DE19860057A1 - Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältespeicher - Google Patents

Abstract

Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältespeicher, der über einen Verdampfer eines Primärkreislaufes geladen werden kann und mit einem Wärmetauscher, der in dem Kältespeicher gespeicherte Kälte über einen Sekundärkreislauf an den Fahrzeuginnenraum abgeben kann, wobei der Sekundärkreislauf zumindest einen weiteren Wärmetauscher enthält, der mit dem Verdampfer des Primärkreislaufes und bevorzugt auch mit dem Kältespeicher in wärmetauschender Beziehung steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, und insbesondere eine Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältespeicher, der mit in einem Verdampfer eines Primärkreislaufes erzeugten Kälte geladen werden kann.

Aus "Ki Klima-Kälte-Heizung", 6/1988 Seite 286, Absatz 3.1 ist eine Klimaanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 für einen Kühl-LKW be­ kannt. Die Klimaanlage umfaßt einen Kältespeicher, der in der Form eines Was­ serbehälters ausgebildet ist, welcher zugleich als Eisspeicher dienen kann. Der Kältespeicher kann über einen Verdampfer eines Primärkreislaufes geladen wer­ den, wobei der Primärkreislauf in bekannter Weise einen Kältekreislauf bildet, der zusätzlich zu dem Verdampfer eine Verdichtungseinrichtung, einen Kondensator und eine Entspannungseinrichtung umfaßt. Die hier beschriebene gattungsgemä­ ße Klimaanlage umfaßt des weiteren einen Wärmetauscher, der in dem Kältespei­ cher gespeicherte Kälte über einen Sekundärkreislauf an den Fahrzeuginnenraum abgeben kann. Bei der hier beschriebenen Klimaanlage wird dieser Wärmetau­ scher über einen Wasserkreislauf mit Eiswasser aus dem Speicher über eine Um­ wälzpumpe beschickt. Die bekannte Klimaanlage zeigt ein relativ träges An­ sprechverhalten, da das gesamte Volumen des im Speicher aufgenommenen Was­ sers gekühlt werden muß, bevor die gewünschte Kühlung über den Wärmetau­ scher bereitgestellt werden kann. Des weiteren muß das Eiswachstum im Speicher kontrolliert werden, wobei im Fahrbetrieb die Eisproduktion und -abschmelzung im Gleichgewicht stehen sollten.

Angesichts der oben beschriebenen Nachteile wurden sogenannte Anlagen mit Se­ kundärverdampfer entwickelt. Solch eine Klimaanlage ist ebenfalls aus "Ki Klima- Kälte-Heizung", 6/1988 Seite 286, Absatz 3.3 bekannt. Bei dieser Ausgestaltung sind generell zwei Kältekreisläufe vorgesehen. Der Primärkältekreislauf umfaßt in üblicher Weise eine Verdichtungseinrichtung, einen Kondensator, eine Expansi­ onseinrichtung und einen Primärverdampfer, wobei der Primärverdampfer dazu dient, im Fahrbetrieb die gewünschte Kühlleistung für den Kühl-LKW bereitzu­ stellen. Der zweite Kältekreislauf wird gebildet aus der Verdichtungseinrichtung und dem Kondensator des Primärkreislaufes, ergänzt durch eine weitere Expansi­ onseinrichtung und einen Sekundärverdampfer, der in einem Eis- /Wasserkältespeicher enthalten ist. Die beiden Kältekreisläufe liegen in solch einer Weise vor, daß der Primärverdampfer und der Sekundärverdampfer parallel ge­ schaltet sind. Die bekannte Klimaanlage ermöglicht somit im Fahrbetrieb die fol­ genden Betriebsmodi: reine Luftkühlung im Fahrbetrieb über den Primärver­ dampfer; Kühlung durch den Primär- und Sekundärverdampfer im Fahrbetrieb (Laden des Eisspeichers); Laden des Eisspeichers im Fahrbetrieb ohne Kühlung durch den Primärverdampfer. Bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor kann der Eisspeicher über den Primärverdampfer im Stand durch Umwälzen des Kältemit­ tels über eine elektrische Pumpe entladen werden, um an dem Primärverdampfer Kälte bereitzustellen.

