Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung der ei
nem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
In der DE 43 27 866 ist eine Einrichtung zur Klimatisierung
des Fahrgastraumes und zur Kühlung des Antriebssystems von
Elektrofahrzeugen beschrieben. Diese Einrichtung weist ein
Kälteaggregat mit einem Kompressor, einem Kondensator, ei
nem Expansionsventil und einem Verdampfer auf. Dabei ist
der Verdampfer sekundärseitig von einem flüssigen Kälteträ
germedium beaufschlagt und in einen Sekundärkreislauf ein
gebunden, in dem ein Kühlkörper sowie ein Energiespeicher
angeordnet sind. Dabei ist der Energiespeicher über Ventil
mittel mit dem Kühlmittelkreislauf der Antriebskomponenten
verbunden und kann wahlweise Wärme speichern.
Derartige Einrichtungen zur universellen Speicherung von
Kälte oder Wärme sind äußerst aufwendig bezüglich ihrer
Konstruktion und verlustbehaftet bezüglich der Wirkungs
weise. Dabei wird ein wesentlicher Nachteil auch darin ge
sehen, daß eine ausschließliche Kältespeicherung ohne Käl
teabgabe an den dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Luftstrom
nicht möglich ist.
Die DE 196 29 114 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Heizen
und/oder Kühlen eines Fahrgastraumes mit einer Kompres
sionskälteanlage. Diese Vorrichtung umfaßt ein externes
Kältemodul, das in dem Motorraum angeordnet ist und über
einen Sekundärkreislauf einen Wärmeübertrager in dem Klima
gerät mit einem kühlen Medium versorgen kann. Um die Zufuhr
von in dem Kältemodul gekühltem Medium und in dem Kühlmodul
für den Fahrzeugantrieb erhitztem Medium auf die Wärmeüber
trager im Klimagerät zu verteilen, ist eine Steuereinheit
vorgesehen. Außerdem weist diese Vorrichtung einen Kurz
zeitkältespeicher auf, der mit einem im Bereich des Armatu
renbrettes angeordneten Kanalsystem verbunden ist und dazu
dient, die von der Sonne besonders stark beaufschlagten
Bauteile des abgestellten Fahrzeuges zu kühlen. Die Kapazi
tät eines solchen Kältespeichers ist jedoch äußerst be
grenzt und für eine Standklimatisierung völlig unzurei
chend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Einrichtung zur Kühlung der einem Fahrzeuginnenraum zuführ
baren Luft nach der im Anspruch 1 genannten Gattung derart
weiterzubilden, daß eine kompakte Bauweise und einfache In
stallation der Verteilereinheit möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Einige Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung sind darin
zu sehen, daß alle Ventile und Pumpen und auch die Regel
elektronik in einem kompakten Gehäuse angeordnet sind und
somit die Anzahl der Anschlüsse und Verbindungsleitungen
sowohl bezüglich des hydraulischen als auch des elektri
schen Teils auf ein Minimum reduziert sind. Dadurch wird
nicht nur eine größere Sicherheit und Reduzierung der
Störanfälligkeit erreicht, sondern auch der Einbau wird er
leichtert, da die Zahl der zu verbindenden Anschlüsse mini
miert ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegen
standes sind zwei Pumpen vorgesehen, die bezüglich ihrer
Pumpenantriebe parallel zueinander angeordnet sind. Das Ge
häuse ist vorzugsweise im wesentlichen quaderförmig ausge
staltet und die Pumpen sind darin, bezogen auf eine Seiten
fläche des Gehäuses, diametral zueinander angeordnet. Da
durch ergibt sich ein größtmöglicher Abstand zwischen den
Pumpenantrieben, wobei in diesem Zwischenraum die Regel
elektronik angeordnet ist.
Es ist darüber hinaus vorteilhaft, daß mindestens ein Tem
peraturfühler vorgesehen ist, wobei die ermittelte Tempera
tur als ein Regelkriterium für die Steuerung der Ventile
dient. Um eine an den jeweiligen Kälteleistungsbedarf bzw.
die Speicherung von Kälteenergie anpaßbare Regelung zu er
reichen, sind mehrere Temperaturfühler vorgesehen, von de
nen einer in einer Rücklaufleitung vom Kältespeicher ange
ordnet ist. Ein weiterer Temperaturfühler ist in der Zu
leitung zum Kühlkörper und ebenfalls ein Temperaturfühler
in der Rücklaufleitung vom Verdampfer angeordnet. Damit der
Verlust an Kälteenergie durch Strahlung möglichst gering
gehalten wird, ist das Gehäuse zweckmäßigerweise mit einer
Isolierung zwischen 5 mm und 50 mm Dicke, vorzugsweise ca.
30 mm versehen. Die Isolierung kann innen oder außen
angebracht sein.
