DE102013216462A1 - Kraftfahrzeug-klimaregelungssystem - Google Patents

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Furqan Zafar Shaikh
Michael Levin
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Abstract

Ein Fahrzeugklimaregelungssystem, das in einem Wintermodus und in einem Sommermodus betreibbar ist, umfasst einen durch Motorabgas betriebenen heißen Wärmeübertragungsfluid-(HTF)-Kreis, der während des Wintermodus mit einem Heizungskern gekoppelt ist, um eine Heizung des Fahrgastraums bereitzustellen, wobei in einer alleinstehenden heißen Phasenänderungsmaterial-(PCM)-Batterie im heißen HTF-Kreis gespeicherte Wärmeenergie eine Stoßheizung beim oder vor dem Anlassen des Motors bereitstellen kann. Der heiße HTF-Kreis und ein kalter HTF-Kreis, einschließlich eines HTF-Kühlers, betreiben zwei Adsorber im Sommermodus, wodurch eine Kühlung des Fahrgastraums in Zusammenhang mit einem Kühlmittelkreis bereitgestellt wird, der einen Kondensator, einen Verdampfer, ein Ausdehnungsventil und eine alleinstehende kalte PCM-Batterie aufweist. Die in der alleinstehenden kalten PCM-Batterie gespeicherte Wärmeenergie kann beim oder vor dem Anlassen des Motors eine Stoßkühlung bereitstellen.

Description

  • Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme für ein Kraftfahrzeug-Klimaregelungssystem, das in einem Wintermodus und einem Sommermodus betrieben werden kann, wobei Motorabgaswärme einen heißen Wärmeübertragungsfluid-Kreis antreibt, der eine heiße Phasenänderungsmaterial-Batterie aufweist, um eine Heizung eines Fahrgastraums durch einen Heizungskern im Wintermodus bereitzustellen, und wobei der heiße Wärmeübertragungsfluid-Kreis und ein kalter Wärmeübertragungsfluid-Kreis, einschließlich eines Wärmeübertragungsfluid-Kühlers im Sommermodus zwei Adsorber antreiben, um eine Kühlung des Fahrgastraums in Zusammenhang mit einem Kühlmittelkreis bereitzustellen, der einen Kondensator, einen Verdampfer, ein Ausdehnungsventil und eine kalte Phasenänderungsmaterial-Batterie aufweist.
  • Bei einigen Kraftfahrzeug-Klimaanlagen kann eine thermische Adsorption statt einer Kompression verwendet werden. Mit thermischer Adsorption arbeitende Klimaanlagen verwenden ein chemisches Adsorptionsmittel (beispielsweise Zeolit, Silikagel, aktivierte Kohlenstoffe) an Stelle eines mechanischen Kompressors, und sie werden durch Wärmeenergie statt mechanischer Arbeit angetrieben. Beispielsweise kann eine mit thermischer Adsorption arbeitende Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug durch Abgasabwärme vom Motor des Fahrzeugs angetrieben werden, während der in vielen herkömmlichen Klimaanlagen verwendete Kompressor durch die Motorkurbelwelle angetrieben werden kann und eine Last auf den Motor ausüben kann. Dabei können Klimaanlagen, welche eine thermische Adsorption an Stelle eines Kompressors verwenden, vorteilhaft eine verringerte Motorbelastung und einen verringerten Kraftstoffverbrauch erreichen.
  • Ein Betriebszyklus einer mit thermischer Adsorption arbeitenden Klimaanlage umfasst die Adsorption eines Kühlmittels, beispielsweise Wasser, an einem festen Adsorptionsmittel, beispielsweise Zeolit (während eines hier so genannten "Adsorbiermodus"), und die nachfolgende Desorption des Kühlmittels vom Adsorptionsmittel (während eines hier so genannten "Desorbiermodus"). Dieser Prozess kann in einem als Adsorber bezeichneten Behälter geschehen. Während des Adsorbiermodus wird das Adsorptionsmittel aktiv gekühlt, beispielsweise durch ein kühles Wärmeübertragungsfluid (HTF). Die Kühlung des Adsorptionsmittels erzeugt einen Sog, so dass verdampftes Kühlmittel in den Adsorber gezogen wird und durch das Adsorptionsmittel adsorbiert wird. Bei einer üblichen Anwendung wird das Kühlmittel aus einem Verdampfer durch den Sog in das Adsorptionsmittel gezogen, so dass es vom Verdampfer verdampft und dabei den Verdampfer kühlt. Dagegen wird das Adsorptionsmittel während des Desorbiermodus aktiv erwärmt, beispielsweise durch ein heißes HTF. Das Erwärmen des Adsorptionsmittels bewirkt, dass das Kühlmittel vom Adsorptionsmittel desorbiert wird. Bei einer üblichen Anwendung strömt das Kühlmittel in einen Kondensator, nachdem es vom Adsorptionsmittel desorbiert wurde, so dass es am Kondensator kondensiert und dabei den Kondensator erwärmt.
  • US 2011/0005267 beschreibt eine Kraftfahrzeugklimaanlage, die eine mit thermischer Adsorption arbeitende Wärmepumpe aufweist, die mit einem Kondensator und einem Verdampfer in der vorstehend beschriebenen Weise zusammenarbeitet. Die mit thermischer Adsorption arbeitende Wärmepumpe wird durch Motorabgaswärme angetrieben und weist mindestens zwei Adsorber auf, die Kühlmittel zyklisch und asynchron adsorbieren und desorbieren. Gemäß einer Ausführungsform weist das System drei Arbeitsfluidschleifen auf: eine HTF-Schleife zum Erwärmen/Kühlen der Adsorber, wobei das Arbeitsfluid ein HTF auf Mineralölbasis ist, eine Adsorptionsschleife, die sich ganz außerhalb des Fahrgastraums befindet, wobei das Arbeitsfluid NH3 sein kann, und eine Kühlmittelschleife, die Wärme aus dem Fahrgastraum zur Adsorptionsschleife überträgt (über einen Zwischenschleifen-Wärmetauscher), wobei das Arbeitsfluid R-134a sein kann.
  • Die HTF-Schleife erwärmt/kühlt die Adsorber, um eine Adsorption/Desorption an den Adsorptionsmitteln innerhalb der Adsorber zu bewirken. Das kühle HTF für den Adsorbiermodus wird durch einen HTF-Kühler bereitgestellt, und das heiße HTF für den Desorbiermodus wird durch eine HTF-Heizung bereitgestellt. Wärmereservoirs, welche Abgaswärme im Phasenänderungsmaterial (PCM) speichern, sind mit der HTF-Heizung gekoppelt. Die Adsorptionsschleife enthält NH3, das von den Adsorptionsmitteln in den Adsorbern adsorbiert/desorbiert wird. Nach dem Abschalten des Motors wird die in den Wärmereservoirs gespeicherte Wärme verwendet, um NH3 von den Adsorptionsmitteln in ein Reservoir zu desorbieren. Das im Reservoir gespeicherte NH3 wird dann verwendet, um nach einem Kaltstart des Motors eine "Stoßkühlung" bereitzustellen, während das HTF in der HTF-Schleife noch erwärmt wird, um mit dem thermischen Zyklieren der Adsorber und dem Pumpen des Kühlmittels zu beginnen. Um den Fahrgastraum zu kühlen, ist ein Wärmetauscher mit der Kühlmittelschleife und der Adsorptionsmittelschleife gekoppelt. Beim Wärmetauscher kondensiert R-134a aus der Kühlmittelschleife, während NH3 aus der Adsorptionsmittelschleife verdampft. Die Kühlmittelschleife weist ferner einen R-134a-Verdampfer auf, der mit dem Fahrgastraum kommuniziert, um den Fahrgastraum über ein Gebläse zu kühlen.
  • Allerdings haben die Erfinder verschiedene mit dem vorstehend beschriebenen System verbundene Probleme erkannt. Um eine Stoßkühlung beim Anlassen des Motors bereitzustellen, wird NH3 im vorstehenden System in einem Druckreservoir gespeichert. Selbst wenn die Sicherheitsgefahren ignoriert werden, die mit dem Speichern von unter Druck stehendem NH3 verbunden sind, kann ein Druckreservoir in Bezug auf die Materialien und in Bezug auf den Raum, den es im Fahrzeug einnimmt, kostspielig sein. Ferner kann ein unerwünscht großes Reservoir erforderlich sein, um ausreichend NH3 zu speichern, um Stoßkühlungsanforderungen während Heißwetterbedingungen zu genügen. Ferner kann es nicht möglich sein, die im System verwendeten Adsorber infolge der Einschränkungen des NH3-Druckreservoirs zu verkleinern, weshalb es nicht möglich sein kann, die Wirksamkeit der Adsorberoperationen zu verbessern und/oder zu gewährleisten, dass das System in Kraftfahrzeugen untergebracht werden kann.
  • Um diese Probleme und andere zu adressieren, haben die vorliegenden Erfinder ein Klimaregelungssystem, welches eine thermische Adsorption in Zusammenhang mit einer alleinstehenden kalten PCM-Batterie und einer alleinstehenden heißen PCM-Batterie aufweist, und Verfahren für seinen Betrieb identifiziert. Bei einem Beispiel umfasst ein Verfahren für ein Fahrzeugklimaregelungssystem während eines Sommermodus das Betreiben von zwei Adsorbern mit durch Motorabgas in einem heißen HTF-Kreis erwärmtem HTF und durch einen HTF-Kühler in einem kalten HTF-Kreis gekühltem HTF und das Laden einer alleinstehenden kalten PCM-Batterie, die mit den Adsorbern kommuniziert. Bei dem Verfahren wird ferner während eines Wintermodus der heiße HTF-Kreis mit einem Heizungskern gekoppelt.
  • Auf diese Weise kann durch Laden einer alleinstehenden kalten PCM-Batterie während des Betriebs des Klimaregelungssystems im Sommermodus Wärmeenergie in der Batterie gespeichert werden, um sie bei einem späteren Anlassen des Motors in einem Stoßkühlungsmodus zu verwenden. Wegen der Vorteile der PCM-Speicherung von Wärmeenergie (beispielsweise gegenüber dem Speichern von Wärmeenergie durch unter Druck stehendes NH3) können die Adsorber verkleinert werden, wodurch die Unterbringbarkeit des Klimaregelungssystems und die Wirksamkeit der thermischen Adsorption verbessert werden. Ferner kann eine heiße PCM-Batterie in das Klimaregelungssystem aufgenommen werden, um während eines Betriebs des Klimaregelungssystems im Wintermodus eine Stoßheizung bereitzustellen. Demgemäß können verkleinerte Adsorber auch für einen Betrieb des Klimaregelungssystems im Wintermodus ausreichen.
  • Es sei bemerkt, dass die vorstehende Zusammenfassung bereitgestellt wurde, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifizieren, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, die irgendwelche Nachteile lösen, die vorstehend oder in einem Teil dieser Offenbarung erwähnt sind.
  • Es zeigen:
  • 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit dem hier beschriebenen Klimaregelungssystem,
  • 2A eine Schnittansicht eines als Beispiel dienenden Adsorbers in einem Adsorbiermodus, wobei zwei solche Adsorber in dem Klimaregelungssystem aus 1 enthalten sein können,
  • 2B eine Schnittansicht des als Beispiel dienenden Adsorbers aus 2A in einem Desorbiermodus,
  • 3 schematisch das Klimaregelungssystem aus 1,
  • 4 ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems aus 1 in einem Sommermodus, nachdem der Motor, nachdem er angelassen wurde, aufgewärmt wurde,
  • 5A ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems aus 1 im Sommermodus nach dem Abschalten des Motors,
  • 5B ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems aus 1 bei oder vor dem Anlassen eines Motors im Sommermodus, um eine Stoßkühlung des Fahrgastraums bereitzustellen,
  • 6 ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Steuern des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie, das in Zusammenhang mit dem Verfahren aus 4 verwendet werden kann,
  • 7 ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Steuern des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie, das in Zusammenhang mit den Verfahren aus den 4 und 8 verwendet werden kann,
  • 8 ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems aus 1 in einem Wintermodus, nachdem der Motor, nachdem er angelassen wurde, aufgewärmt wurde, und
  • 9 ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems aus 1 im Wintermodus bei oder vor dem Anlassen eines Motors im Wintermodus, um eine Stoßheizung des Fahrgastraums bereitzustellen.
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Kühlen eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs durch ein Klimaregelungssystem unter Verwendung einer thermischen statt einer mechanischen Kompression in Zusammenhang mit alleinstehenden kalten PCM- und heißen PCM-Batterien. Während des Betriebs im Sommermodus treibt Motorabgaswärme zwei Adsorber, die in Zusammenhang mit einem Verdampfer und Kondensator den Fahrgastraum kühlen. Die kalten und heißen PCM-Batterien können in Zusammenhang mit den Adsorbern, dem Verdampfer und dem Kondensator verwendet werden, um vor oder beim Motorstart eine Stoßkühlung des Fahrgastraums bereitzustellen. Dagegen erwärmt das Motorabgas während des Betriebs im Wintermodus das HTF, das durch einen Heizungskern strömt, um den Fahrgastraum zu erwärmen. Die heiße PCM-Batterie kann in Zusammenhang mit dem Heizungskern verwendet werden, um eine Stoßheizung des Fahrgastraums vor oder beim Motorstart bereitzustellen.
  • Wie in 1 dargestellt ist, kann das Klimaregelungssystem thermisch mit einer Motorabgasleitung gekoppelt sein, jedoch ansonsten nicht mit dem Fahrzeugmotor kommunizieren oder diesen belasten. Das Klimaregelungssystem kann zwei Adsorber aufweisen, die während des Betriebs im Sommermodus, jedoch nicht während des Betriebs im Wintermodus, verwendet werden können. Wie in den 2A–2B dargestellt ist, kann, abhängig von der Temperatur des HTFs, das durch Rohre in jedem Adsorber strömt, ein Adsorptionsmittel in einem Behältnis jedes Adsorbers das Kühlmittel adsorbieren oder desorbieren. Die beiden Adsorber können asynchron und zyklisch arbeiten, wie dargestellt, so dass sich ein Adsorber in einem Adsorbiermodus befindet, wobei HTF aus einem kalten HTF-Kreis dadurch strömt, während sich der andere Adsorber in einem Desorbiermodus befindet, wobei HTF aus einem heißen HTF-Kreis dadurch strömt. Wie in 3 dargestellt ist, kann der heiße HTF-Kreis einen Wärmekollektor, bei dem die Motorabgaswärme auf das HTF übertragen wird, eine heiße PCM-Batterie, bei der Abgaswärme im PCM gespeichert wird, eine Pumpe und einen Heizungskern, der während des Betriebs im Sommermodus entkoppelt sein kann, aufweisen, und der kalte HTF-Kreis kann einen HTF-Kühler und eine Pumpe aufweisen. Wie in 3 weiter dargestellt ist, kann ein Kühlmittelkreis die beiden Adsorber zusammen mit einem Verdampfer, einem Kondensator, einer kalten PCM-Batterie und einem Expansionsventil aufweisen. Ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems im Sommermodus ist in 4 dargestellt, und ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems im Wintermodus ist in 8 dargestellt. Die 5A und 5B zeigen Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems beim Abschalten des Motors und bei oder vor einem nachfolgenden Motorstart, um eine Stoßkühlung des Fahrgastraums bereitzustellen, während 9 ein Verfahren zum Betrieb des Klimaregelungssystems bei oder vor einem Motorstart zum Bereitstellen einer Stoßheizung für den Fahrgastraum zeigt.
