DE19524660C2 - Klimatisierungsanordnung für Nutzfahrzeuge, insbesondere Omnibusse - Google Patents
Klimatisierungsanordnung für Nutzfahrzeuge, insbesondere OmnibusseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungsanord
nung für Nutzfahrzeuge, insbesondere Omnibusse, nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine weitverbreitete Bauweise besteht darin, daß in
beidseitigen Dachkanälen eines Reiseomnibusses oder auch bei
anderen Nutzfahrzeugen sonst im Dachbereich, gegebenenfalls
oberhalb einer Fahrerkabine, Verdampfer angeordnet sind,
durch deren meist lamellenförmige Verrippung zur Kühlung ei
ner Passagierzelle eines Reiseomnibusses oder zur Kühlung ei
nes sonstigen Nutzraums eines Nutzfahrzeugs dienende Frisch
luft oder Umluft unter Abkühlung geblasen wird. Verdichter
einrichtung sowie Verflüssigereinrichtung des Kältemittel
kreislaufs werden bei dieser Bauart in einem Stauraum am Heck
des Nutzfahrzeugs, meist im Unterflurbereich im Motorraum,
angeordnet, wobei über lange Distanz vom Stauraum zu den Ver
dampfern Kältemittelleitungen geführt sind. Dies führt zu ei
ner ganzen Reihe negativer Effekte, wie relativ hohem Bedarf
an Kältemittel, Druckverlust in den langen Leitungen, erheb
liche Abdichtungsarbeiten und trotzdem häufig Leckagegefahr,
Eintritt von Wasserdampf durch die langen Verbindungsleitun
gen zwischen Stauraum und Verdampfer mit der Gefahr einer
Verringerung des Wirkungsgrades sowie einer Verschlechterung
der Schmierung des jeweils eingesetzten Verdichters unter
Verseifung bis zum Ausfall sowie der Unmöglichkeit, den Käl
temittelkreislauf in Vorfertigung zu montieren und mit Kälte
mittel vorzufüllen.
In der DE 38 03 439 A1 wird eine Klimatisierungsanordnung
für ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei der solche
Nachteile behoben werden sollen. Die Erfindung geht im
Oberbegriff von Anspruch 1 von dieser vorbe
schriebenen Klimatisierungsanordnung aus. Sie ist dadurch
ausgezeichnet, daß alle aktiven Teile des Kältemittelkreis
laufs außerhalb des Nutzraums des Kraftfahrzeugs anordbar
sind und eine sekundäre Wärmeübertragung zu einem Was
ser/Luft-Wärmetauscher erfolgt, der an die Stelle der Ver
dampfer des vorbeschriebenen üblichen Systems tritt und den
zu klimatisierenden Raum durch entsprechende Luftabkühlung
kühl hält. Dies stellt bereits einen Schritt in einer richti
gen Richtung dar, um die angesprochenen Nachteile der konven
tionellen Anordnung zu beheben, da der außerhalb des Nutz
raums anordbare Kältemittelkreislauf mit kürzeren Leitungs
verbindungen auslegbar ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß
eine Klimatisierungsanordnung dieser Art schon deshalb nicht
praxisgerecht ist, weil die Zeit bis zum Ansprechen einer
Fahrzeugkühlung außerordentlich lang ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vor
teile der letztgenannten bekannten Klimatisierungsanordnung
voll nutzbar zu machen und diese dabei auch bezüglich der An
sprechgeschwindigkeit so zu verbessern, daß sie mit konven
tionellen sonstigen Klimatisierungsanordnungen der erstge
nannten Art voll wettbewerbsfähig ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Klimatisierungsanord
nung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch
die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst, wobei im
Bereich eines mit Wasser gespeisten Wärmeträgerkreislaufs für
den erfindungsgemäßen Betrieb eine direkte Wärmeträgerkopp
lung beschrieben wird. Der Oberbegriff von Anspruch 1 geht, wie schon
erwähnt, dabei von der DE 38 03 439 A1 aus.
Bei der bekannten Anordnung ist die Langsamkeit des
Ansprechens der Kühlung dadurch bestimmt, daß der Kältemit
telkreislauf erst in Betrieb genommen wird, wenn Kühlbedarf
besteht und dabei der Gesamtinhalt des Wärmeträgerkreislaufs
an Wasser abgekühlt werden muß, was zu der angesprochenen
großen Trägheit führt.
