DE10242021A1

DE10242021A1 - Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher

Info

Publication number: DE10242021A1
Application number: DE10242021A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Kitamura; Yuichi Shirota; Koji Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2003-04-03
Also published as: US6708512B2; JP2003080933A; US20030046944A1

Abstract

In einer Fahrzeug-Klimaanlage ist ein Kältespeicher (40) in Luftströmungsrichtung nach einem Verdampfapparat (9) angeordnet, um durch kalte Luft nach Durchlaufen des Verdampfapparats gekühlt zu werden. Ein Kälte speicherndes Material ist in dem Kältespeicher eingeschlossen, um verfestigt zu werden, während es durch die kalte Luft von dem Verdampfapparat gekühlt wird. Das Kälte speichernde Material ist ein Gemisch aus mehreren, d. h. wenigstens zwei Arten von Paraffin-Materialien. Die mehreren Arten der Paraffin-Materialien sind so gmischt, dass das Kälte speichernde Material mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 7-11 DEG C erzielt werden kann. In diesem Fall kann die Kühlfunktion im Kältespeicher verbessert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kälte speichernde Klimaanlage für ein Fahrzeug, die mit einem Kältespeicher versehen ist, der durch kalte Luft nach Durchlaufen eines kühlenden Wärmetauschers gekühlt wird. Diese Klimaanlage ist zur Verwendung für ein Fahrzeug geeignet, das einen als Antriebsquelle eines Kompressors benutzten Fahrzeugmotor beim Halten des Fahrzeuges oder dergleichen vorübergehend ausschaltet.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In den letzten Jahren wurde als Aufgabe zum Schutz der Umwelt ein Fahrzeug (ökonomisch fahrendes Fahrzeug, Hybrid-Fahrzeug oder dergleichen), das seinen Motor beim Halten des Fahrzeugs, wie beispielsweise beim Warten auf einen Wechsel einer Verkehrsampel, automatisch ausschaltet, in der Praxis eingesetzt und danach gibt es eine Tendenz, die Anzahl der Fahrzeuge, die ihren Fahrzeugmotor beim Halten des Fahrzeugs ausschalten, zu erhöhen.

In einer Klimaanlage für ein Fahrzeug wird ein Kompressor eines Kühlmittelkreislaufs im allgemeinen, durch einen Fahrzeugmotor angetrieben. Deshalb wird bei dem oben beschriebenen ökonomisch fahrenden Fahrzeug oder dergleichen bei jedem Ausschalten des Motors auch der Kompressor ausgeschaltet. Demzufolge wird eine Temperatur eines kühlenden Wärmetauschers (eines Verdampfapparates) erhöht, eine in einen Fahrgastraum geblasene Lufttemperatur wird erhöht, und deshalb wird ein Kühlempfinden für einen Fahrzeuginsassen im Fahrgastraum zerstört.

Um dieses Problem zu lösen, ist eine Kälte speichernde Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältespeicher versehen. Bei dieser Klimaanlage speichert der Kältespeicher Kälte durch eine kalte Luft nach Durchlaufen eines kühlenden Wärmetauschers, während ein Kompressor arbeitet, und in den Fahrgastraum geblasene Luft wird durch den Kältespeicher beim Ausschalten des Kompressors gekühlt. Demzufolge werden in diesem Fall Eigenschaften eines in dem Kältespeicher eingeschlossenen, Kälte speichernden Materials sehr wichtig, um eine geeignete Kühlfunktion in dem Kältespeicher zu erzielen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeug-Klimaanlage mit einem Kältespeicher mit einer geeigneten Kälte speichernden Kühlfunktion vorzusehen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kältespeicherleistung in dem Kältespeicher durch geeignetes Mischen mehrerer Paraffin-Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten zu verbessern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einer Fahrzeug-Klimaanlage ein kühlender Wärmetauscher zum Kühlen von in einen Fahrgastraum geblasener Luft angeordnet, und ein Kältespeicher ist in Luftströmungsrichtung nach dem kühlenden Wärmetauscher angeordnet, um durch kalt Luft nach Durchlaufen des kühlenden Wärmetauschers gekühlt zu werden. Der Kältespeicher weist darin ein Kälte speicherndes Material auf, das verfestigt wird, während es durch die kalte Luft von dem kühlenden Wärmetauscher gekühlt wird, und das Kälte speichernde Material ist ein Gemisch von mehreren, d. h. wenigstens zwei Arten von Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten. Außerdem sind die mehreren Arten von Materialien so gemischt, dass ein Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials in einem Bereich von 7-11°C liegt. Allgemein ist die Temperatur des kühlenden Wärmetauschers auf etwa 3°C eingestellt, um eine Verursachung von Frost zu beschränken. Demgemäß kann das Kälte speichernde Material durch die kalte Luft von dem kühlenden Wärmetauscher ausreichend verfestigt werden, und Luft kann durch die Schmelzwärme des Kälte speichernden Materials in dem Kältespeicher ausreichend gekühlt werden, wenn der kühlende Wärmetauscher nicht in Betrieb ist. So kann durch geeignetes Mischen der mehreren Arten von Materialien, um den Schmelzpunkt im Bereich von 7-11°C zu haben, einem Fahrzeuginsassen im Fahrgastraum durch Verwenden der Schmelzwärme des Kälte speichernden Materials in dem Kältespeicher, wenn der kühlende Wärmetauscher nicht in Betrieb ist, ein angenehmes Kühlempfinden gegeben werden.

