DE10306048A1

DE10306048A1 - Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben desselben

Info

Publication number: DE10306048A1
Application number: DE10306048A
Authority: DE
Inventors: Noureddine Dr. Khelifa; Oliver Horn; Wolfgang Krämer
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: DE10306048B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit einem Klimagerät (10), das einen über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreis (12) aufweist, in dem ein Kältemittel zirkuliert und ein Verdampfer (14) vorgesehen ist, und mindestens einem mit dem Verdampfer (14) kommunizierenden Kurzzeitkältespeicher (16), der insbesondere dazu vorgesehen ist, entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeugs außer Betrieb ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kurzzeitkältespeicher (16) mindestens einen flächig ausgebildeten Flachrohrwärmetauscher (18, 20, 22, 24) mit flächig daran angeordnetem Kältespeichermedium (26) umfasst, dass der Kurzzeitkältespeicher geladen wird, indem Kältemittel des Kompressionskältekreises (12) durch den mindestens einen Flachrohrwärmetauscher (18, 20, 22, 24) strömt und dass der Kurzzeitkältespeicher (16) außerhalb des Klimagerätes (10) angeordnet ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Klimatisierungssystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit einem Klimagerät, das einen über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreis aufweist, in dem ein Kältemittel zirkuliert und ein Verdampfer vorgesehen ist, und mindestens einem mit dem Verdampfer kommunizierenden Kurzzeitkältespeicher, der insbesondere dazu vorgesehen ist, entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges außer Betrieb ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Klimatisierungssystems.
Aus Umweltschutzgründen und/oder zur Energieeinsparung werden Kraftfahrzeuge zunehmend mit einer sogenannten Stop-And-Go-Automatik ausgestattet, die den Fahrzeugmotor automatisch außer Betrieb setzt, wenn das Fahrzeug kurzfristig anhält, wie etwa beim Warten an einer Verkehrsampel oder bei stockendem Verkehr. Ein mit einem Kompressionskältekreislauf ausgestattetes Klimatisierungssystem weist üblicherweise einen Verdichter beziehungsweise Kompressor auf, der über den Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Das Anhalten des Fahrzeugs und somit das Abschalten des Antriebsmotors hat daher zur Folge, dass der Kompressor des Klimatisierungssystems außer Betrieb gesetzt wird. Hierdurch erhöht sich die Temperatur des Verdampfers, der als Kühlwärmetauscher betrieben wird, so dass bei abgeschaltetem Antriebsmotor wärmere Luft in den Innenraum des Kraftfahrzeugs geblasen wird. Dies beeinträchtigt den Komfort.
Zur Lösung dieses Problems wurden bereits unterschiedliche Ansätze verfolgt.
Beispielsweise ist es aus der EP 0 995 621 A2 bereits bekannt, den Verdampfer eines Kompressionskältekreislaufs bei laufendem Kompressor bis zur Vereisung des Kondensats zu unterkühlen. Wenn der Antriebsmotor bei einem kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs abgeschaltet wird und daher auch der Kompressor des Klimatisierungssystems nicht angetrieben wird, wird die im Eis gespeicherte Kälte zur Küh lung des Innenraums des Kraftfahrzeugs genutzt. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch die (totale) Vereisung des Verdampfers hohe Druckverlust entstehen. Weiterhin arbeitet der Kompressor bei den zur Vereisung des Verdampfers erforderlichen Temperaturen mit einem vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad, wobei die Regelung des Gesamtsystems kompliziert ist.
Aus der DE 101 24 757 A1 ist es bereits bekannt, einen mit Paraffin gefüllten Kältespeicher hinter einem Verdampfer im Klimagerät derart anzuordnen, dass der Kältespeicher bei laufendem Kompressor mit der kalten Luft aus dem Verdampfer geladen werden kann. Bei kurzfristigem Stillstand des Kraftfahrzeugs und abgeschaltetem Antriebsmotor und demzufolge nicht angetriebenem Kompressor wird die in dem Kältespeicher gespeicherte Kälte zur Kühlung des Innenraums des Kraftfahrzeugs genutzt. Ein erster Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass Luft als Kälteträger zum Laden des Kältespeichers verwendet wird, wodurch das Laden des Kältespeichers von der Lufttemperatur hinter dem Verdampfer abhängig ist. Dadurch ergeben sich bei dieser Lösung für den Kältespeicher vergleichsweise lange Ladezeiten. Ein zweites Problem besteht darin, dass bei hohen Außentemperaturen auch die den Kältespeicher durchströmende Frischluft eine hohe Temperatur aufweist, die durch den Kältespeicher – wenn überhaupt – nur kurz ausreichend abgekühlt werden kann. Weiterhin ist von Nachteil, dass die Speicherkapazität aufgrund des begrenzten Einbauraums ebenfalls begrenzt ist.