  • Nun wird mit Bezug auf 1 eine als Beispiel dienende Ausführungsform eines Fahrzeugklimaregelungssystems 100 in einem Kraftfahrzeug 102 schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 102 umfasst Antriebsräder 106, einen Fahrgastraum 104 und einen Verbrennungsmotor 108. Der Verbrennungsmotor 108 umfasst eine Verbrennungskammer (nicht dargestellt), die Ansaugluft über einen Ansaugdurchgang (nicht dargestellt) empfangen kann und Verbrennungsgase über einen Abgasdurchgang 110 ausstoßen kann. Der Motor 108 kann in einem Kraftfahrzeug in der Art eines Straßenkraftfahrzeugs sowie in anderen Typen von Fahrzeugen enthalten sein.
  • Anders als einige Fahrzeugklimaregelungssysteme, die ein Kühlmittel durch den Motor umwälzen können, um Motorabwärme zu absorbieren und das erwärmte Kühlmittel über Kühlmittelleitungen zu einem Kühler und/oder Heizungskern zu verteilen, kann das Klimaregelungssystem 100 in keiner Fluidkommunikation mit dem Motor 108 stehen. Ferner kann das Klimaregelungssystem 100 zwei Adsorber aufweisen, die durch Wärmeenergie vom Motorabgas statt durch eine Motorkurbelwelle oder einen Elektromotor angetrieben werden. Demgemäß kann die einzige Koordination zwischen dem Motor 108 und dem Klimaregelungssystem 100 das Leiten des Motorabgases im Abgasdurchgang 110 durch einen Abgaswärmekollektor des Klimaregelungssystems 100 sein, wie nachstehend detailliert beschrieben wird. Auf diese Weise kann der Motor 108 in hohem Maße davon befreit werden, im Fahrzeug eine Klimaregelung bereitzustellen, und das Klimaregelungssystem 100 kann keine Last auf den Motor 108 ausüben. Ferner kann das Volumen des Kühlmittels im Motor verringert werden, weil das Motorkühlmittel nicht durch das Klimaregelungssystem 100 umlaufen kann. Einige Vorteile eines verringerten Volumens des Motorkühlmittels umfassen ein schnelleres Aufwärmen des Motors und demgemäß beispielsweise reduzierte Kaltstartemissionen.
  • 1 zeigt ferner ein Steuersystem 114 des Fahrzeugs 102. Das Steuersystem 114 kann kommunikativ mit verschiedenen Komponenten des Motors 108 und des Klimaregelungssystems 100 verbunden sein, um die hier beschriebenen Steuerroutinen und Aktionen auszuführen. Wie in 1 dargestellt ist, kann das Steuersystem 114 eine elektronische Digitalsteuereinrichtung 112 aufweisen. Die Steuereinrichtung 112 kann ein Mikrocomputer sein, einschließlich einer Mikroprozessoreinheit, Ein-/Ausgabeports, eines elektronischen Speichermediums für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, eines Direktzugriffsspeichers, eines Haltespeichers und eines Datenbusses.
  • Wie dargestellt, kann die Steuereinrichtung 112 eine Eingabe von mehreren Sensoren 116 empfangen, die Benutzereingaben und/oder Eingaben von Sensoren (in der Art der Getriebegangposition, der Getriebekupplungsposition, der Gaspedaleingabe, der Bremseingabe, der Getriebewählerposition, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motorgeschwindigkeit, des Massenluftstroms durch den Motor, der Umgebungstemperatur, der Ansauglufttemperatur usw.), von Klimaregelungssystemsensoren (wie der HTF-Temperatur, der Frostschutztemperatur, der Adsorptionsmitteltemperatur, der Gebläsegeschwindigkeit, der Fahrgastraumtemperatur, der gewünschten Fahrgastraumtemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit usw.) und von anderen umfassen können. Wie in 1 dargestellt ist, können die Sensoren 116 einen Funksender(„FS“)-Sensor 120 umfassen, der dafür ausgelegt ist, eine Eingabe von einem elektronischen FS 122 zu empfangen. Insbesondere kann der FS-Sensor 120 das Fahrzeug 102 fern mit dem elektronischen FS 122 koppeln, wodurch eine Fernsteuerung bestimmter Funktionen des Fahrzeugs 102 ermöglicht wird. Bei einem Beispiel kann der elektronische FS 122 das Klimaregelungssystem 100 fern aktivieren, um die Luft im Fahrgastraum vorzukonditionieren. Abhängig von den Umgebungsbedingungen, wie sie beispielsweise durch einen oder mehrere der Sensoren 116 erfasst werden, und/oder einer Benutzereingabe, kann der elektronische FS 122 das Klimaregelungssystem 100 fern aktivieren, um eine Stoßkühlung oder eine Stoßheizung der Luft im Fahrgastraum vor dem Anlassen des Motors bereitzustellen, wie hier detailliert angegeben wird. Demgemäß kann ein künftiger Fahrzeugbediener oder Fahrgast den elektronischen FS 122 verwenden, um zu gewährleisten, dass eine gewünschte Temperatur im Fahrgastraum vorhanden ist, wenn er in das Fahrzeug einsteigt.
  • Zusätzlich dazu, dass er eine Fernaktivierung des Klimaregelungssystems 100 ermöglicht, kann der elektronische FS 122 einen fernen schlüssellosen Einstieg in das Fahrzeug 102 ermöglichen. In diesem Fall kann der FS-Sensor 120 ferner dafür ausgelegt sein, der Steuereinrichtung 112 einen Hinweis in Bezug auf eine verriegelte oder nicht verriegelte Position der Fahrzeugtüren bereitzustellen.
  • Ferner kann die Steuereinrichtung 112 mit verschiedenen Betätigungselementen 118 kommunizieren, welche Motorbetätigungselemente (wie Kraftstoffeinspritzer, eine elektronisch gesteuerte Ansaugluftdrosselplatte, Zündkerzen, Getriebekupplungen usw.), Klimaregelungssystem-Betätigungselemente (wie Behandlungs-Lüftungsöffnungen und/oder Ablenkventile, Ventile, welche den HTF-Strom steuern, Ventile, welche den Kühlmittelstrom steuern, Gebläsebetätigungselemente, Lüftungsbetätigungselemente, Pumpenbetätigungselemente usw.) und andere umfassen können. Bei einigen Beispielen kann das Speichermedium mit computerlesbaren Daten programmiert werden, welche vom Prozessor ausführbare Befehle darstellen, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die vorgesehen aber nicht spezifisch aufgelistet sind, auszuführen.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, umfasst das Klimaregelungssystem 100 zwei strukturell identische Adsorber, die asynchron arbeiten können (ein Adsorber adsorbiert, während der andere während anderer Betriebsmodi als dem hier beschriebenen Stoßkühlungsmodus desorbiert) und zyklisch arbeiten können (jeder Adsorber schaltet periodisch zwischen dem Adsorbiermodus und dem Desorbiermodus). Die Adsorber können während des Betriebs des Klimaregelungssystems im Sommermodus durch Motorabgaswärme angetrieben werden, um eine Verdampfung und Kondensation des Kühlmittels an einem Verdampfer und einem Kondensator zu bewirken.
  • 2A ist eine Schnittansicht eines als Beispiel dienenden Adsorbers 200 in einem Adsorbiermodus, während 2B eine Schnittansicht des Adsorbers 200 in einem Desorbiermodus ist. Der Adsorber 200 kann einer von zwei identischen im Klimaregelungssystem 100 aus 1 enthaltenen Adsorbern sein.
  • Der Adsorber 200 bewirkt einen Wärmeaustausch zwischen dem HTF und einem chemischen Adsorptionsmittel (beispielsweise Zeolit, Silikagel oder aktivierten Kohlenstoffen in Pulver-, Pellet- oder Beschichtungsform). Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen strömt das HTF durch ein schlangenförmiges Lamellenrohr 202, und ein Adsorptionsmittel 204 bildet eine Beschichtung an der Oberfläche des Lamellenrohrs. Es ist jedoch zu verstehen, dass auch ein anderer geeigneter Adsorptionswärmetauscher im hier beschriebenen Klimaregelungssystem verwendet werden kann. Beispielsweise könnte das Adsorptionsmittel 204 statt einer Beschichtung ein Metallschaum oder ein anderer geeigneter Typ eines hochporösen metallorganischen Rahmens (MOF) sein. Ähnlich können, wenngleich eine schlangenförmige Anordnung eines einzigen Lamellenrohrs 202 dargestellt ist, mehrere getrennte Rohre verwendet werden, um HTF durch die Adsorber zu übertragen, oder das HTF kann durch einen integralen Kanal jedes Adsorbers, beispielsweise einen Kanal, der den Umfang des Adsorbers umspannt, strömen.
  • Das Lamellenrohr 202 und das Adsorptionsmittel 204 sind innerhalb eines Behältnisses 206 des Adsorbers 200 angeordnet. Abhängig davon, ob sich der Adsorber gegenwärtig in einem Adsorbier- oder einem Desorbiermodus befindet, kann ein Ventil 208 gesteuert werden, um HTF entweder aus einem heißen HTF-Kreis oder einem kalten HTF-Kreis in das Lamellenrohr 202 zu leiten. Ähnlich kann ein Ventil 210 stromabwärts einer Pumpe 226 auf der Grundlage des aktuellen Modus des Adsorbers gesteuert werden, um das HTF aus dem Lamellenrohr entweder zum heißen HTF-Kreis oder zum kalten HTF-Kreis zu leiten. Wenn sich der Adsorber 200 im Adsorbiermodus befindet, wie in 2A dargestellt ist, wird das Ventil 208 gesteuert, um HTF aus dem kalten HTF-Kreis durch den Adsorber strömen zu lassen, und das Ventil 210 wird gesteuert, um HTF aus dem Adsorber zum kalten HTF-Kreis zurück strömen zu lassen. Wenn sich der Adsorber 200 dagegen im Desorbiermodus befindet, wie in 2B dargestellt ist, wird das Ventil 208 gesteuert, um heißes HTF aus dem heißen HTF-Kreis durch den Adsorber strömen zu lassen, und das Ventil 210 wird gesteuert, um HTF aus dem Adsorber zum heißen HTF-Kreis zurück strömen zu lassen. Der heiße HTF-Kreis und der kalte HTF-Kreis werden weiter mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Abhängig von der Temperatur des durch den Adsorber 200 strömenden HTFs, kann Kühlmittel am Adsorptionsmittel adsorbiert oder von diesem desorbiert werden. Das Kühlmittel kann Wasser, Ammoniak, R1234f oder ein anderes geeignetes Kühlmittel sein. Während eines Adsorbiermodus, wie in 2A dargestellt ist, steuert die Steuereinrichtung das Ventil 208, um kaltes HTF durch das schlangenförmige Lamellenrohr 202 im Behältnis 206 strömen zu lassen, um das Adsorptionsmittel 204 zu kühlen. Das Kühlen des Adsorptionsmittels 204 erzeugt einen Sog, der Kühlmittel von einem Verdampfer anzieht, der in Fluidkommunikation mit dem Behältnis 206 steht, wenn sich das Ventil 220 in einem offenen Zustand befindet, wie nachstehend mit Bezug auf 3 detailliert dargelegt wird. Ein Desorbiermodus kann nach dem Adsorbiermodus ausgeführt werden, wobei Kühlmittel aus dem Verdampfer, das durch das Adsorptionsmittel adsorbiert wurde, desorbiert und zu einem Kondensator geleitet wird. Während des in 2B dargestellten Desorbiermodus steuert die Steuereinrichtung das Ventil 208, um heißes HTF durch das Lamellenrohr 202 strömen zu lassen, um das Adsorptionsmittel 204 aufzuheizen. Das Aufheizen des Adsorptionsmittels bewirkt eine Desorption von Kühlmittel vom Adsorptionsmittel. Wenn sich das Ventil 220 in einem offenen Zustand befindet, kann das desorbierte Kühlmittel zu einem Kondensator geleitet werden, der in Fluidkommunikation mit dem Behältnis 206 steht, wie nachstehend mit Bezug auf 3 detailliert ausgeführt wird.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, können die Adsorber asynchron zwischen dem Adsorbier- und dem Desorbiermodus wechseln, während der Motor läuft. Ein Betriebszyklus der Adsorber kann sich auf eine Dauer beziehen, während derer jeder Adsorber sowohl im Adsorbier- als auch im Desorbiermodus gearbeitet hat. Bei einem Beispiel dauert ein Zyklus 20–40 Minuten, und ein Halbzyklus dauert 10–20 Minuten. Beispielsweise kann ein erster Adsorber während eines ersten Halbzyklus im Adsorbiermodus arbeiten, während der zweite Adsorber im Desorbiermodus arbeitet. Während eines zweiten Halbzyklus, der dem ersten Halbzyklus unmittelbar folgt, kann der erste Adsorber im Desorbiermodus arbeiten, während der zweite Adsorber im Adsorbiermodus arbeitet. Die mit thermischer Adsorption arbeitende Klimaanlage kann diesen Zyklus während des Betriebs des Klimaregelungssystems mit Ausnahme bestimmter Klimaregelungssystem-Betriebsmodi (beispielsweise dem hier beschriebenen Stoßkühlungsmodus), welche gleichzeitig eine Adsorption oder Desorption beider Adsorber verwenden, wiederholen.