Solche Anlagen mit Sekundärverdampfer sind somit von relativ komplexem Auf­ bau, so daß die Anwendung auf Kühl-LKWs beschränkt ist, insbesondere durch die hohen Raumanforderungen, unter anderm bedingt durch die Parallelschaltung von Primärverdampfer und im Kältespeicher vorgesehenen Sekundärverdampfer. Des weiteren ist es bei den bisher bekannten Lösungen nicht möglich, im Fahrbetrieb Kälte aus dem Kältespeicher zu entnehmen, was beispielhaft bei niedrigen Dreh­ zahlen wünschenswert wäre. Demzufolge stellen bisherige Lösungen lediglich eine Interimslösung bereit. Es besteht daher Bedarf für eine verbesserte Klimaanlage, die wie die bekannten Anlagen mit Sekundärverdampfer eine vollständige Nut­ zung des Speichermediums gestattet, da nicht für den Umlauf benötigt, und den­ noch konstruktiv einfach ausgebildet ist und somit unter geringen Raumanforde­ rungen auch in einem PKW integriert werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine eingangs genannte gat­ tungsgemäße Klimaanlage in solch einer Weise weiterzubilden, daß bei konstruk­ tiv einfacher Ausgestaltung ein hoher Wirkungsgrad und ein schnelles Ansprechen erzielt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin eine bekannte Kli­ maanlage in solch einer Weise weiterzubilden, daß auch im Fahrbetrieb dem Käl­ tespeicher Kühlleistung entnommen werden kann. Die Klimaanlage sollte zum Einbau geringe Raumanforderungen stellen, so daß auch ein Einbau in einen PKW möglich ist.

Erfindungsgemäß werden die obigen Aufgaben bei einer bekannten Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältespeicher, der über einen Verdampfer eines Pri­ märkreislaufes geladen werden kann, und mit einem optionalen Wärmetauscher, der in dem Kältespeicher gespeicherte Kälte über einen Sekundärkreislauf an den Fahrzeuginnenraum abgeben kann, dadurch gelöst, daß der Sekundärkreislauf zumindest einen weiteren Wärmetauscher enthält, der mit dem Verdampfer des Primärkreislaufes in wärmetauschender Beziehung steht und eine Verdampfer- Wärmetauscher-Einheit bildet. Da der weitere Wärmetauscher mit dem Verdamp­ fer des Primärkreislaufes in wärmetauschender Beziehung steht, wird ein zufrie­ denstellendes Ansprechverhalten gewährleistet, wobei je nach Betriebszustand Kälte im Kältespeicher geladen oder von diesem entnommen werden kann. Die Verdampfer-Wärmetauscher-Einheit bildet somit in Kombination eine Kältequelle für die Fahrzeugklimatisation und eine entkoppelte Schnittstelle zu dem Sekun­ därkreis zum Speichern von überschüssiger Kälteleistung oder zum Aufnehmen von Kälteleistung aus dem Speicher, z. B. bei niedrigen Drehzahlen des Verbren­ nungsmotors. Dir Erfindung erlaubt es, in einfacher Weise eine bestehende Di­ rektverdampferklimaanlage um den Sekundärkreis zu erweitern und ermöglicht mittels des Kältespeichers eine einfache aber wirksame Standklimatisierung.

Vorteilhafterweise steht der weitere Wärmetauscher sowohl mit dem Verdampfer des Primärkreislaufes als auch dem Kältespeicher in wärmetauschender Bezie­ hung. Da der weitere Wärmetauscher mit dem Verdampfer des Primärkreislaufes in wärmetauschender Beziehung steht, wird ein zufriedenstellendes Ansprechver­ halten gewährleistet. Nachdem der weitere Wärmetauscher zusätzlich auch mit dem Kältespeicher in wärmetauschender Beziehung steht, kann sowohl bei Motor­ stillstand als auch bei geringen Drehzahlen Kälte aus dem Kältespeicher genutzt werden. Demzufolge stellt diese Lösung eine konstruktiv einfache Kopplung zwi­ schen drei Temperaturniveaus und/oder Kältequellen bereit, so daß ein Gesamt­ konzept mit minimalen Raumanforderungen erzielt wird, welches auch den Ein­ bau in einen PKW ermöglicht.

Bezüglich der einzelnen Wärme- oder Kälteübertragungen sollte erwähnt werden, daß abhängig von Rahmenbedingungen und/oder Betriebszuständen eine Prädo­ minanz bestehen könnte. Beispielhaft wäre es denkbar, daß der Verdampfer des Primärkreises vorrangig oder ausschließlich mit dem weiteren Wärmetauscher des Sekundärkreises in wärmetauschender Beziehung steht, wobei somit das Beladen des Kältespeichers unter Zwischenschaltung des weiteren Wärmetauschers des Sekundärkreises erfolgt. Daher ist es bevorzugt, daß der Verdampfer des Primär­ kreises im wesentlichen unter Zwischenschaltung des weiteren Wärmetauschers des Sekundärkreises mit dem Kältespeicher in wärmetauschender Beziehung steht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verdampfer im wesentlichen in dem weiteren Wärmetauscher des Sekundärkreises enthalten, wobei der weitere Wärmetauscher des Sekundärtauschers im wesentlichen im Kältespeicher enthal­ ten sein kann. Beispielhaft wäre somit eine Lösung vorgeschlagen, bei welcher eine konzentrische Anordnung vorliegt, mit, dem Primärverdampfer zuinnerstliegend, dem weiteren Wärmetauscher des Sekundärkreises als mittleres Element und dem Kältespeicher als Ummantelung. Der Fachmann sollte erkennen, daß entspre­ chende Spiralausgestaltungen von Verdampfer und/oder Wärmetauscher den Wir­ kungsgrad der Gesamtanlage verbessern können.

