DE19932691A1

DE19932691A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19932691A1
Application number: DE19932691A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Hesse; Dietmar Steiner; Armin Marko
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2001-01-25
Also published as: ITMI20001569A1; JP2001039154A; IT1318146B1; ITMI20001569A0; US6539730B1; ES2196933A1; ES2196933B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums eines mit einer herkömmlichen Klimaanlage ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, insbesondere im Stand, das dadurch gekennzeichnet ist, dass beim Betrieb der Klimaanlage im Fahrbetrieb anfallendes Kondenswasser aufgefangen und die dem Innenraum zugeführte Zuluft oder die aus dem Innenraum fortgeführte Fortluft mit dem aufgefangenen Wasser, insbesondere im Stand des Kraftfahrzeugs, befeuchtet und damit durch Verdunstungskühlung gekühlt wird, wobei in letzterem Fall die angesaugte Außenluft über einen Wärmetauscher von der gekühlten Fortluft vorgekühlt wird (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums eines mit einer herkömmlichen Klimaanlage ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, insbesondere im Stand.

Sonnenexponierte, parkende Fahrzeuge erreichen schnell hohe Innenraumtemperaturen, z. B. über 80°C. Die Innen raumtemperatur stellt sich in Abhängigkeit von der Wagengröße, Wagenfarbe, der Farbe und Beschaffenheit der Inneneinrichtung, der Außentemperatur, der Strahlungs leistung der Sonne, der Durchlässigkeit und Größe der Fensterflächen (Wärmequelle des Fahrgastraums) und dem Wärmewiderstand der Karosserie (Senke) ein. Hohe Innen raumtemperaturen reduzieren den Fahrkomfort und führen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch durch die Klimaanlage, die dann zu Beginn der Fahrt voll belastet ist. Im Extremfall laufen die Motoren stehender Fahrzeuge stundenlang, um dieses Aufheizen zu vermeiden.

Zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen im Stand sind bereits Vorschläge gemacht worden, die zumeist apparativ sehr aufwendige Prozesse verwenden, wie elektrische Kompressoren, Sorptionsprozesse und andere.

Aus der Gebäudeklimatisierung sind bereits Techniken bekannt, mit denen eine Kühlung durch Befeuchtung der aus Gebäuden fortgeführten Luft durchgeführt wird (siehe Ki 11/94, S. 545-550: Ki Luft- und Kältetechnik 11/94, T. Rakoczy in "Kühlung durch Fortluftbefeuchtung bei RLT- Anlagen" und Ki 2/94, Seiten 64-65: Ki Luft- und Kältetechnik, G. Heinrich in "Kälteanlagen mit dem Verdunstungseffekt"). Für den Kraftfahrzeugbereich problematisch ist hierbei der hohe Wasserverbrauch, was ein Nachtanken von Wasser unbedingt notwendig machen würde, und das dadurch verursachte Mehrgewicht und die gegebenenfalls hohe Luftleistung der Ventilatoren.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aus den oben erwähnten Gründen stellt sich die Aufgabe, eine kostengünstige, einfache und mit geringem zusätz lichem Energieverbrauch auskommende Innenraumklimati sierung, insbesondere für stehende Kraftfahrzeuge (bei stehendem Motor) zu ermöglichen, die eine das elektrische Bordnetz schonende Klimatisierung ermöglicht und die Temperaturen im Innenraum geparkter Fahrzeuge wenigstens im Bereich des Außentemperaturniveaus halten, besser noch darunter senken kann.

Die obige Aufgabe wird prinzipiell durch ein die Ver dunstungskühlung von Wasser benutzendes Verfahren gelöst, was ein adiabatischer Prozess mit Luft ist. Beim Befeuchten von Luft ohne äußere Energiezufuhr oder -ab fuhr verschieben sich nämlich der sensible und der latente Anteil an der Gesamtenthalpie der Luft, d. h., die absolute Feuchte der Luft erhöht sich bei gleich zeitiger Senkung der Temperatur.