Vorzugsweise weist das Kälte speichernde Material einen Zusatzstoff zum Verbessern der Kompatibilität zwischen den mehreren Arten von Materialien auf. In diesem Fall wird eine teilweise Verfestigung oder ein teilweises Schmelzen nicht bewirkt und eine Kältespeicher-Kühlfunktion kann in dem Kältespeicher effektiv verbessert werden.

Vorzugsweise sind alle der mehreren Arten von Materialien Paraffin-artige Materialien. Insbesondere sind die Paraffin-artigen Materialien Paraffin C₁₄H₃₀ und Paraffin C₁₆H₃₄. Ferner werden das Paraffin C₁₄H₃₀ und das Paraffin C₁₆H₃₄ so gemischt, dass ein Gewichtsverhältnis des Paraffins C₁₄H₃₀ zu dem Paraffin C₁₆H₃₄ etwa 1/3 beträgt. In diesem Fall liegt der Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials bei etwa 8°C, und die Kältespeicher-Kühlfunktion kann weiter effektiv verbessert werden, selbst wenn die Größe des Kältespeichers kleiner gemacht wird.

Ferner wird, wenn der kühlende Wärmetauscher ein Verdampfapparat eines Kühlmittelkreislaufs mit einem Kompressor zum Komprimieren des Kühlmittels ist, während der Kompressor in Betrieb ist, die Funktion des Kompressors so gesteuert, dass die Temperatur eines als kühlender Wärmetauscher benutzten Verdampfapparats eine Solltemperatur (z. B. 3-5°C) wird. In diesem Fall ist der Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials um eine vorgegebene Temperatur höher als die Solltemperatur des Verdampfapparates eingestellt. Demzufolge kann die Kältespeichermenge des Kälte speichernden Materials in dem Kältespeicher effektiv erhöht werden, und die Kühlfunktion kann durch die Kältespeichermenge des Kälte speichernden Materials in dem Kältespeicher aufrechterhalten werden, wenn der Kompressor ausgeschaltet ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Graphik eines Messergebnisses eines Paraffins (C₁₄H₃₀) bei einer Differentialscanning-Kaloriemetrie (DSC);
Fig. 3 eine Darstellung eines Schmelzpunktes und einer latenten Schmelzwärme in verschiedenen Paraffin-Materialien; und
Fig. 4 eine Graphik eines Messergebnisses der DSC eines Kälte speichernden Materials gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus einer Fahrzeug-Klimaanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel. Ein Kühlmittelkreislauf R der Fahrzeug- Klimaanlage weist einen Kompressor 1 zum Ansaugen, Komprimieren und Ausgeben eines Kühlmittels auf, und der Kompressor 1 ist mit einer elektromagnetischen Kupplung 2 für eine intermittierende Leistung versehen. Da die Leistung dem Kompressor 1 von einem Fahrzeugmotor 4 über die elektromagnetische Kupplung 2 und einen Riemen 3 übertragen wird, ist ein Betrieb des Kompressors 1 entsprechend einer Unterbrechung eines zu der elektromagnetischen Kupplung 2 durch eine elektronische Klimaanlagen- Steuereinheit (A/C ECU) 5 geleiteten Stromes intermittierend.
Ein überhitztes Kühlmittelgas mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck, das von dem Kompressor 1 ausgegeben wird, strömt in einen Kondensator 6 und tauscht mit einer Außenluft, die durch einen Kühllüfter (nicht dargestellt) eingeblasen wird, um gekühlt und kondensiert zu werden, Wärme aus. Das in dem Kondensator 6 kondensierte Kühlmittel strömt als nächstes in einen Behälter 7, Gas und Flüssigkeit des Kühlmittels werden in einem Innenbereich des Behälters 7 getrennt, und ein überschüssiges Kühlmittel (flüssiges Kühlmittel) innerhalb des Kühlmittelkreislaufs R wird in dem Behälter 7 gespeichert.
Ein flüssiges Kühlmittel von dem Behälter 7 wird durch ein Expansionsventil (Druckverminderungseinrichtung) 8 dekomprimiert, um in einen Gas-Flüssigkeit-Zweiphasenzustand mit niedrigem Druck zu gelangen. Das Expansionsventil 8 ist ein thermisches Expansionsventil mit einem Temperaturmessabschnitt 8a zum Messen einer Temperatur eines ausgegebenen Kühlmittels eines Verdampfapparats (kühlenden Wärmetauschers) 9. Das aus dem Expansionsventil 8 strömende Niederdruck-Kühlmittel strömt in den Verdampfapparat 9. Der Verdampfapparat 9 ist in einem Klimaanlagengehäuse 10 der Fahrzeug-Klimaanlage eingebaut, das in den Verdampfapparat 9 strömende Niederdruck- Kühlmittel nimmt Wärme von Luft in dem Klimaanlagengehäuse 10 auf und wird verdampft. Ein Kühlmittelauslass des Verdampfapparats 9 ist mit einer Kühlmittel- Ansaugseite des Kompressors 1 verbunden, und ein geschlossener Kühlmittelkreislauf ist durch die oben beschriebenen Kreislaufkomponenten aufgebaut.
