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Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Klimatisierungskreisläufe mit Kühlfluid und einem Kompressor, die bei Anlagen zum Heizen, Belüften und/oder Klimatisieren eines Luftstroms, der in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs eingeleitet werden kann, verwendet werden.
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Auf dem Gebiet der Anlagen zum Heizen, Belüften und/oder Klimatisieren eines Luftstroms, der in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs eingeleitet werden kann, ist bekannt, ein Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungssystem mit einer Lüftersatzgruppe anzuwenden, die einen Luftstrom ansaugt, um diesen in ein Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsgehäuse einzublasen, in dem der Luftstrom thermisch behandelt wird, bevor er in den Fahrgastraum des Fahrzeugs eingeleitet wird. Die Hauptfunktion des Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsgehäuses besteht darin, den Luftstrom auf eine von einem Benutzer des Fahrzeugs vorbestimmte Solltemperatur zu klimatisieren. Zu diesem Zweck weist das Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsgehäuse Mittel zur thermischen Behandlung des Luftstroms und insbesondere Heizmittel und/oder Kühlmittel auf.
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Um eine Abkühlung des Fahrgastraums zu ermöglichen, weist die Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsanlage im Allgemeinen einen Klimatisierungskreislauf auf, der dazu ausgelegt ist, zumindest in einem „Kühlen” genannten Betriebsmodus zu arbeiten, in dem die Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsanlage einen abgekühlten Luftstrom in den Fahrgastraum einleiten kann.
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Ein derartiger Klimatisierungskreislauf weist einen Kompressor auf, der ein Kühlfluid in Umlauf bringen kann. Der Klimatisierungskreislauf weist auch in Zirkulationsrichtung des Kühlfluids und ausgehend von dem Kompressor einen Kondensator auf, der dazu vorgesehen ist, die Kühlung des aus dem Kompressor stammenden Kühlfluids insbesondere durch einen Luftstrom von außerhalb des Fahrgastraums zu gewährleisten. Der Klimatisierungskreislauf weist darüber hinaus stromabwärts des Kondensators Mittel zur Druckminderung des Kühlfluids und einen Verdampfer auf. Der Verdampfer ist in dem Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsgehäuse angeordnet und kann den Luftstrom, der in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs eingeleitet werden soll, kanalisieren. Der Verdampfer wird durch einen Luft-Kühlfluid-Tauscher gebildet, wodurch der Luftstrom, der diesen durchquert, gekühlt werden kann. Der Verdampfer ist mit dem Kompressor verbunden.
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Im Betrieb durchläuft das Kühlfluid in dem Klimatisierungskreislauf einen thermodynamischen Zyklus, in dem es von dem Kompressor komprimiert und dann im Kondensator gekühlt wird, aus dem es zumindest teilweise in einem flüssigen Zustand austritt. Anschließend wird bei dem Kühlfluid stromaufwärts des Verdampfers, in dem es durch Aufnahme der Wärme des diesen durchquerenden Luftstroms verdampft, der Druck reduziert. Am Ausgang des Verdampfers wird das Kühlfluid, das sich in einem gasförmigen Zustand befindet, von dem Kompressor angesaugt, um erneut einen thermodynamischen Zyklus zu beginnen.
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Ein derartiger Klimatisierungskreislauf ist hinsichtlich der Funktion des Kühlens des Luftstroms, der in den Fahrgastraum des Fahrzeugs eingeleitet werden soll, vollkommen zufriedenstellend. Ein derartiger Klimatisierungskreislauf hat jedoch den Nachteil, einen kontinuierlichen Betrieb des Kompressors während der gesamten Nutzungsdauer des Fahrzeugs, insbesondere wenn das Fahrzeug stillsteht, zu erfordern. Somit führt das Antreiben des Kompressors in Drehung bei einer Nennleistung zur einem Mehrverbrauch an Energie, insofern als es bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor notwendig ist, den Betrieb des Verbrennungsmotors aufrechtzuerhalten, um den Kompressor zu treiben, auch wenn der Verbrennungsmotor nicht zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird.
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Um eine Senkung des Energieverbrauchs zu ermöglichen, indem der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, wenn er nicht zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, und dabei die Funktion des Kühlens des in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstroms aufrechtzuerhalten, wurde vorgeschlagen, einen Speichertauscher anzuwenden, der eine Kältespeicherreserve aus Material mit Phasenänderung aufweist. Eine derartige Kältespeicherreserve dient dazu, Frigorien zu sammeln, die zum Kühlen des in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstroms verwendet werden, wenn der Verbrennungsmotor und der Kompressor aus dem Klimatisierungskreislauf nicht betrieben werden.
