DE10156310C1 - Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher - Google Patents

Abstract

Eine Fahrzeug-Klimaanlage (10) ist mit einem Kältemittelkreislauf (12) versehen, bei dem in einer Kreislaufleitung (14) ein Verdichter (16), ein Kondensator (18) und ein Expansionsorgan (26) in Reihe geschaltet ist. Ferner ist ein Fahrgastraumverdampfer (34) zum Kühlen eines Fahrgastraumes vorgesehen, der in einem Fahrgastraumverdampferweg (58) angeordnet ist, und ein Speicherverdampfer (28) zum Kühlen eines Kältespeichers (32), der in einem Speicherverdampferweg (52) angeordnet ist. Um die Klimatisierung eines Fahrzeugs dahingehend zu verbessern, dass ein Laden und Entladen des Kältespeichers (32) möglich ist, die Klimaanlage (10) aber zugleich verhältnismäßig kostengünstig herzustellen und insbesondere zu betreiben und zu warten ist, ist ein Bypassweg (54) vorgesehen, der mit dem Speicherverdampferweg (52) und dem Fahrgastraumverdampferweg (58) eine 3-Wege-Parallelschaltung bildet, die in der Kreislaufleitung (14) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, bei dem in einer Kreislaufleitung ein Verdichter, ein Kondensator und ein Expan­ sionsorgan in Reihe geschaltet sind, mit einem Fahrgastraumverdampfer zum Kühlen eines Fahrgastraumes, der in einem Fahrgastraumverdampferweg ange­ ordnet ist, und mit einem Speicherverdampfer zum Kühlen eines Kältespeichers, der in einem Speicherverdampferweg angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit einer derartigen Klimaanlage ausgestattet ist.

Eine Klimaanlage der genannten Art wird beispielsweise bei Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen verwendet, um im Fahrzeug die Luft in einem Fahrgastraum zu kühlen. Gekühlt wird während der Fahrt mit laufendem Verdichterantrieb, so­ wie je nach Bedarf als Standklimatisierung vor und nach der Fahrt.

Die Klimaanlage weist einen Kältespeicher auf, um den Fahrgastraum auch bei stehendem Verdichterantrieb möglichst gleichmäßig kühlen zu können. Der Käl­ tespeicher wird geladen, indem ein Speichermedium im Kältespeicher abgekühlt wird. Dabei wird das Speichermedium mit Hilfe eines Verdampfers, insbesondere eines Speicherverdampfers, abgekühlt, an dem ein Kältemittel verdampft, das direkt oder indirekt Wärmeenergie vom Speichermedium aufnimmt. Die "gespei­ cherte Kälte" steht nachfolgend zum Kühlen der Luft des Fahrgastraumes bereit.

Zum Laden und Entladen des Kältespeichers werden bei einer derartigen Klima­ anlage drei verschiedene Klimatisierungskonzepte unterschieden:
Ein erstes Klimatisierungskonzept arbeitet mit einem Kältespeicher, der direkt mit einem im Kältespeicher angeordneten Verdampfer geladen wird. Der Kältespei­ cher kann ferner unmittelbar der Luft im Fahrgastraum ausgesetzt werden, so dass diese Luft sich beim Vorbeiströmen am bzw. Durchströmen des Kältespei­ chers abkühlt und den Kältespeicher dabei entlädt.

Dieses erste Klimatisierungskonzept ist bei der in DE 196 45 178 A1 beschriebe­ nen Vorrichtung zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraumes realisiert. Die Vorrich­ tung weist einen ersten Kältemittelkreislauf auf, in dem ein Verdichter und insbe­ sondere ein erster Verdampfer angeordnet ist. Der erste Verdampfer steht in Kontakt mit Luft aus dem Fahrzeuginnenraum und kühlt diese im Bedarfsfall wäh­ rend der Fahrt ab. Die Vorrichtung weist ferner einen Eisspeicher auf, der in ei­ nem zweiten Kältemittelkreislauf angeordnet ist und bei Kälteüberschuss im er­ sten Kältemittelkreislauf mit Hilfe von Magnetventilen mit dem ersten Kältemittel­ kreislauf gekoppelt werden kann. Ein im Eisspeicher angeordneter zweiter Ver­ dampfer kühlt im eingekoppelten Zustand das Speichermedium im Eisspeicher und friert es ein. Wenn das gesamte Speichermedium eingefroren ist, wird bei weiterem Kälteüberschuss, wie bei konventionellen Klimaanlagen ohne Eisspei­ cher, der Verdichter im ersten Kältemittelkreislauf abgeschaltet. Im Eisspeicher der Vorrichtung ist ferner ein Gebläse angeordnet, mittels dem Luft aus dem Fahrzeuginnenraum angesaugt und durch den Eisspeicher gefördert werden kann. Die im Eisspeicher abgekühlte Luft strömt zurück in den Fahrgastinnen­ raum und ermöglicht so ein Kühlen bei stehendem Verdichterantrieb.

Auch bei der in US 6,016,662 A beschriebenen Fahrzeugklimaanlage wird dieses erste Klimatisierungskonzept verwendet. Bei der Fahrzeugklimaanlage wird ins­ besondere ein Verdichter über einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromo­ tor angetrieben. Um bei Stillstand des entsprechenden Motors weiterhin gleichmäßig Kälte bereitstellen zu können, ist in einem ersten Kältemittelkreislauf ein erster Verdampfer und in einem zweiten Kältemittelkreislauf ein zweiter Ver­ dampfer vorgesehen. Der zweite Verdampfer ist mit Kühlspeicherpackungen ver­ sehen und kann entsprechend mit dem ersten Kältemittelkreislauf gekoppelt wer­ den, um Kältemittel in den Kältemittelspeicherpackungen einzufrieren. Die Käl­ temittelspeicherpackungen werden durch abwechselndes kurzzeitiges Kühlen mit dem ersten und zweiten Verdampfer im eingefrorenen Zustand gehalten.

