DE19535782C2 - Klimatisierungsanordnung für Nutzfahrzeuge, insbesondere Omnibusse, mit einem mindestens kühlseitigen Zwischenüberträger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisie­ rungsanordnung für Nutzfahrzeuge, insbesondere Omnibusse, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 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. Verdich­ tereinrichtung 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.

Bei der DE 38 34 387 A1, von der der Oberbegriff von Anspruch 1 ausgeht, ist bereits der Vorteil eines kühl­ seitigen Zwischenüberträgers nutzbar gemacht, der darin be­ steht, daß man den Kältemittelkreislauf kompakt in einer ein­ baufertigen Einheit vormontieren kann, die dann in einem Nutzraum des Nutzfahrzeugs, z. B. in Heckanordnung, eingebaut wird. Der sekundäre Zwischenüberträger bewirkt dann den Transport der Kälteleistung zum Verbrauchsort, meist im Dach­ kanal des Nutzfahrzeugs. Daneben bestehen weitere Vorteile, wie beispielsweise geringer Inhalt des eigentlichen primären Kältemittelkreislaufs, dessen Kältemittel zum einen relativ teuer ist und außerdem bei Schadhaftigkeit zu Umweltschäden führen kann.

Vorteilhaft ist auch, daß der kühlseitige Zwischen­ überträger unabhängig von einem Kühlwasserkreislauf des An­ triebsmotors des Nutzfahrzeugs ist. Dadurch kann man die Gly­ kolkonzentration im kühlseitigen Zwischenüberträger unabhän­ gig von, insbesondere kleiner als in, dem Motorkühlkreislauf wählen. Wegen der möglichen weitaus besseren Wärmeübergangs­ zahlen kann man dabei auch die aktiven Elemente des Wärme­ trägerkreislaufs weniger aufwendig konstruieren, so daß Ma­ terialeinsatz und Raumbedarf reduziert werden und auch ein­ fachere Konstruktionsweisen konventioneller Art anwendbar sind.

Eine Schwäche der Verwendung eines solchen kühlsei­ tigen Zwischenüberträgers liegt darin, daß zwischen dem pri­ mären inneren Wärmetauschmedium im Kältemittelkreislauf und dem sekundären Medium, das als Zwischenüberträger wirkt, nur ein indirekter Wärmetausch erfolgt und dadurch im Bereich dieses indirekten Wärmetausches ein Temperaturabfall in Kauf genommen werden muß, der den Wirkungsgrad der Kühlleistungs­ erzeugung reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schon der gattungsgemäßen DE 38 34 387 A1 eigene Idee, unter Verwen­ dung eines kühlseitigen Zwischenüberträgers den baulichen Aufwand und die mögliche Erzeugung von Kühlleistung ver­ gleichbar mit konventionellen Ausbildungen von Klimatisie­ rungsanordnungen für Nutzfahrzeuge zu machen, bei denen ent­ sprechend dem oben genannten Beispiel Verdampfer des Kälte­ mittelkreislaufs unmittelbar in Wärmetausch mit der Frisch­ luft und/oder der Umluft für die Klimatisierung des Nutz­ fahrzeugs treten, dahingehend weiter zu entwickeln, mit ein­ fachen konstruktiven Maßnahmen den Wirkungsgrad und insbeson­ dere die Abkühlgeschwindigkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Die Unterteilung des Wärmeträgerkreislaufs in einen inneren und in einen äußeren Kreislauf ermöglicht es dabei, im inneren Kreislauf dann, wenn dieser vom äußeren Kreislauf schaltungsmäßig getrennt ist, schon durch die Anordnung des inneren Kreislaufs an sich Kälteenergie zu speichern und diese dann im Bedarfsfall, wenn der innere Kreislauf mit dem äußeren Kreislauf kommuniziert, schnell abrufen zu können. Diese Funktion wird durch eigenständige Zirkulierung auch des äußeren Kreislaufs gemäß Anspruch 2 weiter gefördert.

Die neuen Ansprüche 3 und 4 betreffen dabei ergän­ zende bauliche Maßnahmen, um die Speicherfähigkeit von Kälte­ leistung noch zusätzlich zu erhöhen, und zwar beispielsweise gemäß Anspruch 3 durch direkte Kältespeicherung unmittelbar im inneren Wärmetauschmedium des Wärmeträgerkreislaufs oder gemäß Anspruch 4 durch Ankopplung an einen externen Kälte­ speicher.