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Die Anwendung eines derartigen Speichertauschers ermöglicht somit die partielle Aufrechterhaltung der Funktion des Kühlens des in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstroms während der kurzen Stillstandphasen des Fahrzeugs und des Antriebsmotors, wodurch Energie gespart werden kann und dabei der Komfort der Insassen beibehalten wird.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es allein mit dem Abschalten des Antriebsmotors in den kurzen Stillstandphasen des Fahrzeugs nicht möglich ist, die durch die neuen Normen festgelegten Ziele einer Verbrauchsreduzierung zu erreichen, so dass der Bedarf entstanden ist, die Steuerung des Energieverbrauchs zu optimieren, der mit dem Kühlen des in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstroms und mit dem Antreiben des Fahrzeugs in den Phasen, in denen es verwendet wird, zusammenhängt.
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Um dieses Ziel zu erreichen, betrifft die vorliegende Erfindung einen Klimatisierungskreislauf, in dem ein Kühlfluid zirkuliert und der zumindest in einem „Kühlen” genannten Betriebsmodus zum Kühlen eines in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs einzuleitenden Luftstroms arbeiten kann, mit einem Kompressor, der stromabwärts über eine Förderleitung und stromaufwärts über eine Saugleitung angeschlossen ist, und zumindest mit:
- – einem ersten Wärmetauscher, der zumindest als Kondensator arbeiten kann,
- – einem zweiten Wärmetauscher, der zumindest als Verdampfer arbeiten und Wärme mit dem in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom auszutauschen kann,
- – einem Speichertauscher, der zumindest als Verdampfer arbeiten kann und zumindest eine Kältespeicherreserve aufweist.
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Der Klimatisierungskreislauf weist insbesondere Mittel zur Versorgung des zweiten Wärmetauschers und des Speichertauschers auf, die stromaufwärts und stromabwärts des Speichertauschers angeordnet sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Klimatisierungskreislauf derart, dass im „Kühlen” genannten Betriebsmodus die Versorgungsmittel dazu ausgelegt sind, in der Verzögerungs- oder Bremsphase des Fahrzeugs die abzuführende mechanische Leistung dazu zu nutzen, die Drehfähigkeit oder die Drehgeschwindigkeit des Kompressors zu erhöhen und anschließend den Druck des Kühlfluids stromaufwärts oder am Eingang des Speichertauschers zu verringern und dort zumindest einen Teil des druckreduzierten Kühlfluids zur Verdampfung zu bringen.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, einen Teil der mechanischen Energie, die sonst in der Verzögerungs- oder Bremsphase verloren gehen würde, in Kälte umzuwandeln, die in dem Speichertauscher angesammelt wird. Somit kann die angesammelte Kälte dazu verwendet werden, den Fahrgastraum des Fahrzeugs in einer Betriebsphase des Fahrzeugs zu kühlen, in der die mechanische Energie der Antriebsgruppe nicht verfügbar ist oder mit einem zu hohen Verbrauch verbunden ist, um dem Kühlen des Fahrgastraums zugewiesen zu werden, wie dies beispielsweise in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs der Fall ist.
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Vorteilhafterweise weisen die Versorgungsmittel Folgendes auf:
- – einen Versorgungskanal zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Speichertauscher und
- – einen Verbindungskanal zwischen dem Speichertauscher und dem zweiten Wärmetauscher.
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Der Versorgungskanal weist insbesondere Folgendes auf:
- – einen ersten Anschlusszweig zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Speichertauscher und
- – einen zweiten Anschlusszweig zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher.
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Der Versorgungskanal oder der erste Anschlusszweig weist vorteilhaft ein erstes Druckminderungsorgan auf. Die Versorgungsmittel weisen vorzugsweise dann einen Umleitungskanal auf, der parallel zum ersten Druckminderungsorgan an den Versorgungskanal angeschlossen ist. Darüber hinaus kann der Umleitungskanal ein Umleitungsventil aufweisen.
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Gemäß einer alternativen Ausführung durchquert außerdem der zweite Anschlusszweig zumindest teilweise den Speichertauscher. Der Verbindungskanal bildet insbesondere zumindest einen Teil des zweiten Anschlusszweigs.
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Gemäß einer anderen zusätzlichen oder alternativen Variante weist der Verbindungskanal ein zweites Druckminderungsorgan auf. Die Versorgungsmittel können dann einen Umgehungskanal aufweisen, der parallel zum zweiten Druckminderungsorgan an den Verbindungskanal angeschlossen ist und ein Umgehungsventil aufweisen kann.
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Darüber hinaus weisen die Versorgungsmittel einen ersten Ablaufkanal zwischen dem Speichertauscher und der Saugleitung und/oder einen zweiten Ablaufkanal zwischen dem zweiten Wärmetauscher und der Saugleitung auf.
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Der Klimatisierungskreislauf kann ferner einen Behälter aufweisen, der zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Speichertauscher angeordnet ist.
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Gemäß einem besonderen Beispiel kann der Speichertauscher Wärme mit dem in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom austauschen.
