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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Standklimaanlage in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Fahrzeug-Standklimaanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7. Demnach geht die Erfindung von einer bekannten Betriebsweise von Standklimaanlagen aus, bei der zwei durch Wärmeaustauschmittel verbundene Kühlmittel-Kreisläufe und zumindest ein auf- und in Fahrzeug-Stillstandsphasen entladbarer Kältespeicher verwendet wird und bei dem ein erster Kühlmittel-Kreislauf zumindest einen Kühlmittel-Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer umfasst und ein zweiter Kühlmittel-Kreislauf zumindest einen den Verdampfer des ersten Kühlmittel-Kreislaufes beinhaltenden Wärmeaustauscher zur Kälteaufnahme sowie einen Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher zur Abgabe von Klimatisierungskälte und, gegebenenfalls, eine Kühlmittel-Pumpe umfasst.
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Bei Fahrzeug-Standklimaanlagen besteht das Problem, während Fahrtunterbrechungen, z. B. für Erholungspausen, auch in Situationen relativ warmen und/oder feuchten Klimas ausreichend kühle Luft (Klimatisierungsluft) zur Verfügung zu stellen. Dabei ist der für den Betrieb solcher Fahrzeug-Standklimaanlagen erforderliche Energiebedarf nicht unerheblich. Er liegt in aller Regel zwischen 1 und 5 kWh.
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Bei am Markt erhältlichen Fahrzeug-Standklimaanlagen ist es bekannt, die Standklimaanlage so aufzubauen, dass sie auch im Fahrbetrieb zur Einstellung und Aufrechterhaltung eines angenehmen Klimas in der Fahrerkabine nutzbar ist, d. h. beide Systeme miteinander zu kombinieren und die zur Kälteerzeugung erforderliche Energie für den Antrieb des Kältekompressors eines Kühlmittel-Kreislaufes durch mechanische Ankopplung an den Fahrzeugmotor bereitzustellen. Bei laufendem Fahrzeugmotor wird somit der Kältekompressor mechanisch vom Fahrzeugmotor angetrieben. Um bei Stillstandszeiten des Fahrzeugmotors auch längere Fahrtunterbrechungen klimatechnisch überbrücken zu können, wird während der Fahrtperioden erzeugte Kälte gespeichert, um diese bei Stillstandsperioden abrufen zu können. Dies geschieht im Einzelnen wie folgt:
- Eine bekannte integrierte Fahr- und Standklimaanlage besteht aus zwei Kreisläufen, nämlich einem konventionellen Kältekreislauf zur Kälteerzeugung und einem Kältetransportkreislauf, zur Kälte-Verteilung. Der konventionelle Kältekreislauf ist z. B. für das Kältemittel R134a ausgelegt; seine Komponenten sind ein Kältemittel-Kompressor, ein Kältemittel-Kondensator, ein Kältemittel-Expansionsventil und ein Verdampfer. In diesem Verdampfer wird aber nicht Luft, wie bei einer üblichen (Fahr-)Klimaanlage für Fahrzeuge - sondern ein Kälteträger, wie eine Wasser-Glysantin-Mischung abgekühlt. Der Verdampfer ist die Schnittstelle zwischen den beiden Kühlmittel-Kreisläufen. Der zweite Kühlmittel-Kreislauf setzt sich zusammen aus der erwähnten Verdampfer-Schnittstelle sowie einem Kältespeicher, einem Klimagerät und einer Verteil- und Regeleinheit für den Kälteträger. Das sogenannte Klimagerät wird an einem beliebigen, von dem Verdampfer entfernten Punkt angeordnet, um dort aus dem zirkulierenden zweiten Kühlmittel-Kreislauf Klimatisierungskälte an die zu kühlende Luft abzugeben. Hierfür wird ein Flüssig/Luft-Austauscher verwendet. Die Verteil- und Regeleinheit für das Kreislaufmedium des zweiten Kühlmittel-Kreislaufes kann wahlweise mit dem Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher oder mit einem Kältespeicher verbunden werden. Der Kältespeicher besteht aus einem isolierten Gehäuse und einer Anzahl von Speicherelementen mit der dazwischen liegenden Strömungskanälen für Kälteträger. Der Kälteträger kann ein Gemisch aus Wasser und z. B. Glysantin sein.