Die DE 197 31 071 A1 betrifft ein Kraftfahrzeug, das mit einer Heizungs- und Klimaanlage ausgestattet ist. Im Fahrzeuginnenraum ist ein Stellelement vorgesehen, bei dessen Betätigung Restwärme oder Restkälte bei abgestellter Brennkraftmaschine in den Innenraum befördert werden kann. Ein solches System ist insbesondere für den Stop-And-Go-Betrieb wenig geeignet, da bei jedem Anhalten ein Eingriff durch den Fahrer erforderlich wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Klimatisierungssysteme und gattungsgemäße Verfahren zum Betreiben solcher Klimatisierungssysteme so weiterzubilden, dass die Probleme und Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Klimatisierungssystem dadurch auf, dass der Kurzzeitkältespeicher mindestens einen flächig ausgebildeten Flachrohrwärmetauscher mit flächig daran angeordnetem Kältespeichermedium umfasst, dass der Kurzzeitkältespeicher geladen wird, indem Kältemittel des Kompressionskältekreises durch den mindestens einen Flachrohrwärmetauscher strömt und dass der Kurzzeitkältespeicher außerhalb des Klimagerätes angeordnet ist. Durch die Anordnung des Kurzzeitkältespeichers außerhalb des Klimagerätes wird kein zusätzlicher Bauraum für den Kurzzeitkältespeicher innerhalb des Klimagerätes benötigt. Aufgrund der flächigen Ausbildung des Flachrohrwärmetauschers und des daran angeordneten Kältespeichermediums, wodurch der Kurzzeitkältespeicher insgesamt flächig ausgebildet ist, lässt sich dieser an unterschiedlichen Stellen des Kraftfahrzeugs anordnen, solange nur eine entsprechende Anordnungsfläche zur Verfügung steht. Hierdurch wird eine Erhöhung der Speicherkapazität ermöglicht, da prinzipiell ein großer Bauraum für einen oder mehrere Kurzzeitkältespeicher zur Verfügung gestellt werden kann.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass der Kurzzeitwärmetauscher im Beifahrerraum des Kraftfahrzeugs unterhalb einer Fußmatte angeordnet ist. Dieser Platz bietet ausreichend Raum, um einen in der beschriebenen Weise aufgebauten Kurzzeitkältespeicher unterzubringen.
Aus dem selben Grund kann es besonders nützlich sein, dass der Kurzzeitkältespeicher im Beifahrerraum im Bereich einer schrägen Fußablage angeordnet ist.
Eine bevorzugte Einbaumöglichkeit des Kurzzeitkältespeichers kann weiterhin dadurch realisiert sein, dass der Kurzzeitkältespeicher im Beifahrerraum unterhalb eines Handschuhfachs angeordnet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems ist dieses in der Weise weitergebildet, dass eine Kältemittelpumpe vorgesehen ist, die zum Entladen des Kurzzeitkältespeichers Kältemittel des Kompressionskältekreises über einen einen Kondensator und einen Verdichter umgehenden Leitungszweig durch den Verdampfer und den Flachrohrwärmetauscher pumpt. Das Kältemittel des Kompressionskältekreises kann also selbst dazu verwendet werden, um den Kurzzeitkältespeicher zu entladen. Dabei ist es weiterhin besonders nützlich, dass der als Wärmetauscher arbeitende Verdampfer des Kompressionskältekreises auch beim Entladen des Kurzzeitkältespeichers als Wärmetauscher zum Einsatz kommt; es ist also kein weiterer Wärmetauscher für die Standklimatisierung erforderlich.
Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass der Kurzzeitkältespeicher zwei im Wesentlichen parallel angeordnete Flachrohrwärmetauscher aufweist, dass der erste Flachrohrwärmetauscher zum Laden des Kurzzeitkältespeichers von Kältemittel des Kompressionskältekreises durchströmt wird und dass eine Solepumpe vorgesehen ist, die zum Entladen des Kurzzeitkältespeichers Sole durch den zweiten Flachrohrwärmetauscher und einen weiteren Wärmeübertrager pumpt. Zum Entladen wird bei diesem Klimatisierungssystem also ein anderes Medium beziehungsweise ein getrennter Strömungskreis gewählt als zum Laden des Kurzzeitkältespeichers. Dasselbe Leitungssystem kann auch verwendet werden, wenn anstelle von Sole Kältemittel verwendet wird. Der weitere Wärmeübertrager kann speziell für die beschriebene Funktion vorgesehen sein. Ebenfalls ist denkbar, den Heizungswärmetauscher statt eines speziellen Wärmeübertragers zu verwenden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Kurzzeitkältespeicher in einem verschließbaren Teilbereich eines Umluftkanals einer Umluftansaugung des Klimagerätes angeordnet ist und dass der verschließbare Teilbereich geöffnet wird, um den Kurzzeitkältespeicher durch Luft zu entladen. Neben der Entladung durch Flüssigkeiten liegt es also auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine Entladung des Kältespeichers durch Luft vorzunehmen.
Dies ist insbesondere dadurch vorteilhaft zu bewerkstelligen, dass der Kurzzeitkältespeicher in einem mit Lamellen versehenen Gehäuse angeordnet ist, dass seinerseits in einem mit einer Lufteintrittsöffnung und einer Luftaustrittsöffnung versehenen Gehäuse angeordnet ist. Hierdurch wird einerseits der Strömungsweg der zur Entladung zugeführten Luft festgelegt. Weiterhin wird durch die Lamellen der Wärmeübergang verbessert.
Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass zum flächigen Anordnen des Kältespeichermediums an dem mindestens einem Flachrohrwärmetauscher mindestens eine poröse Platte vorgesehen ist, die das Kältespeichermedium aufnimmt. Auf diese Weise lässt sich praktisch über die gesamte Fläche des Flachrohrwärmetauschers ein Wärmeübergang zwischen dem Kältespeichermedium und dem Flachrohrwärmetauscher realisieren, sowohl zum Laden des Kurzzeitkältespeichers als auch zum Entladen des Kurzzeitkältespeichers, soweit es sich um die Ausführungsformen mit zusätzlicher Kältemittelpumpe und zusätzlicher Solepumpe handelt. Bei der Ausführungsform, bei der mit Luft eine Entladung des Kurzzeitkältespeichers erfolgt, wird durch die flächige Anordnung des Kältespeichermediums in einer porösen Platte auch ein be sonders effizienter Wärmeübergang zur die Platte umströmenden Luft realisiert.
Nützlicherweise ist das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem so weiter gebildet, dass mehrere poröse Platten vorgesehen sind, wobei mindestens zwei poröse Platten um den mindestens einen Flachrohrwärmetauscher sandwichartig angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Speicherkapazität erhöht, und ein Wärmeübergang zwischen dem Flachrohrwärmetauscher und den das Kältespeichermedium enthaltenden porösen Platten kann an beiden Seiten des Flachrohrwärmetauschers erfolgen. Wird der Kurzzeitkältespeicher durch Luft entladen, so wird durch die sandwichartige Anordnung der Komponenten ebenfalls ein besonders effizienter Übergang der Kälte in die umströmende Luft gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist das Klimatisierungssystem dadurch weitergebildet, dass die mindestens eine poröse Platte eine Graphitmatrix zur Verfügung stellt. Eine solche Graphitstruktur bietet den Vorteil, dass praktisch keine Ausdehnung aufgrund von Temperaturänderungen erfolgt, dass eine bessere Wärmeleitung als bei herkömmlichen Paraffinspeichern zur Verfügung gestellt wird und dass bei einem flüssigen Kältespeichermedium aufgrund der Verteilung des Kältespeichermedium innerhalb der Matrix Schwappgeräusche vermieden werden.
Vergleichbare Vorteile sind dann zu verzeichnen, wenn das Klimatisierungssystem so weitergebildet ist, dass die mindestens eine poröse Platte eine Metallschaummatrix, insbesondere aus Aluminium, zur Verfügung stellt. Besonders zu betonen ist hier, dass im Vergleich zu Paraffinsystemen die Wärmeleitfähigkeit um einen Faktor von ca. 1000 verbessert wird, während die Wärmeleitfähigkeit bei Graphit im Vergleich zu Paraffinsystemen um einen Faktor von ca. 50 verbessert wird.
Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem ist nützlicherweise so ausgebildet, dass als Kältespeichermedium Wasser, wässrige Salzlösungen, Salzhydrate, Gashydrate oder Paraffine eingesetzt werden. All diese Substanzen lassen sich in Verbindung mit den Graphitmatrix- oder Metallschaummatrixplatten verwenden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines vorstehend beschriebenen Klimatisierungssystems, wobei bei eingeschalteter Klimatisierung und automatischem Abstellen des Antriebsmotors das Klimagebläse eingeschaltet bleibt und automatisch ein Entladen des Kurzzeitkältespeichers veranlasst wird. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem besonders vorteilhaft bei Stop-And-Go einsetzen, wobei keinerlei Eingriffe des Fahrers zum Aufrechterhalten der Klimatisierung erforderlich sind.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass bei einem Entladen des Kurzzeitkältespeichers durch Kältemittel des Kompressionskältekreises die Kältemittelpumpe beim automatischen Abstellen des Antriebsmotors automatisch eingeschaltet wird und dass bei einem erneuten Start des Antriebsmotors die Kältemittelpumpe abgeschaltet wird. Die für die Klimatisierung im Stand vorgesehene Pumpe arbeitet also nur, wenn dies erforderlich ist.
Gleichermaßen ist vorgesehen, dass bei einem Entladen des Kurzzeitkältespeichers durch Sole die Solepumpe bei automatischem Abstellen des Antriebsmotors automatisch eingeschaltet wird und dass bei einem erneuten Start des Antriebsmotors die Solepumpe abgeschaltet wird.
Ebenso ist nützlicherweise vorgesehen, dass bei einem Entladen des Kurzzeitkältespeichers durch Luft der Teilbereich des Umluftkanals, in dem der Kurzzeitkältespeicher angeordnet ist, automatisch geöffnet wird und dass bei einem erneuten Start des Antriebsmotors der Teilbereich des Umluftkanals, in dem der Kurzzeitkältespeicher angeordnet ist, automatisch verschlossen wird. Die Luft umströmt also nur während des Entladevorgangs den Kurzzeitkältespeicher, wobei dies durch das Umlegen einer Klappe vollautomatisch ohne Eingriff des Fahrers erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass vorteilhafte Klimatisierungssysteme mit extern angeordnetem, flächig gestaltetem Kurzzeitkältespeicher in vorteilhafter Weise realisierbar sind, insbesondere zur Bereitstellung einer Stop-And-Go-Klimatisierung, bei der jeglicher Eingriff des Fahrers entbehrlich ist. Durch die Wahl der geeigneten Kältespeichermedien beziehungsweise deren Anbringung in einer Matrix, insbesondere einer Graphitmatrix oder einer Metallschaummatrix, können sowohl physikalisch, technisch als auch wirtschaftlich gleichermaßen gute Ergebnisse erzielt werden. So lassen sich geeignete Temperaturen des Phasenübergangs, hohe Schmelzenthalpien und Wärmekapazitäten, hohe Wärmeleitfähigkeit und ein reproduzierbarer Phasenübergang gleichzeitig realisieren, so dass physikalisch die Voraussetzungen für die erfindungsgemäße Kurzzeitkältespeicherung gegeben sind. Technisch können ein geringer Dampfdruck, eine geringe Volumenänderung, eine hohe chemische und physikalische Stabilität und eine geringe Korrosivität zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin ist zu betonen, dass die Systeme kostengünstig, toxikologisch unbedenklich und recyclingfähig sind. Eine das eigentliche Speichermedium aufnehmenden Matrix kann somit die vorteilhaften Eigenschaften des Speichermediums selbst mit den vorteilhaften Eigenschaften der Matrix kombinieren.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
4 ein Klimagerät und eine diesbezügliche Anordnung eines Kurzzeitkältespeichers zur Realisierung der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems gemäß 3;
5 einen Flachrohrwärmetauscher zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem gemäß 1;
6 einen Kurzzeitkältespeicher zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems gemäß 1;
7 einen Flachrohrwärmetauscher zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem gemäß 2;
8 einen Kurzzeitkältespeicher zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems gemäß 2;
9 einen Flachrohrwärmetauscher zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem gemäß den 3 und 4;
10 einen Kurzzeitkältespeicher zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem gemäß den 3 und 4; und
11 ein Gehäuse zur Aufnahme eines Kurzzeitkältespeichers zur Realisierung eines Klimatisierungssystems gemäß den 3 und 4.
