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Die
Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit Kältespeicher für ein Kraftfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen
Klimaanlage.
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Es
ist ein Ziel der Kraftfahrzeughersteller, den Kraftstoffverbrauch
des Fahrzeugs zu reduzieren. Eine Maßnahme zur Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs ist das Abschalten des Motors bei vorübergehendem
Stillstand, beispielsweise beim Halten an einer Ampel. Dieses vorübergehende
Abschalten des Motors wird auch Idle-stop-Betrieb genannt. Diese
Maßnahme
wird bei heutigen verbrauchsarmen Fahrzeugen, wie beispielsweise
bei dem sogenannten Dreiliter-Fahrzeug, bereits eingesetzt. Bei
Fahrzeugen, die über
den Idle-stop-Betriebsmodus verfügen,
ist im innerstädtischen
Verkehr ca. 25-30 % der Fahrzeit der Motor ausgeschaltet.
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Dies
ist ein Grund, warum derartige Fahrzeuge nicht mit einer Klimaanlage
ausgerüstet
sind, denn bei Motorstillstand kann auch ein für eine Klimaanlage notwendiger
Kompressor nicht angetrieben werden, so dass im Idle-stop-Betrieb eine Klimaanlage
die notwendige Kälteleistung
nicht bereitstellen kann.
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In
der
DE 101 56 944
A1 ist eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit in
einem Kältemittelkreis
angeordnetem Kompressor und Verdampfer zum Abkühlen von zu konditionierender
Luft für
den Innenraum offenbart, welche einen zweiten Verdampfer zum Abkühlen der
Luft aufweist, der zusätzlich
ein Kältespeichermedium
enthält,
wobei die zu konditionierende Luft wahlweise durch jeden Verdampfer
einzeln oder durch beide Verdampfer gemeinsam leitbar ist. Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
ist an Stelle des zweiten Verdampfers der Verdampfer derart ausgebildet,
dass er zwei Teilbereiche aufweist, und in einem der beiden Teilbereiche
ein Kältespeichermedium
enthält,
wobei die zu konditionierende Luft wahlweise durch jeden Verdampfer
einzeln oder durch beide Verdampfer gemeinsam leitbar ist. Dabei können die
Rohre, in welchen das Kältemittel
durch den Verdampfer strömt,
als Mehrkanalrohre ausgebildet sein, wobei einer oder mehrere der
Kanäle
mit dem Kältespeichermedium
gefüllt
sind.
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Aus
der
DE 10 2004
052 979 A1 ist eine Anordnung mit parallel geschaltetem
Verdampfer und Kältespeicher-Verdampfer
bekannt, wobei jedem Verdampfer ein eigenes Expansionsorgan zugeordnet
ist, über
welches der Kältemittelmassenstrom durch
den entsprechenden Verdampfer geregelt wird. Als Kältemittel
wird R134a verwendet.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine
verbesserte Klimaanlage mit Kältespeicher
sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Klimaanlage zur
Verfügung zu
stellen. Diese Aufgabe wird gelöst
durch eine Klimaanlage mit Kältespeicher
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruches 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine
Klimaanlage mit Kältespeicher
vorgesehen, insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, mit einem Kältemittelkreislauf
in dem mindestens eine Verdampferanordnung angeordnet ist, aufweisend
mindestens einen Verdampfer und einen Kältespeicher-Verdampfer oder
ein Verdampfer, in dem in einem Teilbereich ein Kältespeicher
vorgesehen ist, wobei im Kältemittelkreislauf
als Kältemittel
CO2 vorgesehen ist, welches bei Normalbetrieb der
Klimaanlage am Austritt aus dem Kältespeicher-Verdampfer bzw.
aus dem Teilbereich des Verdampfers, in welchem der Kältespeicher
angeordnet ist, einen Druck von ca. 35,5 bis ca. 37 bar aufweist, sowie
durch ein Verfahren zur Regelung, wobei die Regelung derart erfolgt,
dass am Austritt aus dem Kältespeicher-Verdampfer
bzw. aus dem Teilbereich des Verdampfers, in welchem der Kältespeicher
angeordnet ist, ein Druck von ca. 35,5 bis ca. 37 bar herrscht.