In dem Klimaanlagengehäuse 10 ist in Luftströmungsrichtung vor dem Verdampfapparat 9 ein Gebläse 11 angeordnet, und das Gebläse 11 ist mit einem Zentrifugallüfter 12 und einem Antriebsmotor 13 versehen. An einer Luftansaugseite des Lüfters 12 ist ein Innen/Außenluft-Schaltkasten 14 angeordnet. Der Innen/Außenluft-Schaltkasten 14 weist einen Außenluft-Einlassanschluss 14b zum Einleiten von Außenluft außerhalb eines Fahrgastraumes und einen Innenluft-Einlassanschluss 14c zum Einleiten von Innenluft im Fahrgastraum auf. Der Außenluft-Einlassanschluss 14b und der Innenluft-Einlassanschluss 14c werden durch eine Innen/Außenluft-Schaltklappe 14a, die in dem Innen/Außenluft-Schaltkasten 14 angeordnet ist, geöffnet und geschlossen. Dadurch wird Außenluft oder Innenluft in den Innen/Außenluft-Schaltkasten 14 eingeleitet. Die Innen/Außenluft-Schaltklappe 14a wird durch eine elektrische Antriebsvorrichtung 14e bestehend aus einem Servomotor angetrieben.
In einem Lüftungssystem der Klimaanlage ist eine Klimaanlageneinheit 15 in Luftströmungsrichtung nach dem Gebläse 11 angeordnet. Normalerweise ist die Klimaanlageneinheit 15 an einer Mittelposition in der Breitenrichtung des Fahrzeugs innerhalb einer Instrumententafel am Frontbereich im Fahrgastraum angeordnet, und das Gebläse ist in einer zu einer Seite eines Fahrgastvordersitzes von der Klimaanlageneinheit 15 versetzten Position angeordnet. Ein Kältespeicher 40 und eine Luftmischklappe 19, die später beschrieben werden, sind nacheinander in dem Klimaanlagengehäuse 10 in Luftströmungsrichtung nach dem Verdampfapparat 9 angeordnet. Ein Warmwasser- Heizkern (wärmender Wärmetauscher) 20 zum Erwärmen von Luft durch Verwenden von warmem Wasser (Kühlwasser) von dem Fahrzeugmotor 4 (E/G) als Wärmequelle ist in Luftströmungsrichtung nach der Mischklappe 19 angeordnet.
Ferner ist seitlich (in Fig. 1 oberhalb) des Warmwasser-Heizkerns 20 ein Nebendurchgang 21 gebildet, durch den Luft (kalte Luft) von dem Verdampfapparat 9 strömt, wobei sie an dem Warmwasser-Heizkern 20 vorbei läuft. Die Luftmischklappe 19 ist eine plattenförmige Drehklappe und wird durch ein elektrisches Antriebsgerät 22 bestehend aus einem Servomotor angetrieben.
Die Luftmischklappe 19 ist eine Klappe zum Einstellen eines Luftstromverhältnisses zwischen warmer Luft, die durch den Warmwasser-Heizkern 20 läuft, und kalter Luft, die durch den Nebendurchgang 21 läuft, und stellt eine in den Fahrgastraum geblasene Lufttemperatur durch Einstellen des Luftstromverhältnisses zwischen kalter Luft und warmer Luft ein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Luftmischklappe 19 eine Temperatureinstellvorrichtung von in den Fahrgastraum geblasener Luft. Ein vom Boden nach oben verlaufender Warmluftdurchgang 23 ist nach dem Warmwasser- Heizkern 20 ausgebildet. Demzufolge kann man Luft mit einer gewünschten Temperatur durch Mischen von warmer Luft aus dem Warmluftdurchgang 22 und kalter Luft von dem Nebendurchgang 21 in einem Luftmischabschnitt 24 erhalten.
Ferner ist in dem Klimaanlagengehäuse 10 ein Luftauslassmodus-Schaltabschnitt nach dem Luftmischabschnitt 24 ausgebildet. D. h. ein Enteisungs-Öffnungsabschnitt 25 ist an einer Oberseite des Klimaanlagengehäuses 10 ausgebildet, und der Enteisungs- Öffnungsabschnitt 25 ist zum Blasen von Luft zu einer Innenfläche einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges über eine Enteisungsleitung (nicht dargestellt) vorgesehen. Der Enteisungs-Öffnungsabschnitt 25 wird durch eine frei drehbare Enteisungsklappe 26 geöffnet und geschlossen, die plattenartig ausgebildet ist.
Ferner ist in der Oberseite des Klimaanlagengehäuses 10 an einem Teil an einer Stelle hinter dem Enteisungs-Öffnungsabschnitt 25 ein Gesichts-Öffnungsabschnitt 27 ausgebildet, und der Gesichts-Öffnungsabschnitt 27 ist zum Blasen von Luft zu der oberen Hälfte eines Fahrzeuginsassen im Fahrgastraum über eine Gesichtsleitung (nicht dargestellt) vorgesehen. Der Gesichts-Öffnungsabschnitt 27 wird durch eine frei drehbare Gesichtsklappe 28 geöffnet und geschlossen, die in Plattenform ausgebildet ist.
Ferner ist in dem Klimaanlagengehäuse 10 ein Fuß-Öffnungsabschnitt 29 an einer Unterseite des Gesichts-Öffnungsabschnitts 27 ausgebildet, und der Fuß-Öffnungsabschnitt 29 ist zum Blasen von Luft zu dem Fußbereich eines Fahrzeuginsassen im Fahrgastraum vorgesehen. Der Fuß-Öffnungsabschnitt 29 wird durch eine frei drehbare Fußklappe 30 geöffnet und geschlossen, die in einer Plattenform ausgebildet ist. Die oben beschriebenen Luftauslassmodusklappen 26, 28 und 30 sind mit einem gemeinsamen Verbindungsmechanismus (nicht dargestellt) verbunden und werden über den Verbindungsmechanismus durch ein elektrisches Antriebsgerät 31 bestehend aus einem Servomotor angetrieben.
