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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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Aus der
CA 2 513 811 Al ist ein Fahrzeuginnenraumkühlsystem mit einem ersten Kabinenkühlsystem, das durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird und einen ersten Kondensator aufweist, und einem zweiten Kabinenkühlsystem, das durch elektrische Energie angetrieben wird und eine vom zweiten Kabinenkühlsystem selektiv thermisch gespeiste Kältespeichervorrichtung und einen zweiten Kondensator aufweist, bekannt.
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Die
DE 199 31 731 A1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem in unabhängig voneinander durchströmbare Teilflächen unterteilten Flächen-Wärmeübertrager, der sich etwa in einer Ebene mit dem Unterbodenbereich des Fahrzeugs befindet und als Kondensator einer Klimaanlage ausgebildet sein kann.
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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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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. Solch 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 einen Satz von Wärmetauschschlangen 138 des zweiten Kondensators 132 (durch einen 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 Systeme 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 auf 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 Phaseriwechselmaterial 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 Einspeisung 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 ein 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, und 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. Solch ein hoher Strom würde eine Batterie eines Lastkraftwagens 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. In einer Betriebsart sorgt der Betrieb der Komponenten des Wärmeübertragungssystems 106 in Kombination mit dem Kältespeicher-Einspeisesystem 104 für eine mittlere Stromentnahmebelastung 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 Kühlventilators 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 im 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 keines zusätzlichen Luftstroms, 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 Kondensator 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. Als 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.