Hierbei sind durchaus temporäre
Abweichungen nach oben oder unten, insbesondere bei speziellen Betriebsbedingungen,
wie bspw. beim Motorstart oder beim schnellen Beschleunigen, möglich. Die
Regelung kann direkt in Abhängigkeit
des Drucks erfolgen, jedoch kann der Druck in Folge des Zusammenhangs
mit der Temperatur auch über
eine Temperaturmessung oder der Ermittlung anderer Größen mittels
derer auf den Druck geschlossen werden kann, ermittelt werden. Die
Einstellung des gewünschten
Drucks am Kältespeicher-Verdampferaustritt
erfolgt vorzugsweise über
das Expansionsorgan und/oder den Kompressor. Als zu bevorzugender
Druck kann sich auch ein Druck von 36 bis 36,5 bar ergeben.
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Vorzugsweise
werden der Kältespeicher-Verdampfer
und der Verdampfer bzw. der Teilbereich des Verdampfers, in welchem
der Kältespeicher
angeordnet ist, und ein anderer Teilbereich oder der andere Bereich
des Verdampfers in einer Reihe durchströmt. Dies ermöglicht eine
sehr einfache Regelung zwecks Beladung des Kältespeichers und Haltens des
beladenen Zustands. Insbesondere bevorzugt ist mindestens ein Verdampfer
oder ein Teilbereich des Verdampfers, in welchem der Kältespeicher
angeordnet ist, in Strömungsrichtung
des Kältemittels
gesehen vor einem Verdampfer oder einem Teilbereich des Verdampfers
angeordnet, in dem kein Kältespeicher
vorgesehen ist, wobei die Bereiche seriell vom Kältemittel durchströmt werden.
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Vorzugsweise
beträgt
der Druckabfall im Kältemittelkreislauf
im Kältespeicher-Teilbereich
des Verdampfers bzw. im Kältespeicher-Verdampfer
bei normalen Betriebszuständen
0,4 bis 6 bar. Auch 1 bis 5 bar, insbesondere auch 2 bis 4 bar sind
denkbar. Der Druckabfall im Kältemittelkreislauf
im Kältespeicher-Teilbereich
des Verdampfers bzw. im Kältespeicher-Verdampfer
beträgt
vorzugsweise bei Volllastbetrieb 5 bis 6 bar.
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Der
Druckabfall im Kältemittelkreislauf
im normalen Teilbereich des Verdampfers bzw. im Verdampfer, in welchem
kein Kältespeicher
vorgesehen ist und welcher in der Regel nach dem Bereich durchströmt wird,
in welchem der Kältespeicher
angeordnet ist, beträgt
vorzugsweise 0,2 bis 3 bar. Denkbar sind auch 0,5 bis 2,5 bar oder
1 bis 2 bar.
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Der
Druck des Kältemittels
bei Austritt aus dem Teilbereich des Verdampfers bzw. aus dem Verdampfers,
in welchem kein Kältespeicher
vorgesehen ist, beträgt
vorzugsweise 34 bis 36 bar, insbesondere bevorzugt ca. 35 bar.
