DE10337889B3

DE10337889B3 - Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems

Info

Publication number: DE10337889B3
Application number: DE10337889A
Authority: DE
Inventors: Manfred Petz; Oliver Horn; Wolfgang Krämer; Noureddine Dr. Khelifa; Harald Trumler; Christoph Raab; Thomas Weberpals
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-08-19

Abstract

Die Erfindungg betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit einem über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreis (10), in dem ein Kältemittel zirkuliert und in dem ein Verdichter (12), ein Kondensator (14), ein Sammler (16), ein Expansionsorgan (18) und ein Verdampfer (20) vorgesehen sind, und einem mit dem Verdampfer (20) kommunizierenden Kältespeicher (22, 24, 26, 76), der dazu vorgesehen ist, insbesondere dann entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeugs außer Betrieb ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem Pump-Down-Betriebszustand des Klimatisierungssystems eine Kältemittelzufuhr zu dem Verdampfer (20) unterbunden wird und durch den Verdichter (12) Kältemittel aus dem Verdampfer (20) in den Sammler (16) gefördert wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit einem über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert und in dem ein Verdichter, ein Kondensator, ein Sammler, ein Expansionsorgan und ein Verdampfer vorgesehen sind, und einem mit dem Verdampfer kommunizierenden Kältespeicher, der dazu vorgesehen ist, insbesondere dann entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges außer Betrieb ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, wobei das Klimatisierungssystem umfasst: einen über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert und in dem ein Verdichter, ein Kondensator, ein Sammler, ein Expansionsorgan und ein Verdampfer vorgesehen sind, und einen mit dem Verdampfer kommunizierenden Kältespeicher, der dazu vorgesehen ist, insbesondere dann entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges außer Betrieb ist.
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 Kühlung 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 ab hängig 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.

Aus der DE 201 15 273 U1 ist eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein Verdampfer mit einem Kältespeichermedium vorgesehen ist. Dies kann so realisiert sein, dass zusätzlich zu den herkömmlichen Verdampfer ein weiterer Verdampfer vorgesehen ist, der das Kältespeichermedium enthält. Eine andere Realisierungsmöglichkeit besteht darin, den Verdampfer in zwei Teilbereiche zu unterteilen, wobei einer der Teilbereiche das Kältespeichermedium enthält. Um verschiedene Betriebszustände der Klimaanlage zu realisieren, muss unter anderem die Luftführung im Bereich des Verdampfers beziehungsweise der Verdampfer variabel einstellbar sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das eine große Kühlkapazität bei abgeschaltetem Verdichter zur Verfügung stellt.

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 in einem Ladebetriebszustand des Klimatisierungssystems Kältemittel des Kompressionskältekreises durch den mindestens einen Kältespeicher strömt, dass in einem Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis in dem Verdampfer vorhandenes Kältemittel verdampft, zu dem Kältespeicher überströmt und dort kondensiert und gesammelt wird und dass in einem Pump-Down-Betriebszustand des Klimatisierungssystems eine Kältemittelzufuhr zu dem Verdampfer unterbunden wird und durch den Verdichter Kältemittel aus dem Verdampfer in den Sammler gefördert wird. Indem dem Kältemittel bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis die Möglichkeit gegeben wird, im Verdampfer zu verdampfen und zu dem Kältespeicher überzuströmen, kann auch bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis die dem Verdampfer zuströmende Luft gekühlt werden. Um ausreichend Kältemittel für die Verdampfung bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis zur Verfügung zu stellen, wird vor dem Abschalten des Kompressionskältekreises Kältemittel in den Sammler gefördert. Bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis ist die Menge an Kältemittel, die im Verdampfer verdampfen kann, also nicht auf die zum Zeitpunkt des Abschaltens im Verdampfer vorliegende Kältemittelmenge begrenzt. Vielmehr kann Kältemittel aus dem Sammler nachgeführt werden. Folglich wird eine ausreichende Kühlkapazität zur Verfügung gestellt, um die Zeit, in der sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, zu überbrücken.

Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass in dem Entladebetriebszustand Kältemittel aufgrund des natürlichen Druckgefälles zwischen Verdampfer und Kältespeicher zu dem Kältespeicher überströmt. Es sind somit keine weiteren Maßnahmen erforderlich, um die Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer zu begünstigen. Vielmehr sorgen die natürlichen Druckverhältnisse im Verdampfer und im Bereich des Kältespeichers dafür, dass die Kühlung bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis erfolgen kann.

Es ist weiterhin nützlich, dass der Kältespeicher parallel zu dem Verdampfer angeordnet ist und dass in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Kältespeicher in dem Leitungszweig des Kältespeichers ein dem Kältespeicher zugeordnetes Expansionsorgan vorgesehen ist. Bei einer solchen Parallelschaltung des Kältespeichers zu dem Verdampfer steht für den normalen Fahrklimatisierungsbetrieb ein Kältekreis zur Verfügung, der unabhängig von der Anwesenheit eines Kältespeichers arbeiten kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese dadurch weitergebildet, dass der Kältespeicher einen von Kältemittel umströmbaren und mit Kältemittel befüllbaren Behälter umfasst. Durch das Umströmen des Behälters mit Kältemittel kann das in dem Behälter anwesende Kältemittel während des Ladebetriebszustandes des Klimatisierungssystems gekühlt werden. Weiterhin dient das Innere des Behälters zur Aufnahme des vom Verdampfer überströmenden und dort kondensierenden Kältemittels. Der Behälter kann ein schließlich seines Umströmungsbereichs gegen die Umgebung thermisch isoliert sein, um so eine unerwünschte Aufnahme von Wärme aus der Umgebung zu vermeiden.

Die Erfindung kann in einer weiteren Ausführungsform in besonders nützlicher Weise dadurch weitergebildet sein, dass der Kältespeicher mindestens ein eine Metallschaumatrix oder eine Graphitmatrix zur Verfügung stellendes Speicherelement aufweist, dass zur Aufnahme eines Speichermediums, insbesondere Wasser, wässrige Salzlösung, Salzhydrat oder Gashydrat, geeignet ist und dass das mindestens ein Speicherelement in einem Behälter angeordnet ist, in dem das von dem Verdampfer überströmende Kältemittel kondensiert und gesammelt wird. Eine 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 Kältespeichermediums innerhalb der Matrix Schwappgeräusche vermieden werden. Vergleichbare Vorteile sind zu verzeichnen, wenn eine Metallschaumatrix vorgesehen ist. Insbesondere können mehrere Speicherelemente vorgesehen sein, wobei jedes Speicherelement ein von Kühlmittel durchströmbares Flachrohr aufnimmt. Durch die Bereitstellung von mehreren Speicherelementen kann bei gleicher Kältespeicherkapazität im Vergleich zu einem System mit nur einem einzigen Speicherelement eine vergrößerte Oberfläche für den Wärmeübergang zur Verfügung gestellt werden, was die Kondensation des Kältemittels im Kurzzeitkältespeicher begünstigt. In diesem Zusammenhang kann es auch nützlich sein, dass zwischen beziehungsweise an den Speicherelementen Strukturen zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche vorgesehen sind, die beispielsweise in Form von Lamellen realisiert sind. Die genannten Speichermedien weisen im Vergleich zu Paraffinen, Decanol und Wasser-Glysantin-Gemischen, das heißt Substanzen, die im Stand der Technik Verwendung finden, niedrigere Phasenumwandlungstemperaturen und höhere Energiedichten auf, was letztlich zu einer erhöhten Kühlkapazität, das heißt einer längeren Kühldauer, und einem schnelleren Ansprechverhalten führt. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Graphit und Metall können kürzere Ladezeiten realisiert werden. Die Matrix vermeidet eine unerwünschte Ausdehnung des Speichermediums beim Phasenwechsel.