Grundgedanke der Erfindung ist demgegenüber, mit
dem Kühlvorgang bereits vor Beginn der gewünschten Abkühlung
zu starten und in der dadurch gewonnenen Vorlaufzeit bereits
Kühlenergie zu speichern, die dann bei Bedarf der Kühllei
stung mit abgerufen werden kann. Hierzu ist vorgesehen, be
reits einen Großteil des als Wärmeträger dienenden Wassers in
einem inneren Kreislauf vorzukühlen und in einem Wasserspei
cher zur Einspeisung in einen äußeren Wärmeträgerkreislauf
bereitzustellen, so daß diese bereitgestellte Wassermenge
bereits in der Anfangsphase der gewünschten Kühlung wirksam
zur Verfügung steht und die noch nicht abgekühlte Wassermenge
im äußeren Wärmeträgerkreislauf schnell verdrängen kann.
Jeder auf Wasser beruhende Wärmeträgerkreislauf hat
auch unabhängig von der Anordnung eines besonderen Speicher
volumens eine eigene Speicherkapazität entsprechend dem inne
ren Volumen des Kreislaufes. Der gewählte Wert der spezifi
schen Wärmekapazität, die durch die Anordnung eines zusätzli
chen Speichervolumens gewonnen werden kann, liegt deutlich
über den konventionellen Werten von Wärmeträgerkreisläufen
bei Klimatisierungsanordnungen der hier in Frage stehenden
Art ohne das zusätzliche Speichervolumen. Anstelle des Wertes
von 10 Wh/K kann man je nach den Einbaubedingungen im Nutz
fahrzeug vorzugsweise auch Schwellwerte des Zweifachen, Drei
fachen, Vierfachen oder Fünffachen des angegebenen Schwell
werts von 10 Wh/K einsetzen. Diese angegebenen höheren Werte
sind stufenweise bevorzugt bzw. noch mehr bevorzugt.
Zu Rahmen der Erfindung kann man
nach einer Variante den inneren und den äußeren Kreis
lauf gesondert betreiben, um beispielsweise bei der Bereit
stellung der Kühlenergie im inneren Kreislauf den äußeren
Kreislauf für andere Zwecke zu benutzen, wie etwa für Hei
zungszwecke. Hierzu kommuniziert der Wärmeträgerkreislauf
zweckmäßig in abschaltbarer Weise mit dem Kühlkreislauf eines
wassergekühlten Antriebsmotors des Nutzfahrzeugs, so daß auch
der Wärmeträger dann üblicherweise gleich ist, d. h. im allge
meinen eine Mischung aus Wasser und Glykol. Eine andere Vari
ante, die auch mit der ersten Variante gemeinsam betrieben werden kann, bezieht die Möglichkeit ein, den äußeren Kreislauf gege
benenfalls bei der Bereitstellung von Kälteenergie im inneren
Kreislauf totzulegen und erst unter Erweiterung der Durch
strömung aus dem inneren Kreislauf auch noch in den äußeren
Kreislauf für die eigentliche Kühlung des Nutzfahrzeugs mit
einzubeziehen.
Anspruch 2 beschreibt eine bevorzugte Einbaubedingung,
bei der nicht nur der Kältemittelkreislauf, sondern auch
der innere Kreislauf des Wärmeträgerkreislaufs zu einer im
Stauraum des Nutzfahrzeugs einsetzbaren Baueinheit zusammen
gefaßt sind. Gegebenenfalls kann man aber auch den ja umwelt
technisch nicht kritischen inneren Kreislauf noch bis in
Nutzbereiche des Nutzfahrzeugs hin führen.
Bei Nutzfahrzeugen und insbesondere Omnibussen hat
man bisher als Verdichtereinrichtungen typischerweise einen
einzigen leistungsstarken und relativ großen Verdichter ein
gesetzt, zumal im Stauraum für seinen Einbau hinreichend
Platz ist. Derartige Verdichter sind jedoch schon wegen ihrer
relativ kleinen Stückzahl sehr teuer. Die Erfindung sieht
demgegenüber in Weiterbildung vor, daß die Verdichtereinrich
tung mehrere Verdichter aufweist, die alle von dem Antriebs
motor antreibbar sind. Dann kann man statt des einen Verdich
ters mehrere Verdichter kleinerer Dimensionierung und Lei
stung einsetzen, wie sie relativ preiswert als Verdichter für
Personenkraftwagen zur Verfügung stehen. Es hat sich gezeigt,
daß die Aufteilung der Verdichterleistung auf mehrere derar
tige kleinere Verdichter eine deutliche Kosteneinsparung be
deutet und auch eine bessere Anpassung an Raumverhältnisse
bedeuten kann. Zusätzlich kann man in bevorzugter Weise die
Verdichter einzeln in den Kreislauf zuschalten und so be
darfsweise die Kühlleistung stufenweise schalten.
