DE102009008442A1 - Klimaanlage mit integriertem Kühler und Wärmespeicher - Google Patents

Klimaanlage mit integriertem Kühler und Wärmespeicher Download PDF

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Gregory A. Farmington Hills Major
William R. Troy Hill
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Abstract

Eine Klimaanlage für ein Fahrzeug und ein Betriebsverfahren sind offenbart. Die Klimaanlage umfasst einen primären Kältemittelkreislauf und einen sekundären Flüssigkeitskreislauf. Der primäre Kältemittelkreislauf umfasst einen Verdichter, der derart ausgebildet ist, um von der Maschine selektiv angetrieben zu werden, einen Kondensator, eine Expansionsvorrichtung und einen Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher. Der sekundäre Flüssigkeitskreislauf umfasst den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher, ein Wärmespeicherreservoir, in dem der Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher befestigt ist, eine Pumpe, die derart ausgebildet ist, um eine Flüssigkeit durch den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu pumpen, einen Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher, der derart ausgebildet ist, um in einem HVAC-Modul befestigt zu sein und die Flüssigkeit von dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu empfangen, und ein Flüssigkeitsströmungsventil, das derart ausgebildet ist, um die Flüssigkeit selektiv direkt zu der Pumpe oder durch das Wärmespeicherreservoir zu der Pumpe zu leiten.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-Systeme für Fahrzeuge und im Spezielleren die Wärmespeicherung für HVAC-Systeme in Fahrzeugen.
  • Einige Hybridfahrzeuge besitzen nicht die Fähigkeit, einen Klimatisierungskomfort bereitzustellen, wenn die Maschine abgestellt ist. Um die gesamte Kraftstoffökonomie der Fahrzeuge zu verbessern ist es jedoch allgemein zu bevorzugen, dass die Maschine so oft und solange wie möglich abgestellt ist. Gleichwohl kann es, wenn kein kontinuierliches Klimatisierungsvermögen vorhanden ist, im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen, bei denen die Maschine die ganze Zeit läuft und eine Klimatisierung zugelassen wird, wann immer es erwünscht ist, für Fahrzeuginsassen unbefriedigend sein.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurden einige Systeme für Hybridfahrzeuge vorgeschlagen, die selbst dann eine Klimatisierung bereitstellen, wenn die Maschine abgestellt ist. Zum Beispiel umfassen einige Hybridfahrzeuge Kältemittelverdichter, die ihren eigenen Elektromotor aufweisen, um sie anzutreiben, sodass sie unabhängig von der Maschine angetrieben werden können. Andere weisen nicht nur einen separaten Motor zum Antreiben des Kältemittelverdichters auf, sondern beinhalten auch einen Doppelantriebsmechanismus, bei dem der Verdichter elektrisch angetrieben sein kann und auch direkt, getrennt von dem Nebenaggregat-Antriebsriemen der Maschine, angetrieben sein kann. Allerdings bringen beide dieser Lö sungen zusätzliche/s Gewicht und Kosten des Fahrzeuges infolge des Hinzufügens des zusätzlichen Verdichtermotors wie auch der Elektronik und der Kabel zum Betreiben des Motors mit sich.
  • Noch weitere haben versucht, dieses Problem zu vermindern, indem sie Kältemittel-Wärmespeichersysteme und/oder Sekundärkreislauf-Kühlmittelsysteme vorsehen, die einen Klimatisierungskomfort während eines Fahrzeugbetriebes mit abgestellter Maschine zulassen. Während Wärmespeicher- und/oder Sekundärkreislaufsysteme in den Klimaanlagen verwendet werden können, besteht der Bedarf, die Kosten und den Unterbringungsraum zu minimieren, die notwendig sind, um die Klimaanlage unter Fahrzeugbetriebsbedingungen mit abgestellter Maschine zu betreiben, und dabei dennoch den mit Hybridfahrzeugen erzielten kraftstoffökonomischen Nutzen zu maximieren. Das heißt, eine Klimaanlage, die nur einen kurzen Betrieb mit abgestellter Maschine vorsieht, kann die Kosten des Systems minimieren, kann jedoch die kraftstoffökonomische Verbesserung des Hybridfahrzeugs deutlich reduzieren, während eine Klimaanlage, die einen langen Betrieb mit abgestellter Maschine zulässt, für bestimmte Hybridfahrzeuge untragbare Kosten mit sich bringen kann.
