-
Die
motorischen Antriebe von Fahrzeugen haben inzwischen einen sehr
hohen Grad der Kraftstoffverwertung erreicht. Dadurch reduziert
sich der Anteil von Abwärme immer mehr, die man zur Heizung
des Innenraums der Fahrzeuge nutzbar machen kann. Das gilt schon
für gewerbliche Fahrzeuge, wie beispielsweise Lastfahrzeuge.
Erst recht gilt dies für Personenkraftfahrzeuge einschließlich
Omnibusse, die eine wirksame Innenheizung verlangen.
-
Parallel
zu dieser Entwicklung werden die Bedürfnisse eines hohen
Komforts immer größer, der je nach den äußeren
klimatischen Bedingungen außer der Möglichkeit,
den Innenraum für Personen angenehm oder für Nutzgüter
passend zu erwärmen, auch bedarfsweise eine angemessene
Kühlung des Innenraums verlangen. Zu diesem Zweck haben
sich sogenannte HVAC Anordnungen eingebürgert, d. h. Heizungs
(heating)-, Lüftungs (Ventilation)-, Klimatisierungs(AirConditioning)-Systeme.
-
Mit
der Zunahme solcher HVAC Anordnungen steigt auch der Bedarf der
zu deren Betrieb erforderlichen Kältemittel als innere
Wärmeübertragungsfluide immer mehr an. Bisher
sind dabei weitgehend noch solche Kältemittel gebräuchlich,
die in einem Kältekreislauf mit unterkritischer Betriebsweise
und damit auch nach relativ geringen inneren Druckbeanspruchungen
betrieben werden können. Die dafür geeigneten
Kältemittel – insbesondere die gebräuchlichen
FKWs wie das handelsübliche R134a – haben sich
jedoch als sehr umweltschädlich herausgestellt, wenn sie
in die freie Atmosphäre geraten, nur beispielsweise durch
Leckage oder freiwerden bei Beschädigung oder Entsorgung.
-
In
den letzten Jahren wurden daher schon Überlegungen angestellt,
HVAC-Anordnungen mit überkritischem Betrieb ihres Kältemittels
zu betreiben, denn hierfür eignet sich als Kältemittel
beispielsweise CO2, das unter dem Handelsnamen R744 auf dem Markt
ist. Obwohl auch CO2 zur Klimaerwärmung beiträgt,
wird der unmittelbare Beitrag zur Klimaerwärmung um den
Faktor 1300 kleiner bewertet, als im Falle von CO2. Überkritisch
arbeitende Anordnungen zum Klimatisieren eines Fahrzeugs zeigen beispielsweise
EP 0424 474 B1 ,
DE 44 32 272 C2 und
DE 102 23 712 C1 .
Diese bekannten Anordnungen beziehen bisher den Kühlmittelkreislauf
des Antriebs des Fahrzeugs nicht mit in die Auslegung der Anordnung
zum Klimatisieren des Fahrzeugs mit ein.
-
Eine
solche Einbeziehung erfolgte am 6. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium
2004 an der Fachhochschule Karlsruhe, präsentiert von den
Herren Alber und Wetzel der Firmen SiemensVDO und Modine (21 Seiten
des Präsentationspapiers in Anlage).
-
Die
Erfindung geht im Oberbegriff von Anspruch 1 von dieser bekannten
Anordnung aus.
-
Bei
dieser bekannten Anordnung ist ein geschlossener Kältemittelkreislauf,
dessen Kältemittel CO2 ist, im überkritischen
Zustand sowohl in einem Heizmodus als auch in einem Kühlmodus
betreibbar. Im Heizmodus dient in einem sekundären Kreislauf das
Kühlmittel des Antriebsmotors als sekundäres Wärmetauschfluid
und wird von dem im Heizmodus befindlichen ersten Kältemittelkreislauf
zusätzlich aufgeheizt. Im Kühlmodus des ersten
Kältemittelkreislauf bleibt die Kühlflüssigkeit
des Antriebsmotors unberücksichtigt, vielmehr wird die
Kälte über eine Verrippung des Verdampfers des
ersten Kältemittelkreises direkt an den Innenraum des Fahrzeugs
abgegeben.
-
Alle
erwähnten Anordnungen zum Klimatisieren eines Fahrzeugs
mittels eines im überkritischen Zustand betrieben Kältemittelkreislaufs
haben folgende grundsätzliche Nachteile:
Wesentliche
Teile des primären bzw. ersten Kältemittelkreislaufs
wie beispielsweise dessen Verdampfer sind im zu klimatisierenden
Innenraum des Fahrzeugs angeordnet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass
selbst die Niederdruckseite dieses primären Kältemittelkreislaufs
mit dem Kältemittel CO2 bzw. R744 regelmäßig
einen sehr hohen Innendruck hat. Auf der Hochdruckseite ist im Betrieb
der Innendruck noch etwa deutlich höher. Im Falle irgend
einer Instabilität kann sich dieser Innendruck explosionsartig entladen
und dabei nur beispielsweise geladene Güter und Strukturelemente
des Fahrzeugs oder gar Personen verletzen oder töten.
