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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Fahrzeuginnenraumkühlsysteme
und insbesondere Fahrzeuginnenraumkühlsysteme, die eine Kältespeichervorrichtung
verwenden.
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HINTERGRUND
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Das
Halten des Innenraums eines Fahrzeug auf einer angenehmen Temperatur
ist ein wichtiger Aspekt, um dem Fahrer Bequemlichkeit und Sicherheit
zu vermitteln. In einigen Fällen
ist es auch erwünschenswert,
den Innenraum auf angenehmer Temperatur zu halten, während das
Fahrzeug geparkt ist. Besondere Beachtung findet dies bei Fahrern
von Langstreckenlastkraftwagen, die oft in der Kabine des Lastkraftwagen
während
der 10-stündigen
Ruhepause schlafen.
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Eine
Möglichkeit,
die Kabine des Lastkraftwagens kühl
zu halten, wenn der Lastkraftwagen geparkt ist, besteht darin den
Motor im Leerlauf in Betrieb zu lassen und das Hauptklimasystem
des Lastkraftwagens laufen zu lassen. Jedoch führt dieser lang andauernde
Betrieb im Leerlauf zu einem gesteigerten Treibstoffverbrauch, einer
erhöhten
Umweltverschmutzung, einer vermehrten Motorwartung und zu einer
verringerten Batterielebensdauer. Ferner ist das Problem insoweit ärgerlich,
dass der Motor des Lastkraftwagens mit höherer Drehzahl als im Leerlauf
laufen muss, um genug Strom für
die Versorgung der Hilfsklimatisierung der Schlafskoje bereitzustellen.
Somit, falls die Umdrehungszahl des Motors nicht gegenüber dem
Leerlauf erhöht
wird, werden die Batterien nicht ausreichend versorgt.
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Aufgrund
des Ergebnisses der zuvor erwähnten
mit der Umwelt in Zusammenhang stehenden Bedenken werden bald gesetzliche
Regulierungen den Beibehalt der Temperaturen eines Kabineninnenraums
eines Fahrzeug der Klasse 8 (Schwerlastkraftwagen) in einem
Zustand vorschreiben, bei dem der Motor ausgeschaltet ist (oder „Nicht-Leerlauf"-Zustand). Um den
Komfort für
den Fahrer aufrechtzuerhalten, sind viele Fahrzeuge der Klasse 8 mit
zwei Klimasystemen ausgestattet worden: ein erstes System für die Verwendung,
wenn der Motor des Lastkraftwagens in Betrieb ist, und ein zweites System
für die
Verwendung, wenn der Lastkraftwagen geparkt ist und der Motor ausgeschaltet
ist. Somit besteht bedarf nach Optimierung der Fahrzeugklimatisierungssysteme,
insbesondere nach Optimierung der Treibstoffeffizienz von Fahrzeugen
der Klasse 8 mit zwei Klimatisierungssystemen.
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Kurzdarstellung
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Diese
Kurzdarstellung wird gegeben, um eine Auswahl an Konzepten in einer
vereinfachten Form bereitzustellen, die nachfolgend in der detaillierten
Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Dies Kurzdarstellung
soll nicht die Schlüsselmerkmale
des beanspruchten Gegenstands identifizieren, noch soll sie als
Hilfe verwendet werden, den Umfang des beanspruchten Gegenstands
zu ermitteln. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung wird ein Fahrzeuginnenraumkühlsystem
für ein
Fahrzeug mit einer Kabine und einem Motor zur Bereitstellung einer
Vortriebskraft bereitgestellt. Das Fahrzeuginnenraumkühlsystem
beinhaltet ein erstes Kabinenkühlsystem,
das durch den Motor des Fahrzeugs angetrieben wird und einen ersten Kondensator
aufweist. Das Fahrzeuginnenraumkühlsystem
beinhaltet ferner ein zweites Kabinenkühlsystem, das durch elektrische
Energie angetrieben wird und eine Kältespeichervorrichtung und
einen zweiten Kondensator aufweist, worin der erste Kondensator und
der zweite Kondensator sich in einer Luftstromlinie befinden. Das
zweite Kabinenkühlsystem
speist selektiv die Kältespeichervorrichtung
thermisch, wenn der Motor in Betrieb ist. Das zweite Kabinenkühlsystem
ist auch auswählbar,
um die Kabine zu kühlen,
wenn der Motor nicht in Betrieb ist und ist auswählbar, um die Kabine thermisch
zu kühlen, wenn
der Motor in Betrieb ist.
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Gemäß anderen
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung speist das elektrisch angetriebene
Kühlsystem
selektiv thermisch die Kältespeichervorrichtung,
wenn der Motor in Betrieb ist und kühlt selektiv gleichzeitig die
Kabine, um das Kabinenkühlsystem
zu unterstützen.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung ist das zweite Kabinenkühlsystem
auswählbar,
um die Kältespeichervorrichtung
thermisch zu speisen, wenn der Motor nicht in Betrieb ist und ist
thermisch auswählbar,
um die Kältespeichervorrichtung
thermisch zu speisen und simultan die Kabine zu kühlen, wenn
der Motor des Fahrzeugs nicht in Betrieb ist. Des Weiteren ist das
zweite Kabinenkühlsystem
thermisch unabhängig
vom ersten Kühlsystem.
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Gemäß noch anderen
Ausführungsformen der
vorliegenden Offenbarung ist die Kältespeichervorrichtung thermisch
durch das zweite Kabinenkühlsystem
zur Kühlung
des Innenraums des Fahrzeugs speisbar oder entleerbar. Das zweite
Kabinenkühlsystem
speist simultan thermisch die Kältespeichervorrichtung
und unterstützt
das erste Kabinenkühlsystem
beim Kühlen
des Innenraums des Fahrzeugs wenn der Motor in Betrieb ist.