Alle diese einzelnen Verdichter können wie im be
kannten Fall der einzige Verdichter von dem Antriebsmotor des
Kraftfahrzeuges in Direktkupplung oder über eine Riementrans
mission angetrieben sein. Zusätzlich kann man in entsprechen
der Ankopplung auch noch die Ventilatoreinrichtung für die
Luftkühlung des Verflüssigers des Kältemittelkreislaufs von
dem Antriebsmotor direkt oder indirekt antreibbar anordnen.
Wenn man ferner einen Plattenverdampfer mit relativ
großer wirksamer Fläche mit einer Kältemitteldrosselung über
eine vorzugsweise als Ejektordüse wirkende Fixdrossel kop
pelt, kann man die Verdampferleistung durch optimale Flächen
beaufschlagung mit flüssigem Kältemittel in die Nähe des
theoretischen Maximums steigern und so im Vergleich mit be
kannten Verdampferbauarten eine im ganzen schmalere Bauweise
erhalten.
Alle diese Maßnahmen sind von besonderer Bedeutung,
wenn gemäß Anspruch 6 der Kältemittelkreislauf in kompakter
Bauweise ausgebildet ist, indem man ihn beispielsweise in ei
ner bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Klimati
sierungsanordnung als Einbaueinheit gemäß den Ansprüchen 7
und 8 vorsieht. Da diese besonders raumsparend gestaltet
werden kann, besteht sogar gemäß Anspruch 9 auch noch raum
mäßig die Möglichkeit, in die Einbaueinheit auch noch eine
konventionelle Zusatzstandheizung mit einzubeziehen.
Zu dieser Verwendung einer konventionellen Zusatz
standheizung bietet Anspruch 10 unter Ausnutzung der schon
vorhandenen Komponenten in der Einbaueinheit eine Alternative
unter Verwendung lediglich eines zusätzlichen Hilfsmotors in
nerhalb der Einbaueinheit, welcher bei geeigneter Schaltung
eine Umkehr des Kältemittelkreislaufs bewirken kann, so daß
dieser je nach Strömungsrichtung als kälteerzeugender Kreis
lauf oder als wärmeerzeugende Wärmepumpe wirksam werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati
scher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch nä
her erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Reiseomnibusses mit
betonter Herauszeichnung wirksamer Komponenten;
Fig. 2 eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab auf
die Anordnung in der Motorkammer bzw. Staukammer im Heck des
Reisebusses unter Flur, insbesondere unter Bezug auf den in
verschiedenen Varianten der Erfindung gemeinsamen Kältemit
telkreislauf;
Fig. 3 eine schaltungsmäßige Gesamtansicht der Kli
matisierungsanordnung mit Einbeziehung einer Variante, sowie
die
Fig. 4 und 5 den Kältemittelkreislauf mit Strö
mungsumkehr, wobei Fig. 4 die Betriebsweise als Wärmepumpe
und Fig. 5 die Betriebsweise zur Kälteerzeugung beschreibt.
Fig. 1 zeigt einen Reisebus in Seitenansicht mit
schematischer Darstellung der erfindungsgemäßen Klimatisie
rungsanordnung. Bei solchen Reisebussen sind in Längserstrec
kung zu beiden Seiten des Daches Dachkanäle 62 vorhanden.
In den Dachkanälen selbst bzw. auf dem Dach sind
Geräte zur Klimatisierung des Nutzraumes 10 eingebaut, die
neben Einrichtungen zur Filterung, Förderung und Lenkung der
Luft auch einen Wärmetauscher beinhalten, durch den die Um
luft bzw. Frischluft abgekühlt wird, wobei die abgekühlte
Luft über die Dachkanäle im Nutzraum 10 des Busses verteilt
wird.
Die Konditionierung des Wärmeträgerkreislaufes 2
erfolgt in einer kompakten Einbaueinheit 22, die in einem
Stauraum am Heck des Busses meist im Unterflurbereich über
dem Motorraum angeordnet ist, so daß gemäß Fig. 2 ein direk
ter Antrieb sowohl der Ventilatoreinrichtung 32 als auch der
Verdichtereinrichtung 18 vom in Fig. 2 nicht dargestellten
Antriebsmotor 60 mittels Transmissionsriemenantrieb 64 erfol
gen kann.
Der Transmissionsriemen 64 treibt dabei zunächst
über eine Keilriemenscheibe 66, die den Antriebsanschluß 44
der Einbaueinheit 22 an den Antriebsmotor 60 bildet, eine
Welle 68 an, auf der die Ventilatoreinrichtung 32 und eine
weitere Keilriemenscheibe 70 montiert ist.