Für dieses erste Klimatisierungskonzept ist eine zusätzliche Luftführung entlang des Kältemittelspeichers erforderlich. Eine entsprechend gestaltete Klimaanlage kann daher nur mit erheblichem Aufwand in ein Fahrzeug appliziert werden. We­ gen der direkten Entladung des Kältespeichers, sollte dieser im Fahrgastraum selbst angeordnet sein. Vorhandene Luftführungssysteme und auch Wärmeüber­ trager im Fahrgastraum können in der Regel dann aber nicht mehr für die Klima­ anlage verwendet werden. Ferner sind mehrere Ventile erforderlich, um den zweiten Kältemittelkreislauf an den ersten Kältemittelkreislauf anzubinden. Bei solchen Klimaanlagen bestehen zwischen den Betriebsmodi Fahrtklimatisierung und Laden des Kältespeichers unterschiedliche Druckniveaus in der Anlage, so dass es beim Schalten von Ventilen zu Druckstößen und Geräuschen kommen kann, die es zu vermeiden gilt. Schließlich können bei solchen Klimaanlagen Pro­ bleme im Zusammenhang mit der Kopplung des Kältespeichers mit verschieden dimensionierten ersten Kältemittelkreisläufen, mit Ölverlagerung in zeitweise still­ gelegte Kältemittelkreisläufe und mit Vereisungsneigung der Luftführung am Käl­ tespeicher auftreten.

Ein zweites Klimatisierungskonzept arbeitet mit einer indirekten Beladung und Entladung eines Kältespeichers. Das Kältemittel wird dabei in einem primären Kältemittelkreislauf außerhalb des Kältespeichers verdampft. Die "Kälteübertra­ gung" erfolgt mit Hilfe eines sekundären Solesystems in den Kältespeicher hinein und aus diesem heraus. Mit dem sekundären Solesystem wird dann auch Luft in einem Fahrgastraum indirekt gekühlt.

Ein Kältespeicher einer Klimaanlage gemäß diesem zweiten Klimatisierungskon­ zept ist aus DE 199 06 497 A1 bekannt. Die Klimaanlage weist zwei Kreisläufe, einen primären R134a-Kältemittelkreislauf und einen sekundären Sole- Kühlmittelkreislauf auf. Der sekundäre Sole-Kühlmittelkreislauf ist am Verdampfer des primären Kältemittelkreislaufes mit Hilfe eines speziellen Wärmetauschers wärmeenergieleitend angekoppelt. Der sekundäre Sole-Kühlmittelkreislauf ist sonst vom primären Kältemittelkreislauf durch den Wärmetauscher getrennt. Für die Steuerung des Kühlmittels im sekundären Sole-Kühlmittelkreislauf sind ver­ schiedene Pumpen, Ventile, Temperaturfühler und ein zugehöriges elektroni­ sches Steuergerät erforderlich. Mit diesen Regeleinrichtungen wird der Solestrom bedarfsabhängig zu einem Sole-Luft-Klimagerät in einem Fahrgastraum oder zu einem Sole-Speichermedium-Kältespeicher gefördert, wo die kalte Sole zum Ab­ kühlen der Luft bzw. zum Einfrieren des Speichermediums dient. Bei Kältebedarf am Sole-Luft-Kältegerät kann mit dem Solestrom das Speichermedium aufgetaut und damit der Sole-Speichermedium-Kältespeicher wieder entladen werden.

Bei Klimaanlagen gemäß dem zweiten Klimatisierungskonzept ergeben sich durch die Sole-Zusatzkreisläufe Wirkungsgradeinbußen. Ferner kann als Wärme­ übertrager zum Kühlen des Fahrgastraumes nicht mehr der herkömmliche Ver­ dampfer verwendet, sondern es muss ein besonders gestalteter Sole-Luft- Wärmeübertrager vorgesehen sein. Anzumerken ist ferner, dass zahlreiche Zu­ satzkomponenten, wie Soleleitungen, Pumpen und Soleventile, erforderlich sind.

Als drittes Klimatisierungskonzept ist von einem im Mai 2001 bei der Fachhoch­ schule Braunschweig/Wolfenbüttel gezeigten Versuchstand Klimaanlagen mit insgesamt drei Kältemittelkreisläufen bekannt, in denen in Abhängigkeit von ver­ schiedenen Betriebsmodi ein einziges Kältemittel im jeweiligen Kreislauf gefördert wird.