- Durch die guten Wärmeübertragungseigenschaften zwischen dem aus Speicherelementen und dazwischen liegenden Strömungskanälen für Kälteträger bestehenden Kältespeicher und dem Verdampfer des ersten Kühlmittel-Kreislaufes, kann eine Kapazität von 5 kWh Kälteleistung in vergleichsweise kurzer Zeit in den Kältespeicher geladen werden. Wenn gleichzeitig zu einem solchen Ladevorgang die Kabinen-Klimatisierung erfolgt oder fortgesetzt wird, dauert die Kältespeicher-Aufladung entsprechend länger, z. B. die dreifache Zeit. Bei dieser bekannten Fahrzeug-Standklimaanlage zirkuliert bei Klimatisierung während der Fahrt der Kälteträger des zweiten Kühlmittel-Kreislaufes zwischen Verdampfer und Klimagerät. Im Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher des Klimagerätes wird die Kabinenluft (Frischluft oder Umluft) abgekühlt und entfeuchtet. Bei dieser Betriebsart, die auch als Erhaltungsklimatisierung (ohne das „Herunterkühlen“ des Fahrerhauses) bezeichnet wird, liefert der kontinuierlich arbeitende Verdampfer in der Regel mehr Kälteenergie als für die Klimatisierung der Kabine erforderlich ist. Der nicht benötigte Teil der Kälteleistung wird zum Aufladen des Kältespeichers genutzt.
- Bei extremen Anforderungen an die Klimatisierung kann der Kältespeicher auch zur Erhöhung der Kühlleistung eingesetzt werden. Der Kälteträger wird dann nach dem Verdampfer im Kältespeicher weiter abgekühlt und erst dann zum Klimagerät in der Fahrzeugkabine geleitet.- Eine derartige kombinierte Fahr- und Standklimaanlage für Fahrzeuge ist außerordentlich komplex, auch was die Steuerung und die Kälteträgerverteilung anbelangt.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, den Aufbau von Fahrzeug-Standklimaanlagen zu vereinfachen und die Energieressourcen für Fahrkabinenklimatisierung bei Stillstand des Fahrzeug-Antriebsmotors zu verbessern. Entsprechende Fahrzeug-Standklimaanlagen können natürlich die verschiedensten Räume eines Fahrzeuges, also nicht nur die Fahrkabine kühlen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit dem Merkmal des Anspruchs 7 vorgeschlagen. Demnach ist vorgesehen, dass der Kältemittel-Kompressor des ersten Kühlmittel-Kreislaufes antriebsmechanisch vom Fahrzeug-Antriebsmotor unabhängig, nämlich mittels Niederspannung elektrisch betrieben wird, um den Kältespeicher bei ausreichendem Angebot an elektrischer Energie aufzuladen und um Klimatisierungskälte am Flüssig/Luft-Austauscher bereitzustellen, wenn der Kältespeicher in Stillstandsphasen des Fahrzeugantriebs entladen ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine etwa verwendete Kältemittel-Pumpe des zweiten Kühlmittel-Kreislaufes mittels Niederspannung, insbesondere bei stillstehendem Kältemittel-Kompressor, elektrisch betrieben wird, um den Kältespeicher über den Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher zu entladen und - sofern erwünscht, um Klimatisierungskälte aus dem ersten Kühlmittel-Kreislauf an dem Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher bereitzustellen. Die Erfindung basiert demnach auf dem Grundgedanken, zur Kältebereitstellung bei Fahrzeugstillstand zwei Energie-Reservoire bereitzustellen, nämlich den aufladbaren Kältespeicher einerseits und andererseits, den Bord-Akkumulator für elektrische Spannung vom Fahrzeug, durch welchen bei entladenem Kältespeicher trotz Fahrzeugstillstandes über den Kältemittel-Kompressor elektrische Energie für Klimatisierungskälteerzeugung weiter bereitstellt.