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Die
Verdampferanordnung weist vorzugsweise eine Mehrzahl nebeneinanderliegend
angeordneter, kältemittelführender
Rohre, die in mindestens einem Sammelbehälter enden, und wenigstens einen
Kältespeicher
auf, in welchem ein Kältespeichermedium
vorgesehen ist, wobei die Verdampferanordnung zwei parallel zueinander
angeordnete erste und zweite Bereiche aufweist, der erste Bereich
im Wesentlichen entsprechend dem eines herkömmlichen Verdampfers ohne Kältespeicher
ausgebildet ist, und der Kältespeicher
in dem zweiten Bereich angeordnet ist. Hierbei weisen die kältemittelführenden Rohre
der ersten und zweiten Bereiche, die miteinander fluchtend angeordnet
sind, eine einander entsprechende Breite auf, und der erste und
der zweite Bereich weisen vorzugsweise gemeinsame, durchgehende
Wellrippen auf, welche sich in Hinblick auf die Herstellungskosten
günstig
auswirkt. Die integrierte Ausführung
einer Verdampferanordnung mit integrierten Speicherelementen ist
im Vergleich zu bekannten Sekundärkreisläufen oder
elektrisch betriebenen Kältemittelverdichtern
sehr kostengünstig. Prinzipiell
ist eine derartige Ausgestaltung der Verdampferanordnung möglich, dass
auf Grund des einander im Wesentlichen entsprechenden benötigten Bauraums,
ein konventioneller Verdampfer einfach ersetzt werden kann, so dass
keine wesentlichen Umgestaltungen um die Verdampferanordnung herum
erforderlich sind.
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Bevorzugt
erstrecken sich die ersten und zweiten Bereiche der Verdampferanordnung
jeweils über
die gesamte Breite desselben. Hierbei ist bevorzugt der zweite Bereich,
in welchem der Kältespeicher
vorgesehen ist, luftabströmseitig
des ersten Bereichs angeordnet. Der Kältemitteleintritt liegt bevorzugt
in diesem luftabströmseitig
angeordneten Bereich.
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In
mindestens einem Kältespeicherelement ist
bevorzugt mindestens ein kältemittelführendes Rohr
angeordnet, oder das kältemittelführende Rohr ist
zumindest teilweise vom Kältespeicherelement umgeben.
Dabei können
die Kältespeicherelemente miteinander
zu einem oder mehreren Kältespeichern verbunden
sein, insbesondere über
mindestens einen Sammelbehälter.
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Bei
einer Anordnung des kältemittelführenden
Rohres im Kältespeicherelement
kann es in das mit dem Kältespeichermedium
befüllte
Kältespeicherelement
eingesteckt sein oder aber direkt hierin ausgebildet sein, wobei
das Kältespeichermedium bevorzugt
das Kältemittel
von allen Seiten umgibt, wobei insbesondere eine Rohr-in-Rohr-Anordnung vorgesehen
ist.
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Ebenfalls
kann das Kältespeicherelement durch
ein Rohr mit U-förmigem
Querschnitt gebildet sein, insbesondere mit mehreren Kammern. Hierbei entsprechen
bevorzugt die Innenabmessungen des Kältespeicherelements den Außenabmessungen
des kältemittelführenden
Rohres im entsprechenden Bereich, so dass die Rohre flächig aneinander
anliegen. Auch eine einstückige
Ausgestaltung, bspw. gebildet durch ein entsprechend extrudiertes
Rohr mit mindestens zwei Kanälen,
ist möglich.
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Das
kältemittelführende und
das Kältespeichermedium
enthaltende Rohr ist im Falle einer Anordnung vollständig innerhalb
des Kältespeicherelements
bevorzugt als ein doppelwandiges Flachrohr ausgebildet, wobei sich
das Kältemittel
im zentralen Bereich und das Kältespeichermedium
im äußeren Bereich
befindet. Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das doppelwandige Flachrohr Stege auf, die das außen liegende
mit dem innen liegenden Flachrohr verbinden. Dadurch, dass der Kältespeicher
direkten Luftkontakt hat, ergibt sich eine sehr gute Dynamik beim
Wärmeübergang,
so dass im Bedarfsfall, d.h. im Idle-stop-Betrieb, die volle Kälteleistung
sofort zur Verfügung
steht.
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Das
das Kältespeichermedium
enthaltende Rohr kann das kältemittelführende Rohr
auch nicht vollständig
umgeben. Dabei sind vorzugsweise genau drei Seiten des kältemittelführenden
Rohres vom das Kältespeichermedium
enthaltenden Rohr umgeben. Das das Kältespeichermedium enthaltende Rohr
kann dabei mit einem U-förmigen
Querschnitt ausgebildet sein und das kältemittelführende Rohr, wobei es sich
vorzugsweise um ein Flachrohr handelt, teilweise, d.h. über einen
Teil seines Umfangs, umgeben, wobei bevorzugt der größte Teil
des kältemittelführenden
Rohres im Inneren des das Kältespeichermedium
enthaltenden Rohres angeordnet ist.