Nützlicherweise ist ferner vorgesehen, dass im Anschluss an den Endladebetriebszustand zum Übergang in den Ladebetriebszustand beziehungsweise in einen Fahrklimatisierungsbetriebszustand in dem Behälter gesammeltes Kältemittel durch das von dem Verdichter erzeugte Druckgefälle über die Gasphase in dem Behälter zumindest teilweise aus dem Behälter entnommen und in den Kompressionskältekreis zurückgeführt wird. Auf diese Weise kann das Kältemittel, das sich während der Standklimatisierung in dem Behälter des Kältespeichers angesammelt hat, sehr schnell wieder dem Kältekreis zur Fahrklimatisierung zur Verfügung gestellt werden.

Weiter ist nützlich, dass im Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems das Überströmen von Kältemittel aus dem Verdampfer zu dem Kältespeicher zumindest teilweise über denselben Leitungszweig erfolgt wie im Anschluss an den Entladebetriebszustand das Zurückführen vom Kältemittel aus dem Behälter in den Kompressionskältekreis. Eine einzige Leitung zwischen der Verbindung von Verdampfer und Verdichter zum Kältespeicher ist also ausreichend, um das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem zu realisieren.

Es kann aber auch nützlich sein, dass im Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems das Überströmen von Kältemittel aus dem Verdampfer zu dem Kältespeicher über einen anderen Leitungszweig erfolgt als im Anschluss an den Entladebetriebszustand das Zurückführen von Kältemittel aus dem Behälter in den Kompressionskältekreis und dass die Leitungszweige ventilgesteuert geöffnet beziehungsweise geschlossen werden. Auf diese Weise können die jeweiligen Leitungszweige ihrer Funktion angepasst werden.

Die Erfindung baut auf den gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass in einem Ladebetriebszustand des Klimatisierungssystems Kältemittel des Kompressionskältekreises durch den mindestens einen Kältespeicher strömt, dass in einem Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis in dem Verdampfer vorhandenes Kältemittel verdampft, zu dem Kältespeicher überströmt und dort kondensiert und gesammelt wird und dass in einem Pump-Down-Betriebszustand des Klimatisierungssystems eine Kältemittelzufuhr zu dem Verdampfer unterbunden wird und durch den Verdichter Kältemittel aus dem Verdampfer in den Sammler gefördert wird. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen be sonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Dieses ist bevorzugt dadurch weitergebildet, dass in dem Entladebetriebszustand Kältemittel aufgrund des natürlichen Druckgefälles zwischen Verdampfer und Kältespeicher zu dem Kältespeicher überströmt.