Die Ansprüche 5 bis 7 betreffen vorteilhafte Wahl­ möglichkeiten des inneren Wärmeübertragungsfluids des Wärme­ übertragungskreislaufs.

Nun sind Anwendungsfälle denkbar, bei denen insbe­ sondere bei Anordnung gemäß Anspruch 8 noch Zustände auftre­ ten, in denen das innere Wärmetauschmedium des Wärmeträger­ kreislaufs zu gefrieren beginnt und es beispielsweise zu in­ neren Kristallbildungen kommt. Anspruch 9 sieht in diesem Zu­ sammenhang vor, ohne Einsatz einer an sich mit gesonderter Primärenergie beheizbaren Zusatzheizung derartige Zustände wieder auftauen zu können oder von vornherein durch entspre­ chende Regelschaltungen zu verhindern, indem erforderliche Wärmemengen durch indirekten Wärmetausch vom Kühlwasser­ kreislauf des wassergekühlten Antriebsmotors des Nutzfahr­ zeugs abgeleitet werden. Dem Fachmann stehen für derartige indirekte Zusatzheizungen eine Vielzahl von baulichen Mög­ lichkeiten zur Verfügung, z. B. durch direkte Wärmeleitung, durch Wärmestrahlung, Konvektion usw.

Die Zusatzheizung des Wärmeträgerkreislaufs kann an sich durch Wärmeentnahme vom Kühlmittelkreislauf des An­ triebsmotors des Nutzfahrzeugs so geregelt werden, daß bei Unterschreiten einer Solltemperatur durch entsprechende Wär­ mezuführung ein Verfestigen oder mindestens teilweises Aus­ kristallisieren des inneren Wärmetauschmediums im Wärmeträ­ gerkreislauf von vornherein verhindert wird. Man kann aller­ dings alternativ auch eine derartige Verfestigung oder Aus­ kristallisierung bewußt in Kauf nehmen und dann durch die An­ wendung eines Ausdehnungsgefäßes gemäß Anspruch 10 sicher­ stellen, daß es nicht zu Sprengerscheinungen im kühlseitigen Zwischenüberträgerkreislauf bei teilweiser Bildung von Eis­ kristallen im Wärmeträgerkreislauf kommen kann.

Selbst bei geringen Frostschutzmittelanteilen im Wärmeträgerkreislauf ist bei Anwendung konventioneller Wärme­ tauscher in der Wasser/Luft-Wärmetauscheinrichtung die innere Wärmeübergangszahl noch im Vergleich zu der inneren Wärme­ übergangszahl eines Verdampfers, d. h. von verdampfendem Käl­ temittel, klein ist. Das kann dazu führen, daß man die be­ treffenden Wärmetauscher unverhältnismäßig groß oder langge­ streckt dimensionieren muß. Anspruch 11 sieht demgegenüber eine Optimierung vor, bei der weiterhin Wärmetauscher kon­ ventioneller Bauweise Anwendung finden können, und zwar der Bauweise als Rohr-Lamellen-Wärmetauscher, bei denen die La­ mellen z. B. Lamellenpakete mit radial von inneren Leitungen abstehenden Lamellen oder aber auch Zickzacklamellen oder ge­ gebenenfalls auch andere Bauarten mit distanzierten Lamellen sein können. Die Maßnahme gemäß Anspruch 11 ist dabei dahin­ gehend optimiert, eine relativ große innere Wärmetauschfläche zu gewinnen und so ohne äußere Vergrößerung der Wärmetauscher die relativ geringen inneren Wärmeübergangszahlen ganz oder teilweise durch eine größere innere Wärmeübertragungsfläche zu kompensieren. Der dabei gewählte kleine Lamellenabstand dient ebenfalls zu einer Verringerung des Bauvolumens.