Statt einer Isolierschicht bestimmter Dicke kann auch ein
Ausfüllen des im Gehäuse zwischen den eingesetzten Kompo
nenten bzw. der Gehäusewand verbleibenden Hohlraumes in Be
tracht gezogen werden. Hierfür eignet sich insbesondere ein
Ausschäumen mit einem Isolierwerkstoff, beispielsweise ei
nem schäumbaren Polypropylen. Um Beschädigungen zu vermei
den, sollte das Gehäuse formstabil und hart sein. So ist es
zweckmäßig, die Isolierschicht innen anzuordnen bzw. die
Isolierung durch Ausschäumung zu erzeugen und das gegen me
chanische Einwirkung resistente Gehäuse der Außenseite zu
zuwenden. Bei manchen Kunststoffmaterialien kann auch durch
besonderes Einwirken eine unterschiedliche Beschaffenheit
erzeugt werden, so daß die äußere Schicht ein formstabiles
und widerstandsfähiges Gehäuse bildet.
Sofern ein Gehäuse aus einem metallischen Werkstoff vorge
sehen ist, kann es zweckmäßig sein, die Pumpenantriebe wär
meleitend mit dem Gehäuse zu verbinden, so daß das Gehäuse
als Wärmeübertragungsfläche dient. Dabei ist es vorteil
haft, Kanäle zur Kühlluftführung an der Außenseite des Ge
häuses vorzusehen, wobei vorzugsweise in diesem Bereich das
Gehäuse doppelwandig ausgeführt ist.
Vorteilhaft ist es auch, die Verteileinheit in örtlicher
Nähe zum Kühlkörper anzuordnen. Auf diese Weise ist bei
Einwirkung auf das dem Kühlkörper zugeordnete Ventil eine
rasche Änderung der Temperatur am Kühlkörper gegeben, so
daß die Ansprechzeit minimiert und eine höhere Regelgenau
igkeit erreicht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur
Kühlung der einem Fahrzeuginnenraum zuführbaren
Luft, die auch zur Standklimatisierung geeignet
ist,
Fig. 2a eine schematische Darstellung der Anordnung von
Ventilen und Pumpen,
Fig. 2b einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante zu Fig.
2a,
Fig. 3 die Innenansicht des Gehäuses mit den darin ange
ordneten Ventilen und Pumpen,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3,
Fig. 5 einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante zu Fig.
3,
Fig. 6 einen Ausschnitt des Gehäuses mit einer Pumpe,
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6.
In Fig. 1 ist ein Kälteaggregat 1 dargestellt, das einen
Kältemittelkreislauf 2, bestehend aus einem Kompressor 3,
einem Kondensator 4, einem Expansionsventil 5 und einem
Verdampfer 6, umfaßt. Dieser Kältemittelkreislauf ist vor
zugsweise mit einem Kältemittel wie beispielsweise R134a
gefüllt. Der Verdampfer 6 ist sekundärseitig von einem
flüssigen Kälteträger beaufschlagt, wobei es sich vorzugs
weise um ein Glykol/Wasser-Gemisch handelt.
Das flüssige Kälteträgermedium zirkuliert in einem Kälte
trägerkreislauf 7, an den ein in einem Klimagerät 8 ange
ordneter Kühlkörper 10 sowie ein Kältespeicher 13 ange
schlossen ist. Das Klimagerät 8 umfaßt ein Gebläse 9, dem
druckseitig der Kühlkörper 10 nachgeordnet ist, so daß ein
vom Gebläse 9 erzeugter Luftstrom durch den Kühlkörper 10
geführt wird. In Strömungsrichtung des Luftstromes nachge
ordnet befindet sich in dem Klimagerät 8 ein Heizkörper 11.
Die entsprechend dem Bedarf temperierte Luft wird einem
Fahrzeuginnenraum 12 zugeführt. Der Verdampfer 6 ist über
eine Zulaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung 16 mit einer
Verteileinheit 14 verbunden, welche mit einer Zulaufleitung
17 und einer Rücklaufleitung 18 mit dem Kältespeicher 13
und über eine Zulaufleitung 19 und eine Rücklaufleitung 20
mit dem Kühlkörper 10 verbunden ist. In der Verteileinheit
14 wird in Abhängigkeit des jeweiligen Bedarfs an Kälte
energie das Kälteträgermedium dem Kühlkörper 10 und/oder
dem Kältespeicher 13 zugeführt.
