnelle Erwärmung des
Innenraums bewirkt werden.
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Je
nach Vorgabe kann als Luftstrom Frischluft und/oder Umluft durch
den Strömungskanal
des Heiz- und/oder Klimageräts
geführt
werden. Hierzu ist vorteilhafterweise strömungseingangsseitig vor dem
Verdampfer im Strömungskanal
ein erstes Luftstromsteuerelement zur Zuführung von Frischluft und/oder
Umluft angeordnet. Das erste Luftstromelement ist beispielsweise
als eine Mischklappe oder Schwenkklappe ausgeführt.
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Für eine individuelle
Einstellung des Luftdurchsatzes am zweiten Wärmetauscher ist vorzugsweise
zwischen dem ersten Wärmetauscher
und dem zweiten Wärmetauscher
ein zweites Luftstromsteuerelement angeordnet. Unter Luftdurchsatz
wird hierbei das pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Strömungsquerschnitt
durchströmende
Luftvolumen verstanden. Beispielsweise ist das zweite Luftstromsteuerelement
zwischen einer ersten, den Strömungskanal
in Richtung des zweiten Wärmetauschers
verschließenden
Endstellung und einer zweiten, den Strömungskanal in Richtung des
zweiten Wärmetauschers
freigebenden Endstellung sowie in eine beliebige Zwischenposition
stellbar.
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In
einem ersten Betriebszustand (= Zuheizbetrieb, Fahrzeugmotor ist
in Betrieb) ist zur Aufheizung des Luftstroms, d.h. der Frischluft
und/oder der Umluft, diese durch den ersten Wärmetauscher und zumindest teilweise
oder vollständig
durch den zweiten Wärmetauscher
führbar.
Hierbei wird in Abhängigkeit
von einer vorgegebenen Temperatur und einer daraus resultierenden
Stellung des zweiten Luftstromsteuerelements der durch den ersten
Wärmetauscher
aufgewärmte
Luftstrom (= Frischluft und/oder Umluft) zumindest teilweise durch
den zweiten Wärmetauscher
weiter aufgewärmt.
Mit anderen Worten: Ist der Luftstrom noch nicht hinreichend aufgewärmt, so
kann dieser zur weiteren Erwärmung
indirekt zumindest teilweise über
den zweiten Wärmetauscher
in den Innenraum geführt
werden, anderenfalls wird der Luftstrom direkt in den Innenraum
geführt.
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Zweckmäßigerweise
ist das zweite Luftstromsteuerelement in Abhängigkeit von einer vorgegebenen
Temperatur und/oder von einer vorgegebenen Zeit steuer- und/oder
regelbar. Beispielsweise ist das zweite Luftstromsteuerelement in
Abhängigkeit von
der Innenraumtemperatur und/oder der Rücklauftemperatur im Kühlmittelkreislauf
steuer- und/oder regelbar.
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Zusätzlich kann
in einem erweiterten Betriebsmodus bei eingeschaltetem Fahrzeugmotor, insbesondere
bei einem Kaltstart beispielsweise für eine hinreichende Motorwärme der
mittels des ersten Wärmetauschers
aufgewärmte
Luftstrom anhand des im Kühlmittelkreislauf
angeordneten zweiten Wärmetauschers
zur Motorvorwärmung
genutzt werden. Dazu ist zweckmäßigerweise
im Kühlmittelkreislauf
eine herkömmliche
vom Fahrzeugmotor angetriebene Wasserpumpe integriert, so dass die
Wärmemenge
des Luftstroms nach dem ersten Wärmetauscher
an den nun zirkulierenden Kühlmittelkreislauf
abgegeben wird und der aufgeheizte Luftstrom schnellstmöglich zur
Aufheizung des Fahrzeuginnenraums genutzt wird. Alternativ kann
bei ausgeschaltetem Fahrzeugmotor und bereits eingeschaltetem Standheizbetrieb
eine im Kühlmittelkreislauf
zusätzlich
integrierte elektrische Wasserpumpe zur Aufwärmung des Kühlwassers des Fahrzeugmotors
genutzt werden. Dabei wird die elektrische Wasserpumpe über das
fahrzeugeigene Bordnetz versorgt. Zudem ist die elektrische Wasserpumpe
zeitabhängig und/oder
Temperatur abhängig
steuerbar, Zusätzlich wird
in diesem Betriebsmodus des Kaltstarts der Fahrzeuginnenraum nach
bereits eingeschalteter Standheizung weiter aufgeheizt.
