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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Kraftfahrzeugfahrgastraums.
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Es besteht der Bedarf, den Wirkungsgrad eines derartigen Verfahrens und einer derartigen Wärmebehandlungsvorrichtung zu verbessern.
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Das Ziel der Erfindung besteht insbesondere darin, eine einfache, wirksame und wirtschaftliche Lösung zu diesem Problem zu liefern.
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Zu diesem Zweck schlägt sie ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Kraftfahrzeugfahrgastraums vor, die Folgendes aufweist:
einen Kältefluidkreislauf mit einem Wärmetauscher, der einen Verdampfer bilden kann, wobei der Wärmetauscher Wärme mit einem Luftstrom, der behandelt werden soll, austauschen kann,
mindestens ein erstes Umleitungsmittel, das in einer ersten Stellung des ersten Umleitungsmittels zumindest einen Teil des Luftstroms von dem Wärmetauscher ablenken und in einer zweiten Stellung des ersten Umleitungsmittels den Luftstrom durch den Wärmetauscher leiten kann,
mindestens ein Heizmittel, das in Luftstromzirkulationsrichtung stromabwärts des Wärmetauschers und/oder stromabwärts des ersten Umleitungsmittels liegt,
mindestens ein zweites Umleitungsmittel, das in einer ersten Stellung des zweiten Umleitungsmittels zumindest einen Teil des Luftstroms von dem mindestens einen Heizmittel ablenken und in einer zweiten Stellung des zweiten Umleitungsmittels den Luftstrom durch die Heizmittel leiten kann,
dadurch gekennzeichnet, dass:
- – das erste Umleitungsmittel zumindest teilweise in seine erste Stellung und das zweite Umleitungsmittel zumindest teilweise in seine zweite Stellung bewegt werden, wenn die Temperatur der Luft, die durch die Vorrichtung strömen soll, zwischen einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur liegt, so dass ein Teil des Luftstroms durch den Wärmetauscher zirkuliert, während ein anderer Teil des Luftstroms den Wärmetauscher umgeht, wobei der Luftstrom anschließend die Heizmittel umgeht,
- – das erste Umleitungsmittel zumindest teilweise in seine erste Stellung und das zweite Umleitungsmittel zumindest teilweise in seine zweite Stellung bewegt werden, wenn die Temperatur der Luft, die durch die Vorrichtung strömen soll, unter der ersten Temperatur liegt, so dass ein Teil des Luftstroms durch den Wärmetauscher zirkuliert, während ein anderer Teil des Luftstroms den Wärmetauscher umgeht, wobei ein Teil des Luftstroms schließlich durch die Heizmittel strömt, während ein anderer Teil des Luftstroms die Heizmittel umgeht,
- – das erste Umleitungsmittel in seine zweite Stellung und das zweite Umleitungsmittel in seine zweite Stellung bewegt werden, wenn die Temperatur der Luft, die durch die Vorrichtung strömen soll, höher ist als die zweite Temperatur, so dass der Luftstrom durch den Wärmetauscher zirkuliert und anschließend die Heizmittel umgeht.
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Es wird somit festgestellt, dass lediglich ein Teil des Luftstroms gekühlt wird, wenn die Temperatur der Luft, die durch die Vorrichtung strömen soll, zwischen einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur liegt, wobei ein anderer Teil den Wärmetauscher umgeht und mit dem gekühlten Teil vermischt wird. Der Wirkungsgrad der Vorrichtung wird somit bei einem derartigen Betriebsmodus verbessert.
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Die erste Temperatur kann zwischen 15 und 20°C betragen. Die zweite Temperatur kann ferner zwischen 25 und 30°C betragen. Das erste Umleitungsmittel und/oder das zweite Umleitungsmittel weist vorzugsweise eine Klappe auf, die zwischen einer offenen Stellung, die die erste Stellung bildet, und einer geschlossenen Stellung, die die zweite Stellung bildet, beweglich ist.
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Die Heizmittel können außerdem einen Kühlkörper aufweisen, der Wärme zwischen einem Wärmeträgerfluid und der Luft, die durch den Kühlkörper strömen soll, austauschen kann. Bei dem Wärmeträgerfluid handelt es sich zum Beispiel um ein Glykol-Wasser-Gemisch, das zu einem Kühlkreislauf eines Fahrzeugverbrennungsmotors gehört.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung kann beispielsweise über ein Phasenumwandlungsmaterial Kälte im Wärmetauscher gespeichert werden.