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Schließlich weist gemäß der vorliegenden Erfindung der Klimatisierungskreislauf vorteilhaft eine Steuereinheit auf, die den Kompressor und/oder das erste Druckminderungsorgan und/oder das zweite Druckminderungsorgan und/oder das Umgehungsventil und/oder das Umleitungsventil steuern kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem auch ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Klimatisierungskreislaufs. Das Steuerungsverfahren ist insbesondere derart, dass die Steuereinheit den Durchsatz des Kühlfluids in dem Klimatisierungskreislauf erhöht, wenn sich das Fahrzeug in einer Verzögerungs- oder Bremsphase befindet.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind im „Kühlung” genannten Betriebsmodus die Steuereinheit und die Versorgungsmittel dazu geeignet, das Kühlfluid mit Zwischendruck, mit dem der zweite Wärmetauscher versorgt wird, im Speichertauscher in Umlauf zu bringen, wenn das Fahrzeug sich in einer Beschleunigungsphase befindet.
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Das Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere derart, dass die Steuereinheit es getrennt oder in Kombination ermöglicht:
- – das Umgehungsventil zu öffnen/schließen,
- – das Umleitungsventil zu öffnen/schließen,
- – das erste Druckminderungsorgan zu öffnen/schließen,
- – das zweite Druckminderungsorgan zu öffnen/schließen,
- – das erste Druckminderungsorgan so anzusteuern, dass das gesamte Kühlfluid oder ein Teil des Kühlfluids in dem Speichertauscher zur Verdampfung gebracht wird,
- – eine Versorgung des zweiten Wärmetauschers mit aus dem Speichertauscher stammenden Kühlfluid mit geringen Druck zu ermöglichen,
- – eine zumindest teilweise Druckminderung des Kühlfluids zwischen dem Speichertauscher und dem zweiten Wärmetauscher zu ermöglichen,
- – den Durchsatz des Kühlfluids in dem Klimatisierungskreislauf zu verringern, wenn sich das Fahrzeug in einer Beschleunigungsphase befindet, und/oder
- – eine Zirkulation des Kühlfluids bei einem Phasenänderungstemperaturniveau des Materials mit Phasenänderung, das im Speichertauscher enthalten ist, zu ermöglichen.
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Die Steuereinheit und die Versorgungsmittel sind somit insbesondere dazu geeignet, den Druck des aus dem Speichertauscher stammenden Kühlfluids in einer Verzögerungs- oder Bremsphase nicht zu verringern, bevor der zweite Wärmetauscher versorgt wird.
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Darüber hinaus ist gemäß einer weiteren Ausführungsvariante die Steuereinheit im „Kühlung” genannten Betriebsmodus dazu geeignet, das Schließen des ersten Druckminderungsorgans zu steuern, wenn sich das Fahrzeug in der Beschleunigungsphase befindet.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist der Speichertauscher dazu geeignet, Wärme mit dem in den Fahrgastraum einzuleitenden Luftstrom auszutauschen. Dadurch kann die momentane Kühlleistung, die dem in den Fahrgastraum einzuleitenden Luftstrom zurückgegeben wird, erhöht werden, insbesondere wenn sich das Fahrzeug in der Beschleunigungsphase befindet.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung hat das Material mit Phasenänderung des Speichertauschers eine Phasenänderungstemperatur, die zwischen 5°C und 20°C, vorzugsweise zwischen 10°C und 15°C beträgt. Dadurch kann die Speicherkapazität insbesondere unter Bedingungen einer häufigen Nutzung des „Kühlung” genannten Betriebsmodus des Fahrgastraums, beispielsweise in den Sommerperioden, optimiert werden.
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Selbstverständlich können die verschiedenen Merkmale, Varianten und/oder Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Kombinationen miteinander verknüpft werden, insofern sie nicht inkompatibel sind oder sich gegenseitig ausschließen.
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Die vorliegende Erfindung wird verständlicher und weitere Merkmale und Vorteile klarer beim Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, die Ausführungsformen umfasst, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen zur Veranschaulichung angegeben sind und als nicht einschränkende Beispiele dargelegt werden und dazu dienen können, das Verständnis der vorliegenden Erfindung und die Darstellung ihrer Ausführung zu vervollständigen und gegebenenfalls zu ihrer Definition beizutragen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 bis 3 schematische Ansichten verschiedener Ausführungsvarianten eines Klimatisierungskreislaufs gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Es sei angemerkt, dass in den Figuren strukturelle und/oder funktionale Elemente, die die verschiedenen Ausführungsformen gemeinsam haben, die gleichen Bezugszeichen haben können. Sofern nicht anders angegeben, haben derartige Elemente identische Eigenschaften hinsichtlich der Struktur, der Abmessungen und des Materials.
