DE10242464A1

DE10242464A1 - Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrerbetts

Info

Publication number: DE10242464A1
Application number: DE10242464A
Authority: DE
Inventors: Noureddine Dr. Khelifa; Wolfgang Krämer; Oliver Horn
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: DE10242464B4; US20070125514A1; US20040123976A1; US7240725B2

Abstract

Die Vorrichtung (10) umfasst einen Kältemittelkreislauf (12), bei dem ein Verdichter (16), ein Verflüssiger (20) und ein Verdampfer (32) von einem Kältemittel durchströmt werden, einen Wärmeträgerkreislauf (14), bei dem eine Wärmequelle und ein Wärmetauscher (66) von einem Wärmeträger durchströmt werden, und einem Wärme-/Kälte-Speicher (34), in dem der Verdampfer (32) und der Wärmetauscher (66) angeordnet sind. Um insbesondere eine verbesserte und zugleich verhältnismäßig kostengünstige Lösung für die Klimatisierung im Bereich eines Fahrerbettes im Fahrzeuginnenraum möglich zu machen, ist eine Heiz-/Kühlfläche (92, 100) für ein Fahrerbett und/oder eine Fahrzeuginnenraumwand vorgesehen, die derart in den Wärmeträgerkreislauf (14) integriert ist, dass sie wahlweise vom Wärmeträger durchströmbar ist, der durch den Wärmetauscher (66) gefördert wird, oder vom Wärmeträger, der durch die Wärmequelle gefördert wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums mit einem Kältemittelkreislauf, bei dem ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein Verdampfer von einem Kältemittel durchströmt werden, einem Wärmeträgerkreislauf, bei dem eine Wärmequelle und ein Wärmetauscher von einem Wärmeträger durchströmt werden, und einem Wärme-/Kälte-Speicher, in dem der Verdampfer und der Wärmetauscher angeordnet sind.
Eine Vorrichtung dieser Art ist aus DE 100 65 279 C1 bekannt. Bei einer solchen Klimaeinrichtung sind ein Kältemittelkreislauf und ein Wärmeträgerkreislauf mit Hilfe eines Speichers wärmetechnisch gekoppelt, der sowohl zum Speichern von Wärme als auch von Kälte genutzt wird. Die Vorrichtung ist insbesondere verhältnismäßig einfach aufgebaut und weist ferner ein besonders schnelles Ansprechverhalten auf.
Aus DE 196 45 544 A1 ist ein klimatisierbarer Fahrzeugsitz bekannt, der wenigstens ein kombiniertes Heiz-/Kühlelement aufweist, das zur Klimatisierung des Fahrzeugsitzes an den Sekundärkreislauf eines Wärmetauschers, der primärseitig von wenigstens einem bordeigenen Wärmeerzeuger beaufschlagt ist, oder an den Sekundärkreislauf eines Wärmetauschers anschließbar ist, der primärseitig von wenigstens einem bordeigenen Kälteerzeuger beaufschlagt ist. Es wird ferner vor geschlagen, dass ein alternatives Heizen/Kühlen des Fahrersitzes möglich ist, indem dieser selektiv über einen Wärmetauscher an die Fahrzeugheizung bzw. die Standheizung oder an die Fahrzeugklimaanlage bzw. die Standklimaanlage anschließbar ist.
Zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums bereitzustellen, mit der insbesondere eine verbesserte und zugleich verhältnismäßig kostengünstige Lösung für die Klimatisierung im Bereich eines Fahrerbettes im Fahrzeuginnenraum oder einer Fahrzeuginnenraumwand möglich ist.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer oben genannten Vorrichtung zum Klimatisieren eine Fahrzeuginnenraums gelöst, bei der eine Heiz-/Kühlfläche für ein Fahrerbett und/oder eine Fahrzeuginnenraumwand, d.h. eine Flächenheizung vorgesehen ist, die derart in den Wärmeträgerkreislauf integriert ist, dass Sie wahlweise von Wärmeträger durchströmbar ist, der durch den Wärmetauscher gefördert wird, oder von Wärmeträger, der durch die Wärmequelle gefördert wird.
Die Klimatisierung eines Fahrerbettes in einem Fahrzeuginnenraum oder einer Fahrzeuginnenraum- bzw. Kabinenwand hat hinsichtlich der Erholung des Fahrers während seiner Ruhepausen einen erheblichen Einfluss auf das Wohlbefinden des Fahrers. Es ist daher seit langem gewünscht, dass der Fahrzeuginnenraum bzw. die Schlafkabine von Fahrzeugen umfassend temperiert und klimatisiert wird.
Bei der Klimatisierung von Fahrerbetten oder der Kabinenrückwand ist bisher mit Luft als Wärmeträger gearbeitet worden, wobei in diesem Fall das Fahrerbett bzw. die Kabinenrückwand technisch aufwendig gestaltet sein muss. Vorteilhafter ist eine Temperierung des Fahrerbettes oder der Kabinenrückwand über so genannte Flächenheizungen, deren Technik beherrschbar ist.
