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Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs sowie ein Verfahren zum Klimatisieren eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
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Zum Klimatisieren eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs können sogenannte Kaltdampfanlagen verwendet werden. Diese verfügen üblicherweise über einen Kältemittelkreislauf, wobei das Kältemittel bei unterschiedlichen Drücken verdampft und wieder kondensiert wird. Dadurch kann ein gewünschter Wärmetransport von dem Innenraum hin zu einer Umwelt entgegen eines Temperaturgefälles erzielt werden. Ferner ist es bekannt, einen zum Betreiben eines solchen Kältemittelkreislaufs erforderlichen Kompressor mittels einer mechanischen Kopplung zu einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs anzutreiben. In Fahrzeugen, die über ein sogenanntes Start-Stopp-System verfügen, das kurzfristig den Verbrennungsmotor abschaltet, erfolgt während der Abschaltzeiten kein Antrieb des Kompressors durch den Verbrennungsmotor. Um dennoch eine Kühlung des Innenraums während der Abschaltzeiten des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, sind elektrisch angetriebene Kompressoren bekannt. Außerdem ist es bekannt, über Latentwärmespeicher auch während der Stillstandszeiten einen Abtransport von Wärme aus dem Innenraum durchzuführen.
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Aus der
DE 299 08 469 U1 ist eine thermische Batterie zur Aufnahme, zum Speichern und zur Abgabe von Wärme- oder Kälteenergie, mit einer Speicherkammer, mit einem rohrförmigen Kreislauf, mit einem Hochtemperatur-Wärmetauscher als Wärmequelle und mit einem Niedertemperatur-Wärmetauscher als Wärmesenke bekannt. Die thermische Batterie kann zum Speichern von Wärmeenergie und Kälteenergie eingesetzt werden, insbesondere in Zusammenhang mit einer Klimaanlage.
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Die
WO 2004/000588 A1 betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit einem Kompressionskältekreislauf, der zumindest einen Kondensator, einen Verdampfer und einen von dem Antriebsmotor antreibbaren Verdichter umfasst, und mit einem Kurzzeitkältespeicher, der insbesondere dazu vorgesehen ist, entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeugs abgeschaltet ist, wobei in dem Kurzzeitkältespeicher Kältemittel verdampft wird, um den Kurzzeitkältespeicher zu laden.
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Die
DE 102 24 754 B4 betrifft ein zum Standbetrieb geeignetes Klimatisierungssystem für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs, mit: zumindest einem ersten Kompressor, der zum Komprimieren eines Kältemittels vorgesehen ist, einem Kondensator, dem komprimiertes Kältemittel zugeführt werden kann, einem ersten Expansionsorgan, dem aus dem Kondensator austretendes Kältemittel zugeführt werden kann, einem Verdampfer, der dem ersten Expansionsorgan nachgeschaltet ist, einem Kältespeicher, der insbesondere dazu vorgesehen ist, im Standbetrieb des Klimatisierungssystems entladen zu werden, wobei es dem Kältespeicher zum Laden des Kältespeichers aus dem Kondensator austretendes Kältemittel zuführen kann und wobei es beim Entladen des Kältespeichers frei werdende Kälte zur Verringerung der Kondensationstemperatur verwenden kann, wobei es dem Kältespeicher zum Entladen des Kältespeichers komprimiertes Kältemittel zuführen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Klimatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf, der einen zusätzlichen Latentwärmespeicher aufweist, ein möglichst einfaches und Energie sparendes Entladen des zusätzlichen Latentwärmespeichers zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Die erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs weist einen Kältemittelkreislauf auf, der einen Kompressor zum Verdichten eines Kältemittels, einen dem Kompressor nachgeschalteten Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels, eine dem Kondensator nachgeschaltete Drossel zum Entspannen des Kältemittels, einen der Drossel nachgeschalteten und dem Kompressor vorgeschalteten Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels und einen dem Verdampfer parallel geschalteten Latentwärmespeicher zum Speichern von in dem Kältemittel mitgeführter Wärme, und umgekehrt, aufweist. Die Aufgabe ist dadurch gelöst, dass eine dem Latentwärmespeicher nachschaltbare und gleichzeitig dem Verdampfer vorschaltbare Umwälzpumpe zum Fördern des Kältemittels von dem Latentwärmespeicher kommend in den Verdampfer vorgesehen ist. Vorteilhaft ist kein zusätzlicher Kompressor zum Entladen des Latentwärmespeichers erforderlich. Vorteilhaft ist insbesondere auch kein weiterer Sekundärkreislauf erforderlich, um den Latentwärmespeicher mittels der Umwälzpumpe zu entladen. Die Umwälzpumpe dient zum Fördern des Kältemittels. Dies erfolgt insbesondere in einem flüssigen Zustand. Außerdem kann das Umwälzen des Kältemittels auf einem im wesentlichen einheitlichen Druckniveau erfolgen. Unter einem im wesentlichen einheitlichen Druckniveau kann verstanden werden, dass die Umwälzpumpe lediglich Strömungswiderstände zum Fördern des Kältemittels zwischen dem Latentwärmespeicher und dem Verdampfer überwinden muss. Dies ist zu unterscheiden von dem üblicherweise erforderlichen Komprimieren des Kältemittels in einem gasförmigen Zustand mittels des Kompressors zum eigentlichen Betreiben des Kältemittelkreislaufs. Vorteilhaft ist also eine vergleichsweise schwach auslegbare Umwälzpumpe zum Fördern des Kältemittels in einem flüssigen Zustand ausreichend, um den Latentwärmespeicher zu entladen. Vorteilhaft kann das Betreiben der Umwälzpumpe während eines Stillstandes einer mechanischen Antriebsquelle des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Verbrennungsmotors, erfolgen. Insbesondere ist dies vorteilhaft bei sogenannten Start-Stopp-Systemen, also falls das Kraftfahrzeug über ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor verfügt, der kurzzeitig automatisch abgeschaltet wird, beispielsweise während eines Ampelstopps.