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Nach der vorliegenden Erfindung bezeichnen die Begriffe „stromabwärts”, „stromabwärts”, „in Reihe” und „parallel” die Stellung einer Komponente in Bezug auf eine andere in Zirkulationsrichtung des Kühlfluids im Klimatisierungskreislauf nach einer der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oder in Zirkulationsrichtung eines Luftstroms in einem Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsgehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung, der einen in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom kanalisieren kann.
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Darüber hinaus bezeichnen bei der vorliegenden Erfindung die Begriffe „offen” und „geschlossen” den Zustand einer Komponente, in dem es möglich ist, einen Kühlfluiddurchgang zu gestatten bzw. zu blockieren.
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1 ist eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines Klimatisierungskreislauf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Der Klimatisierungskreislauf 1 weist einen Kompressor 2 auf, der gewährleisten kann, dass ein in dem Klimatisierungskreislauf 1 zirkulierendes Kühlfluid in Umlauf gebracht und komprimiert wird. Der Kompressor 2 wird vorteilhaft von einer Steuereinheit U angesteuert.
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Das Kühlfluid kann von jeglicher geeigneten Art sein und beispielsweise durch einen halogenhaltigen Kohlenwasserstoff oder eine Mischung aus halogenhaltigen Kohlenwasserstoffen gebildet sein, wobei das Kühlfluid insbesondere unter dem Namen R134A bekannt ist. Das Kühlfluid kann ferner auch ein superkritisch genanntes Gas, wie etwa Kohlendioxid sein.
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Der Kompressor 2 ist stromabwärts über eine Förderleitung 20 und stromaufwärts über eine Saugleitung 21 an die anderen Elemente des Klimatisierungskreislaufs 1 angeschlossen.
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Der Klimatisierungskreislauf 1 weist auch in Kühlfluidzirkulationsrichtung einen ersten Wärmetauscher 3 auf, der vorzugsweise außerhalb eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs, in dem der Klimatisierungskreislauf 1 liegt, angeordnet ist. Der erste Wärmetauscher 3 kann zumindest als Kondensator arbeiten. Der erste Wärmetauscher 3 ist im Allgemeinen im vorderen Teil des Fahrzeugs angeordnet, so dass er von einem Außenluftstrom, der sich insbesondere aus der Verlagerung des Fahrzeugs ergibt, gekühlt wird. Unter „Außenluftstrom” sollte ein Luftstrom zu verstehen sein, der nicht in den Fahrgastraum des Fahrzeugs eingeleitet werden soll.
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Darüber hinaus kann der Klimatisierungskreislauf 1 vorteilhaft stromabwärts des ersten Wärmetauschers 3 einen Behälter 4 aufweisen. Mit dem Behälter 4 ist es möglich, eine Kühlfluidreserve zu gewährleisten. Darüber hinaus ist es mit dem Behälter 4 möglich, die Trennung zwischen dem Kühlfluid in Flüssigphase und dem Kühlfluid in Gasphase zu gewährleisten.
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In dem Klimatisierungskreislauf 1 ist der erste Wärmetauscher 3 an den Förderkanal 20 und an einen Zwischenkanal 22 angeschlossen, der den ersten Wärmetauscher 3 und den Behälter 4 verbindet.
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Es sei angemerkt, dass ein derartiger Behälter 4 zur Bildung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungskreislaufs 1 nicht zwingend notwendig ist.
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Es wird angemerkt, dass die Saugleitung 21 zu einem Niederdruckabschnitt des Klimatisierungskreislaufs 1 gehört, während die Förderleitung 20, der erste Wärmetauscher 3 und der Behälter 4 zu einem Hochdruckabschnitt des Klimatisierungskreislaufs 1 gehören.
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Der Behälter 4 kann beispielhaft in dem ersten Wärmetauscher 3 integriert sein. Bei einer derartigen besonderen Anordnung wird der Behälter 4 vorzugsweise so angeordnet, dass das Kühlfluid erneut in dem ersten Wärmetauscher 3 zirkuliert, nachdem es den Behälter 4 durchquert hat. Mit einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, eine Unterkühlung des Kühlfluids zu erzeugen.
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Der Klimatisierungskreislauf 1 weist Wärmeaustauschmittel 10 auf, die stromabwärts des ersten Wärmetauschers 3 und/oder des Behälters 4 angeordnet sind.
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Die Wärmeaustauschmittel 10 sind vorzugsweise durch mindestens einen Speichertauscher 12 und mindestens einen zweiten Wärmetauscher 13 gebildet.
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Der erste Wärmetauscher 3 bzw. der Behälter 4 ist über Versorgungsmittel 11 an die Wärmeaustauschmittel 10 angeschlossen.
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Der Speichertauscher 12 und/oder der zweite Wärmetauscher 13 sind jeweils oder individuell dazu geeignet, einen Wärmeaustausch zwischen einerseits einem in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom, der von einem Gehäuse der Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsanlage kanalisiert wird, und andererseits dem Kühlfluid zu gewährleisten.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsalternativen können der Speichertauscher 12 und der zweite Wärmetauscher 13 parallel oder in Reihe in zwei Luftleitungen eines Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsgehäuses angeordnet sein, die den in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom kanalisieren können.