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BESCHREIBUNG
DR FIGUREN
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Die
zuvor genannten Aspekte und viele der zugehörigen Vorteile dieser Offenbarung
werden anhand der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Figuren deutlicher werden, worin:
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1 eine
perspektivische Ansicht des Frontbereichs eines Lastkraftwagens
ist, welche ein Fahrzeugkühlsystem
mit einem Hauptkühlsystem und
einem Kältespeicher-Kühlsystem darstellt;
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2 eine
schematische Ansicht des Fahrzeugkühlsystems aus 1 ist;
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3 eine
schematische Ansicht einer Ausführungsform
eines Fahrzeugkühlsystems
ist, das gemäß der vorliegenden
Offenbarung mit einem Hauptkühlsystem
und einem Kältespeicherkühlsystem
ausgebildet ist;
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4 eine
Aufsicht des Kältespeicherkühlsystems
ist, das gemäß der Ausführungsform
der 3 und gemäß einem
ersten Beispiel ausgebildet ist;
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5 eine
Aufsicht des Kältespeicher-Kühlsystem
ist, das gemäß der Ausführungsform
der 3 und gemäß einem
zweiten Beispiel ausgebildet ist;
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6 eine
perspektivische Ansicht eines Kältespeicher-Kühlsystem
ist, das gemäß der Ausführungsform
der 3 und gemäß einem
ersten Beispiel der 4 ausgebildet ist; und
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7 eine
Aufsicht des Kältespeicher-Kühlsystem
ist, das gemäß einer
anderen Ausführungsform
ausgebildet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die 1 und 2 veranschaulichen
ein Fahrzeug-Kühlsystem 100 mit
einem ersten oder Haupt-Kühlsystem 102 und
einem zweiten oder Kältespeicher-Kühlsystem 103.
Obwohl die Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung so dargestellt werden dass sie in eine
Kabine eines Lastkraftwagen der Klasse 8 implementiert
sind, wird der Fachmann des betreffenden Fachgebiets leicht erkennen,
dass das offenbarte Fahrzeugkühlsystem 100 lediglich
von illustrativer Natur ist und nicht als einschränkend auf
die Anwendung zur Kühlung
einer Kabine eines Lastkraftwagen der Klasse 8 aufgefasst werden
sollte. Es sollte daher deutlich werden, dass das hierin beschriebene
Fahrzeugkühlsystem 100 einen
breiten Anwendungsbereich aufweist und zur Kühlung eines Raumes verwendet
werden kann, wenn eine Antriebsquelle für das Raumklimatisierungssystem
in Betrieb ist und wenn die Antriebsquelle nicht in Betrieb ist.
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Zum
Zweck dieser detaillierten Beschreibung ist das Fahrzeugkühlsystem 100 der 1 und 2 in
zwei Unterbaugruppen aufgeteilt: das erste oder Haupt-Kühlsystem 102 und
das zweite oder Kältespeicher-Kühlsystem 103.
Beide Unterbaugruppen sind ausgelegt, ein Fahrerhaus 108 des
Lastkraftwagens zu kühlen.
Im Allgemeinen ist das Hauptkühlsystem 102 das
Klimatisierungssystem das verwendet wird, um das Fahrerhaus 108 des
Lastkraftwagens zu kühlen,
während
ein Motor 107 des Lastkraftwagens in Betrieb ist. Allgemein
wird das Kältespeicher-Kühlsystem 103 dazu
verwendet, das Fahrerhaus 108 des Lastkraftwagens zu kühlen, während der
Motor 107 des Lastkraftwagens abgeschaltet ist. Jedoch
kann, wie nachfolgend im Detail beschrieben wird, das Kältespeicher-Kühlsystem 103 auch
dazu verwendet werden, das Fahrerhaus 108 zu kühlen, während der
Motor 107 in Betrieb ist.
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Das
Kältespeicher-Kühlsystem 103 beinhaltet
ein Kältespeicher-Einspeisesystem 104;
ein Wärmeübertragungs-
(d.h. Kühl-)
System 106; und eine Kältespeichervorrichtung 110,
mit der sowohl das Kältespeicher-Einspeisesystem 104 als
auch das Wärmeübertragungssystem 106 verbunden
sind. Das Kältespeicher-Einspeisesystem 104 wird
dazu verwendet, Kälte
in die Kältespeichervorrichtung 110 einzuspeisen,
während
der Motor 107 in Betrieb ist. Wie im Detail nachfolgend
beschrieben wird, kann das Kälte-Einspeisesystem 104 auch
dazu verwendet werden, wieder in die Kältespeichervorrichtung 110 einzuspeisen,
während
der Motor 107 ausgeschaltet ist (wobei landseitige Energie
bereit gestellt wird oder nicht).
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Das
Wärmeübertragungssystem 106 des Kältespeicher-Kühlsystems 103 wird
dazu verwendet, die niedrige Wärmeenergie,
die in der Kältespeichervorrichtung 110 gespeichert
ist, an das Fahrerhaus 108 des Lastkraftwagens zu übertragen,
wenn der Motor 107 nicht in Betrieb ist. Somit stellt das
Kältespeicher-Kühlsystem 103 der
vorliegenden Offenbarung ein Wärmeübertragungssystem 106 bereit, welches
unabhängig
vom dem Haupt-Kühlsystem 102 ist
und sich von diesem unterscheidet. Dieses unabhängige und unterscheidende Kältespeicher-Kühlsystem 103 verringert nicht
nur die Kühllast des
Haupt-Kühlsystems 102,
wenn der Motor 107 in Betrieb ist, sondern gestattet auch
das Kühlen
des Fahrerhauses 108 und Wiedereinspeisen der Kältespeichervorrichtung 110,
wenn der Motor 107 nicht in Betrieb ist, wie im Detail
nachfolgend erläutert
wird.