  • Beim Abschalten des Motors während des Betriebs im Sommermodus kann es wünschenswert sein, das Kühlmittel von den Adsorptionsmitteln beider Adsorber vollständig zu desorbieren. Auf diese Weise kann das Klimaregelungssystem beim nächsten Motorstart in einem Stoßkühlungsmodus arbeiten. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung beim Abschalten des Motors während des Sommermodus an beiden Adsorbern das Ventil 208 steuern, um heißes HTF durch das Lamellenrohr 202 zum Wärmeadsorptionsmittel 204 strömen zu lassen und dadurch die Desorption des Kühlmittels vom Adsorptionsmittel zu bewirken. Wenngleich der heiße HTF-Kreis zu dieser Zeit keine Wärme vom Motorabgas empfängt, weil der Motor abgeschaltet ist, kann heißes HTF von einer heißen PCM-Batterie in den heißen HTF-Kreis abgegeben werden, um die Adsorptionsmittel von beiden Adsorbern zu desorbieren. Nach dem Desorbieren der Adsorptionsmittel von beiden Adsorbern kann die Steuereinrichtung das Ventil 220 steuern, so dass es sich an beiden Adsorbern in einer geschlossenen Position befindet, wodurch der Kühlmittelkreis von den Adsorberbehältnissen isoliert wird, um zu verhindern, dass Kühlmitteldampf wieder in die Adsorber eintritt, während der Motor abgeschaltet ist (beispielsweise während das Fahrzeug geparkt ist). Das Desorbieren der Adsorptionsmittel beider Adsorber beim Abschalten des Motors ermöglicht daher, dass beide Adsorber während einer Dauer (beispielsweise 2 bis 5 Minuten) im Adsorbiermodus betrieben werden, wenn der Motror wieder angelassen wird. Das Betreiben beider Adsorber im Adsorbiermodus kann die Kühlleistung effektiv verdoppeln (in Bezug auf den Betrieb mit nur einem Adsorber im Adsorbiermodus), um eine sofortige Zufuhr von Kaltluft für einen erhöhten Komfort der Fahrgäste (und für andere zusätzliche Kühlanforderungen des Motors/des Fahrzeugs) während Warmwetterbedingungen zu ermöglichen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann ein Stoßkühlungsmodus vor dem Anlassen des Motors beginnen. Beispielsweise kann ein Benutzer das Klimaregelungssystem vor dem Anlassen des Motors aus der Ferne aktivieren, beispielsweise über einen in 1 dargestellten elektronischen FS 122, der wiederum den Stoßkühlungsmodus aktivieren kann (beispielsweise während Warmwetterbedingungen). Der Stoßkühlungsmodus wird weiter mit Bezug auf die 5A und 5B beschrieben.
  • 3 zeigt schematisch ein als Beispiel dienendes Klimaregelungssystem 300. Das Klimaregelungssystem 300 kann in das Fahrzeug 102 aus 1 aufgenommen sein und zwei identische Adsorber aufweisen, nämlich einen ersten Adsorber 302 und einen zweiten Adsorber 304. Der erste und der zweite Adsorber 302 und 304 können die Struktur des in den 2A und 2B dargestellten Adsorbers 200 aufweisen und in der vorstehend für den Adsorber 200 beschriebenen Weise asynchron und zyklisch betrieben werden. Das Klimaregelungssystem 100 kann ferner zwei Arbeitsfluide, nämlich ein Kühlmittel und HTF, aufweisen. Das Klimaregelungssystem 100 kann in einem Sommermodus (beispielsweise während Heißwetterbedingungen) und einem Wintermodus (beispielsweise während Kaltwetterbedingungen) betrieben werden.
  • I. Betrieb im Sommermodus
  • Während des Betriebs im Sommermodus stellen die Adsorber 302 und 304 in Zusammenhang mit den heißen und kalten HTF-Kreisen und einem Kühlmittelkreis eine Kühlung für den Fahrgastraum bereit. Wie in 3 dargestellt ist, können das Erwärmen und Kühlen der Adsorptionsmittel in den Adsorbern 302 und 304 durch einen heißen HTF-Kreis 306 bzw. einen kalten HTF-Kreis 308 bereitgestellt sein. Das im heißen HTF-Kreis 306 und im kalten HTF-Kreis 308 strömende HTF kann ein beliebiges geeignetes HTF mit einem hohen Siedepunkt sein, das sowohl bei Hochtemperaturanwendungen (beispielsweise einem Wärmetausch mit Hochtemperatur-Motorabgas) als auch bei Niedertemperaturanwendungen (beispielsweise während harter Winterbedingungen) verwendet werden kann. Bei einem Beispiel kann das HTF im heißen HTF-Kreis 306 und im kalten HTF-Kreis 308 ein HTF auf Petroleumgrundlage sein.
  • Der heiße HTF-Kreis 306 ermöglicht eine Desorption durch Erwärmen von HTF, das durch eine Pumpe 310 zwischen einem Abgaswärmekollektor 312, einer heißen PCM-Batterie 314 und einem ersten und einem zweiten Adsorber 302 und 304 der mit thermischer Adsorption arbeitenden Klimaanlage 324 umgewälzt wird. Wie in 3 dargestellt ist, ist der Abgaswärmekollektor 312 mit einem Motorabgasrohr 316 verbunden. Das HTF kann durch den Abgaswärmekollektor 312 strömen, und Wärme vom Motorabgas, das am Abgaswärmekollektor 312 durch das Rohr 316 strömt, kann auf das dadurch strömende HTF übertragen werden.
  • Die heiße PCM-Batterie 314 kann stromabwärts des Wärmekollektors 312 angeordnet sein. Die heiße PCM-Batterie 314 kann Wärmeenergie in einem oder mehreren PCM-Typen speichern, um eine Wärmeenergiespeicherung im Bereich von 125 bis 250 °C zu ermöglichen. Das PCM kann Wärmeenergie absorbieren, wenn sein Zustand von fest nach flüssig wechselt, und Wärmeenergie abgeben, wenn sein Zustand von flüssig nach fest wechselt. Die heiße PCM-Batterie 314 kann isoliert sein, um die Dissipation der darin gespeicherten Wärmeenergie zu verringern. Beispielsweise kann die heiße PCM-Batterie 314 ein Doppelgefäßbehälter vom Thermoskannentyp, der das PCM-Material einschließt, sein. Das PCM-Material kann in einen Hochvakuumraum (beispielsweise mit einem Absolutdruck von 1 Mikrobar oder weniger) zwischen dem äußeren und dem inneren Gefäß der heißen PCM-Batterie eingeschlossen sein. Das im heißen HTF-Kreis 306 strömende HTF kann in einen Einlass der heißen PCM-Batterie 314 eintreten und aus einem Auslass der heißen PCM-Batterie 314 austreten. Bei einem Beispiel kann das PCM innerhalb der heißen PCM-Batterie 314 in einem oder mehreren zwischen Rückhalteplatten gehaltenen PCM-Stapeln angeordnet sein, wobei jeder Stapel mehrere PCM-Elemente aufweist, die radial um einen zentralen Zufuhrdurchgang angeordnet sind. Das in den Einlass der heißen PCM-Batterie eintretende HTF kann durch den zentralen Zufuhrdurchgang strömen, wo es radial vom zentralen Zufuhrdurchgang zu den mehreren PCM-Elementen strömen kann, um darin gespeichert zu werden. Abhängig vom Typ oder den Typen der in einer heißen PCM-Batterie 314 enthaltenen PCM sowie abhängig von anderen Faktoren, kann die heiße PCM-Batterie 314 einen Prozentsatz der darin während des Motorbetriebs gespeicherten Wärmeenergie über eine Dauer nach dem Abschalten des Motors behalten. Bei einem Beispiel können 80 % der in der heißen PCM-Batterie 314 während des Motorbetriebs gespeicherten Wärmeenergie während mindestens 16 Stunden nach dem Abschalten des Motors gespeichert bleiben. Dabei kann die heiße PCM-Batterie 314 heißes HTF den Adsorbern 302 und 304 zuführen, selbst wenn der Motor abgeschaltet ist. Beispielsweise kann die heiße PCM-Batterie 314 eine Energie von 1,0 bis 1,5 kWh speichern, wodurch eine sofortige Zufuhr von Wärmeenergie zu beiden Adsorbern nach dem Abschalten des Motors ermöglicht werden kann, um einen Stoßkühlungsmodus beim nächsten Motorstart zu ermöglichen. Die Wärmeenergie-Speicherkapazität der heißen PCM-Batterie kann von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, einschließlich der Größe des Motors, des Fahrzeugs und verschiedener Parameter des Klimaregelungssystems (beispielsweise der Größe des Fahrgastraums, der elektrischen Batterie im Fall eines Fahrzeugs vom HEV-Typ usw.). Es sei bemerkt, dass die in der heißen PCM-Batterie 314 gespeicherte Wärmeenergie ohne ein Anlassen des Motors abgegeben werden kann, beispielsweise durch Fernsteuerung durch einen Benutzer, während der Motor abgeschaltet ist. Beispielsweise kann ein Benutzer das Klimaregelungssystem vor dem Anlassen des Motors aus der Ferne aktivieren, beispielsweise über einen in 1 dargestellten elektronischen FS 122, wodurch die Steuereinrichtung veranlasst werden kann, das Klimaregelungssystem 100 zu steuern, um heißes HTF abzugeben, das in einer heißen PCM-Batterie gespeichert ist, um es im nachstehend beschriebenen Stoßkühlungsmodus zu verwenden.
  • Die heiße PCM-Batterie 314 kann parallel zu einer Leitung 318 angeordnet sein, die ein Umgehungsventil 320 aufweist. HTF kann in der Leitung 318 strömen, wodurch die heiße PCM-Batterie 314, abhängig von der Position des Umgehungsventils 320, umgangen wird. Wenn sich das Umgehungsventil 320 beispielsweise in einer ganz geschlossenen Position befindet, kann das gesamte den Wärmekollektor 312 verlassende HTF zur heißen PCM-Batterie 314 strömen, wo es eine Speicherung von Wärme im PCM bewirken kann. Wenn sich das Umgehungsventil 320 alternativ in einer ganz geöffneten Position befindet, kann das gesamte den Wärmekollektor 312 verlassende HTF die heiße PCM-Batterie 314 umgehen und durch die Leitung 318 strömen. Die Pumpe 310 kann stromabwärts der heißen PCM-Batterie 314 und des Umgehungsventils 320 angeordnet sein, und die Steuereinrichtung kann die Pumpe 310 steuern, um eine HTF-Strömung vom Wärmekollektor 312, abhängig von der Position des Umgehungsventils 320, durch die heiße PCM-Batterie 314 und/oder die Leitung 318 zu induzieren.
  • Abhängig von der Position eines stromabwärts der Pumpe 310 im heißen HTF-Kreis angeordneten Ventils 382 und der Position eines im heißen HTF-Kreis stromaufwärts des Abgaswärmekollektors 312 angeordneten Ventils 344 können entweder ein Heizungskern 328 oder die Adsorber 302 und 304 im heißen HTF-Kreis 306 enthalten sein. Während des Betriebs im Sommermodus können die Ventile 382 und 344 so gesteuert werden, dass die Adsorber 302 und 304 im heißen HTF-Kreis 306 enthalten sind und der Heizungskern 328 nicht im heißen HTF-Kreis 306 enthalten ist. Die Adsorber 302 und 304 können mit dem heißen HTF-Kreis 306 und dem kalten HTF-Kreis 308 zusammenarbeiten, um den Fahrgastraum zu kühlen. Der kalte HTF-Kreis 308 kann eine Adsorption durch Kühlen des HTF ermöglichen, das durch eine Pumpe 322 zwischen dem gegenwärtig adsorbierenden Adsorber und einem HTF-Kühler 326 umgewälzt wird. Der HTF-Kühler 326 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung sein, welche die HTF-Temperatur innerhalb eines gewünschten Bereichs (beispielsweise 30 bis 40 °C) halten kann. Beispielsweise kann der HTF-Kühler 326 ein Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. Ein Gebläse 374 kann Umgebungsluft durch den HTF-Kühler 326 lenken, um eine Wärmeübertragung zwischen dem dadurch strömenden HTF und der Umgebungsluft zu bewirken und dadurch das HTF zu kühlen. Wie in 3 dargestellt ist, ist die Pumpe 322 stromabwärts des HTF-Kühlers 326 angeordnet. Der kalte HTF-Kreis 308 kann in einer Fluidkommunikation mit den Adsorbern 302 und 304 stromabwärts der Pumpe 322 stehen, wie nachstehend beschrieben wird.
  • Ferner können der heiße HTF-Kreis 306 und der kalte HTF-Kreis 308 während des Betriebs im Sommermodus, abhängig von den Positionen verschiedener Ventile, selektiv mit den Adsorbern 302 und 304 kommunizieren. Wenn das Ventil 382 so gesteuert wird, dass die Adsorber mit dem heißen HTF-Kreis gekoppelt werden, kann die Position eines stromabwärts der Pumpe 310 und des Ventils 382 angeordneten Ventils 330 zur Zufuhr heißen HTFs bestimmen, ob der heiße HTF-Kreis mit einem, beiden oder keinem von dem ersten und dem zweiten Adsorber 302 und 304 kommuniziert. Ähnlich kann die Position eines stromabwärts der Pumpe 322 im kalten HTF-Kreis angeordneten Ventils 340 zur Zufuhr kalten HTFs bestimmen, ob der kalte HTF-Kreis mit einem, beiden oder keinem von dem ersten und dem zweiten Adsorber 302 und 304 kommuniziert. Der erste Adsorber 302 weist ein erstes HTF-Einlassventil 332 auf, und der zweite Adsorber 304 weist ein zweites HTF-Einlassventil 334 auf. Das Ventil 332 kommuniziert mit dem heißen HTF-Kreis, dem kalten HTF-Kreis und dem ersten Adsorber, während das Ventil 334 mit dem heißen HTF-Kreis, dem kalten HTF-Kreis und dem zweiten Adsorber kommuniziert. Die Ventile 332 und 334 können die gleiche Funktion wie das Ventil 208 aus den 2A und 2B ausführen, beispielsweise abhängig davon, ob sich der erste Adsorber gegenwärtig in einem Adsorbiermodus oder in einem Desorbiermodus befindet, und das erste HTF-Einlassventil kann gesteuert werden, um eine Kommunikation entweder zwischen dem heißen HTF-Kreis oder dem kalten HTF-Kreis und dem ersten Adsorber zu ermöglichen. Auf der Grundlage der Position des Ventils 332 kann HTF vom heißen HTF-Kreis, HTF vom kalten HTF-Kreis oder kein HTF in den ersten Adsorber eintreten. Ebenso kann auf der Grundlage der Position des Ventils 334 HTF vom heißen HTF-Kreis, HTF vom kalten HTF-Kreis oder kein HTF in den zweiten Adsorber eintreten.