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Um das Kühlen des in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstroms über den zweiten Wärmetauscher 13 zu gewährleisten, sind der Speichertauscher 12 und der zweite Wärmetauscher 13 jeweils dazu geeignet, zumindest als Verdampfer zu arbeiten.
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Darüber hinaus hat der Speichertauscher 12 das Merkmal, eine Kältespeicherreserve aufzuweisen. Eine derartige Kältespeicherreserve wird insbesondere durch Akkumulatoren gebildet, die ein Material mit Phasenänderung enthalten.
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Darüber hinaus kann gemäß den Betriebsmodi der vorliegenden Erfindung der zweite Wärmetauscher 13 von einem Luftstrom und insbesondere von dem in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom durchströmt werden oder von einem derartigen Luftstrom nicht durchströmt werden.
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Gemäß der ersten Ausführungsvariante des in 1 vorgestellten Klimatisierungskreislaufs 1 weisen die Versorgungsmittel 11 zumindest Folgendes auf:
- – einen Versorgungskanal 23, der den ersten Wärmetauscher 3, den Zwischenkanal 22 oder den Behälter 4 mit dem Speichertauscher 12 verbindet,
- – ein erstes Druckminderungsorgan 14, das vorteilhaft von der Steuereinheit U angesteuert wird und vorzugsweise am Versorgungskanal 23 angeordnet ist,
- – einen Verbindungskanal 24, der den Speichertauscher 12 und den zweiten Wärmetauscher 13 verbindet, und
- – ein zweites Druckminderungsorgan 15, das vorteilhaft von der Steuereinheit U angesteuert wird und vorzugsweise am Verbindungskanal 24 angeordnet ist.
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Die Wärmeaustauschmittel 10 und insbesondere der zweite Wärmetauscher 13 sind an den Saugkanal 21 angeschlossen.
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Darüber hinaus weisen die Versorgungsmittel 11 vorteilhaft einen Umgehungskanal 25 auf, der parallel zum zweiten Druckminderungsorgan 15 an den Verbindungskanal 24 angeschlossen ist. Der Umgehungskanal 25 weist vorzugsweise ein Umgehungsventil 16 auf, das vorteilhaft von der Steuereinheit U gesteuert wird.
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In einem „Kühlen” genannten Betriebsmodus, in dem der Klimatisierungskreislauf 1 insbesondere über die Steuereinheit U so ausgebildet ist, dass er den in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom kühlt, sind die Versorgungsmittel 11 dazu geeignet, den Druck des Kühlfluids, das einen hohen Druck hat, stromaufwärts des Speichertauschers 12 zu verringern, wenn sich das Fahrzeug in einer Verzögerungs- oder Bremsphase befindet, so dass das druckverminderte Kühlfluid vollständig oder teilweise in dem Speichertauscher 12 zur Verdampfung gebracht wird.
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Zu diesem Zweck kann gemäß der ersten Ausführungsvariante des in 1 veranschaulichten Klimatisierungskreislaufs 1 das erste Druckminderungsorgan 14 eine Modulation des Durchsatzes und/oder des Entspannungsdrucks gewährleisten. Eine derartige Modulation des Durchsatzes und/oder des Entspannungsdrucks wird beispielsweise über eine am Saugkanal 21 angeordnete Temperatursonde gesteuert.
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Gemäß der ersten Ausführungsvariante des in 1 veranschaulichten Klimatisierungskreislaufs 1 ist das erste Druckminderungsorgan 14 vorteilhaft ein thermostatischer Druckminderer.
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Wenn sich das Fahrzeug somit in einer Verzögerungs- oder Bremsphase befindet, ist somit die mechanische Energie am Ausgang der Antriebsgruppe verfügbar. In einer derartigen Phase wird der Kompressor 2 so gesteuert, dass er in Betrieb ist, und das Umgehungsventil 16 wird so gesteuert, dass es öffnet. Durch das Öffnen des Umgehungsventils 16 kann das Kühlfluid das zweite Druckminderungsorgan 15 umgehen. Wenn sich das Fahrzeug in einer Verzögerungs- oder Bremsphase befindet, wird vorzugsweise der Durchsatz des Kühlfluids im Klimatisierungskreislauf erhöht.
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Die Inbetriebnahme des Kompressors 2 und das Öffnen des Umgehungsventils 16 werden insbesondere von der Steuereinheit U angesteuert.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung wird das aus dem Kompressor 2 stammende Kühlfluid, das einen hohen Druck hat, dann gekühlt und zumindest teilweise im ersten Wärmetauscher 3 kondensiert. Das Kühlfluid durchströmt anschließend den Speichertauscher 12, nachdem sein Druck von dem ersten Druckminderungsorgan 14 gemindert wurde. Das Kühlfluid verdampft dann zumindest teilweise in dem Speichertauscher 12, so dass er eine Kältequelle bildet.