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Umwälzpumpe ein Sammler zum Zuführen des Kältemittels in einem flüssigen Aggregatszustand vorgeschaltet ist. Vorteilhaft kann mittels des Sammlers gewährleistet werden, dass die Umwälzpumpe nur verflüssigtes Kältemittel ansaugt. Dadurch können insbesondere unerwünschte Strömungsgeräusche sowie eine Herabsenkung eines Wirkungsgrades der Umwälzpumpe vermieden werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Ventilvorrichtung vorhanden ist, die in einer ersten Schaltstellung den Kältemittelkreislauf über den Kompressor, den Kondensator, die Drossel sowie den Verdampfer und den Latentwärmespeicher und in einer zweiten Schaltstellung einen Zusatzkreislauf über die Umwälzpumpe, den Verdampfer und den Latentwärmespeicher schließt. Vorteilhaft können also wahlweise der Kältemittelkreislauf, angetrieben über den Kompressor oder der Zusatzkreislauf, angetrieben mittels der Umwälzpumpe, betrieben werden. Während einer normalen Fahrt des Kraftfahrzeugs, bei der der Verbrennungsmotor als mechanische Energiequelle zum Betreiben des Kompressors zur Verfügung steht, kann die Ventilvorrichtung in die erste Schaltstellung gebracht werden. Dabei kann eine Klimatisierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs mittels des Kältemittelkreislaufs erfolgen. In Phasen, in denen der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs abgestellt ist, kann vorteilhaft die Ventilvorrichtung in die zweite Schaltstellung gebracht werden, wobei mittels der Umwälzpumpe der Zusatzkreislauf zum überbrückenden Kühlen des Innenraums betrieben werden kann. Vorteilhaft kann dadurch Wärme von dem Innenraum in den Latentwärmespeicher überführt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verdampfer und der Latentwärmespeicher in den Schaltstellungen der Ventilvorrichtung in unterschiedlichen Richtungen von dem Kältemittel durchströmbar sind. Vorteilhaft kann also das Beladen und das Entladen des Latentwärmespeichers in unterschiedlichen Richtungen erfolgen. Dies kann vorteilhaft dazu ausgenutzt werden, einen Wirkungsgrad eines Be- und Entladevorgangs des Latentwärmespeichers zu erhöhen, insbesondere durch eine gleichmäßigere Be- und Entladung über eine räumliche Ausdehnung des Latentwärmespeichers.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine dem Latentwärmespeicher vorgeschaltete Zusatzdrossel zum zusätzlichen Entspannen des Kältemittels vorgesehen. Vorteilhaft kann das Kältemittel in Richtung des Latentwärmespeichers zusätzlich entspannt werden, wobei sich in dem Latentwärmespeicher ein tieferes Druckniveau und damit ein niedrigeres Temperaturniveau einstellt. Vorteilhaft können dadurch der Verdampfer und der Latentwärmespeicher auf unterschiedlichem Druck und damit auch unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Latentwärmespeicher als Flachrohrwärmetauscher mit einer Vielzahl von zwischen zwei Sammlern geschalteten Flachrohren ausgebildet ist, wobei zwischen den Flachrohren ein Phasenwechselmaterial zum latenten Speichern der in dem Kältemittel mitgeführten Wärme, und umgekehrt, angeordnet ist. Vorteilhaft sind sogenannte Flachrohrwärmetauscher in der Kraftfahrzeugindustrie übliche und beherrschte Bauteile. Vorteilhaft kann durch eine geringe Modifikation, nämlich das Vorsehen des Phasenwechselmaterials zwischen den Flachrohren ein üblicher Flachrohrwärmetauscher als Latentwärmespeicher wie vorab beschrieben eingesetzt werden. Das Kältemittel strömt über einen ersten Sammler durch die Vielzahl der Flachrohre zu einem zweiten Sammler, wobei das zwischen den Flachrohren angeordnete Phasenwechselmaterial je nach Betriebszustand aufgewärmt oder abgekühlt wird. Unter einem Phasenwechselmaterial kann ein Material verstanden werden, das bei einem bestimmten Temperaturniveau einen Phasenübergang von einer festen Phase in eine flüssige Phase und umgekehrt aufweist. Zum Speichern von latenter Wärme beziehungsweise zum Abgeben derselben kann die bei dem Phasenübergang frei werdende beziehungsweise benötigte Phasenübergangsenthalpie genutzt werden. Vorteilhaft kann die Übertragung der Wärme auf einem einheitlichen Temperaturniveau erfolgen, zumindest so lange, bis der Phasengang vollständig vollzogen ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen den Flachrohren und umgeben von dem Phasenwechselmaterial zusätzliche Fluidpfade angeordnet sind. Vorteilhaft können die zusätzlichen Fluidpfade von einem Medium, insbesondere von einem von dem Kältemittel abweichenden Medium, insbesondere Luft, Wasser und/oder Ähnliches, durchströmt werden. Dabei kann ebenfalls eine Beladung und/oder Entladung des Latentwärmespeichers erfolgen. Vorteilhaft kann dadurch ein Sekundärkreislauf gebildet werden, insbesondere zum zusätzlichen Klimatisieren des Innenraums, insbesondere an besonderen Stellen, beispielsweise im Bereich von Frontsitzen, insbesondere zum Realisieren einer separat steuer- und/oder regelbaren Frontklimatisierung des Innenraums.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Phasenwechselmaterial in einem Trägermaterial aufgenommen ist. Vorteilhaft kann durch das Trägermaterial sichergestellt werden, dass das Phasenwechselmaterial in der flüssigen Phase nicht abhanden kommt. Insbesondere kann das Phasenwechselmaterial in Form von kleinen Zellen, insbesondere kugelförmigen Zellen innerhalb des Trägermaterials aufgenommen sein.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Latentwärmespeicher eine Vielzahl der Flachrohrwärmetauscher aufweist, die zu einem Modul zusammengefasst sind. Vorteilhaft kann dadurch eine Kapazität des Latentwärmespeichers beliebig skaliert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Klimatisieren des Innenraums des Kraftfahrzeugs erfolgen ein Abschalten des Kompressors und ein Übertragen von Prozesswärme von dem Innenraum auf den Verdampfer und von dem Verdampfer weiter auf den Latentwärmespeicher. Vorteilhaft kann dies insbesondere während der Stoppphasen, also bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs erfolgen. Alternativ kann dies auch zusätzlich, beispielsweise falls ein erhöhter Kühlungsbedarf erforderlich ist, erfolgen. In diesem Fall können gegebenenfalls die Umwälzpumpe und der Kompressor gleichzeitig betrieben werden. Das Verfahren zum Klimatisieren des Innenraums wird bei einem vorab beschriebenen Kraftfahrzeug durchgeführt. Im Übrigen wird daher auf die vorab beschriebenen Vorteile verwiesen.