In einem ersten Kältemittelkreislauf ist ein Verdichter, ein Kondensator, ein erstes Ventil, ein erstes Expansionsorgan, ein erster Verdampfer zum Kühlen eines Fahrgastraumes, ein zweites Ventil und ein drittes Ventil in Reihe geschaltet. Ferner ist ein zweiter Kältemittelkreislauf vorgesehen, in dem der Verdichter, der Kondensator, ein viertes Ventil, ein zweites Expansionsorgan, ein Kältespeicher, ein fünftes Ventil und das dritte Ventil in Reihe geschaltet sind. Der zweite Käl­ temittelkreislauf ist zwischen dem Kondensator und dem ersten Ventil, sowie zwi­ schen dem zweiten und dritten Ventil mit dem ersten Kältemittelkreislauf verbun­ den. In dem Kältespeicher befindet sich ein zweiter Verdampfer. Schließlich ist noch ein dritter Kältemittelkreislauf vorgesehen, bei dem eine Umwälzpumpe, ein sechstes Ventil, der erste Verdampfer, das zweite Ventil, das fünfte Ventil und der zweite Verdampfer in Reihe geschaltet sind. Der dritte Kältemittelkreislauf ist zwi­ schen dem zweiten Expansionsorgan und dem Kältespeicher mit dem zweiten Kältemittelkreislauf, sowie zwischen dem ersten Expansionsorgan und dem er­ sten Verdampfer mit dem ersten Kältemittelkreislauf verbunden. Bei überschüssi­ ger Kühlung im ersten Kältemittelkreislauf wird durch Schließen des ersten Ven­ tils und Öffnen des vierten Ventils Kältemittel durch den zweiten Kältemittelkreis­ lauf geleitet. Dabei kühlt der zweite Verdampfer den Kältespeicher, dieser wird geladen. Zum Entladen wird der Kältemittelfluss durch den dritten Kältemittel­ kreislauf geleitet. Dazu wird das erste, dritte und vierte Ventil geschlossen und das zweite, fünfte und sechste Ventil werden geöffnet. Nun durchströmt das Käl­ temittel den ersten Verdampfer zum Kühlen des Fahrgastraumes und nachfol­ gend den zweiten Verdampfer im Kältespeicher, der als Kondensator wirkt und den Kältespeicher entlädt.

Bei einer Klimaanlage gemäß dem dritten Klimatisierungskonzept sind insgesamt sechs Ventile anzuordnen und zu steuern. Dies bedeutet einen erheblichen Auf­ wand bei der Herstellung und Wartung der Klimaanlage. Ferner muss ein um­ fangreiches Steuerungssystem mit fernsteuerbaren Ventilen geschaffen werden. Auch bei diesem Klimatisierungskonzept ergeben sich Probleme hinsichtlich der Kopplung der Kreisläufe wegen unterschiedlicher Druckniveaus. In den zeitweise stillgelegten Teilkreisläufen kann sich zeitweise Öl verlagern. Schließlich lässt sich dieses dritte Klimatisierungskonzept nur mit erheblichem Aufwand mit weite­ ren Verdampfern ausstatten, wie es beispielsweise der US-Fahrzeugmarkt erfor­ dert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Klimatisierung eines Fahrzeugs dahingehend zu verbessern, dass die verwendete Klimaanlage im Vergleich zu den beschriebenen Klimatisierungskonzepten kostengünstig herzustellen und insbesondere zu betreiben und zu warten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fahrzeug-Klimaanlage der ein­ gangs genannten Art gelöst, bei der ein Bypassweg vorgesehen ist, der mit dem Speicherverdampferweg und der Fahrgastraumverdampferweg eine 3-Wege- Parallelschaltung bildet, die in der Kreislaufleitung angeordnet ist. Die Aufgabe wird ferner durch ein Fahrzeug gelöst, bei dem eine derartige Klimaanlage einge­ baut ist.

Die Erfindung baut auf einer Klimaanlage gemäß dem oben beschriebenen drit­ ten Klimatisierungskonzept auf. Erfindungsgemäß ist dabei an die Stelle des obengenannten ersten Verdampfers in dem ersten Kältemittelkreislauf ein Kälte­ speicher mit einem Speicherverdampfer angeordnet. Ein zum Kühlen eines Fahr­ gastraumes vorgesehener Fahrgastraumverdampfer ist in einen zweiten Käl­ temittelkreislauf eingebunden. Der zweite Kältemittelkreislauf ist insbesondere als Fahrgastraumverdampferweg gestaltet, der parallel zu einem Speicherverdamp­ ferweg geschaltet ist. Ferner ist insbesondere ein Bypassweg vorgesehen, der ebenfalls parallel zum Speicherverdampferweg geschaltet ist.

Demnach weist der erfindungsgemäße Kältemittelkreislauf einen Verdichter, ei­ nen Kondensator bzw. Verflüssiger mit insbesondere einem Verflüssigergebläse und schließlich ein Expansionsorgan auf. Der Verdichter saugt Kältemittelgas aus der erfindungsgemäßen Parallelschaltung ab und komprimiert es auf ein hohes Druck- und Temperaturniveau. Dabei gibt das Kältemittelgas Wärmeenergie an Umgebungsluft am Kondensator ab. Das Kältemittelgas verflüssigt sich und wird durch die Kreislaufleitung und das Expansionsorgan der erfindungsgemäßen 3- Wege-Parallelschaltung zugeführt. Am Expansionsorgan expandiert das Käl­ temittel und gelangt als Kältemittelnassdampf an die Parallelschaltung.

Der Kältemittelnassdampf kann an der erfindungsgemäßen 3-Wege- Parallelschaltung in den Speicherverdampferweg oder aber auch in den Bypass­ weg geleitet werden. Über den Bypassweg umgeht der Kältemittelnassdampf den Speicherverdampfer und gelangt nachfolgend über den Fahrgastraumverdamp­ ferweg - sozusagen mittelbar - an den Fahrgastraumverdampfer. Dort wird der flüssige Anteil des Kältemittelnassdampfes verdampft, wobei das Kältemittel Wärmeenergie aufnimmt und die Umgebungsluft am Fahrgastraumverdampfer kühlt.

Alternativ oder zusätzlich kann der Kältemittelnassdampf über den Speicherver­ dampferweg geleitet werden. Der flüssige Anteil des Kältemittelnassdampfes wird dort - sozusagen unmittelbar - verdampft und kühlt dabei den Kältespeicher, der geladen wird.