  • Während der Motor läuft (beispielsweise nachdem der Motor aufgewärmt wurde, nachdem er angelassen wurde und bevor der Motor abgeschaltet wurde), können die Ventile 330, 332, 334 und 340 zusammenarbeiten, um HTF vom heißen und/oder kalten HTF-Kreis während eines gegebenen Betriebsmodus jedes Adsorbers zum geeigneten Adsorber bzw. zu den geeigneten Adsorbern zu leiten. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung, während der erste Adsorber adsorbiert und der zweite Adsorber desorbiert, die Position des Ventils 330 steuern, um einen heißen HTF-Strom zum zweiten Adsorber, jedoch nicht zum ersten Adsorber, zu leiten, während sie die Position des Ventils 340 steuert, um den kalten HTF-Strom zum ersten Adsorber, jedoch nicht zum zweiten Adsorber, zu leiten. Die Steuereinrichtung kann ferner die Position der Ventile 332 und 334 so steuern, dass HTF vom heißen HTF-Kreis in den zweiten Adsorber eintreten kann und HTF vom kalten HTF-Kreis in den ersten Adsorber eintreten kann. Dann schalten der erste und der zweite Adsorber nach einer Dauer, die hier als Halbzyklus der mit thermischer Adsorption arbeitenden Klimaanlage bezeichnet wird, so dass der zweite Adsorber adsorbiert und der erste Adsorber desorbiert. Um das Schalten zu bewirken, kann die Steuereinrichtung die Position des Ventils 330 steuern, um einen heißen HTF-Strom zum ersten Adsorber, jedoch nicht zum zweiten Adsorber, zu leiten, während sie die Position des Ventils 340 steuert, um kalten HTF-Strom zum zweiten Adsorber, jedoch nicht zum ersten Adsorber, zu leiten. Die Steuereinrichtung kann ferner die Position der Ventile 332 und 334 so steuern, dass HTF vom kalten HTF-Kreis in den zweiten Adsorber eintreten kann und HTF vom heißen HTF-Kreis in den ersten Adsorber eintreten kann. Nachdem ein anderer Halbzyklus verstrichen ist, können der erste und der zweite Adsorber wieder geschaltet werden, so dass der zweite Adsorber desorbiert und der erste Adsorber adsorbiert. Der erste und der zweite Adsorber können auf diese Weise während des gesamten Betriebs des Klimaregelungssystems zwischen dem Adsorbiermodus und dem Desorbiermodus schalten, während der Motor läuft.
  • Dagegen kann die Steuereinrichtung beim Abschalten des Motors und vor oder beim Anlassen des Motors die Positionen der Ventile 330, 332, 334 und 340 bei der Vorbereitung des Stoßkühlungsmodus anders steuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung beim Abschalten des Motors während Warmwetterbedingungen die Ventile so steuern, dass an beiden Adsorbern eine Desorption auftritt. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung das Ventil 330 steuern, um einen heißen HTF-Strom zu beiden Adsorbern zu leiten, und ferner die Positionen der Ventile 332 und 334 steuern, um sowohl den ersten als auch den zweiten Adsorber in Kommunikation mit dem heißen HTF-Kreis zu versetzen. Wie vorstehend mit Bezug auf die 2A und 2B beschrieben wurde, kann nach diesem Betrieb jedes Adsorberbehältnis vom zugeordneten Kühlmittelkreis isoliert werden, um zu verhindern, dass Kühlmitteldampf wieder in die Adsorber eintritt, während der Motor ausgeschaltet ist (beispielsweise während das Fahrzeug geparkt ist). Dann kann die Steuereinrichtung beim nächsten Anlassen des Motors (oder vor dem nächsten Anlassen des Motors) den Kühlmittelkreis wieder mit jedem Adsorberbehältnis koppeln und dann die Ventile so steuern, dass an beiden Adsorbern Adsorption auftritt. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung das Ventil 340 steuern, um einen kalten HTF-Strom zu beiden Adsorbern zu leiten, und ferner die Positionen der Ventile 332 und 334 steuern, um sowohl den ersten als auch den zweiten Adsorber in Kommunikation mit dem kalten HTF-Kreis zu versetzen.
  • Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, wird auf der Grundlage des aktuellen Modus jedes Adsorbers ein stromabwärts einer Pumpe liegendes Ventil gesteuert, um HTF aus dem Lamellenrohr bzw. den Lamellenrohren dieses Adsorbers entweder zum heißen HTF-Kreis oder zum kalten HTF-Kreis zu leiten. Wie in 3 dargestellt ist, ist ein erstes HTF-Auslassventil 348 stromabwärts einer ersten HTF-Auslasspumpe 352 an einem HTF-Auslass des ersten Adsorbers 302 angeordnet und ist ein zweites HTF-Auslassventil 350 stromabwärts einer zweiten HTF-Auslasspumpe 354 an einem HTF-Auslass des zweiten Adsorbers 304 angeordnet. Ebenso wie die in den 2A und 2B dargestellte Pumpe 226 können die Pumpen 352 und 354 HTF aus Lamellenrohren des ersten bzw. des zweiten Adsorbers, abhängig von den Positionen der Ventile 348 und 350 sowie den Positionen eines Rückführventils 344 für heißes HTF und eines Rückführventils 346 für kaltes HTF, zum heißen HTF-Kreis oder zum kalten HTF-Kreis pumpen.
  • Wenn sich der erste Adsorber beispielsweise im Adsorbiermodus befindet und sich der zweite Adsorber beispielsweise im Desorbiermodus befindet, kann die Steuereinrichtung die Positionen der Ventile 344, 346, 348 und 350 so steuern, dass den ersten Adsorber verlassendes HTF zum kalten HTF-Kreis zurückkehrt und den zweiten Adsorber verlassendes HTF zum heißen HTF-Kreis zurückkehrt. Ähnlich kann die Steuereinrichtung, wenn sich der erste Adsorber im Desorbiermodus befindet und sich der zweite Adsorber im Adsorbiermodus befindet, die Positionen der Ventile 344, 346, 348 und 350 so steuern, dass den ersten Adsorber verlassendes HTF zum heißen HTF-Kreis zurückkehrt und den zweiten Adsorber verlassendes HTF zum kalten HTF-Kreis zurückkehrt. Es sei bemerkt, dass, wenn heißes HTF durch beide Adsorber strömt, beispielsweise nach dem Abschalten des Motors während des hier beschriebenen Stoßkühlungsmodus, das Ventil 344 so gesteuert werden kann, dass heißes HTF von beiden Adsorbern zum heißen HTF-Kreis (beispielsweise stromaufwärts des Wärmekollektors 312, wie in 3 dargestellt ist) zurück geleitet wird. Ähnlich sei bemerkt, dass das Ventil 346, wenn kaltes HTF durch beide Adsorber strömt, beispielsweise beim oder vor dem Anlassen des Motors während des Stoßkühlungsmodus, so gesteuert werden kann, dass kaltes HTF von beiden Adsorbern zum kalten HTF-Kreis zurück geleitet wird (beispielsweise stromaufwärts des HTF-Kühlers 326, wie in 3 dargestellt ist).
  • Wie in 3 dargestellt ist, weist das Klimaregelungssystem 300 ferner einen Kühlmittelkreis 356 auf. Der Kühlmittelkreis 356 arbeitet in Zusammenhang mit dem Kühlen oder Heizen der Adsorptionsmittel innerhalb der Adsorber 302 und 304 über den kalten und den heißen HTF-Kreis, um dem Fahrgastraum gekühlte Luft bereitzustellen. Der Kühlmittelkreis 356 weist einen ersten und einen zweiten Adsorber 302 und 304 zusammen mit einem Verdampfer 358, einer kalten PCM-Batterie 360, einem Wärmeausdehnungsventil 362 und einem Kondensator 364 auf.
  • Die kalte PCM-Batterie 360 kann Wärmeenergie in einem oder mehreren PCM-Typen speichern, um eine Speicherung von Wärmeenergie im Bereich von 3 bis 10 °C zu ermöglichen. Das PCM kann Wärmeenergie absorbieren, wenn es seinen Zustand von fest zu flüssig wechselt, und Wärmeenergie abgeben, wenn es seinen Zustand von flüssig zu fest wechselt. Die kalte PCM-Batterie 360 kann isoliert sein, um die Dissipation darin gespeicherter Wärmeenergie zu verringern. Beispielsweise kann die kalte PCM-Batterie 360 ein Doppelgefäßbehälter vom Thermoskannentyp, der das PCM-Material einschließt, sein. Das PCM-Material kann in einen Hochvakuumraum (beispielsweise mit einem Absolutdruck von 1 Mikrobar oder weniger) zwischen dem äußeren und dem inneren Gefäß der kalten PCM-Batterie eingeschlossen sein. Das im Kühlmittelkreis 356 strömende Kühlmittel kann in einen Einlass der kalten PCM-Batterie 360 eintreten und aus einem Auslass der kalten PCM-Batterie 360 austreten. Bei einem Beispiel kann das PCM innerhalb der kalten PCM-Batterie 360 in einem oder mehreren zwischen Rückhalteplatten gehaltenen PCM-Stapeln angeordnet sein, wobei jeder Stapel mehrere PCM-Elemente aufweist, die radial um einen zentralen Zufuhrdurchgang angeordnet sind. Das in den Einlass der kalten PCM-Batterie eintretende Kühlmittel kann durch den zentralen Zufuhrdurchgang strömen, wo es radial vom zentralen Zufuhrdurchgang zu den mehreren PCM-Elementen strömen kann, um darin gespeichert zu werden. Abhängig vom Typ oder den Typen der in einer kalten PCM-Batterie 360 enthaltenen PCM sowie abhängig von anderen Faktoren, kann die kalte PCM-Batterie 360 einen Prozentsatz der darin während des Motorbetriebs gespeicherten Wärmeenergie über eine Dauer nach dem Abschalten des Motors behalten. Bei einem Beispiel können 80 % der in der kalten PCM-Batterie 360 während des Motorbetriebs gespeicherten Wärmeenergie während mindestens 16 Stunden nach dem Abschalten des Motors gespeichert bleiben. Dabei kann die kalte PCM-Batterie 360 dem Verdampfer 358 selbst während der Motor abgeschaltet ist, kaltes Kühlmittel zuführen. Beispielsweise kann die kalte PCM-Batterie 360 eine Energie von 1,0 bis 1,5 kWh speichern, was eine sofortige Zufuhr von Wärmeenergie zum Verdampfer 358 ermöglichen kann, um beim nächsten Anlassen des Motors einen Stoßkühlungsmodus zu ermöglichen. Die Wärmeenergie-Speicherkapazität der kalten PCM-Batterie kann von einer Vielzahl von Faktoren, einschließlich der Größe des Motors, des Fahrzeugs und verschiedener Parameter des Klimaregelungssystems (beispielsweise der Größe des Fahrgastraums, der elektrischen Batterie im Fall eines Fahrzeugs vom HEV-Typ usw.), abhängen.
  • Die Wärmeenergie-Speicherkapazität der kalten PCM-Batterie kann es ermöglichen, dass sie Stoßkühlungsanforderungen genügt, um trotz der geringen Größe der kalten PCM-Batterie, beispielsweise in Bezug auf einen Vorratsbehälter unter Druck stehenden NH3, den Komfort von Fahrgästen beim Anlassen des Motors zu gewährleisten. Ferner ermöglicht die erhöhte Wärmeenergiekapazität der kalten PCM-Batterie, beispielsweise in Bezug auf einen Vorratsbehälter unter Druck stehenden NH3, das Verkleinern der für das Kühlen des Fahrgastraums verwendeten Adsorber, wodurch die Wirksamkeit des Klimaregelungssystems verbessert wird und es besser in einem Raum unterbringbar wird.
  • Es sei bemerkt, dass die in der kalten PCM-Batterie 360 gespeicherte Wärmeenergie abgegeben werden kann, ohne den Motor anzulassen, beispielsweise durch Fernsteuerung durch einen Benutzer, während der Motor abgeschaltet ist. Beispielsweise kann ein Benutzer das Klimaregelungssystem vor dem Anlassen des Motors, beispielsweise über den in 1 dargestellten elektronischen FS 122, der die Steuereinrichtung veranlassen kann, das Klimaregelungssystem 100 zu steuern, um in der kalten PCM-Batterie 360 gespeichertes kaltes Kühlmittel zur Verwendung in einem Stoßkühlungsmodus abzugeben, fern aktivieren.
  • Die kalte PCM-Batterie 360 kann parallel mit einer Leitung 372 angeordnet sein, welche ein Umgehungsventil 370 aufweist. Kühlmittel kann in der Leitung 372 strömen, wobei die kalte PCM-Batterie 360, abhängig von der Position des Umgehungsventils 370, umgangen wird. Wenn sich das Umgehungsventil 370 beispielsweise in einer ganz geschlossenen Position befindet, kann das gesamte das Wärmeausdehnungsventil 362 verlassende Kühlmittel zur kalten PCM-Batterie 360 strömen, wo es eine Speicherung von Wärmeenergie im PCM bewirken kann. Wenn sich das Umgehungsventil 370 alternativ in einer ganz geöffneten Position befindet, kann das gesamte das Wärmeausdehnungsventil 362 verlassende Kühlmittel die kalte PCM-Batterie 360 umgehen und durch die Leitung 372 strömen.
  • Der Verdampfer 358 und der Kondensator 364 können, abhängig von den Positionen verschiedener Ventile, selektiv mit den Adsorbern 302 und 304 kommunizieren. Die Position eines Ventils 378 für adsorbiertes Kühlmittel kann bestimmen, ob Kühlmittel vom Verdampfer 358 am Adsorptionsmittel bzw. an den Adsorptionsmitteln eines, beider oder keiner von dem ersten und dem zweiten Adsorber 302 und 304 adsorbiert werden kann. Ähnlich kann die Position eines Ventils 380 für desorbiertes Kühlmittel bestimmen, ob vom Adsorptionsmittel eines, beider oder keiner von dem ersten und dem zweiten Adsorber 302 und 304 desorbiertes Kühlmittel am Kondensator 364 kondensieren kann. Während eines gegebenen Betriebsmodus jedes Adsorbers können die Ventile 378 und 380 zusammenarbeiten, um Kühlmittel vom Verdampfer 358 zum geeigneten Adsorber bzw. zu den geeigneten Adsorbern zu leiten und Kühlmittel vom geeigneten Adsorber bzw. von den geeigneten Adsorbern zum Kondensator 364 zu leiten, wie nachstehend beschrieben wird.