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In
einem zweiten Betriebszustand (= Standheizung, Fahrzeugmotor ist
ausgeschaltet) ist der im ersten Wärmetauscher aufgeheizte Luftstrom
direkt in den Innenraum führbar.
Mit anderen Worten: Der aufgeheizte Luftstrom wird vollständig zur
Vorklimatisierung des Innenraums verwendet, so dass eine möglichst
schnelle Erwärmung
sichergestellt ist.
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Für eine individuelle
Einstellung der verschiedenen Betriebsarten und – zuständen ist die Heizleistung des
ersten Wärmetauschers
in Abhängigkeit
von einer vorgegebenen Temperatur, insbesondere der Rücklauftemperatur
im Kühlmittelkreislauf
und/oder in Abhängigkeit
von der Innenraumtemperatur steuerbar. D.h. je nach Vorgabe – nur Vorwärmung des
Innenraums (= Standheizung) oder kombinierte Vorwärmung des
Innenraums und des Motors – wird
nur die Innenraumtemperatur bzw. die Innenraumtemperatur und die
Rücklauftemperatur
zur Steuerung und/oder Regelung der Heizleistung des ersten Wärmetauschers
und/oder des zweiten Wärmetauschers
verwendet, indem das zweite Luftstromsteuerelement entsprechend
in seiner Position verstellbar ist bzw. die Luftstrommenge, welche über ein
dem Verdampfer vorgeschalteten Gebläse gefördert wird, einstellbar ist.
Zur Einstellung einer weiteren Betriebsart ist vorzugsweise ein
zusätzliches
drittes Luftstromsteuerelement in Art einer Bypassklappe strömungsausgangsseitig
des ersten Wärmetauschers
angeordnet, wodurch der konditionierte Luftstrom am ersten Wärmetauscher
vorbeigeführt
wird und mittels der Stellung des zweiten Luftstromsteuerelement
direkt und/oder indirekt dem Innenraum zuführbar ist.
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Zweckmäßigerweise
ist das Heiz- und/oder Klimagerät
mit dem Verdampfer und dem ersten Wärmetauscher sowie dem zweiten
Wärmetauscher
als eine integrierte Baueinheit (auch Klimaanlage mit integrierter
Standheizung genannt) ausgebildet. Insbesondere sind diese in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet
und somit als ein einziges Modul fertigbar und montierbar.
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Hinsichtlich
des Verfahrens zur Klimatisierung des Innenraums mit dem Heiz- und/oder
Klimagerät
mit dem Strömungskanal
für einen
zu konditionierenden Luftstrom wird dieser im Strömungskanal durch
einen Verdampfer geführt
und durch einen dem Verdampfer im Strömungskanal nachgeschalteten ersten
Wärmetauscher,
der als ein Brennstoff betriebener Luft/Luft-Wärmetauscher
ausgebildet ist, aufgewärmt,
wobei der Luftstrom anschließend
direkt in den Innenraum und/oder indirekt zumindest teilweise durch
einen zweiten, dem ersten Wärmetauscher nachgeschalteten
Wärmetauscher
in den Innenraum geführt
wird. Dabei wird strömungseingangsseitig
in den Strömungskanal
als Luftstrom Umluft und/oder Frischluft mittels eines Gebläses gefördert.
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Je
nach Betriebszustand des Heiz- und/oder Klimageräts wird in einem ersten Betriebszustand
(= Zuheizbetrieb) zur Aufheizung des Luftstroms dieser durch den
ersten Wärmetauscher
und zumindest teilweise oder vollständig durch den zweiten Wärmetauscher
geführt.
Alternativ kann in einem zweiten Betriebszustand (= Standheizung)
der im ersten Wärmetauscher
aufgeheizte Luftstrom direkt in den Innenraum geführt werden.
In einer weiteren Betriebsart (= Kühlbetrieb) wird vorzugsweise
der konditionierte Luftstrom am ersten Wärmetauscher vorbei geführt und
anschließend
zumindest teilweise oder vollständig
dem zweiten Wärmetauscher
zugeführt. Auch
kann die konditionierte Luft auch am zweiten Wärmetauscher vorbei und direkt
in den Innenraum geführt
werden.