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Durch die Erfindung kann der Kältespeicher im Vergleich zu den bekannten Fahrzeug-Standklimaanlagen deutlich verkleinert werden, ohne dass bei den nur gelegentlich vorkommenden langen Standkühlphasen eine geringere Klimatisierungsleistung hingenommen werden muss. Eine solche Speicherverkleinerung vermindert auch das Gewicht des Kältespeichers und gestattet dessen Anordnung unmittelbar am Ort der Klimatisierungsluftabgabe, was die Kompaktheit, insbesondere in der weiter unten beschriebenen Weise, verbessert. Kältespeicherleistungen von etwa 2 kWh reichen in einer Großzahl von Anwendungsfällen bereits aus. Die Akkumulatorbatterien werden, wie allgemein üblich gegen Tiefentladung durch geeignete, ansich bekannte Batteriewächter geschützt. Der Einsatz von rein elektrischer Antriebsenergie für Kältemittel-Kompressoren ist aus der
WO 85/03603 zwar grundsätzlich bekannt. Die dortige Lösung ist allerdings für die Kühlung von Kühlboxen mit eutektischen Speicherplatten vorgesehen, die nach Entladen des Kältespeichers auf einem deutlich höheren Temperatur-Niveau weiterbetrieben werden, als bei aufgeladenem Kältespeicher. Derartige TemperaturUnterschiede sind für die Luftklimatisierung grundsätzlich abzulehnen. Außerdem sind eutektische Speicherplatten ungeeignet, um an Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher für eine Fahrzeug-Standklimaanlage die Kälte an die Klimatisierungsluft abzugeben.
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Die Erfindung kann nun in verschiedener Weise ausgeführt werden. Gemäß einer ersten bevorzugten Betriebsweise gibt der zweite, mittels einer Kältemittel-Pumpe angetriebene Kühlmittel-Kreislauf gespeicherte und/oder zur unmittelbaren Kälteabgabe in situ erzeugte Klimatisierungskälte über ein von dem ersten Kreislaufmedium des ersten Kühlmittel-Kreislaufes sowie von dem Kältespeicher unabhängiges zweites Kreislaufmedium an den Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher ab. - Anders, als bei den eingangs erwähnten gattungsgemäßen Fahrzeug-Standklimaanlagen, wird also der Kältespeicherinhalt von dem Kreislaufmedium des zweiten Kühlmittel-Kreislaufes getrennt gehalten. Dies ermöglicht es, das Betriebsvolumen des zweiten Kühlmittel-Kreislaufes extrem klein zu halten und das (zweite) Kreislaufmedium an die Besonderheiten dieses Kreislaufes und insbesondere an günstige Materialpaarungen im Bereich des Flüssig/Luft-Wärmeaustauschers optimal anzupassen. Als Kältespeichermedium kann daher jedes beliebige, auch feste, Kältespeichermedium verwendet werden und insbesondere kann die Menge und das Gewicht an Speichermedium optimiert werden. Auch kann eine Verteil- und Regeleinheit für das zweite Kreislaufmedium entfallen oder deutlich vereinfacht werden.-Ein derartiges Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug-Standklimaanlage und eine dementsprechende Fahrzeug-Standklimaanlage ist auch ohne die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1 von eigenständig erfinderischer Bedeutung. - Gleichwohl kann ein gesonderter Wärmeaustauscher, nämlich für die Aufladung und Entladung des Kältespeichers, entfallen, wenn der Kältespeicher mit dem Verdampfer des ersten Kühlmittel-Kreislaufes und mit dem den Verdampfer zwecks Kälteaufnahme beinhaltenden Wärmeaustauscher des zweiten Kühlmittel-Kreislaufes zu einer weiter unten näher zu beschreibenden Wärmeaustauscheinheit zusammengefasst wird.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der zweite Kühlmittel-Kreislauf Bestandteil des Kältespeichers ist und von einem von dem Kühlmedium des ersten Kühlmittel-Kreislaufes unabhängigen zweiten Kreislaufmedium durchströmt wird und dass im Bereich des Verdampfers des ersten Kühlmittel-Kreislaufes und des ihn beinhaltenden Wärmeaustauschers des Kältespeichers Kälte direkt an den Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher abgegeben wird.