  • In Zusammenhang mit den anderen Komponenten und Kreisen bzw. Schaltungen des Klimaregelungssystems 300 kann der Kühlmittelkreis 356 in der folgenden Weise eine Kühlung eines Fahrgastraums bereitstellen.
  • Während eines ersten Halbzyklus des Betriebs der Adsorber 302 und 304 befindet sich der erste Adsorber 302 in einem Adsorbiermodus und der zweite Adsorber 304 in einem Desorbiermodus. Dabei kommuniziert der erste Adsorber 302 mit dem kalten HTF-Kreis, während der zweite Adsorber 304 mit dem heißen HTF-Kreis kommuniziert. Weil er im Desorbiermodus arbeitet, desorbiert der zweite Adsorber 304 das Kühlmittel. Die Steuereinrichtung steuert das Ventil 380, um das Behältnis des zweiten Adsorbers allein mit dem Kondensator zu verbinden. Das vom zweiten Adsorber 304 desorbierte Kühlmittel kondensiert am Kondensator 364 und gibt Wärme an die Umgebungsluft ab, die von einem Lüfter 368, der mit dem Kondensator verbunden ist, durch den Kondensator geleitet wird. Durch Abgeben von Wärme an die Umgebungsluft wird das heiße flüssige Kühlmittel am Kondensator gekühlt. Das flüssige Kühlmittel tritt dann durch das Wärmeausdehnungsventil 362 hindurch, welches den Strom des flüssigen Kühlmittels dosiert und dadurch eine weitere Kühlung des flüssigen Kühlmittels bereitstellt (beispielsweise durch Verringern des Drucks des flüssigen Kühlmittels). Das durch das Wärmeausdehnungsventil dosierte flüssige Kühlmittel strömt dann in die kalte PCM-Batterie 360 (wobei beispielsweise Wärmeenergie im PCM in der Batterie gespeichert wird) und/oder umgeht die kalte PCM-Batterie 360 durch die Leitung 372, wobei dies vom Öffnungszustand des Umgehungsventils 370 abhängt. Dabei erzeugt die Adsorption am ersten Adsorber (der im Adsorbiermodus arbeitet) einen Sog. Die Steuereinrichtung steuert das Ventil 378, um das Behältnis des ersten Adsorbers allein mit dem Verdampfer 358 zu verbinden, und der Sog am ersten Adsorber induziert einen Strom des flüssigen Kühlmittels von der kalten PCM-Batterie 360 und/oder von der Leitung 372 in den Verdampfer 358, der stromabwärts der kalten PCM-Batterie 360 und der Leitung 372 angeordnet ist. Das flüssige Kühlmittel verdampft innerhalb des Verdampfers 358, bevor es in das Behältnis des ersten Adsorbers strömt, wo es am Adsorptionsmittel des ersten Adsorbers adsorbiert wird. Die Verdampfung des Kühlmittels kühlt mit einem Gebläse 366 durch den Verdampfer und in den Fahrgastraum gedrückte Außenluft, wodurch der Fahrgastraum gekühlt wird.
  • Dagegen befindet sich der erste Adsorber 302 während eines zweiten Halbzyklus des Betriebs der Adsorber 302 und 304 im Desorbiermodus und befindet sich der zweite Adsorber 304 im Adsorbiermodus. Dabei kommuniziert der zweite Adsorber 304 mit dem kalten HTF-Kreis, während der erste Adsorber 302 mit dem heißen HTF-Kreis kommuniziert. Weil er im Desorbiermodus arbeitet, desorbiert der erste Adsorber 302 Kühlmittel. Die Steuereinrichtung steuert das Ventil 380, um das Behältnis des ersten Adsorbers allein mit dem Kondensator zu verbinden. Das vom ersten Adsorber 302 desorbierte Kühlmittel kondensiert am Kondensator 364 und gibt Wärme an die Umgebungsluft ab, die von einem Lüfter 368, der mit dem Kondensator verbunden ist, durch den Kondensator geleitet wird. Durch Abgeben von Wärme an die Umgebungsluft wird das heiße flüssige Kühlmittel am Kondensator gekühlt. Das flüssige Kühlmittel tritt dann durch das Wärmeausdehnungsventil 362 hindurch, welches den Strom des flüssigen Kühlmittels dosiert und dadurch eine weitere Kühlung des flüssigen Kühlmittels bereitstellt (beispielsweise durch Verringern des Drucks des flüssigen Kühlmittels). Das durch das Wärmeausdehnungsventil dosierte flüssige Kühlmittel strömt dann in die kalte PCM-Batterie 360 (wodurch demgemäß Wärmeenergie im PCM in der Batterie gespeichert wird) und/oder umgeht die kalte PCM-Batterie 360 durch die Leitung 372, wobei dies vom Öffnungszustand des Umgehungsventils 370 abhängt. Dabei erzeugt die Adsorption am zweiten Adsorber (der im Adsorbiermodus arbeitet) einen Sog. Die Steuereinrichtung steuert das Ventil 378, um das Behältnis des zweiten Adsorbers allein mit dem Verdampfer 358 zu verbinden, und der Sog am zweiten Adsorber induziert einen Strom des flüssigen Kühlmittels von der kalten PCM-Batterie 360 und/oder von der Leitung 372 in den Verdampfer 358, der stromabwärts der kalten PCM-Batterie 360 und der Leitung 372 angeordnet ist. Das flüssige Kühlmittel verdampft innerhalb des Verdampfers 358, bevor es in das Behältnis des zweiten Adsorbers strömt, wo es am Adsorptionsmittel des zweiten Adsorbers adsorbiert wird. Die Verdampfung des Kühlmittels kühlt mit einem Gebläse 366 durch den Verdampfer und in den Fahrgastraum gedrückte Außenluft, wodurch der Fahrgastraum gekühlt wird. Demgemäß ist während des zweiten Halbzyklus die Weiterleitung des Kühlmittels in Bezug auf den ersten Halbzyklus umgekehrt.
  • In einem Beispiel dauert jeder Zyklus 20–40 Minuten, und jeder Halbzyklus dauert 10–20 Minuten. Nach dem zweiten Halbzyklus beginnt das Klimaregelungssystem einen anschließenden Betriebszyklus durch einen Betrieb entsprechend dem ersten Halbzyklus und wechselt dann weiter zwischen dem ersten und dem zweiten Halbzyklus, während der Motor eingeschaltet ist und das Klimaregelungssystem im Sommermodus arbeitet.
  • II. Betrieb im Wintermodus
  • Während des Betriebs im Wintermodus wird ein Heizungskern mit dem heißen HTF-Kreis gekoppelt, um den Fahrgastraum zu heizen, während die Adsorber 302 und 304 und der Kühlmittelkreis 356 nicht für die Heizung des Fahrgastraums verwendet werden. Die Steuereinrichtung steuert die Ventile 382 und 344, so dass der Heizungskern 328 im heißen HTF-Kreis 306 enthalten ist und die Adsorber 302 und 304 nicht im heißen HTF-Kreis 306 enthalten sind. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung das Ventil 382 steuern, um das ganze die Pumpe 310 verlassende HTF zum Heizungskern 328 zu leiten, und die Steuereinrichtung kann das Ventil 344 steuern, um nur den Heizungskern 328 verlassendes HTF zum Abgaswärmekollektor 312 zu leiten. Ferner kann ein Gebläse 376 Luft (beispielsweise Außenluft oder Luft aus dem Fahrgastraum) zum Heizen durch den Heizungskern 328 leiten und dann zum Fahrgastraum leiten, um diesen zu heizen.
  • Während der Motor läuft (beispielsweise nachdem der Motor aufgewärmt ist, nachdem er angelassen wurde und bevor der Motor abgeschaltet wurde), kann Motorabgaswärme das HTF im heißen HTF-Kreis 306 ausreichend heizen, und das Umgehungsventil 320 kann demgemäß geöffnet werden, so dass das HTF die heiße PCM-Batterie 314 umgeht. Bei einem Beispiel kann das Umgehungsventil 320 vollständig geöffnet werden, sobald die heiße PCM-Batterie 314 eine volle Ladung an Wärmeenergie erreicht hat. Bei einem anderen Beispiel kann das Umgehungsventil 320 während des gesamten Motorbetriebs teilweise geöffnet sein, so dass einiges HTF die heiße PCM-Batterie umgeht, während einiges HTF die heiße PCM-Batterie lädt.
  • Dagegen kann während eines vor dem Anlassen des Motors oder beim Anlassen des Motors eingeleiteten Stoßheizungsmodus Wärme durch die heiße PCM-Batterie statt der Motorabgaswärme oder zusätzlich dazu bereitgestellt werden.
  • Der Stoßheizungsmodus kann vor dem Anlassen des Motors oder beim Anlassen des Motors aktiviert werden. Beispielsweise kann ein Benutzer das Klimaregelungssystem vor dem Anlassen des Motors fern aktivieren, beispielsweise über den in 1 dargestellten elektronischen FS 122, wodurch die Steuereinrichtung veranlasst werden kann, das Klimaregelungssystem 100 so zu steuern, dass es in der heißen PCM-Batterie 314 gespeichertes heißes HTF zur unmittelbaren Abgabe von Wärmeenergie an den Heizungskern abgibt. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die heiße PCM-Batterie 314 eine Energie von 1,0 bis 1,5 kWh speichern, wodurch die Zufuhr von Wärme zum Heizungskern vor dem Anlassen oder beim Anlassen des Motors ermöglicht werden kann (beispielsweise wenn Abgaswärme für das Heizen des HTFs im heißen HTF-Kreis nicht verfügbar sein kann). Der Stoßheizungsmodus wird nachstehend mit Bezug auf 9 detailliert dargelegt.
  • 4 zeigt ein als Beispiel dienendes Verfahren 400 zum Betrieb eines Klimaregelungssystems (beispielsweise des in 1 dargestellten Klimaregelungssystems 100) im hier beschriebenen Sommermodus. Beispielsweise kann das Klimaregelungssystem entsprechend dem Verfahren 400 betrieben werden, wenn die gegenwärtig gemessene Umgebungstemperatur größer als ein erster Schwellenwert ist oder wenn die auf der Grundlage einer Aufzeichnung gemessener Umgebungstemperaturwerte bestimmte mittlere Temperatur größer als der erste Schwellenwert ist. Alternativ kann der Betrieb im Sommermodus vom Benutzer vor dem Anlassen des Motors oder beim Anlassen des Motors gewählt werden, beispielsweise durch den elektronischen FS 122 aus 1. Beispielsweise kann der Benutzer einen gewünschten Modus aus dem Sommer- und dem Wintermodus, dem Klimaanlagenmodus und dem Heizmodus auswählen (wobei der Klimaanlagenmodus dem Sommermodus entsprechen kann und der Heizmodus dem Wintermodus entsprechen kann), oder der Benutzer kann eine gewünschte Temperatur auswählen (welche das Klimaregelungssystem, abhängig von ihrem Wert, in einen Betrieb im Sommermodus oder einen Betrieb im Wintermodus übersetzen kann). Bei einem anderen Beispiel kann der Benutzter das Klimaregelungssystem aktivieren, ohne einen gewünschten Modus oder eine gewünschte Temperatur anzugeben, beispielsweise über einen elektronischen FS, und das Steuersystem kann einen geeigneten Betriebsmodus auf der Grundlage von Umgebungsbedingungen bestimmen.
  • Bei 402 umfasst das Verfahren 400 das Bestimmen, ob sich der Motor nach seinem Anlassen aufgewärmt hat. Die Bestimmung kann darauf beruhen, ob seit dem Anlassen des Motors eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, auf gemessenen Temperaturen (beispielsweise der Auspuffrohrtemperatur, der Motorkühlmitteltemperatur usw.), einer Anzahl seit dem Anlassen des Motors ausgeführter Verbrennungszyklen usw. beruhen.
  • Falls die Antwort bei 402 NEIN ist, hat sich der Motor nach seinem Anlassen noch nicht aufgewärmt, und das Verfahren 400 endet. Der Betrieb des Klimaregelungssystems vor dem Aufwärmen des Motors (beispielsweise beim Anlassen des Motors oder vor dem Anlassen des Motors und nach dem Abschalten des Motors) wird hier mit Bezug auf das Verfahren aus den 5A und 5B für den Betrieb im Sommermodus beschrieben.
  • Falls die Antwort bei 402 JA ist, wird das Verfahren 400 andernfalls bei 404 fortgesetzt. Bei 404 umfasst das Verfahren 400 das Steuern des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie und des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie auf der Grundlage von Betriebsbedingungen. Routinen zum Steuern dieser Ventile sind in den 6 und 7 bereitgestellt. Beispielsweise können die Umgehungsventile für jede PCM-Batterie auf der Grundlage eines Ladezustands des Batterie, ob eine erforderliche Kühlung des Fahrgastraums durch die Adsorber allein bereitgestellt werden kann, ob eine erforderliche Heizung des HTFs im heißen HTF-Kreis durch einen Wärmeaustausch mit dem Motorabgas allein bereitgestellt werden kann, usw. gesteuert werden.
  • Nach 404 wird das Verfahren 400 bei 406 fortgesetzt. Bei 406 umfasst das Verfahren 400 das Koppeln des Lamellenrohrs bzw. der Lamellenrohre des adsorbierenden Adsorbers mit dem kalten HTF-Kreis und das Koppeln des Lamellenrohrs bzw. der Lamellenrohre des desorbierenden Adsorbers mit dem heißen HTF-Kreis. Die Lamellen des Lamellenrohrs bzw. der Lamellenrohre können sich in das Adsorptionsmittel erstrecken und die Wärmeübertragung zwischen dem im Lamellenrohr bzw. den Lamellenrohren strömenden HTF und dem Adsorptionsmittel unterstützen. Demgemäß wird durch die Kopplung des Lamellenrohrs bzw. der Lamellenrohre des adsorbierenden Adsorbers mit dem kalten HTF-Kreis das Adsorptionsmittel dieses Adsorbers wirksam gekühlt, während durch die Kopplung des Lamellenrohrs bzw. der Lamellenrohre des desorbierenden Adsorbers mit dem heißen HTF-Kreis das Adsorptionsmittel dieses Adsorbers wirksam erwärmt wird. Es sei bemerkt, dass die Begriffe "adsorbierender Adsorber" und "desorbierender Adsorber" verwendet werden, um zwischen dem Adsorber, der im Adsorbiermodus arbeitet (mit dem kalten HTF-Kreis gekoppelt ist), und dem Adsorber, der im Desorbiermodus arbeitet (mit dem heißen HTF-Kreis gekoppelt ist), während eines aktuellen Halbzyklus des Betriebs des Klimaregelungssystems zu unterscheiden.