  • Darüber hinaus kann bei herkömmlichen, durch eine Maschine angetriebenen Fahrzeugen, der Wunsch vorhanden sein, ein HVAC-System mit einem Sekundärkreislauf und einer Wärmespeicherung vorzusehen. Zum Beispiel kann in Fahrzeugen, in denen der Kältemittelverdichter ein- und ausgeschaltet wird, um die Leistung bei schwachen Belastungen zu steuern, eine Wärmespeicherung zulassen, dass der Verdichter über längere Zeitspannen ausgeschaltet bleibt. Dies kann die Kraftstoffökonomie verbessern. Dennoch ist es wiederum wünschenswert, die Kosten und den Unterbringungsraum zu minimieren und gleichzeitig den kraftstoffökonomischen Nutzen zu maximieren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Ausführungsform betrifft eine integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung zur Verwendung in einer Klimaanlage mit einem primären Kältemittelkreislauf und einem sekundären Flüssigkeitskreislauf. Die integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung kann ein Wärmespeicherreservoir, das derart ausgebildet ist, um eine Flüssigkeit zur Verwendung in dem sekundären Flüssigkeitskreislauf zu enthalten, einen Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher, der innerhalb des Wärmespeicherreservoirs befestigt ist, eine erste Kältemittelleitung, die derart ausgebildet ist, um ein Kältemittel von dem primären Kältemittelkreislauf in den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu leiten, und eine zweite Kältemittelleitung umfassen, die derart ausgebildet ist, um das Kältemittel von dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher in den primären Kältemittelkreislauf zu leiten. Die integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung kann auch eine Pumpe, die derart ausgebildet ist, um die Flüssigkeit von dem sekundären Flüssigkeitskreislauf durch den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher und zurück in den sekundären Flüssigkeitskreislauf zu pumpen, ein Flüssigkeitsströmungsventil, das derart ausgebildet ist, um die Flüssigkeit selektiv von dem sekundären Flüssigkeitskreislauf zu einer von einer ersten Flüssigkeitsleitung, die zu einem Einlass zu der Pumpe führt, und zu einer zweiten Flüssigkeitsleitung, die in das Wärmespeicherreservoir führt, zu leiten, und eine dritte Flüssigkeitsleitung umfassen, die derart ausgebildet ist, um die Flüssigkeit in dem Wärmespeicherreservoir zu dem Einlass zu der Pumpe zu leiten.