Während die Maßnahmen nach Anspruch 11 sich auf die Bauart des Wärmetauschers in der Wasser/Luft-Wärmetauschein­ richtung beziehen, betrifft Anspruch 12 die Auslegung derar­ tiger Wärmetauscher in Hinblick auf für die Wärmeübertragung optimale Strömungsbedingungen des inneren Wärmetauschmediums. Dabei wird nach den beiden an sich für den Fachmann bekannten alternativen Bauarten ohne und mit inneren Turbolatoren un­ terschieden und der jeweils zum Erreichen eines optimalen Verhältnisses von heizmittelseitigem Widerstand und innerer Wärmeübergangszahl geeignete Geschwindigkeitsbereich des in­ neren Wärmetauschmediums zugeordnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati­ scher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch nä­ her erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Reiseomnibusses mit betonter Herauszeichnung wirksamer Komponenten.

Fig. 2 eine schaltungsmäßige Gesamtansicht der Klimati­ sierungsanordnung mit Einbeziehung einer Variante.

Fig. 3 eine schaltungsmäßige Variante zu Fig. 2.

Fig. 4 eine schematische räumliche Darstellung eines mög­ lichen Rohr/Lamellenwärmetauschers.

Fig. 5 einen Teilschnitt quer zu den Wärmetauschrohren eines Rohr/Lamellenwärmetauschers.

Fig. 6 einen Teilschnitt durch ein Wärmetauschrohr des Rohr/Lamellenwärmetauschers nach Fig. 5.

Fig. 7 ein Schaltschema mit Latentwärmespeicher.

Fig. 8 eine Variante zu Fig. 7 in teilweiser Darstellung des Kreislaufes.

Fig. 1 zeigt einen Reisebus in Seitenansicht mit schema­ tischer Darstellung der erfindungsgemäßen Klimatisierungsanordnung. Bei solchen Reisebussen sind in Längserstreckung zu beiden Seiten des Daches Dachkanäle 62 vorhanden.

In den Dachkanälen selbst bzw. auf dem Dach sind Geräte zur Klima­ tisierung des Nutzraumes 10 eingebaut, die neben Einrichtungen zur Filterung, Förderung und Lenkung der Luft auch einen Wärmetauscher beinhalten, durch den die Umluft bzw. Frischluft abgekühlt wird, wobei die abgekühlte Luft über die Dachkanäle 62 im Nutzraum 10 des Busses verteilt wird.

Bei Klimatisierungsanordnungen nach dem Stand der Technik ist zusätzlich in den meisten Fällen noch ein Heizungswärmetauscher zur Beheizung der Luft vorgesehen, während bei der erfindungsgemäßen Klimatisierungs­ anordnung lediglich eine Wasser/Luft-Wärmetauscheinrichtung 8 vorge­ sehen ist, die je nach Temperatur des Wärmeträgerkreislaufes 2 die durchtretende Klimatisierungsluft entweder aufheizt oder abkühlt.

Die Konditionierung des Wärmeträgerkreislaufes 2 erfolgt in einer kompakten Einbaueinheit 22, die in einem Stauraum vorzugsweise im Heck des Busses meist im Unterflurbereich über dem Motorraum ange­ ordnet ist, so daß ein direkter Antrieb sowohl der Ventilatorein­ richtung 32 als auch der Verdichtereinrichtung 18 in Fig. 2 vom Antriebsmotor 60 mittels nicht in Fig. 2 dargestelltem Transmissions­ riemenantrieb erfolgen kann.

Um im Wärmeträgerkreislauf 2 ein Wärmeträgermedium mit besserem Wärmeübergangsverhalten verwenden zu können, wird gem. Fig. 2 sowohl auf der Kühlseite (1. Wärmetauscheinrichtung 14) als auch auf der Heizseite (2. Wärmetauscheinrichtung 15) ein indirekter Wärmetausch zwischen dem Wärmeträgerkreislauf 2 und dem Kältemittelkreislauf 16 bzw. dem Wasserkühlungskreislauf 12 des Fahrzeugantriebsmotors 60 vorge­ sehen. Da bei Fahrzeugantriebsmotoren 60 die Kühlwirkung des Wasserkühlungs­ kreislaufes 12 auch bei tiefen Außentemperaturen im gesamten Motorblock 60 sichergestellt sein muß, ist der Wasserkühlungskreislauf 12 in bezug auf seine Frostsicherheit überdimensioniert. So werden nach dem Stand der Technik derzeit z. B. für den Motorkühlkreislauf 12 Wasser/Glykolgemische mit einem Glykolanteil von mehr als 40% eingesetzt, so daß auch bei tiefen Außentemperaturen von weniger als -30°C ein, wenn auch nur teil­ weises Einfrieren des Wasserkühlungskreislaufes 12 ausgeschlossen werden kann.