  • Nach 406 wird das Verfahren 400 bei 408 fortgesetzt. Bei 408 umfasst das Verfahren 400 das Koppeln des Behältnisses des desorbierenden Adsorbers mit dem Kondensator und das Leiten von Umgebungsluft durch den Kondensator und zurück an die Umgebung über einen Lüfter. Ferner umfasst das Verfahren 400 bei 408 das Koppeln des Behältnisses des adsorbierenden Adsorbers mit dem Verdampfer und das Leiten von Umgebungsluft durch den Verdampfer und in den Fahrgastraum über ein Gebläse. Wie vorstehend für 3 beschrieben wurde, erzeugt das Kühlen des Adsorptionsmittels des adsorbierenden Adsorbers einen Sog, und der Sog pumpt verdampftes Kühlmittel vom Verdampfer in das Behältnis des adsorbierenden Adsorbers, wo es am Adsorptionsmittel adsorbiert wird. Ferner bewirkt das Erwärmen des Adsorptionsmittels des desorbierenden Adsorbers eine Desorption des Kühlmittels vom Adsorptionsmittel, und das desorbierte Kühlmittel strömt in den Kondensator, wo es kondensiert. Die Kühlwirkung infolge der Verdampfung des Kühlmittels am Verdampfer wird genutzt, um dem Fahrgastraum über das Gebläse gekühlte Luft bereitzustellen, während die Heizwirkung infolge der Kondensation des Kühlmittels am Kondensator genutzt wird, um Wärme an die Umgebung abzugeben, wodurch das Kühlmittel im Kühlmittelkreis gekühlt wird.
  • Nach 408 wird das Verfahren 400 bei 410 fortgesetzt. Bei 410 umfasst das Verfahren 400 das Bestimmen, ob das Abschalten des Motors eingeleitet worden ist. Die Bestimmung kann bei einem Beispiel auf der Grundlage gemessener Parameterwerte in der Art des Zündzustands vorgenommen werden. Falls die Antwort bei 410 JA ist, wird das Verfahren 400 bei 416 fortgesetzt. Bei 416 wird das Verfahren 500 (in 5A dargestellt und nachstehend beschrieben), beginnend mit Schritt 504, ausgeführt. Nach 416 endet das Verfahren 400.
  • Falls die Antwort bei 410 NEIN ist, wodurch angegeben wird, dass das Abschalten des Motors nicht eingeleitet worden ist, wird das Verfahren 400 andernfalls bei 412 fortgesetzt. Bei 412 umfasst das Verfahren 400 das Bestimmen, ob ein Halbzyklus des Betriebs des Klimaregelungssystems abgeschlossen wurde. Beispielsweise kann die Bestimmung auf der Grundlage davon erfolgen, ob seit dem Anfang des Zyklus eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist. Alternativ kann die Bestimmung auf der Grundlage gemessener Werte von Parametern in Zusammenhang mit den Adsorbern in der Art des Volumens des vom adsorbierenden Adsorber adsorbierten Kühlmittels, des Volumens des am Kondensator kondensierten Kühlmittels usw. vorgenommen werden.
  • Falls die Antwort bei 410 NEIN ist, kehrt das Verfahren 400 zu 410 zurück, und die Adsorption und Desorption werden an den Adsorbern fortgesetzt, bis entweder das Abschalten des Motors eingeleitet wird oder bei 412 eine positive Bestimmung gemacht wird. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung prüfen, ob das Abschalten des Motors eingeleitet wurde und ob ein Halbzyklus des Klimaregelungssystems intermittierend abgeschlossen wurde, oder es kann eine Unterbrechung erzeugt werden, wenn das Abschalten des Motors eingeleitet wurde oder wenn ein Halbzyklus des Klimaregelungssystems abgeschlossen worden ist.
  • Falls die Antwort bei 412 JA ist, wird das Verfahren 400 andernfalls bei 414 fortgesetzt, um die Modi der Adsorber zu schalten. Das Schalten der Modi der Adsorber kann das Ändern der Positionen der Ventile, welche die HTF-Kreise mit den Adsorbern koppeln, beinhalten, weil der aktuelle Modus (d.h. der Adsorbiermodus oder der Desorbiermodus) eines Adsorbers darauf beruhen kann, ob heißes oder kaltes HTF durch das Lamellenrohr bzw. die Lamellenrohre des Adsorbers strömt. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung bei 412 Ventile in der Art der Ventile 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 und 350 aus 3 steuern, um den kalten HTF-Kreis vom Adsorber zu entkoppeln, der während des ersten Halbzyklus adsorbiert hat, und den heißen HTF-Kreis mit diesem Adsorber zu koppeln, so dass er in den Desorbiermodus wechselt. Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung die Ventile steuern, um den heißen HTF-Kreis vom Adsorber zu entkoppeln, der während des ersten Halbzyklus desorbiert hat, und den kalten HTF-Kreis mit diesem Adsorber zu koppeln, so dass er in den Adsorbiermodus wechselt. Demgemäß führt das Schalten von Modi dazu, dass der adsorbierende Adsorber des ersten Halbzyklus zum desorbierenden Adsorber des nächsten Halbzyklus wird und der desorbierende Adsorber des ersten Halbzyklus zum adsorbierenden Adsorber des nächsten Halbzyklus wird.
  • Nach 414 kehrt das Verfahren 400 zu 406 zurück. Das Klimaregelungssystem kann die Routine aus den Schritten 406 bis 412 während des Betriebs des Klimaregelungssystems im Sommermodus wiederholen, während der Motor arbeitet. Dagegen kann das Klimaregelungssystem beim Abschalten des Motors oder beim Anlassen oder vor dem Anlassen des Motors entsprechend dem in 5A dargestellten und nachstehend beschriebenen Verfahren betrieben werden.
  • 5A zeigt ein als Beispiel dienendes Verfahren 500 zum Betrieb eines Klimaregelungssystems (beispielsweise des in 1 dargestellten Klimaregelungssystems 100) im Sommermodus nach dem Abschalten des Motors, um das Bereitstellen einer Stoßkühlung für den Fahrgastraum bei einem nachfolgenden Anlassen des Motors oder vor diesem vorzubereiten. Wie in 4 dargestellt ist, kann das Verfahren 500 ausgeführt werden, nachdem das Abschalten des Motors während des Betriebs des Klimaregelungssystems im Sommermodus eingeleitet worden ist.
  • Bei 502 umfasst das Verfahren 500 das Bestimmen, ob das Abschalten des Motors geschehen ist. Die Bestimmung kann bei einem Beispiel auf der Grundlage gemessener Parameterwerte vorgenommen werden. Die Steuereinrichtung kann Schritt 502 intermittierend oder auf einer Unterbrechungsbasis während des gesamten Betriebs des Klimaregelungssystems im Sommermodus ausführen, während der Motor läuft (beispielsweise während des Betriebs des Verfahrens 400). Falls die Antwort bei 502 NEIN ist, endet das Verfahren 500.
  • Falls die Antwort bei 502 JA ist, wird das Verfahren 500 andernfalls bei 504 fortgesetzt. Bei 504 umfasst das Verfahren 500 das Schließen des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die heiße PCM-Batterie mit Wärmeenergie vom HTF geladen werden, das durch Wärmeaustausch mit Motorabgasen während des Motorbetriebs erwärmt wurde, und diese Wärmeenergie kann bei einigen Beispielen über 16 Stunden nach dem Abschalten des Motors gespeichert werden. Dementsprechend kann durch Schließen des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie beim Abschalten des Motors und vor dem Desorbieren beider Adsorber (siehe Schritt 506) gewährleistet werden, dass die heiße PCM-Batterie nicht umgangen wird und heißes HTF zum Desorbieren der Adsorber liefern kann.
  • Nach 504 wird das Verfahren 500 bei 506 fortgesetzt. Bei 506 umfasst das Verfahren 500 das Koppeln des heißen HTF-Kreises mit beiden Adsorbern, um beide Adsorber während eines Zeitraums im Desorbiermodus zu betreiben, und anschließend das Entkoppeln des heißen HTF-Kreises von beiden Adsorbern (d.h. nach der Zeitdauer). Beispielsweise kann die Steuereinrichtung die Ventile 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 und 350 aus 3 so steuern, dass der heiße HTF-Kreis in eine Fluidkopplung mit beiden Adsorbern versetzt wird und heißes HTF durch beide Adsorber gepumpt werden kann. Ferner kann die Steuereinrichtung das Ventil 380 aus 3 so steuern, dass sich der Kondensator in Fluidkommunikation mit den Behältnissen der Adsorber 302 und 304 befindet. Dadurch kann jegliches Kühlmittel, das an den Adsorbern während des Betriebs des Klimaregelungssystems im Sommermodus adsorbiert worden sein kann, desorbiert werden, so dass die Adsorptionsmittel beider Adsorber beim nächsten Anlassen des Motors oder vor dem nächsten Anlassen des Motors für einen Betrieb im Adsorbiermodus vorbereitet werden.
  • Nach 506 wird das Verfahren 500 bei 508 fortgesetzt. Bei 508 umfasst das Verfahren 500 das Entkoppeln beider Adsorber vom Kühlmittelkreis. Beispielsweise kann jeder Adsorber, wie in den 2A und 2B dargestellt ist, ein Adsorberbehältnis aufweisen, das ein Adsorptionsmittel und ein oder mehrere Lamellenrohre enthält. Die Position eines Ventils in der Art des Ventils 220 kann festlegen, ob der Kühlmittelkreis in einer Fluidkommunikation mit dem Adsorberbehältnis stehen kann. Dementsprechend kann das Entkoppeln des Kühlmittelkreises von beiden Adsorberbehältnissen das Schließen eines Ventils in der Art des Ventils 220 an jedem Adsorber einschließen, so dass keine Fluidkommunikation zwischen dem Adsorberbehältnis und dem Kühlmittelkreis auftreten kann. Das Entkoppeln des Kühlmittelkreises von den Adsorberbehältnissen, während der Motor abgeschaltet ist, kann vorteilhafterweise verhindern, dass Kühlmitteldampf wieder in die Adsorber eintritt, während das Fahrzeug geparkt ist. Nach 508 endet das Verfahren 500.
  • 5B zeigt ein als Beispiel dienendes Verfahren 520 zum Betrieb eines Klimaregelungssystems (beispielsweise des in 1 dargestellten Klimaregelungssystems 100) beim Anlassen des Motors oder vor dem Anlassen des Motors im Sommermodus. Falls das Verfahren 500 aus 5A insbesondere beim letzten Abschalten des Motors ausgeführt wurde, kann das Verfahren 520 beim Anlassen des Motors ausgeführt werden.
  • Bei 522 umfasst das Verfahren 520 das Bestimmen, ob der Motor angelassen worden ist oder ob ein Benutzer das Klimaregelungssystem vor dem Anlassen des Motors aktiviert hat. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung auf der Grundlage gemessener Parameterwerte, beispielsweise des Zündzustands, feststellen, ob der Motor angelassen wurde. Die Steuereinrichtung kann diese Bestimmung auf der Grundlage davon vornehmen, ob ein Sensor in der Art des FS-Sensors 120 aus 1 eine Eingabe von einer Fernsteuerung in der Art des elektronischen FSs 122 aus 1 empfangen hat. Falls die Antwort bei 522 NEIN ist, endet das Verfahren 520.
  • Falls die Antwort bei 522 JA ist, wird das Verfahren 520 andernfalls bei 524 fortgesetzt. Bei 524 umfasst das Verfahren 520 das Schließen des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie. Das Schließen des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie in Schritt 524 kann vorteilhaft das Kühlen beider Adsorber ermöglichen, um einen Stoßkühlungsmodus auszuführen. Während Heißwetterbedingungen kann der Fahrgastraum eines Fahrzeugs unangenehm heiß werden, beispielsweise wenn der Motor abgeschaltet ist und das Fahrzeug bei geschlossenen Fenstern geparkt ist. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, dem Fahrgastraum sofort Kaltluft zuzuführen, entweder bei der Aktivierung des Klimaregelungssystems vor dem Anlassen des Motors (beispielsweise durch Fernsteuerung) oder beim Anlassen des Motors. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die kalte PCM-Batterie während des Motorbetriebs mit Wärmeenergie vom gekühlten Kühlmittel geladen werden, und diese Wärmeenergie kann bei einigen Beispielen über 16 Stunden nach dem Abschalten des Motors gespeichert werden. Demgemäß kann durch Schließen des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie, wenn das Klimaregelungssystem aktiviert ist, gewährleistet werden, dass die kalte PCM-Batterie nicht umgangen wird und zu dieser Zeit dem Verdampfer gekühltes Kühlmittel zuführen kann, um eine sofortige Zufuhr von Kaltluft zum Fahrgastraum zu erreichen. Dabei sei bemerkt, dass das Ventil zur Umgehung der heißen PCM-Batterie geschlossen bleibt, nachdem es bei 504 des Verfahrens 500 geschlossen worden ist. Ähnlich der kalten PCM-Batterie kann die heiße PCM-Batterie bei einigen Beispielen bis zu 16 Stunden nach dem Abschalten des Motors Wärmeenergie halten (beispielsweise in der heißen PCM-Batterie durch während des vorhergehenden Motorbetriebs erwärmtes HTF gespeicherte Energie). Dementsprechend kann durch Geschlossenhalten des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie, wenn das Klimaregelungssystem aktiviert ist, eine sofortige Zufuhr heißen HTFs zum desorbierenden Adsorber möglich sein, sobald der Motor aufwärmt, falls die Wärme des Motorabgases an diesem Punkt noch nicht ausreicht, um eine Desorption am desorbierenden Adsorber zu bewirken.
  • Nach Schritt 524 wird das Verfahren 520 bei 526 fortgesetzt. Bei 526 umfasst das Verfahren 520 das Koppeln beider Adsorber mit dem Verdampfer. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ein Ventil in der Art des Ventils 378 aus 3 steuern, so dass der Verdampfer in Fluidkommunikation mit den Behältnissen der Adsorber 302 und 304 steht. Wenngleich die Adsorber nicht mit dem Kondensator 364 gekoppelt sind, kann während der Desorption beider Adsorber beim vorhergehenden Abschalten des Motors (siehe Schritt 506 des Verfahrens 500) ausreichend Kühlmittel am Kondensator 364 kondensiert worden sein, um es dem Verdampfer über den Kühlmittelkreis zur Kabinenkühlung während dieses Zeitraums bereitzustellen.