Von der Keilriemenscheibe 70 wird dann ebenfalls
per Transmissionsriemenantrieb 64 die Verdichtereinrichtung
18 über eine weitere Keilriemenscheibe angetrieben.
Zur Regelung der Kälteleistung kann die Keilriemen
scheibe 66 mit einer Magnetkupplung zur Ein- und Ausschaltung
des Verdichterantriebs versehen sein.
Auf der Welle 68 können auch mehrere
Keilriemenscheiben 70 zum Antrieb mehrerer Verdichter 30 ei
ner Verdichtereinrichtung 18 angeordnet sein. Zur besseren
Leistungsregulierung ist es dann sinnvoll die Keilriemen
scheiben 70 zum Antrieb der Einzelverdichter 30 ebenfalls mit
einer Magnetkupplung zu versehen, die ein temperaturabhängi
ges Zu- und Abschalten der Verdichter ermöglicht.
Aufgrund der üblichen Einbaulage des Antriebsmotors
60 ist eine Einbaulage der Einbaueinheit 22 im Heck des Rei
sebusses direkt neben dem Antriebsmotor 60 sinnvoll, wobei
zur Ermöglichung eines minimalen Antriebsaufwandes die Achsen
des Antriebsmotors 60 sowie die Achse der Welle 68 nahezu
fluchten sollten.
Aus der Achslage der Welle 68 ergibt sich auch die
Einbaulage der Ventilatoreinrichtung 32, die entweder wie in
Fig. 2 am in Fahrtrichtung hinteren Ende der Einbaueinheit 22
oder in Verlängerung der Welle 68 in nicht dargestellter
Weise auch am in Fahrtrichtung vorderen Ende der Einbauein
heit 22 angeordnet sein kann.
In Fig. 2 ist weiterhin eine mögliche Anordnung der
Kältemittelkreislaufkomponenten dargestellt, während der Wär
meträgerkreislauf 2 bis auf die wasserseitigen Anschlüsse am
Plattenverdampfer 36 der Einfachheit halber weggelassen
wurde.
Bei dem Kältemittelkreislauf in Fig. 2 handelt es
sich um einen im Bus üblichen Kältemittelkreislauf, bei dem
das Kältemittel vom Verdichter 30 über die Heißgasleitung 72
dem Verflüssiger 34 zugeführt wird, den das Kältemittel nach
Verflüssigung durch die Flüssigkeitsleitung 74 wieder ver
läßt. Im Sammler 76 erfolgt die Gasabsonderung und Flüssig
keitsspeicherung sowie bei Einbau einer Trocknerpatrone auch
die Trocknung des Kältemittels.
Aus dem Sammler 76 tritt das Kältemittel über das
Expansionsventil 78 in den Plattenverdampfer 36 ein, in dem
es durch Aufnahme von Wärme aus dem Wärmeträgerkreislauf 2
verdampft und als Gas über die Saugleitung 80 vom Verdichter
30 wieder angesaugt wird.
Die Kühlung bzw. Verflüssigung des Kältemittels im
Verflüssiger 34 erfolgt durch Umgebungsluft, die über eine
Öffnung 82 in der Busaußenwand 84 von der Ventilatoreinrich
tung 32 angesaugt und über eine Austrittsöffnung 86 wieder
entgegen der Fahrtrichtung ausgeblasen wird.
Durch die Anordnung des kompletten
Kältemittelkreislaufes 16 in der Einbaueinheit 22 reicht für
die Versorgung der im Dachkanal 62 angeordneten Klimatisie
rungsanordnung die Verlegung von Wasserleitungen eines Wärme
trägerkreislaufes 2 aus, die im Heck des Busses zunächst ver
tikal nach oben und dann in den Dachkanälen 62 bis zur Was
ser/Luft-Wärmetauscheinrichtung 8 geführt werden.
Um die Ansprechgeschwindigkeit der
Klimatisierungsanordnung zu verbessern wird gem. Fig. 3 der
Wärmeträgerkreislauf 2 in einen äußeren und einen inneren
Wärmeträgerkreislauf 4, 6 aufgeteilt.
Dabei kann das Wasser durch jeweils eine Pumpe 54
sowohl im inneren Wärmeträgerkreislauf 6 als auch im äußeren
Wärmeträgerkreislauf 4 unabhängig voneinander zirkulieren.