Technisch läßt sich dieser Prozess auf zwei verschiedene Arten nutzen: entweder kann die angesaugte Außenluft angefeuchtet und damit gekühlt werden. Alternativ kann auch die ausgeblasene und damit warme Fortluft aus dem Innenraum befeuchtet und gekühlt werden. Diese kann dann über einen Wärmetauscher die angesaugte Außenluft wiederum vorkühlen.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt ist ein die obige Aufgabe lösendes erfindungsgemäßes Verfahren zur Klimatisierung eines Innenraums eines mit einer herkömmlichen Klima anlage ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, insbesondere im Stand, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb der Klimaanlage im Fahrbetrieb anfallendes Kondenswasser aufgefangen und die dem Innenraum zugeführte Zuluft oder die aus dem Innenraum fortgeführte Fortluft mit dem aufgefangenen Wasser, insbesondere im Stand des Kraft fahrzeugs, befeuchtet und damit durch Verdunstungskühlung gekühlt wird, wobei in letzterem Fall die angesaugte Außenluft über einen Wärmetauscher von der gekühlten Fortluft vorgekühlt wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführte Zuluft oder die abgeführte Fortluft vor dem Befeuchten zusätzlich durch eine Lufttrocknung übertrocknet werden.

Dabei kann das bei der Lufttrocknung gespeicherte Wasser thermisch ausgetrieben und dem zur Verdunstungskühlung dienenden Wasser zugeführt werden.

Der gesamte Wasserverbrauch oder die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Standkühlung läßt sich abhängig von bestimmten Parametern, wie der Außentemperatur, der gewünschten Innentemperatur, der von der Klimaanlage aufgefangenen Wassermenge sowie von Kennwerten des Kraftfahrzeug optimierend steuern bzw. regeln.

Um das von der Klimaanlage aufgefangene Wasser in bestimmten Situationen zu ergänzen, kann ein Wasser reservoir vorgesehen sein.

Eine die obige Aufgabe lösende Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem die Zuluft dem Innenraum zuführenden oder die Fortluft abführenden Luftkanal eine Befeuchtungsturbine vorgesehen ist, in der das aus der herkömmlichen Klima anlage aufgefangene Kondenswasser und/oder Wasser aus dem Reservoir in feinem Strahl auf das schnell rotierende Turbinenrad so gespritzt wird, dass es zentrifugal nach außen geschleudert, zu feinen Tröpfchen zerstäubt und verdampft wird. Dabei kann nicht verdampftes Wasser in der Schnecke der Befeuchtungsturbine gesammelt und dem Prozess wieder zugeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Steuer- bzw. Regeleinheit in Prozessverbindung mit dem Wasser- und Kühlkreislauf enthalten, die den gesamten Wasser verbrauch oder die Kühlleistung der Standkühlung in Abhängigkeit von bestimmten Parametern, wie der Außen temperatur, der gewünschten Innenraumtemperatur, der aufgefangenen Wassermenge sowie abhängig von Kennwerten des Kraftfahrzeugs optimierend steuert bzw. regelt.

Diese Steuer- oder Regeleinheit kann in Wirkverbindung mit einer Fernbedien- oder Programmiereinheit stehen, mit der die Steuer- bzw. Regeleinheit zur Auswahl bestimmter Prozessgrößen und/oder Prozessabläufe der Verdunstungs kühlung steht.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung bezugnehmend auf die Zeichnungsfiguren im einzelnen beschrieben.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt schematisch Funktionsblöcke eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer direkten Befeuchtung des Zuluftstroms, zusammen mit der jeweiligen Temperatur und Luftfeuchtigkeit;

Fig. 2 zeigt schematisch Funktionsblöcke eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, durch das eine Befeuchtung des Abluftstroms und nach folgende Kühlung des Zuluftstroms erfolgt; und

Fig. 3 zeigt schematisch Funktionsblöcke eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Verdunstungskühlung zusätzlich zur Unter stützung der konventionellen Klimaanlage im Fahrzeug während der Fahrt verwendet wird.