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Das
Haupt-Kühlsystem 102 wird
nun detaillierter beschrieben. Das Haupt-Kühlsystem 102 beinhaltet
gut bekannte Komponenten, die gemäß üblicher Praxis auf dem Gebiet
des Kühlsystementwurfs und
deren Herstellung angeordnet sind. Im Folgenden wird auf die schematische
Ansicht der 2 Bezug genommen; diese Komponenten
beinhalten einen ersten Kompressor 112, einen ersten Kondensator 114,
einen ersten Auffangbehälter 116,
ein erstes Expansionsventil 118 und einen Verdampfer 120 mit einem
Satz an Verdampferschlangen 126.
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Bei
der Verwendung wird der Kompressor 112 durch den Motor 107 des
Lastkraftwagens mittels einer beliebigen Anzahl an geeigneten Methoden, beispielweise
mittels eines Keilriemenantriebsystems, angetrieben. Der erste Kompressor 112 verdichtet
ein Kältemittel
(wie ein 42°F
[5,55°C]
Kühlmittel),
wobei ein heißes
Hochdruckkältemittel
am Auslass des ersten Kompressors 112 erzeugt wird. Das Heißgas-Kältemittel
durchströmt
dann die Wärmetauschschlangen
des ersten Kondensators 114, so dass Wärme abgeleitet werden und zu
einem flüssigen
Kältemittel
kondensiert werden kann. Der erste Kondensator 114 ist
allgemein so angeordnet, dass relativ kühle Luft (typischerweise Umgebungsluft) über ein
Satz an Wärmetauschschlangen 124 (beispielsweise
durch einen Motorkühlventilator 122)
geleitet wird. In dieser Hinsicht und wie nachfolgend im Detail
erläutert
werden wird, ist der erste Kondensator 114 allgemein am
Frontende des Lastkraftwagens angeordnet. Weil die Kühlluft über Wärmetauschschlangen 124 strömt, wird
Wärme dem
Kältemittel entzogen,
was dazu führt,
dass Kältemittel
zu einer Flüssigkeit
kondensiert, die im ersten Auffangbehälter 116 aufgefangen
wird.
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Aus
dem ersten Auffangbehälter 116 entspannt
das erste Expansionsventil 118 das flüssige Kältemittel in ein Gas und/oder
eine flüssige
Mischung mit niedrigem Druck und geringer Temperatur. Das einen
niedrigen Druck und eine geringe Temperatur aufweisende Kältemittel
durchläuft
den ersten Verdampfer 120 über einen Satz an Wärmetauschschlangen 126,
die in Wärme
austauschender Verbindung mit der Innenraumluft des Fahrerhaus 108 stehen.
Ein Ventilator 128 ist so gerichtet, dass Luft über die
Wärmetauschschlangen 126 strömt, so dass
Wärme aus
der Luft auf das Kältemittel übertragen
wird. Solche eine Wärmeübertragung
kühlt die Luft
und erwärmt das
Kältemittel,
wodurch das Kältemittel
in ein heißes
Gas mit geringem Druck umgewandelt wird. Die gekühlte Luft ist ins Fahrerhaus 108 des
Fahrzeugs gerichtet, um das Fahrerhaus 108 zu kühlen. Das
Kältemittel,
als ein heißes
Gas mit niedrigem Druck, ist aus dem Auslass des ersten Verdampfers 120 zum
Einlass des ersten Kompressors 112 gerichtet, wo der Zyklus
von vorne beginnt.
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Im
Folgenden wird auf 1 Bezug genommen; ein Standardlastkraftwagenkühlsystem
beinhaltet allgemein: einen Kondensator 114 (welcher ein Teil
des Haupt-Kabinenkühlsystems 102 darstellt),
einen Ladeluftkühler 115 (welcher
ein Teil des Motorkühlsystems
darstellt und den Verbrennungswirkungsgrad des Motors verbessert)
und einen Kühler 117 (welcher
ebenfalls ein Teil des Motorkühlsystems darstellt),
die in Reihe am Frontende des Lastkraftwagens gestapelt sind und
durch den Motor 107 des Lastkraftwagens mit Energie versorgt
werden. Da der Kondensator 114 so ausgelegt ist, dass er
Wärme abstrahlt,
muss der Kondensator 114 gut durch einen Luftstrom umgeben
sein, wenn das System in Betrieb ist, um Wärme durch Konvektion abzuleiten.
In dem Fahrzeugkühlsystem 100 der 1 und 2,
wird ein solcher Luftstrom durch die vorteilhafte Ausnutzung des
existierenden Motorkühlventilators 122 verwirklicht.
Daher wird der Motorkühlhochleistungsventilator
(z.B. 30-40 Pferdestärken) 122 nicht
nur eingeschaltet, wenn der Motor 107 sich auf eine bestimmte Temperatur
erwärmt,
sondern auch während
des Betriebs des Haupt-Kühlsystems 102.
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Obwohl
ein besonderes Haupt-Kühlsystem 102 in
den 1 und 2 dargestellt und beschrieben
ist, sollte den Fachleuten deutlich werden, dass viele andere Kühlsystementwürfe und
-Arten geeignet für
diese Art der Verwendung sind und vom Umfang und der Lehre der vorliegenden
Offenbarung umfasst sind.
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Im
Folgenden wird immer noch auf die 1 und 2 Bezug
genommen, das Kältespeicher-Kühlsystem 103 wird
nun im Detail beschrieben. Somit beinhaltet das Kältespeicher-Einspeisesystem 104 des
Kältespeicher-Kühlsystems 103,
wie das Haupt-Kühlsystem 102,
einen zweiten (elektrisch angetriebenen) Kompressor 130,
einen zweiten Kondensator 132, einen zweiten Auffangbehälter 134,
ein zweites Expansionsventil 136 und eine Kältespeichervorrichtung 110 mit
einem Satz an Verdampferschlangen 139. Der zweite Kompressor 130 ist
bevorzugt mit dem elektrischen System des Fahrzeugs 152 verbunden
und wird durch einen elektrischen Motor 131 angetrieben.