Die als Ladepumpe im inneren Wärmeträgerkreislauf 6
eingebaute Pumpe 54 ist zumindest solange in Betrieb, bis das
Wasser im inneren Kreislauf 6 die in der Regelung vorgegebene
Sollwerttemperatur von z. B. -10°C erreicht hat. Je nach Kälte
anforderung, die z. B. über Luftaustrittsfühler der Wasser/Luft-Wärmetauscheinrichtung
über eine Regelung festgelegt
wird, läßt die Stellung des Dreiwege-Mischventils 88 einen
Austritt von 0 bis 100% des Wassers aus dem inneren Wärmeträ
gerkreislauf 6 in den äußeren Wärmekreislauf 4 zu.
Bei Kälteanforderung null wird das Wasser im inne
ren Wärmeträgerkreislauf 6 durch die Pumpe 54 über den Plat
tenverdampfer 36 und den Wasserspeicher 20 sowie das Drei
wege-Mischventil 88 im Umlauf betrieben, wobei der Verdichter
30 so lange in Betrieb ist, bis die geforderte Schalttempera
tur des Wassers im inneren Kreislauf 6 erreicht ist.
Ist die Kälte- bzw. die Wärmeanforderung null, so
wird auch im äußeren Wärmeträgerkreislauf 4 das Wasser von
der Pumpe 54 über ein in diesem Regelzustand voll offenes Mo
torventil 90 im Kreislauf geführt.
Bei Anforderung von Kälteleistung wird einerseits
das Motorventil 90 geschlossen und andererseits das Dreiwege-
Mischventil für den Durchtritt vom inneren in den äußeren
Wärmeträgerkreislauf geöffnet, so daß unmittelbar das im in
neren Wärmeträgerkreislauf 6 und insbesondere im Wasserspei
cher 20 enthaltene abgekühlte Wasser in den äußeren Wärmeträ
gerkreislauf 4 eintreten kann, und dort in der Wasser/Luft-
Wärmetauscheinrichtung eine schnelle Abkühlung der
Klimatisierungsluft ermöglicht.
Bei Anforderung von Heizleistung wird analog zur
Kühlleistungsanforderung ebenfalls das Motorventil 90
geschlossen und gleichzeitig ein Motorventil 92 geöffnet, das
Kühlwasser aus dem Wasserkühlungskreislauf 12 in den äußeren
Wärmeträgerkreislauf 4 strömen läßt.
Im Regelfall werden die Motorventile 90 und 92 bei
Anforderung von Heizleistung jeweils gegenläufig geschlossen
bzw. geöffnet. Das gleiche gilt bei Anforderung von Kältelei
stung für das Motorventil 90 und das Dreiwege-Mischventil 88.
Das über den eingangsseitigen Anschluß 122 in den Wärmeträ
gerkreislauf 2 eintretende Kühlwasser (im Heizfall) bzw. das
abgekühlte Wasser des inneren Wärmeträgerkreislaufes 6 wird
zusammen mit dem über das Motorventil 90 beigemischten Rücklaufwasser
in der Zulaufleitung 94 des äußeren Wärmeträger
kreislaufes 4 von der im Heck des Busses positionierten Ein
baueinheit 22 bis zur Wasser/Luft-Wärmetauscheinrichtung 8 im
Dachkanal 62 des Busses geführt und heizt bzw. kühlt je nach
Temperatur die durch die Wasser/Luft-Wärmetauscheinrichtung 8
geführte Klimatisierungsluft. Über die Rücklaufleitung 96 des
äußeren Wärmeträgerkreislaufes 4 wird das Wasser von der Wär
metauscheinrichtung 8 zum ausgangsseitigen Anschluß 48 des
äußeren Wärmeträgerkreislaufes 4 geführt und strömt je nach
Wärme- bzw. Kälteanforderung in den inneren Wärmeträgerkreis
lauf 6 bzw. in den Wasserkühlkreislauf 12 oder wird über das
Motorventil 90 und die Pumpe 54 wieder dem eingangsseitigen
Anschluß 46 zum äußeren Wärmeträgerkreislauf 4 zugeführt.
Im Wasserkühlkreislauf 12 wird das Motorkühlwasser
durch die Wasserpumpe 98 und das Thermostatventil 100 je nach
Wassertemperatur entweder über die Bypaßleitung 102 oder über
den Wasserkühler 104 geführt.