Gegenüber derartigen Klimaeinrichtungen bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass eine Kühl-/Heizfläche verwendet wird, die von einem insbesondere flüssigen Wärmeträger durchströmt wird. Mit einem flüssigen Wärmeträger können große Energiemengen transportiert werden und es ist daher erfindungsgemäß möglich, dass das Fahrerbett schnell im erforderlichen Maß gekühlt bzw. geheizt wird. Die erfindungsgemäße Kühl-/Heizfläche ist darüber hinaus derart in eine Vorrichtung integriert, dass durch die Kühl-/Heizfläche ein und derselbe Wärmeträger gefördert werden kann, wobei einmal gekühlt und ein anderes mal geheizt werden kann. Somit können das erfindungsgemäße Fahrerbett oder die Fahrzeuginnenraumwand in besonders einfacher Weise sowohl gekühlt als auch geheizt werden. Erfindungsgemäß kann daher auf aufwendige Technik zum Umschalten und Umleiten von Kühlmittel bzw. Wärmeträger verzichtet werden.
Erfindungsgemäß wird ein und derselbe Wärmeträger zum einen durch die Wärmequelle gefördert, um das Fahrerbett und/oder die Fahrzeuginnenraumwand unmittelbar zu heizen, und zum anderen kann derselbe Wärmeträger durch den Wärmetauscher im Speicher gefördert werden, um insbesondere zu kühlen. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, dass das Fahrerbett und/oder die Fahrzeuginnenraumwand aus dem Speicher heraus auch geheizt werden kann, nämlich in dem Fall, in dem der Speicher zuvor durch den Wärmetauscher mit Wärmeenergie der Wärmequelle geladen worden ist. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Fahrerbett oder die Fahrzeuginnenraumwand besonders schnell auf die gewünschte Temperatur gebracht werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Heiz-/Kühlfläche für das Fahrerbett und/oder die Fahrzeuginnenraumwand in einer Parallelschaltung zu dem Wärmetauscher in dem Wärmeträgerkreislauf angeordnet ist. Die Parallelschaltung ermöglicht drei grundsätzliche Strömungswege, die einzeln oder auch in Kombination auf besonders einfache Weise für strömenden Wärmeträger freigegeben werden können. Ein erster Strömungsweg führt aus einem Motorkühlkreis als Wärmequelle durch den Wärmetauscher im Speicher und zurück in den Motorkühlkreis. Ein zweiter Strömungsweg führt aus dem Motorkühlkreis durch die Heiz-/Kühlfläche und zurück in den Motorkühlkreis. Der dritte Strömungsweg führt aus dem Wärmetauscher im Speicher in die Heiz-/Kühlfläche und zurück in den Speicher. Alternativ zu einer Parallelschaltung können der Wärmetauscher im Speicher und die Heiz-/Kühlfläche in dem Wärmeträgerkreislauf auch in Reihe geschaltet sein. Bei einer solchen Reihenschaltung ist vorteilhaft eine Bypassleitung und eventuell eine Leitung mit einem zweiten Wärmetauscher parallel zu der Heiz-/Kühlfläche geschaltet.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorteilhaft der Heiz-/Kühlfläche ein Ventil zugeordnet, mittels dem der Strom von Wärmeträger durch die Heiz-/Kühlfläche fernsteuerbar ist. Mit dem Ventil wird der Wärmträgerstrom durch die Heiz-/Kühlfläche geregelt und auf diese Weise die Temperatur am Fahrerbett oder der Fahrzeuginnenraumwand wie gewünscht angepasst.
Erfindungsgemäß können besonders einfach auch mehrere Fahrerbetten und/oder Fahrzeuginnenraumwände gleichzeitig von einer einzelnen erfindungsgemäßen Vorrichtung bedient werden, indem eine zweite Heiz-/Kühlfläche für ein zweites Fahrerbett oder eine zweite Fahrzeuginnenraumwand vorgesehen ist, die in einer Parallelschaltung zu der ersten Heiz-/Kühlfläche angeordnet ist.
Zwei oder mehr erfindungsgemäße Heiz-/Kühlflächen Für Fahrerbetten oder Fahrzeuginnenraumwände können hinsichtlich ihrer Temperatur einzeln gesteuert werden, indem jeder der beiden Heiz-/Kühlflächen ein eigenes Ventil zugeordnet ist, mit dem der Strom durch die jeweilige Heiz-/Kühlfläche fernsteuerbar ist.
Für eine kostengünstige Lösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann alternativ der Parallelschaltung der Heiz-/Kühlflächen ein gemeinsames Ventil zugeordnet sein, mit dem der Strom von Wärmeträger durch beide Heiz-/Kühlflächen fernsteuerbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zugleich genutzt werden, um die Luft im Fahrgastraum selbst zu heizen. Dies ist über einen zweiten Wärmetauscher möglich, der in den Wärmeträgerkreislauf integriert ist und der insbesondere von Luft durchströmbar ist. Der zweite Wärmetauscher kann im Front- und/oder im Heckbereich des Fahrzeuginnenraums angeordnet sein. Die Temperatur im Fahrzeuginnenraum bzw. der Schlafkabine kann dann über den Wärmeträgerstrom im zweiten Wärmerauscher und den Luftstrom durch diesen Wärmetauscher eingestellt werden. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß das Fahrerbett selbst durch denselben Wärmeträgerstrom temperiert, wobei die Temperatur des Fahrerbettes durch Regelung der durchströmenden Wärmeträgermenge beeinflusst werden kann.