  • Eine Ausführungsform betrifft eine Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einer Maschine. Die Klimaanlage umfasst einen primären Kältemittelkreislauf und einen sekundären Flüssigkeitskreislauf. Der primäre Kältemittelkreis lauf umfasst einen Verdichter, welcher derart ausgebildet ist, um selektiv von der Maschine angetrieben zu werden, einen Kondensator, eine Expansionsvorrichtung und einen Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher. Der sekundäre Flüssigkeitskreislauf umfasst den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher, ein Wärmespeicherreservoir, in dem der Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher befestigt ist, eine Pumpe, die derart ausgebildet ist, um eine Flüssigkeit durch den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu pumpen, einen Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher, der derart ausgebildet ist, um in einem HVAC-Modul befestigt zu sein und die Flüssigkeit von dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu empfangen, und ein Flüssigkeitsströmungsventil, das derart ausgebildet ist, um die Flüssigkeit selektiv direkt zu einem von der Pumpe und dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher oder durch das Wärmespeicherreservoir zu einem von der Pumpe und dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu leiten.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Fahrzeuges, wobei das Verfahren die Schritte umfasst dass: in einem ersten Betriebsmodus gearbeitet wird, indem ein von einer Maschine angetriebener Verdichter in einem primären Kältemittelkreislauf betrieben wird; ein gekühltes Kältemittel von dem primären Kältemittelkreislauf durch einen in einem Wärmespeicherreservoir befestigten Kühler geführt wird; eine Flüssigkeit in einem sekundären Flüssigkeitskreislauf durch den Kühler gepumpt wird; die Flüssigkeit durch einen Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher geführt wird; und die Flüssigkeit von dem Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher durch ein Flüssigkeitsströmungsventil geführt wird, welches die Flüssigkeit zu dem Kühler leitet; und in einem zweiten Betriebsmodus gearbeitet wird, indem: der von einer Maschine angetriebene Verdichter in dem primären Kältemittelkreislauf betrieben wird; das gekühlte Kältemittel von dem primären Kältemittelkreislauf durch den in dem Wärmespeicherreservoir befestigten Kühler geführt wird; die Flüssigkeit in dem sekundären Flüssigkeitskreislauf durch den Kühler gepumpt wird; die Flüssigkeit durch den Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher geführt wird; die Flüssigkeit von dem Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher durch das Flüssigkeitsströmungsventil geführt wird; und die Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsströmungsventil durch das Wärmespeicherreservoir und dann zu dem Kühler geleitet wird.
  • Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass die Masse des Kühlers in dem Wärmespeicherreservoir für den sekundären Kreislauf enthalten ist, wodurch die kalte thermisch wirksame Masse des sekundären Kreislaufes erhöht ist. Dies erlaubt eine verbesserte Klimatisierungsleistung bei abgestellter Maschine für Hybridfahrzeuge. Diese integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung kann besonders vorteilhaft sein, wenn sie in Riemen-Lichtmaschine-Anlasser-Hybridfahrzeugen verwendet wird, indem die Kosten, zusätzliche Komponenten und/oder das zusätzliche Gewicht minimiert sind, die erforderlich sind, um einen Klimatisierungskomfort bei abgestellter Maschine bereitzustellen, während die Zeit, in der die Klimaanlage mit der abgestellten Maschine arbeiten kann, verlängert ist. Überdies ist selbst mit der thermisch wirksamen Masse in dem System die Wärmeträgheit für Zeiten eines hohen Klimatisierungsbedarfs wie z. B. beim anfänglichen Abkühlen eines Fahrgastraumes minimiert.
  • Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass die thermisch wirksame Masse beim Starten des Fahrzeugs schneller abkühlen kann, da der Kühler direkt in dem Wärmespeicherreservoir eingetaucht ist. Dies kann einen früheren Betrieb bei abgestelltem Motor nach dem Starten zulassen und somit die Fahrzeug-Kraftstoffökonomie verbessern.
  • Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass mit dem in dem Wärmespeicherreservoir integrierten Kühler der Unterbringungsraum für das System reduziert werden kann.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Fahrzeugklimaanlage.
  • 2 ist eine schematische vordere Aufrissansicht einer integrierten Kühler- und Wärmespeicheranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 3 ist eine schematische seitliche Aufrissansicht der integrierten Kühler- und Wärmespeicheranordnung von 2.
  • 4 ist eine schematische Draufsicht einer integrierten Kühler- und Wärmespeicheranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • 5 ist eine schematische Aufrissansicht der integrierten Kühler- und Wärmespeicheranordnung von 4.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug gezeigt, das allgemein bei 20 bezeichnet ist. Das Fahrzeug 20 umfasst einen Maschinenraum 22 und einen Fahrgastraum 24. Eine Maschine 26 ist in dem Maschinenraum 22 angeordnet und kann einen Nebenaggregatantrieb 28 (wie z. B. eine Riemenscheibe und einen Riemen) umfassen, um einen Kältemittelverdichter 30 über eine Kupplung 32 selektiv anzutreiben. Der Verdichter 30 ist Teil eines primären (Kältemittel)-Kreislaufes 34 einer Klimaanlage 36.