Zum Entladen des Kältespeichers, d. h. zum Entziehen der Kälte aus dem Kälte­ speicher, arbeitet der Speicherverdampfer als Speicherkondensator. Dies be­ deutet, dass das Kältemittel im Speicherverdampferweg und im Fahrgastraum­ verdampferweg rund gefördert wird, wobei sich das Kältemittel am Speicherver­ dampfer bzw. -kondensator abkühlt und am Fahrgastraumverdampfer erwärmt. Somit wird der Fahrgastraum mit Hilfe der im Kältespeicher "gespeicherten Kälte" gekühlt.

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Bypassweges, eines Speicherver­ dampfers und eines Fahrgastraumverdampfers in einer Schaltung mit drei zuein­ ander parallel geschalteten Wegen bzw. Leitungsabschnitten weist im Vergleich zu bekannten Klimaanlagen erheblich Vorteile auf. Zunächst ist festzustellen, dass die erfindungsgemäße Anordnung einfacher aufgebaut und somit kosten­ günstiger zu realisieren ist. Diese einfache Struktur erfordert zum Ansteuern der verschiedenen Betriebsmodi der Klimaanlage vergleichsweise wenig Ventile, so dass erfindungsgemäß auch der Steuerungsaufwand erheblich verringert wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Speicherverdampfer­ weg, der Speicherverdampfer, der Kältespeicher und der Bypassweg in einem Kältespeicheraggregat zusammengefasst. Dieses Kältespeicheraggregat dient als zentraler Ausgangspunkt zum Anschließen des Fahrgastraumverdampferwe­ ges mit seinem Fahrgastraumverdampfer. Am Kältespeicheraggregat können vorteilhaft mittels Ventilen in besonders einfacher Weise noch weitere Fahrga­ straumverdampfer parallel zum bereits genannten Fahrgastraumverdampfer an­ geschlossen werden. Solche Anordnungen können beispielsweise für den US- amerikanischen Klimaanlagenmarkt besonders interessant sein, denn dort weisen Fahrzeuge oftmals mehrere von einander unabhängig ansteuerbare Fahrga­ straumverdampfer auf. Die erfindungsgemäß weitergebildete Anordnung lässt sich demnach besonders kostengünstig nachrüsten bzw. erweitern.

Vorteilhaft weist die erfindungsgemäße 3-Wege-Parallelschaltung alternativ oder zusätzlich einen ersten Knotenpunkt auf, an dem die Kreislaufleitung mündet, der Speicherverdampferweg sowie der Bypassweg abzweigen, und der Fahrga­ straumverdampferweg mündet. Der erste Knotenpunkt schafft eine einfache An­ schlussmöglichkeit für die genannten Wege bzw. Leitungen. Am Knotenpunkt erfolgt die oben genannte Aufteilung des Kältemittelstroms im Kältemittelkreislauf auf zumindest den Bypassweg oder den Speicherverdampferweg. Diese Auftei­ lung kann beispielsweise mit zwei insbesondere gasdichten 2/2-Wege-Ventilen oder einem 4/3-Wege-Ventil geschaffen werden. Dieses Ventil verbindet in einer ersten Stellung die Kreislaufleitung mit dem Bypassweg, so dass der Fahrga­ straumverdampfer mit Hilfe des Kältemittelkreislaufs versorgt wird. Bei einer zweiten Stellung ist die Kreislaufleitung mit dem Speicherverdampferweg verbunden und der Kältespeicher wird geladen. In der dritten Stellung verbindet das Ventil den Fahrgastraumverdampferweg mit dem Speicherverdampferweg, wobei Kältemittel in diesen Wegen rundgefördert und der Fahrgastraumverdampfer mit Hilfe des Kältespeichers versorgt wird.

Alternativ zu dem beschriebenen Ventil kann der erste Knotenpunkt besonders kostengünstig als Misch- und Verteilraum mit einem Hohlraum gestaltet sein, an dem insbesondere im eingebauten Zustand der Klimaanlage der Bypassweg un­ terhalb vom Speicherverdampferweg abzweigt. Im Hohlraum findet die genannte Aufteilung des Kältemittelstroms von ganz allein statt. Kältemittelnassdampf tritt in den Hohlraum ein und der darin enthaltene flüssige Anteil sinkt ab. Dieser flüssi­ ge Anteil wird über den Bypassweg abgegriffen und zum Fahrgastraumverdamp­ fer gefördert. Das flüssige Kältemittel verdampft dort und gelangt als Dampf wie­ der in den Hohlraum. Der im Hohlraum vorhandene Dampfanteil wird hingegen durch den Speicherverdampfer gefördert. Dort hat der Dampfanteil jedoch keinen nennenswerten Einfluss auf den Verdampfer. Der Kältespeicher wird nicht gela­ den, es wird stattdessen der Fahrgastraum gekühlt.

Die obengenannte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Klimaanlage mit einem ersten Knotenpunkt kann besonders vorteilhaft mit einem oder mehreren Fahrga­ straumverdampfern gekoppelt werden, indem der erste Knotenpunkt in dem Käl­ tespeicheraggregat angeordnet ist. Das Kältespeicheraggregat wird somit zum zentralen Element des Kältemittelkreislaufes, an dem eine oder mehrere Fahrga­ straumverdampferwege münden. Die derart gestaltete Klimaanlage lässt sich da­ her besonders einfach verschieden konfigurieren und auch nachträglich gut in Fahrzeuge einbauen.

Bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage lässt sich vorteilhaft mit nur einem Ex­ pansionsorgan arbeiten, indem dieses in Strömungsrichtung eines Kältemittels in der Kreislaufleitung vor dem ersten Knotenpunkt angeordnet ist. Das Expansion­ sorgan wirkt dann sowohl beim Versorgen des Fahrgastraumverdampfers über den Bypassweg, d. h. beim Kühlen des Fahrgastraumes mit dem Fahrgastraum­ verdampfer über den Kältemittelkreislauf, als auch beim Laden des Kältespei­ chers mit dem Speicherverdampfer. Beim Entladen des Kältespeichers, d. h. beim Rundfördern von Kältemittel zwischen dem Speicherverdampfer und dem Fahr­ gastraumverdampfer, ist das Expansionsorgan hingegen nicht in den Förderweg eingebunden. Das Expansionsorgan ist ferner besonders vorteilhaft in dem Kälte­ speicheraggregat angeordnet, so dass dieses seiner Funktion als zentrales Ele­ ment noch besser gerecht wird.

Die erfindungsgemäße Parallelschaltung weist darüber hinaus vorteilhaft einen zweiten Knotenpunkt ebenfalls in Form eines Hohlraumes auf, an dem der Spei­ cherverdampferweg sowie der Bypassweg münden, und der Fahrgastraumver­ dampferweg sowie die Kreislaufleitung abzweigen. Dieser zweite Knotenpunkt kann z. B. durch ein einzelnes Mehrwegeventil geschaffen sein. Beim Kühlen des Fahrgastraumverdampfers mit dem Kältemittelkreis wird am zweiten Knotenpunkt flüssiges Kältemittel aus dem Bypassweg in den Fahrgastraumverdampferweg geleitet. Zugleich wird gasförmiges Kältemittel, das aus dem Fahrgastraumver­ dampfer austritt und über den ersten Knotenpunkt zum Speicherverdampfer ge­ langt, vom Speicherverdampferweg in die Kreislaufleitung geleitet. Als Hohlräume gestaltete Knotenpunkte können vorteilhaft zugleich als Ölabscheidung und Öl­ förderung verwendet werden, indem an ihnen ein U-förmiges Auslassrohr derart angeordnet ist, dass Öl im Hohlraum abgeschieden und nachfolgend in das Rohr eingesogen und abgeführt wird. Im Hohlraum kann sich ferner Flüssigkeit sam­ meln, so dass ein Sammler bzw. Trockner im erfindungemäßen Kältemittelkreis­ lauf entfallen kann.

Alternativ zu einem Mehrwegeventil kann der zweite Knotenpunkt kostengünstig und wartungsarm mit einem Hohlraum gebildet sein, an dem insbesondere im eingebauten Zustand der Klimaanlage der Fahrgastraumverdampferweg unter­ halb von einer Abzweigung der Kreislaufleitung abzweigt. Im Hohlraum erledigt sich die zuletzt genannte Aufteilung des flüssigen und gasförmigen Kältemittelstroms von selbst, denn der gasförmige Anteil des Kältemittels steigt auf, währen der flüssige Anteil im Hohlraum absinkt. Weil der Bypassweg, der Speicherver­ dampferweg, der Fahrgastraumverdampferweg und die Kreislaufleitung im einge­ bauten Zustand der Klimaanlage in entsprechend erforderlichen Höhen am Hohl­ raum angeordnet sind, lässt sich das Ausströmen von gasförmigem und flüssi­ gem Kältemittel gezielt steuern. Ventile sind hierfür nicht erforderlich. Der Hohl­ raum kann ferner mit strömungsleitenden Mitteln versehen sein, um die genannte Strömungsumleitung weiter zu verbessern.

Der zweite Knotenpunkt ist vorteilhaft ebenfalls in dem Kältespeicheraggregat angeordnet. Somit ist auch der Anschluss für das zweite Ende des Fahrga­ straumverdampferweges unmittelbar am Kältespeicheraggregat geschaffen. Das Aggregat kann so wiederum als zentrales Element zum Anschluss mehrerer Fahrgastraumverdampferwege dienen.

Der Strom des flüssigen und gasförmigen Kältemittels kann am ersten und/oder zweiten Knotenpunkt mit vielerlei Mitteln in sehr flexibler Weise geleitet werden. Besonders einfach ist dies mit einer im Bypassweg angeordneten Einrichtung zum Erhöhen des Strömungswiderstandes des Bypassweges, insbesondere in Gestalt eines Ventils, möglich. Auf diese Weise lassen sich mit nur einem Ventil nahezu alle Funktionen des Kältespeichers bzw. des Kältespeicheraggregats steuern. Bei geöffnetem Ventil kann das flüssige Kältemittel frei durch den By­ passweg strömen. Dazu ist der Bypassweg so gestaltet, dass er einen ver­ gleichsweise geringen Strömungswiderstand aufweist. Bei geschlossenem Ventil bzw. bei erhöhtem Strömungswiderstand des Bypassweges gelangt weniger oder gar kein flüssiges Kältemittel durch den Bypassweg zum zweiten Knotenpunkt. Stattdessen strömt das Kältemittel durch den Speicherverdampfer.

Schließlich kann die Strömung des flüssigen Kältemittels mit einer Pumpe beein­ flusst werden, die im Fahrgastraumverdampferweg angeordnet ist. Die Pumpe dient zum Absaugen von flüssigem Kältemittel aus dem Bypassweg bzw. aus dem zweiten Knotenpunkt. Mit der Pumpe lässt sich die Menge Kältemittel beein­ flussen, die dem Fahrgastraumverdampfer zugeleitet wird. Die Pumpe ist beson­ ders vorteilhaft ebenfalls in dem Kältespeicheraggregat untergebracht. Das Käl­ temittelaggregat bildet so das Basiselement für einen oder mehrere Fahrga­ straumverdampfer, die allesamt von der Pumpe versorgt werden. Alternativ kön­ nen in einzelnen Fahrgastraumverdampferwegen jeweils einzelne Pumpen ange­ ordnet sein.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrzeug- Klimaanlage anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage.