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Die kältespeichernde Substanz kann - alternativ - im Kältespeicher auch ruhen. Auf diese Weise kann auf ein spezielles Kreislaufmedium für den Kältetransport bis zu dem Flüssig/Luft-Wärmeaustauschers zur Luftklimatisierung verzichtet werden. Die gesamte Wärmeaustauscheranordnung kann - wie bei einem bekannten Klimagerät - unmittelbar am Verbrauchsort für Klimatisierungskälte angebracht werden. Das Wärmeaustauschergewicht wird durch den Kältespeicher vergleichsweise geringfügig belastet, denn Teilmengen eines etwa zirkulierenden Kälte-Speichermediums können in einem wärmeisolierten Zusatzspeicher auch entfernt von der Kälteabgabestelle untergebracht werden. Verbindungsleitungen zwischen dem Zusatzspeicher und dem Kältespeicher können einfach verlegt und wärmeisoliert ausgeführt werden. Es findet also ein Dreifach-Wärmeaustausch statt und auf eine Verteil- und Regeleinheit für Kältemittel, wie die aus dem oben bezeichneten Stand der Technik bekannt ist, kann völlig verzichtet werden. In Betriebsphasen ohne Aufladung oder Entladung des Kältespeichers braucht die etwa vorhandene Kältemittel-Pumpe dieses Kreislaufes lediglich abgeschaltet zu werden. Die in dem kombinierten Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher enthaltene Menge an Kälte-Speichermedium wirkt als Puffer, der die Kälteaufnahme des integrierten Wärmeaustauschers, insbesondere aber dessen Kälteabgabe in einer für den Fahrzeugnutzer angenehmen Weise vergleichmäßigt. - Die zweite Ausführungsform ist, auch unabhängig von den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, von eigenständig erfinderischer Bedeutung.
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Wenn der Kältespeicher mit dem Verdampfer des ersten Kühlmittel-Kreislaufes und mit dem den Verdampfer zwecks Kälteaufnahme beinhaltenden Wärmeaustauscher zusammengefasst ist, so ist dies, wie bereits ausgeführt, in wärmetechnischer und schaltungstechnischer Hinsicht von besonderem Nutzen und gestattet auch eine Verminderung der Bauteile sowie eine vergleichsweise flexible Platzierung im Fahrzeug und eine kompakte Bauweise. Auch dieses Verfahren und ein entsprechender integrierter Wärmeaustauscher ist auch ohne die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 von eigenständig erfinderischer Bedeutung.
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Wenn ein Rohr-in-Rohr-System für den Verdampfer und den ihn beinhaltenden Wärmeaustauscher verwendet wird, so kann auf besonders einfache Weise ein hochwirksamer Wärmeaustausch zwischen dem ersten Kühlmittel-Kreislauf, dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf und/oder dem Kältespeicher und dem Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher erfolgen, weil eines der Wärmeaustauschmedien kältetechnisch zwischen die beiden übrigen Wärmeaustauschmedien eingefügt ist, so dass zwischen den Medien auf kürzestem Wege Kälteenergie wahlweise ausgetauscht werden kann, wobei relativ kleine Mengen an Kühlmedien für einen wirkungsvollen Wärmeaustausch bereits ausreichen können. Ein solcher integrierter Wärmeaustauscher ist, auch ohne die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 von eigenständig erfinderischer Bedeutung.
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Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung und Tabelle, in der - beispielhaft - ein Ausführungsbeispiel einer Fahrzeug-Standklimaanlage dargestellt ist.