  • Der primäre Kreislauf 34 umfasst auch eine Kältemittelleitung 38, die Kältemittel von dem Verdichter 30 zu einem Kondensator 40 leitet. Die Kältemittelleitungen sind in 1 in Strichpunktlinien gezeigt. Eine weitere Kältemittelleitung 42 in dem primären Kreislauf 34 leitet das Kältemittel von dem Kondensator 40 zu einer Expansionsvorrichtung wie z. B. einem Wärmeexpansionsventil 44. Von dem Wärmeexpansionsventil 44 leitet eine Kältemittelleitung 46 das Kältemittel in einen Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher (Kühler) 48, der innerhalb eines Wärmespeicherreservoirs 50 befestigt ist und einen Teil einer integrierten Kühler- und Wärmespeicheranordnung 52 bildet. Eine weitere Kältemittelleitung 54 leitet das Kältemittel von dem Kühler 48 zu einem weiteren Abschnitt des Wärmeexpansionsventils 44, wobei eine Kältemittelleitung 56 das Kältemittel von diesem Abschnitt des Ventils 44 zurück zu dem Verdichter 30 leitet, um den primären Kreislauf 34 zu vervollständigen.
  • Die Klimaanlage umfasst auch einen sekundären (Flüssigkeits)-Kreislauf 58. Der sekundäre Kreislauf 58 umfasst den Kühler 48 und das Wärmespeicherreservoir 50, in dem eine zu kühlende Flüssigkeit (ein Kühlmittel) wie z. B. ein Gemisch aus Wasser und Ethylenglykol enthalten ist, wenngleich das Kühlmittel, welches durch den sekundären Kreislauf 58 strömt, aus anderen Arten von geeigneten Flüssigkeiten mit wünschenswerten Wärmeübertragungseigenschaften bestehen kann, falls erwünscht. Eine Kühlmittelleitung 60 leitet das Kühlemittel von dem Kühler 48 aus dem Wärmespeicherreservoir 50 heraus und zu einem Kühl-Wärmeaustauscher 62. Der Kühl-Wärmeaustauscher 62 ist ein Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher und kann in einem HVAC-Modul 64 in dem Fahrgastraum 24 befestigt sein. Die Kühlmittelleitungen in 1 sind als Phantomlinien gezeigt, um sie von den Kältemittelleitungen zu unterscheiden. Eine Kühlmittelleitung 66 leitet das Kühlmittel von dem Kühl-Wärmeaustauscher 62 zu einem Flüssigkeitsströmungsventil 68, welches ein Stellelement zur elektronischen Steuerung des Ventils 68 umfasst.
  • Das Flüssigkeitsströmungsventil 68 kann betätigt werden, um das Kühlmittel durch eine Kühlmittelleitung 70 in das Kühlmittel, das in dem Wärmespeicherreservoir 50 gespeichert ist, oder in eine Kühlmittelleitung 72 zu leiten, die das Kühlmittel zu einer elektrischen Pumpe 74 leitet. Der Ausgang der elektrischen Pumpe 74 ist mit einer Kühlmittelleitung 76 verbunden, die das Kühlmittel in den Kühler 48 leitet. Auch verbindet eine weitere Kühlmittelleitung 78 das Kühlmittel, das in dem Wärmespeicherreservoir 50 gespeichert ist, mit dem Einlass zu der Pumpe 74, um die verschiedenen Kühlmittelströmungspfade für den sekundären Kreislauf 58 zu vervollständigen. Alternativ kann die Pumpe 74 in dem sekundären Kreislauf 58 gleich unterstromig des Kühlers 48 anstatt gleich oberstromig des Kühlers 48 angeordnet sein.