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Umwälzen des Kältemittels von dem Latentwärmespeicher kommend durch den Verdampfer und von dort wieder zurück in den Latentwärmespeicher zum Übertragen der Prozesswärme. Vorteilhaft kann das Kältemittel den Verdampfer und den Latentwärmespeicher durchströmen, wobei durch einen Stofftransport des Kältemittels ein Wärmestrom zum Übertragen der Prozesswärme mitgeführt werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Umwälzen des Kältemittels mittels der Umwälzpumpe. Vorteilhaft kann die Umwälzpumpe separat angetrieben werden, insbesondere elektrisch angetrieben werden, insbesondere während eines Stillstandes des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs. Vorteilhaft arbeitet die Umwälzpumpe auf einem im Wesentlichen einheitlichen Druckniveau, wobei diese vorteilhaft vergleichsweise geringe Energiemengen im Vergleich zu der übertragbaren Prozesswärme benötigt. Insbesondere erfolgt ein Verdampfen des Kältemittels in dem Verdampfer und ein Kondensieren innerhalb des Latentwärmespeichers auf dem im Wesentlichen einheitlichen Druckniveau. Dadurch kann zusätzlich die Umwälzpumpe schwächer ausgelegt werden, da vorteilhaft die Expansion des Kältemittels beim Verdampfen als zusätzliche Antriebsquelle für einen Wärmetransport genutzt werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Betreiben des Kompressors und ein Durchströmen des Latentwärmespeichers mit dem Kältemittel und dabei ein Übertragen von in dem Latentwärmespeicher latent gespeicherter Latentwärme auf das Kältemittel. Vorteilhaft kann durch den mittels des Kompressors angetriebenen Kälteprozess des Kältemittelkreislaufes dem Latentwärmespeicher die Latentwärme entzogen werden, so dass dieser für einen weiteren Kühlvorgang, beispielsweise während einer der Stoppphasen, wieder zur Verfügung steht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Abkoppeln der Umwälzpumpe während des Übertragens der Latentwärme. Vorteilhaft kann eine Energie zum Betreiben der Umwälzpumpe während des Regenerierens des Latentwärmespeichers eingespart werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 eine Klimatisierungsvorrichtung eines teilweise dargestelltes Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf zum Klimatisieren eines Innenraums des Kraftfahrzeugs;
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2 den in 1 gezeigten Kältemittelkreislauf, wobei ein in einem Zusatzkreislauf des Kältemittelkreislaufs betriebener Latentwärmespeicher zum Kühlen des Innenraums verwendet wird;
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3 und 4 jeweils eine weitere Klimatisierungsvorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf analog des in den 1 und 2 dargestellten Kältemittelkreislaufs, wobei im Unterschied der Latentwärmespeicher beim Aufnehmen und Abgeben von Wärme in derselben Richtung durchströmbar ist;
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5 und 6 jeweils einen Kältemittelkreislauf analog des in den vorhergehenden Figuren dargestellten Kältemittelkreislaufs, wobei im Unterschied dem Latentwärmespeicher keine Zusatzdrossel vorgeschaltet ist;
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7 und 8 jeweils einen Kältemittelkreislauf analog des in den vorhergehenden Figuren dargestellten Kältemittelkreislaufs, wobei ebenfalls dem Latentwärmespeicher keine Zusatzdrossel vorgeschaltet ist und der Latentwärmespeicher zum Aufnehmen und Abgeben von Wärme in derselben Richtung durchströmbar ist;
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9 eine schematische Seitenansicht eines in Kraftfahrzeugen üblichen Flachrohrwärmetauschers gemäß Stand der Technik;
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10 einen analog des in 9 gezeigten Flachrohrwärmetauschers aufgebauten erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher;
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11 den in 10 gezeigten Latentwärmespeicher, wobei im Unterschied zumindest ein zusätzlicher Fluidpfad vorgesehen ist;
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12 einen weiteren Latentwärmespeicher, der aus zumindest zwei der in den 10 und 11 gezeigten Latentwärmespeicher modulartig aufgebaut ist;
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13 eine dreidimensionale Detailansicht von schräg vorne oben des in 12 gezeigten, modulartig zusammengestellten Latentwärmespeichers, wobei ein Phasenwechselmaterial durchgängig über Flachrohre der jeweiligen Flachrohrwärmetauscher angeordnet ist; und
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14 das in den 12 und 13 gezeigte Modul des Latentwärmespeichers, umgeben von einem Gehäuse.
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1 zeigt eine Klimatisierungsvorrichtung eines teilweise dargestelltes Kraftfahrzeugs 1 mit einem Kältemittelkreis 3. Der Kältemittelkreis 3 weist einen Kompressor 5 auf. Mittels des Kompressors 5 kann ein Kältemittel 7 in dem Kältemittelkreislauf 3 zirkuliert werden, wobei es sich versteht, dass das Kältemittel zwischen den Komponenten des Kältekreislaufs 3 in Kältemittelleitungen geführt ist.
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Mittels des Kompressors 5 kann das Kältemittel 7 in einem gasförmigen Zustand von einem niedrigen Druckniveau auf ein vergleichsweise höheres Druckniveau gebracht werden.
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Dem Kompressor 5 ist ein Kondensator 9 nachgeschaltet. In dem Kondensator 9 kann das gasförmige Kältemittel 7 kondensiert werden.
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Dem Kondensator 9 ist eine Drossel 11 zum Entspannen des Kältemittels 7 nachgeschaltet. Mittels der Drossel 11 kann das Kältemittel 7 von dem höheren Druckniveau wieder auf das niedrigere Druckniveau gebracht werden.
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Der Drossel 11 ist ein Verdampfer 13 nachgeschaltet. In dem Verdampfer 13 kann das entspannte und zumindest teilweise noch flüssig vorliegende Kältemittel weiter verdampft werden.
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Dem Verdampfer 13 ist in einem Parallelzweig ein Latentwärmespeicher 15 parallel geschaltet. Mittels des Latentwärmespeichers 15 kann Wärme 17 eingespeichert und wieder abgegeben werden. Es kann also dem Kältemittel 7 je nach Betriebsart des Kältemittelkreislaufs 3 die Wärme 17 entzogen oder an dieses abgegeben werden. Der Latentwärmespeicher 15 ist insbesondere als Latentwärmespeicher ausgebildet und weist dazu ein nicht näher dargestelltes Phasenwechselmaterial 35 auf. Das Phasenwechselmaterial 35 kann von einem flüssigen in einen festen Aggregatszustand, und umgekehrt überführt werden. Dadurch kann die Wärme 17 in Form einer Latentwärme 53 gespeichert werden.