Ein Verdampfapparat-Temperatursensor 32 ist an einer Stelle direkt nach einem Luftauslass des Verdampfapparats 9 in dem Klimaanlagengehäuse 10 angeordnet und erfasst eine Verdampfapparat-Lufttemperatur Te unmittelbar nach Durchlaufen des Verdampfapparats 9. Ferner ist ein Kältespeicher-Temperatursensor 33 an einer Stelle direkt nach einem Luftauslass des Kältespeichers 40 angeordnet und erfasst eine Kältespeicher-Lufttemperatur Tc unmittelbar nach Durchlaufen des Kältespeichers 40.
Hier wird die durch den Verdampfapparat-Temperatursensor 32 erfasste Verdampfapparat-Lufttemperatur Te für die Unterbrechungssteuerung der elektromagnetischen Kupplung 2 des Kompressors 1 verwendet. Ferner wird in einem Fall, in dem der Kompressor 1 ein Verstellkompressor ist, die Verdampfapparat-Lufttemperatur Te für eine Steuerung einer Ausgabestellung des Kompressors 1 verwendet. Ferner wird die Kühlleistung des Verdampfapparats 9 durch diese Kupplungs-Unterbrechungssteuerung oder die Steuerung der Ausgabestellung des Kompressors 1 eingestellt. Dagegen wird die durch den Kältespeicher-Temperatursensor 33 erfasste Kältespeicher-Lufttemperatur Tc für die Steuerung eines Öffnungsgrades der Luftmischklappe 19 verwendet, so dass der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 19 durch die Kältespeicher-Lufttemperatur Tc gesteuert wird.
In der elektronischen Klimaanlagen-Steuereinheit 5 (A/C ECU) werden von den oben beschriebenen Temperatursensoren 32 und 33 sowie von einer bekannten Sensorgruppe 35 zum Erfassen einer Innenlufttemperatur Tr, einer Außenlufttemperatur Tam, einem Maß Sonneneinstrahlung Ts und einer Warmwassertemperatur Tw und dergleichen Messsignale zum Zwecke der Klimaanlagensteuerung eingegeben. Ferner ist auf einer Klimaanlagen-Steuertafel 36, die in der Nähe der Instrumententafel im Fahrgastraum eingebaut ist, eine durch einen Fahrzeuginsassen manuell betätigte Betriebsschaltergruppe 37 vorgesehen. Betriebssignale von dieser Betriebsschaltergruppe 37 werden ebenfalls in die elektronische Klimaanlagen-Steuereinheit 5 eingegeben.
Die Betriebsschaltergruppe 37 enthält einen Temperatureinstellschalter 37a zum Erzeugen eines Temperatureinstellsignals Tset, einen Luftvolumenschalter 36d zum Erzeugen eines Luftvolumen-Schaltsignals, einen Luftauslassmodusschalter 37C zum Erzeugen eines Luftauslassmodussignals, einen Innen/Außenluft-Wechselschalter 37d zum Erzeugen eines Innen/Außenluft-Schaltsignals, einen Klimaanlagenschalter 37e zum Erzeugen eines Ein/Aus-Signals des Kompressors 1 und dergleichen. Durch eine manuelle Betätigung des Luftauslassmodusschalters 37c wird ein Luftauslassmodus aus einem Gesichtsmodus, einem Fußmodus, einem Doppelmodus, einem Fuß/Enteisungs- Modus und einem Enteisungsmodus eingestellt.
Ferner ist die elektronische A/C-Steuereinheit 5 mit einer elektronischen Motor- Steuereinheit 38 (einer Motor-ECU) verbunden. Demzufolge werden von der elektronischen Motor-Steuereinheit 38 der elektronischen Klimaanlagen-Steuereinheit 5 ein Drehzahlsignal des Fahrzeugmotors 4, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und dergleichen eingegeben.
Die elektronische Motor-Steuereinheit 38 dient der künstlichen Steuerung einer Kraftstoff-Einspritzmenge und eines Zündzeitpunkts im Fahrzeugmotor 4 auf der Basis von Signalen von einer Sensorgruppe (nicht dargestellt) zum Erfassen eines Betriebszustandes oder dergleichen des Fahrzeugmotors 4. Weiter schaltet die elektronische Motor-Steuereinheit 38 in einem ökonomisch fahrenden Fahrzeug oder einem Hybrid- Fahrzeug, wenn ein Fahrzeug-Anhaltezustand auf der Basis eines Drehzahlsignals des Fahrzeugmotors 4, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, eines Bremssignals oder dergleichen bestimmt wird, automatisch einen Fahrzeugmotor 4 durch Unterbrechen einer elektronischen Quelle eines Zündgeräts, Ausschalten der Kraftstoffeinspritzung oder dergleichen aus.
Ferner bestimmt die elektronische Motor-Steuereinheit 38 nach einem Ausschalten des Fahrzeugmotors 4, wenn das Fahrzeug von einem Fahrzeug-Anhaltezustand durch eine Betätigung eines Fahrers in einen Startzustand versetzt wird, den Startzustand des Fahrzeugs auf der Basis eines Beschleunigungssignals oder dergleichen und startet automatisch den Fahrzeugmotor 4. Außerdem gibt die elektronische Klimaanlagen- Steuereinheit 5 nach dem Ausschalten des Fahrzeugmotors 4 basierend auf einem Anstieg der Kältespeicher-Lufttemperatur Tc oder dergleichen ein Motor-Wiederbetriebssignal aus.