-
Leckagen
von CO2 können darüber hinaus zu Gesundheitsgefährdungen
von Personen führen, die sich im Innenraum des Fahrzeugs
befinden.
-
Der
Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung zum Klimatisieren eines Fahrzeugs mit Hilfe eines überkritisch
betriebenen inneren Wärmetauschfluids zu schaffen, deren
in von hohem Druck beaufschlagten Komponenten in baulich einfacher
Weise außerhalb des klimatisierten Innenraums des Fahrzeugs
oder wenigstens fern von dessen gefährdeten Bereichen angeordnet
werden können, um so Folgen eines etwaigen Explosionsartigen
Berstens von Komponenten der Anordnung besser vorzubeugen und auch
etwaige Leckagestellen fern von Bereichen, an denen Passagiere Luft des
Innenraums des Fahrzeugs einatmen, positionieren zu können.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch eins
gelöst.
-
Bei
der Anordnung nach der Erfindung wird die Kühlflüssigkeit – bzw.
allgemeiner die Temperierflüssigkeit – nicht nur
zur Erwärmung des Innenraums genutzt, sondern allgemein
als sekundäres Wärmetauschfluid eines zweiten
Kreislaufs, der mit dem ersten Kreislauf sowohl in Heizmodus als
auch in dessen Kühlmodus im Wärmetausch steht
und somit auch zur Kühlung des Innenraums des Fahrzeugs nutzbar
gemacht wird. Dabei braucht betriebsabhängig lediglich
der Kühlkreislauf des Antriebs des Fahrzeugs zeitweise
von dem mit dem gleichen Kältemittel gefüllten
sekundären Kühlkreislauf abgekoppelt zu werden.
Im Vergleich mit der bekannten Anordnung des Symposiums am 17. September
2004, von der die Erfindung ausgeht, wird insbeson dere der Verdampfer
des überkritisch betriebenen ersten Kreislaufs nicht mehr
zur direkten Abgabe von Kühlleistung an den Innenraum des
Fahrzeugs verwendet, sondern kann sogar fern vom zu klimatisierenden
Innenraum des Fahrzeugs angeordnet werden. Entsprechendes gilt auch
für alle anderen berst- oder leckageempfindlichen Bauelemente
des ersten Kreislaufs. Nach der Erfindung wird vielmehr auch im Kühlmodus
die Kühlleistung über das dann vom Kühlkreislaufs
des Antrieb des Fahrzeugs abgekoppelten zweiten Kreislauf an eine
Wärmetauscheinrichtung übertragen, die ihrerseits
an ihrer zweiten äußeren Seite die Kühlleistung
an den Innenraum des Fahrzeugs abgibt. Der sekundäre Kreislauf
wird dabei typischerweise von 1 bis 1,5 bar Überdruck, betrieben
und ist dabei weder besonders berst- noch leckageempfindlich.
-
Die
Ansprüche 2 bis 4 zeigen, wie im Rahmen der Erfindung in
einem ganz überraschenden Ausmaß die Verwendung
von erforderlichen Bauteilen rationalisiert werden kann, indem jeweils
gleiche Bauteile für die Betriebsweisen im Heizmodus und
im Kühlmodus genutzt werden.
-
Anspruch
5 betrifft den Optimalfall, den gesamten überkritisch betriebenen
ersten Kreislauf mitsamt all seinen Komponenten außerhalb
des zu klimatisierenden Innenraums anzuordnen. Gemäß Anspruch
6 wird die Anordnung gemäß der Erfindung auch
auf den Fall ausgedehnt, dass statt eines flüssigkeitsgekühlten
Verbrennungsmotors – oder als Hilfsaggregat neben diesem – ein
batteriebetriebener elektromotorisch betriebener Antrieb vorgesehen
ist, dessen Batterie auf einer optimalen Betriebstemperatur gehalten
wird.
-
Mit
Anspruch 7 wird insbesondere die Möglichkeit erfasst, die
Fördermittel der Kühlflüssigkeit des
motorischen Antriebs zum fördern des ja materiell identischen
zweiten Wärmetauschfluids im zweiten Kreislauf mit nutzbar
zu machen und in soweit eigene Fördereinrichtungen in diesem
zweiten Kreislauf ganz oder teilweise abschalten zu können.