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Bevorzugt
enden die kältemittelführenden Rohre
des zweiten Bereichs in einem Sammler, der getrennt von und lediglich über eine
oder mehrere Überströmöffnungen
mit einem Sammler des ersten Bereichs ausgebildet ist.
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Die
kältespeichermediumführenden
Rohre beziehungsweise Kanäle
enden vorzugsweise in einem Kältespeichermedium-Sammelbehälter, durch den
die kältemittelführenden
Rohre beziehungsweise Kanäle
ragen, die in einem getrennten Sammler enden. Dabei kann der Kältespeichermedium-Sammelbehälter auch
einstückig
mit dem Kältemittel-Sammler
ausgebildet sein, wobei eine entsprechende Trennwand im Behälterinneren
vorgesehen ist. Das Vorsehen eines gemeinsamen Kältespeichermedium-Sammelbehälters ermöglicht eine
gemeinsame Befüllung
der einzelnen Kältespeicherelemente
mit dem Kältespeichermedium,
so dass eine einfache und schnelle Befüllung der kältespeichermediumführenden
Rohre beziehungsweise Kanäle
möglich
ist. Ferner kann die Montage durch die bevorzugt einstückige Ausgestaltung
des Kältespeichers
im Falle einer getrennten Ausbildung der kältemittelführenden Rohre und der Kältespeicherelemente
vereinfacht werden. Auch kann dadurch ein Ausgleichsraum für insbesondere
temperaturbedingte Volumenänderungen
des Kältemittels
zur Verfügung
gestellt werden. Ferner ermöglicht
dies eine kompakte Bauweise des zweiten Bereichs.
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Die
Verdampferanordnung weist vorzugsweise zwei bis vier, insbesondere
drei Blöcke,
und der zweite Bereich einen bis sechs Blöcke, insbesondere zwei bis
vier Blöcke,
auf. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, gemäß der die
Blockreihen jeweils die gleiche Anzahl von Blöcken aufweisen und die Blöcke im Gegenstrombetrieb
durchströmt
werden, wobei die Blockbreiten von in Luftströmungsrichtung benachbarten
Blöcken
einander entsprechen. Beliebige andere Ausgestaltungsformen sind jedoch
ebenfalls möglich.
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Bei
den Rohren, welche vom Kältemittel durchströmt werden,
handelt es sich vorzugsweise um geschweißte, gefalzte, aus Scheiben
tiefgezogene oder extrudierte Flachrohre, die sowohl abgerundet
als auch eckig ausgebildet sein können. Jedoch können auch
bspw. ovale Rohre oder Rundrohre ver wendet werden. Als Materialien
kommen insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen in Frage, jedoch
ist auch die Verwendung beliebiger anderer geeigneter, gut wärmeleitender
Materialien möglich.
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Der
Kältespeicher
besteht bevorzugt aus Aluminium, insbesondere innen und/oder außen beschichtetem
Aluminium (wobei unter Aluminium auch eine Aluminiumlegierung zu
verstehen ist), gegebenenfalls auch Kupfer, einer Kupfer-Zink-Legierung, Kunstharz
oder Kunststoff. Ein Aluminium-Behälter hat den Vorteil, dass
er sich mit den übrigen
Teilen des Verdampfers problemlos verlöten lässt. Dabei handelt es sich
bevorzugt um ein stranggepresstes Flachrohr, das eine Mehrzahl von
Kanälen
aufweist, wobei ein Teil der Kanäle
das Kältespeichermedium und
der andere Teil der Kanäle
das Kältemittel
enthalten. Die Ausgestaltung kann jedoch auch mehrteilig sein.