Die elektronische Klimaanlagen-Steuereinheit 5 und die elektronische Motor-Steuereinheit 38 sind aus einem wohlbekannten Mikrocomputer bestehend aus einer CPU, einem ROM, einem RAM oder dergleichen und ihren Peripherieschaltungen aufgebaut. Die elektronische Klimaanlagen-Steuereinheit 5 weist einen Motorsteuersignal-Ausgabeabschnitt zum Ausgeben von Signalen zum Freigabestopp oder Sperrstopp des Fahrzeugmotors 4 oder eines Signals des Motorwiederbetriebs nach seinem Ausschalten, einen Kompressorunterbrechungs-Steuerabschnitt aufgrund der elektromagnetischen Kupplung 2, einen Innen/Außenluft-Saugsteuerabschnitt aufgrund der Innen/Außenluft-Schaltklappe 14a, einen Luftvolumen-Steuerabschnitt des Gebläses 11, einen Temperatur-Steuerabschnitt aufgrund der Luftmischklappen 49, einen Luftauslassmodus-Steuerabschnitt aufgrund des Schaltens der Gebläseauslässe 25, 27 und 29 und dergleichen auf.
Als nächstes wird nun der Aufbau des Kältespeichers 40 näher beschrieben. Der Kältespeicher 40 ist so ausgebildet, dass er den gleichen Vorderflächenbereich wie der Verdampfapparat 9 besitzt, wie in Fig. 1 dargestellt, so dass das gesamte Volumen (das Gesamtvolumen von in dem Klimaanlagengehäuse 10 strömender Luft) von kalter Luft nach Durchlaufen des Verdampfapparats 9 durch den Kältespeicher 40 strömt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kältespeicher 40 so konstruiert, dass er eine dünne Dicke in einer Luftströmungsrichtung A in dem Klimaanlagengehäuse 10 besitzt.
Der Kältespeicher 40 ist durch mehrere Rohre aus Metall wie beispielsweise Aluminium mit einer ausreichenden Wärmeübertragungsleistung konstruiert. In den Rohren des Kältespeichers 40 ist ein Kälte speicherndes Material eingeschlossen. Die Rohre des Kältespeichers 40 sind so angeordnet, dass zwischen benachbarten zwei Rohren ein bestimmter Abstand vorhanden ist, so dass Luft durch den Freiraum zwischen den benachbarten zwei Rohren strömt.
Jedes der Rohre in dem Kältespeicher 40 kann durch Verbinden von zwei Wärme übertragenden Platten mittels eines Lötmaterials gebildet werden, oder es kann integral durch Extrudieren gebildet werden. Ferner können Wellrippen zwischen den benachbarten Rohren angeordnet sein, so dass die Wärmeübertragungsleistung auf der Luftseite verbessert werden kann.
Als nächstes wird die Funktionsweise der Fahrzeug-Klimaanlage gemäß diesem Ausführungsbeispiel erläutert. In der Fahrzeug-Klimaanlage wird der Kühlmittelkreislauf R durch Antreiben des Kompressors 1 durch den Fahrzeugmotor 4 betrieben, und eine Temperatur des Verdampfapparats 9 wird durch die Unterbrechungssteuerung des Betriebs des Kompressors 1 auf einer Temperatur in der Nähe von 3-5°C gehalten, so dass der Verdampfapparat 9 am Einfrieren gehindert wird.
In dem Verdampfapparat 9 nimmt das Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck, das durch das Expansionsventil 8 dekomprimiert wurde, Wärme von durch das Gebläse 1 geblasener Luft auf und wird verdampft, so dass Luft in dem Verdampfapparat 9 gekühlt wird und aus dem Verdampfapparat 9 geblasene Luft zu kalter Luft wird. Kalte Luft von dem Verdampfapparat 9 strömt als nächstes durch die zwischen den Rohren des Kältespeichers 40 gebildeten Luftdurchgänge. Als Ergebnis wird das Kälte speichernde Material in dem Kältespeicher 40 gekühlt und von einem Flüssigphasenzustand bei normaler Raumtemperatur in eine feste Phase verfestigt, und eine Kältespeicherung kann in der Konfiguration einer Schmelzwärme (latenten Schmelzwärme) durchgeführt werden.
So kann in einem ökonomisch fahrenden Fahrzeug, das den Motor 4 beim Anhalten des Fahrzeugs (wenn keine Motorleistung benötigt wird), wie beispielsweise beim Warten auf den Wechsel einer Verkehrsampel, automatisch ausschaltet, selbst wenn der Kompressor 1 des Kühlmittelkreislaufs R beim Anhalten des Fahrzeuges in den ausgeschalteten Zustand gelangt, die in den Fahrgastraum geblasene Lufttemperatur unter Verwendung einer Kältespeichermenge des Kälte speichernden Materials in einem Zustand von vergleichsweise niedriger Temperatur gehalten werden. Demzufolge kann während eines Kühlbetriebs im Sommer ein abrupter Anstieg der in den Fahrgastraum geblasenen Lufttemperatur aufgrund des Ausschaltens des Kompressors 1 unterdrückt werden und eine Verschlechterung eines Kühlgefühls eines Fahrgastes im Fahrgastraum kann verhindert werden.