Das Kälteträgermedium wird zentral in einem Verdampfer ab
gekühlt. Die Verteileinheit 14 regelt im Klimatisierungsbe
trieb für den Fahrzeuginnenraum 12 den Strom des Kälteträ
germediums bedarfsabhängig zum Kühlkörper 10 in dem Klima
gerät 8, der anstelle eines Verdampfers einer konventionel
len Kompressionskälteanlage vorgesehen ist. Sofern nicht
die gesamte Kälteenergie zur Klimatisierung des Fahrzeugin
nenraumes 12 benötigt wird, leitet die Verteileinheit 14
lediglich einen Teil des durch die Rücklaufleitung 16 vom
Verdampfer 6 strömenden Kälteträgermediums zu dem Kühlkör
per 10, der andere Teil wird als sogenannter Kälteüberschuß
dem Kältespeicher 13 durch die Zulaufleitung 17 zugeführt.
Auf diese Weise wird der Kältespeicher 13 geladen.
Bei Stillstand des Motors und Bedarf an Kälteleistung im
Klimagerät 8 wird automatisch ein Strom des Kälteträgerme
diums erzeugt, durch den der Rücklauf 18 des Kältespeichers
13 mit dem Zulauf 19 des Kühlkörpers 10 verbunden wird, so
daß eine Abkühlung der dem Fahrzeuginnenraum 12 zugeführten
Luft erfolgt. Ebenso kann bei nicht ausreichender Leistung
des Kälteaggregats 1, beispielsweise im Falle von niedrigen
Kompressordrehzahlen, die im Kältespeicher 13 gespeicherte
Energie zur Unterstützung der im Verdampfer 6 erzeugten
Kälteleistung herangezogen werden.
Die Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung der Vertei
leinheit 14, die ein Gehäuse 30 aus Kunststoff mit darin
angeordneten Ventilen 21, 22 und 23 sowie eine erste Pumpe
24 und zweite Pumpe 25 umfaßt. Die Ventile 21, 22, 23 sind
als Vierwegeventile ausgeführt, die elektromechanisch betä
tigbar sind, und mit denen die Strömungswege und auch deren
Querschnitte stufenlos einstellbar sind. Die Ventile 21,
22, 23 sind über Verbindungsleitungen 27, 28, 29 derart
miteinander verbunden, daß ein Flüssigkeitsring gebildet
wird, an den über jeweils eines der Ventile 21, 22, 23 der
Verdampfer, der Kühlkörper und der Kältespeicher zuschalt
bar sind.
In der Verbindungsleitung 29 befindet sich eine erste Pumpe
24, die eine Strömung in dem Kälteträgerkreislauf erzeugt.
Sofern eines der Ventile 21, 22, 23 in seiner bezüglich des
angeschlossenen Aggregates gesperrten Stellung befindlich
ist, wird ein Strömungskurzschluß zischen den Anschlüssen,
an denen die Verbindungsleitungen 27, 28, 29 angeschlossen
sind, bewirkt, so daß die erste Pumpe 24 unabhängig von der
Ventilstellung im Gesamtsystem eine Strömung des Kälteträ
germediums erzeugen kann. Aufgrund des flüssigkeitsseitigen
Druckabfalls im Kühlkörper ist eine zweite Pumpe 25 zwi
schen dem Ventil 23 und der Zuleitung 19 zum Kühlkörper 10
geschaltet, so daß eine ausreichende Flüssigkeitsmenge bzw.
ein entsprechender Flüssigkeitsdruck für den Kühlkörper in
dem Klimagerät gewährleistet ist. Wie aus Fig. 2 außerdem
ersehen werden kann, ist eine weitere Anschlußleitung 26
vorgesehen, die in die Verbindungsleitung 29 mündet und an
die Ausgleichsbehälter für das Kälteträgermedium anschließ
bar ist.
In Fig. 2b ist ein Ausschnitt der Einrichtung gemäß Fig. 2a
dargestellt, wobei die erste Pumpe 24 in der Verbindungs
leitung 28 zwischen dem Ventil 22, das dem Kältespeicher
zugeordnet ist, und dem Ventil 23, das den Durchfluß zum
Kühlkörper steuert, angeordnet ist. Durch diese Pumpenan
ordnung wird eine Absenkung des Innendrucks im Kältespei
cher erreicht.
Die Fig. 3 zeigt die Anordnung der Ventile 21, 22, 23 und
Pumpen 24, 25 in dem Gehäuse 30 in der räumlichen Zuord
nung. Das Gehäuse 30 ist im wesentlichen quaderförmig ge
staltet und auf der Außenseite mit einem Isoliermantel 31
versehen, der vorzugsweise eine Dicke von ca. 30 mm be
sitzt. In dem Gehäuse 30 befinden sich benachbart zu gegen
überliegenden Wänden 30.1, 30.2 die Pumpen 24, 25, die je
weils mit als Elektromotor ausgeführten Pumpenantrieben 34
und 35 versehen sind. Diese Pumpenantriebe 34, 35 er
strecken sich parallel zueinander, wobei in dem Zwischen
raum, der durch den Abstand der Pumpenantriebe 34 und 35
gebildet ist, eine Regelelektronik 32 angeordnet ist.