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Ein Verdampfer, der Kälte speichern kann und auch als Speicherverdampfer bezeichnet wird, ist beispielsweise aus den Dokumenten
FR 2 847 973 und
FR 2 878 613 bekannt. Ein derartiger Verdampfer weist beispielsweise einen Behälter auf, der ein Phasenumwandlungsmaterial (auch unter der englischen Abkürzung PCM bekannt) enthält, das fest werden oder sich verflüssigen kann. Durch diese Phasenumwandlung ist es mit einem derartigen Material möglich, Wärmeenergie oder Kälte in Form von Verfestigungs- oder Verflüssigungswärme zu speichern. Diese gespeicherte Kälte kann einem Luftstrom abgegeben werden, um diesen zu kühlen, insbesondere wenn der Verdichter angehalten ist. Die gängigsten Phasenumwandlungsmaterialien sind Paraffine, deren Verflüssigungspunkt zwischen 5°C und 12°C liegt.
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Es sei angemerkt, dass das Frigorie (fg) die Umkehrung einer Kalorie (cal) ist und somit die Beziehung 1 fg = –1 cal verifiziert. Während die Kalorie eine Wärmemenge von 4,2 Joules ausdrückt, drückt somit Frigorie eine Kältemenge.
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Der Verdichter kann von einem Fahrzeugmotor angetrieben werden, wobei die Betätigungs- und die Ausschaltphasen des Verdichters zumindest über einen Teil der Betriebsperiode des Motors von dem Betriebsmodus des Motors, insbesondere von einem Motorbremsmodus unabhängig sind. Es sei angemerkt, dass in einem Motorbremsmodus die Versorgung des Fahrzeugverbrennungsmotors mit Kraftstoff verringert oder unterbrochen ist, wobei der Motor dann ein Widerstandsmoment liefert, das zu den Fahrzeugrädern übertragen wird.
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Auf diese Weise ist es möglich, außerhalb der vorgenannten bevorzugten Perioden, nämlich außerhalb des Betriebsmodus des Motors als Motorbremse Kälte zu speichern und aus dem Wärmetauscher zu entnehmen. Der Komfort des Nutzers kann dann kontinuierlich über die gesamte Betriebsdauer des Motors gewährleistet werden.
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Das Anhalten oder das Starten des Verdichters kann vorteilhafterweise von dem Kältespeicherzustand des Wärmetauschers abhängig sein.
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Als Speicherzustand wird beispielsweise das Verhältnis der im Tauscher gespeicherten Kältemenge zur Kältemenge, die im Tauscher gespeichert werden kann, definiert.
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Dieser Speicherzustand kann zum Beispiel durch Berechnung bestimmt werden, insbesondere mit einem oder mehreren der nachfolgenden Parameter, die getrennt oder in Kombination herangezogen werden: Abmessungen des oder der Behälter, die ein Phasenumwandlungsmaterial enthalten, Materialmenge, Geschwindigkeit des Luftstroms, Durchsatz des Luftstroms, Temperatur an der Wärmetauscheroberfläche usw.
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Wenn der Speicherzustand des Tauschers höher ist als ein erster Schwellenwert (maximaler Schwellenwert), gilt der Tauscher als geladen. Wenn umgekehrt der Speicherzustand des Tauschers unter einem zweiten Schwellenwert liegt (minimaler Schwellenwert), gilt der Tauscher dann als entladen.
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Wenn beispielsweise der Speicherzustand des Tauschers gleich 1 ist, dann ist der Tauscher vollständig geladen, und wenn der Speicherzustand des Tauschers gleich 0 ist, dann ist der Tauscher vollständig entladen.
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Der Verdichter kann angehalten werden, wenn der Wärmetauscher mit Kälte geladen ist, d.h. wenn der Kältespeicherzustand des Tauschers höher ist als ein bestimmter Schwellenwert von beispielsweise 20000 Joule.
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Die Betätigungsdauer des Verdichters wird somit maximal reduziert.
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Der Verdichter kann außerdem gestartet werden, wenn sich der Fahrzeugmotor in einer Phase mit hoher Leistung befindet, wenn zum Beispiel der Motor bei hoher Drehzahl ist und/oder wenn sich das Fahrzeug in einem Motorbremsmodus befindet.