Die erfindungsgemäß vorgesehene mindestens eine Heiz-/Kühlfläche ist zu dem oben genannten zweiten Wärmetauscher vorteilhaft in einer Reihenschaltung angeordnet, wobei insbesondere zu der Heiz-/Kühlfläche eine Bypassleitung ausgebildet ist, deren Strömungsquerschnitt einstellbar ist. Bei einer solchen Reiheschaltung wird dem Wärmeträgerstrom gezielt zunächst von einer der beiden Einrichtungen Wärmeenergie entzogen, während die in der Reihenschaltung stromabwärts angeordnete Einrichtung mit bereits kälterem Wärmeträger durchströmt wird. Vorteilhaft ist es bei einer solchen Anordnung, wenn die mindestens eine Heiz-/Kühlfläche zum Heizen aus dem Motorkühlkreis in Strömungsrichtung vor dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist. Beim Durchströmen der Anordnung erwärmt der Wärmeträger dann zunächst das Fahrerbett, bevor seine restliche Wärmeenergie mit dem zweiten Wärmeübertrager an die Luft im Fahrzeuginnenraum abgegeben wird. Das Fahrerbett wird dann als erstes aufgeheizt. Die oben genannte Bypassleitung dient zum Umströmen der Heiz-/Kühlfläche, wenn diese durch eines der oben genannten Ventile gesperrt worden ist. Beim Kühlen des Fahrerbetts und des Fahrzeuginnenraums liegt wiederum der Schwerpunkt auf der zuerst von Wärmeträger durchströmten Einrichtung.
Alternativ kann die mindestens eine Heiz-/Kühlfläche vorteilhaft auch zu dem zweiten Wärmetauscher in einer Parallelschaltung angeordnet ist. In der Parallelschaltung strömt warmer oder auch kalter Wärmeträger gleichzeitig durch die Heiz-/Kühlfläche und den zugehörigen zweiten Wärmetauscher. Das oben erläuterte Heizen aller Kühlen des Fahrerbetts und der Luft in dem Fahrzeuginnenraum geschieht daher entsprechend gleichmäßig. Beide Einrichtungen werden also in gleichem Maße bedient.
Darüber hinaus ist vorteilhaft eine Umwälzpumpe vorgesehen, die derart in den Wärmeträgerkreislauf integriert ist, dass sie den Wärmeträger durch den Wärmetauscher und die Heiz-/Kühlfläche und insbesondere auch durch den zweiten Wärmetauscher fördert. Die Umwälzpumpe dient zum Beladen des Speichers mit Wärmeenergie und ermöglicht darüber hinaus ein Heizen- bzw. Kühlen auf dem Speicher heraus in die Heiz-/Kühlfläche des Fahrerbetts und/oder den zweiten Wärmetauscher. Außer dieser Umwälzpumpe kann mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe eines Verbrennungsmotors, der als Wärmequelle dient, ebenfalls der flüssige Wärmeträger in dem Wärmeträgerkreislauf gefördert werden. Die Kühlmittelpumpe kann den Wärmeträger ebenfalls durch die Heiz-/Kühlfläche und/oder den Wärmetauscher fördern, wobei in diesem Fall das Fahrerbett und die Luft im Fahrzeuginnenraum durch die Abwärme des Verbrennungsmotors geheizt werden. Als Wärmequellen kann außer einem Verbrennungsmotor auch ein Zusatzheizgerät mit einem Brenner und eventuell einer eigenen Umwälzpumpe, ein elektrischer Zuheizer oder eine Brennstoffzelle (APU-Einrichtung) genutzt bzw. verwendet werden.
In dem Kältemittelkreislauf ist vorteilhaft ein zweiter Verdampfer vorgesehen, der insbesondere von Luft durchströmbar ist. Mit Hilfe des zweiten Verdampfers kann während des Betriebs des Kältemitteikreislaufs unmittelbar die Luft im Fahrzeuginnenraum gekühlt werden. Diese Funktion wird während des Betriebs des Motors des Fahrzeugs genutzt, während dem der Verdichter im Kältemittelkreislauf vom Motor angetrieben wird, Die sonstigen oben genannten Funktionen, bei denen der Speicher genutzt wird, werden hingegen insbesondere während des Stillstands des Motors des Fahrzeugs zur Standklimatisierung genutzt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Fahrbetrieb oder im Standbetrieb,
2 eine vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Standbetrieb,
3 eine vereinfachte Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Fahrbetrieb oder im Standbetrieb,
4 eine vereinfachte Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Fahrbetrieb oder im Standbetrieb,
5 eine vereinfachte Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Standbetrieb,
6 eine vereinfachte Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Standbetrieb,
Fig. 7 eine vereinfachte Darstellung einer siebten Ausführungsform Einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Fahrbetrieb oder im Standbetrieb, und
8 eine vereinfachte Darstellung einer achten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Fahrbetrieb oder im Standbetrieb.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Klimatisieren eines nicht dargestellten Fahrzeuginnenraums, insbesondere einer Schlafkabine eines Lastkraftwagens veranschaulicht. Die Vorrichtung 10 weist als wesentliche Sauelemente einen Kältemittelkreislauf 12 und einen Wärmeträgerkreislauf 14 auf.