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Wenn sich das Material mit Phasenänderung des Speichertauschers 12 bei einer Temperatur befindet, die höher ist, als die Phasenänderungstemperatur, wird es abkühlen, bis es diese Temperatur erreicht hat. Sobald die Phasenänderungstemperatur erreicht ist, ändert das Material mit Phasenänderung allmählich seinen Zustand, so dass es Kälte speichert. Wenn sich der Zustand des gesamten Materials mit Phasenänderung geändert hat, sinkt die Temperatur des Speichertauschers 12 weiterhin entsprechend der verfügbaren Kühlleistung.
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Wenn das Kühlfluid in dem Speichertauscher 12 nicht vollständig verdampft ist, wird in der Verzögerungs- oder Bremsphase des Fahrzeugs das Verdampfen des Kühlfluids im zweiten Wärmetauscher 13 weitergeführt.
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Insofern als das Umgehungsventil 16 offen ist, so dass keinerlei Druckminderung zwischen dem Speichertauscher 12 und dem zweiten Wärmetauscher 13 erfolgt, erfolgt jedoch der größte Teil der Verdampfung des Kühlfluids am Speichertauscher 12.
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Darüber hinaus reguliert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das erste Druckminderungsorgan 14 automatisch die Druckminderung und/oder den Durchsatz des Kühlfluids, so dass das Kühlfluid vollständig verdampft ist, bevor es von dem Kompressor 7 angesaugt wird.
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Um die Verdampfung des Kühlfluids im zweiten Wärmetauscher 13 zu vervollständigen, kann das Umgehungsventil 16 alternativ momentan geschlossen werden, um eine zusätzliche vorangehende Druckminderung des Kühlfluids durch das zweite Druckminderungsorgan 15 an einem Eingang zum zweiten Wärmetauscher 13 zu gewährleisten.
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Mit dem Betriebsmodus der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, die mechanische Energie, die während einer Verzögerungs- oder Bremsphase des Fahrzeugs verfügbar ist, in Kälte umzuwandeln, die im Speichertauscher 12 gespeichert wird, statt diese zu verlieren und als Wärme abzuführen.
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Um die Kälteansammlung für die Phasenänderung zu gewährleisten und zu optimieren, ist die Phasenänderungstemperatur relativ hoch und beträgt insbesondere zwischen 5°C und 20°C, vorzugsweise zwischen 10°C und 15°C.
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Bei dem „Kühlen” genannten Betriebsmodus, in dem der Klimatisierungskreislauf 1 insbesondere über die Steuereinheit U so ausgebildet ist, dass er den in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom kühlt, und in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs sind die Versorgungsmittel 11 dazu ausgelegt, insbesondere über die Steuereinheit U das Kühlfluid in dem Speichertauscher 12 in Umlauf zu bringen, bevor der zweite Wärmetauscher 13 versorgt wird.
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Wenn somit der Speichertauscher 12 zuvor Kälte angesammelt hat, unterliegt das Kühlfluid einer ersten Kühlung, bevor es den zweiten Wärmetauscher 13 erreicht, so dass bei einer gegebenen Kühlleitung der erforderliche Durchsatz an gekühltem Kühlfluid dann geringer ist als der Durchsatz an ungekühltem Kühlfluid, der zum Erreichen der gleichen Kälteleitung erforderlich gewesen wäre.
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Somit ist es bei der vorliegenden Erfindung aufgrund der in der Verzögerungs- oder Bremsphase angesammelten Kälte möglich, in der Beschleunigungsphase den Durchsatz des Kompressors 2 und somit die entnommene Energie zum Mitnehmen des Kompressors 2, was auf Kosten des Antriebs geht, zu verringern.
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Darüber hinaus kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Speichertauscher 12 von einem Luftstrom, insbesondere von dem in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom durchströmt werden, um auch eine Erwärmung des Kühlfluids zu gewährleisten.
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Gemäß der ersten Ausführungsvariante des in 1 veranschaulichten Klimatisierungskreislaufs 1 wird in der Beschleunigungsphase des Fahrzeugs das Umgehungsventil 16 insbesondere über die Steuereinheit U so gesteuert, dass es schließt. Somit unterliegt das Kühlfluid einer zusätzlichen Druckminderung über das zweite Druckminderungsorgan 15, bevor es den zweiten Wärmetauscher 13 erreicht, so dass die Temperatur des Kühlfluids in dem Speichertauscher 12 steigt. Dies führt zu einer Reduzierung und sogar zu einer Eliminierung des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlfluid und dem Material mit Phasenänderung. Wenn die zusätzliche Druckminderung im zweiten Druckminderungsorgan 15 vollständig ist, kühlt das Kühlfluid beim Kontakt mit dem Material mit Phasenänderung ab.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist das zweite Druckminderungsorgan 15 ein Lochrohr.