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In der Zeichnung zeigen
- 1 zeigt als Blockschaltbild die wesentlichen Elemente einer ersten Ausführungsform einer Fahrzeug-Standklimaanlage;
- 2 zeigt ein Blockschaltbild die wesentlichen Elemente einer zweiten Ausführungsform einer Fahrzeug-Standklimaanlage;
- 3 zeigt in Vertikalschnittdarstellung eine Prinzipdarstellung eines integrierten Wärmeaustauschers und Kältespeichers für die Ausführungsform nach 1 sowie
- 4 zeigt in Vertikalschnittdarstellung eine Prinzipdarstellung eines integrierten Wärmeaustauschers und Kältespeichers für die Ausführungsform nach 2
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Die in 1 in Ausschnitten als Prinzipskizze dargestellte Fahrzeug-Standklimaanlage 10 weist einen ersten Kühlmittel-Kreislauf 1 und einen damit kältetechnisch verbundenen zweiten Kühlmittel-Kreislauf 2 auf. Der erste, z. B. mit dem Kältemittel R134a befüllte Kühlmittel-Kreislauf 1 umfasst zumindest einen, vorzugsweise regelbaren, Kältemittel-Kompressor 3, einen Kondensator 4, ein Expansionsventil 5 und einen Verdampfer 6 sowie übliche Rohrleitungen, die den Kreislauf schließen. Der zweite, mit Wasser und gegebenenfalls einem die Erstarrungstemperatur absenkenden, an sich bekannten Mittel befüllte Kühlmittel-Kreislauf 2 umfasst zumindest eine Kältemittel-Pumpe 7, einen den Verdampfer 6 des ersten Kühlmittel-Kreislaufes 1 beinhaltenden Wärmeaustauscher 8 zur Kälteaufnahme sowie einen Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher 9 zur Abgabe von Klimatisierungskälte an die Raumluft mittels eines Verdampfer-Gebläses 11. Die Pfeile innerhalb der beiden Kühlmittel-Kreisläufe 1 und 2 deuten die Strömungsrichtung des ersten Kreislaufmediums (R134a) und des zweiten Kreislaufmediums (Wasser) an. Der Kältemittel-Kompressor 3 wird mit 24 Volt Gleichstrom ausschließlich elektrisch betrieben, also vom Fahrzeug-Antriebsmotor antriebsmechanisch unabhängig. Die elektrische Antriebsspannung kann grundsätzlich auch 12 oder 36 Volt oder auch 48 Volt betragen. In diesem Sinne wird unter Niedrigspannung im Sinne der Erfindung eine elektrische Spannung, insbesondere eine Gleichstromspannung, zwischen etwa 10 und 50 Volt verstanden.
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In dem ersten Kühlmittel-Kreislauf 1 wird die für die Abkühlung der Klimatisierungsluft erforderliche Kälte erzeugt und darüber hinaus ein Kälteüberschuss, so dass nicht nur eine Erhaltungsklimatisierung und das Abkühlen mindestens eines Raumes in dem Fahrzeug auch bei starker Wärmeeinstrahlung möglich ist, sondern auch ausreichende Kälteenergie zum Aufladen eines Kältespeichers vorhanden ist. Ein entsprechender Kältespeicher 12 findet sich ebenfalls in der Einheit, in der auch der Verdampfer 6 und Wärmeaustauscher 8 sich befinden. Eine entsprechende integrierte Anordnung wird im Zusammenhang mit 3 erläutert werden.
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In dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf 2 wird ein fluides Kältemittel, wie Wasser, zwischen der Einheit aus Verdampfer 6, Wärmeaustauscher 8 und Kältespeicher 12, und dem Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher 9 im Kreislauf mittels einer als Wasserpumpe ausgebildeten Kältemittel-Pumpe 7 transportiert. Bei ausreichender Wärmeisolation der Kreislaufleitungen und der beiden anderen Aggregaten, ist der Kälteverlust durch die Kreislaufführung gering. Durch Abschalten der ebenfalls elektrisch betriebenen Wasserpumpe kann der Kälteverlust im zweiten Kühlmittel-Kreislauf im Bedarfsfalle auf annähernd null abgesenkt werden. Wird nun bei laufender Wasserpumpe Raumluft mittels eines ansich bekannten Verdampfer-Gebläses 11 durch den Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher 9 geleitet, so wird dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf 2 die zur Raumklimatisierung erforderliche Kälte entzogen. Geeignete Rohrleitungen, insbesondere Luftverteilungsmittel 13 für Klimatisierungsluft die in dem Fahrzeug gegebenenfalls schon vorhanden sind, transportieren die Klimatisierungskälte an die bevorzugten Ausströmorte. Die Klimatisierungsluft kann allerdings auch unmittelbar aus einem ansich bekannten Klimagerät, bestehend aus Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher 9, Verdampfer-Gebläse 11 und Luftverteilungsmittel 13, an dem bevorzugten zentralen Ort für Klimatisierungsluft austreten.