Der Kältemittelkreislauf 12 dient zum Kühlen eines Kältemittels, wobei ausgehend von einem Verdichter 16 eine Leitung 18 zu einem Verflüssiger 20 und weiter zu einem Sammler/Trockner 22 führt. In der Leitung 18 ist nachfolgend eine Abzweigung 24 angeordnet, von der aus eine Leitung 26 zu einem Ventil 28 und weiter zu einem Expansionsventil 30 führt. In Strömungsrichtung hinter dem Expansionsventil 30 ist ein Verdampfer 32 in einem Kälte-/Wärme-Speicher 34 angeordnet. Aus dem Verdampfer 32 führt eine Leitung 36 zu einem Rückschlagventil 38 und weiter zu einer Abzweigung 4a, an der die Leitung 36 wieder auf die Leitung 18 stößt.
Zwischen der Abzweigung 24 und der Abzweigung 40 ist eine weitere Leitung 42 parallel zum Verdampfer 32 angeordnet, in der ausgehend von der Abzweigung 24 ein Ventil 44, ein Expansionsventil 46 und ein Verdampfer 48 angeordnet sind. Der Verdampfer 48 befindet Sich als so genannter Front HVAC in dem Fahrzeuginnenraum. Durch den Verdampfer 48 und auch den Verflüssiger 20 kann jeweils von einem Gebläse Luft gefördert werden.
Der Kältemitteikreislauf 12 ermöglicht die folgenden Betriebsarten: Während des Betriebs des Verdichters 16, der von einem nicht dargestellten Verbrennungsmator des Lastkraftwagens angetrieben wird, wird am Verflüssiger 20 dem Kältemittel Wärme entzogen, das nachfolgend zur Abzweigung 24 gefördert wird. An der Abzweigung 24 kann das Kältemittel durch Schalten der Ventile 28 und/oder 44 wahlweise in den Verdampfer 32 und/oder den Verdampfer 48 geleitet werden. In den Verdampfern 32 und 48 wird dem Kältemittel Wärme zugeführt und damit die Umgebung der Verdampfer 32 und 48 gekühlt.
Der Verdampfer 48 wird von Luft durchströmt, die nachfolgend in den Fahrzeuginnenraum geleitet wird, so dass dort unmittelbar die Luft gekühlt werden kann. Dieses direkte Kühlen des Fahrzeuginnenraums entspricht der Funktion einer herkömmlichen Klimaanlage.
Der Verdampfer 32 ist in dem Speicher 34 angeordnet, so dass dieser Speicher 34 vom durch den Verdampfer 32 strömenden Kältemittel gekühlt und geladen werden kann. Im Speicher 34 kann also mit Hilfe des Kältemittelkreislaufs während des Betriebs des Verdichters 16 „Kälte" gespeichert werden.
Der Wärmeträgerkreislauf 14 dient insbesondere zum Erwärmen eines flüssigen Wärmeträgers und darüber hinaus zum Kühlen eines Fahrerbetts und/oder einer Fahrzeuginnenraumwand bzw. Kabinenwand. In den Wärmeträgerkreislauf 14 führt ein Zulauf 50 hinein, der Wärmeträger aus einem nicht dargestellten Motorkühlkreis bereitstellt. Vom Zulauf 50 führt eine Leitung 52 zu einem Ventil 54 und weiter zu einer Abzweigung 56. Von dort führt eine Leitung 53 zu einer weiteren Abzweigung 60, von der aus eine Leitung 62 zu einer Umwälzpumpe 64 und weiter zu einem Wärmetauscher 66 führt. Der Wärmetauscher 66 ist in dem oben genannten Kälte-/Wärme-Speicher 34 angeordnet. In Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher 66 ist an einer Abzweigung 68 ein Ausgleichsbehälter 70 an der Leitung 62 angeschlossen. Nachfolgend ist ein Ventil 72 in der Leitung 62 angeordnet, die weiter zu einer Abzweigung 74 führt. Von der Abzweigung 74 führt eine Leitung 76 zu einer weiteren Abzweigung 78. Von dieser Abzweigung 78 führt schließlich eine Leitung 80 zu einem Ablauf 82, der in den Motorkühlkreis mündet.