Wenn der Motor 107 in Betrieb ist, kann der zweite Kompressor 130 durch
Elektrizität
angetrieben werden, die durch eine vom Motor angetriebene Lichtmaschine
(nicht gezeigt) bereitgestellt wird. Wenn der Motor 107 aus
ist, kann der zweite Kompressor 130 elektrisch durch bereitgestellte
Batterien 154 (oder landgebundene Energie, nicht dargestellt)
angetrieben werden.
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Während der
Verwendung ähnelt
der Betrieb des Kältespeicher-Einspeisesystems 104 dem
des Haupt-Kühlsystems 102.
Der zweite Kompressor 130 verdichtet ein gasförmiges Kältemittel
(beispielsweise ein Niedrigtemperatur-Kühlmittel, z.B., 26°F [–3,33°C]), wobei
ein heißes
Hochdruck-Kältemittel am
Auslass des zweiten Kompressors 130 gebildet wird. Das
Kältemittel
bewegt sich durch den zweiten Kondensator 132, worin vergleichsweise
kalte Luft (typischerweise Umgebungsluft) über ein Satz von Wärmetauschschlangen 138 des
zweiten Kondensators 132 (durch ein Ventilator mit niedriger
PS-Leistung 136) geführt
wird. Weil die kalte Luft die Schlangen 138 passiert, entweicht
Wärme aus
dem Kältemittel,
was dazu führt,
dass das Kältemittel
zu einer Flüssigkeit
kondensiert, die im zweiten Auffangbehälter 134 aufgefangen
wird. Der Ventilator mit niedriger PS-Leistung 136 kann
zum Beispiel ein Ventilator mit 5 Pferdestärken sein.
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Das
zweite Expansionsventil 136 entspannt das flüssige Kältemittel
in ein Gas mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur und/oder
eine Flüssigkeitsmischung.
Das Kältemittel
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur passiert den Satz an Verdampferschlangen 139 innerhalb
der Kältespeichervorrichtung 110.
Während
das Gas die Verdampferschlangen 139 passiert, wird Wärme von
einem Phasenwechselmaterial (wie etwa Wasser), das in der Kältespeichervorrichtung 110 enthalten
ist, auf das Kältemittel
mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur übertragen. Solche eine Wärmeübertragung
kühlt das
Phasenwechselmaterial und verwandelt das Kältemittel in ein überhitztes
Gas. Das überhitzte
Gas mit niedrigem Druck wird durch den Kompressor 130 verdichtet,
und der Zyklus beginnt von Neuem. Das Wärmeübertragungssystem 106 des Kältespeicher-Kühlsystems 103 beinhaltet
eine elektrisch angetriebene Pumpe 142, einen ersten Satz
an Wärmetauschschlangen 144,
die innerhalb der Kältespeichervorrichtung 110 angeordnet
sind, und einen zweiten Satz an Wärmetauschschlangen 146 die
in Wärme
austauschender Verbindung mit der Innenraumluft des Fahrerhaus 108 stehen.
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Während der
Verwendung drückt
eine elektrisch angetriebene Pumpe 142 ein Wärme übertragendes
Fluid, wie Wasser dem ein Frostschutz zugesetzt wurde, durch den
ersten Satz an Wärmetauschschlangen 144,
die in der Kältespeichervorrichtung 110 angeordnet
sind. Während
das Wärme übertragende
Fluid die Schlangen 144 passiert, wird Wärme von
dem Wärme übertragenden
Fluid auf das Phasenwechselmaterial übertragen, das in der Kältespeichervorrichtung 110 enthalten
ist, wodurch das Wärme übertragende
Fluid gekühlt
und das Phasenwechselmaterial erhitzt wird.
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Das
gekühlte
Wärme übertragende
Fluid passiert dann den zweiten Satz an Wärmetauschschlangen 146.
Ein Ventilator 148 leitet die Luft über den zweiten Satz an Wärmetauschschlangen 146 und
in das Fahrerhaus 108, um die Innenraumluft des Fahrerhauses 108 zu
kühlen.
Was das betrifft, während
der Luftstrom von dem Ventilator 148 die Schlangen 146 passiert,
wird Wärme
von der Luft auf das Wärme übertragende
Fluid übertragen,
dadurch werden das Wärme übertragende
Fluid erwärmt
und die Luft gekühlt.
Bevorzugt ist die gekühlte
Luft auf das Kopfbrettende einer Fahrerschlafkoje (nicht dargestellt)
gerichtet, und die zu kühlende
Innenraumluft wird aus dem Fußbereich
der Fahrerschlafkoje (nicht dargestellt) angesaugt. Das Wärmeübertragungssystem 106 setzt
sein zyklisches Betriebsmuster fort, wodurch die niedrige Wärmeenergie,
die in der Kältespeichervorrichtung 110 gespeichert
ist, auf die Innenraumluft des Fahrerhauses 108 übertragen
wird.
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Im
Licht der vorhergehenden Beschreibung der Komponenten und des individuellen
Betriebs des Haupt-Kühlsystems 102,
des Kältespeicher-Einspeisesystems 104 und
des Wärmeübertragungssystems 106 wird
nun der Betrieb dieser System im Verhältnis zueinander beschrieben.
Die Arbeitsweise des Fahrzeugkühlsystems 100 kann
in zwei unterschiedliche Betriebsarten unterschieden werden: eine
erste Betriebsart, bei der der Motor 107 des Lastkraftwagens
in Betrieb ist, und eine zweite Betriebsart, bei der der Motor 107 des
Lastkraftwagens nicht in Betrieb ist. Die Arbeitsweise des Fahrzeugkühlsystems 100,
wenn der Motor 107 des Lastkraftwagens in Betrieb ist,
so wie wenn ein Fahrer den Lastkraftwagen fährt, wird zuerst beschrieben.