Vorteilhafterweise bilden der Verdampfer des Primärkreises, der weitere Wärme­ tauscher des Sekundärkreises und der Kältespeicher eine konstruktive Einheit. Durch das Bereitstellen einer konstruktiven Einheit kann die Montage vereinfacht werden, wobei, wie vorangehend erwähnt, lediglich minimale Raumanforderungen bestehen.

Der Sekundärkreis umfaßt bevorzugt eine Pump- und/oder Verdichtungseinrich­ tung, die dazu dienen kann, ein Fluid des Sekundärkreises umzuwälzen und/oder thermodynamisch zu verdichten.

Die Pump- und/oder Verdichtungseinrichtung kann vorteilhafterweise elektromo­ torisch betrieben werden, insbesondere wahlweise elektromotorisch betrieben werden. Durch den elektromotorischen Betrieb kann z. B. unter Ausnutzung der im Fahrzeug mitgeführten Batterie das Fluid des Sekundärkreises umgewälzt werden, um die gewünschte Standklimatisierung zu erzielen. Bei einer insbeson­ dere bevorzugten Ausführungsform mit wahlweisem elektromotorischem Antrieb der Pump- und/oder Verdichtungseinrichtung kann zusätzlich eine mechanische Kopplung mit dem Verbrennungsmotor bestehen, so daß im Fahrbetrieb ein me­ chanischer Antrieb möglich ist, während bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor der elektromotorische Antrieb zur Verfügung steht.

Der Sekundärkreis kann vorteilhafterweise eine Entspannungseinrichtung umfas­ sen, um das Fluid des Sekundärkreises thermodynamisch zu entspannen. Zusätz­ lich oder alternativ kann der Sekundärkreis auch ein mittels einer Steuerung an­ sprechbares Dosier- und/oder Sperrventil aufweisen, die Steuerungsmöglichkeiten der Pumpeneinrichtung ergänzend oder unterstützend.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmetauscher des Se­ kundärkreises als Verdampfer für ein Fluid des Sekundärkreises ausgebildet. An­ ders ausgedrückt kann der Sekundärkreis als eigener entkoppelter Kältekreis aus­ gebildet sein, wobei die Fluide des Primärkreises und des Sekundärkreises ent­ sprechend aufeinander abgestimmt sein sollten, unter Berücksichtigung der be­ reitgestellten Temperaturniveaus.

Vorteilhafterweise umfaßt der Primärkreis zumindest einen zusätzlichen Ver­ dampfer, der vorrangig und/oder ausschließlich mit dem Kältespeicher in wärme­ tauschender Beziehung steht. Durch das Bereitstellen eines zusätzlichen Ver­ dampfers kann somit der Wirkungsgrad zum Beladen des Kältespeichers erhöht werden, insbesondere, wenn die durch den Primärkreislauf bereitgestellte Kältee­ nergie deutlich über der zur Kühlung des Fahrzeuginnenraumes erforderlichen liegt.

Des weiteren ist es vorteilhaft, daß der Sekundärkreis zumindest einen zusätzli­ chen Wärmetauscher enthält, der vorrangig und/oder ausschließlich mit dem Käl­ tespeicher in wärmetauschender Beziehung steht. Durch den zusätzlichen Wärme­ tauscher kann eine im wesentlichen von dem Primärverdampfer unabhängige Wechselwirkung zwischen Kältespeicher und Sekundärkreislauf erzielt werden, z. B. beim Vorliegen sehr niedriger Drehzahlen, bei welchen eine Kälteentnahme aus dem Kältespeicher zur Kühlung des Fahrzeuginnenraumes erforderlich ist.

Um eine betriebsparameterabhängige Beaufschlagung der einzelnen im Kältespei­ cher enthaltenen Verdampfer und/oder Wärmetauscher zu ermöglichen, sollte der Primärkreis und/oder der Sekundärkreis mit Bypassleitungen und/oder Stellele­ menten bereitgestellt sein, um einzelne Verdampfer und/oder Wärmetauscher zu umgehen oder deren Fluidbeaufschlagung zu dosieren bzw. zu sperren. Bei der insbesondere bevorzugten Ausführungsform sollten die Bypassleitungen über Stellelemente, z. B. in der Form von Ventilen, schaltbar sein. Bei dieser Ausgestal­ tung sollten die Stellelemente auch Teilfluidströmungen ermöglichen. Anders aus­ gedrückt könnte ein Teil des Fluides über die Bypassleitung des jeweiligen Ver­ dampfers bzw. Wärmetauschers geführt werden, während ein Teil durch den in Frage stehenden Verdampfer und/oder Wärmetauscher tritt. Als lediglich ein Bei­ spiel ist ein Modus anzusehen, bei welchem der Sekundärkreis mittels der Stelle­ lemente so ausgebildet ist, daß das Fluid des Sekundärkreises unter Umgehung des weiteren Wärmetauschers ausschließlich durch den zusätzlichen Wärmetau­ scher tritt, um die gewünschte Kälte aus dem Kältespeicher zu dem fahrzeugseiti­ gen Wärmetauscher zu fördern. Demzufolge wird eine Standklimaanlage angege­ ben, die abhängig von Rahmenbedingungen und/oder Betriebsparametern eine wirkungsgradoptimierte Fluidführung sowohl bezüglich dem Primärkreis als auch dem Sekundärkreis erlaubt.