In dem Motorkühlkreis ist zum einen ein nicht dargestellter Verbrennungsmotor angeordnet, dessen Abwärme an den Motorkühlkreis abgegeben wird. Ferner ist in dem Motorkühlkreis ein nicht dargestelltes Zusatzheizgerät mit einem Brenner und/oder ein elektrischer Zuheizer angeordnet. Bei einem nicht veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 ist in dem Motorkühlkreis eine Brennstoffzelle angeordnet.
Zwischen der Abzeigung 56 und der Abzweigung 78 ist eine Leitung 88 ausgebildet, in der ein Ventil 90 und eine Heiz-/Kühlfläche 92 eines weiter nicht dargestellten Fahrerbetts angeordnet sind. Zwischen der Abzweigung 60 und der Abzweigung 74 ist eine Leitung 84 vorgesehen, in der ein Wärmetauscher 86 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 86, der auch als Rear/Front Heizeinrichtung (HE) bezeichnet wird, kann mit Hilfe eines Gebläses von Luft durchströmt werden, die in den Fahrzeuginnenraum geleitet wird.
Mit Hilfe des Wärmeträgerkreislaufs 14 können folgende. Funktionen der Vorrichtung 10 an der Heiz-/Kühlfläche 92 des Fahrerbetts und dem Wärmetauscher 86 bereitgestellt werden:
Sowohl die Heiz-/Kühlfläche 92 als auch der Wärmetauscher 86 können mit warmem Wärmeträger, der aus dem Motorkühlkreis von einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe oder einer Förderpumpe in einem Zusatzheizgerät bereitgestellt wird, direkt geheizt werden. Für dieses direkte Heizen ist das Ventil 54 geöffnet und das Ventil 88 wahlweise geschlossen. Mit dem Ventil 88 kann insbesondere die durch die Heiz-/Kühlfläche 92 pro Zeiteinheit geförderte Wärmeträgermenge beeinflusst werden, wodurch sich die Temperatur des Fahrerbetts einstellen lässt. Erfindungsgemäß wird zum Heizen/Kühlen eine Temperatur des Fahrerbetts von 1K bis 5K, insbesondere von 3K über bzw. unter der Umgebungstemperatur bei einer Heizleistung von etwa 30-100 W/m², insbesondere von 50-80 W/m² angestrebt. Um ein Durchströmen des Wärmetauschers 66 während des direkten Heizens zu verhindern, kann das Ventil 72 geschlossen werden. In dem Motorkühlkreis kann der Wärmeträger mit der Abwärme des Verbrennungsmotors und/oder dem Zusatzheizgerät erwärmt werden.
Neben dem direkten Heizen ist auch ein Laden des Speichers 34 mit Wärmeenergie aus dem Motorkühlkreis möglich. Dazu wird bei offenem Ventil 54 und offenem Ventil 72 mit der Umwälzpumpe 64 Wärmeträger durch den Wärmetauscher 66 gefördert. Während des Ladens des Speichers 34 mit Wärmeenergie kann zugleich Wärmeträger durch den Wärmetauscher 86 gefördert werden, um die Luft im Fahrzeuginnenraum zu heizen, oder es kann Wärmeträger zum Heizen des Fahrerbetts durch die Heiz-/Kühlfläche 92 geleitet werden.
Darüber hinaus kann mit dem Wärmeträgerkreislauf 14 auch ein indirektes Heizen ermöglicht werden, indem ein geladener warmer Speicher 34 wieder entladen und seine Wärmeenergie zum Wärmetauscher 86 und/oder zur Heiz-/Kühlfläche 92 geleitet wird. Dieses Entladendes Speichers 34 erfolgt mit Hilfe der Umwälzpumpe 64, die bei geöffnetem Ventil 72 den Wärmeträger zum Wärmetauscher 86 und bei geöffnetem Ventil 90 auch zur Heiz-/Kühlfläche 92 fördert. Das direkte und indirekte Heizen kann auch gleichzeitig erfolgen, wobei sowohl das Ventil 72 als auch das Ventil 54 geöffnet sind.
Schließlich kann mit dem Wärmeträgerkreislauf 14 auch ein geladener kalter Speicher 34 entladen und seine Kälte zu dem Wärmetauscher 86 und/oder insbesondere zu der Heiz-/Kühlfläche 92 des Fahrerbetts gefördert werden. Bei diesen Betriebsmodi des indirekten Kühlens wird mit Hilfe der Umwälzpumpe 64 der Wärmeträger durch den kalten Speicher 34 gefördert. Bei offenem Ventil 72 gelangt der Wärmeträger zu dem Wärmetauscher 86 und bei offenem Ventil 90 auch zur Heiz-/Kühlfläche 92. Ein Einströmen des kalten Wärmeträgers in den Motor kühlkreis kann durch Verschließen der Ventile 54 und 102 verhindert werden. Indirekt gekühlt wird insbesondere während des Stillstands des Verbrennungsmotors, während dem der Verdichter 16 nicht angetrieben wird.