Eine in der Fig. 1 dargestellte Klimaanlage 10 weist einen Kältemittelkreislauf 12 auf, bei dem in einer Kältemittelleitung 14 ein Verdichter 16, ein Kondensator bzw. Verflüssiger 18 mit einem Verflüssiger-Wärmeübertrager 20 und einem Ver­ flüssiger-Gebläse 22, ein Sammler bzw. Trockner 24 und ein Expansionsorgan in Gestalt eines Expansionsventils 26 in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind.

Die Klimaanlage 10 weist ferner einen Speicherverdampfer 28 mit einem Spei­ cherverdampfer-Wärmeübertrager 30 auf, der von einem Kältespeicher 32 umge­ ben ist. Der Kältespeicher 32 weist ein Kältespeichermedium auf, das mit einer thermischen Isolierung eingefasst ist.

Ferner ist bei der Klimaanlage 10 ein erster Fahrgastraumverdampfer 34 mit ei­ nem ersten Fahrgastraumverdampfer-Wärmeübertrager 36 und einem ersten Fahrgastraumverdampfer-Gebläse 38, sowie ein zweiter Fahrgastraumverdamp­ fer 40 mit einem zweiten Fahrgastraumverdampfer-Wärmeübertrager 42 und ei­ nem zweiten Fahrgastraumverdampfer-Gebläse 44 vorgesehen.

Um eine besonders kostengünstig herzustellende, flexibel einsetzbare und ein­ fach zu konfigurierende Klimaanlage zu schaffen, ist der Speicherverdampfer 28 mit dem Kältespeicher 32 in einem Kältespeicheraggregat 46 angeordnet, das ferner wesentlicher Bestandteil einer nachfolgend näher erläuterten Schaltungs­ anordnung ist.

Die Klimaanlage 10 kann in drei Betriebsmodi arbeiten. In einem ersten Be­ triebsmodus wird zumindest der erste Fahrgastraumverdampfer 34 über den Kältemittelkreislauf 12 mit flüssigem Kältemittel bzw. Kältemittelnassdampf ver­ sorgt, das dort verdampft, Wärme aufnimmt und zum Kühlen von Umgebungsluft am Fahrgastraumverdampfer 34 führt. In einem zweiten Betriebsmodus wird der Speicherverdampfer 28 über den Kältemittelkreislauf 12 mit flüssigem Kältemittel bzw. Kältemittelnassdampf versorgt, der dadurch ebenso gekühlt wird und den Kältespeicher 32 auflädt. Beim dritten Betriebsmodus wird Kältemittel zwischen dem Speicherverdampfer 28 und zumindest dem ersten Fahrgastraumverdampfer 34 rundgefördert, wobei der Speicherverdampfer 28 dann als Speicherkonden­ sator arbeitet, an dem sich das Kältemittel verflüssigt, und dabei Wärmeenergie an den zuvor gekühlten bzw. geladenen Kältespeicher 32 abgibt.

Um diese Betriebsmodi zu realisierten ist eine besonders einfach zu steuernde Schaltungsanordnung ausgebildet, die im Kern aus einer 3-Wege- Parallelschaltung von einem Speicherverdampferweg, einem Fahrgastraumver­ dampferweg und einem Bypassweg gebildet ist.

Im Kältespeicheraggregat 46 sind in der Kreislaufleitung 14 in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Expansionsorgan 26 ein erster Knotenpunkt 48 und in Strömungsrichtung hinter dem Speicherverdampfer 28 bzw. dessen Speicherver­ dampfer-Wärmeübertrager 30 ein zweiter Knotenpunkt 50 angeordnet. Zwischen diesen beiden Knotenpunkten 48 und 50 erstreckt sich somit ein Speicherver­ dampferweg 52, in dem sich der Speicherverdampfer 28 befindet. Vom ersten Knotenpunkt 48 führt in Parallelschaltung zum Speicherverdampferweg 52 ein Bypassweg 54 zum zweiten Knotenpunkt 50. Im Bypassweg 54 befindet sich eine Einrichtung 56 zum Begrenzen des Strömungswiderstandes des Bypassweges 54 in Gestalt eines elektromagnetischen Ventils 56.

Zum Speicherverdampferweg 52 und auch zum Bypassweg 54 ist ferner ein drit­ ter Weg parallel geschaltet, nämlich ein erster Fahrgastraumverdampferweg 58, in dem sich der erste Fahrgastraumverdampfer 34 befindet. Der zweite Fahrga­ straumverdampfer 40 ist in einem zweiten Fahrgastraumverdampferweg 60 an­ geordnet, der wiederum parallel zum ersten Fahrgastraumverdampferweg 58 ge­ schaltet ist. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind in den Fahr­ gastverdampferwegen 58 und 60 jeweils in Strömungsrichtung vor den Wärme­ übertragern 36 bzw. 42 Ventile zum Umschalten zwischen den Fahrgastver­ dampferwegen 58 und 60 vorgesehen. Ferner ist in Strömungsrichtung hinter den Wärmeübertragern 36 bzw. 42 mindestens eine Drossel angeordnet. Die Drossel kann auch im Kältespeicheraggregat 46 vor dem ersten Knotenpunkt 48 ange­ ordnet sein.