Schließlich ist es bevorzugt, daß der Sekundärkreis mit Bezug auf den Primärkreis im Gegenstrommodus betreibbar ist. Durch das Betreiben im Gegenstrommodus kann der Wirkungsgrad, insbesondere bezüglich der Ubertragung zwischen Pri­ märverdampfer und weiterem Wärmetauscher erhöht werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden nichteinschränkenden, beispielhaften Beschreibung einiger derzeit be­ vorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun­ gen, in welchen gilt:

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimaanlage.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimaanlage.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht ähnlich zu Fig. 2 einer modifizierten Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt in schematisierter detaillierterer Ansicht einen Kältespeicher, wie er in den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 zum Einsatz kommen kann.

Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht des in Fig. 4 dargestellten Kältespei­ chers.

Fig. 6 zeigt eine schematische Detailansicht eines Kältespeichers, wie er in einer komplexeren Ausführungsform zum Einsatz kommen kann.

In Fig. 1 ist schematisch eine Klimaanlage als eine erste bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung dargestellt. Die gezeigte Klimaanlage kann insbesondere als Standklimatisierung und als zentrale Kälteversorgung für z. B. einen Kühl-LKW oder auch einen Pkw zum Einsatz kommen. Die gezeigte Ausführungsform besteht im wesentlichen aus einem Primärkreis 10 und einem Sekundärkreis 20, die über eine Verdampfer-Wärmetauscher-Einheit 15, 25 zur Kälteübertragung wechsel­ wirken, wobei ansonsten eine vollständige Entkopplung zwischen dem Primärkreis 10 und dem Sekundärkreis 20 vorliegt. Die Verdampfer-Wärmetauschereinheit 25 kann sowohl im Fahrbetrieb als auch bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor unmittelbar zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes dienen, und ist zu die­ sem Zweck mit einem Lüfter 31 beaufschlagbar.

Der Primärkreis 10 ist als klassischer Kältekreis aufgebaut und umfaßt neben ei­ nem Verdampfer 15, der Teil der Verdampfer-Wärmetauscher-Einheit 15, 25 ist, eine Verdichtungseinrichtung 19, einen Kondensator 11 und eine Entspannungs­ einrichtung 12. Somit wird im Fahrbetrieb über den Primärkreis 10 Kälteleistung zur Verfügung gestellt, die insgesamt oder teilweise über den Verdampfer 15 dem Fahrzeuginnenraum zur Verfügung gestellt wird, indem z. B. eine Luftströmung über den Ventilator 31 generiert wird.

Der Sekundärkreis 20 ist in der gezeigten Ausführungsform mit einem Kältespei­ cher 2 und einem mit einem Lüfter 30 beaufschlagbarem Wärmetauscher 21 be­ reitgestellt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Sekundärkreis 20 als Um­ wälzkreis ausgebildet, in dem eine Umwälzpumpe 29 vorgesehen ist. Der Fach­ mann wird erkennen, daß der Sekundärkreis alternativ auch als eigenständiger Kühlkreis ausgebildet sein könnte, wenn eine zusätzliche Entspannungseinrich­ tung vorgesehen ist und die Kühlfluide in dem Primärkreis 10 und dem Sekundär­ kreis 20 entsprechend aufeinander abgestimmt sind.

Zum Beladen des Kältespeichers 2 kann der Sekundärkreis 20 über einen weiteren Wärmetauscher 25, Teil der Verdampfer-Wärmetauscher-Einheit 15, 25, Kältelei­ stung von dem Primärkreis 10 aufnehmen. Die in dem weiteren Wärmetauscher 25 aufgenommene Kühlleistung wird über einen zusätzlichen Wärmetausche 21a an den Kältespeicher 2 abgegeben, wenn der Primärkreis 10 überschüssige Kälte­ leistung zur Verfügung stellt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Kältespei­ cher 2 als ein Eiswasserspeicher dargestellt, gebildet aus einer Isolierung 3 und einem Kühlmedium 4, welches in der gezeigten Ausführungsform wie erwähnt Wasser sein kann.

Der Sekundärkreis 20 enthält in der gezeigten Ausführungsform auch ein optiona­ les Steuer- oder Regelelement 23, welches die Fluidströmung im Sekundärkreis 20 steuern bzw. regeln kann.