Die Ventile 21, 22, 23 sind mit elektromechanischen Antrie
ben bestückt, wobei aus der Darstellung in Fig. 3 lediglich
die Antriebe 21.1 und 23.1 zu sehen sind. Während die bei
den Ventile 21 und 23 parallel zueinander verlaufen, ist
das Ventil 22 im wesentlichen orthogonal dazu angeordnet.
Die Verbindungsleitungen 27, 28, 29, die den Flüssigkeits
ring bilden, sind ebenfalls aus Fig. 3 zu ersehen. Das Ven
til 23 ist über ein Rohrstück 36 mit der zweiten Pumpe 25
verbunden, wobei an diesem Rohrstück 36 ein Temperaturfüh
ler 33 angeordnet ist, welcher mit der Regelelektronik 32
verbunden ist. An den Gehäusewänden 30.1 und 30.2 sind die
Anschlüsse für die Zulauf- und Rücklaufleitungen 15 bis 20
vorgesehen.
Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß
Fig. 3. Für gleiche Teile stimmen die Bezugszeichen mit
denjenigen der Fig. 3 überein. Aus der Darstellung in Fig.
4 ergibt sich, daß die beiden Pumpen 24 und 25, bezogen auf
den Innenraum des Gehäuses, diametral zueinander angeordnet
sind, wodurch genügend Raum geschaffen ist, um die Regel
elektronik 32 zwischen den Pumpen bzw. deren Antrieben an
zuordnen. Es ist außerdem möglich, zusätzlich zu dem Tempe
raturfühler 33 an dem Rohrstück 36 zwischen dem Ventil 23
und der zweiten Pumpe 25 weitere Temperaturfühler anzuord
nen, wobei es gemäß Fig. 4 als zweckmäßig angesehen wird,
einen weiteren Temperaturfühler 37 dem Anschlußstutzen des
Ventils 21, an den die Rücklaufleitung 16 vom Verdampfer
angeschlossen ist, zuzuordnen und einen weiteren Tempera
turfühler 38 an der Verbindungsleitung 28 zwischen den Ven
tilen 22 und 23 vorzusehen. In Fig. 4 ist der Antrieb 22.1
für das Ventil 22 zu sehen.
In den Fig. 3 und 4 ist die Ummantelung des Gehäuses 30 mit
Isoliermaterial 31 beschrieben. Es ist jedoch ebenso mög
lich, anstelle der Ummantelung das Isoliermaterial 31 an
der Innenseite der Gehäusewände vorzusehen. Dabei liegen
dann die Gehäusewände auf der Außenseite, was den Vorteil
hat, daß das formsteife und harte Gehäuse 30 eine Beschädi
gung der Isolierschicht gegen mechanische Einwirkungen ver
hindert.
Die Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante
zu Fig. 3, wobei der innerhalb des Gehäuses 30 zwischen den
eingebauten Komponenten wie Ventilen, Pumpen, Verbindungs-
und Anschlußrohren sowie der Regelelektronik verbleibende
Hohlraum mit einem Isoliermaterial 40 gefüllt ist. Hierfür
eignet sich insbesondere ein schäumbares Polypropylen, das
eine geringe Dichte und somit auch ein geringes Gewicht
hat. Auf diese Weise wird nicht nur eine hervorragende
thermische Isolierung aller Bauteile gegen das Gehäuse er
reicht, es sind auch alle Bauteile in ihrer Lage gesichert,
so daß die Einwirkung von Schwingungen oder Stößen auf das
Gehäuse ohne Folgen für die sichere Verbindung und Lage
bleibt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 bildet das Gehäuse
30 die Außenseite der Anordnung, wobei das Gehäuse 30
beispielsweise aus Metall oder einem anderen harten und
formstabilen Material besteht.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Ausschnitte des Gehäuses 30 mit der
Pumpe 25 bzw. dem Pumpenantrieb 35. In dieser Ausführungs
form ist der Pumpenantrieb 35 in unmittelbarem Kontakt mit
dem metallischen Gehäuse 30 angeordnet. Diese Maßnahme be
wirkt, daß die vom Pumpenantrieb entwickelte Wärme von dem
Gehäuse 30 abgeleitet wird. Um die Wärmeabfuhr zu verbes
sern, ist in einem Bereich entlang des Pumpenantriebs 35
das Gehäuse 30 doppelwandig ausgeführt, wobei zwischen pa
rallelen Wandteilen 42 und 43 ein Kühlluftkanal 44 gebildet
ist, an dessen unterem Ende eine Eingangsöffnung 45 und
dessen oberem Ende eine Austrittsöffnung 46 vorgesehen
sind. Im übrigen sind die Pumpe 25 und der Pumpenantrieb 35
in dem Isoliermaterial eingebettet, so daß eine Isolierung
gegen die anderen Komponenten gegeben ist.