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Wenn
der Motor 107 in Betrieb ist, ist das Hauptkühlsystem 102 selektiv
in Betrieb, um die Innenraumluft des Fahrerhaus au einer vorgegebenen, angenehmen
Temperatur oder in einem gewählten Temperaturbereich
zu halten. Das den Kältespeicher speisende
System 104 ist auch selektiv in Betrieb, während der
Motor in Betrieb ist und wird durch Elektrizität versorgt, die durch die Lichtmaschine
(nicht dargestellt) erzeugt wird, die an den Motor 107 gekoppelt
ist. Das Kältespeicher-Einspeisesystem 104 speist
Kälte in
das Phasenwechselmaterial, das in der Kältespeichervorrichtung 110 enthalten
ist, über einen
elektrisch angetriebenen Kompressor ein, wobei bevorzugt das Phasenwechselmaterial
von einer Flüssigkeit
in einen Feststoff umgewandelt wird.
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In
dem Maße,
wie die Kühllast
der Kältespeichervorrichtung 110 durch
ein separates System (d.h. dem Kältespeicher-Einspeisesystem 104) übernommen
wird, wird die Kühllast
des Haupt-Kühlsystems 102 verringert,
da lediglich die Kühlung
des Fahrerhauses 108 erforderlich ist, und nicht des Fahrerhauses 108 und
der Kältespeichervorrichtung 110. Somit,
da die Kühllast
des Haupt-Kühlsystems 102 reduziert
worden ist, können
preiswertere, leichtere Komponenten und Komponenten mit geringerer
Leistungsfähigkeit
in dem Haupt-Kühlsystem 102 verwendet
werden.
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Des
Weiteren, in dem Maße,
wie die Kühllast der
Kältespeichervorrichtung 110 durch
ein separates System übernommen
wird, besteht keine Verzögerungszeit,
wenn die Kälteeinspeisung
der Kältespeichervorrichtung 110 ausgelöst wird,
wie es der Fall bei den zuvor entwickelten Fahrzeugkühlsystemen
war. Um genauer zu sein, bei den zuvor entwickelten Kühlsystemen
wurde ein einziger Kompressor verwendet, um sowohl ein Kühlmittel
mit geringer Temperatur (wie ein 26°F [–3,33°C] Kühlmittel) zur Einspeiung von
Kälte in
die Kältespeichervorrichtung als
auch ein Kühlmittel
mit höherer
Temperatur (wie ein 42°F
[5,55°C]
Kühlmittel)
zur Schaffung der Kabinenkühlung
bereitzustellen. Um sowohl ein Kühlmittel
mit niedriger als auch hoher Temperatur bereitzustellen, wurde der
Kompressor des Haupt-Kühlsystems
zwischen einer Hochdrucksbetriebsart und einer Niedrigdruckbetriebsart
umkonfiguriert, um ein Kühlmittel
mit reduzierter Temperatur zur Einspeisung von Kälte in die Kältespeichervorrichtung 110 und
ein Kühlmittel
mit erhöhter
Temperatur zur Kabinenkühlung
bereitzustellen. Beim Umschalten des Systems zwischen der Hoch-
und Niedrigdruckbetriebsarten, ist eine Verzögerungszeit vorhanden.
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Noch
von Interesse ist, dass, wenn der Motor 107 in Leerlauf-Betrieb
ist, der Motor 107 oder genauer eine Lichtmaschine (nicht
dargestellt), die an den Motor 107 gekoppelt ist, nicht
genug Elektrizität zur
Energieversorgung des Kältespeicher-Einspeisesystems 104 erzeugen
kann, wodurch es notwendig wird, dass Strom aus den Batterien 154 des
Fahrzeugs entnommen wird. Somit kann ein Steuersystem 150 verwendet
werden, um den elektrischen Kompressor 130 des Kältespeicher-Einspeisesystems 104 abzuschalten,
wenn eine gewählter
Bedingung vorliegt. Als nicht einschränkende Beispiele können die
gewählten
Bedingungen eine solche beinhalten, bei der die U/min des Motors
unter eine vorgegebene U/min absinkt (zum Beispiel wenn der Motor
sich im Leerlauf befindet), und bei der die Spannung der Batterien
des Fahrzeugs unter eine vorgegebene Spannung, wie 12,5 Volt, sinkt.
Solch ein Steuersystem verhindert eine zu starke Entladung der Batterien 154 des
Fahrzeugs.
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Das
Wärmeübertragungssystem 106 des Kältespeicher-Kühlsystems 103 ist
bevorzugt nicht in Betrieb, während
der Motor 107 in Betrieb ist, da das Haupt-Kühlsystem 102 bevorzugt
ein ausreichendes Kühlvermögen bereitstellt,
um die Kühllast
für das Fahrerhaus 108 zu übernehmen.
Jedoch kann unter gewissen Umständen
das Wärmeübertragungssystem 106 (und
bevorzugt auch das Kältespeicher-Einspeisesystem 104)
simultan mit dem Haupt-Kühlsystem 102 in
Betrieb gesetzt werden. Zum Beispiel kann der simultane Betrieb
des Wärmeübertragungssystems 106 und
des Kältespeicher-Einspeisesystems 104 zusammen
mit dem Haupt-Kühlsystem 102 von
besonderem Vorteil bei der Übernahme
von Spitzenbelastungen, wie beim anfänglichen Herunterkühlen des
Fahrerhauses, sein. Bei dieser Betriebsart unterstützt somit
das Wärmeübertragungssystem 106 das
Haupt-Kühlsystem 102,
um eine gesteigertes Kühlvermögen bereitzustellen.