Der Kältemittelkreislauf 16 in Fig. 3 ist zur
Verbesserung der Leistung des Plattenverdampfers 36 mit einer
Fix-Orifice 38 ausgerüstet, die unterhalb der Auslegungslei
stung den Plattenverdampfer mit einem Überangebot an flüssi
gem Kältemittel versorgt, so daß zumindest bei Teillast die
innere Wärmeübertragungsfläche des Plattenwärmetauschers op
timal mit flüssigem Kältemittel versorgt ist. Um den Verdich
ter vor Flüssigkeitsschlägen zu schützen ist nach dem Plat
tenverdampfer ein saugseitiger Sammler 42 angeordnet, der ei
nen Flüssigkeitsabscheider 106 und eine Trocknerpatrone 108
beinhalten kann.
Die Kältekreislaufkomponenten in Fig. 3 sind analog
zu Fig. 2 mit einer Festdrossel 38 und saugseitigem Sammler
42.
Eine weitere Verbesserung des
Verdampferwirkungsgrades insbesondere im Vollastbetrieb kann
durch die Verwendung einer Ejektordüse 40 gemäß Fig. 5 er
reicht werden. Im Kältemittelkreislauf gemäß Fig. 5 ist mit
tels den durchgezogenen Linien die Kältemittelführung bei Betrieb
als Kälteanlage dargestellt, während die strichlinierte
Linienführung die Kältemittelführung für den Wärmepum
penbetrieb wiedergibt.
Bei Betrieb als Kälteanlage sind dabei die
Magnetventile 110 im strichlinierten Kältemittelkreislauf
geschlossen.
Bei dem Kältemittelkreislauf gemäß Fig. 5 wird
durch den Verdichter 30 das gasförmige Kältemittel in den
Verflüssiger 34 gefördert und dort durch die Umgebungsluft,
die in Strömungsrichtung gemäß dem mit X gekennzeichneten
Pfeil geführt wird, verflüssigt.
Das verflüssigte Kältemittel wird über die Flüssig
keitsleitung 74 einer Düse 112 im Ejektor 40 zugeführt. Durch
die starke Querschnittsverengung in der Düse 112 wird das
Kältemittel vom Verflüssigungsdruck auf den Verdampfungsdruck
gedrosselt. Durch die hohe Geschwindigkeit des aus der Düse
112 austretenden Flüssigkeitsstrahls stellt sich im Saugraum
114 des Ejektors 40 ein geringerer Druck als im Diffuser 116
ein, in dem die hohe Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls
wieder abgebaut wird. Der Diffuser 116 endet unmittelbar im
saugseitigen Sammler 42, in dem die flüssige und die
gasförmige Phase getrennt werden. Die flüssige Phase gelangt
über eine Trocknerpatrone 108 und die Flüssigkeitsleitung 118
in den Plattenverdampfer 36, wo ein Großteil des Kältemittels
verdampft und dann wieder vom Saugraum 114 des Ejektors 40
angesaugt wird. Die Umwälzung des Kältemittels erfolgt dabei
über den Druckrückgewinn durch den Geschwindigkeitsabbau des
Flüssigkeitsgasstrahls aus der Düse 112 im Diffuser 116 des
Ejektors 40.
Auf diese Weise wird der Plattenverdampfer 36 am
Eintritt mit 100% flüssigem Kältemittel beaufschlagt, so daß
die Verteilung des Kältemittels in den Platten bzw. auf die
einzelnen Platten keine Probleme bereitet. Da weiterhin der
Flüssigkeitsmassenstrom erheblich größer ist als durch die
Leistung im Verdampfer 36 verdampfen kann, ist auch am Aus
tritt noch ein sehr hoher Flüssigkeitsanteil vorhanden, der
sicherstellt, daß die gesamte Platte flüssigkeitsbeaufschlagt
ist.
Während in Fig. 5 der Kältemittelkreislauf 16 als
Kältekreislauf in bezug auf den Wärmeträgerkreislauf 2 be
trieben wird, ist in Fig. 4 die Betriebsweise als Wärmepumpe
mit der durchgezogenen Linienführung dargestellt. Zusätzlich
sind wie in Fig. 5 auch die Kältemittelleitungen für den Be
trieb als Kälteanlage strichliniert eingezeichnet.
Die Magnetventile 110 in den strichlinierten Lei
tungsführungen sind beim Betrieb als Wärmepumpe gemäß Fig. 4
geschlossen.
Durch die geänderte Rohrleitungsführung wird nun
die Kältemittel/Wasser-Wärmetauscheinrichtung 14 nicht mehr
als Verdampfer und somit zum Abkühlen des Wärmeträgerkreis
laufs 2 verwendet, sondern es liegt ein Betrieb als Verflüs
siger vor, bei dem das Heißgas vom Verdichter 30 über die
Heißgasleitung 72 zur Kältemittel/Wasser-Wärmetauscheinrich
tung 14 geführt wird, in der das Kältemittel zunächst
abgekühlt und dann verflüssigt wird. Dadurch wird der Wärme
trägerkreislauf 2 aufgeheizt.