Das gilt insbesondere im Heizmodus, wenn der motorische Antrieb
ein Verbrennungsmotor oder ein batteriebetriebener Antrieb bei niederer
Außentemperatur ist, oder im Kühlmodus, wenn ein
batteriebetriebener Antrieb bei hoher Außentemperatur gekühlt
ist.
-
Im
Rahmen der Erfindung wird sowohl im Kühl- als auch im Heizmodus
die betreffende Klimatisierungsleistung vom zweiten, mit der Kühlflüssigkeit des
motorischen Antriebs gespeisten Kreislauf über eine (die
zweite) Wärmetauscheinrichtung an den Innenraum des Fahrzeugs
abgegeben.
-
Anspruch
8 betrifft dabei den Fall, dass dabei im Stand oder Fahrbetrieb
verschiedene Bereiche des Innenraums des Fahrzeugs unterschiedlich
und gegebenenfalls in zeitlicher Folge klimatisiert werden sollen
und dabei auch vorzugsweise erforderlichenfalls Wärmeenergie
oder Kälteleistung an den motorischen Antrieb übertragen
werden soll. Als Mittel wird dabei eingesetzt, die genannte sekundäre
Wärmetauscheinrichtung funktionsgerecht in einzelne Wärmetauschsektionen
zu unterteilen und gegebenenfalls auch die ganze Wärmetauscheinrichtung oder
einzelne Sektionen im Bypass zu umgehen.
-
Grundsätzlich
können mehrere derartige Sektionen in Serie, parallel oder
gemischt in Serie und parallel geschaltet werden.
-
Die
einzelnen Sektionen kann man somit bedarfsgerecht von vornherein
dimensionieren. Anspruch 9 betrifft den bevorzugten Fall einer Parallelschaltung
der Sektionen, bei der bei vorgegebener Dimensionierung besonders
vorteilhaft auch noch eine Feinjustierung durch Einstellung des
Massenstroms durch die betreffende Wärmetauschsektion mittels
einer Ventileinrichtung vorgenommen sein kann.
-
Anspruch
10 betrifft den Fall, dass mittels gesonderter Sektionen einerseits
thermisch auf den Temperierkreislauf des motorischen Antriebs Einfluss genommen
werden kann, und andererseits ein Wärmetausch auch vom
restlichen Kreislauf des zweiten Wärmetauschfluids unabhängig
davon abgeleitet werden kann. Dies hat besondere Bedeutung dann, wenn
die betreffende Sektion im Kühlmodus vom Temperierkreislauf
des motorischen Antriebs abgetrennt ist, dann kann sie nur beispielsweise
gemäß Anspruch 11 zur Luftentfeuchtung in der
Region des Temperierkreislaufs des motorischen Antriebs nutzbar
gemacht werden.
-
Anspruch
12 betrifft den Fall, bei der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen
Anordnung zunächst eine bestimmte Stelle des zu klimatisierenden Innenraums
des Fahrzeugs klimatisch zu beaufschlagen, eine Maßnahme,
die zur Defrostung des Fahrerplatzes von besonderer Bedeutung ist.
-
Gemäß Anspruch
13 kann die erfindungsgemäße Anordnung auch über
einen sonst absperrbaren Bypass zu einer Vortemperierung des motorischen
Antriebs genutzt werden, um nach dem Start des Fahrzeugs den motorischen
Antrieb ohne größeren Zeitverlust auf die Betriebstemperatur
bringen zu können.
-
Gemäß Anspruch
14 kann die erfindungsgemäße Anordnung zugleich
auch als zusätzliche Temperierungsquelle nutzbar gemacht
werden, insbesondere gemäß Anspruch 15 zur ergänzenden
Temperierung der Temperierflüssigkeit des motorischen Antriebs
oder auch gemäß Anspruch 16 sogar als Standheizung.
Für diesen Anwendungsfall ist lediglich sicherzustellen,
dass auch bei dtehendem Antriebsmotors des Fahrzeugs die Verdichtereinrichtung
und eventuelle Zusatzaggregate, wie etwa Ventilatoren und Pumpen
noch einen Hilfsantrieb haben, wie beispielsweise einen Elektroantrieb,
der von einem externen Netz gespeist werden kann, falls die Batteriekapazität
des Fahrzeugs nicht ausreicht.
-
Zur
Steuerung der verschiedenen Wärmetauschsektionen und gegebenenfalls
unter Umgehung derer mittels eines Bypass kann jede beliebige mechanische,
elektrische, elektronische oder auch digitale Steuereinrichtung
eingesetzt werden. Besonders einfach und zugleich robust ist dabei
der Einsatz konventioneller hydraulischer Mehrwegeschaltmittel gemäß Anspruch
17.