  • Die 2 und 3 veranschaulichen die integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung 52 von 1 in größerem Detail, wobei die Komponenten in einer kompakten und einfach gepackten Konfiguration angeordnet sind. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden Elemente in den 2 und 3, die Elementen in 1 entsprechen, mit denselben Elementnummern bezeichnet, auch wenn sie nicht speziell in Bezug auf die 2 und 3 erläutert sind.
  • Der Kühler 48 ist selbstverständlich innerhalb des Wärmespeicherreservoirs 50 befestigt und in Kühlmittel eingetaucht, um die integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung 52 zu bilden. Die weiteren Komponenten sind an einer Seite der integrierten Kühler- und Wärmespeicheranord nung 52 befestigt. Der Kühler 48 ist benachbart zu der Seite des Wärmespeicherreservoirs 50 befestigt, wo die Verbindungen mit den Kältemittel- und Kühlmittelleitungen hergestellt sind. Die Pumpe 74 ist außerhalb von aber benachbart zu dem Reservoir 50 befestigt. Vorzugsweise verbindet die Kühlmittelleitung 70 das Reservoir 50 an einer höheren Erhebung und ist von der Stelle beabstandet, wo die Kühlmittelleitung 78 mit dem Reservoir 50 verbunden ist. Auch kann das Wärmespeicherreservoir 50 eine an der Oberseite befestigte Füllkappe 75 des sekundären Kreislaufes umfassen. Alternativ kann die Füllkappe an einer Stelle in der Leitung befestigt sein.
  • Der Betrieb der Klimaanlage 36 wird unter Bezugnahme auf die 13 erläutert. In einem ersten Betriebsmodus, wenn die Maschine 26 arbeitet und Bedarf an Klimatisierung besteht, wird die Kupplung 32 eingerückt, wodurch bewirkt wird, dass der Nebenaggregatantrieb 28 den Verdichter 30 antreibt. Auch die Pumpe 74 ist aktiviert. Der Verdichter 30, der Kondensator 40 und das Expansionsventil 44 verhalten sich gleich wie bei einem herkömmlichen Klimatisierungs-Kältemittelkreislauf, wobei jedoch der Kühler 48 als Verdampfer wirkt.
  • Der erste Betriebsmodus kann z. B. während einer anfänglichen Zeitspanne des Abkühlens des Fahrgastraumes 24 verwendet werden, wobei das Flüssigkeitsströmungsventil 68 betätigt werden kann, um zu bewirken, dass das Kühlmittel von der Kühlmittelleitung 66 in die Kühlmittelleitung 72 strömt und die Strömung in die Kühlmittelleitung 70 blockiert wird. Das durch den Kühler 48 strömende gekühlte Kältemittel absorbiert Wärme von dem durch den Kühler 48 strömenden Kühlmittel. Das gekühlte Kühlmittel strömt dann durch die Kühlmittelleitung 60 und durch den Kühl-Wärmeaustauscher 62, wo das Kühlmittel Wärme aus der Luft in dem HVAC-Modul 64 absorbiert, die durch den Kühl-Wärmeaustau scher 62 strömt. Das Kühlmittel strömt dann durch die Kühlmittelleitung 66 zurück zu dem Ventil 68.
  • Der in dem Wärmespeicherreservoir 50 angeordnete Kühler 48 kann auch bis zu einem gewissen Grad auch das Kühlmittel benachbart zu dem Kühler 48 kühlen. Allerdings sollte dies im ersten Betriebsmodus keine wesentliche Wärmeträgheit erzeugen, die das Bereitstellen von gekühltem Kühlmittel an den Kühl-Wärmeaustauscher 62 verzögert.