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Standheizung
wird außer der im Hilfsmotor 58 eingesetzten Primärenergie
auch noch Umgebungswärme aufgenommen, die über den Verflüssi
ger 34, der im Wärmepumpenbetrieb als Verdampfer eingesetzt
ist, von der Umgebungsluft aufgenommen wird.
Aus diesem Grund ist mit einer wesentlichen Treib
stoffeinsparung zu rechnen.
Durch die in Fig. 4 mit durchgezogenen Linien
dargestellte Kältemittelleitungsführung wird die Durchfluß
richtung gegenüber Fig. 5 in beiden Wärmetauschern nicht ver
ändert. Lediglich die Funktion der Wärmetauscher wird umge
polt, so wird aus dem ehemaligen Verflüssiger der Verdampfer
der Wärmepumpeneinrichtung gemäß Fig. 4.
Durch den Einsatz eines saugseitigen Sammlers 42
ist jedoch in jedem Betriebszustand insbesondere bei Umschal
ten vom Kühlbetrieb in Wärmepumpenbetrieb der Verdichter vor
Flüssigkeitsschlägen gesichert. Dies kann durch Einsatz eines
inneren Wärmetauschers im saugseitigen Sammler 42 noch ver
bessert werden, wenn man das aus dem Verflüssiger austretende
flüssige Kältemittel in einer Rohrschlange vor der Drosselung
in der Düse 112 noch durch den saugseitigen Sammler 42 führt
und so das vom Verdichter angesaugte Sauggas überhitzt.
Um eine selbständige Funktion als Standheizung zu
gewährleisten, muß in der Einbaueinheit 22 ein zusätzlicher
Hilfsmotor 58 eingebaut sein, der den Verdichter 30 auch bei
Stillstand des Antriebsmotors 60 antreibt.
Ist ein solcher Hilfsmotor 58 vorhanden, so kann in
Fig. 5 der Kältemittelkreislauf im Sommer auch als Standkühl
anlage eingesetzt werden, die keinen Betrieb des Antriebsmo
tors 60 erfordert.
Um eine industrielle Vorfertigung von möglichst
vielen Komponenten der Klimatisierungsanordnung zu ermögli
chen, kann außer dem in Fig. 2 schematisch dargestellten Teil
des Wärmeträgerkreislaufes 2 auch der gesamte innere Wärme
trägerkreislauf 6 gemäß Fig. 3 enthalten sein, der durch die
Rohrleitungsverbindungen 50 gebildet wird.
Die Einbaueinheit enthält dann alle Ventile 52 so
wie Pumpen 54 und die Regelung und Steuerung, die für den ge
samten Betrieb des Wärmeträgerkreislaufes 2 erforderlich
sind. Für den Anschluß an den äußeren Wärmeträgerkreislauf 4
sind die eingangsseitigen bzw. ausgangsseitigen Anschlüsse
46, 48 an der Einbaueinheit 22 außen angebracht. Für den An
schluß an den Kühlkreislauf 12, der für die Heizung erforder
lich ist, stehen die eingangsseitigen bzw. die ausgangsseiti
gen Anschlüsse 120, 122 zur Verfügung.
Claims (10)
1. Klimatisierungsanordnung für Nutzfahrzeuge, insbe
sondere Omnibusse, mit einem Wärmeträgerkreislauf (2), der
über eine Wasser/Luft-Wärmetauscheinrichtung (8) mit minde
stens einem Frischluft- oder Umluftstrom für die Klimatisie
rung des Nutzraums (10) des Nutzfahrzeugs im Wärmetausch
steht und der für Heizungszwecke im Strömungsumlauf mit dem
Wasserkühlungskreislauf (12) des Antriebsmotors (60) des
Nutzfahrzeugs kommuniziert, während für Kühlzwecke der
Wärmeträgerkreislauf (2) vom Wasserkühlungskreislauf (12) des
Antriebsmotors (60) abgekoppelt zirkulierbar und über eine
Kältemittel/Wasser-Wärmetauscheinrichtung (14) im Wärmetausch
mit einem Kältemittelkreislauf (16) steht, der außerhalb des
Nutzraums (10) des Nutzfahrzeugs angeordnet ist und dessen
Verdichtereinrichtung (18) von dem Antriebsmotor (60)
antreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmeträgerkreislauf (2) in einen für die Klimatisierung des Nutzraums (10) des Nutzfahrzeugs vorgese henen und die Wasser-Luft-Wärmetauscheinrichtung (8) wasserseitig beaufschlagenden äußeren Kreislauf (4) und in einen durch die Kältemittel/Wasser-Wärmetauscheinrichtung (14) geführten inneren Kreislauf (6), derart unterteilbar ist, daß das Wasser im äußeren Kreislauf (4) und das Wasser im inneren Kreislauf (6) unabhängig zirkulierbar sind und der Wärmeträgerkreislauf (2) im Kühl betrieb in einstellbarer Menge sowohl den äußeren Kreislauf (4) als auch den inneren Kreislauf (6) mitsamt Speicher (20) durchläuft,
und daß in den inneren Kreislauf (6) ein Wasserspeicher (20) mit einem solchen Speichervolumen einbezogen ist, daß die Wärmekapazität des inneren Kreislaufs (6) mindestens 10 Wh/K beträgt.