Schließlich ist im Kältespeicheraggregat 46 noch eine Pumpe 62 angeordnet, die sich im ersten Fahrgastraumverdampferweg 58 in Strömungsrichtung hinter dem zweiten Knotenpunkt 50 befindet.

Die 3-Wege-Parallelschaltung aus Speicherverdampferweg 52, Bypassweg 54 und erstem Fahrgastraumverdampferweg 58 funktioniert wie folgt:
Flüssiges Kältemittel expandiert am Expansionsorgan 26 und gelangt als Käl­ temittelnassdampf zum ersten Knotenpunkt 48.

Im ersten Betriebsmodus wird der flüssige Anteil des Kältemittels durch den By­ passweg 54 geleitet, indem das Ventil 56 im Bypassweg 54 geöffnet und das Kältemittel mit Hilfe der Pumpe 62 angesaugt wird. Das Kältemittel umgeht den Speicherverdampferweg 52 und gelangt direkt zum ersten Fahrgastraumver­ dampfer 34 bzw. zum zweiten Fahrgastraumverdampfer 40. Dort verdampft das Kältemittel und gelangt als gasförmige Phase zurück zum ersten Knotenpunkt 48. Von diesem aus wird es durch den Speicherverdampfer 28 geleitet, wo unter Um­ ständen noch Reste von flüssigem Kältemittel verdampfen, und schließlich über den zweiten Knotenpunkt zurück in die Kreislaufleitung 14 des Kältemittelkreis­ laufes 12.

Im zweiten Betriebsmodus ist das Ventil 56 am Bypassweg 54 geschlossen, so dass der Kältemittelnassdampf vom ersten Knotenpunkt ausgehend unmittelbar durch den Speicherverdampfer 28 geleitet wird. Das Kältemittel verdampft dort und kühlt den Kältespeicher 32 ab. Es gelangt über den zweiten Knotenpunkt 50 wieder in die Kreislaufleitung 14.

Im dritten Betriebsmodus wird schließlich das Kältemittel nicht in der Kreislauflei­ tung 14 rundgefördert, sondern von der Pumpe 62 bei geschlossenem Ventil 56 vom Speicherverdampfer 28 ausgehend über den zweiten Knotenpunkt 50 durch die Pumpe 62 und zumindest den ersten Fahrgastraumverdampferweg 58 zum ersten Fahrgastraumverdampfer 34 gefördert. Das verdampfte Kältemittel strömt über den ersten Knotenpunkt 48 zurück zum Speicherverdampfer 28, der in die­ sem Betriebsmodus als Kondensator wirkt und an dem das Kältemittel seine am ersten bzw. zweiten Fahrgastraumverdampfer aufgenommene Wärme wieder an den Kältespeicher 32 abgibt.

Der erste und der zweite Knotenpunkt 48 bzw. 50 sind je als Hohlräume gestaltet. Diese bilden bei der 3-Wege-Parallelschaltung zentrale Anschlusspunkte bzw. Anschlussbereiche, an denen die Anschlüsse des Speicherverdampferweges 52, des Bypassweges 54, des ersten Fahrgastraumverdampferweges 58 und auch der Kreislaufleitung 14 zusammenlaufen. Diese Anschlusspunkte können alterna­ tiv auch durch mehrere von einander entfernt angeordnete Anschlüsse gestaltet sein. Mit der Wahl der Anordnung der Anschlüsse können der Strömungswiderstand und das Strömungs-, Misch- und Aufteilungsverhalten der flüssigen sowie der gasförmigen Phase des Kältemittelnassdampfes beeinflusst und damit die Strömung dieser Phasen gezielt verändert werden. Es liegt somit eine Vielzahl von Steuermöglichkeiten vor, mit denen die Kältemittelströmung ohne aufwendige Ventiltechnik beeinflusst werden kann.

Bei der dargestellten Schaltungsanordnung wird die Kältemittelströmung insbe­ sondere dadurch gesteuert, dass am ersten Knotenpunkt 48 die Abzeigung des Bypassweges 54 im eingebauten Zustand der Klimaanlage 10 unterhalb von der Abzweigung des Speicherverdampferweges 52 angeordnet ist. So gelangt flüssi­ ges Kältemittel, das im ersten Knotenpunkt 48 absinkt vorzugsweise in den By­ passweg 54. Durch Öffnen und Schließen des Ventils 56 kann die Strömung durch den Bypassweg 54 gesteuert werden. Zum Speicherverdampfer 28 gelangt "nur" die gewollt oder ungewollt überschüssige flüssige Phase an Kältemittel­ nassdampf. Der Kältespeicher 32 wird also stets mit dem überschüssigen Käl­ temittel gekühlt, während die Fahrgastraumverdampfer 34 bzw. 40 optimal und gezielt mit flüssiger Phase versorgt werden können.

Am zweiten Knotenpunkt 50 ist die Abzweigung des ersten Fahrgastraumver­ dampferweges 58 im eingebauten Zustand der Klimaanlage unterhalb von der Abzweigung der Kreislaufleitung 14 angeordnet. Somit wird sichergestellt, dass die Pumpe 62 solange aus dem zweiten Knotenpunkt 50 flüssige Phase absau­ gen kann, solange dort noch welche zur Verfügung steht.