  • Ein zweiter Betriebsmodus kann verwendet werden, z. B., nach der anfänglichen Abkühlperiode, wenn der Klimatisierungsbedarf in dem Fahrgastraum 24 viel geringer ist. Die Maschine 26, der Verdichter 30 und die Pumpe 74 arbeiten noch immer. Das Flüssigkeitsströmungsventil 68 wird betätigt, um Kühlmittel von der Kühlmittelleitung 66 in die Kühlmittelleitung 70 zu leiten und die Strömung direkt zu der Pumpe 74 von dem Ventil 68 zu blockieren. Das umgeleitete Kühlmittel wird dann durch die Kühlmittelleitung 70 in das Wärmespeicherreservoir 50 strömen, wobei Kühlmittel von dem Reservoir 50 über die Kühlmittelleitung 78 zu der Pumpe 74 strömt. Das Kühlmittel wird weiterhin durch das Kältemittel gekühlt, während es durch den Kühler 48 strömt. Somit wird mit der Zeit auch das in dem Wärmespeicherreservoir 50 enthaltene Kühlmittel gekühlt und stellt eine Masse gekühlter Flüssigkeit bereit.
  • Für ein Hybridfahrzeug kann das Fahrzeug zu Zeiten arbeiten, in denen die Maschine 26 abgestellt ist, obwohl Klimatisierungsbedarf in dem Fahrgastraum 24 vorhanden ist. Wenn die Maschine 26 abgestellt ist, wird der Verdichter 30 nicht angetrieben, sodass der primäre Kreislauf 34 nicht betriebsbereit ist. Es kann jedoch ein dritter Betriebsmodus verwendet werden, um das bereits gekühlte Kühlmittel in dem Wärmespeicherreservoir 50 zu verwenden, um dem Klimatisierungsbedarf nachzukommen.
  • Während die elektrische Pumpe 74 arbeitet und das Flüssigkeitsströmungsventil 68 betätigt ist, um Kühlmittel von der Kühlmittelleitung 60 in die Kühlmittelleitung 70 zu leiten, wird wärmeres Kühlmittel, das aus dem Kühl-Wärmeaustauscher 62 strömt, über die Kühlmittelleitung 70 in den oberen Abschnitt des Reservoirs 50 geleitet. Das zuvor gekühlte Kühlmittel wird über die Kühlmittelleitung 78 nahe dem Boden des Reservoirs herausgesaugt, durch die Pumpe 74, den Kühler 48 und dann zu dem Kühl-Wärmeaustauscher 62 strömen. Dieses gekühlte Kühlmittel wird dann Wärme aus der durch den Kühl-Wärmeaustauscher 62 strömenden Luft absorbieren und somit Klimatisierungskomfort für den Fahrgastraum 24 bereitstellen, obwohl die Maschine 26 abgestellt ist. Dies kann sich fortsetzen, bis das gekühlte Kühlmittel die durch den Kühl-Wärmeaustauscher 62 strömende Luft nicht mehr kühlen kann, wobei zu diesem Zeitpunkt die Maschine 26 (und der Verdichter 30) wieder gestartet werden können.
  • Während der Kühler 48 in dem Kühlmittel des Wärmespeicherreservoirs 50 eingetaucht ist, wird die kalte thermisch wirksame Masse des Kühlers 48 und des darin enthaltenen Kältemittels zu der thermisch wirksamen Masse des Kühlmittels in dem Reservoir 50 hinzugefügt. Somit ist die gekühlte thermisch wirksame Masse der integrierten Kühler- und Wärmespeicheranordnung 52 größer als nur das Kühlmittel in dem Wärmespeicherreservoir 50. Diese zusätzliche gekühlte thermisch wirksame Masse kann längere Zeitspannen mit abgestellter Maschine bei kontinuierlicher Klimatisierung zulassen, die an den Fahrgastraum 24 bereitgestellt wird (während die anfängliche Wärmeträgheit der Klimaanlage 36 minimiert wird, wie oben erläutert).