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Wenn
das Wärmeübertragungssystem 106 und
das Kältespeicher-Einspeisesystem 104 simultan
zusammen mit dem Haupt-Kühlsystem 102 in
Betrieb sind, kann das Wärmeübertragungssystem 106 bevorzugt
in einer verringerten Leistung betrieben werden, so dass das Kältespeicher-Einspeisesystem 104 immer
noch in der Lage ist, Kälte
in die Kältespeichervorrichtung 110 einzuspeisen.
Mit anderen Worten: das Wärmeübertragungssystem 106 kann mit
verringerter Leistung betrieben werden, so dass mehr Wärme aus
der Kältespeichervorrichtung 110 entfernt
werden kann, als in die Kältespeichervorrichtung 110 übertragen
wird. In dieser Betriebsart kann das Phasenwechselmaterial in der
Kältespeichervorrichtung 110 immer
noch seinem Phasenwechsel (d.h., dessen Umwandlung von einer Flüssigkeit
in einen Feststoff) in einer vernünftigen Zeitdauer unterzogen
werden.
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Die
Betriebsart des Fahrzeugkühlsystems 100,
wenn der Motor 107 aus ist, wie wenn ein Fahrer im Fahrerhaus 108 schläft, wird
nun beschrieben. Da der Motor 107 aus ist, kann der Motor
angetriebene Kompressor 112 des Haupt-Kühlsystems 102 nicht
in Betrieb versetzt werden, und daher ist das Haupt-Kühlsystem 102 nicht
betriebsbereit. Selbst wenn versucht würde, den Kompressor durch einen separaten
elektrisch angetriebenen Antriebsmotor anzutreiben, würde der
für den
Betrieb des Kompressors des Haupt-Kühlsystems 102 (welcher
ausreichend dimensioniert ist, um eine maximale Kühllast des
Fahrerhaus bereitzustellen) erforderliche Strom in kurzer Zeit die
Batterien 154 des Lastkraftwagens entleeren, was eine solche
Ausgestaltung nicht praktikabel macht. Zum Beispiel erfordert ein
typischer Kompressor mit der Dimensionierung, die erforderlich ist,
das gesamte Fahrerhaus herunterzukühlen, typischerweise etwa 7
Pferdestärken,
um bei voller Leistung zu laufen, was bei einem 12 Volt-System einem Strom
von etwa 435 Ampere entspricht. Solche ein hoher Strom würde eine
Batterie eines Lastkraftwagen in kürzester Zeit entleeren.
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Im
Ergebnis wird das Kühlen
des Fahrerhaus 108 durch das Kältespeicher-Kühlsystem 103 übernommen,
wenn der Motor 107 aus ist. Um genauer zu sein, das Wärmeübertragungssystem 106 wird durch
Elektrizität,
die aus dem elektrischen System des Lastkraftwagens 152 erhalten
wird, mit Energie versorgt und betrieben. In einer Betriebsart zieht
der Betrieb der Komponenten des Wärmeübertragungssystems 106 einen
geringe Strombelastung, wie etwa 4 bis 5 Ampere, nach sich. Daher
kann das Wärmeübertragungssystem 106 kontinuierlich über ausgedehnte
Zeitdauern betrieben werden, ohne dass die Batterien 154 des
Lastkraftwagens während der
erforderlichen 10-stündigen
Ruhezeit signifikant entleert werden.
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Der
Betrieb des Wärmeübertragungssystems 106 führt dazu,
dass eine niedrige Wärmeenergie
in der Kältespeichervorrichtung 110 gespeichert wird,
die auf die Innenraumluft des Fahrerhaus 108 zu übertragen
ist, wie zuvor beschrieben wurde, während lediglich eine geringe
Elektrizitätsmenge
den Batterien des Lastkraftwagens 154 entnommen wird. Das
Kältespeicher-Einspeisesystem 104 ist
normalerweise nicht in Betrieb, wenn der Motor 107 aus
ist. Jedoch können
der Kompressor 130 und der Ventilator 136, da
sie elektrisch angetrieben werden, für eine begrenzte Dauer in Betrieb
sein, um die Kältespeichervorrichtung 110 zu
speisen, während
der Motor 107 aus ist, wobei elektrische Energie verwendet
wird, die in dem elektrischen System 152 des Lastkraftwagens,
gespeichert ist, wie Energie, die in den Batterien 154 gespeichert
ist.
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In
einer Betriebsart sorgt der Betrieb der Komponenten des Wärmeübertragungssystems 106 in
Kombination mit dem Kältespeicher-Einspeisesystem 104 für eine mittlere
Stromentnahmebelastung, wie von etwa 25 bis 30 Ampere. Aus den Vergleichen der
Stromentnahme sollte dem Fachmann deutlich werden, dass der Kompressor 130 des
Kälte-Einspeisesystem 104 auf
weniger als die Hälfte
der Leistung des Kompressors 112 des Haupt-Kühlsystems 102 und
bevorzugt auf etwa ein Viertel oder weniger der Leistung des Kompressors 112 des
Haupt-Kühlsystems 102 dimensioniert
ist. Das Leistungsvermögen
des Kompressors 130 des Kälte-Einspeisesystems 104 kann
auf lediglich die Hälfte
des Leistungsvermögen
des Kompressors 112 des Haupt-Kühlsystems 102 bemessen
sein, da das Kälte-Einspeisesystem
nur dazu verwendet wird, die Temperatur einer bereits gekühlten Kabine
aufrechtzuerhalten, wohingegen das Haupt-Kühlsystem erforderlich ist,
die gesamte Kabine herunterzukühlen.
Somit können das
Wärmeübertragungssystem 106 und/oder
das Kältespeicher- Einspeisesystem 104 simultan
für kurze
Zeitdauern in Betrieb sein, ohne dass dadurch die Batterien 154 des
Lastkraftwagens vollständig
entleert werden. Durch Betrieb des Kältespeicher-Einspeisesystems 104,
während
der Motor 107 aus ist, kann die maximale Kühlleistung
oder Kühldauer
der Kältespeichervorrichtung 110 vergrößert werden.