Ein solches teilweises Einfrieren z. B. in Form von einzelnen Eiskristallen des Wasserkreislaufes 12 kann zu einer Unterversorgung einzelner Kühlungsbohrungen im Motorblock und somit zu örtlicher Über­ hitzung des Motorblocks und Rißbildung führen. Im Sinne der Erfindung wird daher der Wärmeträgerkreislauf 2 auch gänzlich vom Wasserkühlungs­ kreislauf 12 des Motors 60 über die 2. Wärmetauscheinrichtung 15 abge­ koppelt.

In Fig. 2 ist ein üblicher Motorkreislauf dargestellt, der über eine Wasserpumpe 98 und einen Kühlwasserthermostaten 100 verfügt, der das Kühlwasser je nach Temperatur entweder über den Wasserkühler 104 oder über die Bypaßleitung 102 leitet. Der Anschluß der 2. Wärme­ tauscheinrichtung 15 an den Wasserkühlungskreislauf 12 erfolgt am ein­ gangsseitigen bzw. ausgangsseitigen Anschlußstutzen 120, 122. Im Wärme­ bedarfsfall wird über die Regelung das Motorventil 92 des Wasserkühlungs­ kreislaufes 12 geöffnet, so daß heißes Kühlwasser in die 2. Wärmetauscheinrichtung 15 einströmt und den Wärmeträgerkreislauf 2 aufheizt.

Es ist dabei regelungstechnisch sicherzustellen, daß im Übergangsbereich zwischen Kühl- und Heizbetrieb nicht unnötig Wärme in den Wärmeträgerkreislauf 2 eingebracht wird, die anschließend über den Kältemittekreislauf 16 wieder abgeführt werden muß.

Die Abkühlung des Wärmeträgerkreislaufes 2 erfolgt durch den Kältemittelkreislauf 16. In Fig. 2 ist dabei ein Sonderfall eines Kältemittelkreislaufes 16 mit Fixdrossel 38 sowie saugseitigem Sammler 42 dargestellt, wobei im saugseitigen Sammler 42 zusätzlich die Trocknerpatrone 108 und Maßnahmen zur Flüssigkeitsabscheidung 106 vorgesehen sind. Das Kältemittel wird vom Verdichter 30 aus dem saugseitigen Sammler 42 gasförmig abgesaugt, verdichtet und im überhitzten gasförmigen Zustand in den Verflüssiger 34 geleitet, wo es durch Umgebungsluft, die über die Ventilatoreinrichtung 32 gefördert wird, verflüssigt wird.

Das verflüssigte Kältemittel gelangt vom Verflüssiger 34 in die Fixdrossel 38, die eine Druckreduzierung auf den Verdampfungs­ druck bewirkt, so daß das Kältemittel durch Wärmeaufnahme aus dem Wärmeträgerkreislauf 2 verdampfen kann. Im Wärmeträgerkreislauf 2 wird das Wärmetauschfluid durch die Pumpe 54 in die Wasser/Luftwärmetauscheinrichtung 8 transportiert, die gem. Fig. 1 z. B. im Dachbereich eines Nutzfahrzeuges angeordnet sein kann. Denkbar sind jedoch auch Anordnungen im Unterflurbereich oder z. B. im Frontbereich zur Klimatisierung und Beheizung des Fahrerplatzes.

In der Wasser/Luftwärmetauscheinrichtung 8 wird Frischluft oder Umluft je nach Temperatur des inneren Wärmetauschfluids beheizt oder gekühlt und dem Innenraum 10 des Nutzfahrzeuges zugeführt.

Um eine bez. Qualität in Kosten optimale Serienfertigung eines möglichst großen Umfangs der Klimatisierungseinrichtung zu ermöglichen, wird im Normalfall der die 1. bzw. 2. Wärmetauscheinrichtung 14, 15 beinhaltende Teil des Wärmeträgerkreislaufes 2 bis zum eingangsseitigen bzw. ausgangsseitigen Anschluß 46, 48 komplett mit Pumpe 54 sowie Motorventilen 90, 92 in einer einbaufertigen Einheit 22 vormontiert. In dieser Einheit 22 kann dann zusätzlich noch das Ausdehnungsgefäß 124 enthalten sein, das die Ausdehnung des inneren Wärmetauschmediums im Wärmeträgerkreislauf 2 bei teilweisem Einfrieren z. B. in Form von einzelnen Eiskristallen aufnimmt.