  • Die 4 und 5 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform der integrierten Kühler- und Wärmespeicheranordnung 152. Da diese Ausfüh rungsform der ersten ähnlich ist, werden gleiche Elementnummern für ähnliche Elemente verwendet, wobei jedoch 100-Seriennummern verwendet werden. Auch werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, Elemente in den 4 und 5, die Elementen in den 1-3 entsprechen, mit den gleichen Elementnummern bezeichnet (d. h. in der 100-Serie), selbst wenn sie nicht speziell in Bezug auf die 4 und 5 erläutert sind. In dieser Ausführungsform werden ähnliche Komponenten verwendet und erzeugen dieselben Arten des Betriebes, aber die Anordnung und Verpackung der Komponenten ist geringfügig geändert. Demzufolge kann die integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung 152 besser in bestimmte Fahrzeuge untergebracht werden als die Anordnung 52 der ersten Ausführungsform.
  • Zusätzlich zu dem Kühler 148 ist nun auch die Pumpe 174 innerhalb des Wärmespeicherreservoirs 150 befestigt. Die Wärmeexpansionsvorrichtung 144 und das Kühlmittelströmungsventil 168 sind beide an der Oberseite des Reservoirs 150 befestigt, was einen relativ kleinen Platzbedarf beim Betrachten der Anordnung 152 in der Draufsicht ermöglicht. Die Kältemittel- und Kühlmittelleitungen erstrecken sich zwischen denselben Komponenten und führen dieselben Funktionen aus wie in der ersten Ausführungsform.
  • Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird ein Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung auszuführen, die durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims (15)

  1. Integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung zur Verwendung in einer Klimaanlage mit einem primären Kältemittelkreislauf und einem sekundären Flüssigkeitskreislauf, wobei die integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung umfasst: ein Wärmespeicherreservoir, welches derart ausgebildet ist, um eine Flüssigkeit zur Verwendung in dem sekundären Flüssigkeitskreislauf zu enthalten; einen Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher, der innerhalb des Wärmespeicherreservoirs befestigt ist; eine erste Kältemittelleitung, die derart ausgebildet ist, um das Kältemittel von dem primären Kältemittelkreislauf in den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu leiten; eine zweite Kältemittelleitung, die derart ausgebildet ist, um ein Kältemittel von dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher in den primären Kältemittelkreislauf zu leiten; eine Pumpe, die derart ausgebildet ist, um die Flüssigkeit von dem sekundären Flüssigkeitskreislauf durch den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher und zurück in den sekundären Flüssigkeitskreislauf zu pumpen; ein Flüssigkeitsströmungsventil, das derart ausgebildet ist, um das Fluid selektiv von dem sekundären Flüssigkeitskreislauf zu einer von einer ersten Flüssigkeitsleitung, die zu einem Einlass zu der Pumpe führt, und zu einer zweiten Flüssigkeitsleitung, die in das Wärmespeicherreservoir führt, zu leiten; und eine dritte Flüssigkeitsleitung, die derart ausgebildet ist, um die Flüssigkeit in dem Wärmespeicherreservoir zu dem Einlass zu der Pumpe zu leiten.
  2. Integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei die Pumpe innerhalb des Wärmespeicherreservoirs befestigt ist.
  3. Integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung nach Anspruch 1, umfassend eine Wärmeexpansionsvorrichtung, die funktionell in die erste Kältemittelleitung eingreift.
  4. Integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung nach Anspruch 3, wobei die Wärmeexpansionsvorrichtung und das Flüssigkeitsströmungsventil an der Oberseite des Wärmespeicherreservoirs befestigt sind.
  5. Integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei die zweite Flüssigkeitsleitung funktionell in das Wärmespeicherreservoir an einer Erhebung eingreift, die höher ist als eine Erhebung, bei der die dritte Flüssigkeitsleitung funktionell in das Wärmespeicherreservoir eingreift.
  6. Integrierte Kühler- und Wärmespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei die Pumpe außerhalb des Wärmespeicherreservoirs befestigt ist.