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Für eine individuelle
Klimatisierung des Innenraums und/oder Motorvorwärmung in Abhängigkeit
vom Fahrzeugbetrieb wird die durch den zweiten Wärmetauscher zu führende Luftstrommenge
in Abhängigkeit
von der Innenraumtemperatur und/oder der Rücklauftemperatur im Kühlmittelkreislauf
gesteuert. Auch kann eine im Kühlmittelkreislauf
angeordnete elektrische Was serpumpe zeitabhängig und/oder temperaturabhängig gesteuert
werden. Des Weiteren kann die Heizleistung des ersten Wärmetauschers
in Abhängigkeit
von einer vorgegebenen Temperatur, insbesondere der Rücklauftemperatur im
Kühlmittelkreislauf
und/oder in Abhängigkeit
von der Innenraumtemperatur gesteuert werden.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass mittels einer kombinierten Anordnung eines Brennstoff betriebenen,
ersten Luft/Luft-Wärmetauschers
und eines insbesondere im Kühlmittelkreislauf
angeordneten zweiten Wärmetauschers
sowohl im Fahrzeugstillstand als auch während der Fahrt des Fahrzeugs
eine individuelle Klimatisierung des Innenraums bei gleichzeitig
individueller Motorvorwärmung
ermöglicht
ist. So kann beispielsweise beim Kaltstart sowohl eine Motorvorwärmung als
auch eine Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums mittels einer elektrischen
Wasserpumpe sichergestellt werden. Alternativ kann für eine schnelle
Erwärmung
des Fahrzeugsinnenraums die mittels des ersten Wärmetauschers, welcher als Standheizung
fungiert, erwärmte
Luft vollständig
in den Innenraum geführt
werden. Auch können
bzw. kann in einer weiteren Ausführungsform
die Motorvorwärmung
und/oder die Vorklimatisierung des Fahrzeuginnenraums zeitgesteuert
und/oder temperaturgesteuert erfolgen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch
eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums mit integrierter
Standheizung, und
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2 im
Querschnitt eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums
mit integrierter Standheizung.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur Klimatisierung eines Innenraums 2,
z. B. eines Fahrzeuginnenraums. Die Vorrichtung 1 umfasst
ein Heiz- und/oder Klimagerät 4 (auch
HVAC-Modul genannt mit HVAC = heating ventilation air conditioning
modul).
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Das
Heiz- und/oder Klimagerät 4 (im
Weiteren kurz Klimaanlage 4 genannt) umfasst einen Strömungskanal 6 zur
Führung
eines zu konditionierenden Luftstroms L. Im Strömungskanal 6 ist strömungseingangsseitig
ein Gebläse 8 zur
Förderung des
Luftstroms L angeordnet. Je nach Vorgabe kann mittels des Gebläses 8 durch
entsprechende Stellung eines ersten Luftstromsteuerelements 10a als Luftstrom
L Frischluft FL und/oder Umluft UL gefördert werden.
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Anschließend wird
der Luftstrom L im Strömungskanal 6 einem
Verdampfer 12 zur Abkühlung der
Luft gegenüber
der Umgebungstemperatur zugeführt.
Der abgekühlte
Luftstrom L wird zumindest teilweise einem ersten Wärmetauscher 14a zugeführt, welcher
einer ersten Temperierung des Luftstroms L dient.
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Der
erste Wärmetauscher 14a ist
als ein mit Brennstoff betriebener Luft/Luft-Wärmetauscher
ausgebildet. Dabei wird Verbrennungsluft VL einer nicht näher dargestellten
Brennkammer zugeführt
und dort verbrannt, wodurch der durch den ersten Wärmetauscher 14a geführte Luftstrom
L indirekt über
die heißen
Abgase A der Brennkammer aufgeheizt wird. Der aufgeheizte Luftstrom
aL wird im Strömungskanal 6 direkt über einen
Luftaustritt 16a dem Innenraum 2 und/oder indirekt über einen
zweiten Wärmetauscher 14b und
danach angeordneten Luftaustritten 16b dem Innenraum 2 zur
Klimatisierung zugeführt.
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Zur
Einstellung des anteiligen aufgeheizten Luftstroms aL über den
zweiten Wärmetauscher 14b ist
zwischen dem ersten Wärmetauscher 14a und dem
zweiten Wärmetauscher 14b ein
zweites Luftstromsteuerelement 10b angeordnet. Das Luftstromsteuerelement 10b ist
beispielsweise als Mischklappe oder Schwenkklappe oder Temperatur-Mischklappe
(Mischklappe mit temperaturabhängiger
Steuerung) ausgeführt.