Bei niedrigen Motordrehzahlen, d. h. wenn der Primärkreis keine ausreichende Kühlleistung zur Verfügung stellen kann, kann der Sekundärkreis in dem Kälte­ speicher 2 gespeicherte Kälte über den weiteren Wärmetauscher 25 und/oder den Wärmetauscher 21 zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums bereitstellen. Bei abge­ schaltetem Verbrennungsmotor wird der Sekundärkreis 20 zur Standklimatisie­ rung die im Kältespeicher 2 gespeicherte Kälte maßgeblich über den Wärmetau­ scher 21 bereitstellen. Hierbei wird jedoch auch ein Meiner Teil der zur Verfügung stehenden Kälteleistung über den weiteren Wärmetauscher 25 an die Verdampfer- Wärmetauscher-Einheit 15, 25 abgegeben, so daß bei erneutem Start des Verbren­ nungsmotors eine praktisch sofortige Kühlung über den Primärkreis 10 zur Verfü­ gung steht. Dementsprechend verbessert diese Lösung deutlich die Ansprechzeiten der gesamten Klimaanlage, vorausgesetzt, daß der Kältespeicher 2 zur Überbrüc­ kung der Standphase ausgelegt ist.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform eine konstruktiv einfache und wirkungsgradoptimierte Klimaanlage darstellt, bei welcher neben der Wärmekopplung eine praktisch vollständige Trennung zwi­ schen Primärkreis 10 und Sekundärkreis 20 gegeben ist. Diese Trennung erlaubt somit den Einsatz von unterschiedlichen Fluiden in dem Primärkreis 10, dem Se­ kundärkreis 20 und dem Kältespeicher 2. Die Verdampfer-Wärmetauschereinheit 15, 25 steht somit als Bindeglied zwischen Primärkreis 10 und Sekundärkreis 20 zur unmittelbaren Kühlung des Fahrzeuginnenraumes zur Verfügung, so daß praktisch keine Verluste auftreten. Durch die dargestellte Klimaanlage kann über­ schüssige Kälteleistung effektiv gespeichert und, wenn gefordert, zurückgewonnen werden.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Klimaanlage als eine zweite bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung, wobei die gezeigte Klimaanlage als Standklimatisierung und als zentrale Kälteversorgung für z. B. einen Kühl-LKW, jedoch auch für einen PKW zum Einsatz kommen kann. In an und für sich üblicher Weise umfaßt die Klima­ anlage einen Primärkältekreis 10, der einen Kompressor 19, einen Kondensator 11, ein Expansionsventil 12 und einen Verdampfer 15 in dieser Reihenfolge um­ faßt. Der Verdampfer 15 des Primärkreises 10 ist in einem Kältespeicher 2 ange­ ordnet, der z. B. Wasser als Speichermedium 4 aufweist, enthalten in einer Isolie­ rung 3. Der Kältespeicher 2 bildet für sich gesehen ein geschlossenes System, d. h., daß das Speichermedium 4 vollständig zur Kältespeicherung benutzt werden kann.

Fahrzeuginnenraumseitig ist ein mit einem Lüfter 30 beaufschlagbarer Wärme­ tauscher 21 vorgesehen, der zur Kühlung des Fahrzeuginnenraumes dient. Der bei dieser Ausführungsform zwingend erforderliche Wärmetauscher 21 ist Bestandteil eines Sekundärkreises 20, der in der gezeigten Ausführungsform mittels einer Elektropumpe 29 beaufschlagbar ist. Der Sekundärkreis 20 umfaßt außerdem in der gezeigten Ausführungsform einen weiteren Wärmetauscher 25, der wie der Verdampfer 15 des Primärkreises 10 in dem Kältespeicher 2 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform sind der Verdampfer 15 des Primärkreises 10 und der Wärmetauscher 25 des Sekundärkreises 20 miteinander kombiniert und können insgesamt als Gegenstromwärmetauscher angesehen werden. Demzufolge stehen in der gezeigten Ausführungsform sowohl der Verdampfer 15 als auch der Wärme­ tauscher 25 in wärmetauschender Beziehung mit dem Speichermedium 4 des Käl­ tespeichers 2, wobei sie zusätzlich mit Bezug zueinander in wärmetauschender Beziehung stehen. Wie dargestellt bilden der Kältespeicher 2, der Verdampfer 15 und der weitere Wärmetauscher 25 eine konstruktive Einheit, welche eine platz­ sparende Montage erlaubt.