Wenn der Kompressor 1 (der Fahrzeugmotor 4) arbeitet, wird das Kälte speichernde Material in dem Kältespeicher 40 durch kalte Luft nach Durchlaufen des Verdampfapparats 9 gekühlt und verfestigt, und die Kältespeicherung des Kälte speichernden Materials wird durch die Schmelzwärme durchgeführt. Wenn dagegen der Kompressor 1 (der Fahrzeugmotor 4) ausgeschaltet wird, wird in den Fahrgastraum geblasene Luft durch die gespeicherte Kältemenge wegen der Schmelzwärme gekühlt, so dass eine Kühlfunktion zum Kühlen des Fahrgastraums erzielt werden kann. Daher ist es notwendig, den Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials höher als die Temperatur der kalten Luft aus dem Verdampfapparat 9 einzustellen. Wenn jedoch der Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials übermäßig hoch ist, wird die Temperatur der in den Fahrgastraum geblasenen Luft höher, wenn die Luft durch die gespeicherte Kältemenge des Kälte speichernden Materials gekühlt wird, während der Kompressor 1 ausgeschaltet ist. Demzufolge wird in diesem Fall eine unzureichende Kühlung erzielt. In diesem Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, den Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials in einen Bereich von 7-11°C einzustellen. Besonders bevorzugt ist es, den Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials auf etwa 8°C einzustellen.
Im allgemeinen wird die Temperatur des Verdampfapparats 9 in einem Bereich von 3-5°C gesteuert, um ein Einfrieren im Verdampfapparat 9 zu verhindern. Somit kann, wenn der Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials etwa 8°C beträgt, eine vorgegebene Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials und der Temperatur des Verdampfapparats 9 beibehalten werden, und das Kälte speichernde Material kann mittels der kalten Luft nach Durchlaufen des Verdampfapparats 9 effektiv verfestigt werden. Ferner kann, wenn der Schmelzpunkt (Gefrierpunkt) etwa 8°C beträgt, die in den Fahrgastraum geblasene Luft durch den Kältespeicher 40 auf eine Temperatur von etwa 10°C, was etwas höher als der Schmelzpunkt ist, gekühlt werden, wenn der Kompressor 1 ausschaltet. Daher kann eine ausreichende Kühlleistung allein durch Verwenden des Kältespeichers 40 erzielt werden.
Um die Größe des Kältespeichers 40 zu reduzieren, ist es ferner erforderlich, die Schmelzwärme je Einheit des Kälte speichernden Materials zu erhöhen und die Dichte des Kälte speichernden Materials zu erhöhen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben das für den Kältespeicher 40 verwendete, Kälte speichernde Material basierend auf dem Schmelzpunkt (Gefrierpunkt), der Schmelzwärme, den Materialkosten und einer Korrosion bezüglich Aluminiummaterial und dergleichen untersucht. Ferner wird eine thermodynamische Menge des die Phasenveränderung (latente Wärme) verwendenden Kälte speichernden Materials in dem Kältespeicher 40 durch Differentialscanning-Kaloriemetrie (nachfolgend als "DSC" bezeichnet), gemessen. In der DSC werden eine Probe und ein Referenzmaterial jeweils in unabhängigen Zellen angeordnet und gleichzeitig mit gleicher Geschwindigkeit thermisch erhöht oder thermisch erniedrigt. Hierbei wird die Joule'sche Wärme gemessen, die zum Aufrechterhalten der Temperatur der Probe und des Referenzmaterials auf der gleichen Temperatur von außerhalb zugeführt wird. Hier ist die Joule'sche Wärme die Reaktionswärme der Probe in einem Temperaturprüfbereich.
Fig. 2 zeigt eine Graphik der DSC von Paraffin C₁₄H₃₀ (d. h. n-Tetradecan), das im allgemeinen als das Kälte speichernde Material verwendet wird. In Fig. 2 ist die Abszisse die Temperatur des Paraffins C₁₄H₃₀, und die Ordinate gibt die von außen zugeführte Joule'sche Wärme an. Ferner ist eine endothermische Spitze des Schmelzens des Paraffins C₁₄H₃₀ durch den Punkt "a" in Fig. 2 angegeben, und die latente Schmelzwärme kann durch den Bereich der endothermischen Spitze, der durch die schrägen Linien "b" in Fig. 2 dargestellt ist, bestimmt werden.
Wie in Fig. 3 dargestellt, beträgt der Schmelzpunkt (Gefrierpunkt) des Paraffins C₁₄H₃₀ 5,9°C und hat eine kleine Temperaturdifferenz zu der oben beschriebenen Temperatur (3-5°C) des Verdampfapparats 9. Deshalb kann das Paraffin C₁₄H₃₀ durch die kalte Luft aus dem Verdampfapparat 9 nicht ausreichend gekühlt werden, wenn die Temperatur des Verdampfapparats 9 in einem Bereich von 3-5°C eingestellt ist. Daher kann, wenn das Paraffin C₁₄H₃₀ als Kälte speicherndes Material verwendet wird, das gesamte Kälte speichernde Material in dem Kältespeicher 40 nicht gleichförmig verfestigt werden, und eine notwendige Kältespeichermenge kann nicht erzielt werden, wenn die Größe des Kältespeichers 40 klein gemacht ist.