Insgesamt lassen sich mit dem Kältemittelkreislauf 12 also die folgenden Betriebsmodi realisieren:

1. alleiniges Kühlen am Verdampfer 48 (Klimaan lagenfunktion);
2. alleiniges Laden des Speichers 34 am Verdampfer 32 (Laden im Fahrbetrieb);
3. gleichzeitiges Kühlen am Verdampfer 48 und Laden am Verdampfer 32;

Mit dem Wärmeträgerkreislauf 14 lassen sich die folgenden Betriebsmgdi realisieren:

4. alleiniges Entladen des kalten Speichers 34 am Wärmetauscher 86;
5. alleiniges Entladen des kalten Speichers 34 an der Heiz-/Kühlfläche;
6. gleichzeitiges Entladen des kalten Speichers 34 am Wärmetauscher 86 und an der Heiz-/Kühlfläche 92;
7. alleiniges Laden des Speichers 34 mit dem Wärmetauscher 66;
8. alleiniges Heizen am Wärmetauscher 86;
9. alleiniges Heizen an der Heiz-/Kühlfläche 92;
10. gleichzeitiges Laden des Speichers 34 und Heizen am Wärmetauscher 86 und/oder an der Heiz-/Kühlfläche 92;
11. alleiniges Heizen am Wärmetauscher 86 und/oder an der Heiz-/Kühlfläche 92;

Diese vielfältigen Betriebsmodi der Vorrichtung 10 können darüber hinaus noch umfangreich variiert werden, indem die Funktionen des Kältemitielkreislaufs 12 mit denen des Wärmeträgerkreislaufs 14 kombiniert werden. Auf diese Weise kann beispielsweise während des Betriebs des Verdichters 16 der Fahrzeuginnenraum über den Verdampfer 48 und gleichzeitig über den Speicher 34 und den Wärmetauscher 86 gekühlt werden. Zugleich kann die Heiz-/Kühlfläche 92 des Fahrerbetts aus dem Speicher 66 hieraus gekühlt werden.
Die verschiedenen Heizfunktionen des Wärmeträgerkreislaufs 14 können weiter Variiert werden, indem wahlweise im Motorkühlkreis die Abwärme des Verbrennungsmotors und die Heizleistung eines Zusatzheizgeräts bzw. eines Zuheizers genutzt wird.
Die Vorrichtung 10 ermöglicht eine einfache, störungsarme und zugleich hochflexible Klimatisierung einer Heiz-/Kühlfläche eines Fahrerbetts. Das Heizen und Kühlen des Fahrerbetts erfolgt in Kombination mit einem Heizen und Kühlen von Luft in dem Fahrzeuginnenraum, so dass insgesamt der Komfort für einen Fahrer des Fahrzeugs erheblich gesteigert wird.
In 2 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung 10 veranschaulicht, bei der der Wärmeträgerkreislauf 14 geringfügig anders gestaltet ist. Anstelle des Ventils 72 gemäß 1 ist in der Leitung 84 gemäß 2 ein Ventil 96 neben dem Wärmetauscher 86 angeordnet. Ferner ist in der Leitung 88 das Ventil 90 gemäß 1 durch ein Ventil 94 auf der bezogen auf 2 linken Seite der Heiz-/Kühlfläche 92 ersetzt. Die beiden Ventile 92 und 94 ermöglichen ein gezieltes Steuern der Wärmeträgerströme durch den Wärmetauscher 86 und die Heiz-/Kühlfläche 92, derart, dass die oben genannten Betriebsmodi mit besonders hoher Temperiergenauigkeit gesteuert werden können.
In 3 ist eine Vorrichtung 10 veranschaulicht, bei der im Gegensatz zur Vorrichtung gemäß 2 zu der Heiz-/Kühlfläche 92 eine Leitung 98 parallel geschaltet ist, in der eine zweite Heiz-/Kühlfläche 100 angeordnet ist. Zum Steuern des Wärmeträgerstroms durch die beiden Heiz-/Kühlflächen 92 und 100 ist hinter der Vereinigung der Leitungen 88 und 98 das Ventil 94 angeordnet.
Ferner ist bei der Vorrichtung gemäß 3 in der Leitung 80 ein weiteres Ventil 102 angeordnet, mittels dem der Wärmeträgerkreislauf 74 auch am Ablauf 82 gegenüber dem Motorkühlkreis verschlossen werden kann.
In 4 ist eine Vorrichtung 10 dargestellt, bei der, anstelle einer gemeinsamen Steuerung des Durchflusses durch die beiden Heiz-/Kühlflächen 92 und 100 mit Hilfe nur eines Ventils 94, ein weiteres Ventil 106 vorgesehen ist. Während das Ventil 94 in der Leitung 88 der Heiz-/Kühlfläche 92 zugeordnet ist, kann mit dem Ventil 106 die Leitung 38 der zweiten Heiz-/Kühlfläche 100 verschlossen werden. Auf diese Weise können die einzelnen Ströme in den Heiz-/Kühlflächen 92 bzw. 100 einzeln gesteuert werden. Als Einmündung der Leitung 98 in die Leitung 80 ist eine weitere Abzweigung 104 vorgesehen.