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In 1 wird der Kältemittelkreislauf 3 als sogenannte Kaltdampfmaschine betrieben. Dabei werden gleichzeitig ein Innenraum 47 des Kraftfahrzeugs 1 und der Latentwärmespeicher 15 gekühlt. Zum Kühlen des Innenraums 47 wird diesem Prozesswärme 51 entzogen, die über den Kältemittelkreislauf 3 und einen darin realisierten Kälteprozess an eine Umwelt 49 über den Kondensator 9 wieder abgegeben werden kann. Vorteilhaft kann die Prozesswärme 51 entgegen eines Temperaturgefälles mittels des Kältemittelkreislaufs 3 an die Umwelt 49 abgegeben werden. Außerdem kann dem Latentwärmespeicher 15 entzogene Energie in Form der Wärme 17 ebenfalls an die Umwelt 49 abgegeben werden.
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Vorzugsweise wird der Kompressor 5 mittels eines in 1 nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs 1 mechanisch angetrieben. 1 zeigt den Kältemittelkreislauf 3 während einer Betriebsphase des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs 1.
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Insbesondere weist das Kraftfahrzeug 1 eine Start-Stopp-Vorrichtung auf, bei der der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs 1 insbesondere automatisch abschaltbar ist.
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2 zeigt das Kraftfahrzeug 1 während einer Stoppphase, also in einer Phase, bei der der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist. Alternativ oder zusätzlich kann es sich dabei auch um einen Betriebszustand handeln, bei dem der Kompressor 5 unabhängig von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors abgeschaltet ist.
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In den 1 und 2 zeigen jeweils eine Vielzahl von Pfeilen Strömungsrichtungen des Kältemittels 7 innerhalb des Kältemittelkreislaufs 3 an.
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In 2 ist zu erkennen, dass der Kompressor 5, der Kondensator 9 und die Drossel 11 nicht von dem Kältemittel 7 durchströmt sind. Weiter ist zu erkennen, dass ein Zusatzkreislauf 25 gebildet ist. Dieser wird mittels einer Umwälzpumpe 19 angetrieben und verläuft von der Umwälzpumpe 19 stromabwärts über den Verdampfer 13, weiter stromabwärts über den Latentwärmespeicher 15, weiter stromabwärts über eine Ventilvorrichtung 23 und schließlich weiter stromabwärts über einen Sammler 21 zurück zu der Umwälzpumpe 19.
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Mittels des Sammlers 21, der zusammen mit der Umwälzpumpe 19 einer Zusatzdrossel 27 parallel geschaltet ist, wird sichergestellt, dass die Umwälzpumpe 19 nur verflüssigtes Kältemittel 7 ansaugt. Das flüssige Kältemittel 7 wird in den Verdampfer 13 gepumpt, wobei dort das Kältemittel 7 gegebenenfalls verdampft. Dabei nimmt das Kältemittel 7 die Prozesswärme 51 auf. Im gasförmigen Zustand strömt das Kältemittel 7 weiter in den Latentwärmespeicher 15, wobei diesem Wärme 17 in Form der Prozesswärme 51 zugeführt wird. Die so zugeführte Wärme 17 wird in Form der Latentwärme 53 in dem Latentwärmespeicher 15 gespeichert. Vorteilhaft kann dadurch auch ohne Betrieb des Kompressors 5 dem Innenraum 47 die Prozesswärme 51 entzogen werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Klimatisierung beziehungsweise Kühlung des Innenraums 47 auch ohne den Kompressor 5 fortgesetzt werden.
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Zum Überführen der Prozesswärme 51 von dem Innenraum 47 in den Kältemittelkreislauf 3 und dann von dort in die Umwelt 49 können der Verdampfer 13 und/oder der Kondensator 9 auf bekannte Art und Weise mit einem Gebläse kombiniert werden, insbesondere zum Durchströmen mit einem die Wärme 17 beziehungsweise die Prozesswärme 51 führenden Luftstrom.
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Vorteilhaft wird der Latentwärmespeicher 15 von dem Kältemittel 7 selbst durchströmt. Vorteilhaft ist kein weiteres Fluid notwendig, um den Latentwärmespeicher 15 zu laden oder zu entladen.
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Außerdem wird der Zusatzkreislauf 25 im Wesentlichen auf einem identischen Druckniveau betrieben, wobei darunter verstanden wird, dass lediglich Strömungswiderstände mittels der Umwälzpumpe 19 zu überwinden sind. Insbesondere kann der Zusatzkreislauf 25 als drosselfrei bezeichnet werden. Damit unterscheidet sich der Zusatzkreislauf 25 in seiner Funktionsweise von dem als Kaltdampfmaschine betriebenen Kältemittelkreislauf 3. Ein Wärmetransport findet in dem Zusatzkreislauf 25 durch einen Stofftransport und gegebenenfalls ein Verdampfen und Kondensieren auf dem im Wesentlichen identischen Druckniveau statt.
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Vorteilhaft kann die Umwälzpumpe 19 elektrisch angetrieben werden, wobei vorteilhaft aufgrund des einheitlichen Druckniveaus eine vergleichsweise geringe Energiemenge erforderlich ist.
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Die Ventilvorrichtung 23 ist insbesondere als 3/2-Wegeventil ausgeführt, wobei in einer ersten Schaltstellung, die in 1 gezeigt ist, die Ventilvorrichtung 23 den Latentwärmespeicher 15 dem Verdampfer 13 parallel schaltet. Der Parallelzweig, in den der Latentwärmespeicher 15 mittels der Ventilanordnung 23 schaltbar ist, weist außerdem die Zusatzdrossel 27 auf. Die Zusatzdrossel 27 ist der Ventilvorrichtung 23 bei der in 1 gezeigten Betriebsweise vorgeschaltet. Das Kältemittel strömt also über die Drosseln 11 und 27 sowie die Ventilvorrichtung 23 in den Latentwärmespeicher 15. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Ventilvorrichtung 23 eine Drossel aufweist und/oder bildet.
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In einem zweiten Schaltzustand der Ventilvorrichtung 23, die in 2 gezeigt ist, ist die Zusatzdrossel 27 in Richtung des Latentwärmespeichers 15 abgesperrt. Stattdessen stellt die Ventilvorrichtung 23 in der zweiten Schaltstellung eine Verbindung zwischen dem Latentwärmespeicher 15 und dem Sammler 21 her. Dadurch kann das Kältemittel 7 von dem Latentwärmespeicher 15 über die Ventilvorrichtung 23 und den Sammler 21 in die Umwälzpumpe 19 strömen.
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Mittels der Zusatzdrossel 27 kann das Kältemittel 7 in der in 1 gezeigten Betriebsweise des Kältemittelkreislaufs 3 weiter entspannt werden. Dadurch kann vorteilhaft der Latentwärmespeicher 15 auf einem vergleichsweise noch tieferen dritten Druckniveau betrieben werden, wobei sich vorteilhaft im Latentwärmespeicher 15 dadurch ein vergleichsweise tieferes Temperaturniveau als in dem Verdampfer 13 einstellt.