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Darüber hinaus ist bei dem veranschaulichten Beispiel der Speichertauscher 12 auch dazu ausgelegt, den in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom zu kühlen. Die Kältereserve, die im Speichertauscher 12 gebildet ist, wird optimal nutzbar gemacht, so dass in den Beschleunigungsphasen des Fahrzeugs der Durchsatz des Kompressors 2 temporär auf ein Minimum reduziert werden kann, um die zum Mitnehmen des Kompressors 2 erforderliche Energie zu minimieren und eine Nutzung der Energie zum Antreiben des Fahrzeugs zu fördern.
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Gemäß der ersten Ausführungsvariante des in 1 veranschaulichten Klimatisierungskreislaufs 1 unterliegt in der Beschleunigungsphase das Kühlfluid einer ersten Druckminderung auf Höhe des ersten Druckminderungsorgans 14, bevor es in den Speichertauscher 12 tritt, und unterliegt dann einer zweiten Druckminderung auf Höhe des zweiten Druckminderungsorgans 15, bevor es in den zweiten Wärmetauscher 13 tritt. Um die Kühlleistung, die auf Höhe des zweiten Wärmetauschers 13 zur Verfügung steht, zu erhöhen, ist es alternativ in der Beschleunigungsphase möglich, den Druck des Kühlfluids nur stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers 13 zu verringern. Es erfolgt somit keine Druckminderung stromaufwärts des Speichertauschers 12.
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Zu diesem Zweck weisen gemäß einer zweiten Ausführungsvariante, die in 2 veranschaulicht ist, die eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Klimatisierungskreislaufs 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die Versorgungsmittel 11 vorteilhaft einen Umleitungskanal 26 auf, der parallel zum ersten Druckminderungsorgan 14 an den Versorgungskanal 23 angeschlossen ist. Der Umleitungskanal 26 weist vorzugsweise ein Umleitungsventil 17 auf, das vorteilhaft von der Steuereinheit U gesteuert wird.
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Gemäß einem besonderen Betriebsmodus bei der zweiten Ausführungsvariante des Klimatisierungskreislaufs 1 wird in der Beschleunigungsphase das Umleitungsventil 17 insbesondere über die Steuereinheit U so gesteuert, dass es öffnet, so dass das Kühlfluid das erste Druckminderungsventil 14 umgeht und somit sein Druck stromaufwärts des Speichertauschers 12 nicht vermindert wird.
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In der Beschleunigungsphase wird das Umgehungsventil 16 insbesondere über die Steuereinheit U geschlossen gehalten, so dass der Druck des Kühlfluids nur stromaufwärts des zweiten Druckminderungsorgans 15 vermindert wird. Somit ist auf Höhe des zweiten Wärmetauschers 13 die gesamte Kälteleitung verfügbar.
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Wenn das Material mit Phasenänderung des Speichertauschers 12 bei einer Temperatur ist, die niedriger ist als die Phasenänderungstemperatur, wird es sich erwärmen, bis es diese erreicht hat. Sobald die Phasenänderungstemperatur erreicht ist, wird sich der zustand des Materials mit Phasenänderung allmählich verändern, so dass es die gespeicherte Kälte wiedergibt. Wenn sich der Zustand des gesamten Materials mit Phasenänderung geändert hat, steigt die Temperatur des Speichertauschers 12 weiterhin entsprechend der verfügbaren Kälteleistung.
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Gemäß einem besonderen Betriebsmodus bei der zweiten Ausführungsvariante des Klimatisierungskreislaufs 1 kann in der Verzögerungs- oder Bremsphase das Umleitungsventil 17 bzw. das Umgehungsventil 16 insbesondere über die Steuereinheit U geöffnet oder geschlossen werden.
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Für den Fall, dass das Umleitungsventil 17 geschlossen ist, funktioniert der Klimatisierungskreislauf 1 wie zuvor mit Bezug auf 1 beschrieben.
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Für den Fall, dass das Umleitungsventil 17 offen und das Umgehungsventil 16 geschlossen ist, wird die gesamte verfügbare Kühlleistung dem zweiten Wärmetauscher 13 zugeordnet, um das Kühlen des in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstroms zu gewährleisten.
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Gemäß der zweiten Ausführungsvariante des in 2 veranschaulichten Klimatisierungskreislaufs 1 ist das erste Druckminderungsorgan 14 vorzugsweise ein thermostatischer Druckminderer und das zweite Druckminderungsorgan 15 vorteilhaft eine Lochrohr.