Bei den nachfolgenden Beschreibungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. Das dargestellte Klimatisierungssystem weist einen von einem (nicht dargestellten) Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs antreibbaren Kompressor 32 auf, der zur Komprimierung eines Kältemittels vorgesehen ist. Dem Kompressor 32 ist ein Kondensator 30 nachgeschaltet. Ein Expansionsorgan 50 ist vor einer Reihenschaltung aus einem Verdampfer 14 und einem Kurzzeitkältespeicher 16 angeordnet. Der Kompressionskältekreis 12 schließt sich durch eine Verbindung zwischen dem Kurzzeitkältespeicher 16 und dem Verdichter 32. Der Verdampfer 14 ist üblicherweise mit einem nicht dargestellten Gebläse und gegebenenfalls weiteren ebenfalls nicht dargestellten Wärmetauschern in einem Klimagerät angeordnet, während der Kurzzeitkältespeicher 16 an einer geeigneten Stelle im Kraftfahrzeug, beispielsweise unterhalb einer Fußmatte, im Bereich einer schrägen Fußablage oder unterhalb eines Handschuhfachs angeordnet ist.
Zwischen einerseits dem Expansionsorgan 50 und dem Verdampfer 14 und andererseits dem Kurzzeitkältespeicher 16 und dem Verdichter 32 zweigt eine Bypassleitung 52 ab. Ausgehend von der Abzweigung zwischen dem Kurzzeitkältespeicher 16 und dem Verdichter 32 ist in der Bypassleitung 52 ein Rückschlagventil vorgesehen, das eine Strömung in die beschriebene Richtung zulässt. Hinter dem Rückschlagventil 54 ist eine Kältemittelpumpe 28 angeordnet.
Bei laufendem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs wird der Verdichter 32 angetrieben. Dabei wird Kältemittel verdichtet. Das von dem Verdichter 32 verdichtete Kältemittel wird zunächst dem Kondensator 30 und dann dem Expansionsorgan 50 zugeführt. Das Kältemittel verdampft zumindest teilweise in dem Verdampfer 14, wodurch Kälte frei wird, die über das nicht dargestellte Gebläse und nicht dargestellte Luftkanäle dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden kann. Das aus dem Verdampfer 14 austretende zumindest teilweise verdampfte Kältemittel wird anschließend dem Kurzzeitkältespeicher 16 zugeführt, wodurch dieser geladen wird.
Wenn der Antriebsmotor aufgrund eines Stillstandes des Kraftfahrzeugs, insbesondere aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes beispielsweise an einer Ampel, abgeschaltet ist, wird auch der Verdichter 32 nicht weiter angetrieben. In diesem Zustand wird die Kältemittelpumpe 28 eingeschaltet, so dass eine Zirkulation von Kältemittel durch den Verdampfer 14 und den Kurzzeitkältespeicher 16 erfolgt. Somit wird in dem Kurzzeitkältespeicher 16 abgekühltes beziehungsweise kondensiertes Kältemittel von der Kältemittelpumpe 28 dem Verdampfer 14 zugeführt, der bei dieser Betriebsweise als Wärmetauscher arbeitet. Dabei wird dem Verdampfer 14 über das Kältemittel zugeführte Kälte zumindest teilweise auf einen von dem nicht dargestellten Gebläse erzeugten Luftstrom übertragen, der dem Innenraum des Fahrzeugs zugeführt werden kann, um diesen auch im Stillstand des Kraftfahrzeugs zu kühlen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. Das dargestellte Klimatisierungssystem weist einen Kompressionskältekreis 12 auf, der weitgehend in gleicher Weise aufgebaut ist wie der Kompressionskältekreis 12 gemäß 1. Im Unterschied zu dem Klimatisierungssystem gemäß 1 ist ein Kurzzeitkältespeicher 16 mit zwei Wärmetauschern 20, 22 vorgesehen. Nur der Wärmetauscher 20 steht über Kältemittelverbindungen mit den Komponenten des Kompressionskältekreises 12 in Verbindung. Der Wärmetauscher 22 steht über eine Soleleitung mit einer Solepumpe 34 und einem weiteren Wärmeübertrager 36 in Verbindung.