Weiterhin ist nützlicherweise vorgesehen, dass im Anschluss an den Entladebetriebszustand zum Übergang in den Ladebetriebszustand beziehungsweise in einen Fahrklimatisierungsbetriebszustand in dem Behälter gesammeltes Kältemittel durch das von dem Verdichter erzeugte Druckgefälle über die Gasphase in dem Behälter zumindest teilweise aus dem Behälter entnommen und in den Kompressionskältekreis zurückgeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich besonders dadurch aus, dass im Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems das Überströmen von Kältemittel aus dem Verdampfer zu dem Kältespeicher zumindest teilweise über denselben Leitungszweig erfolgt wie im Anschluss an den Entladebetriebszustand das Zurückführen von Kältemittel aus dem Behälter in den Kompressionskältekreis.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass im Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems das Überströmen von Kältemittel aus dem Verdampfer zu dem Kältespeicher über einen anderen Leitungszweig erfolgt als im Anschluss an den Entladebetriebszustand das Zurückführen von Kältemitel aus dem Behälter in den Kompressionskältekreis und dass die Lei tungszweige ventilgesteuert geöffnet beziehungsweise geschlossen werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Kühlkapazität durch eine der Entladephase des Kältespeichers vorangehende Pump-Down-Phase und eine damit verbundene Befüllung eines Kältemittelsammlers vergrößert werden kann. Dies ist besonders nützlich in Verbindung mit Kältespeichern, die im Vergleich zu Kältespeichern des Standes der Technik eine höhere Energiedichte zur Verfügung stellen. Letztlich stellt das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem eine hohe Kühldauer, ein schnelles Ansprechverhalten, verkürzte Ladezeiten, eine höhere Kälteleistung und eine tiefere Ausblastemperatur bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor zur Verfügung. Die Nutzung des in Frontlage des Fahrzeugs befindlichen Verdampfers zum Wärmeaustausch auch während der Entladephase des Kältespeichers ist besonders wirtschaftlich.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand;
2 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 1 in einem Pump-Down-Betriebszustand;
3 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 1 in einem Entladebetriebszustand;
4 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 1 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand;
5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand;
6 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 5 in einem Pump-Down-Betriebszustand;
7 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 5 in einem Entladebetriebszustand;
8 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 5 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand;
9 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand;
10 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 9 in einem Pump-Down-Betriebszustand;
11 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 9 in einem Entladebetriebszustand;
12 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 9 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand;
13 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand;
14 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 13 in einem Pump-Down-Betriebszustand;
15 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 13 in einem Entladebetriebszustand;
16 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 13 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand;
17 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand;
18 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 17 in einem Pump-Down-Betriebszustand;
19 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 17 in einem Entladebetriebszustand;
20 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 17 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand;
21 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand;
22 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 21 in einem Pump-Down-Betriebszustand;