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Eine bevorzugte Betriebsweise dieser Ausführungsform ist nun Folgende: Bei ausreichender elektrischer Spannungsversorgung in dem Fahrzeug, also vorzugsweise bei laufendem Fahrzeug-Antriebsmotor erzeugt z. B. eine in der Zeichnung nicht dargestellte Lichtmaschine mittels des laufenden Fahrzeug-Antriebsmotors genügend elektrischen Gleichstrom, um den im dargestellten und soweit bevorzugten Ausführungsbeispiel als regelbarer 24V-Gleichstrom-Kompressor gestalteten Kältemittel-Kompressor 3 anzutreiben. Dies geschieht von einer etwaigen von Hause in dem Fahrzeug vorgesehenen Fahrzeug-Klimaanlage völlig unabhängig und auch unabhängig von dem mechanischen Fahrzeug-Antrieb, also rein elektrisch. Der Kompressor läuft während der Fahrt des Fahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, und nutzt die von der Lichtmaschine bereitgestellte Energie, um das Kältemedium im Verdampfer 6 und dem darin vorzugsweise integrierten Kältespeicher 12 bereitzustellen. In dieser Phase der Kältebereitstellung sind verschiedene Betriebsweisen möglich. Zum Einen kann die Kälte sogleich über den zweiten Kühlmittel-Kreislauf zum Verbraucher, dem Klimagerät, bestehend aus Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher 9, Verdampfergebläse 11 und Luftverteilungsmittel 13, weitergeleitet werden. Steht dort besonders hoher Kältebedarf an, so kann es im Extremfall Vorkommen, dass nicht nur der Kältespeicher nicht aufgeladen wird, sondern in ihm etwa noch gespeicherte Restkälte mit verbraucht wird. Der zweite Kühlmittel-Kreislauf kann aber auch abgeschaltet sein, so dass alle Kälte dem Kältespeicher 12 zugeführt wird. Danach steht die Kälteenergie in gespeicherter Form der Fahrzeug-Standklimaanlage zur Verfügung. Wird diese nun eingeschaltet, um das Fahrerhaus während einer Fahrtunterbrechung zu kühlen oder weiter kühl zu halten, wird zuerst die gespeicherte Kälteenergie aus dem Kältespeicher abgerufen. Hierbei ist allein der zweite Kühlmittel-Kreislauf tätig. Der erste Kühlmittel-Kreislauf wird nicht durchflossen. Der elektrische Stromverbrauch beschränkt sich auf den Betrieb der Kältemittel-Pumpe 7 und des Verdampfer-Gebläses 11. Ist die Kälteenergie aus dem Kältespeicher verbraucht und steht der Fahrzeug-Antriebsmotor immer noch still, so schaltet der Kältemittel-Kompressor 3 zu, um den aktuell anfallenden Kältebedarf zu decken. Der Kompressor übernimmt die nun benötigte Energie aus der Fahrzeugbatterie. Der Kältespeicher wird in dieser Zeit nicht aufgeladen, da die zur Verfügung gestellte Kälteenergie über den Primär-Kreislauf (erster Kühlmittel-Kreislauf) innerhalb der Einheit aus Verdampfer 6, Wärmeaustauscher 8 und Kältespeicher 12, direkt an den Sekundär-Kreislauf (zweiter Kühlmittel-Kreislauf) abgegeben wird.
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Die Fahrzeug-Standklimaanlage bedient sich im Standbetrieb also zweier Energiespeicher, zum Einen des Kältespeichers 12, sofern dieser aufgeladen ist. Und zum Anderen aus der Fahrzeugbatterie, die den elektrisch betriebenen Kältemittel-Kompressor betreibt. Die Kühlzeit kann somit problemlos mindestens sechs bis acht Stunden betragen.