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Bei diesen besonderen Betriebsfällen wird durch die Entnahme von Antriebsleistung am Fahrzeugmotor der Fahrkomfort oder der Verbrauch nicht beeinträchtigt. Es wird somit bevorzugt, den Wärmetauscher in einer derartigen Periode neu zu laden. Ein derartiges erneutes Laden ist natürlich nicht auf derartige besondere Betriebsfällte beschränkt, so dass die Klimatisierungsfunktion über die gesamte Betriebsdauer des Motors gewährleistet werden kann.
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Das Anhalten und Starten des Verdichters können ferner von der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs und/oder von dem Wirkungsgrad des Fahrzeugverbrennungsmotors abhängig sein, wenn der Verdichter von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird.
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Die Kältespeichermittel des Wärmetauschers können ferner mindestens ein Phasenumwandlungsmaterial, vorzugsweise mindestens zwei Phasenumwandlungsmaterial umfassen, wobei die Materialien zwei unterschiedliche Verflüssigungstemperaturen haben.
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Die Verflüssigungstemperatur eines ersten Phasenumwandlungsmaterials kann beispielsweise in der Größenordnung von 11°C und die Verflüssigungstemperatur eines zweiten Phasenumwandlungsmaterials beispielsweise in einer Größenordnung von 8°C sein.
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Wenn der Verdichter angehalten ist, kann in diesem Fall insbesondere durch die Verflüssigung des zweiten Materials und die Übertragung der gespeicherten Kälte zum Luftstrom der den Wärmetauscher durchquerende Luftstrom eine relativ niedrige Temperatur zum Beispiel in der Größenordnung von 9°C haben.
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Es sei jedoch angemerkt, dass das Festwerden des zweiten Materials nur mit einem hohen Durchsatz des Kältefluids und mit einem Druck und einer Temperatur des Kältefluids erreicht werden kann, die unter dem Druck bzw. unter der Verflüssigungstemperatur des zweiten Materials liegen, was erhalten werden kann, indem das Hubvolumen des Verdichters (wenn er ein variables Hubvolumen hat) und/oder indem die Drehgeschwindigkeit des Verdichters erhöht werden. Es ist somit schwieriger, das zweite Phasenumwandlungsmaterial fest werden zu lassen, d.h. erneut zu laden. Ein derartiges erneutes Laden erfordert somit die Entnahme von mehr Antriebsleistung am Motor, was beispielsweise in günstigen Betriebsperioden des Motors, wie etwa in den oben genannten Perioden (hohe Motordrehzahl, Motorbremse) erfolgen kann.
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Es ist umgekehrt relativ einfach, das erste Phasenumwandlungsmaterial erneut mit Kälte zu laden oder fest werden zu lassen, wobei ein derartiges erneutes Laden einen geringeren Durchsatz des Kältefluids und somit eine kleinere Entnahme von Antriebsenergie am Fahrzeugmotor erfordert.
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Bei dem Verdichter handelt es sich vorzugsweise um einen Verdichter mit variablem Hubvolumen.
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Es sei angemerkt, dass je höher das Hubvolumen des Verdichters ist, desto höher sein Wirkungsgrad ist. Mit der Erfindung ist es somit möglich, den Verdichter mit großem Hubvolumen während der Periode des Speicherns von Kälte im Wärmetauscher vor dem Anhalten des Verdichters zu verwenden. Der Wirkungsgrad der Vorrichtung wird somit verbessert.
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Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die als nicht einschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben ist, besser verstanden und weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung offensichtlich. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine 1 entsprechende Ansicht, die einen erfindungsgemäßen ersten Betriebsmodus veranschaulicht,
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3 eine 1 entsprechende Ansicht, die einen erfindungsgemäßen zweiten Betriebsmodus veranschaulicht,
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4 eine 1 entsprechende Ansicht, die einen erfindungsgemäßen dritten Betriebsmodus veranschaulicht,
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5 eine schematische Ansicht eines Verdampfers mit zwei unterschiedlichen Phasenumwandlungsmaterialien,
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6 ein Schaubild, das einen Algorithmus veranschaulicht, der zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
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1 zeigt eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Kraftfahrzeugfahrgastraums, die einen Kältefluidkreislauf mit einem ersten Wärmetauscher 1, der einen Kondensator bilden kann, und mit einem zweiten Wärmetauscher 2, der einen Verdampfer bilden kann, aufweist. Der Kältefluidkreislauf kann ferner einen Verdichter C mit variablem Hubvolumen, der dazu vorgesehen ist, von einem Fahrzeugmotor angetrieben zu werden, und einen Druckminderer D aufweisen. Mit einem Lüfter V ist es vorzugsweise möglich, einen Luftstrom durch den ersten Wärmetauscher 1 zirkulieren zu lassen.