In 5 und 6 ist je eine Vorrichtung 10 veranschaulicht, bei der mit der Heiz/Kühlfläche 92 und dem Wärmetauscher 85 eine Reihenschaltung innerhalb des Wärmeträgerkreislaufs 14 gestaltet ist. Diese Reihenschaltung ist in einer Leitung 110 ausgebildet, die sich von der Abzweigung 56 gemäß 1 in Richtung zur Abzweigung 78 gemäß 1 erstreckt. In der Leitung 110 ist die Heiz-/Kühlfläche 92 und ferner ein Ventil 112 angeordnet, mit dem der Durchfluss durch die Heiz-/Kühlfläche 92 gesteuert werden kann. An einer Abzweigung 114 in der Leitung 52 zweigt ferner eine Leitung 116 ab, in der wahlweise gemäß 5 eine zweite Heiz-/Kühlfläche 100 sowie ein zugehöriges Ventil 118 angeordnet sein können. Die beiden Heiz-/Kühlflächen 92 und 100 bilden auf diese Weise innerhalb der Reihenschaltung eine Parallelschaltung. Zu der Heiz-/Kühlfläche 92 ist ferner gemäß 5 und auch 6 eine Bypassleitung 120 vorgesehen, in der ein Ventil bzw. eine Drossel 122 angeordnet ist. Mit Hilfe der Bypassleitung 120 kann Wärmeträger um die Heiz-/Kühlfläche 92 und auch die Heiz-/Kühlfläche 100 herum geleitet werden, wenn mit dem strömenden Wärmeträger ausschließlich oder in verstärktem Maße der Wärmetauscher 86 bedient werden soff, der in einer Leitung 124 in Strömungsrichtung hinter den Heiz-/Kühlflächen 92 bzw. 100 angeordnet ist.
Bei der in 5 und 6 dargestellten Reihenschaltung werden beim Heizen aus dem Motorkühlkreis heraus die Heiz-/Kühlflächen 92 bzw. 100 vor dem Wärmtauscher 86 mit warmem Wärmetauscher angefahren. Dies führt zu einer besonders schnellen Aufheizung der Heiz-/Kühlflächen 92 bzw. 100, insbesondere während des Fahrbetriebs. Beim Entladen des Speichers von Wärme oder Kälte mit Hilfe der Umwälzpumpe 64 wird hingegen zunächst der Wärmetauscher 86 und nachfolgend die Heiz-/Kühlflächen 92 bzw. 100 mit dem warmen bzw. kalten Wärmeträger angefahren. Demnach wird insbesondere während des Standbetriebs der Vorrichtung 10 verstärkt der Wärmetauscher 86 bedient. Die Heiz-/Kühlleistung des Wärmetauschers 86 kann sowohl mittels der durch ihn gefördeten Wärmeträgerstrom als auch mittels der die durch den Wärmetauscher 86 pro Zeiteinheit geförderte Luftmenge beeinflusst werden.
In Fig. 7 ist eine Vorrichtung 10 veranschaulicht, die im Wesentlichen wie die Vorrichtung gemäß 5 aufgebaut ist. Gemäß Fig. 7 ist die Bypassleitung 120 jedoch in unmittelbarer Fortsetzung der Leitung 124 ausgebildet. In der Bypassleitung 120 ist ferner kein Ventil angeordnet, so dass der Wärmeträgerstrom grundsätzlich durch den Wärmetauscher 86 gefördert wird. Das Heizen und Kühlen am Wärmetauscher 86 wird allein durch entsprechendes Betreiben von dessen Gebläse gesteuert. Die Heiz-/Kühlflächen 92 und 100 sind analog zur 5 zu der Bypassleitung 120 parallel geschaltet.
In Fig. 8 ist schließlich eine Vorrichtung 10 dargestellt, bei der in dem Wärmeträgerkreislauf 14 in der Leitung 52 eine Abzweigung 126 ausgebildet ist, von der eine Leitung 128 durchgehend zu einer Abzweigung 13d führt, die in der Leitung 80 am Ablauf 82 angeordnet ist. Bei der Vorrichtung 10 gemäß 8 ist ferner in Strömungsrichtung hinter der Abzweigung 126 ausgehend von einer Dreifach-Abzweigung 136 eine Parallelschaltung aus einer Leitung 134, einer Leitung 136 und einer Leitung 138 gestaltet. In der Leitung 134 ist der Wärmetauscher 86 mit seinem Gebläse angeordnet. In der Leitung 138 ist ein Ventil 140 und die Heiz/Kühlfläche 92 angeordnet. Die Leitung 136 erstreckt sich durchgehend von der Abzweigung 132 bis zu einer Abzweigung 142, an der die drei Leitungen 134, 136 und 138 zusammenkommen.