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Der
zweite Wärmetauscher 14b ist
darüber hinaus
im Kühlmittelkreislauf 18,
einem Wasserkreislauf, des Fahrzeugmotors 20 angeordnet.
Dabei wird ein Kühlmittel
KM über
eine Pumpe 22, z. B. eine elektrisch betriebene Wasserpumpe,
im so genannten Wasserkreislauf-Rücklauf dem zweiten Wärmetauscher 14b,
der als Wasser/Luft-Wärmetauscher ausgebildet
ist, zugeführt
und über
den so genannten Wasserkreislauf-Vorlauf dem Fahrzeugmotor 20 zur Vorwärmung des
Fahrzeugmotors 20 wieder zugeführt. Durch entsprechende Einstellung
der Pumpe 22 zirkuliert das Kühlmittel KM im Kühlmittelkreislauf 18.
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Im
Betrieb der Vorrichtung 1 zur Klimatisierung des Innenraums 2 sind
durch die kombinierten Anordnung des ersten Wärmetauschers 14a und
des zweiten Wärmetauschers 14b unter
Zwischenschaltung des zweiten Luftstromsteuerelements 10b verschiedene
Heiz- und Kühlbetriebszustände einstellbar,
die im folgenden näher
beschrieben werden.
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In
einem ersten Betriebszustand, z. B. im Zuheizbetrieb zur Erwärmung des
Fahrzeugmotors 20 und zur Klimatisierung des Innenraums 2,
insbesondere im Kaltstart, wird der Luftstrom L durch den ersten
Wärmetauscher 14a und
zumindest teilweise oder vollständig
durch den zweiten Wärmetauscher 14b geführt. Hierzu
ist das zweite Luftstromsteuerelement 10b zwischen einer
ersten, den Strömungskanal 6 in
Richtung des zweiten Wärmetauschers 14b verschließenden Endstellung 1 und
einer zweiten, den Strömungskanal
in Richtung des zweiten Wärmetauschers 14b freigebenden
Endstellung II oder in eine beliebige Zwischenposition stellbar.
Im Detail wird im Aufheiz- oder Zuheizbetrieb Frischluft FL mittels
des Gebläses 6 gefördert, welche
eine erste Erwärmung
durch den Brennstoff betriebenen ersten Wärmetauscher 14a mit
einer zugehörigen,
ersten Heizleistung Q1 erfährt.
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Die
aufgewärmte
oder aufgeheizte Luft aL kann mittels des zweiten Luftstromsteuerelements 10b,
z. B. einer Mischklappe, und in Abhängigkeit von einer Temperatur,
z. B. Innenraumtemperatur oder Rücklauftemperatur
im Kühlmittelkreislauf
oder Temperatur der aufgeheizten Luft aL nach dem ersten Wärmetauscher 14a,
durch den zweiten Wärmetauscher 14b,
z. B. einen Wasser/Luft-Wärmetauscher
oder -heizkörper,
geleitet werden. Hierbei er fährt
die aufgewärmte
Luft aL eine weitere Erwärmung
durch den zweiten Wärmetauscher 14b mit
einer zugehörigen,
zweiten Heizleistung Q2. Durch die schon im ersten Wärmetauscher 14a,
anhand der ersten Heizleistung Q1 aufgewärmten Luft aL wird die Wärmeabgabecharakteristik
des zweiten Wärmetauschers 14b und
dessen Wärmeabgabe
oder Heizleistung Q2 beeinflusst. Insbesondere verringert sich der
Betrag der erforderlichen zweiten Heizleistung Q2 durch die bereits
aufgewärmte
Luft aL. Dieser Effekt wirkt sich vorteilhaft auf die Motorerwärmung aus,
da die nicht abgeführte
Wärmeenergie
dem Fahrzeugmotor 20 zur Verfügung gestellt wird. Das bedeutet,
beim Betreiben der Vorrichtung 1 mit eingeschalteter Standheizung
und somit mit eingeschaltetem ersten Wärmetauscher 14a wird
eine schnellere Motorerwärmung
bei gleichgroßem
oder sogar größerem Wärmeeintrag
in den Innenraum 2 bewirkt. Durch Änderung der Stellung des zweiten
Luftstromsteuerelements 10b in eine beliebige Zwischenstellung
wird das Aufwärmverhalten
des Innenraums 2 bzw. des Fahrzeugmotors 20 entsprechend
beeinflusst. Des Weiteren ist es möglich, die jeweilige Heizleistung
Q1 und/oder Q2 des ersten Wärmetauschers 14a bzw.
des zweiten Wärmetauschers 14b in Abhängigkeit
von der Rücklauftemperatur
im Kühlmittelkreislauf 18 und/oder
von der Innenraumtemperatur zu steuern bzw. zu regeln.