Der Betrieb des Klimatisierungssystems gemäß 2 während der Fahrt sowie das Laden des Kurzzeitkältespeichers 16 erfolgt in gleicher Weise wie bei dem Klimatisierungssystem gemäß 1.
Wird der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs abgeschaltet, so wird zur Aufrechterhaltung der Klimatisierung die Solepumpe 34 eingeschaltet, wodurch Sole gespeicherte Kälte dem Kurzzeitkältespeicher 16 über den darin angeordneten Wärmetauscher 22 entnimmt. Die abgekühlte Sole wird dann dem weiteren Wärmeübertrager 36 zugeführt. Dieser Wärmeübertrager 36 kann einen Luftstrom kühlen, mit dem dann der Innenraum des Fahrzeugs gekühlt wird.
Neben dem Betrieb der Standklimatisierung über einen Solekreislauf, wie es im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde, ist auch denkbar, dass ein anderes Medium in dem Kreis mit dem Wärmetauscher 22 zirkuliert. Beispielsweise kann dasselbe Kältemittel wie im Kompressionskältekreis 12 verwendet werden.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. Das hier dargestellte Klimatisierungssystem ist im Hinblick auf den Kompressionskältekreis 12 wiederum vergleichbar zu dem anhand von 1 beschriebenen Klimatisierungssystem. Auch hier ist ein Kurzzeitkältespeicher 16 mit einem einzigen Wärmetauscher vorgesehen, das heißt wie in 1, jedoch im Gegensatz zu 2, wo zwei Wärmetauscher im Kurzzeitkältespeicher 16 angeordnet sind. Während der Antriebsmotor des Fahrzeugs in Betrieb ist, wird der Kompressionskältekreis 12 in bekannter Weise betrieben, und der Kurzzeitkältespeicher 16 wird dabei geladen.
Beim Abschalten des Antriebsmotors wird dafür gesorgt, dass der Kurzzeitkältespeicher 16 von Luft umströmt wird, wodurch er entladen wird. Die Luft kann dann zur Kühlung eines Innenraums verwendet werden.
4 zeigt ein Klimagerät und eine diesbezügliche Anordnung eines Kurzzeitkältespeichers zur Realisierung der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems gemäß 3. An dem Klimagerät 10 ist an einer Umluftansaugung 42 ein Umluftkanal 40 angeschlossen. In einem Teilbereich 38 des Umluftkanals 40 ist der Kurzzeitkältespeicher angeordnet. Weiterhin ist eine Klappe 58 vorgesehen, die im dargestellten Zustand den Teilbereich 38 des Umluftkanals 40 verschließt. In der anderen Betriebsposition der Klappe 58 ist der Teilbereich 38 des Umluftka nals 90 geöffnet, was durch die unterbrochene Linie angedeutet ist, die eine andere Endstellung der Klappe 58 beschreibt.
Beim Betrieb des Kraftfahrzeugs, das heißt bei laufendem Antriebsmotor, befindet sich die Klappe 58 in dem in 4 dargestellten Zustand, so dass kein Entladen des Kurzzeitkältespeichers 16 durch einen Luftstrom erfolgt.
Wird hingegen der Antriebsmotor abgeschaltet, so wird die Klappe 58 umgelegt. Folglich kommt es zu einem Entladen des Kurzzeitkältespeichers 16 durch Luft und somit zum Einströmen von kalter Luft in das Klimagerät 10.
5 zeigt einen Flachrohrwärmetauscher zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem gemäß 1. Der Flachrohrwärmetauscher 18 hat zwei Anschlüsse 60, 62, wobei einer zum Einströmen von Kältemittel und einer zum Ausströmen von Kältemittel vorgesehen ist.
6 zeigt einen Kurzzeitkältespeicher 16 zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems gemäß 1. Der Flachrohrwärmetauscher 18 ist sandwichartig von zwei porösen Platten 48 umgeben, so dass insgesamt der Kurzzeitkältespeicher 16 realisiert ist. Die porösen Platten können eine Graphitmatrix beziehungsweise eine Metallschaummatrix zur Verfügung stellen, wobei innerhalb der Hohlräume in den porösen Platten das Kältespeichermedium eingelagert ist. Bei der Darstellung gemäß 6 sind die Anschlüsse 60, 62 in einem anderen Winkel zum Flachrohrwärmetauscher 18 dargestellt als bei der Darstellung gemäß 5, was im vorliegenden Zusammenhang ohne weitere Bedeutung ist.