23 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 21 in einem Entladebetriebszustand; und
24 eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 21 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand;
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Hell dargestellte Ventile beziehungsweise Ventilanschlüsse sind offen, dunkel dargestellte Ventile beziehungsweise Ventilanschlüsse sind geschlossen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand. Ein Kältekreis 10 umfasst einen Verdichter 12, einen Kondensator 14, einen Sammler 16, ein Expansionsorgan 18 und einen Verdampfer 20. In dem Kältekreis 10 ist weiterhin zwischen dem Sammler 16 und dem Expansionsorgan 18 ein Magnetventil 56 vorgesehen, mit dem die Verbindung zwischen dem Sammler 16 und dem Verdampfer 20 geöffnet beziehungsweise geschlossen werden kann. Zwischen dem Verdampfer 20 und dem Verdichter 12 ist ein Rückschlagventil 58 vorgesehen, welches eine Strömung in Richtung des Verdichters 12 gestattet und eine entgegengesetzte Strömung verhindert. Parallel zu dem Verdampfer 20 ist ein Kältespeicher 22 angeordnet. Dieser ist mit dem Kompressionskältekreis 10 an einem Punkt hinter dem Sammler 16 verbunden, wobei dem Kältespeicher 22 ein Magnetventil 60 und ein Expansionsorgan 28 vorgelagert sind. Der Kältespeicher 22 steht weiterhin mit dem Kompressionskältekreis 10 an der Ausgangsseite des Verdampfers 20 in Verbindung, wobei zwischen dem Kältespeicher 22 und dem Verdampfer 20 ein weiteres Magnetventil 62 angeordnet ist. Der Kältespeicher 22 umfasst einen Behälter 30, der in mehreren Wicklungen von einer Kältemittelleitung 64 umgeben ist. Ein Ende der Kältemittelleitung 64 mündet in den Behälter 30. In dem Behälter 30 ist weiterhin ein U-Rohr 66 angeordnet, dass sich mit einem offenen Ende im Allgemeinen über der Oberfläche des im Behälter 30 vorhandenen Kältemittels befindet. Das andere Ende des U-Rohrs 66 steht mit dem bereits erwähnten Magnetventil 62 in Verbindung. Es sind weiterhin ein Gebläse 68 zum Abführen von Wärme aus dem Kondensator 14 und ein Gebläse 70 zum Abkühlen von dem Verdampfer 20 zuströmender Luft vorgesehen.
In dem in 1 dargestellten Ladebetriebszustand arbeitet das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem wie folgt. Da während des Ladebetriebszustands der Motor des Kraftfahrzeugs arbeitet wird auch der Verdichter 12 betrieben. Das Magnetventil 56 ist geschlossen, und das Magnetventil 60 ist geöffnet. Folglich findet ein Transport von Kältemittel vom Verdichter 12 über den Kondensator 14, den Sammler 16, das Magnetventil 60, das Expansionsorgan 28, den Kältespeicher 22, das Magnetventil 62 und das Rückschlagventil 58 statt. Hierdurch wird der vorzugsweise thermisch isolierte Kurzzeitkältespeicher durch das hinter dem Expansionsorgan 28 abgekühlte Kältemittel, das den Behälter 30 umströmt, gekühlt und damit geladen. Die Rückströmung des Kältemittels von dem Kältespeicher 22 zum Verdichter 12 kann dadurch erfolgen, dass mit dem offenen Ende des U-Rohrs 66 aus der Gasphase im Kältespeicher 22 Kältemittel entnommen werden kann. Zur Rückführung von Öl aus dem Behälter 30 zum Verdichter 12 ist eine nicht dargestellte Ölrückführöffnung im unteren Bereich des U-Rohrs 66 vorgesehen. Der in 1 dargestellte "reine" Ladebetriebszustand kann dadurch modifiziert werden, dass zusätzlich zum Magnetventil 60 auch das Magnetventil 56 geöffnet wird.
Folglich strömt Kältemittel sowohl durch den Kältespeicher 22 als auch zur normalen Klimatisierung durch den Verdampfer 20.