  • Nach 526 wird das Verfahren 520 bei 528 fortgesetzt. Bei 528 umfasst das Verfahren 520 das Koppeln des kalten HTF-Kreises mit beiden Adsorbern, um beide Adsorber während eines Zeitraums im Adsorbiermodus zu betreiben. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung die Ventile 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 und 350 aus 3 so steuern, dass der kalte HTF-Kreis in eine Fluidkopplung mit beiden Adsorbern versetzt wird und kaltes HTF durch beide Adsorber gepumpt werden kann.
  • Nach 528 wird das Verfahren 520 bei 530 fortgesetzt. Bei 530 umfasst das Verfahren 520 das Aktivieren des Kondensatorlüfters und des Verdampfergebläses. Das Aktivieren des Kondensatorlüfters kühlt das Kühlmittel am Kondensator durch Abgeben von Wärme an die Umgebungsluft, während des Aktivieren des Verdampfergebläses das Leiten von Umgebungsluft oder Luft aus dem Fahrgastraum durch den Verdampfer zur Kühlung und das Umleiten der gekühlten Luft zum Fahrgastraum bewirkt.
  • Dementsprechend kann der Betrieb des Klimaregelungssystems gemäß dem Verfahren 520 eine Stoßkühlung des Fahrgastraums durch den Betrieb beider Adsorber im Adsorbiermodus zusammen mit dem sofortigen Bereitstellen kalten Kühlmittels von der kalten PCM-Batterie für den Verdampfer erreichen.
  • 6 zeigt ein als Beispiel dienendes Verfahren 600 zum Steuern des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie. Beispielsweise kann das Verfahren 600 durch das Steuersystem 114 während des Betriebs des Klimaregelungssystems im Sommermodus, beispielsweise bei Schritt 404 des Verfahrens 400, ausgeführt werden.
  • Bei 602 umfasst das Verfahren 600 das Bestimmen, ob die erforderliche Kühlung des Fahrgastraums größer ist als die Kühlkapazität der Adsorber. Die erforderliche Kühlung des Fahrgastraums kann durch die Steuereinrichtung auf der Grundlage der gemessenen Außenlufttemperatur und der gemessenen Temperatur der Luft im Fahrgastraum oder anderer gemessener Parameter bestimmt werden oder beispielsweise auf einer Eingabe von Einstellungen des Klimaregelungssystems durch einen Benutzer beruhen. Die Kühlkapazität der Adsorber kann eine Kühlkapazität der Adsorber im normalen asynchronen Betrieb sein oder alternativ einer Kühlkapazität der Adsorber entsprechen, wenn beide Adsorber im Adsorbiermodus betrieben werden.
  • Falls die Antwort bei 602 JA ist, wird das Verfahren 600 bei 604 fortgesetzt. Bei 604 umfasst das Verfahren 600 das Schließen des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie. Auf diese Weise können die in der kalten PCM-Batterie während des vorhergehenden Motorbetriebs gespeicherte Wärmeenergie und möglicherweise in der kalten PCM-Batterie während des gegenwärtigen Motorbetriebs gespeicherte Wärmeenergie die Adsorber beim Kühlen des Kühlmittels unterstützen, um die erforderliche Kühlung des Fahrgastraums zu erreichen. Nach 604 endet das Verfahren 600.
  • Falls die Antwort bei 602 NEIN ist, ist die Kühlkapazität der Adsorber andernfalls ausreichend, um die aktuellen Anforderungen zur Kühlung des Fahrgastraums zu erfüllen. In diesem Fall kann es erwünscht sein, die kalte PCM-Batterie zumindest teilweise zu umgehen, um die Zufuhr gekühlten Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreis zum Verdampfer für das Kühlen des Fahrgastraums zu beschleunigen. Es kann jedoch auch wünschenswert sein, den aktuellen Ladezustand der kalten PCM-Batterie zu berücksichtigen, um zu gewährleisten, dass die kalte PCM-Batterie die Adsorber beim Kühlen während eines künftigen Stoßkühlungsbetriebs unterstützen kann, oder falls sich die Betriebsbedingungen ändern, so dass die erforderliche Kühlung des Fahrgastraums die Kühlkapazität der Adsorber übersteigt. Demgemäß umfasst das Verfahren 600 bei 606 das Steuern des Öffnungsgrads des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie auf der Grundlage des Ladezustands der kalten PCM-Batterie. Falls die kalte PCM-Batterie beispielsweise vollständig geladen ist, kann es erwünscht sein, das Ventil zur Umgehung der kalten PCM-Batterie vollständig zu öffnen, so dass das Kühlmittel die kalte PCM-Batterie vollständig umgeht (wodurch die Abgabe von Kühlmittel vom Ausdehnungsventil an den Verdampfer beschleunigt wird). Falls die Ladung der kalten PCM-Batterie unterhalb eines Schwellenwerts liegt, kann es alternativ erwünscht sein, das Ventil zur Umgehung der kalten PCM-Batterie teilweise zu öffnen, so dass etwas Kühlmittel durch die kalte PCM-Batterie strömt und diese lädt, während etwas Kühlmittel die kalte PCM-Batterie umgeht. Dementsprechend kann ein Kompromiss zwischen einer schnellen Zufuhr von Kühlmittel zum Verdampfer und dem Laden der kalten PCM-Batterie durch die Steuerung des Öffnungsgrads des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie erreicht werden. Nach 606 endet das Verfahren 600.
  • 7 zeigt ein als Beispiel dienendes Verfahren 700 zum Steuern des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie. Beispielsweise kann das Verfahren 600 vom Steuersystem 114 während des Betriebs des Klimaregelungssystems im Sommermodus, beispielsweise in Schritt 404 des Verfahrens 400, und während des Wintermodus, beispielsweise in Schritt 904 des Verfahrens 900, ausgeführt werden.
  • Bei 702 umfasst das Verfahren 700 das Bestimmen, ob das HTF im heißen HTF-Kreis eine zusätzliche Heizung benötigt. Diese Bestimmung kann beispielsweise auf der Grundlage der gemessenen Temperatur des HTFs im heißen HTF-Kreis, der gemessenen Temperatur des Motorabgases oder auf der Grundlage der seit dem Anlassen des Motors verstrichenen Zeit ausgeführt werden. Beispielsweise kann die am Abgaswärmekollektor gesammelte und mit dem HTF im heißen HTF-Kreis ausgetauschte Wärme beim Anlassen des Motors, bevor sich der Motor aufgewärmt hat, beispielsweise bevor die Motorabgastemperatur einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat, das HTF nicht angemessen erwärmen. Während des Sommermodus kann das HTF beispielsweise nicht heiß genug sein, um eine Desorption zu bewirken, wohingegen während des Wintermodus das HTF nicht heiß genug sein kann, um ein gewünschtes Niveau des Heizens der Luft im Fahrgastraum in Zusammenhang mit dem Wärmetauscher bereitzustellen.
  • Falls die Antwort bei 702 JA ist, wird das Verfahren 700 bei 704 fortgesetzt. Bei 704 umfasst das Verfahren 700 das Schließen des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie. Auf diese Weise können die in der heißen PCM-Batterie während des vorhergehenden Motorbetriebs gespeicherte Wärmeenergie und möglicherweise in der heißen PCM-Batterie während des gegenwärtigen Motorbetriebs gespeicherte Wärmeenergie den Abgaswärmekollektor beim Heizen des HTFs im heißen HTF-Kreis unterstützen. Nach 704 endet das Verfahren 700.
  • Falls die Antwort bei 702 NEIN ist, benötigt das HTF im heißen HTF-Kreis andernfalls keine zusätzliche Erwärmung. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, die heiße PCM-Batterie zumindest teilweise zu umgehen, um die Abgabe von HTF an den Adsorber bzw. die Adsorber während des Sommermodus oder an den Heizungskern während des Wintermodus zu beschleunigen. Es kann jedoch auch wünschenswert sein, den aktuellen Ladezustand der heißen PCM-Batterie zu berücksichtigen, um zu gewährleisten, dass die heiße PCM-Batterie während eines künftigen Stoßheizungsvorgangs oder falls sich die Betriebsbedingungen ändern, so dass das HTF im heißen HTF-Kreis beispielsweise eine zusätzliche Heizung erfordert, eine sofortige Wärmezufuhr bereitstellen kann. Dementsprechend umfasst das Verfahren 700 bei 706 das Steuern des Öffnungsgrads des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie auf der Grundlage des Ladezustands der heißen PCM-Batterie. Falls die heiße PCM-Batterie beispielsweise vollständig aufgeladen ist, kann es wünschenswert sein, das Ventil zur Umgehung der heißen PCM-Batterie vollständig zu öffnen, so dass HTF im heißen HTF-Kreis die heiße PCM-Batterie vollständig umgeht (wodurch die Abgabe von HTF aus dem Abgaswärmekollektor an den Adsorber bzw. die Adsorber während des Sommermodus oder an den Heizungskern während des Wintermodus beschleunigt wird). Falls die Ladung der heißen PCM-Batterie unterhalb eines Schwellenwerts liegt, kann es alternativ wünschenswert sein, das Ventil zur Umgehung der heißen PCM-Batterie teilweise zu öffnen, so dass einiges HTF durch die heiße PCM-Batterie strömt und sie lädt, während einiges HTF die heiße PCM-Batterie umgeht. Dementsprechend kann ein Kompromiss zwischen einer schnellen Zufuhr von HTF zum Adsorber bzw. zu den Adsorbern oder zum Heizungskern und dem Laden der heißen PCM-Batterie durch Steuern des Öffnungsgrads des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie erreicht werden. Nach 706 endet das Verfahren 700.
  • 8 zeigt ein als Beispiel dienendes Verfahren 800 zum Betrieb eines Klimaregelungssystems (beispielsweise des in 1 dargestellten Klimaregelungssystems 100) im hier beschriebenen Wintermodus. Beispielsweise kann das Klimaregelungssystem gemäß dem Verfahren 800 betrieben werden, wenn die gegenwärtige gemessene Umgebungstemperatur niedriger als ein Schwellenwert ist (der kleiner oder gleich dem vorstehend in Bezug auf den Sommermodus erörterten ersten Schwellenwert ist) oder wenn die auf der Grundlage einer Aufzeichnung gemessener Umgebungstemperaturwerte bestimmte mittlere Temperatur niedriger als der zweite Schwellenwert ist. Alternativ kann der Betrieb im Wintermodus vom Benutzer vor dem Anlassen des Motors oder beim Anlassen des Motors, beispielsweise über den elektronischen FS 122 aus 1, ausgewählt werden. Beispielsweise kann der Benutzer einen gewünschten Modus aus dem Sommermodus und dem Wintermodus, dem Klimaanlagenmodus und dem Heizmodus auswählen (wobei ein Klimaanlagenmodus dem Betrieb im Sommermodus entsprechen kann und ein Heizmodus dem Betrieb im Wintermodus entsprechen kann), oder der Benutzer kann eine gewünschte Temperatur auswählen (welche das Klimaregelungssystem, abhängig von ihrem Wert, in einen Betrieb im Sommermodus oder in einen Betrieb im Wintermodus übersetzen kann). Bei einem anderen Beispiel kann der Benutzter das Klimaregelungssystem aktivieren, ohne einen gewünschten Modus oder eine gewünschte Temperatur anzugeben, beispielsweise über einen elektronischen FS, und das Steuersystem kann einen geeigneten Betriebsmodus auf der Grundlage von Umgebungsbedingungen bestimmen.
  • Es sei bemerkt, dass die Adsorber und der Kühlmittelkreis während des Betriebs im Wintermodus nicht verwendet werden können. Stattdessen können der heiße HTF-Kreis und der Heizungskern die Heizung des Fahrgastraums bereitstellen.
  • Bei 802 umfasst das Verfahren 800 das Bestimmen, ob sich der Motor nach seinem Anlassen aufgewärmt hat. Die Bestimmung kann darauf beruhen, ob seit dem Anlassen des Motors eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, auf gemessenen Temperaturen (beispielsweise der Auspuffrohrtemperatur, der Motorkühlmitteltemperatur usw.), einer Anzahl seit dem Anlassen des Motors ausgeführter Verbrennungszyklen usw. beruhen.
  • Falls die Antwort bei 802 NEIN ist, hat sich der Motor nach seinem Anlassen noch nicht aufgewärmt, und das Verfahren 800 endet. Der Betrieb des Klimaregelungssystems im Wintermodus vor dem Aufwärmen des Motors (beispielsweise beim Anlassen des Motors oder vor diesem) wird hier mit Bezug auf das Verfahren aus 9 beschrieben.
  • Falls die Antwort bei 802 JA ist, wird das Verfahren 800 andernfalls bei 804 fortgesetzt. Bei 804 umfasst das Verfahren 800 das Steuern des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie auf der Grundlage von Betriebsbedingungen. Diese Steuerung des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie wurde vorstehend mit Bezug auf 7 beschrieben. Beispielsweise kann das Ventil zur Umgehung der heißen PCM-Batterie auf der Grundlage eines Ladezustands des Batterie, auf der Grundlage davon, ob die erforderliche Heizung des HTFs im heißen HTF-Kreis durch einen Wärmeaustausch mit dem Motorabgas allein bereitgestellt werden kann, usw. gesteuert werden.
  • Nach 804 wird das Verfahren 800 bei 806 fortgesetzt. Bei 806 umfasst das Verfahren 800 das Koppeln des Heizungskerns mit dem heißen HTF-Kreis. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ein Ventil in der Art des Ventils 382 aus 3 steuern, so dass HTF durch die Pumpe 310 zum Heizungskern 328 und nicht zu den Adsorbern gepumpt wird.
  • Nach 806 wird das Verfahren 800 bei 808 fortgesetzt. Bei 808 umfasst das Verfahren 800 das Leiten von Umgebungsluft oder Luft aus dem Fahrgastraum durch den Heizungskern und dann zum Fahrgastraum über ein Gebläse. Beispielsweise kann ein Gebläse in der Art des in 3 dargestellten Gebläses 376 durch die Steuereinrichtung gesteuert werden, um Außenluft durch einen Heizungskern in der Art des Heizungskerns 328 zur Erwärmung zu leiten und die erwärmte Luft dann in den Fahrgastraum zu leiten. Dementsprechend kann der Heizungskern Wärme zwischen dem HTF aus dem heißen HTF-Kreis und Umgebungsluft oder Luft aus dem Fahrgastraum tauschen, um den Fahrgastraum zu heizen. Nach 808 endet das Verfahren 800.