Der Kühleffekt der Fahrgastraumverdampfer 34 bzw. 40 ist einerseits vom Druck­ niveau der flüssigen Phase im Kältespeicheaggregat 46 abhängig. Je niedriger das Druckniveau ist, um so höher ist der Kühleffekt. Ein niedriges Druckniveau im Kältespeicheraggregat 46 wird durch eine niedrige Temperatur des Kältespei­ chers 32 und/oder durch ein entsprechend starkes Ansaugen mit dem Verdichter 16 des Kältemittelkreislaufes 12 erreicht. Andererseits ist der Kühleffekt bzw. die Kälteleistung der Fahrgastraumverdampfer 34 bzw. 40 vom Volumenstrom der Umgebungsluft an den Wärmeübertragern 36 bzw. 42 abhängig. Bei einem ge­ ringen Volumenstrom ist auch die Temperaturdifferenz zwischen der eintretenden Umgebungsluft und der Kältemittelverdampfungstemperatur gering.

Das Kältemittelaggregat 46 weist nur vier Anschlüsse auf, um es in den Käl­ temittelkreislauf 12 und den ersten Fahrgastraumverdampferweg 58 einzubinden. Ein erster Anschluss 64 ist in Strömungsrichtung des Kältemittels in der Kreis­ laufleitung 14 vor dem Expansionsorgan 26 angeordnet. Das Expansionsorgan 26 befindet sich also ebenfalls im Kältespeicheraggregat 46. Ein zweiter An­ schluss ist hinter dem zweiten Knotenpunkt 50 in der Kreislaufleitung 14 ange­ ordnet. Ein dritter und vierter Anschluss 68 bzw. 70 koppeln den ersten Fahrga­ straumverdampferweg 58 mit der Pumpe 62 bzw. mit dem ersten Knotenpunkt 48.

Bezugszeichenliste

10

Klimaanlage

12

Kältemittelkreislauf

14

Kreislaufleitung

16

Verdichter

18

Kondensator bzw. Verflüssiger

20

Verflüssiger-Wärmeübertrager

22

Verflüssiger-Gebläse

24

Sammler bzw. Trockner

26

Expansionsorgan

28

Speicherverdampfer

30

Speicherverdampfer-Wärmeübertrager

32

Kältespeicher

34

erster Fahrgastraumverdampfer

36

erster Fahrgastraumverdampfer-Wärmeübertrager

38

erstes Fahrgastraumverdampfer-Gebläse

40

zweiter Fahrgastraumverdampfer

42

zweiter Fahrgastraumverdampfer-Wärmeübertrager

44

zweites Fahrgastraumverdampfer-Gebläse

46

Kältespeicheraggregat

48

erster Knotenpunkt

50

zweiter Knotenpunkt

52

Speicheverdichterweg

54

Bypassweg

56

Ventil

58

erster Fahrgastraumverdichterweg

60

zweiter Fahrgastraumverdichterweg

62

Pumpe

64

erster Anschluss

66

zweiter Anschluss

68

dritter Anschluss

70

vierter Anschluss

Claims (12)

1. Fahrzeug-Klimaanlage (10) mit
einem Kältemittelkreislauf (12), bei dem in einer Kreislaufleitung (14) ein Verdichter (16), ein Kondensator (18) und ein Expansionsorgan (26) in Reihe geschaltet sind,
einem Fahrgastraumverdampfer (34) zum Kühlen eines Fahrga­ straumes, der in einem Fahrgastraumverdampferweg (58) angeord­ net ist, und
einem Speicherverdampfer (28) zum Kühlen eines Kältespeichers (32), der in einem Speicherverdampferweg (52) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypassweg (54) vorgesehen ist, der mit dem Speicherverdampferweg (52) und dem Fahrgastraumverdampfer­ weg (58) eine 3-Wege-Parallelschaltung bildet, die in der Kreislaufleitung (14) angeordnet ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spei­ cherverdampferweg (52), der Speicherverdampfer (28), der Kältespeicher (32) und der Bypassweg (54) in einem Kältespeicheraggregat (46) zu­ sammengefasst sind.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelschaltung einen ersten Knotenpunkt (48) aufweist, an dem die Kreislaufleitung (14) mündet, der Speicherverdampferweg (52) sowie der Bypassweg (54) abzweigen, und der Fahrgastraumverdampferweg (58) mündet.

4. Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Knotenpunkt (48) mit einem Hohlraum gestaltet ist, an dem insbesondere im eingebauten Zustand der Klimaanlage (10) der Bypassweg (54) unter­ halb vom Speicherverdampferweg (52) abzweigt.

5. Klimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Knotenpunkt (48) in dem Kältespeicheraggregat (46) angeordnet ist.

6. Klimaanlage nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan (26) in Strömungsrichtung eines Kältemittels in der Kreislaufleitung (14) vor dem ersten Knotenpunkt (48) und insbesondere in dem Kältespeicheraggregat (46) angeordnet ist.

7. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelschaltung einen zweiten Knotenpunkt (50) aufweist, an dem der Speicherverdampferweg (52) sowie der Bypassweg (54) münden, und der Fahrgastraumverdampferweg (58) sowie die Kreislaufleitung (14) abzweigen.

8. Klimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Knotenpunkt (50) mit einem Hohlraum gebildet ist, an dem insbesondere im eingebauten Zustand der Klimaanlage (10) der Fahrgastraumverdamp­ ferweg (58) unterhalb von einer Abzweigung der Kreislaufleitung (14) ab­ zweigt.

9. Klimaanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Knotenpunkt (50) in dem Kältespeicheraggregat (46) angeordnet ist.

10. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bypassweg (54) eine Einrichtung zum Erhöhen des Strömungswi­ derstandes des Bypassweges (54), insbesondere in Gestalt eines Ventils (56), vorgesehen ist.

11. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Fahrgastraumverdampferweg (58) eine Pumpe (62) angeordnet ist, die insbesondere in dem Kältespeicheraggregat (46) angeordnet ist.

12. Fahrzeug mit einer Klimaanlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.