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Der zweite Wärmetauscher 2 liegt in einem Kanal 4 zur Zirkulation eines Luftstroms, der in den Fahrgastraum des Fahrzeugs ausmünden soll und beispielsweise Luft von außerhalb des Fahrzeugs entnimmt. Dieser Kanal 4 gehört zu einer Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimatisierungsanlange, die auch als H.V.A.C. (Heating, Ventilation and Air-Conditioning) bezeichnet wird.
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Ein erstes Umleitungsmittel, wie etwa eine erste Klappe V1, kann in der Nähe des zweiten Wärmetauschers 2 angebracht sein. Die erste Klappe V1 ist zwischen zwei Endstellungen beweglich, nämlich zwischen einer ersten Endstellung (mit durchgezogener Linie dargestellt), in der keinerlei Luftstrom den zweiten Wärmetauscher 2 umgehen kann, und einer zweiten Endstellung (gestrichelt dargestellt), in der ein Luftstrom den zweiten Wärmetauscher 2 umgehen kann. Die erste Klappe V1 kann selbstverständlich in Zwischenstellungen angeordnet sein, die zwischen den Endstellungen liegen.
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Ein dritter Wärmetauscher 3, der in Form eines Kühlkörpers vorliegt, ist beispielsweise im Kanal 4 (in Luftstromzirkulationsrichtung) stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 2 angeordnet. Der dritte Wärmetauscher 3 kann Wärme, die aus einem Wärmeträgerfluid stammt, das zum Beispiel in einem Kreislauf zum Kühlen des Fahrzeugverbrennungsmotors strömt, zu dem den Tauscher 3 durchströmenden Luftstrom übertragen.
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Ein zweites Umleitungsmittel, wie etwa eine zweite Klappe V2, ist im Kanal 4 stromaufwärts des dritten Wärmetauschers 3 angeordnet und zwischen zwei Endstellungen beweglich, nämlich zwischen einer ersten Stellung (mit durchgezogener Linie dargestellt), in der der gesamte im Kanal 4 zirkulierende Luftstrom von dem dritten Wärmetauscher 3 umgelenkt wird, und einer zweiten Stellung (gestrichelt dargestellt), in der der gesamte im Kanal 4 zirkulierende Luftstrom den dritten Wärmetauscher 3 durchströmt. Die zweite Klappe V2 kann selbstverständlich in Zwischenstellungen, die zwischen den Endstellungen liegen, angeordnet sein.
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Der zweite Wärmetauscher 2 ist ein Verdampfer, der Kälte speichern kann und auch als Speicherverdampfer bezeichnet wird. Wie oben angegeben, weist ein Verdampfer dieser Art vorzugsweise einen Behälter auf, der ein Phasenumwandlungsmaterial (auch unter der englischen Abkürzung PCM bekannt) enthält, das fest oder flüssig werden kann. Durch diese Phasenumwandlung ist es mit einem derartigen Material möglich, Wärmeenergie oder Kälte in Form von Verfestigungs- oder Verflüssigungswärme zu speichern. Diese gespeicherte Kälte kann zum betreffenden Luftstrom abgegeben werden, um ihn zu kühlen (Entnahme von Kälte). Die gängigsten Phasenumwandlungsmaterialien sind Paraffine, deren Verflüssigungspunkt zwischen 5°C und 12°C liegt.
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Es sei ferner angemerkt, das als Speicherzustand das Verhältnis der im Tauscher 2 gespeicherten Kältemenge zur Kältemenge, die im Tauscher 2 gespeichert werden kann, definiert wird.
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Dieser Speicherzustand kann zum Beispiel durch Berechnung bestimmt werden, insbesondere mit einem oder mehreren der nachfolgenden Parameter, die getrennt oder in Kombination herangezogen werden: Abmessungen des oder der Behälter, die ein Phasenumwandlungsmaterial enthalten, Materialmenge, Geschwindigkeit des Luftstroms, Durchsatz des Luftstroms, Temperatur an der Wärmetauscheroberfläche usw.