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 1 in einem Pump-Down-Betriebszustand. In dem hier dargestellten Betriebszustand sind die Magnetventile 56 und 60 geschlossen, während der Verdichter 12 weiterhin angetrieben wird. Dieser Zustand des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems wird vorzugsweise unmittelbar vor einem Anhalten des Fahrzeugs beziehungsweise einem Abschalten des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs angenommen, um so den nachfolgenden Entladebetriebszustand beziehungsweise Standklimatisierungsvorgang, der im Zusammenhang mit 3 beschrieben wird, vorzubereiten. Aufgrund der geschlossenen Magnetventile 56, 60 wird Kältemittel, das von dem Verdichter 12 in den Sammler 16 gefördert wurde, nicht mehr aus dem Sammler 16 abgeführt. Eine weitere Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums wird durch Verdampfen von Restkältemittel im Verdampfer 20 sichergestellt. Der Pump-Down-Betriebszustand muss nur für kurze Zeit aufrechterhalten werden, so dass das Eintreten in den Pump-Down-Betriebszustand beispielsweise dann erfolgen kann, wenn das Fahrzeug zwar schon steht, der Betrieb des Verbrennungsmotors aber noch kurzzeitig aufrechterhalten wird.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 1 in einem Entladebetriebszustand. In dem hier darstellten Entladebetriebszustand wird das Magnetventil 56 geöffnet, so dass Kältemittel vom Sammler 16 in den Verdampfer 20 über das Expansionsorgan 18 überströmen kann. Durch die im Verdampfer 20 erfolgende Verdampfung kann im Stand des Fahrzeugs weiterhin im Bereich des Verdampfers 20 Luft abgekühlt werden. Das verdampfte Kältemittel kann über das Magnetventil 62 zum Kältespeicher 22 strömen und dort kondensieren, wodurch der Kältespeicher 22 entladen wird. Das kondensierte Kältemittel wird in dem Behälter 30 aufgenommen. Das Überströmen des Kältemittels von dem Verdampfer 20 zum Kältespeicher 22 erfolgt über einen Leitungszweig 36, der auch dazu verwendet wird, um in anderen Betriebszuständen Kältemittel durch die Arbeit des Verdichters 12 aus dem Kältespeicher 22 dem Kompressionskältekreis 10 zuzuführen.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 1 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand. Die Strömung von Kältemittel erfolgt über den Verdampfer 20 und nicht über dem Kältespeicher 22. Dies wird dadurch erreicht, dass das Magnetventil 56 geöffnet ist, während die Magnetventile 60, 62 geschlossen sind. Wie im Zusammenhang mit 1 erwähnt wurde, kann dieser Fahrklimatisierungsbetriebszustand auch mit dem Ladebetriebszustand kombiniert werden, indem zusätzlich zu dem Magnetventil 56 die Magnetventile 60, 62 geöffnet werden.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand. Die zweite Ausführungsform ähnelt in vielen Details der ersten Ausführungsform gemäß den 1 bis 4. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist ein Mehrwegeventil 72 vorgesehen, wobei ein Anschluss des Mehrwegeventils 72 für einen weiteren Leitungszweig 40 vorgesehen ist.
In dem in 5 dargestellten Ladebetriebszustand arbeitet das Klimatisierungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform wie das Klimatisierungssystem gemäß der ersten Ausführungsform. Insbesondere strömt Kältemittel vom Kältespeicher 22 über den Leitungszweig 48 zum Verdichter 12.
6 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 5 in einem Pump-Down-Betriebszustand. Auch die Pump-Down-Phase der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems entspricht der Pump-Down-Phase der ersten Ausführungsform.
7 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 5 in einem Entladebetriebszustand. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform wird bei der zweiten Ausführungsform nun der Leitungszweig 40 zwischen dem Verdampfer 20 und dem Kältespeicher 22 geöffnet. Ein Überströmen von verdampftem Kältemittel zum Kältespeicher 22 erfolgt also über einen anderen Leitungszweig als das Überströmen von Kältemittel vom Kältespeicher 22 zum Verdichter 12 während anderer Betriebszustände. Die weiteren Funktionen während der Entladung des Kältespeichers 22 sind bei der zweiten Ausführungsform identisch zu den Funktionen der ersten Ausführungsform.