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Beim
Latent- oder Speichermedium handelt es sich bevorzugt um ein PCM-Material (phase change
material), das bevorzugt kongruent schmelzende Medien, insbesondere
bevorzugt Decanol, oder aber Tetra-, Penta- oder Hexadecan, LiClO33H2O, wässrige Salzlösungen oder
organische Hydrate enthält
oder hieraus gebildet ist. Im Speichermedium können auch Keimbildner vorgesehen sein,
welche die Kristallbildung beschleunigen.
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Die
Phasenumwandlungstemperatur des Speichermediums liegt vorzugsweise
in einem Bereich von 2°C
bis 8°C,
insbesondere von 3°C
bis 7°C, insbesondere
bevorzugt von 5°C
bis 6°C.
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Im
Inneren des Kältespeicherelements
können – unabhängig ob
es das kältemittelführende Rohr ganz
oder nur teilweise umgibt – Einlagen,
wie Rippenbleche, vorzugsweise aus Aluminium, jedoch sind auch andere
Metalle oder Kunststoffe geeignet, oder andere Turbulenzeinlagen,
wie Vliese oder Gestricke, bspw. aus Kunststoff oder Metall, oder Schäume, bspw.
Metallschäume
oder Kunststoffschäume,
vorgesehen sein. Die Einlagen dienen zur Verbesserung des Wärmetransports
sowie zur Erhöhung
der inneren Oberfläche
um die Kristallbildung des Speichermediums zu beschleunigen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Varianten
unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs
gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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2a,
b eine schematische Darstellung der Verdampferanordnung mit einem
Verdampfer mit Speicherelementen und einem herkömmlichen Verdampfer von 1 in
einer perspektivischen Ansicht und einer Draufsicht,
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3a,
b eine erste Variante der Verdampferanordnung in einer perspektivischen
Ansicht und einer Draufsicht,
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4 eine
schematische Draufsicht auf eine zweite Variante einer Verdampferanordnung,
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5 eine
schematische Draufsicht auf eine dritte Variante einer Verdampferanordnung,
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6 eine
perspektivische Ansicht der Verdampferanordnung gemäß den 2a und 2b mit
abgenommenen oberen Sammlern,
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7 einen
Schnitt quer durch den oberen Bereich des Sammlers,
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8 einen
Schnitt in Längsrichtung
durch den oberen Bereich des Sammlers, und
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9 einen
Schnitt in Längsrichtung
durch den Sammler.
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Eine
Kraftfahrzeug-Klimaanlage zum Temperieren des Kraftfahrzeuginnenraums
mit einem Kältemittel-Kreislauf
weist, wie in 1 dargestellt, einen Kompressor
K, einen Gaskühler
GK, einen inneren Wärmetauscher
IWT, ein Expansionsorgan EX, einen Verdampfer 1' mit Kältespeicher,
im Folgenden auch als Kältespeicher-Verdampfer 1' bezeichnet,
einen Verdampfer 1 ohne Kältespeicher, im Folgenden auch
als Haupt-Verdampfer 1 bezeichnet, und einen Akkumulator
AK auf. Als Kältemittel
wird R744 verwendet.
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Das
Kältemittel
strömt
vom Kompressor K kommend zum Gaskühler GK, in dem es gekühlt wird.
Direkt anschließend
durchströmt
es den inneren Wärmetauscher
IWT, in welchem es durch das vom Akkumulator AK kommende, gegenströmende Kältemittel
weiter abgekühlt
wird. Im Expansionsorgan EX, bspw. durch ein Expansionsventil gebildet, wird
das Kältemittel
entspannt und kühlt
dadurch weiter ab, bevor es zum Kältespeicher-Verdampfer 1' gelangt. Direkt
im Anschluss gelangt das Kältemittel in
den Haupt-Verdampfer 1 und von dort zum Akkumulator AK. Über den
inneren Wärmetauscher
IWT gelangt es anschließend
wieder zum Kompressor K.