Die an dem Wärmetauscher 21 zur Verfügung stehende Kälteleistung ist maßgeb­ lich abhängig von der Ausgestaltung der konstruktiven Einheit, die durch den Käl­ tespeicher 2, den Verdampfer 15 und den weiteren Wärmetauscher 25 gebildet ist. Der mit Wärmetauschern befaßte Fachmann wird erkennen, daß verschiedenste Auslegungsmöglichkeiten bestehen. Beispielhaft könnte die Gesamtanordnung so ausgelegt sein, daß im Fahrbetrieb, d. h. bei betriebenem Primärkreis 10, der Ver­ dampfer 15 eine bestimmte Kälteleistung bereitstellt, welche anteilig an den Käl­ tespeicher 2 und den weiteren Wärmetauscher 25 übertragen werden kann. Nach­ dem der weitere Wärmetauscher 25 selbst auch in wärmetauschender Beziehung mit dem Kältespeicher 2 steht, sollte der von dem Verdampfer 15 an den weiteren Wärmetauscher 25 übertragene Anteil an Kälteleistung größer ausfallen, so daß für den Sekundärkreis 20, trotz der Kälteübertragung des weiteren Wärmetau­ schers 25 an den Kältespeicher 2, am Wärmetauscher 21 eine ausreichende Kälte­ leistung verbleibt. Hierbei ist zu erwähnen, daß bei vorrangiger wärmetauschen­ der Beziehung zwischen dem Verdampfer 15 und dem weiteren Wärmetauscher 25 die durch den Kältespeicher 2 bedingte Gesamtträgheit des Systems drastisch re­ duziert werden kann.

Nachdem aber, wie dargestellt, drei unterschiedliche Fluide in wärmetauschender Beziehung stehen, nämlich das Kältemittel des Primärkreises 10, das Fluid des Sekundärkreises 20 und das Speichermedium 4, können zum einen Verluste prak­ tisch vermieden werden, wobei eine im Gesamtprozeß technisch verbesserte Steue­ rung erlaubt ist, indem z. B. bei niedriger Drehzahl des den Primärkreis 10 antrei­ benden Verbrennungsmotors der weitere Wärmetauscher 25 zusätzliche Kältelei­ stung aus dem Kältespeicher 2 entnehmen kann, um eine ausreichende Kältelei­ stung am fahrzeugseitigen Wärmetauscher 21 bereitzustellen.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht einer Modifikation der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Auch diese Ausführungsform dient als Standklimatisierung und zentrale Kälteversorgung für z. B. einen Kühl-LKW oder auch einen PKW. Bei der hier dargestellten Ausführungsform bildet der Sekun­ därkreis 20 selbst einen Kältekreis, welcher ein Expansionsventil 22 und einen Kompressor 29 umfaßt. Der Wärmetauscher 21 ist bei dieser Ausgestaltung als Verdampfer für das Fluid des Sekundärkreises 20 ausgelegt, während der weitere Wärmetauscher 25, der in dem Kältespeicher 2 enthalten ist, als Kondensator für dasselbe Fluid dient. Der Fachmann wird erkennen, daß diese Lösung mittels ge­ eigneter Auswahl an Fluiden in dem Primärkreis 10, dem Sekundärkreis 20 und dem Kältespeicher 2 möglich ist. Es ist zu erwähnen, daß durch die Ausbildung des Sekundärkreises 20 als Kältekreis eine deutliche Wirkungsgradsteigerung möglich ist. Des weiteren kann die fahrzeugseitig zur Verfügung stehende Kälte selbst dann erreicht werden, wenn die im Kältespeicher 2 vorliegende Temperatur ober­ halb der gewünschten Kühltemperatur liegt. Die Ausführungen bezüglich der wärmetauschenden Beziehungen zwischen dem Verdampfer 15, dem weiteren Wärmetauscher 25 und dem Kältespeicher 2 bezüglich der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind entsprechend auch für die in Fig. 3 dargestellte Ausfüh­ rungsform zu übertragen und werden zur knapperen Darstellung daher nicht wie­ derholt.

Wie ausgeführt, sollte eine prädominierende Kälteübertragung von dem Verdamp­ fer 15 zu dem weiteren Wärmetauscher 25 bei den zuvor beschriebenen Ausfüh­ rungsformen gegeben sein, bis hin zu einer ausschließlichen Wechselbeziehung, bei welcher die für den Kältespeicher 2 zur Verfügung gestellte Kälte ausschließlich unter Zwischenschaltung des weiteren Wärmetauschers 25 bereitgestellt wird. Ei­ ne Möglichkeit, um dies zu erzielen, ist schematisch in der Detailansicht von Fig. 4 und der schematischen Detailschnittansicht von Fig. 5 gezeigt.

Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Verdampfer 15 des Primärkreises 10 voll­ ständig in dem weiteren Wärmetauscher 25 des Sekundärkreises 20 enthalten, gewissermaßen eingebettet. Der weitere Wärmetauscher 25 bildet somit bezüglich dem Verdampfer 15 eine Ummantelung, die mit dem Speichermedium 4 des Kälte­ speichers 2 in wärmetauschender Beziehung steht.