8 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 5 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand. Bei der Fahrklimatisierung ist die Verbin dung zwischen Verdampfer 20 und Kältespeicher 22 durch das Mehrwegeventil 72 wieder gesperrt, so dass die Fahrklimatisierung bei der zweiten Ausführungsform identisch abläuft wie die Fahrklimatisierung bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand. 10 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 9 in einem Pump-Down-Betriebszustand. 11 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 9 in einem Entladebetriebszustand. 12 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 9 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand. Das in den 9 bis 12 dargestellte Klimatisierungssystem unterscheidet sich von dem Klimatisierungssystem gemäß 1 dadurch, dass der Kältespeicher 24 anders ausgeführt ist. Der Kältespeicher 24 enthält in seinem Inneren mindestens ein Speicherelement 32 und vorzugsweise mehrere Speicherelemente 32. Ein solches Speicherelement 32 weist eine Metallschaumatrix oder eine Graphitmatrix auf, die zur Aufnahme von beispielsweise Wasser als Speichermedium geeignet ist. Die Speicherelemente 32 sind in einem Behälter 34 angeordnet, der der Aufnahme von Kältemittel dient. Die bereits im Zusammenhang mit 1 erwähnte Ölrückführöffnung 74 ist hier dargestellt.
13 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand. 14 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 13 in einem Pump-Down-Betriebszustand. 15 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 13 in einem Entladebetriebszustand. 16 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 13 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand. Bei dieser vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems ist im Gegensatz zur dritten Ausführungsform ein separater Leitungszweig 42 für das Überströmen von verdampftem Kältemittel vom Verdampfer 20 zum Kältespeicher 24 vorgesehen, wobei der Leitungszweig 42 an einem Mehrwegeventil 72 angeschlossen ist. Die vierte Ausführungsform steht zur dritten Ausführungsform daher im selben Verhältnis wie die zweite Ausführungsform zur ersten Ausführungsform.
17 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand. 18 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 17 in einem Pump-Down-Betriebszustand. 19 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 17 in einem Entladebetriebszustand. 20 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 17 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand. Bei dieser fünften Ausführungsform liegt im Vergleich zur zweiten Ausführungsform ein abgewandelter Kältespeicher 26 vor. Die den Behälter 30 umströmende Kältemittelleitung 34 mündet letztlich nicht in das Innere des Behälters 30. Vielmehr kann das den Behälter 30 umströmende Kältemittel direkt zum Verdichter zurück transportiert wer den. Es ist also kein Übergang des Kältemittels über die Gasphase erforderlich, um zum Verdichter 12 zurück zu gelangen. Ansonsten kann auf die Ausführungsformen zur zweiten Ausführungsform gemäß den 5 bis 8 verwiesen werden.
21 zeigt eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems in einem Ladebetriebszustand. 22 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 21 in einem Pump-Down-Betriebszustand. 23 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 21 in einem Entladebetriebszustand, und 24 zeigt eine schematische Darstellung des Klimatisierungssystems gemäß 21 in einem Fahrklimatisierungsbetriebszustand. Bei dieser sechsten Ausführungsform ist im Gegensatz zur vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems der Kältespeicher 76 so gestaltet, dass Kältemittel direkt über den Leitungszweig 54 zum Verdichter 12 zurückströmen kann. Folglich steht die sechste Ausführungsform zur vierten Ausführungsform im selben Verhältnis wie die fünfte Ausführungsform zur zweiten Ausführungsform.
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: Kompressionskältekreis
12: Verdichter
14: Kondensator
16: Sammler
18: Expansionsorgan
20: Verdampfer
22: Kältespeicher
24: Kältespeicher
26: Kältespeicher
28: Expansionsorgan
30: Behälter
32: Speicherelement
34: Behälter
36: Leitungszweig
38: Leitungszweig
40: Leitungszweig
42: Leitungszweig
44: Leitungszweig
46: Leitungszweig
48: Leitungszweig
50: Leitungszweig
52: Leitungszweig
54: Leitungszweig
56: Magnetventil
58: Rückschlagventil
60: Magnetventil
62: Magnetventil
64: Kältemittelleitung
66: U-Rohr
68: Gebläse
70: Gebläse
72: Mehrwegeventil
74: Ölrückführöffnung
76: Kältespeicher