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Hierbei
ist der Kältemittelkreislauf
derart ausgelegt und geregelt, dass der Druckabfall im Kältespeicher-Verdampfer 1' bei regulären Betriebszuständen 0,4
bis 6 bar beträgt,
so dass am Kältespeicher-Verdampferaustritt
ein Druck p von 35,5 bis 37 bar vorliegt. Der größte Druckabfall kommt hierbei beim
Volllastbetrieb vor, bei dem keine Speicherbeladung erfolgen soll
bzw. sich noch keine komfortable Temperatur im Fahrzeuginnenraum
eingestellt hat. In diesem Betriebszustand dient der Kältespeicher-Verdampfer 1' direkt der
Kühlung
des Fahrzeuginnenraums. Geringere Druckabfälle treten im Teillastbetrieb
bei geringeren Kältemittelmassenströmen auf, wenn
der Fahrzeuginnenraum bereits abgekühlt ist und sich zumindest
ein gewisser Kom fort in Bezug auf die Innenraumtemperatur eingestellt
hat. In diesen Betriebszuständen
kann eine Beladung des Kältespeichers 4 erfolgen.
Ist die Beladung abgeschlossen, so strömt das gedrosselte Kältemittel
durch den Kältespeicher-Verdampfer 1' – in welchem
in diesem Betriebszustand keine Wärme vom Kältemittel aufgenommen wird – in den
Haupt-Verdampfer 1, d.h. der Kältespeicher-Verdampfer 1' wirkt durch
den vorhandenen Druckverlust wie eine weitere Drossel und hat auf
das Druckniveau im nachfolgenden Haupt-Verdampfer 1 keinen
Einfluss. Bei diesem Betriebszustand herrscht im Kältespeicher-Verdampfer 1' ein Druckniveau
von 35,5 bis 37 bar, was einem Verdampfungstemperaturbereich von
0,9 bis 3°C
entspricht und somit unterhalb der Schmelztemperatur des Kältespeichermediums
liegt, welche im Falle von Decanol, welches vorliegend als Kältespeichermedium
verwendet wird, bei 5-6°C
liegt. Alternativ sind insbesondere auch Tetra-, Penta- oder Hexadecan geeignet.
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Im
in Strömungsrichtung
des Kältemittels nachfolgend
angeordneten Haupt-Verdampfer 1 tritt bei
normalen Betriebszuständen
ein Druckabfall von 0,2 bis 3 bar auf, so dass am Verdampferaustritt
ein Druck von ca. 35 bar vorliegt.
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Die
Anordnung des Kältespeicher-Verdampfers
1' und des Haupt-Verdampfers
1 ist
in den
6 bis
9 näher dargestellt. Ein in seiner
inneren Ausgestaltung sehr ähnlicher
Verdampfer ist in der
DE
10 2004 052 979 A1 beschrieben, wobei vorliegend das Kältemittel
R744 und nicht wie bisher, d.h. auch gemäß der
DE 10 2004 052 979 A1 ,
das Kältemittel
R134a verwendet wird. Hierbei sind im Falle von R744 die Betriebsdrücke mit üblicherweise
35 bar deutlich höher
als bei R134a (ca. 3 bar). Zudem sind gemäß der
DE 10 2004 052 979 A1 zwei
thermostatische Expansionsventile vorgesehen, so dass die beiden
Verdampfer parallel durchströmt
werden, vorliegend ist jedoch nur ein Expansionsorgan vorgesehen
und die Durchströmung
der Verdampfer
1 und
1' erfolgt seriell. Prinzipiell ist
jedoch auch das Vorsehen eines weiteren Expansionsorgans zwischen
den beiden das Vorsehen eines weiteren Expansionsorgans zwischen
den beiden Verdampfern möglich,
in aller Regel jedoch nicht erforderlich.
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Der
Haupt-Verdampfer 1 und der Kältespeicher-Verdampfer 1' weisen jeweils
oben und unten angeordnet einen Sammler 3 und, um auch
bei einem Motorstopp zumindest über
einen kurzen Zeitraum eine ausreichende Kühlleistung zur Verfügung zu
stellen, einen Kältespeicher 4 auf,
bestehend aus einer Mehrzahl von Kältespeicherelementen 5,
welche mit einem Kältespeichermedium
gefüllt
sind. Der Kältespeicher 4 ist
im Bereich des Kältespeicher-Verdampfer 1' angeordnet.