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Wenn der Speicherzustand des Tauschers höher ist als ein erster Schwellenwert (maximaler Schwellenwert), gilt der Tauscher als geladen. Wenn umgekehrt der Speicherzustand des Tauschers unter einem zweiten Schwellenwert liegt (minimaler Schwellenwert), dann gilt der Tauscher als entladen.
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Wenn beispielsweise der Speicherzustand des Tauschers gleich 1 ist, dann ist der Tauscher vollständig geladen, und wenn der Speicherzustand des Tauschers gleich 0 ist, dann ist der Tauscher vollständig entladen.
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Wenn der Verdichter C betätigt wird, speichert der zweite Wärmetauscher 2 Wärmeenergie in Form von Kälte (d.h. das Phasenumwandlungsmaterial ist fest) durch die Zirkulation des Kältefluids durch den Verdichter C, den zweiten Wärmetauscher 2, den Druckminderer D und den ersten Wärmetauscher 1. Eine derartige Speicherung erfolgt somit nur dann, wenn der Verdichter C gestartet ist. Wenn umgekehrt der Verdichter C ausgeschaltet ist, kann die im zweiten Wärmetauscher 2 gespeicherte Kälte entnommen, d.h. zu dem den Wärmetauscher 2 durchströmenden Luftstrom übertragen werden.
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Der Verdichter C ist beispielsweise ausgeschaltet, wenn der Wärmetauscher 2 mit Kälte geladen ist, d.h. wenn der Kältespeicherzustand des Tauschers höher ist als ein bestimmter Schwellenwert von beispielsweise 20000 Joule.
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2 veranschaulicht einen ersten Betriebsmodus, bei dem die erste Klappe V1 teilweise geöffnet und die zweite Klappe V2 vollständig geschlossen ist. Es werden die folgenden Luftströme definiert:
- – F1 ist der Luftstrom, der von der Luft außerhalb des Fahrzeugs stammt und durch den Kanal 4 strömt,
- – F2 ist der Luftstrom, der durch den zweiten Wärmetauscher 2 strömt,
- – F3 ist der Luftstrom, der den zweiten Wärmetauscher 2 umgeht und durch die erste Klappe V1 strömt,
- – F4 ist der Luftstrom, der den dritten Wärmetauscher 3 umgeht und in den Fahrgastraum ausmünden soll.
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Ein derartiger Betriebsmodus ist anwendbar, wenn die Temperatur der Außenluft, d.h. die Temperatur des Stroms F1 zwischen einer ersten Temperatur, die beispielsweise zwischen 15 und 20°C beträgt, und einer zweiten Temperatur liegt, die beispielsweise zwischen 25 und 30°C beträgt.
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Der Strom F1 hat beispielsweise eine Temperatur in der Größenordnung von 25°C. Der Strom F2 hat einen Durchsatz, der dem 0,76-fachen des Durchsatzes des Stroms F1 entspricht, und hat beim Austreten aus dem zweiten Wärmetauscher 2 eine Temperatur in der Größenordnung von 8°C. Der Strom F3 hat einen Durchsatz, der dem 0,24-fachen des Durchsatzes des Stroms F1 entspricht, und hat auch eine Temperatur in der Größenordnung von 25°C. Der Strom F4 wird durch die Mischung der Ströme F2 und F3 gebildet. Der Durchsatz des Stroms F4 entspricht dem des Stroms F1. Der Strom F4 hat eine Temperatur in der Größenordnung von 12°C.
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Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform ein Teil (Strom F2) der Außenluft (Strom F1) durch das Strömen durch den zweiten Wärmetauscher 2 gekühlt (und somit entfeuchtet) und anschließend durch die Mischung mit einem wärmeren Anteil (Strom F3) an Außenluft erneut erwärmt, so dass die von dem Nutzer gewünschte Solltemperatur (in diesem Fall 12°C) erreicht wird.