Fig. 3 zeigt den Schmelzpunkt und die latente Schmelzwärme eines Paraffin-artigen Kälte speichernden Materials. Wie in Fig. 3 dargestellt, steigt mit steigender Molekühlzahl des Kohlenstoffs in dem Paraffin-artigen Kälte speichernden Material der Schmelzpunkt des Paraffin-artigen Kälte speichernden Materials. Der Schmelzpunkt des Paraffins C₁₂H₂₆ ist zu niedrig, und der Schmelzpunkt des Paraffins C₁₆H₃₄ und des Paraffins C₁₈H₃₈ sind zu hoch. Deshalb können das Paraffin C₁₂H₂₆, das Paraffin C₁₆H₃₄ und das Paraffin C₁₈H₃₈ für das Kälte speichernde Material des Kältespeichers 40 in der Fahrzeug-Klimaanlage nicht wirksam verwendet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel erhält man ein für den Kältespeicher 40 in der Fahrzeug- Klimaanlage geeignet verwendbares Kälte speicherndes Material durch Mischen eines Materials mit einem niedrigen Schmelzpunkt und eines Materials mit einem hohen Schmelzpunkt. Insbesondere werden das Paraffin C₁₄H₃₀ und das Paraffin C₁₆H₃₄ gemischt. D. h. durch Mischen des Paraffins C₁₄H₃₀ mit dem niedrigen Schmelzpunkt und des Paraffins C₁₆H₃₄ mit dem hohen Schmelzpunkt kann man einfach ein Kälte speicherndes Material mit einem mittleren Schmelzpunkt zwischen dem Paraffin C₁₄H₃₀ und dem Paraffin C₁₆H₃₄ erhalten. Als Beispiel werden das Paraffin C₁₄H₃₀ und das Paraffin C₁₆H₃₄ so gemischt, dass ein Gewichtsverhältnis (Mischungsverhältnis) des Paraffins C₁₄H₃₀ zu dem Paraffin C₁₆H₃₄ 1/3 beträgt. Fig. 4 zeigt die DSC des gemischten Paraffin-Materials mit diesem Mischverhältnis. Wie in Fig. 4 dargestellt, liegt die endothermische Spitze des gemischten Paraffin-Materials an einem Mittelpunkt zwischen dem Schmelzpunkt des Paraffins C₁₄H₃₀ und dem Schmelzpunkt des Paraffins C₁₆H₃₄, und sein Schmelzpunkt beträgt etwa 8°C. Das gemischte Paraffin-Material mit dem Schmelzpunkt von etwa 8°C ist als Kälte speicherndes Material der Fahrzeug-Klimaanlage geeignet verwendbar.
Wenn das gemischte Paraffin in dem Kältespeicher 40 als das Kälte speichernde Material eingeschlossen wird, kann das Kälte speichernde Material durch die kalte Luft nach Durchlaufen des Verdampfapparats 9 ausreichend verfestigt werden, und man kann eine notwendige Kältespeichermenge einfach erzielen. Weil der Schmelzpunkt (Gefrierpunkt) des Kälte speichernden Materials etwa 8°C beträgt, kann ferner in den Fahrgastraum zu blasende Luft auf eine Temperatur von etwa 10°C, etwas höher als der Schmelzpunkt von 8°C, gekühlt werden, wenn der Kompressor 1 ausschaltet. Demzufolge kann dem Fahrzeuginsassen in dem Fahrgastraum ein angenehmes Kühlempfinden gegeben werden, selbst wenn der Kompressor 1 ausschaltet.
Wenn die Kompatibilität zwischen dem Paraffin C₁₄H₃₀ und dem Paraffin C₁₆H₃₄ in dem als Kälte speicherndes Material verwendeten gemischten Paraffin unzureichend ist, kann das Gefrieren oder das Schmelzen teilweise bezüglich eines Temperaturwechsels des Kältespeichers 40 in dem gemischten Paraffin bewirkt werden. Deshalb kann ein Zusatzstoff zum Verbessern der Kompatibilität zwischen unterschiedlichen Kälte speichernden Materialien verwendet werden. Zum Beispiel kann als Zusatzstoff ein Mineralöl verwendet werden.
Gemäß den Experimenten durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung kann, wenn der Schmelzpunkt des gemischten Kälte speichernden Materials in einem Bereich von 7-11°C liegt, in den Fahrgastraum zu blasende Luft in dem Kältespeicher 40 effektiv gekühlt werden, während der Kompressor 1 ausgeschaltet ist. Demgemäß kann man durch Mischen mehrerer Arten der Paraffin-Materialien, um den Schmelzpunkt im Bereich von 7-11°C zu haben, ein gemischtes Kälte speicherndes Material zur geeigneten Verwendung im Kältespeicher 40 erzielen. Das heißt, wenn das gemischte Kälte speichernde Material den Schmelzpunkt im Bereich von 7-11°C hat, kann das gemischte Kälte speichernde Material durch die kalte Luft von dem Verdampfapparat 9 einfach gefroren werden, während in den Fahrgastraum geblasene Luft in den Kältespeicher 40 ausreichend gekühlt werden kann, während der Kompressor 1 ausgeschaltet ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung komplett in Zusammenhang mit ihrem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind.
Zum Beispiel werden in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwei Arten von Paraffin-Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten gemischt. Jedoch können auch mehrere, d. h. mehr als zwei Arten von Paraffin- Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten gemischt werden.
Ferner können auch mehrere Kälte speichernde Materialien außer dem Paraffin gemischt werden, um den geeigneten Schmelzpunkt aufzuweisen.
Solche Veränderungen und Modifikationen sollen selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist, liegen.