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Die
Kältespeicherelemente 5 sind
durch Bereiche speziell ausgestalteter Flachrohre 6 aus
Aluminium gebildet, auf welche an späterer Stelle näher eingegangen
wird.
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Der
Haupt-Verdampfer 1, im Folgenden auch als erster Verdampfer
bezeichnet, weist einen im Wesentlichen herkömmlichen Aufbau mit zwei Reihen von
Flachrohren 7 und dazwischen angeordneten Wellrippen (nicht
dargestellt) auf. Der Kältespeicherbereich,
welcher als eigenständiger
zweiter Kältespeicher-Verdampfer 1' ausgebildet
ist und in welchem die Kältespeicherelemente 5 vorgesehen
sind, ist auf der Rückseite
desselben, das heißt
auf der in normaler Luftströmungsrichtung
hinten liegenden Seite des ersten Verdampfers 1, angeordnet.
Die normale Luftströmungsrichtung
ist in 5 durch Pfeile angedeutet. Die Kältespeicher-Flachrohre 6 im
Kältespeicherbereich
zwischen den beiden Sammlern 3 und die herkömmlichen
Flachrohre 7 des Verdampfers 1 sind jeweils in
einer Reihe angeordnet, so dass ein möglichst geringer Strömungswiderstand
für die den
Verdampfer 1 und den Kältespeicherbereich durchströmende Luft
gegeben ist (vgl. 9).
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Die
Kältespeicher-Flachrohre 6 weisen
einen doppelwandigen Aufbau mit einer Mehrzahl von Kältemittel-Kanälen 8 und
Kältespeichermedium-Kanälen 9 auf,
wobei die Kältemittel-Kanäle 8 innen
angeordnet sind. Dabei sind die Kältespeicher-Flachrohre 6 derart
angeordnet, dass die als Kältespeicherelemente 5 dienenden
Kältespeichermedium-Kanäle 9 in
einem Kältespeichermedium-Sammelbehälter 10 enden,
so dass das Kältespeicherelement 5 nur
einen einzigen Hohlraum aufweist, welcher vollständig mit dem Kältespeichermedium
gefüllt
ist. Das Befüllen
erfolgt über
eine Öffnung 11 im
Kältespeichermedium-Sammelbehälter 10 in
einem einzigen Arbeitsgang. Nach dem Befüllen wird die Öffnung fest
verschlossen, so dass ein unbefugtes Öffnen sicher verhindert wird.
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Im
Inneren des durchgehenden Hohlraums sind gemäß einer nicht in der Zeichnung
dargestellten Variante Elemente zur Verhinderung einer Strömungsausbildung
vorgesehen sein, wie vorliegend ein Kunststoff-Vlies.
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Die
Kältemittel-Kanäle 8 ragen
durch den Kältespeichermedium-Sammelbehälter 10 hindurch und
enden beidseitig im entsprechenden Sammler 3 (vgl. 7 und 8).
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Vorliegend
haben der Verdampfer 1 und der Kältespeicher-Verdampfer 1', in welchen
die Kältespeicherelemente 5 integriert
sind, eigene Anschlüsse,
das heißt
es ist je ein Ein- und Austritt vorgesehen. Das Durchströmen erfolgt
seriell, wobei der Kältespeicher-Verdampfer 1' vorliegend
zuerst und anschließend
der (Haupt-)Verdampfer 1 durchströmt wird. Der Anschluss erfolgt
vorliegend von außen
her, d.h. es ist keine direkte Verbindung der Verdampfer 1, 1', bspw. über die
Sammler 3 vorgesehen. Eine derartige, getrennte Ausgestaltung
der Verdampfer ermöglicht
auf einfache Weise eine Art Baukastensystem, gemäß dem verschiedene Verdampfer
mit verschiedenen Kältespeicher-Verdampfern
kombiniert werden können.