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Darüber hinaus ist es mit Steuerungsmitteln G möglich, den Verdichter C zyklisch zu betreiben, wobei jeder Zyklus eine Phase zur Betätigung des Verdichters C und zur Speicherung von Kälte im zweiten Wärmetauscher 2 (Festwerden des Phasenumwandlungsmaterials) umfasst, worauf eine Phase zum Ausschalten des Verdichters C und zum Entnehmen von Kälte am zweiten Wärmetauscher 2 (Verflüssigung des Phasenumwandlungsmaterials) folgt. Die Steuerungsmittel G sind insbesondere dazu ausgelegt, den Verdichter C auszuschalten, wenn der zweite Wärmetauscher 2 mit Kälte geladen ist, d.h. wenn der Speicherzustand des zweiten Wärmetauschers 2 höher ist als ein bestimmter Wert.
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Somit ist es in der Entnahmephase des zweiten Wärmetauschers 2 möglich, den Strom F2, der durch den Tauscher 2 strömt, weiterhin zu kühlen.
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Die Phasen zur Betätigung und zum Ausschalten des Verdichters C können im Gegensatz zum Stand der Technik vorzugsweise zumindest während eines Teils der Betriebsperiode des Fahrzeugmotors von dem Betriebsmodus des Motors und insbesondere von einem Motorbremsmodus unabhängig sein.
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Auf diese Weise ist es möglich, den Speicherverdampfer 2 außerhalb der vorgenannten bevorzugten Phasen zu laden und zu entladen. Der Komfort des Nutzers kann dann über die gesamte Betriebsdauer des Fahrzeugmotors kontinuierlich gewährleistet werden.
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Wie oben angegeben, ist es auch möglich, die Betätigungsdauer des Verdichters C und somit die Dauer, während der die Leistung am Fahrzeugmotor entnommen wird, maximal zu reduzieren.
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Die Steuerungsmittel G können selbstverständlich dazu ausgelegt sein, den Verdichter C zu starten, wenn sich der Fahrzeugmotor in einer Phase mit hoher Leistung befindet, wenn zum Beispiel der Motor bei hoher Drehzahl ist und/oder sich das Fahrzeug in einem Motorbremsmodus befindet.
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Es wird dann versucht, diese Phasen mit hohem Wirkungsgrad, wenn sie vorhanden sind, wirksam zu nutzen, auch wenn der zyklische Betrieb des Verdichters C nicht nur mit derartigen Phasen verbunden ist.
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Es sei ferner angemerkt, dass es bei der gezeigten Ausführungsform mit den Steuerungsmitteln G möglich ist, den Lüfter V zusammen mit dem Verdichter C zu betreiben.
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3 veranschaulicht einen zweiten Betriebsmodus, bei dem die erste Klappe V1 und die zweite Klappe V2 teilweise geöffnet sind. Es werden die folgenden Luftströme definiert:
- – F'1 ist der Luftstrom, der von der Luft außerhalb des Fahrzeugs stammt und durch den Kanal 4 strömt,
- – F'2 ist der Luftstrom, der durch den zweiten Wärmetauscher 2 strömt,
- – F'3 ist der Luftstrom, der den zweiten Wärmetauscher 2 umgeht und durch die erste Klappe V1 strömt,
- – F'4 ist der Luftstrom, der durch den dritten Wärmetauscher 3 strömt,
- – F'5 ist der Luftstrom, der den dritten Wärmetauscher 3 umgeht,
- – F'6 ist der Luftstrom, der in den Fahrgastraum ausmünden soll und aus der Mischung der Ströme F'4 und F'5 gebildet ist.
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Ein derartiger Betriebsmodus ist anwendbar, wenn die Temperatur der Außenluft, d.h. die Temperatur des Stroms F'1 niedriger ist als die erste Temperatur, die beispielsweise zwischen 15 und 20°C beträgt.
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Der Strom F'1 hat beispielsweise eine Temperatur in der Größenordnung von 15°C. Der Strom F'2 hat einen Durchsatz, der dem 0,5-fachen des Durchsatzes des Stroms F'1 entspricht, und hat beim Austreten aus dem zweiten Wärmetauscher 2 eine Temperatur in der Größenordnung von 5°C. Der Strom F'3 hat einen Durchsatz, der dem 0,5-fachen des Durchsatzes des Stroms F'1 entspricht, und hat auch eine Temperatur in der Größenordnung von 15°C. Der Strom F'4 hat einen Durchsatz, der dem 0,5-fachen des Durchsatzes des Stroms F'1 entspricht, und hat am Ausgang des dritten Wärmetauschers 3 eine Temperatur in der Größenordnung von 60°C. Der Strom F'5 hat einen Durchsatz, der dem 0,5-fachen des Durchsatzes von F'1 entspricht, und hat eine Temperatur in der Größenordnung von 10°C. Schließlich entspricht der Durchsatz F'6 dem Durchsatz des Stroms F'1 und hat eine Temperatur in der Größenordnung von 30°C.