Claims

1. Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Fahrgastraum, mit
einem kühlenden Wärmetauscher (9) zum Kühlen von in einen Fahrgastraum geblasener Luft;
einem Kältespeicher (40), der in Luftströmungsrichtung nach dem kühlenden Wärmetauscher angeordnet ist, wobei der Kältespeicher durch kalte Luft nach Durchlaufen des kühlenden Wärmetauschers gekühlt wird, wobei
der Kältespeicher darin ein Kälte speicherndes Material aufweist, das verfestigt ist, während es durch die kalte Luft von dem kühlenden Wärmetauscher gekühlt wird;
das Kälte speichernde Material ein Gemisch von mehreren, d. h. wenigstens zwei Arten von Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten ist; und
die mehreren Arten von Materialien derart gemischt sind, dass ein Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials in einem Bereich von 7-11°C liegt.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, bei der das Kälte speichernde Material einen Zusatzstoff zum Verbessern der Kompatibilität zwischen den mehreren Arten von Materialien aufweist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der alle der mehreren Arten von Materialien Paraffin-artige Materialien sind.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, bei der die Paraffin-artigen Materialien Paraffin C₁₄H₃₀ und Paraffin C₁₆H₃₄ sind.

5. Klimaanlage nach Anspruch 4, bei der in dem Kälte speichernden Material ein Gewichtsverhältnis des Paraffins C₁₄H₃₀ zu dem Paraffin C₁₆H₃₄ etwa 1/3 beträgt.

6. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit
einem durch einen Motor zum Betreiben des Fahrzeugs angetriebenen Kompressor (1), wobei der Motor ausgeschaltet wird, während eine Motorleistung in dem Fahrzeug unnötig ist, wobei der Kompressor dem Komprimieren eines Kühlmittels in einem Kühlmittelkreislaufsystem dient;
einer Temperaturerfassungsvorrichtung (32), die eine Temperatur des kühlenden Wärmetausches erfasst; und
einer Steuereinheit (5) zum Steuern des Betriebs des Kompressors, wobei
der kühlende Wärmetauscher ein Verdampfapparat (9) des Kühlmittelkreislaufs ist;
die Steuereinheit den Betrieb des Kompressors so steuert, dass die Temperatur des Verdampfapparats eine Solltemperatur wird; und
der Schmelzpunkt des Kälte speichernden Materials um eine vorgegebene Temperatur höher als die Solltemperatur ist.

7. Kälte speicherndes Material, das in einem Kältespeicher (40) eingeschlossen ist, der durch kalte Luft nach Durchlaufen eines kühlenden Wärmetauschers (9) einer Fahrzeug-Klimaanlage gekühlt wird,
wobei das Kälte speichernde Material aus wenigstens einem Gemisch aus mehreren Arten von Paraffin-Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten besteht,
wobei die mehreren, d. h. wenigstens zwei Arten von Paraffin-Materialien so gemischt sind, dass sie einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 7-11°C besitzen.

8. Kälte speicherndes Material nach Anspruch 7, das ein Gemisch aus Paraffin C₁₄H₃₀ und Paraffin C₁₆H₃₄ ist, wobei ein Gewichtsverhältnis des Paraffins C₁₄H₃₀ zu dem Paraffin C₁₆H₃₄ etwa 1/3 beträgt.