Claims

Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit – einem über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreis (10), in dem ein Kältemittel zirkuliert und in dem ein Verdichter (12), ein Kondensator (14), ein Sammler (16), ein Expansionsorgan (18) und ein Verdampfer (20) vorgesehen sind, und – einem mit dem Verdampfer (20) kommunizierenden Kältespeicher (22, 24, 26, 76), der dazu vorgesehen ist, insbesondere dann entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges außer Betrieb ist, dadurch gekennzeichnet, – dass in einem Ladebetriebszustand des Klimatisierungssystems Kältemittel des Kompressionskältekreises (10) durch den mindestens einen Kältespeicher (22, 24, 26, 76) strömt, – dass in einem Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis (10) in dem Verdampfer (20) vorhandenes Kältemittel verdampft, zu dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) überströmt und dort kondensiert und gesammelt wird und – dass in einem Pump-Down-Betriebszustand des Klimatisierungssystems eine Kältemittelzufuhr zu dem Verdampfer (20) unterbunden wird und durch den Verdichter (12) Kältemittel aus dem Verdampfer (20) in den Sammler (16) gefördert wird.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Entladebetriebszustand Kältemittel aufgrund des natürlichen Druckgefälles zwischen Verdampfer (20) und Kältespeicher (22, 24, 26, 76) zu dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) überströmt.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kältespeicher (22, 24, 26, 76) parallel zu dem Verdampfer (20) angeordnet ist und – dass in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) in dem Leitungszweig des Kältespeichers (22, 24, 26, 76) ein dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) zugeordnetes Expansionsorgan (28) vorgesehen ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (22, 26) einen von Kältemittel umströmbaren und mit Kältemittel befüllbaren Behälter (30) umfasst.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kältespeicher (24, 76) mindestens ein eine Metahlschaummatrix oder eine Graphitmatrix zur Verfügung stellendes Speicherelement aufweist, das zur Aufnahme eines Speichermediums, insbesondere Wasser, wässrige Salzlösung, Salzhydrat oder Gashydrat geeignet ist, und – dass das mindestens eine Speicherelement (32) in einem Behälter (34) angeordnet, in dem das von dem Verdampfer überströmende Kältemittel kondensiert und gesammelt wird.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Entladebetriebszustand zum Übergang in den Ladebetriebszustand beziehungsweise in einen Fahrklimatisierungsbetriebszustand in dem Behälter (30, 34) gesammeltes Kältemittel durch das von dem Verdichter (12) erzeugte Druckgefälle über die Gasphase in dem Behälter (30, 34) zumindest teilweise aus dem Behälter (30, 34) entnommen und in den Kompressionskältekreis (10) zurückgeführt wird.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems das Überströmen von Kältemittel aus dem Verdampfer (20) zu dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) zumindest teilweise über denselben Leitungszweig (36, 38) erfolgt wie im Anschluss an den Entladebetriebszustand das Zurückführen von Kältemittel aus dem Behälter (30, 34) in den Kompressionskältekreis (10).
Klimatisierungssystem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – dass im Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems das Überströmen von Kältemittel aus dem Verdampfer 20 zu dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) über einen anderen Leitungszweig (40, 42, 44, 46) erfolgt als im Anschluss an den Entladebetriebszustand das Zurückführen von Kältemitel aus dem Behälter in den Kompressionskältekreis (10) und – dass die Leitungszweige (40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54) ventilgesteuert geöffnet beziehungsweise geschlossen werden.
Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems für ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, wobei das Klimatisierungssystem umfasst: – einen über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreis (10), in dem ein Kältemittel zirkuliert und in dem ein Verdichter (12), ein Kondensator (14), ein Sammler (16), ein Expansionsorgan (18) und ein Verdampfer (20) vorgesehen sind, und – einen mit dem Verdampfer (20) kommunizierenden Kältespeicher (22, 24, 26, 76), der dazu vorgesehen ist, insbesondere dann entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges außer Betrieb ist, dadurch gekennzeichnet, – dass in einem Ladebetriebszustand des Klimatisierungssystems Kältemittel des Kompressionskältekreises (10) durch den mindestens einen Kältespeicher (22, 24, 26, 76) strömt, – dass in einem Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems bei abgeschaltetem Kompressionskältekreis (10) in dem Verdampfer (20) vorhandenes Kältemittel verdampft, zu dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) überströmt und dort kondensiert und gesammelt wird und – dass in einem Pump-Down-Betriebszustand des Klimatisierungssystems eine Kältemittelzufuhr zu dem Verdampfer (20) unterbunden wird und durch den Verdichter (12) Kältemittel aus dem Verdampfer (20) in den Sammler (16) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Entladebetriebszustand Kältemittel aufgrund des natürlichen Druckgefälles zwischen Verdampfer (20) und Kältespeicher (22, 24, 26, 76) zu dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) überströmt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Entladebetriebszustand zum Übergang in den Ladebetriebszustand beziehungsweise in einen Fahrklimatisierungsbetriebszustand in dem Behälter (30, 34) gesammeltes Kältemittel durch das von dem Verdichter (12) erzeugte Druckgefälle über die Gasphase in dem Behälter (30, 34) zumindest teilweise aus dem Behälter (30, 34) entnommen und in den Kompressionskältekreis (10) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems das Überströmen von Kältemittel aus dem Verdampfer (20) zu dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) zumindest teilweise über denselben Leitungszweig (36, 38) erfolgt wie im Anschluss an den Entladebetriebszustand das Zurückführen von Kältemittel aus dem Behälter (30, 34) in den Kompressionskältekreis.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, – dass im Entladebetriebszustand des Klimatisierungssystems das Überströmen von Kältemittel aus dem Verdampfer (20) zu dem Kältespeicher (22, 24, 26, 76) über einen anderen Leitungszweig (40, 42, 44, 46) erfolgt als im Anschluss an den Entladebetriebszustand das Zurückführen von Kältemitel aus dem Behälter in den Kompressionskältekreis (10) und – dass die Leitungszweige (40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54) ventilgesteuert geöffnet beziehungsweise geschlossen werden.