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Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform ein Teil (Strom F'2) der Außenluft (Strom F'1) durch das Strömen durch den zweiten Wärmetauscher 2 gekühlt (und somit entfeuchtet) und anschließend durch die Mischung mit einem wärmeren Anteil (Strom F'3) an Außenluft und durch Erwärmung durch den dritten Wärmetauscher 3 (Strom F'4) erneut erwärmt, so dass die von dem Nutzer gewünschte Solltemperatur (in diesem Fall 30°C, Strom F'6) erreicht wird.
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Wie zuvor können im Gegensatz zum Stand der Technik die Phasen zur Betätigung und zum Ausschalten des Verdichters C zumindest während eines Teils der Betriebsperiode des Motors von dem Betriebsmodus des Motors und insbesondere von einem Motorbremsmodus unabhängig sein.
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4 veranschaulicht einen dritten Betriebsmodus, bei dem die erste Klappe V1 und die zweite Klappe V2 vollständig geschlossen sind. Es werden die folgenden Luftströme definiert:
- – F''1 ist der Luftstrom, der von der Luft außerhalb des Fahrzeugs stammt und durch den Kanal 4 strömt,
- – F''2 ist der Luftstrom, der durch den zweiten Wärmetauscher 2 strömt,
- – F''3 ist der Luftstrom, der den dritten Wärmetauscher 3 umgeht und in den Fahrgastraum ausmünden soll.
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Ein derartiger Betriebsmodus ist anwendbar, wenn die Temperatur der Außenluft, d.h. die Temperatur des Stroms F''1 höher ist als die zweite Temperatur, die zum Beispiel zwischen 25 und 30°C beträgt.
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Der Strom F''1 hat beispielsweise eine Temperatur in der Größenordnung von 30°C. Der Strom F''2 hat einen Durchsatz, der dem Durchsatz des Stroms F''1 entspricht, und hat beim Austreten aus dem zweiten Wärmetauscher 2 eine Temperatur in der Größenordnung von 9°C. Der Strom F''3 hat einen Durchsatz, der dem Durchsatz des Stroms F''1 entspricht, und hat auch eine Temperatur in der Größenordnung von 9°C, was die von dem Nutzer gewünschte Solltemperatur ist.
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Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform der gesamte Strom, der durch den Kanal 4 strömt, von dem zweiten Wärmetauscher 2 gekühlt (Klimatisierungsmodus genannter Modus).
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Wie zuvor können im Gegensatz zum Stand der Technik die Phasen zur Betätigung und zum Ausschalten des Verdichters C zumindest während eines Teils der Betriebsperiode des Motors von dem Betriebsmodus des Motors und insbesondere von einem Motorbremsmodus unabhängig sein.
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5 veranschaulicht eine Ausführungsvariante, bei der der zweite Wärmetauscher 2 zwei Behälter 5, 6 aufweist, die ein erstes bzw. ein zweites Phasenumwandlungsmaterial umfassen, wobei die Materialien zwei unterschiedliche Verflüssigungstemperaturen haben, sowie einen Abschnitt 8, der mit dem entsprechenden Luftstrom, der ihn durchströmt, Wärme austauschen kann. Das Strömen des Kältefluids durch den zweiten Wärmetauscher 2 und die Behälter 5, 6 erfolgt durch Rohre 8, wobei die Zirkulationsrichtung des Kältefluids in den Rohren 8 durch die Pfeile dargestellt ist.
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Die Verflüssigungstemperatur eines ersten Phasenumwandlungsmaterials kann beispielsweise in der Größenordnung von 11°C und die Verflüssigungstemperatur eines zweiten Phasenumwandlungsmaterials beispielsweise in der Größenordnung von 8°C sein.
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Wenn in diesem Fall der Verdichter C ausgeschaltet ist, kann der Luftstrom, der durch den zweiten Wärmetauscher 2 strömt, durch die Verflüssigung des zweiten Materials und die Übertragung der gespeicherten Kälte zum Luftstrom eine relativ niedrige Temperatur beispielsweise in der Größenordnung von 9°C haben.