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3 und 4 zeigen einen weiteren Kältemittelkreislauf 3 analog des in den 1 und 2 gezeigten. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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Im Unterschied zum in den 1 und 2 gezeigten Kältemittelkreislauf weist die Ventilanordnung 23 ein erstes Ventil und ein zweites Ventil auf. Dadurch ist es möglich, dass der Latentwärmespeicher 15 in der ersten Schaltstellung und in der zweiten Schaltstellung jeweils in derselben Richtung durchströmt wird. In dem in den 1 und 2 gezeigten Kältemittelkreislauf wird der Latentwärmespeicher 15 in den unterschiedlichen Schaltstellungen der Ventilvorrichtung in unterschiedlichen Richtungen durchströmt.
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Das erste Ventil der Ventilvorrichtung 23 ist als 4/2-Wegeventil ausgebildet. In der ersten Schaltstellung, die in 3 gezeigt ist, verbindet das erste Ventil die Drossel 11 mit der Zusatzdrossel 27 und stellt dabei eine Verbindung zwischen dem Kondensator 9 und dem Latentwärmespeicher 15 her. Außerdem verbindet in der ersten Schaltstellung das erste Ventil der Ventilvorrichtung 23 die Drossel 11 stromabwärts mit dem Verdampfer 13.
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Der Zusatzdrossel 27 ist eine Verbindungsleitung parallel geschaltet, die in der ersten Schaltstellung der Ventilvorrichtung 23 durch das erste Ventil abgesperrt ist. Als weiterer Unterschied weist der Parallelzweig keine weiteren Funktionselemente auf. Gemäß der Darstellung der 1 und 2 weist der Parallelzweig den Sammler 21 und die Umwälzpumpe 19 auf.
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Das zweite Ventil der Ventilvorrichtung 23 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet und dem Verdampfer 13 sowie dem Latentwärmespeicher 15 nachgeschaltet. Außerdem ist das zweite Ventil der Ventilvorrichtung 23 dem Kompressor 5 vorgeschaltet.
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Das erste Ventil ist dem Kondensator 9 beziehungsweise der Drossel 11 nachgeschaltet und dem Parallelzweig, der Zusatzdrossel 27 beziehungsweise dem Latentwärmespeicher 15 und dem Verdampfer 13 vorgeschaltet.
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In der ersten Schaltstellung des ersten Ventils der Ventilvorrichtung 23 ist dies in alle Richtungen durchgeschaltet, wobei sowohl der Latentwärmespeicher 15 als auch der Verdampfer 13 in Richtung des Kompressors 5 durchgeschaltet sind.
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Als weiterer Unterschied ist zu erkennen, dass der Sammler 21 und die Umwälzpumpe 19 dem Latentwärmespeicher 15 nachgeschaltet sind. Außerdem sind dadurch der Sammler 21 und die Umwälzpumpe 19 in der ersten Schaltstellung der Ventilvorrichtung 23 von dem Kältemittel 7 durchströmt. In der ersten Schaltstellung verläuft der Kältemittelkreislauf 3 stromabwärts der Drossel 11 über das erste Ventil der Ventilvorrichtung 23 über den Verdampfer 13 und das zweite Ventil der Ventilvorrichtung 23 zu dem Kompressor 5 und parallel dazu stromabwärts des ersten Ventils der Ventilvorrichtung 23 über die Zusatzdrossel 27, den Latentwärmespeicher 15, den Sammler 21 und schließlich über die Umwälzpumpe 19 und das erste Ventil der Ventilvorrichtung 23 ebenfalls zu dem Kompressor 5.
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In der zweiten Schaltstellung der Ventilvorrichtung 23, die in 4 gezeigt ist, verläuft der Zusatzkreislauf 25 ausgehend von der Umwälzpumpe 19 über das zweite Ventil der Ventilvorrichtung 23, den Verdampfer 13, das erste Ventil der Ventilvorrichtung 23, den der Zusatzdrossel 27 parallel geschalteten Parallelzweig, den Latentwärmespeicher 15 und schließlich über den Sammler 21 zurück zu der Umwälzpumpe 19. In der zweiten Schaltstellung ist das zweite Ventil der Ventilvorrichtung 23 zwischen dem Verdampfer 13 und dem der Zusatzdrossel 27 parallel geschalteten Parallelzweig durchgeschaltet. Außerdem ist das erste Ventil der Ventilvorrichtung 23 in der zweiten Schaltstellung stromabwärts der Drossel 11 in Richtung der Zusatzdrossel 27 gesperrt.
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Das zweite Ventil der Ventilvorrichtung 23 sperrt in der zweiten Schaltstellung in Richtung des Kompressors 5 und ist zwischen der Umwälzpumpe 19 und den Verdampfer 13 durchgeschaltet beziehungsweise geöffnet.
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Die 5 und 6 zeigen einen weiteren Kältemittelkreislauf 3 analog der in den 1–4 gezeigten Kältemittelkreisläufe 3. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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Im Unterschied zu den Darstellungen der 1–4 weist der Kältemittelkreislauf 3 keine Zusatzdrossel 27 auf. Während des in 5 gezeigten Betriebszustandes, bei dem der Kompressor 5 in Betrieb ist, weisen deshalb der Verdampfer 13 und der Latentwärmespeicher 15 ein identisches Temperaturniveau auf. Außerdem ist zu erkennen, dass die Ventilvorrichtung 23 lediglich ein Ventil aufweist, das als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist. Dieses ist in der ersten Schaltstellung, die in 5 gezeigt ist, stromabwärts der Drossel 11 in Richtung des Verdampfers 13 und des Latentwärmespeichers 15 durchgeschaltet, so dass diese parallel geschaltet sind. Außerdem ist das Ventil der Ventilvorrichtung 23 in Richtung des Parallelzweiges, der den Sammler 21 und die Umwälzpumpe 19 aufweist, gesperrt. Der Sammler 21 und die Umwälzpumpe 19 sind also nicht von dem Kältemittel 7 durchströmt. In dieser ersten Schaltstellung wirkt also der Kältemittelkreislauf 3 wie vorab beschrieben als Kaltdampfmaschine.