Um die Zähigkeit des inneren Wärmetauschmediums im Wärmeträgerkreislauf 2 zu reduzieren, wird im Sinne der Erfindung z. B. ein Wasser/Glykolgemisch verwendet, das einen erheblich geringeren Glykolanteil als der Wasserkühlungskreislauf 12 besitzt.

Damit wird in Kauf genommen, daß bei tiefen Außentemperaturen ein teilweises Einfrieren des inneren Wärmetauschmediums auftritt. Bei diesem teilweisen Einfrieren handelt es sich um Auskristallisieren von Wasserkristallen und Aufkonzentration des restlichen flüssigen Mediums mit Frostschutzmittel. Trotz Vorhandensein eines Gemisches Eiskristallen und Wasser/Glykollösung ist die Förderwirkung der Pumpe 54 noch ausreichend. Treten dennoch Schwierigkeiten bei der Förderung des Wärmetauschfluids in der Pumpe 54 auf, so kann über den Motorkreislauf 12, der durch die Einbaueinheit 134 geführt wird nur in der Einbaueinheit 134 befindlichen Teil des Wärmeträgerkreislaufes 2 beheizt werden. Die Art der Beheizung ist in Fig. 2 nicht dargestellt, sie kann jedoch im einfachsten Falle schon über die Wärmeabgabe der in der Untereinbaueinheit 134 befindlichen Rohre des Wasserkühlungskreislaufes 12 erfolgen, die die Luft durch Konvektionen sowie Strahlung aufheizen und somit indirekt auch eine Beheizung des Wärmeträgerkreislaufs 2 bewirken. Die in der Untereinbaueinheit 134 im Normalfall enthaltenen Komponenten sind in Fig. 2 durch einen gestrichelten Linienzug zusammengefaßt.

Eine direkte Beheizung durch unmittelbaren Leitkontakt der Rohre des Wasserkühlungskreislaufes 12 mit dem Wärmeträgerkreislauf 2 und insbesondere der Pumpe 54 ist jedoch aufgrund der schnelleren Ansprechgeschwindigkeit zu bevorzugen.

Im einfachsten Fall ist gem. Fig. 2 zur Regelung der Temperatur des Wärmeträgerkreislaufes 2 nur ein Dreiwegemischventil 88 erforderlich, das bei max. Kühl- bzw. Heizleistungsanforderung die gesamte Wassermenge über die beiden Wärmetauscheinrichtungen 14, 15 führt und bei Kühl- bzw. Heizleistungsanforderung null über die Bypaßleitung 136 die Wärmetauscheinrichtung 14, 15 umgeht.

Die Umwälzung des Wassers über die Wasser/Luftwärmetauscheinrichtung 8 erfolgt dabei über die Pumpe 54.

Eine solche Führung des inneren Wärmetauschmediums im Wärmeträgerkreislauf 2 läßt keine Speicherung von Kälte bzw. Wärme zu. Außerdem ist die Regelung des Kältemittelkreislaufes 16 kritisch, die direkt an den Kältebedarf des Wärmeträgerkreislaufs 2 gekoppelt sein muß.

Eine einfachere Regelung sowie auch eine Speicherung von Kälte- bzw. Heizleistung läßt sich dann erreichen, wenn man den Wärmeträgerkreislauf 2 in einen inneren bzw. äußeren Wärmeträgerkreislauf 6, 4 gem. Fig. 3 aufteilt.

In diesem Fall kann man wie in Fig. 3 dargestellt durch die zusätzliche zweite Pumpe 55 das innere Wärmetauschfluid des Wärmeträgerkreislaufes 2 unabhängig vom äußeren Wärmeträgerkreislauf 4 zirkulieren lassen.

Das innere Wärmetauschfluid des äußeren Wärmeträgerkreislaufes 4 wird durch die erste Pumpe 54 gefördert. Bei Heiz- bzw. Kühlleistungsbedarf null wird parallel das Dreiwegemischventil 88 sowie das Motorventil 90 so geschaltet, daß der innere Wärmeträgerkreislauf 6 zu 100% im Umlauf zirkuliert und ebenfalls der äußere Wärmeträgerkreislauf 4 durch die Pumpe 54 zu 100% über die Bypaßleitung 136 geleitet wird.