Beispielhaft könnten somit der Verdampfer 15, der weitere Wärmetauscher 25 und der Kältespeicher 2 eine Koaxialanordnung bilden, wie schematisch in der Schnit­ tansicht von Fig. 5 dargestellt. Der Fachmann wird erkennen, daß die Darstellun­ gen der Fig. 4 und 5 als rein schematisch zu erachten sind. Beispielhaft könn­ ten der Verdampfer 15 und der weitere Wärmetauscher 25 jeweils wendelförmig in der gezeigten Anordnung vorliegen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen nachfolgend einige Betriebsmodi dargelegt werden, z. B. erzielbar mit den in Fig. 1, Fig. 2 oder Fig. 3 gezeigten Aus­ führungsformen. Beim normalen Fahrbetrieb, d. h. bei hohen Drehzahlen des Ver­ brennungsmotors, wird der Primärkreis 10 eine große Menge an Kälteleistung an dem Verdampfer 15 zur Verfügung stellen. Durch die ausschließliche oder prädo­ minante Kälteübertragung von dem Verdampfer 15 zu dem weiteren Wärmetau­ scher 25 des Sekundärkreises 20 kann über Steuerung des Sekundärkreises 20, z. B. der Pumpe 29, eine gewünschte Kältemenge abgeführt werden. Die verblei­ bende Kälteleistung wird durch den weiteren Wärmetauscher 25 oder den zusätz­ lichen Wärmetauscher 21a an das Speichermedium 4 des Kältespeichers 2 abgege­ ben, so daß dieser geladen wird.

Bei niedrigen Drehzahlen kann der Sekundärkreis 20 Kälteleistung aufnehmen von dem Verdampfer 15 des Primärkreises 10 und/oder dem Speichermedium 4 des Kältespeichers 2, und zwar über den zusätzlichen Wärmetauscher 21a bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform oder über den weiteren Wärmetauscher 25 bei den in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Ausführungsformen.

Bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor stellt der Verdampfer 15 des Primärkrei­ ses 10 keine Kälteleistung zur Verfügung, so daß der zusätzliche Wärmetauscher 21a bzw. der weitere Wärmetauscher 25 des Sekundärkreises 20 die gesamte er­ forderliche Kälteleistung aus dem Kältespeicher 2 entnimmt. Wenn der Sekundär­ kreis 20 wie in Fig. 2 dargestellt als Kältekreis ausgebildet ist, kann die gewünsch­ te Kühlung selbst dann noch erfolgen, wenn das Temperaturniveau in dem Kälte­ speicher 2 über der gewünschten Kühltemperatur liegt. Dies ist insbesondere vor­ teilhaft, da bei einer höheren Auslegungstemperatur des Kältespeichers 2 die Iso­ lierung 3 entsprechend kleiner ausfallen kann.

In Fig. 6 ist schließlich schematisch der Kältespeicher 2 einer weiteren, etwas komplexeren Ausführungsform dargestellt. In dem hier dargestellten Kältespei­ cher 2 können im wesentlichen die in den Fig. 2 und/oder 3 dargestellten Pri­ mär- und Sekundärkreise 10, 20 zugeordnet werden, so daß eine detaillierte Be­ schreibung derselben hierin nicht wiederholt werden soll. Wie bei den vorangegan­ genen Ausführungsformen enthält der Kältespeicher 2 eine Anordnung des Pri­ märverdampfers 15 und des weiteren Wärmetauschers 25, in wärmetauschender, gegenseitiger Beziehung stehend, wobei auch die ausschließliche oder prädominan­ te Kälteübertragung von Primärverdampfer 15 zum weiteren Wärmetauscher 25 gegeben sein sollte. Zusätzlich zu dieser Anordnung 15, 25 enthält der Kältespei­ cher 2 bei dieser Ausführungsform jedoch einen zusätzlichen Verdampfer 18 des Primärkreises 10 und einen zusätzlichen Wärmetauscher 28 des Sekundärkreises 20.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind des weiteren Bypassleitungen 14, 17, 24, 27 vorgesehen, die jeweils eine Umgehung der Anordnung 15, 25, des zusätzli­ chen Verdampfers 18 und/oder des zusätzlichen Wärmetauschers 28 erlauben. Die einzelnen Bypassleitungen sind über Stellelemente 13, 16, 23, 26 schaltbar. Insge­ samt läßt sich somit für den Primärkreis und/oder den Sekundärkreis eine selekti­ ve Fluidführung erzielen, um jeweils eine gewünschte Kälteübertragung zwischen den drei betroffenen Fluiden erzielen. Wenn z. B. fahrzeugseitig keine Kühlung gewünscht oder erforderlich ist, könnte das Stellelement 13 das Fluid des Primär­ kreises 10 unmittelbar zu dem zusätzlichen Verdampfer 18 führen, welcher aus­ schließlich in wärmetauschender Beziehung mit dem Kältespeicher 2, steht, um somit ein praktisch verlustfreies Beladen des Kältespeichers 2 zu erzielen. Der Fachmann wird erkennen, daß unterschiedlichste Fluidpfadführungen somit er­ möglicht sind, entsprechend konstruktiver Parameter, Betriebszuständen und/oder einer vorgegebenen oder einstellbaren Steuerung. Hierbei sollte noch erwähnt werden, daß auch eine Aufteilung des Fluidstromes jeweils möglich ist, z. B. auf den Primärverdampfer 15 und den zusätzlichen Verdampfer 18.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der zusätzliche Verdampfer 18 bezüg­ lich der Verdampfer-Wärmetauscheranordnung 15, 25 strömungstechnisch nach­ geschaltet, während der zusätzliche Wärmetauscher 28 diesbezüglich strömungs­ technisch vorgeschaltet ist. Der Fachmann sollte erkennen, daß diesbezüglich be­ liebige Anordnungen möglich sind. Die Vor- und/oder Nachschaltung von Zusatz­ verdampfern und/oder Zusatzwärmetauschern kann in Abhängigkeit von den vor­ liegenden Temperaturniveaus und/oder abhängig von der zur Verfügung stehen­ den bzw. gewünschten Kühlleistung erfolgen.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß verschiedene Modifikationen im Umfang der beigefügten Ansprüche möglich sind. Beispielhaft könnte der Sekundärkreis mehr als nur einen fahrzeug­ seitigen Wärmetauscher umfassen oder gegebenenfalls einen Wärmetauscher und einen Verdampfer umfassen, z. B. die Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 kombinierend. In jedem Fall können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden.