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In einer zweiten Schaltstellung der Ventilvorrichtung 23, die in 6 gezeigt ist, sperrt das Ventil der Ventilvorrichtung 23 in Richtung der Drossel 11 und in Richtung des Latentwärmespeichers 15, die dadurch voneinander getrennt sind. Gleichzeitig schaltet das Ventil der Ventilvorrichtung 23 die Umwälzpumpe 19 auf den Verdampfer 13, die dadurch miteinander verbunden sind. Der Zusatzkreislauf 25 verläuft ausgehend von der Umwälzpumpe 19 über das Ventil der Ventilvorrichtung 23, den Verdampfer 13, den Latentwärmespeicher 15 und schließlich über den Sammler 21 zurück zu der Umwälzpumpe 19.
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Die 7 und 8 zeigen einen weiteren Kältemittelkreislauf ähnlich des in den 3 und 4 gezeigten Kältemittelkreislaufs 3. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Im Unterschied zur Darstellung der 3 und 4 weist die Ventilvorrichtung 23 ein der Drossel 11 nachgeschaltetes und dem Verdampfer 13 und dem Latentwärmespeicher 15 vorgeschaltetes 3/2-Wegeventil auf. Außerdem weist die Ventilvorrichtung 23 als zweites Ventil ein Absperrventil 55 auf, das dem Kompressor 5 vorgeschaltet ist.
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In der ersten Schaltstellung der Ventilvorrichtung 23 sind alle Wege des ersten Ventils der Ventilvorrichtung 23 geöffnet, so dass von der Drossel 11 sich der Kältemittelkreislauf 3 in Richtung des Verdampfers 13 und des Latentwärmespeichers 15 verzweigt, also diese parallel geschaltet sind. Außerdem ist das Absperrventil 55 geöffnet. In der zweiten Schaltstellung, die in 8 gezeigt ist, ist die Drossel 11 stromabwärts mittels des ersten Ventils der Ventilvorrichtung 23 abgesperrt. Außerdem sind der Verdampfer 13 und der Latentwärmespeicher 15 mittels des ersten Ventils der Ventilvorrichtung 23 miteinander verbunden. Das Absperrventil 55 kann in der zweiten Schaltstellung abgesperrt werden, wobei vorteilhaft ein Leckagestrom von dem Zusatzkreislauf 25 in Richtung des Kompressors 5 verhindert werden kann.
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Der Zusatzkreislauf 25 verläuft ausgehend von der Umwälzpumpe 19 in Richtung des Verdampfers 13, über das erste Ventil der Ventilvorrichtung 23, über den Latentwärmespeicher 15 und schließlich über den Sammler 21 zurück durch die Umwälzpumpe 19.
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9 zeigt einen im Kraftfahrzeugbau üblicherweise verwendeten Flachrohrwärmetauscher 29 gemäß Stand der Technik. Der Flachrohrwärmetauscher 29 weist einen eingangsseitigen Sammler 31 und einen ausgangsseitigen Sammler 31 auf. Die Sammler 31 sind mittels Flachrohren 33 miteinander verbunden, so dass ein Fluid, beispielsweise das Kältemittel 7, ausgehend von dem eingangsseitigen Sammler 31 in die Flachrohre 33 in Richtung des ausgangsseitigen Sammlers 31 durchströmen kann. Zwischen den Flachrohren 33 sind zum Zwecke einer Wärmeübertragung auf ein Kühlmedium, beispielsweise Luft, Lamellen 57 angeordnet. Mittels der Lamellen 57 und der Flachrohre 33 kann Wärme von den Flachrohren 33 auf das durchströmende Medium, insbesondere die Luft, übertragen werden.
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10 zeigt eine dreidimensionale Ansicht von schräg vorne oben eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers 15, der vorteilhaft analog des in 9 gezeigten Flachrohrwärmetauschers 29 aufgebaut ist. Vorteilhaft ist dazu lediglich eine geringe Modifikation notwendig. Vorteilhaft werden die Lamellen 57 durch ein Phasenwechselmaterial 35 ersetzt. Das Phasenwechselmaterial 35 ist in ein Trägermaterial 39 integriert. Bei dem Phasenwechselmaterial handelt es sich insbesondere um Paraffin. Alternativ oder zusätzlich handelt es sich um ein beliebiges, einen Phasenwechsel vollziehendes Material, beispielsweise eine Salzlösung und/oder Ähnliches. Der Phasenwechsel findet insbesondere bei einer Temperatur von ungefähr 5° C, insbesondere zwischen 0° C und 10° C, insbesondere zwischen 3° C und 7° C statt. Bei dem Trägermaterial handelt es sich insbesondere um Grafit.
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Es ist zu erkennen, dass die Flachrohre 33 unmittelbar an das Phasenwechselmaterial 35 beziehungsweise das dieses enthaltende Trägermaterial 39 angrenzen, so dass ein guter Wärmeübergang zwischen dem Flachrohr 33 und dem Phasenwechselmaterial 35 stattfinden kann. Die Flachrohre 33 sind entsprechend beabstandet zueinander angeordnet, wobei ein vergleichsweise großer Abstand eine Speicherkapazität des Latentwärmespeichers 15 erhöhen kann und ein vergleichsweise geringer Abstand der Flachrohre 33 einen maximal abgebbaren Wärmestrom erhöhen kann.
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11 zeigt einen weiteren Latentwärmespeicher 15 in einer dreidimensionalen Darstellung von schräg vorne oben analog des in 10 dargestellten Latentwärmespeichers 15. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Es ist zu erkennen, dass in das Trägermaterial 39 zumindest ein Fluidpfad 37 eingebracht ist. Der Fluidpfad 37 kann vorteilhaft zum Führen eines Sekundärkreislaufes durch den Latentwärmespeicher 15 verwendet werden. Die Fluidpfade 37 sind dabei parallel zu einer flächigen Ausdehnung der Flachrohre 33 angeordnet, insbesondere senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Kältemittels 7 durch die Flachrohre 33. Vorteilhaft kann mittels des zumindest einen Fluidpfads 37 der Latentwärmespeicher 15 zusätzlich be- und entladen werden, insbesondere über den nicht näher dargestellten Sekundärkreislauf.
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12 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Moduls 41 eines weiteren Latentwärmespeichers 15. Das Modul 41 weist eine Vielzahl von zumindest zwei Latentwärmespeichern 15 gemäß der Darstellungen 10 und 11 auf. Vorteilhaft kann dadurch eine Kapazität des Latentwärmespeichers 15 eskaliert werden, wobei ebenfalls im Kraftfahrzeugbau übliche Bauteile analog des in 9 gezeigten Flachrohrwärmetauschers 29 Verwendung finden.