Ausführungsbeispiele

Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt Fig. 1 in Form von Funktionsblöcken. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die in den Innenraum eines Fahrzeugs gesaugte Zuluft, die hier beispielsweise 30°C und 40% relative Feuchte hat, in einer Befeuch tungseinheit 1 mit der Befeuchtungsleistung 1 l/h be feuchtet, und dadurch verringert sich die Temperatur der Luft in der Befeuchtungseinheit auf 21°C und ihre Feuchte erhöht sich auf 90%. Die damit erreichbare Innenraumtemperatur im Cockpit ist 28°C bei einer relativen Feuchte von 58%. Der Wärmeeintrag beträgt dabei 500 W, und der Luftumsatz beträgt 240 kg/h.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten alternativen Ausführungs beispiel wird die aus dem Cockpit 2 ausgeblasene Luft mit dem aus der herkömmlichen Klimaanlage aufgefangenen Wasser in einer Befeuchtungseinheit 1 mit der Befeuchtungsleistung 1 l/h befeuchtet und dadurch gekühlt. Anschließend wird die in der Befeuchtungseinheit 1 gekühlte Luft in einem Wärmetauscher 3 dazu verwendet, die aus dem Außenraum angesaugte Luft vorzukühlen. Die wirksame Fläche des Wärmetauschers 3 beträgt 3 m². Die äußeren Bedingungen bei dem in Fig. 2 gezeigten alter nativen Ausführungsbeispiel sind dieselben wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, d. h. die Zuluft hat eine Temperatur von 30°C und 40% relative Feuchte. Die im Wärmetauscher 3 vorgekühlte Zuluft hatte eine Temperatur von 25°C und eine relative Feuchte von 54%. Damit werden im Cockpit 2 32°C bei 36% relativer Feuchte erreicht. Die Temperatur der durch die Befeuch tungseinheit 1 gekühlten, aus dem Cockpit fortgeführten Fortluft beträgt 21,5°C bei 90% relativer Feuchte, und die in die Umgebung entlassene Luft hat 26,6°C bei 66% Feuchte. Die Luftleistung war 240 kg/h und der Wärme eintrag betrug 500 W, wie bei dem System gemäß Fig. 1.

Die Effizienz der in den Fig. 1 und 2 durchgeführten Befeuchtungsarten läßt sich mit einem der Befeuchtung vorgeschalteten (nicht gezeigten) Lufttrockner, via Sorptionsmechanismen, mit Silica-Gel oder Zeolith noch weiter steigern. Die dort gespeicherte Feuchtigkeit kann thermisch ausgetrieben werden, z. B. durch die Abwärme des Motors, durch den Auspuff, die Standheizung, elek trisch oder durch thermischen Kontakt mit der heißen Kraftfahrzeugaußenhaut.

Fig. 3 zeigt schematisch Funktionsblöcke eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das erfindungsgemäße Standkühlsystem auch während der Fahrt zur Unterstützung der konventionellen Klima tisierung verwendet wird. Gemäß Fig. 3 wird bei der Fortluftbefeuchtung in einer Befeuchtungseinheit 1 die übertrocknete Fortluft aus dem Cockpit 2 des Fahrzeugs nachbefeuchtet. Sie kühlt über einen nachgeschalteten Wärmetauscher 3 die mit 30°C und 40% Feuchte ankommende Zuluft auf 19,5°C bei 75% relativer Feuchte vor und reduziert dadurch die Leistungsaufnahme der Kältemaschine 4 um 20-25%.

In Fig. 3 beträgt die Wärmelast des fahrenden Fahrzeugs 1500 W. Eingetragen sind auch hier die jeweiligen Temperaturen und die relative Feuchte der Zuluft, der Abluft, des Luftstroms vor der Kältemaschine 4, der von der Kältemaschine 4 ins Cockpit 2 strömenden Luft, der vom Cockpit 2 in die Befeuchtungseinheit 1 strömenden Luft und der aus der Befeuchtungseinheit 1 zum Wärmetauscher 3 strömenden Luft. Die Luftleistung beträgt 240 kg/h.

Für die Befeuchtungseinheit 1 der oben anhand den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich prinzipiell alle bekannten Befeuchtungsmechanismen, wie Scheibenzerstäuber, Düsen, benetzte Flächen usw. verwen den. Besonders bevorzugt ist der Einsatz einer soge nannten Befeuchtungsturbine. In der Befeuchtungsturbine wird das von der herkömmlichen Klimaanlage aufgefangene Wasser und/oder Wasser vom Reservoir in einem feinen Strahl auf das schnellrotierende Laufrad der Turbine gespritzt. Dabei wird es zentrifugal nach außen geschleudert, zu feinen Aerosolen zerstäubt und verdampft. Nicht verdampftes Wasser kann in der Schnecke der Befeuchtungsturbine gesammelt und wieder verwendet werden.

Eine in den Fig. 1 bis 3 nicht gezeigte Steuer- oder Regeleinheit kann für eine optimierende Steuerung bzw. Regelung des gesamten Wasserverbrauchs oder der Kühl leistung der Standkühlung abhängig von bestimmten Para metern, wie Außentemperatur, Isttemperatur im Cockpit, gewünschte Cockpittemperatur, von der Klimaanlage aufge fangene Wassermenge sowie von Kennwerten des Kraft fahrzeugs ausgeführt werden. In Wirkverbindung mit der Steuer- oder Regeleinheit kann eine Programmier- oder Fernbedieneinheit stehen, mit der sich bestimmte Prozess größen und/oder Prozessabläufe der Verdunstungskühlung auswählen lassen. Die Kombination mit einem solar betriebenen Ventilator zur Standentlüftung des Innenraums kann vorteilhaft sein.