Zusammenfassung läßt sich feststellen, daß durch die kombinatorische Anordnung von Verdampfer des Primärkreises und weiterem Wärmetauscher des Sekundär­ kreises, gegebenenfalls mit dem Kältespeicher eine wirkungsgradoptimierte Kli­ maanlage angegeben ist, die zur Standklimatisierung auch von PKWs geeignet ist.

Claims (14)

1. Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältespeicher (2), der mit in einem Verdampfer (15) eines Primärkreislaufs (10) erzeugter Kälte geladen wer­ den kann, und mit einem optionalen Wärmetauscher (21; 25), der in dem Kältespeicher (2) gespeicherte Kälte über einen Sekundärkreislauf (20) an den Fahrzeuginnenraum abgeben kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreislauf (20) zumindest einen weiteren Wärmetauscher (25) enthält, der mit dem Verdampfer (15) des Primärkreises in wärmetauschen­ der Beziehung steht und eine Verdampfer-Wärmetauscher-Einheit (15, 25) bildet.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wärmetauscher (25) sowohl mit dem Verdampfer (15) des Primärkreises als auch dem Kältespeicher (2) in wärmetauschender Beziehung steht.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (15) des Primärkreises (10) im wesentlichen unter Zwischen­ schaltung des weiteren Wärmetauschers (25) des Sekundärkreises (20) mit dem Kältespeicher (2) in wärmetauschender Beziehung steht.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (15) des Primärkreises (10) im wesentlichen in dem weite­ ren Wärmetauscher (25) des Sekundärkreises (20) enthalten ist, wobei ins­ besondere der weitere Wärmetauscher (25) des Sekundärkreises (20) im we­ sentlichen im Kältespeicher (2) enthalten ist.

5. Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verdampfer (15) des Primärkreises (10), der weite­ re Wärmetauscher (25) des Sekundärkreises (20) und der Kältespeicher (2) eine konstruktive Einheit bilden.

6. Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sekundärkreis (20) eine Pump- und/oder Verdich­ tungseinrichtung (29) aufweist.

7. Klimaanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pump- und/oder Verdichtungseinrichtung elektromotorisch betreibbar, insbesonde­ re wahlweise elektromotorisch betreibbar ist.

8. Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sekundärkreis eine Entspannungseinrichtung (22) umfaßt.

9. Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wärmetauscher (21) des Sekundärkreises als Ver­ dampfer für ein Fluid des Sekundärkreises (20) ausgebildet ist.

10. Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Primärkreis (10) zumindest einen zusätzlichen Verdampfer (18; 21a) enthält, der vorrangig und/oder ausschließlich mit dem Kältespeicher (2) in wärmetauschender Beziehung steht.

11. Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sekundärkreis (20) zumindest einen zusätzlichen Wärmetauscher (28; 21a) enthält, der vorrangig und/oder ausschließlich mit dem Kältespeicher (2) in wärmetauschender Beziehung steht.

12. Klimaanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkreis eine Bypassleitung (14, 17) für den Verdampfer (15) und/oder den Zusatzverdampfer (18) enthält, insbesondere über Stellele­ mente (13, 16) schaltbar.

13. Klimaanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreis (20) eine Bypassleitung (24, 27) für den weiteren Wärme­ tauscher (15) und/oder den Zusatzwärmetauscher (28) enthält, insbesondere über Stellelemente (23, 26) schaltbar.

14. Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sekundärkreis (20) mit Bezug auf den Primärkreis (10) in einem Gegenstrommodus betreibbar ist.