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Es sei jedoch angemerkt, dass das Festwerden des zweiten Phasenumwandlungsmaterials nur mit einem hohen Durchsatz des Kältefluids und mit einem Druck und einer Temperatur des Kältefluids erreicht werden kann, die unter dem Druck bzw. unter der Verflüssigungstemperatur des zweiten Materials liegen, was erhalten werden kann, indem das Hubvolumen des Verdichters C und/oder indem die Drehgeschwindigkeit des Verdichters C erhöht werden. Es ist somit schwieriger, das zweite Phasenumwandlungsmaterial fest werden zu lassen, d.h. erneut zu laden. Ein derartiges erneutes Laden erfordert somit die Entnahme von mehr Antriebsleistung am Motor, was beispielsweise in günstigen Betriebsperioden des Motors, wie etwa in den oben genannten Perioden (hohe Motordrehzahl, Motorbremse) erfolgen kann.
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Es ist umgekehrt relativ einfach, das erste Phasenumwandlungsmaterial erneut mit Kälte zu laden oder fest werden zu lassen, wobei ein derartiges erneutes Laden einen geringeren Durchsatz des Kältefluids und somit eine kleinere Entnahme von Antriebsenergie am Fahrzeugmotor erfordert.
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6 ist ein Schaubild, das einen Algorithmus veranschaulicht, der für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Bei diesem Algorithmus bezeichnen:
- – PP den Luftdurchsatz, der im Kanal 4 zirkuliert,
- – Ta die Temperatur außerhalb des Fahrzeugs,
- – Tc die Solltemperatur, die im Fahrgastraum erreicht werden soll,
- – PWM die Steuerung des Verdichters C,
- – TSE die Temperatur der Luft beim Austreten aus dem Verdampfer 2,
- – Nc die Drehgeschwindigkeit des Verdichters C,
- – T1 eine untere Temperaturgrenze,
- – T2 eine obere Temperaturgrenze,
- – P1 die Stellung der ersten Klappe V1,
- – P2 die Stellung der zweiten Klappe V2.
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Der Algorithmus umfasst zunächst einen Initialisierungsschritt E1, bei dem die Parameter Ta, PP, Nc, T1 und T2 (durch Messung und/oder durch Berechnung) bestimmt werden.
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Nach dem Initialisierungsschritt E1 umfasst der Algorithmus einen Schritt E2 zur Bestimmung des Parameters Tc.
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Nach Schritt E2 umfasst der Algorithmus einen Testschritt E3, bei dem bestimmt wird, ob die Temperatur Ta niedriger ist als die Temperatur T1.
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Wenn dies zutrifft, umfasst nach Schritt E3 der Algorithmus einen Schritt E4, bei dem:
- – die Stellung P1 in Abhängigkeit von dem Durchsatz PP berechnet wird,
- – die Steuerung PWM in Abhängigkeit von der Temperatur TSE und der Geschwindigkeit Nc berechnet wird,
- – die Stellung P2 in Abhängigkeit von dem Durchsatz PP berechnet wird.
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Nach Schritt E4 umfasst der Algorithmus einen Ausschaltschritt E5.
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Wenn Schritt E3 ein negatives Ergebnis zurückgibt, umfasst der Algorithmus dann einen Testschritt E6, bei dem bestimmt wird, ob die Temperatur Ta zwischen den Temperaturen T1 und T2 liegt.
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Wenn dies zutrifft, umfasst der Algorithmus nach Schritt E6 einen Schritt E7, bei dem:
- – die Stellung P1 in Abhängigkeit von der Temperatur Tc und dem Durchsatz PP berechnet wird,
- – die Steuerung PWM in Abhängigkeit von der Temperatur Tc und der Geschwindigkeit Nc berechnet wird,
- – die Stellung P2 als geschlossene Stellung definiert wird.
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Nach Schritt E7 umfasst der Algorithmus einen Ausschaltschritt E8.
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Wenn Schritt E6 ein negatives Ergebnis zurückgibt, umfasst der Algorithmus dann einen Schritt E9, bei dem:
- – die Stellung P1 als geschlossene Stellung definiert wird,
- – die Steuerung PWM in Abhängigkeit von der Temperatur Tc und der Geschwindigkeit Nc berechnet wird,
- – die Stellung P2 als geschlossene Stellung definiert wird.
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Nach Schritt E9 umfasst der Algorithmus einen Ausschaltschritt E10.