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Alternativ
kann bei vorher nicht eingeschalteter Standheizung bei einem Kaltstart
für eine
schnelle Aufheizung des Fahrzeuginnenraums die aufgewärmte Luft
aL direkt und indirekt in den Innenraum 2 geführt werden.
Die Motorerwärmung
erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über die
herkömmliche
motoreigene oder motorbetriebene Umwälzpumpe (nicht näher dargestellt),
die ebenfalls im Kältemittelkreislauf 18 integriert
ist.
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In
einem zweiten Betriebszustand, z. B. Standheizung und somit bei
ausgeschaltetem Fahrzeugmotor, wird mittels der Stellung des zweiten
Luftstromsteuerelements 10b in der ersten Endstellung 1 die
durch die Standheizung oder den ersten Wärmetauscher 14a aufgewärmte Luft
aL direkt in den Innenraum 2 zur Innenraumheizung geführt. Durch
die direkte Luftführung
in den Innenraum 2 über
den Luftaustritt 16a ist eine besonders schnelle Erwärmung des
Innenraums 2 ermöglicht,
da keine Verlustmasse erwärmt
werden muss.
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In
einem weiteren Betriebszustand, z. B. Motorvorwärmung, wird im Kühlmittelkreislauf 18 die Pumpe 22,
z. B. eine elektrische Wasserpumpe, betrieben. Das Gebläse 8 ist
zur Förderung
eines mittleren Luftstroms L auf eine mittlere Gebläsestufe
gestellt. Das zweite Luftstromsteuerelement 10b ist in der
Stellung II. Durch den nun zirkulierenden Kühlmittelstrom, insbesondere
Wasserstrom, im Kühlmittelkreislauf 18 wird
die Heizleistung Q1 des ersten Wärmetauschers 14a an
den zweiten Wärmetauscher 14b in
Form von Wärmeübertragung
an das Kühlmittel
KM des Kühlmittelkreislaufs 18 abgeführt. Die nicht
abgeführte
Restwärme
wird zur Aufwärmung des
Luftstroms aL genutzt, der anschließend über die Luftaustritte 16b in
den Innenraum 2 geführt
wird.
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In
weiteren Betriebszuständen,
z. B. zeitgesteuerte Motorvorwärmung
mit Kabinen- oder Innenraumheizung, oder temperaturgesteuerte Motorvorwärmung mit
Innenraumheizung, wird die Pumpe 22 zeitabhängig gesteuert.
Beispielsweise kann im Stillstand des Fahrzeugs eine gewünschte Abfahrtszeit über ein
Bedienelement der Standheizung hinterlegt werden. Im Stillstand
wird dann der Innenraum 2 fortlaufend oder zyklisch oder
zeitgesteuert beheizt, ab einem bestimmten Zeitpunkt, z. B. 2 h
vor Abfahrt, wird zusätzlich
die Pumpe 22 in Betrieb genommen. In Abhängigkeit
von der Innenraumtemperatur kann nun die erste Heizleistung Q1,
die nicht für
die Innenraumerwärmung
benötigt
wird, an das Kühlmittel
KM des Kühlmittelkreislaufs 18 zur
Motorvorwärmung genutzt
werden. Hierzu wird die Brennerleistung der Brennkammer des ersten
Wärmetauschers 14a auf maximale
Leistung hochgefahren und gleichzeitig die Position des zweiten
Luftstromsteuerelements 10b so gestellt, dass die Innenraumtemperatur
nicht sinkt.
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2 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur Klimatisierung eines Innenraums 2 als
ein Fertigungsmodul mit integrierter Standheizung. Dabei wird mittels
des Gebläses 8,
z. B. einem Fahrzeuggebläse,
Umluft UL oder Frischluft FL angesaugt und über den Strömungskanal 6 dem Verdampfer 12 zur
Abkühlung des
im Strömungskanal 6 geführten und
zu konditionierenden Luftstroms L gegenüber der Umgebungstemperatur
zugeführt.
Nachfolgend kann ein daraus resultierender abgekühlter Luftstrom L dem ersten Wärmetauscher 14a zur
Aufwärmung
des abgekühlten
Luftstroms L zugeführt.