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Aus 3 ist ein für das Ausführungsbeispiel nach 1 besonders geeigneter integrierter Wärmeaustauscher schematisch wiedergegeben. Es handelt sich zum Einen um eine Rohr-in-Rohr-Kühlschlangenanordnung 14 und zum Anderen um einen mit einer kältespeichernden Substanz 16 gefüllten, außen bevorzugt wärmeisolierten Speicherbehälter 15, in den die Rohr-in-Rohr-Kühlschlangenanordnung 14 eingetaucht ist. Durch ein Außenrohr 14A strömt das Kreislaufmedium (R134a) des Primärkreislaufes (erster Kühlmittel-Kreislauf). Das Außenrohr 14A beinhaltet den Verdampfer 6. Durch ein Innenrohr 14B strömt das z. B. aus Wasser und Antifugen bestehende Kreislaufmedium des Sekundärkreislaufes (zweiter Kühlmittel-Kreislauf). Die kältespeichernde Substanz 16 im Speicherbehälter 15 kann z. B. ein Wasser/Antifugen-Gemisch beinhalten, das in der Regel nicht zirkuliert wird und in dem bevorzugten Temperaturbereich zwischen +1° und -5° in flüssiger Form vorliegt. Auch halbfeste und feste kältespeichernde Substanzen sind einsetzbar. Außerhalb des Speicherbehälters 15 ist das Innenrohr 14B aus dem Außenrohr 14A herausgeführt und getrennt angeordnet. Innerhalb des Speicherbehälters 15 dient das Innenrohr 14B als der den Verdampfer 6 (auf seiner Außenseite) beinhaltende Wärmeaustauscher 8 zwischen dem Primär- und dem Sekundär-Kreislauf.
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Das Kühlmedium 1A des Primärkreislaufes überträgt seine Kälteenergie durch indirekte Wärmeübertragung aber auch auf die kältespeichernde Substanz 16 - und nicht nur auf das Kühlmedium 2A des Sekundär-Kreislaufes. Es bedient sich dabei des Außenrohres 14A als Wärmeaustauscher. Auf diese Weise kann mit hoher Effizienz Kälte sowohl an den Sekundär-Kreislauf als auch Kältespeicher zu dessen Aufladung abgegeben werden.
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Beim Entladen des Kältespeichers wirkt die zwischen der kältespeichernden Substanz 16 und dem Sekundärkreislauf zwischengefügte Rohrwand des Außenrohres 14A samt der von dem Außenrohr 14A eingeschlossenen Menge an erstem Kühlmedium 1A vergleichmäßigend auf die Kälteabgabe an das Kühlmedium 2A des zweiten Kühlmittel-Kreislaufes, ohne aber das Entladen des Kältespeichers zu behindern.
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Gemäß dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel und der besonderen Ausführungsform nach 4, ist der erste Kühlmittel-Kreislauf 1 im Kern identisch zur ersten Ausführungsform.
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Lediglich ist die mit dem Verdampfer 6 versehene integrierte Wärmeaustauschereinheit aus Verdampfer 6, Wärmeaustauscher 8 und Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher 9' anders aufgebaut, wie weiter unten noch erläutert wird. Im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels wird die Kälte unmittelbar an einen in den Verdampfer und den Wärmeaustauscher 8 integrierten Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher 9' abgegeben, wie weiter unten beschrieben. Es entfällt also ein reiner Transportkreislauf, wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Gegebenenfalls ist aber ein Kältespeicher-Kreislauf vorgesehen, wie weiter unten beschrieben:
- Ein zur Verwendung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel bevorzugter integrierter Wärmeaustauscher wird jetzt im Zusammenhang mit 4 erläutert. Dessen Aufbau stimmt insoweit mit dem Aufbau nach 3 überein, dass ein Außenrohr 14A einer Rohr-in-Rohr-Kühlschlangenanordnung 14 das Kühlmedium 1A des Primärkreislaufes, z. B. R134a, führt, wobei in seinem Inneren ein, insbesondere koaxial verlaufendes Innenrohr 14B angeordnet ist, innerhalb dessen das zweite Kühlmedium 2A, z. B. Wasser, gegebenenfalls mit einem die Erstarrungstemperatur absenkenden Zusatz, wie Antifugen, versehen ist.