daß der Wärmeträgerkreislauf (2) in einen für die Klimatisierung des Nutzraums (10) des Nutzfahrzeugs vorgese henen und die Wasser-Luft-Wärmetauscheinrichtung (8) wasserseitig beaufschlagenden äußeren Kreislauf (4) und in einen durch die Kältemittel/Wasser-Wärmetauscheinrichtung (14) geführten inneren Kreislauf (6), derart unterteilbar ist, daß das Wasser im äußeren Kreislauf (4) und das Wasser im inneren Kreislauf (6) unabhängig zirkulierbar sind und der Wärmeträgerkreislauf (2) im Kühl betrieb in einstellbarer Menge sowohl den äußeren Kreislauf (4) als auch den inneren Kreislauf (6) mitsamt Speicher (20) durchläuft,
und daß in den inneren Kreislauf (6) ein Wasserspeicher (20) mit einem solchen Speichervolumen einbezogen ist, daß die Wärmekapazität des inneren Kreislaufs (6) mindestens 10 Wh/K beträgt.
2. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der ganze innere Kreislauf
(6) außerhalb des Nutzraums (10) des Nutzfahrzeugs angeordnet
und mit dem Kältemittelkreislauf (16) zu einer Einbaueinheit
(22) zusammengefaßt ist.
3. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinrichtung
(18) mehrere, vorzugsweise in den Kältemittelkreislauf (16)
gesondert zuschaltbare, Verdichter (30) aufweist, die alle
von dem Antriebsmotor (60) antreibbar sind.
4. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilatoreinrichtung
(32) für die Luftkühlung des Verflüssigers (34) des Käl
temittelkreislaufs (16) von dem Antriebsmotor (60) antreibbar
ist.
5. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemittel/Wasser-
Wärmetauscheinrichtung (14) einen Plattenverdampfer (36) auf
weist, der mit einer Kältemitteldrosselung über eine Fixdros
sel (38), vorzugsweise eine Ejektordüse (40), und einem
saugseitigen Kältemittelsammler (42) versehen ist.
6. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkreislauf
(16) in kompakter Bauweise ausgebildet ist.
7. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch eine Zusammenfassung als Einbaueinheit
(22), die als äußere Anschlüsse einen Antriebsanschluß (44)
an den Antriebsmotor (60) sowie eingangs- und ausgangsseitige
Anschlüsse (46, 48) des Wärmeträgerkreislaufs (2)
sowie
gegebenenfalls elektrische Anschlüsse aufweist.
8. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß in die Einbaueinheit (22) auch die Rohr
leitungsverbindungen (50) nebst aktiven Elementen wie Venti
len (52) und/oder Pumpen (54) zur Verbindung des Kühlkreis
laufs (12) des Antriebsmotors (60) an den Wärmeträgerkreis
lauf (2) für Heizungszwecke einbezogen sind und zugehörige
eingangs- und ausgangsseitige Anschlüsse (120, 122) der Ein
baueinheit (22) an den Kühlkreislauf (12) des Antriebsmotors
(60) vorgesehen sind.
9. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8,
gekennzeichnet durch Einbeziehung einer Zusatzstandheizung
in die Einbaueinheit (22).
10. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9,
gekennzeichnet durch Einbeziehung eines Hilfsmotors (58) für
den mechanischen Antrieb des Verdichters (30) und des Venti
lators (32) des Kältemittelkreislaufs (16) für Standkühlung
und/oder Standheizung, letztgenannter Fall bei entsprechender
Verrohrung und Umkehr der Kältemittelflußrichtung im Kälte
mittelkreislauf (16) als Wärmepumpe.
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