Bei dieser Schaltung wird durch die komplette Verrohrung 8 des inneren Wärmeträgerkreislaufes 6 sowie die im inneren Wärmeträgerkreislauf 6 integrierte erste sowie zweite Wärmetauscheinrichtung 14, 15 eine Speicherwirkung an spezifischer Wärmekapazität erreicht, die jedoch durch einen separaten Speicher 20 noch verbessert werden kann.

Dies ermöglicht ein schnelles Abkühlen bzw. Aufheizen des Busses und reduziert die sonst vorhandene Trägheit bei Verwendung eines Zwischenüberträgers in Form eines Wärmetauschfluids mit hoher spezifischer Wärme insbesondere Wasser/Glykolmischung.

Die Anschlüsse 46, 48 an die Wasser/Luftwärmetauscheinrichtung 8 ebenso wie die Anschlüsse 120, 122 an den Wasserkühlungskreislauf 12 sind gem. Fig. 2 ebenfalls noch in der kompakten Einheit 22 enthalten.

Der Kühl- bzw. Heizbetrieb wird durch Schalten des im Kältemittelkreislauf 16 befindlichen Verdichters 30 bzw. durch Schalten des Motorventils 92 gesteuert.

Durch entsprechende Ausbildung des Speichers 20 kann ein definiertes Luftpolster 138 erreicht werden, das als Ausdehnungsmöglichkeit bei teilweisem Einfrieren des Kreislaufes dient.

Das Luftpolster 138 kann in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß die Austrittsleitung 140 aus dem Speicher 20 in einem mittleren Bereich des Speichers an diesem angeschlossen ist. In diesem Fall erreicht man beim Füllen des Kreislaufes 2 ein Luftpolster 138, das die Höhe des Speichers 20 von der Oberkante der Austrittsleitung 140 beansprucht. Bei Druckerhöhung im Wärmeträgerkreislauf 2 kommt es zwar zu einer Verringerung des Luftpolsters, jedoch ist noch ausreichend Platz zur Ausdehnung vorhanden.

Wird eine höhere Speicherwirkung im inneren Wärmeträgerkreislauf 6 gewünscht, so kann auch ein Latentwärmespeicher 132 eingesetzt werden. Im Falle der Fig. 7 ist das Speichermedium des Latentwärmespeichers gleichzeitig das Wärmetauschmedium des Wärmeträgerkreislaufes 2. Dies hat den Vorteil, daß kein zusätzlicher Wärmeübergang vom Speichermedium an den Wärmeträgerkreislauf 2 erforderlich ist und somit die Wirkungsgrade besser werden, setzt jedoch gleiche Konzentration an Frostschutzmittel voraus.

Die Abkühlung bzw. Aufheizung des Latentwärmespeichers erfolgt durch einen Rohr/Lamellenwärmetauscher 143, der zum Teil eine Verdampferverrohrung 146 des Kältemittelkreislaufes 16 und zum anderen Teil eine Vorrohrung 148 für den Wasserkühlungskreislauf 12 besitzt. Zur besseren Wärmeabgabe an das auch im Latentwärmespeicher 132 enthaltene innere Wärmetauschfluid des Wärmeträgerkreislaufs 2 zu erreichen, ist eine gemeinsame Lamellenverrippung 144 vorhanden, die sowohl mit der Verdampferverrohrung 146 als auch mit der Verrohrung 148 des Wasserkühlungskreislaufs 12 wärmeleitend verbunden ist.

Um die Ausdehnung beim zumindest teilweisen Einfrieren aufnehmen zu können, hat der Latentwärmespeicher 132 ein Luftpolster 138, das durch entsprechenden Anschluß der Austrittsleitung des Wärmeträgerkreislaufs 2 analog zu Fig. 3 erreicht werden kann.

Im Falle der Fig. 7 ist kein innerer Wärmeträgerkreislauf 6 erforderlich, da die Wärme sowie auch die Kälte im Latentwärmespeicher 132 auch ohne Umwälzung des Wärmeträgerkreislaufes 2 eingespeichert werden kann.