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Bei
einer weiteren Betriebsart, wenn der Motor 107 aus ist
und das Fahrzeug mit der Landstromversorgung verbunden ist, kann
ein Umfomer/Ladegerät
(nicht dargestellt) zum Laden der Fahrzeugbatterien, zum Antrieb
des elektrisch angetriebenen Kompressors 130 zum Speisen
der Kältespeichervorrichtung 110,
und/oder zum Betrieb des Wärmeübertragungssystems 106 zur
Kühlung
des Fahrerhauses 108 des Lastkraftwagens verwendet werden. Somit
gestattet das dargestellte Fahrzeugkühlsystem 100 das Kühlen des
Fahrerhauses 108 und/oder die thermische Speisung der Kältespeichervorrichtung 110,
während
der Motor 107 nicht in Betrieb ist, was eine Abweichung
von zuvor entwickelten Fahrzeugkühlsystemen
darstellt, welche es erforderlich machen, dass der Motor während des
Kühlens
des Fahrerhauses und der thermischen Speisung der Kältespeichervorrichtung
in Betrieb ist.
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Obwohl
die obige Beschreibung zeigt, dass das Haupt-Kühlsystem 102 nicht
mit der Kältespeichervorrichtung 110 assoziiert
ist, sollte den Fachleuten deutlich werden, dass andere Ausgestaltungen im
Bereich der vorliegenden Offenbarung liegen und geeignet für deren
Verwendung sind. Zum Beispiel kann das Haupt-Kühlsystem 102 mit der
Kältespeichervorrichtung 110 verbunden
sein und in Wärme austauschender
Verbindung mit dieser stehen. In dieser Ausgestaltung kann das Haupt-Kühlsystem 102 so
betrieben werden, dass es die Einspeisung von Kälte in die Kältespeichervorrichtung 110 unterstützt, während der
Motor 107 des Lastkraftwagens in Betrieb ist, wodurch die
Zeit, die erforderlich ist, die Kältespeichervorrichtung 110 vollständig zu
speisen, verringert wird.
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Im
Folgenden wird auf 3 Bezug genommen, in der eine
Ausführungsform
eines Fahrzeugkühlsystems 200,
das gemäß dem beanspruchten Gegenstand
ausgebildet ist, offenbart ist. Das Fahrzeugkühlsystem 200 ist im
Aufbau und in der Betriebsweise im Wesentlichen ähnlich zum Fahrzeugkühlsystem 100,
das in 2 dargestellt ist und in diesem Zusammenhang beschrieben
wurde, mit der Ausnahme, dass der erste Kondensator 214 des Haupt-Kühlsystems 202 sich
in derselben Luftstromlinie wie der zweite Kondensator 232 des
Kältespeicher-Kühlsystems 203 oder
benachbart dazu befindet. In soweit wie die zwei Systeme 100 und 200 der 2 beziehungsweise 3 sich
im Wesentlichen ähneln,
wird sich aus Gründen
der Kürze
diese detaillierte Beschreibung allgemein auf diese Aspekte des Fahrzeugkühlsystems 200 konzentrieren,
hinsichtlich derer sich dieses System von dem zuvor beschriebenen
System 100 der 2 unterscheidet.
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Im
Folgenden wird auf 3 Bezug genommen, das Fahrzeugkühlsystem 200 beinhaltet
im Allgemeinen zwei Kondensatoren (den ersten Kondensator 214 des
Haupt-Kühlsystems 202 und
den zweiten Kondensator 232 des Kältespeicher-Kühlsystems 203)
in einem assoziierten Kondensatorsystem, so dass sich beide Kondensatoren
im derselben Luftstromlinie befinden oder benachbart zueinander
sind. In dieses Hinsicht können
der erste und zweite Kondensator 214 und 232 dicht
aneinander, nahe beieinander liegen, aneinander angrenzen oder wenigstens
in ausreichend dichter Nachbarschaft liegen, so dass sie sich in
derselben Luftstromlinie zur Wärmeableitung
befinden.
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Wie
am besten in 3 zu erkennen und als ein nicht
einschränkendes
Beispiel gemeint ist, befinden sich sowohl der erste als auch der
zweite Kondensator 214 und 232 in der Luftstromlinie
des Kühlventilators 236.
Wie zuvor in Bezug auf den Kühlventilator 136 der 1 und 2 erörtert, kann
es sich bei dem Kühlventilator 236 der 3 um
einen Kühlventilator
mit geringer Pferdestärke,
wie zum Beispiel einen mit 5 Pferdestärken, handeln. Es sollte jedoch erkannt
werden, dass andere Luftstromlinien auch solche, die nicht von einem
Kühlventilator
hervorgerufen werden, wie ein Unterboden-Luftstrom oder ein das
Fahrzeug umgebender Luftstrom auch vom Umfang der vorliegenden Offenbarung
umfasst sind.
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Durch
die Assoziierung des ersten Kondensators 214 des Haupt-Kühlsystems 202 mit
dem zweiten Kondensator 232 des Kältespeicher-Kühlsystems 203,
kann das zugehörige
Kondensatorsystem den Kühlventilator
mit geringer Pferdestärke 236 des
Kältespeicher-Kühlsystems 203 verwenden,
um Wärme
abzuleiten, wodurch die Verwendung eines Kühlventilator 122 mit
einem Motor, der viele Pferdestärken
aufweist, eliminiert wird (2), wenn
der erste Kondensator 214 verwendet wird.