Bei der Kombination der einzelnen Verdampfer/Kältespeicher-Verdampfer muss
jedoch Rücksicht
auf den im Kältemittelkreislauf
zu erwartenden Kältemitteldruck,
insbesondere in Hinblick auf den Druckabfall in den Verdampfern,
genommen werden, um eine ausreichende Beladung des Kältespeichers
sicherzustellen.
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Die
Regelung der Kältemitteltemperatur
und des -drucks erfolgt durch das Expansionsorgan EX, wobei es sich
vorliegend um ein thermostatisches Expansionsventil handelt. Dieses
stellt sicher, dass im Bedarfsfall eine ausreichende Durchströmung mit Kältemittel
wie auch eine ausreichende Beladung des Kältespeichers erfolgt.
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Gemäß einer
nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist der in Flachrohren
integrierte Kältespeicher
zwischen zwei Flachrohrreihen des Verdampfers angeordnet. Ebenfalls
ist eine Anordnung des Kältespeichers
in normaler Luftströmungsrichtung
gesehen vor dem Verdampfer möglich.
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Wie
in 1 schematisch durch eine gepunktete Linie angedeutet
und in 3a und 3b schematisch
dargestellt, kann der Kältespeicher-Verdampfer 1' gemäß einer
ersten Variante auch vollständig
in den Verdampfer 1 in Form eines Kältespeicher-Teilbereichs 1'' integriert sein, d.h. eine bauliche Einheit
bilden. Dafür
können
die Sammler – mit
entsprechenden Trennwänden
ausgebildet – auch über die
gesamte Tiefe des Verdampfers 1 einschließlich des
integrierten Kältespeicher-Teilbereichs 1'' ausgebildet sein. Das Verlöten der
Verdampferanordnung erfolgt vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsgang, was
prinzipiell auch im Falle des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels
möglich
ist, wenn die einzelnen Einheiten entsprechend vormontiert und vorfixiert
sind.
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An
Stelle des zuvor beschriebenen Aufbaus können die Sammer auch auf andere
Weise, insbesondere bevorzugt auch in Plattenbauweise, aufgebaut
sein. Der Verdampfer kann bspw. ein oder zwei Blöcke tief und ein, zwei oder
drei Blöcke
breit ausgebildet sein. Der Kältespeicher-Verdampfer
ist in der Regel nur einen Block tief, jedoch sind auch zwei oder
mehr Blöcke
in Tiefenrichtung möglich.
In der Breite entspricht in der Regel die Anzahl der Blöcke derjenigen
des Verdampfers, jedoch sind auch abweichende Strömungsverläufe möglich, bspw.
kann nur ein Block in der Breite vorgesehen sein. Entsprechende
Abwandlungen sind auch im Falle der im Folgenden beschriebenen Varianten
möglich.
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4 zeigt
eine Verdampferanordnung mit zwei herkömmlichen Verdampfern 1 und
einem Kältespeicher-Verdampfer 1', der zwischen
den beiden herkömmlichen
Verdampfern 1 angeordnet ist. Auch in diesem Fall wird
bei der Regelung des Drucks darauf geachtet, dass bei Verwendung
des Kältemittels CO2 im Normalbetrieb am Austritt aus dem Kältespeicher-Verdampfer 1' ein Druck von
35,5 bis 37 bar vorliegt, so dass eine sichere Beladung und das
Halten des beladenen Zustands des Kältespeichers sichergestellt
werden kann.
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Gemäß der dritten,
in 5 dargestellten Variante ist der den Kältespeicher-Verdampfer bildende
Teilbereich 1'' des Verdampfers 1 integriert zwischen
zwei entsprechend herkömmlichen
Verdampfern ausgebildeten Teilbereichen ohne Kältespeicher angeordnet.
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Die
Blocktiefen der einzelnen in der Tiefe hintereinander angeordneten
Blöcke
der beiden zuvor beschriebenen Varianten können unterschiedlich ausgebildet
sein.