Die Regelung der Wassertemperatur am eingangsseitigen Anschluß 46 erfolgt in gleicher Weise wie bei Fig. 2 über das Dreiwegemischventil 88.

Will man die phasenwandelnde Masse 26 unabhängig vom Wärmetauschfluid des Wärmeträgerkreislaufs 2 halten, so muß ein Latentwärmespeicher 132 gem. Fig. 8 eingesetzt werden. Dabei wird die Kälte durch den Verdampfer 146 eines Kältekreislaufes 16 eingespeichert und vom Wärmetauscher 148 des Wärmeträgerkreislaufes 2 wieder ausgespeichert. Um bei laufendem Betrieb des Kältekreislaufes 16 auch eine kontinuierlich hohe Kälteleistung auf den Wärmeträgerkreislauf 2 übertragen zu können, sind die Verrohrungen der beiden Wärmetauscher 146, 148 über eine gemeinsame Lamellenverrippung 144 verbunden, die gleichzeitig den Wärmeübergang von beiden Wärmetauschern 146, 148 sowie zur phasenwandelnden Masse 26 verbessert.

Das Aufheizen des Wärmeträgerkreislaufes 2 kann entweder wie in Fig. 8 dargestellt durch den Wasserkühlungskreislauf 12 über die zweite Wärmetauscheinrichtung 15 erfolgen oder die Wärme wird direkt in Form von Kühlwasser aus dem Wasserkühlungskreislauf 12 ohne zweite Wärmetauscheinrichtung 15 zugeführt.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Wasser/Luftwärmetauscheinrichtung 8 in Form eines Rohr/Lamellenwärmetauschers 142. Denkbar sind jedoch auch Wärmetauscher mit Flachrohren und dazwischen eingeschachtelten und mit den Flachrohren verlöteten Zickzacklamellen. Im Falle der Fig. 4 ist ein einfacher Wärmetauscher mit U-förmiger Durchströmung der Lamellenverrippung 156 mittels Haarnadeln 154 dargestellt. Zur besseren Wärmeübertragung sind die Haarnadeln 154 in der Lamellenverrippung 156 mechanisch aufgeweitet. Das Wärmeaustauschfluid des Wärmeträgerkreislaufs 2 tritt eingangsseitig über den Anschlußstutzen 151 in den eingangsseitigen Sammler 150 ein und wird über die Haarnadeln 154 wieder dem ausgangsseitigen Sammelrohr 152 zugeführt. Um das Bauvolumen der Wasser/Luftwärmetauscheinrichtung 8 klein zu halten, wird der Abstand zwischen den einzelnen Lamellen der Lamellenverrippung 156, der in Fig. 4 mit LA gekennzeichnet ist, klein gewählt. Zur Kompensation der im Vergleich zu einem Kältemittel als inneres Wärmeaustauschfluid bei einer Wasser/Glykolmischung recht geringen inneren Wärmeübergangszahl wird der Wärmetauscher mit einem Berippungsverhältnis von äußerer zu innerer Wärmetauscherfläche von 5 bis 15 ausgeführt.

Das geringe Berippungsverhältnis wird durch eine enge Rohrteilung mit minimalem Abstand der Rohre in Bautiefe T sowie Bauhöhe H erreicht. Um den Luftwiderstand für die durchtretende Luft gering zu halten, ist weiterhin der Rohrdurchmesser d entsprechend den Rohrteilungsmaßen T, H zu wählen.

Fig. 5 zeigt die Draufsicht auf eine einzelne Lamelle der Lamellenverrippung 156 mit Rohraufnahmeöffnungen 160 und Maßnahmen zur Steigerung des äußeren Wärmeübergangs wie hier z. B. eine Wellung 162, die in die Lamellenverrippung 156 eingeprägt ist.

In die Rohraufnahmeöffnungen 160 werden beim Herstellen des Wärmetauschers die Haarnadelbögen 154 eingeschoben und anschließend mechanisch aufgeweitet um einen guten Wärmeleitkontakt zwischen den Haarnadelbögen 154 und den Lamellen 156 zu erreichen.