  7. Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einer Maschine, welche umfasst: einen primären Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, welcher derart ausgebildet ist, um von der Maschine selektiv angetrieben zu werden, einem Kondensator, einer Expansionsvorrichtung und einem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher; und einen sekundären Flüssigkeitskreislauf mit dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher, einem Wärmespeicherreservoir, in dem der Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher befestigt ist, einer Pumpe, die derart ausgebildet ist, um eine Flüssigkeit durch den Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu pumpen, einem Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher, der derart ausgebildet ist, um in einem HVAC-Modul befestigt zu sein und die Flüssigkeit von dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu empfangen; und einem Flüssigkeitsströmungsventil, das derart ausgebildet ist, um die Flüssigkeit selektiv direkt zu einem von der Pumpe und dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher oder durch das Wärmespeicherreservoir zu einem von der Pumpe und dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher zu leiten.
  8. Klimaanlage nach Anspruch 7, wobei die Pumpe innerhalb des Wärmespeicherreservoirs befestigt ist.
  9. Klimaanlage nach Anspruch 7, wobei die Pumpe außerhalb des Wärmespeicherreservoirs befestigt ist.
  10. Klimaanlage nach Anspruch 7, wobei die Expansionsvorrichtung und das Flüssigkeitsströmungsventil an der Oberseite des Wärmespeicherreservoirs befestigt sind.
  11. Klimaanlage nach Anspruch 7, wobei das Wärmespeicherreservoir derart ausgebildet ist, um in einem Maschinenraum des Fahrzeuges befestigt zu sein, und der Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher der art ausgebildet ist, um in einem Fahrgastraum des Fahrzeuges befestigt zu sein.
  12. Klimaanlage nach Anspruch 7, wobei die Pumpe in dem sekundären Flüssigkeitskreislauf zwischen dem Flüssigkeitsströmungsventil und dem Kältemittel/Flüssigkeit-Wärmeaustauscher angeordnet ist.
  13. Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Fahrzeuges, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: in einem ersten Betriebsmodusodus gearbeitet wird, indem: (a) ein von einer Maschine angetriebener Verdichter in einem primären Kältemittelkreislauf betrieben wird; (b) ein gekühltes Kältemittel von dem primären Kältemittelkreislauf durch einen in einem Wärmespeicherreservoir befestigten Kühler geführt wird; (c) eine Flüssigkeit in einem sekundären Flüssigkeitskreislauf durch den Kühler gepumpt wird; (d) die Flüssigkeit durch einen Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher geführt wird; und (e) die Flüssigkeit von dem Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher durch ein Flüssigkeitsströmungsventil geführt wird, welches die Flüssigkeit zu dem Kühler leitet; und in einem zweiten Betriebsmodus gearbeitet wird, indem: (f) der von einer Maschine angetriebene Verdichter in dem primären Kältemittelkreislauf betrieben wird; (g) das gekühlte Kältemittel von dem primären Kältemittelkreislauf durch den in dem Wärmespeicherreservoir befestigten Kühler geführt wird; (h) die Flüssigkeit in dem sekundären Flüssigkeitskreislauf durch den Kühler gepumpt wird; (i) die Flüssigkeit durch den Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher geführt wird; (j) die Flüssigkeit von dem Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher durch das Flüssigkeitsströmungsventil geführt wird; und (k) die Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsströmungsventil durch das Wärmespeicherreservoir und dann zu dem Kühler geleitet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, welches die Schritte umfasst, dass in einem dritten Betriebsmodus gearbeitet wird, indem: (l) der Betrieb des durch die Maschine betriebenen Verdichters beendet wird; (m) die Flüssigkeit von dem Wärmespeicherreservoir zu dem Kühler gepumpt wird; und (n) die Flüssigkeit von dem Kühler durch den Flüssigkeit/Luft-Wärmeaustauscher und zurück zu dem Wärmespeicherreservoir gepumpt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Schritt (c) ferner dadurch definiert ist, dass die Flüssigkeit mit einer in dem Wärmespeicherreservoir befestigten Pumpe gepumpt wird.
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