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13 zeigt eine dreidimensionale Detailansicht von schräg vorne seitlich oben des in 12 gezeigten Moduls des Latentwärmespeichers 15. Es ist zu erkennen, dass im Unterschied zur Darstellung der 12 das Trägermaterial 39 und das darin enthaltene Phasenwechselmaterial 35 sich durchgängig über die einzelnen Flachrohrwärmetauscher 29 zwischen den Flachrohren 33 erstreckt. Vorteilhaft kann dadurch die Kapazität des Latentwärmespeichers 15 erhöht werden. Außerdem ist es dadurch besonders vorteilhaft möglich, den in 11 gezeigten zumindest einen Fluidpfad 37 über die einzelnen Teile des Moduls 41 hinweg zu führen. Der zumindest eine Fluidpfad 37 kreuzt also mehrere der Flachrohre 33. Falls, wie in 13 dargestellt, das Modul 41 zwei einzelne Flachrohrwärmetauscher 29 aufweist, kreuzt der zumindest eine Fluidpfad zwei oberhalb und zwei unterhalb angeordnete Flachrohre 33.
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14 zeigt den in 12 gezeigten Latentwärmespeicher 15, der als das Modul 41 aufgebaut ist, zusammen mit einem Gehäuse 43. Vorteilhaft ist das Modul 41 innerhalb des Gehäuses 43 untergebracht. Insbesondere weist das Gehäuse 43 eine Isolierung 45, die einen Wärmedurchgang von dem Modul 41 in Richtung einem Äußeren des Latentwärmespeichers 15 erschwert, auf. Vorteilhaft kann dadurch ein unerwünschtes Beladen oder Entladen des Latentwärmespeichers 15 verhindert oder zumindest auf ein Minimum verringert werden.
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Wie in 1 zu erkennen, weist der Kältemittelkreislauf 3 die Drossel 11 und die Zusatzdrossel 27 auf. Diese Variante ermöglicht vorteilhaft eine individuelle Anpassung eines Temperaturniveaus einer Wärmeabfuhr der Wärme 17 aus dem Latentwärmespeicher 15 auf einen Erstarrungspunkt des Phasenwechselmaterials 35, unabhängig von einem weiteren Temperaturniveau des Verdampfers 13 für die Klimatisierung des Innenraums 47 des Kraftfahrzeugs 1. Ein Teil eines Massenstroms des Kältemittels 7 gelangt in den Verdampfer 13 und ein weiterer Teil durchströmt den Latentwärmespeicher 15 stromabwärts der Zusatzdrossel 27 für die Verdampfung des Kältemittels 7 auf dem niedrigeren Druckniveau des Latentwärmespeichers 15. Alternativ oder zusätzlich kann dazu stromabwärts des Verdampfers 13 eine weitere Zusatzdrossel angeordnet sein. Der durch den Latentwärmespeicher 15 geleitete Teilmassenstrom des Kältemittels 7 kann also kontinuierlich oder alternativ getaktet durch den Latentwärmespeicher 15 geführt werden. Dies kann beispielsweise durch eine Ansteuerung der Zusatzdrossel 27, insbesondere ein zeitweises Verschließen und/oder ein Ansteuern der Ventilvorrichtung 23 in einer dritten Schaltstellung, wobei diese gänzlich gesperrt ist, erreicht werden.
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Wie in 2 gezeigt, kann über den Zusatzkreislauf 25 eine Kälteleistung aus dem Latentwärmespeicher 15 abgerufen werden. Dazu wird diesem die Wärme 17 in Form der Prozesswärme 51 zugeführt. Hierzu wird die Ventilvorrichtung 23 so umgeschaltet, dass der Massenstrom des Kältemittels 7 mittels der Umwälzpumpe 19 in umgekehrter Richtung durch den Latentwärmespeicher 15 geleitet wird. In diesem Fall verdampft das Kältemittel 7 durch die Wärmezufuhr, die insbesondere aus dem Innenraum 47 des Kraftfahrzeugs 1 stammt, in dem Verdampfer 13 und kondensiert anschließend in dem Latentwärmespeicher 15. Der dem Latentwärmespeicher 15 nachgelagerte Sammler 21 sorgt dafür, dass nur flüssiges Kältemittel 7 von der Umwälzpumpe 21 angesaugt werden kann. Der Sammler 21 kann alternativ oder zusätzlich in ein Gehäuse des Latentwärmespeichers 15 und/oder in einem innerhalb des Latentwärmespeichers 15 befindlichen Wärmetauscher, insbesondere einen Flachrohrwärmetauscher, integriert werden. Die Umwälzpumpe 19 für das Fördern des Kältemittels 7 muss vorteilhaft ausschließlich die in dem Zusatzkreislauf 25 auftretenden Druckverluste überwinden.
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Gemäß einer vorteilhaften Alternative ist es möglich, die Umwälzpumpe 19 zumindest zeitweise zu deaktivieren, insbesondere obwohl der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs 1 nicht in Betrieb ist, insbesondere dann, falls das Phasenwechselmaterial 35 in dem Latentwärmespeicher 15 vollständig verflüssigt ist und/oder kein weiterer Kühlbedarf in dem Innenraum 47 des Kraftfahrzeugs 1 vorhanden ist.
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Die 3 und 4 zeigen eine weitere Variante des in den 1 und 2 gezeigten Kältemittelkreislaufs 3, wobei der Latentwärmespeicher 15 für eine Be- und Entladung in derselben Richtung durchströmt werden kann.
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Wie in den 5 und 6 ersichtlich, ist es möglich, auf die Zusatzdrossel 27 zu verzichten, wobei sich dadurch in dem Latentwärmespeicher 15 und in dem Verdampfer 13 in dem in 5 gezeigten Betriebszustand des Kältemittelkreislaufs 3 ein identisches Druckniveau und damit auch ein identisches Temperaturniveau einstellen, das auf dem Niveau der Wärmezufuhr aus dem Innenraum 47 des Kraftfahrzeugs 1 liegt. Falls dies aufgrund eines Erstarrungspunktes des Phasenwechselmaterials 35 des Verdampfers 13 nicht möglich ist, kann ein dafür erforderliches niedrigeres Niederdruckniveau zumindest zeitweise, insbesondere für bestimmte Beladungsintervalle gezielt abgesenkt werden. Dazu können der Kompressor 5 und/oder die Drossel 11 entsprechend angesteuert werden. alternativ oder zusätzlich kann dies durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventilvorrichtung 23 erfolgen. Diese kann dazu als elektrisch betätigbares Proportional-Wegeventil ausgelegt sein.