Zu guterletzt kann die innere Wärmeübergangszahl durch eine entsprechende Auslegung der Wassergeschwindigkeit in Verbindung mit geeigneten Turbulenzerzeugern verbessert werden. Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein Wärmetauschrohr 164 mit eingeschobener Turbulenzeinlage 166. Durch die an der Turbulenzeinlage 166 angeordneten Aussteller 168 wird stromabwärts eine Wirbelstraße erzeugt, die zu einer Quervermischung in der Strömung und damit zu besseren Wärmeübergangszahlen führt. Außer der dargestellten Turbulenzeinlage gem. Fig. 6 sind auch andere Turbulenzerzeuger z. B. in Wendelform aber als zickzackförmig gebogener Draht möglich, die einer Verwirbelung des Wassers bewirken.

Wird auf eine Turbulenzeinlage 166 verzichtet, so kann eine ausreichende Quervermischung nur bei turbulenter Streuung erreicht werden, die bei einer Wasser/Luft Wärmetauscheinrichtung 8, wie sie im Falle der Erfindung beispielsweise gem. Fig. 4 Verwendung findet Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 0,7 m/s erforderlich macht.

Claims (12)

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 dessen inneres Wärmetauschmedium in einem Heizbe­ trieb die Wärme dem Wasserkühlungskreislauf (12) des wasser­ gekühlten Antriebsmotors (60) des Nutzfahrzeugs entnimmt und in einem Kühlbetrieb über eine erste Wärmetauscheinrichtung (14) im Wärmetausch mit einem Kältemittelkreislauf (16) steht, wobei der Wärmeträgerkreislauf (2) über eine zweite Wärmetauscheinrichtung (15) im Wärmetausch mit dem Wasserküh­ lungskreislauf (12) des Antriebsmotors (60) steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (2) in einen in­ neren Kreislauf (6) durch die erste (14) und durch die zweite Wärmetauscheinrichtung (15) und in einen äußeren Kreislauf (4) durch die Wasser/Luft-Wärmetauscheinrichtung (8) unter­ teilbar ist, von denen der innere Kreislauf (6) eigenständig zirkulierbar ist.

2. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der äußere Kreislauf (4) eigenstän­ dig zirkulierbar ist.

3. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kreislauf (6) mit ei­ nem von den beiden Wärmetauscheinrichtungen (14, 15) geson­ derten Speichervolumen (20) für das innere Wärmetauschmedium versehen ist.

4. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (2) in indirektem Wärmetausch mit einem Kältespeicher (24), vorzugsweise als Latentwärmespeicher (102), steht.

5. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Wärmetauschme­ dium des Wärmeträgerkreislaufs (2) eine Flüssigkeit mit höhe­ rem Gefrierpunkt als das Kühlwasser des Antriebsmotors (60) des Nutzfahrzeugs ist.

6. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Wärmetauschmedium des Wärme­ trägerkreislaufs (2) ein Wasser-Glykol-Gemisch mit einem niedrigeren Glykolanteil als ein als das Kühlwasser dienendes Wasser-Glykol-Gemisch ist.

7. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Wärmetauschmedium einen Volu­ menanteil von 5 bis 40%, vorzugsweise 15 bis 25%, Glykol hat.

8. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältespeicher (24) in den Kältemittelkreislauf (16) einbezogen ist, vorzugsweise als Element der ersten Wärmetauscheinrichtung (14).

9. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (2), im Falle dessen Unterteilung in einen inneren (6) und in einen äußeren Kreislauf (4) mindestens der innere Kreislauf (6) durch Wärmetausch mit dem Wasserkühlungskreislauf (12) des Antriebsmotors (60) aufheizbar ist.

10. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (2) mit einem Ausdehnungsgefäß (124) versehen ist.

11. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser/Luft-Wärme­ tauscheinrichtung (8) mindestens einen Rohr-Lamellen-Wärme­ tauscher (142) mit einem Berippungsverhältnis von äußerer zu innerer Wärmetauschfläche von 5 bis 15, vorzugsweise 7 bis 12, bei einem Lamellenabstand von 1,4 mm bis 2,4 mm aufweist.

12. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser/Luft-Wärme­ tauscheinrichtung (8) ohne Einbau innerer Turbolatoren (166) auf eine Durchsatzgeschwindigkeit des inneren Wärmetauschme­ diums von 0,7 bis 2,0 m/s, mit Einbau innerer Turbolatoren (166) auf eine Durchsatzgeschwindigkeit des inneren Wärme­ tauschmediums von 0,1 bis 1,0 m/s, ausgelegt ist.