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Im Unterschied zum integrierten Wärmeaustauscher nach 3 ist ein die Rohr-in-Rohr-Kühlschlangenanordnung 14 aufnehmender Speicherbehälter nicht vorgesehen. Stattdessen zirkuliert in dem Innenrohr 14B eine kältespeichernde Substanz 16 mittels Schwerkraftströmung oder, wie nicht dargestellt, mit Unterstützung einer Fluidpumpe. Außerhalb des eigentlichen Wärmespeichers befindet sich ein Zusatzspeicher 12', der an voneinander beabstandeten Enden die Ein- und Auslassmündungen des Innenrohres 14B fluidleitend empfängt. Der zweite „Kühlmittel-Kreislauf 2“ umfasst also neben dem Innenrohr 14B eventuelle Verbindungsleitungen und den vorzugsweise außerhalb liegenden Zusatzspeicher 12' sowie ggf. noch eine Zirkulationspumpe. Das Innenrohr 14B ist damit gleichzeitig Bestandteil eines Speicherbehälters 15 für eine kältespeichernde, vorzugsweise, aber nicht zwingend, fluide kältespeichernde Substanz 16. Es können aber auch feste kältespeichernde Substanzen im Innenrohr 14B vorgesehen sein.
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Die Rohr-in-Rohr-Kühlschlangenanordnung 14 ist in ansich bekannter Weise mit einer Vielzahl dicht beieinander liegender Lamellen 17 für einen Wärmeaustausch mit der Klimatisierungsluft versehen. Die Lamellen 17 sind Bestandteil des Flüssig/Luft-Wärmeaustauschers 9' zur Abkühlung der Klimatisierungsluft und gestatten einen Durchgang für Klimatisierungsluft.
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Die Betriebsweise des integrierten Wärmeaustauschers nach 4 ist nun die, dass das Außenrohr 14A den Verdampfer des Primärkreislaufes umfasst und auf seiner Außenseite Kälte an die Lamellen 17 zum Abtransport durch die Klimatisierungsluft überträgt. Ebenso wird Kälte an das Innenrohr 14B übertragen, welches Bestandteil des Kältespeichers 12 ist und bei genügend an bereitgestellter Kälteenergie oder fehlender Kälteabfrage an den Lamellen 17 (ein Verdampfergebläse ist eingeschaltet) Kälte an den die kältespeichernde Substanz 16 abgibt.
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Wenn der Fahrzeug-Antriebsmotor nicht läuft, kann nun Kälte im Speicherbehälter 15 entnommen werden, bis dieser ganz entladen ist. Wenn danach der Kältebedarf weiter ansteht, kann der Kältemittel-Kompressor aus der Bordbatterie mit elektrischem Strom versorgt werden, wie dies auch aus erstem Ausführungsbeispiel erläutert ist.
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REFERENZZEICHEN
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- 1
- erster Kühlmittel-Kreislauf
- 1A
- Kühlmedium
- 2
- zweiter Kühlmittel-Kreislauf
- 2A
- Kühlmedium
- 3
- Kältemittel-Kompressor
- 4
- Kondensator
- 5
- Expansionsventil
- 6
- Verdampfer
- 7
- Kältemittel-Pumpe
- 8
- Wärmeaustauscher
- 9
- Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher
- 9'
- Flüssig/Luft-Wärmeaustauscher
- 10
- Fahrzeug-Standklimaanlage
- 11
- Verdampfer-Gebläse
- 12
- Kältespeicher
- 12'
- Zusatzspeicher
- 13
- Luftverteilungsmittel
- 14
- Rohr-in-Rohr-Kühlschlangenanordnung
- 14A
- Außenrohr
- 14B
- Innenrohr
- 15
- Speicherbehälter
- 16
- Kältespeichernde Substanz
- 17
- Lamellen