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Die
Vorteile der Verknüpfung
des ersten Kondensators 214 mit dem zweiten Kondensator 232 innerhalb
des Kältespeicher-Kühlsystems 203,
beinhaltet einen verbesserten Wirkungsgrad des Motorkühlsystem
(da der Motorkühlventilator 222 den
Motor mit verbesserter Effizienz kühlt, und der erste Kondensator 214 die
Luft nicht vorheizt, die zum Motor gelangt); und eine verringerte
Einschaltzeit des Motorkühlventilators 222 führt zu einer
verbesserten Treibstoffsparsamkeit.
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Im
Folgenden wird als nicht einschränkende Beispiele
auf die 4 und 5 Bezug genommen; das
zugehörige
Kondensatorsystem kann so ausgestaltet sein, dass der erste und
zweite Kondensator 214 und 232 sich in einer gestapelten
Anordnung oder in einer Seite-an-Seite-Anordnung (siehe 4 und 5)
in Abhängigkeit
des Raums und/oder der Kühlanforderungen
befinden. Es sollte deutlich werden, das in der gestapelten Anordnung
oder der Seite-an-Seite-Anordnung der erste und zweite Kondensator 214 und 232 miteinander
verknüpft
sind, aber immer noch ihre separaten und unterschiedlichen Ein-
und Auslässe
jeweils für
das Haupt-Kühlsystem 202 beziehungsweise
das Kältespeicher-Kühlsystem 203 beibehalten
haben.
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Obwohl
der erste und zweite Kondensator 214 und 232,
die zusammengehören,
sich in derselben Luftstromlinie des Kühlventilators 236 befinden, sind
andere Luftstromlinien ebenso vom Umfang der vorliegenden Offenbarung
umfasst. Wie am besten in der 6 zu sehen
ist, erfasst, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, ein Unterboden-Luftstrom oder ein das
Fahrzeug umgebender Luftstrom 260 ebenso den ersten und
zweiten Kondensator 214 und 232, wobei ein solcher
Luftstrom 260 kühle
Luft über
die Wärmetauschschlange 224 im
ersten Kondensator 214 und die Wärmetauschschlange 238 in
zweiten Kondensator 232 zur Ableitung von Wärme führt.
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Als
ein nicht einschränkendes
Beispiel, das am besten in 6 zu erkennen
ist, können
der erste und der zweite Kondensator 214 und 232 sich
in einer Luftstromlinie befinden, die teilweise durch eine Verkleidung 270 geschaffen
wird, die ausgestaltet und ausgelegt ist, den Unterbodenluftstrom 260 in Richtung
der Kondensatoren 214 und 232 zu leiten (umzuleiten),
wenn sich der Lastkraftwagen bewegt. Die Verkleidung 270 beinhaltet
einen oberen Befestigungsbereich 280 zur Befestigung des
Kältespeicher-Kühlsystems 203 und/oder
des ersten und zweiten Kondensators 214 und 232,
und einen unteren geneigten Löffelbereich 274.
Wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, schafft der Löffelbereich 274 eine
aerodynamische Führung
für den
Luftstrom 260, der unter und um das Fahrzeug verläuft.
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Im
Folgenden wird weiter auf 6 Bezug genommen,
mit solch einer Verkleidung 270, um den Luftstrom zu den
assoziierten ersten und zweiten Kondensatoren 214 und 232 zu
leiten, bedürfen
die Kondensatoren keinen zusätzlichen
Luftstrom, zum Beispiel von einem Kühlventilator 236 mit
wenig Pferdestärken
(wie es in den 4 und 5 gezeigt ist),
bei mittleren bis hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Jedoch wird erwartungsgemäß ein Luftstrom
von einem Kühlventilator 236 mit
wenig Pferdestärken
bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder während des Leerlaufs des Motors
erforderlich sein, wenn der Unterboden-Luftstrom oder der Luftstrom
um das Fahrzeug 260 nicht ausreicht, den ersten und zweiten
Kondensator 214 und 232 zu kühlen, oder wenn der Motor nicht
in Betrieb ist und der zweite Kondensator 232 verwendet
wird. Es sollte den Fachleuten ferner deutlich werden, dass andere
Verkleidungen, um den Unterboden-Luftstrom und den Luftstrom um das
Fahrzeug zu leiten, die speziell für das Fahrzeug entworfen werden,
an dem sie befestigt werden, vom Umfang der vorliegenden Offenbarung
umfasst sind.
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Im
Folgenden wird auf 7 Bezug genommen, in der eine
alternative Ausführungsform
eines Fahrzeugkühlsystems,
die gemäß dem derzeitig
beanspruchten Gegenstand ausgebildet ist, offenbart ist. Der Aufbau
und die Arbeitsweise des Fahrzeugkühlsystems 300 sind
im Wesentlichen ähnlich
denen des Fahrzeugkühlsystems 200,
das anhand der 2-6 beschrieben
und veranschaulicht wurde, mit der Ausnahme, dass der erste Kondensator des
Haupt-Kühlsystems
mit dem zweiten Kondensators des Kältespeichersystems in einen
integrierten Kondensator 314 integriert wurden. Wenn der
erste und zweite Kondensator zu einem einzelnen, integrierten Kondensator 314 verbunden
sind, weist der integrierte Kondensator 314 allgemein das
kombinierte Leistungsvermögen
der zwei Kondensatoren, der ersetzt worden sind, oder wenigstens
ein ausreichendes Leistungsvermögen
auf, um auf adäquate Weise
sowohl das Haupt-Kühlsystem
als auch das Kältespeicher-Kühlsystem
zu versorgen. As ein nicht einschränkendes Beispiel kann der integrierte
Kondensator 314 lediglich einen kombinierten Einlass und
einen kombinierten Auslass für
sowohl das Haupt-Kühlsystem 302 als
auch das Kältespeichersystem 303 aufweisen.
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Obwohl
illustrative Ausführungsformen
veranschaulicht und beschrieben wurden, wird deutlich werden, dass
diverse Änderungen
daran vorgenommen werden können,
ohne dass dadurch von der Lehre und dem Umfang der Offenbarung abgewichen wird.