Geruchsbelästigung oder die Bildung einer störenden Flora oder Fauna im Wasserreservoir, in dem das Kondenswasser der Klimaanlage aufgefangen wird, kann z. B. durch Ultra violettlichtentkeimung, Beheizung des Reservoirs auf über 60°C oder durch Zugabe chemischer Mittel vermieden werden.

Prinzipiell läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren, das in einer konventionellen Klimaanlage gewonnenes Kondens wasser aus der Entfeuchtung der Luft auffängt und mit diesem die in einen Innenraum eingesaugte Zuluft oder die Fortluft zur Verdunstungskühlung befeuchtet, nicht nur bei Fahrzeugen sondern auch bei stationären Systemen, z. B. zur Gebäudeklimatisierung anwenden.

Claims

1. Verfahren zur Klimatisierung eines Innenraums eines mit einer herkömmlichen Klimaanlage ausgerüsteten Kraft fahrzeugs, insbesondere im Stand, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb der Klimaanlage im Fahrbetrieb anfallendes Kondenswasser aufgefangen und die dem Innen raum zugeführte Zuluft oder die aus dem Innenraum fortgeführte Fortluft mit dem aufgefangenen Wasser, insbesondere im Stand des Kraftfahrzeugs befeuchtet und damit durch Verdunstungskühlung gekühlt wird, wobei in letzterem Fall die angesaugte Außenluft über einen Wärme tauscher von der gekühlten Fortluft vorgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die dem Innenraum zugeführte Zuluft oder die fortgeführte Fortluft vor ihrer Befeuchtung durch Lufttrocknung übertrocknet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Lufttrocknung gespeicherte Wasser thermisch ausgetrieben und dem zur Verdunstungskühlung dienenden Wasser zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine optimierende Steuerung bzw. Regelung des gesamten Wasserverbrauchs oder der Kühlleistung der Standkühlung abhängig von bestimmten Parametern, wie Außentemperatur, gewünschte Innenraum temperatur, aufgefangene Wassermenge sowie von Kennwerten des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserreservoir vorge sehen ist, dessen Wasser das bei der herkömmlichen Klimatisierung aufgefangene Wasser ergänzen oder ersetzen kann.

6. Verwendung des Verfahrens nach einem der voran gehenden Ansprüche zur Unterstützung einer herkömmlichen Kraftfahrzeugklimaanlage während der Fahrt des Kraftfahr zeugs, wobei übertrocknete Fortluft vor dem Verlassen des Fahrzeugs nachbefeuchtet wird und die Zuluft über den Wärmetauscher vorkühlt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befeuchtungsturbine in einem die Luft dem Innenraum zuführenden oder die Fortluft abführenden Luftkanal vorgesehen ist, in welcher das aus der herkömmlichen Klimaanlage aufgefangene Kondenswasser und/oder Wasser aus dem Wasserreservoir in feinem Strahl auf das schnell rotierende Turbinenrad so gespritzt wird, dass es zentrifugal nach außen geschleudert, zu feinen Tröpfchen zerstäubt und verdampft wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nicht verdampftes Wasser in der Schnecke der Befeuchtungsturbine gesammelt und dem Prozess wieder zugeführt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Steuer- bzw. Regeleinheit in Prozess verbindung mit dem Wasser- und Kühlkreislauf vorgesehen ist, die den Gesamtwasserverbrauch optimiert oder die Kühlleistung der Standklimatisierung in Abhängigkeit von bestimmten Parametern, wie Außentemperatur, gewünschte Innenraumtemperatur, aufgefangene Wassermenge sowie von Kennwerten des Kraftfahrzeugs steuert bzw. regelt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fernbedien- oder Programmiereinheit in Wirkverbindung mit der Steuer- bzw. Regeleinheit zur Auswahl bestimmter Prozessgrößen und/oder Prozessabläufe der Verdunstungskühlung steht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entkeimungsvorrichtung das Wasser im Reservoir zur Verhinderung von Geruchs belästigung oder der Verbreitung von Krankheitskeimen einer Entkeimung unterzieht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, dass die Entkeimung durch UV-Bestrahlung oder Erhitzung des Wassers im Reservoir auf oder über 60°C erfolgt.