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Das erste Druckminderungsorgan 14 und das zweite Druckminderungsorgan 15 können eine Modulation des Durchsatzes und/oder des Entspannungsdrucks gewährleisten. Eine derartige Modulation des Durchsatzes und/oder des Entspannungsdrucks wird beispielsweise über eine am Saugkanal 21 stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 13 angeordnete Temperatursonde gesteuert.
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Bei den in den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen sind der Speichertauscher 12 und der zweite Wärmetauscher 13 in Serie in dem Klimatisierungskreislauf 1 geschaltet. Der Speichertauscher 12 und der zweite Wärmetauscher 13 können jedoch auch zumindest teilweise parallel in dem Klimatisierungskreislauf 1 geschaltet sein, wie in 3 veranschaulicht ist, die eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante des Klimatisierungskreislaufs 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Gemäß der dritten Ausführungsvariante eines Klimatisierungskreislaufs 1 weist der Versorgungskanal 23 einen ersten Anschlusszweig 27 auf, der den Speichertauscher 12 mit dem ersten Wärmetauscher 3 verbindet. Der erste Anschlusszweig 27 weist das erste Druckminderungsorgan 14 auf. Der Speichertauscher 12 ist über einen ersten Ablaufkanal 28 an den Saugkanal 21 angeschlossen.
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Darüber hinaus weist bei einer dritten Ausführungsvariante eines Klimatisierungskreislaufs 1 der Versorgungskanal 23 einen zweiten Anschlusszweig 29 auf, der den ersten Wärmetauscher 3 mit dem zweiten Wärmetauscher 13 verbindet. Der zweite Anschlusszweig 29 weist das zweite Druckminderungsorgan 15 auf. Der zweite Wärmetauscher 13 ist über einen zweiten Ablaufkanal 30 an den Saugkanal 21 angeschlossen.
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Gemäß der dritten Ausführungsvariante des Klimatisierungskreislaufs 1 durchquert der zweite Anschlusszweig 29 vorteilhafterweise zumindest teilweise den Speichertauscher 12.
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Bei einer derartigen Anordnung bildet der zweite Anschlusszweig 29 einen vom internen Kreis des Speichertauschers 12 getrennten Kreis. Somit ist das Kühlfluid in dem zweiten Anschlusszweig 29 bis zum zweiten Druckminderungsorgan 15, das stromabwärts des Speichertauschers 12 und stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers 13 angeordnet ist, bei hohem Druck.
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Das zweite Druckminderungsorgan 15 wird vorteilhaft von der Steuereinheit U angesteuert.
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Schließlich ist der zweite Wärmetauscher 13 über den zweiten Ablaufkanal 30 an die Saugleitung 21 angeschlossen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind vorteilhafterweise der erste Anschlusszweig 27 und der zweite Anschlusszweig 29 zwischen dem Versorgungskanal 23 und der Saugleitung 21 parallel geschaltet.
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Somit bilden der Versorgungskanal 23, der Verbindungskanal 24, der erste Anschlusszweig 27, die erste Ablaufleitung 28, der zweite Anschluss 29 und der zweite Ablaufkanal 30 die Versorgungsmittel 11 im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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In einem „Kühlen” genannten Betriebsmodus, in dem der Klimatisierungskreislauf 1 insbesondere über die Steuereinheit U so ausgelegt ist, dass er den in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom kühlt, werden in einer Verzögerungs- oder Bremsphase des Fahrzeugs das erste Druckminderungsorgan 14 und das zweite Druckminderungsorgan 15 insbesondere über die Steuereinheit U betrieben.
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In der Verzögerungs- oder Bremsphase des Fahrzeugs können somit insbesondere über die Steuereinheit U das erste Druckminderungsorgan 14 auch geöffnet und das zweite Druckminderungsorgan 15 auch geschlossen werden.
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In der Beschleunigungsphase des Fahrzeugs werden insbesondere über die Steuereinheit U das erste Druckminderungsorgan 14 geschlossen und das zweite Druckminderungsorgan 15 geöffnet.
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Bei allen mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsvarianten weist der Klimatisierungskreislauf 1 ein erstes Druckminderungsorgan 14 und ein zweites Druckminderungsorgan 15 auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das erste Druckminderungsorgan 14 bzw. das zweite Druckminderungsorgan 15 insbesondere eine Lochrohr, ein thermostatischer Druckminderer oder ein elektronischer Druckminderer sein. Je nachdem, welche Art Druckminderer ausgewählt wird, kann der Klimatisierungskreislauf 1 teilweise verändert werden, um zusätzliche Komponenten (Behälter, Akkumulator, ...) aufzunehmen und eine optimierte Leistung zu gewährleisten.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben beschriebenen und lediglich beispielhaft angegebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie umfasst zahlreiche Änderungen, alternative Formen und andere Varianten, die der Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht ziehen kann, und insbesondere alle Kombinationen der verschiedenen oben beschriebenen Betriebsmodi, die separat oder zusammen angewendet werden können.