Die Parallelschaltung der drei Leitungen 134, 136 und 138 ermöglicht wahlweise ein Durchströmen des Wärmetauschers 86, ein direktes Ableiten zum Speicher 34 und/oder ein Durchströmen der Heiz-/Kühlfläche 92. Darüber hinaus kann durch die Leitung 128 Wärmeträger direkt zurück in den Motorkühlkreis gefördert werden, ahne dass dieses weiter durch den Wärmeträgerkreislauf 14 strömt. Auf diese Weise kann der Motorkühlkreis beispielsweise nach dem Start des Verbrennungsmotors besonders schnell aufgeheizt werden.

10: Vorrichtung
12: Kältemittelkreislauf
14: Wärmeträgerkreislauf
16: Verdichter
18: Leitung
20: Verflüssiger
22: Sammler/Trockner
24: Abzweigung
26: Leitung
28: Ventil
30: Expansionsventil
32: Verdampfer
34: Speicher
36: Leitung
38: Rückschlagventil
40: Abzweigung
42: Leitung
44: Ventil
46: Expansionsventil
48: Verdampfer
50: Zulauf
52: Leitung
54: Ventil
56: Abzweigung
58: Leitung
60: Abzweigung
62: Leitung
64: Umwälzpumpe
66: Wärmetauscher
63: Abzweigung
70: Ausgleichsbehälter
72: Ventil
74: Abzweigung
76: Leitung
78: Abzweigung
80: Leitung
82: Ablauf
84: Leitung
86: Wärmetauscher
88: Leitung
90: Ventil
92: Heiz-/Kühlfläche
94: Ventil
96: Ventil
98: Leitung
100: Heiz/Kühlfläche
102: Ventil
104: Abzweigung
106: Ventil
108: Abzweigung
110: Leitung
112: Ventil
114: Abzweigung
116: Leitung
118: Ventil
120: Bypassleitung
122: Ventil
124: Leitung
126: Abzweigung
128: Leitung
130: Abzweigung
132: Abzweigung
134: Leitung
136: Leitung
133: Leitung
140: Ventil
142: Abzweigung

Claims

Vorrichtung (10) zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums mit – einem Kältemittelkreislauf (12), bei dem ein Verdichter (16), ein Verflüssiger (20) und ein Verdampfer (32) von einem Kältemittel durchströmt werden, – einem Wärmeträgerkreislauf (14}, bei dem eine Wärmequelle und ein Wärmetauscher (66) von einem Wärmeträger durchströmt werden, und – einem Wärme-/Kälte-Speicher (34), in dem der Verdampfer (32) und der Wärmetauscher (66) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet; dass eine Heiz-/Kühlfläche (92, 100) für ein Fahrerbett und/oder eine Fahrzeuginnenraumwand vorgesehen ist, die derart in den Wärmeträgerkreislauf (14) integriert ist, dass sie wahlweise von Wärmeträger durchströmbar ist, der durch den Wärmetauscher (66) gefördert wird, oder von Wärmeträger, der durch die Wärmequelle gefördert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühlfläche (92, 100) für das Fahrerbett und/oder die Fahrzeuginnenraumwand in einer Parallelschaltung zu denn Wärmetauscher (66) in dem Wärmeträgerkreislauf (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heiz-/Kühlfläche (92, 100) ein Ventil (90, 94, 96, 106, 112, 118, 140) zugeordnet ist, mittels dem der Strom von Wärmeträger durch die Heiz-/Kühlfläche (92, 100) fernsteuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Heiz-/Kühlfläche (100) für ein zweites Fahrerbett und/oder eine zweite Fahrzeuginnenraumwand vorgesehen ist, die in einer Parallelschaltung zu der ersten Heiz-/Kühlfläche (92) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelnen der beiden Heiz-/Kühlflächen (92, 100) ein eigenes Ventil (96, 106) zugeordnet ist, mit dem der Strom durch die jeweilige Heiz-/Kühlfläche (92, 100) fernsteuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Parallelschaltung der Heiz-/Kühlflächen (92, 100) ein gemeinsames Ventil (94) zugeordnet ist, mit dem der Strom von Wärmeträger durch beide Heiz-/Kühlflächen (92, 100) fernsteuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Wärmetauscher (86) vorgesehen ist, der in den Wärmeträgerkreislauf (14) integriert ist und der insbesondere von Luft durchströmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heiz-/Kühlfläche (92, 100) zu dem zweiten Wärmetauscher (86) in einer Reihenschaltung angeordnet ist, wobei insbesondere zu der Heiz-/Kühlfläche (92, 100) eine Bypassleitung ausgebildet ist, deren Strömungsquerschnitt einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heiz-/Kühlfläche (92, 100) zu dem zweiten Wärmetauscher (86) in einer Parallelschaltung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umwälzpumpe (64) vorgesehen ist, die derart in den Wärmeträgerkreislauf (14) integriert ist, dass sie den Wärmeträger durch den Wärmetauscher (66) und die Heiz-/Kühlfläche (92, 100) und insbesondere auch durch den zweiten Wärmetauscher (86) fördert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Verdampfer (48) vorgesehen ist, der in den Kältemittelkreislauf (12) integriert ist und der insbesondere von Luft durchströmbar ist.