7 zeigt einen Flachrohrwärmetauscher zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem gemäß 2. Es sind zwei parallel angeordnete Flachrohrwärmetauscher 20, 22 mit vier Anschlüssen 60, 62 und 64, 66 dargestellt. Dabei sind zwei Anschlüsse dafür vorgesehen, einem der Wärmetauscher Kältemittel zuzuführen und dieses wieder ausströmen zu lassen, wobei zwei andere Anschlüsse dafür vorgesehen sind, einen Soleeintritt beziehungsweise einen Soleaustritt zu ermöglichen. Die Flachrohrwärmetauscher 20, 22 sind parallel angeordnet, um einen Wärmeübergang zwischen diesen Wärmetauschern zu begünstigen.
8 zeigt einen Kurzzeitkältespeicher 16 zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems gemäß 2. Hier ist wiederum zu erkennen, wie die Kombination aus den Flachrohrwärmetauschern 20, 22 zwischen den das Kältespeichermedium zur Verfügung stehenden porösen Platten 48 angeordnet ist.
9 zeigt einen Flachrohrwärmetauscher zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem gemäß den 3 und 4. Der hier dargestellte Flachrohrwärmetauscher 24 weist wiederum zwei Anschlüsse 60, 62 zum Eintritt und zum Austritt von Kältemittel auf.
10 zeigt einen Kurzzeitkältespeicher zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem gemäß den 3 und 4. Es ist zu erkennen, wie der Flachrohrwärme tauscher 24 sandwichartig von porösen Platten 48 umgeben wird, um so das Kältespeichermedium flächig am Flachrohrwärmetauscher 24 anzuordnen.
11 zeigt ein Gehäuse zur Aufnahme eines Kurzzeitkältespeichers zur Realisierung eines Klimatisierungssystems gemäß den 3 und 4. In dem Gehäuse 46 ist in der sichtbaren Seitenwand eine Luftaustrittsöffnung 44 vorgesehen. An der gegenüberliegenden nicht dargestellten Seitenwand ist eine nicht dargestellte Lufteintrittsöffnung vorgesehen. Während die Luftaustrittsöffnung 44 oben am Gehäuse 46 angeordnet ist, befindet sich die Lufteintrittsöffnung unten am Gehäuse 46. In dem Gehäuse 46 wird nun der Kurzzeitkältespeicher 16 angeordnet, was an den austretenden Anschlüssen 60, 62 zu erkennen ist. Dabei ist der Kurzzeitkältespeicher 16 vorzugsweise zunächst von einem weiteren nicht dargestellten Gehäuse umgeben, das Lamellen zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen der durchströmenden Luft und zur Kanalisierung des Luftstroms aufweist.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

10: Klimagerät
12: Kompressionskältekreis
14: Verdampfer
16: Kurzzeitkältespeicher
18: Flachrohrwärmetauscher
20: Flachrohrwärmetauscher
22: Flachrohrwärmetauscher
24: Flachrohrwärmetauscher
26: Kältespeichermedium
28: Kältemittelpumpe
30: Kondensator
32: Verdichter
34: Solepumpe
36: Wärmeübertrager
38: Teilbereich Umluftkanal
40: Umluftkanal
42: Umluftansaugung
44: Luftaustrittsöffnung
46: Gehäuse
48: poröse Platte
50: Expansionsorgan
52: Bypassleitung
54: Rückschlagventil
56: Gebläse
58: Klappe
60: Anschluss
62: Anschluss
64: Anschluss
66: Anschluss

Claims

Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit – einem Klimagerät (10), das einen über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreis (12) aufweist, in dem ein Kältemittel zirkuliert und ein Verdampfer (14) vorgesehen ist, und – mindestens einem mit dem Verdampfer (14) kommunizierenden Kurzzeitkältespeicher (16), der insbesondere dazu vorgesehen ist, entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges außer Betrieb ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kurzzeitkältespeicher (16) mindestens einen flächig ausgebildeten Flachrohrwärmetauscher (18, 20, 22, 24) mit flächig daran angeordnetem Kältespeichermedium (26) umfasst, – dass der Kurzzeitkältespeicher (16) geladen wird, indem Kältemittel des Kompressionskältekreises (12) durch den mindestens einen Flachrohrwärmetauscher (18, 20, 22, 24) strömt und – dass der Kurzzeitkältespeicher (16) außerhalb des Klimagerätes (10) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzzeitkältespeicher (16) im Beifahrerraum des