  • 9 zeigt ein als Beispiel dienendes Verfahren 900 zum Betrieb eines Klimaregelungssystems (beispielsweise des in 1 dargestellten Klimaregelungssystems 100) im Wintermodus beim Anlassen des Motors oder vor diesem, um eine Stoßheizung für den Fahrgastraum bereitzustellen.
  • Bei 902 umfasst das Verfahren 900 das Bestimmen, ob der Motor angelassen worden ist oder ob ein Benutzer das Klimaregelungssystem vor dem Anlassen des Motors aktiviert hat. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung auf der Grundlage gemessener Parameterwerte, beispielsweise des Zündzustands, feststellen, ob der Motor angelassen wurde. Alternativ kann die Steuereinrichtung auf der Grundlage, ob ein Sensor in der Art des FS-Sensors 120 aus 1 eine Eingabe von einer Fernsteuerung in der Art des elektronischen FSs 122 aus 1 empfangen hat, feststellen, dass ein Benutzer das Klimaregelungssystem vor dem Anlassen des Motors aktiviert hat.
  • Falls die Antwort bei 902 NEIN ist, endet das Verfahren 900. Falls die Antwort bei 902 andernfalls JA ist, wird das Verfahren 900 bei 904 fortgesetzt. Bei 904 umfasst das Verfahren 900 das Schließen des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie. Während Kaltwetterbedingungen kann der Fahrgastraum eines Fahrzeugs unangenehm kalt werden, während der Motor ausgeschaltet ist (beispielsweise wenn das Fahrzeug über Nacht draußen geparkt wird). Dementsprechend kann es wünschenswert sein, dem Fahrgastraum, entweder bei der Aktivierung des Klimaregelungssystems vor dem Anlassen des Motors (beispielsweise durch Fernsteuerung) oder beim Anlassen des Motors, sofort Heißluft zuzuführen. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die heiße PCM-Batterie mit Wärmeenergie vom HTF geladen werden, das durch Wärmetauschung mit dem Motorabgas während des Motorbetriebs erwärmt wurde, und diese Wärmeenergie kann bei einigen Beispielen über 16 Stunden nach dem Abschalten des Motors gespeichert werden. Dementsprechend kann durch Schließen des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie, wenn das Klimaregelungssystem aktiviert ist, gewährleistet werden, dass die heiße PCM-Batterie nicht umgangen wird und dem Heizungskern zu dieser Zeit heißes HTF zuführen kann, um eine sofortige Zufuhr von Heißluft zum Fahrgastraum zu erreichen.
  • Nach Schritt 904 wird das Verfahren 900 bei 906 fortgesetzt. Bei 906 umfasst das Verfahren 900 während eines Zeitraums das Pumpen von HTF durch die heiße PCM-Batterie in den Heizungskern und dann in den Abgaswärmekollektor, während Luft aus dem Fahrgastraum oder Außenluft durch den Heizungskern geleitet wird und die erwärmte Luft in den Fahrgastraum geleitet wird. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung Ventile in der Art der Ventile 382 und 344 aus 3 so steuern, dass der Heizungskern mit dem heißen HTF-Kreis gekoppelt wird und die Adsorber nicht mit dem heißen HTF-Kreis gekoppelt werden. Dann kann die Steuereinrichtung eine Pumpe in der Art der Pumpe 310 aus 3 steuern, um HTF durch den Heizungskern und dann in den Abgaswärmekollektor zu pumpen. Dabei kann die Steuereinrichtung ein Gebläse in der Art des mit dem Heizungskern gekoppelten Gebläses 376 aktivieren und das Gebläse steuern, um entweder Luft aus dem Fahrgastraum oder Außenluft durch den Heizungskern zu leiten, um einen Wärmeaustausch mit dem dadurch strömenden heißen HTF auszuführen. Schließlich kann die Steuereinrichtung das Gebläse steuern, um die erwärmte Luft zum Fahrgastraum zu leiten und dadurch den Fahrgastraum zu erwärmen.
  • Dementsprechend kann der Betrieb des Klimaregelungssystems gemäß dem Verfahren 900 eine Stoßheizung des Fahrgastraums durch den Betrieb des Heizungskerns und des heißen HTF-Kreises zusammen mit dem sofortigen Bereitstellen heißen HTFs aus der heißen PCM-Batterie für den Heizungskern erreichen.
  • Es sei bemerkt, dass die hier enthaltenen als Beispiel dienenden Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien in der Art ereignisgetriebener, Interrupt-getriebener, Multitasking-, Multithreading- und vergleichbarer Strategien darstellen. Dabei können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Sequenz oder parallel ausgeführt werden oder in manchen Fällen fortgelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie dient nur der einfachen Erklärung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können, abhängig von der bestimmten verwendeten Strategie, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen graphisch Code repräsentieren, der in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuersystem zu programmieren ist.
  • Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie statt auf Vierzylindermotoren auch auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
  • Die folgenden Ansprüche führen als neu und nicht offensichtlich angesehene bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen eingehend aus. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder die Entsprechung davon beziehen. Diese Ansprüche sollten als die Aufnahme von einem oder mehreren solcher Elemente einschließend verstanden werden, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Ändern der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentieren neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden.
  • Diese Ansprüche, ob sie in Bezug auf den Schutzumfang der originalen Ansprüche breiter, enger, gleich oder verschieden sind, werden auch als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
  • Bezugszeichenliste
  • Fig. 4
    • 402
    Motor nach dem Anlassen aufgewärmt?
    404
    Steuern des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie und des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie auf der Grundlage von Betriebsbedingungen (siehe 6 und 7)
    N
    NEIN
    406
    Koppeln des adsorbierenden Adsorberlamellenrohrs bzw. der adsorbierenden Adsorberlamellenrohre mit dem kalten HTF-Kreis und Koppeln des desorbierenden Adsorberlamellenrohrs bzw. der desorbierenden Adsorberlamellenrohre mit dem heißen HTF-Kreis
    408
    *Koppeln des desorbierenden Adsorberbehältnisses mit dem Kondensator *Leiten von Umgebungsluft durch den Kondensator und zurück zur Umgebung über einen Lüfter *Koppeln des adsorbierenden Adsorberbehältnisses mit dem Verdampfer *Leiten von Umgebungsluft durch den Verdampfer und in den Fahrgastraum über einen Lüfter
    410
    Motor abgeschaltet?
    412
    Halbzyklus abgeschlossen?
    414
    Schalten der Modi der Adsorber
    416
    Fortfahren mit Schritt 504 des Verfahrens 500 (siehe 5A)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011/0005267 [0004]

Claims (20)

  1. Verfahren für ein Fahrzeugklimaregelungssystem, welches aufweist: während eines Sommermodus, Betreiben eines ersten und eines zweiten Adsorbers mit Wärmeübertragungsfluid (HTF), das durch Motorabgas in einem heißen HTF-Kreis erwärmt wird, und HTF, das durch einen HTF-Kühler in einem kalten HTF-Kreis gekühlt wird, und Laden einer alleinstehenden kalten Phasenänderungsmaterial-(PCM)-Batterie, die mit den Adsorbern kommuniziert, und während eines Wintermodus, Koppeln des heißen HTF-Kreises mit einem Heizungskern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ferner während des Sommermodus und des Wintermodus eine alleinstehende heiße PCM-Batterie, die im heißen HTF-Kreis angeordnet ist, geladen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner während des Sommermodus aufweist: asynchrones Schalten des ersten und des zweiten Adsorbers zwischen einem Adsorbier- und einem Desorbiermodus, wobei der adsorbierende Adsorber Kühlmittel von einem Verdampfer adsorbiert, der stromabwärts der kalten PCM-Batterie angeordnet ist, und der desorbierende Adsorber Kühlmittel zu einem Kondensator desorbiert, der stromaufwärts eines Wärmeausdehnungsventils angeordnet ist, während ein Ventil zur Umgehung der kalten PCM-Batterie auf der Grundlage von Betriebsbedingungen gesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, welches ferner aufweist: während des Sommermodus, Kühlen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs durch Leiten von Luft aus dem Fahrgastraum oder Umgebungsluft über den Verdampfer durch ein Gebläse und Leiten der gekühlten Luft zum Fahrgastraum und während des Wintermodus, Heizen des Fahrgastraums durch Leiten von Luft aus dem Fahrgastraum oder Umgebungsluft über den Heizungskern durch ein Gebläse und Leiten der erwärmten Luft zum Fahrgastraum.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ferner während des Sommer- und des Wintermodus ein Ventil zur Umgehung der heißen PCM-Batterie auf der Grundlage von Betriebsbedingungen gesteuert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner während des Sommermodus aufweist: falls die erforderliche Kühlung des Fahrgastraums größer als die Kühlkapazität der Adsorber ist, Schließen des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie, und falls die erforderliche Kühlung des Fahrgastraums nicht größer als die Kühlkapazität der Adsorber ist, Steuern des Öffnungsgrads des Ventils zur Umgehung der kalten PCM-Batterie auf der Grundlage eines Ladezustands der kalten PCM-Batterie.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, welches ferner während des Sommer- und des Wintermodus aufweist: falls HTF im heißen HTF-Kreis eine zusätzliche Erwärmung benötigt, Schließen des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie, und falls HTF im heißen HTF-Kreis keine zusätzliche Erwärmung benötigt, Steuern des Öffnungsgrads des Ventils zur Umgehung der heißen PCM-Batterie auf der Grundlage des Ladezustands der heißen PCM-Batterie.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, welches ferner aufweist: nach dem Abschalten des Motors während des Sommermodus, Desorbieren beider Adsorber mit HTF aus der heißen PCM-Batterie während eines Zeitraums und bei oder vor einem nächsten Anlassen des Motors, Adsorbieren beider Adsorber mit HTF aus der kalten PCM-Batterie während eines Zeitraums in einem Stoßkühlungsmodus.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, welches ferner aufweist: bei oder vor einem Anlassen des Motors im Wintermodus, Leiten von HTF aus der heißen PCM-Batterie zum Heizungskern während eines Zeitraums in einem Stoßheizungsmodus.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem ferner der Stoßkühlungsmodus oder der Heizungsmodus, ansprechend auf eine Fernsteuerung durch einen Benutzer, vor dem Anlassen des Motors aktiviert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem ferner die Luft im Fahrgastraum durch den Sommer-, Winter-, Stoßkühlungs- und Stoßheizungsmodus ohne eine Verwendung von Motorkühlmittel oder eines motorgetriebenen Kompressors aufbereitet wird.
  12. Fahrzeugklimaregelungssystem, welches aufweist: mindestens zwei Adsorber, die während eines Sommermodus zwischen dem Adsorbier- und dem Desorbiermodus wechseln, eine alleinstehende kalte Phasenänderungsmaterial-(PCM)-Batterie, die stromaufwärts eines Verdampfers und stromabwärts eines Ausdehnungsventils und eines Kondensators in einen Kühlmittelkreis angeordnet ist, und eine alleinstehende heiße PCM-Batterie, die während eines Wintermodus mit einem Heizungskern und während des Sommermodus mit den Adsorbern gekoppelt werden kann.
  13. System nach Anspruch 12, welches ferner einen heißen Wärmeübertragungsfluid-(HTF)-Kreis, der einen Abgaswärmekollektor und die heiße PCM-Batterie aufweist, und einen kalten HTF-Kreis, der einen HTF-Kühler aufweist, umfasst, wobei das System kein Motorkühlmittel oder einen motorgetriebenen Kompressor aufweist.
  14. System nach Anspruch 13, wobei jeder Adsorber ein oder mehrere Lamellenrohre aufweist, die thermisch mit einem Adsorptionsmittel gekoppelt sind, und wobei HTF aus dem heißen HTF-Kreis oder dem kalten HTF-Kreis, abhängig vom Betriebsmodus des Systems, durch die Lamellenrohre jedes Adsorbers strömt.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugklimaregelungssystems, welches aufweist: während eines Sommermodus, Kühlen eines Kühlmittels durch thermische Adsorption und Bereitstellen einer zusätzlichen Kühlung des Kühlmittels durch eine kalte Phasenänderungsmaterial-(PCM)-Batterie bei Bedarf, während des Sommermodus und eines Wintermodus, Erwärmen eines Wärmeübertragungsfluids (HTF) durch Wärmeaustausch mit Motorabgas während des Sommermodus und eines Wintermodus und Bereitstellen einer zusätzlichen Erwärmung des HTFs durch eine heiße PCM-Batterie bei Bedarf.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, welches ferner das Aufbereiten der Luft im Fahrgastraum mit dem gekühlten Kühlmittel während des Sommermodus und dem erwärmten HTF während des Wintermodus aufweist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei beim Aufbereiten der Luft im Fahrgastraum mit dem gekühlten Kühlmittel während des Sommermodus Luft im Fahrgastraum oder Umgebungsluft durch ein Gebläse über einen Verdampfer geleitet wird, der stromabwärts der kalten PCM-Batterie angeordnet ist, und die gekühlte Luft zum Fahrgastraum geleitet wird und wobei beim Aufbereiten der Luft im Fahrgastraum mit dem erwärmten HTF während des Wintermodus Luft im Fahrgastraum oder Umgebungsluft durch ein Gebläse über einen Heizungskern geleitet wird und die erwärmte Luft zum Fahrgastraum geleitet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei während des Sommer- und des Wintermodus ferner ein Ventil zur Umgehung der heißen PCM-Batterie auf der Grundlage von Betriebsbedingungen gesteuert wird und während des Sommermodus ein Ventil zur Umgehung der kalten PCM-Batterie auf der Grundlage von Betriebsbedingungen gesteuert wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, welches ferner aufweist: während des Sommermodus, Desorbieren von Kühlmittel von zwei Adsorbern für einen Zeitraum nach dem Abschalten des Motors und anschließendes Adsorbieren des Kühlmittels an den zwei Adsorbern während eines Zeitraums vor oder bei dem nächsten Anlassen des Motors, während des Wintermodus, nach dem Abschalten des Motors bei oder vor einem Anlassen des Motors, Leiten von HTF aus der heißen PCM-Batterie zu einem Heizungskern während eines Zeitraums.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ferner die Luft im Fahrgastraum ohne die Verwendung von Motorkühlmittel oder eines motorgetriebenen Kompressors aufbereitet wird.
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