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Die 7 und 8 zeigen eine weitere Variante des in den 5 und 6 dargestellten Kältemittelkreislaufs 3, der keine Zusatzdrossel vor dem Latentwärmespeicher 15 aufweist. Es ist zu erkennen, dass das Be- und Entladen des Latentwärmespeichers 15 in derselben Strömungsrichtung erfolgt. Zusätzlich ist das optionale Absperrventil 55 vorgesehen. Dadurch kann vorteilhaft ein möglicherweise auftretender Leckagestrom in dem in 8 gezeigten Betriebszustand über den Kompressor 5, also während einer Entladung des Latentwärmespeichers 15 verhindert werden.
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Wie in den 9–11 dargestellt, ist der Latentwärmespeicher 15 vorteilhaft analog eines üblichen Flachrohrwärmetauschers aufgebaut, der die Flachrohre 33 sowie die Sammler 31 aufweist. Wie in den 10 und 11 dargestellt, werden vorteilhaft die üblicherweise vorhandenen Lamellen 57 durch das Trägermaterial 39, das das Phasenwechselmaterial 35 aufweist, ersetzt. Bei dem Phasenwechselmaterial kann es sich insbesondere um Wasser, Paraffin, Salz, eine Salzlösung und/oder Ähnliches handeln. Das Trägermaterial 39 ist insbesondere als Verbundplatten ausgeführt, wobei die Verbundplatten als Träger des Phasenwechselmaterials 35 sowie als stabilisierendes Element dienen. Vorteilhaft kann dadurch in sich stabiler Latentwärmespeicher 14 realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine Wärmeleitung zwischen dem Phasenwechselmaterial 35 und den Flachrohren 33 durch ein zusätzliches Einpressen des Trägermaterials 39, insbesondere des Verbundmaterials, zu erhöhen. Das Kältemittel 7 strömt dazu durch die Flachrohre 33.
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Wie in 11 gezeigt, ist es gemäß einer Alternative denkbar, einen weiteren Sekundärkreislauf durch den Latentwärmespeicher 15 zuführen. Dazu weist das Verbundmaterial beziehungsweise das Trägermaterial 39, das das Verbundmaterial insbesondere aufweist, zumindest einen der Fluidpfade 37 auf. Die Fluidpfade 37 sind insbesondere parallel zu einer flächigen Ausdehnung des Trägermaterials 39 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind diese parallel zu einer flächigen Ausdehnung der Flachrohre 33 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich verlaufen diese quer zu einer Strömungsrichtung des Kältemittels 7 in den Flachrohren 33.
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Ferner ist es möglich, entsprechend des Phasenwechselmaterials 35 beziehungsweise des Trägermaterials 39 und/oder des Verbundmaterials, dieses in Form von Platten horizontal auf zwischen den Flachrohren 33 verbleibende Zwischenräume zu verteilen.
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Gemäß einer weiteren Alternative kann das Trägermaterial 39 in Form von Würfeln in die Zwischenräume zwischen den Flachrohren 33 eingebracht werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, falls eine Wärmeleitung mit einer Ausrichtung einer Materialstruktur des Trägermaterials 39, insbesondere im Falle von Grafit, abhängt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, vergleichsweise große Platten des Trägermaterials 39 zu verwenden und diese in die Zwischenräume mehrerer der Flachrohrwärmetauscher 29 einzubringen, wie dies in 13 ersichtlich ist.
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Wie in 12 dargestellt, können mehrere der Flachrohrwärmetauscher 29 zu einem Modul 41 zusammengefügt werden. Vorteilhaft kann dann der zumindest eine Fluidpfad 37 durch das gesamte Trägermaterial 39 hindurch durch das gesamte Modul 41 hindurch geführt werden. Der Sekundärkreislauf kann also eingebettet in das Verbundmaterial des Trägermaterials 39 durch die Zwischenräume geführt werden.
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Eine Anzahl und eine Geometrie der einzelnen Wärmeübertrager beziehungsweise Flachrohrwärmetauscher 29 kann an eine in dem Kraftfahrzeug 1 vorhandene Bauraumsituation und eine erforderliche Speicherleistung angepasst werden. Für ein System mit einer hohen Speicherdichte und einer vergleichsweise langen Entladungsdauer kann ein vergleichsweise großer Abstand zwischen den Flachrohren 33 vorgesehen sein. Dadurch kann eine vergleichsweise große Menge des Phasenwechselmaterials 35 beziehungsweise des dieses tragenden Trägermaterials 39 innerhalb des Latentwärmespeichers 15 angeordnet werden. Alternativ ist es denkbar, für eine Optimierung hinsichtlich einer Entladungsleistung des Latentwärmespeichers 15, für eine Erhöhung einer Wärmeleitung durch das Speichersystem des Latentwärmespeichers 15 und eine Verbesserung einer thermischen Anbindung an den Kältemittelkreislauf 3, einen Abstand der Flachrohre 33 zu verringern.
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Vorteilhaft können mehrere der Flachrohrwärmetauscher 29 zu dem Modul 41 zusammengefasst werden, was in den 12–14 ersichtlich ist. An entsprechende Enden der Flachrohre 33 der einzelnen Flachrohrwärmetauscher 29 sind die Sammler 31 angebracht. Es ist denkbar, die einzelnen Flachrohrwärmetauscher 29 des Moduls 41 seriell oder parallel mit dem Kältemittel 7 zu durchströmen. Das in 14 gezeigte Gehäuse 43 verfügt über die Isolierung 45, die insbesondere als Vakuumisolierung, als Schaum, als Vlies, als Wolle und/oder Ähnliches ausgeführt ist. Vorteilhaft kann dadurch ein Wärmeeintrag und/oder eine Wärmeabfuhr von und nach außen verhindert oder zumindest minimiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 3
- Kältemittelkreislauf
- 5
- Kompressor
- 7
- Kältemittel
- 9
- Kondensator
- 11
- Drossel
- 13
- Verdampfer
- 15
- Latentwärmespeicher
- 17
- Wärme
- 19
- Umwälzpumpe
- 21
- Sammler
- 23
- Ventilvorrichtung
- 25
- Zusatzkreislauf
- 27
- Zusatzdrossel
- 29
- Flachrohrwärmetauscher
- 31
- Sammler
- 33
- Flachrohr
- 35
- Phasenwechselmaterial
- 37
- Fluidpfad
- 39
- Trägermaterial
- 41
- Modul
- 43
- Gehäuse
- 45
- Isolierung
- 47
- Innenraum
- 49
- Umwelt
- 51
- Prozesswärme
- 53
- Latentwärme
- 55
- Absperrventil
- 57
- Lamellen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29908469 U1 [0003]
- WO 2004/000588 A1 [0004]
- DE 10224754 B4 [0005]