Kraftfahrzeugs unterhalb einer Fußmatte angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzzeitkältespeicher (16) im Beifahrerraum im Bereich einer schrägen Fußablage angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzzeitkältespeicher (16) im Beifahrerraum unterhalb eines Handschuhfachs angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kältemittelpumpe (28) vorgesehen ist, die zum Entladen des Kurzzeitkältespeichers (16) Kältemittel des Kompressionskältekreises (12) über einen einen Kondensator (30) und einen Verdichter (32) umgehenden Leitungszweig durch den Verdampfer (14) und den Flachrohrwärmetauscher (18) pumpt.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kurzzeitkältespeicher (16) zwei im Wesentlichen parallel angeordnete Flachrohrwärmetauscher (20, 22) aufweist, – dass der erste Flachrohrwärmetauscher (20) zum Laden des Kurzzeitkältespeichers (16) von Kältemittel des Kompressionskältekreises (12) durchströmt wird und – dass eine Solepumpe (34) vorgesehen ist, die zum Entladen des Kurzzeitkältespeichers (16) Sole durch den zweiten Flachrohrwärmetauscher (22) und einen weiteren Wärmeübertrager (36) pumpt.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kurzzeitkältespeicher (16) in einem verschließbaren Teilbereich (38) eines Umluftkanals (40) einer Umluftansaugung (42) des Klimagerätes (10) angeordnet ist und – dass der verschließbare Teilbereich geöffnet wird, um den Kurzzeitkältespeichers (16) durch Luft zu entladen.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzzeitkältespeicher (16) in einem mit Lamellen versehenen Gehäuse angeordnet ist, das seinerseits in einem mit einer Lufteintrittsöffnung und einer Luftaustrittsöffnung (44) versehenen Gehäuse (46) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum flächigen Anordnen des Kältespeichermediums (26) an dem mindestens einen Flachrohrwärmetauscher (18, 20, 22, 24) mindestens eine poröse Platte (48) vorgesehen ist, die das Kältespeichermedium (26) aufnimmt.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere poröse Platten (48) vorgesehen sind, wobei mindestens zwei poröse Platten (48) um den mindestens einen Flachrohrwärmetauscher (18, 20, 22, 24) sandwichartig angeordnet sind.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine poröse Platte (48) eine Graphitmatrix zur Verfügung stellt.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine poröse Platte (48) eine Metallschaummatrix, insbesondere aus Aluminium, zur Verfügung stellt.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältespeichermedium (26) Wasser, wässrige Salzlösungen, Salzhydrate, Gashydrate oder Paraffine eingesetzt werden.
Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass bei eingeschalteter Klimatisierung und automatischem Abstellen des Antriebsmotors das Klimagebläse eingeschaltet bleibt und – dass automatisch ein Entladen des Kurzeitkältespeichers (16) veranlasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einem Entladen des Kurzeitkältespeichers (16) durch Kältemittel des Kompressionskältekreises (12) die Kältemittelpumpe (28) beim automatischen Abstellen des Antriebsmotors automatisch eingeschaltet wird und – dass bei einem erneuten Start des Antriebsmotors die Kältemittelpumpe (28) abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einem Entladen des Kurzeitkältespeichers (16) durch Sole die Solepumpe (34) beim automatischen Abstellen des Antriebsmotors automatisch eingeschaltet wird und – dass bei einem erneuten Start des Antriebsmotors die Solepumpe (34) abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einem Entladen des Kurzeitkältespeichers (16) durch Luft der Teilbereich (38) des Umluftkanals (40), in dem der Kurzzeitkältespeicher (16) angeordnet ist, automatisch geöffnet wird und – dass bei einem erneuten Start des Antriebsmotors der Teilbereich (38) des Umluftkanals (40), in dem der Kurzzeitkältespeicher (16) angeordnet ist, automatisch verschlossen wird.