In dieser Betriebsart (= „AUF", Zuheizbetrieb)
wird mittels des ersten Wärmetauschers 14a mit
der ersten Heizleistung Q1 der abgekühlte Luftstrom L beim Durchströmen des
ersten Wärmetauschers 14a indirekt über heiße Abgase A
aufgeheizt.
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Je
nach vorgegebener Betriebsart und Einstellung der Klimatisierung
des Innenraums 2 kann alternativ zur Betriebsart „Zuheizbetrieb" in einer weiteren
Betriebsart „Kühlbetrieb" der konditionierte Luftstrom
L in einem Bypass B am ersten Wärmetauscher 14a vorbei
geführt
werden. Hierzu ist strömungsausgangsseitig
des ersten Wärmetauschers 14a ein
zusätzliches
drittes Luftstromsteuerelement 10c vorgesehen. Dabei ist
das dritte Luftstromsteuerelement 10c, z. B. eine Schwenkklappe,
als Bypass-Klappe ausgeführt,
welche zwischen einer ersten Endstellung 1 (= Betriebsart „AUF", d.h. Zuheizbetrieb)
und einer zweiten Endstellung II (= Betriebsart „ZU", d.h. Kühlbetrieb) schwenkbar ist.
In der ersten Endstellung 1 wird die konditionierte Luft
L sowohl vom ersten Wärmetauscher 14a (auch
Abgas-Wärmetauscher
genannt) als auch in Abhängigkeit
von der Stellung des Weiteren nachfolgenden zweiten Luftstromsteuerelements 10b (=
Temperaturmischklappe) vom zweiten Wärmetauscher 14b (auch
Wasserheizkörper
genannt) durchströmt
und entsprechend aufgeheizt und anschließend dem Innenraum 2 zugeführt. In
der zweiten Endstellung II wird die konditionierte Luft L am ersten
Wärmetauscher 14a vorbeigeführt und
wiederum in Abhängigkeit
von der Stellung des zweiten Luftstromsteuerelements 10b direkt
und/oder indirekt über
den zweiten Wärmetauscher 14b dem
Innenraum 2 zugeführt.
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Das
zweite Luftstromsteuerelement 10b ist wie oben beschrieben
als Temperaturmischklappe ausgebildet, die in eine beliebige Position
zwischen einer ersten Endstellung 1 (= Standheizbetrieb
mit Aufwärmung
der konditionierten Luft L durch den Abgas-Wärmetauscher 14a oder
Kühlbetrieb
mit Zuführung
der konditionierten Luft L am Abgas-Wärmetauscher 14a vorbei)
und einer zweiten Endstellung II (= Zuheizbetrieb mit Aufwärmung der
konditionierten Luft L durch den Abgas-Wärmetauscher 14a und
den Wasserheizkörper 14b)
stellbar ist und somit der Mischung der unterschiedlich aufgeheizten
Luft aL und/oder der konditionierten Luft L strömungseingangsseitig zum Innenraum 2 dient.
Mit anderen Worten: Durch die Kombination des zweiten und dritten
Luftstromsteuerelements 10b, 10c kann konditionierte
Luft L oder aufgeheizte Luftstrom aL am Ausgang des ersten Wärmetauschers 14a direkt über den
Luftaustritt 16a und/oder indirekt über den nachgeschalteten zweiten
Wärmetauscher 14b und
den Luftaustritten 16b dem Innenraum 2 zugeführt werden.
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- 1
- Vorrichtung
zur Klimatisierung eines Innenraums
- 2
- Innenraum,
z. B. Fahrzeuginnenraum
- 4
- Heiz-
und/oder Klimagerät
(auch Klimaanlage genannt)
- 6
- Strömungskanal
- 8
- Gebläse
- 10a
- erstes
Luftstromsteuerelement
- 10b
- zweites
Luftstromsteuerelement
- 10c
- drittes
Luftstromsteuerelement
- 12
- Verdampfer
- 14a
- erster
Wärmetauscher
- 14b
- zweiter
Wärmetauscher
- 16a
- Luftaustritt
- 16b
- Luftaustritt
- 18
- Kühlmittelkreislauf
- 20
- Fahrzeugmotor
- 22
- Pumpe
- A
- Abgas
- aL
- aufgeheizter
Luftstrom
- B
- Bypass
- FL
- Frischluft
- KM
- Kühlmittel
- L
- Luftstrom
- UL
- Umluft
- VL
- Verbrennungsluft