-
Anspruch
18 betrifft ausdrücklich die schon weiter oben als optimal
bezeichnete Anordnung aller vom ersten Wärmetauschfluid
und somit unter hohem Druck innenbeaufschlagten Komponenten des ersten
Kreislaufs außerhalb des zu klimatisierenden Innenraums,
und zwar hier speziell im Motorraum – eine durch die erfindungsgemäß möglich
gewordene Kompaktheit der Anordnung eröffnete unauffällige und
unkritische Bauweise.
-
Die
erfindungsgemäße Anordnung lässt sich bei
jedem Fahrzeug einsetzen, dessen Antriebsmotor durch eine Flüssigkeit
temperiert ist, die als sekundäres Kühlmedium
geeignet ist.
-
Dies
trifft insbesondere für Verbrennungsmotoren, wie auch auf
als äquivalenten Ersatz oder Ergänzung von Antriebsmotoren,
wie den oben genannten Verbrennnungsmotoren zu.
-
Insbesondere
kommen dabei straßen- oder schienengebundene Nutzfahrzeuge
in Frage, darunter insbesondere Omnibusse für den Personenverkehr.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 ein
Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.
-
2 eine
baulich reduzierte Anordnung der Schaltung gemäß 1.
-
3 eine
baulich reduzierte Anordnung der Schaltung gemäß 2.
-
4 einen
schematischen Längsschnitt durch einen Omnibus mit Konzentrierung
einer erfindungsgemäßen Anordnung, beispielsweise
gem. 1, 2 oder 3, im Motorraum
des Omnibusses.
-
4a eine
Variante von 4 mit eigenständiger
Klimatisierung des Fahrerplatzes.
-
5 eine
spezielle Anordnung im zweiten Kreislauf der 1, 2 oder 3 zur
Unterteilung der Klimatisierung des Innenraumes in verschiedene
Klimazonen.
-
5a eine
funktionelle Darstellung der Anordnung von 5 in Betriebsweise
als Ergänzungsheizung.
-
5b eine
funktionelle Darstellung der Anordnung von 5 in Betriebsweise
als Defrosterheizung und
-
5c eine
funktionelle Darstellung der Anordnung von 5 im Kühlbetrieb.
-
In 6 und
den 6a bis 6c sind
die Schaltungen gemäß den Prinzipdarstellungen
der 5 und 5a bis 5c jeweils
mittels eines einzigen Dreistellungsschiebers realisiert.
-
Die
Anordnung zum Klimatisieren eines Fahrzeugs gemäß 1 weist
einen überkritisch betreibbaren ersten Kreislauf 2 sowie
einen zweiten Kreislauf 16 auf, die miteinander im Wärmetausch Wechselwirken.
-
Als
inneres "erstes" Wärmetauschfluid des ersten Kreislaufs
kommt insbesondere CO2 in Frage. Als inneres "zweites" Wärmetauschfluid
des zweiten Kreislaufs 16 dient Temperierflüssigkeit,
insbesondere Kühlflüssigkeit, des Temperierkreislaufs 24 für
den motorischen Antrieb 26 des Fahrzeugs.
-
Der
erste Kreislauf 2 ist in einem Kühlmodus 2a und
in einem Heizmodus 2b jeweils in einem geschlossenen Kreislauf
betreibbar. Sowohl im Kühlmodus 2a als auch im
Heizmodus 2b wird das erste Wärmetauschfluid durch
eine Verdichtereinrichtung 4 komprimiert und dann im zugehörigen
Kreislauf einer zugeordneten Expansionseinrichtung, nämlich
im Kühlmodus 2a der Eingangsseite 8a der
ersten Expansionseinrichtung 8 und im Heizmodus 2b der
Eingangsseite 12a der zweiten Expansionseinrichtung 12 zugeleitet.
Der Bereich des jeweiligen Kreislaufs zwischen der zugehörigen
Verdichtereinrichtung 4 und den Eingangsseiten 8a bzw. 12a der
zugehörigen Expansionseinrichtung 8 bzw. 12 ist
die jeweilige Hochdruckseite des ersten Kreislaufs 2.
-
Auf
der Niederdruckseite des jeweiligen Kreislaufs ist die Ausgangsseite 8b bzw 12b der
jeweiligen Expansionseinrichtung 8 bzw. 12 an
die erste Seite 10a bzw. 14a einer somit niederdruckseitigen ersten
Wärmetauscheinrichtung 10 bzw. zweiten Wärmetauscheinrichtung 14 angeschlossen,
um von dort zum Eingang der Verdichtereinrichtung 4 zurückgeführt
zu werden. Der Bereich zwischen dem jeweiligen Ausgang der Expansionseinrichtung 8 bzw.
der Expansionseinrichtung 12 und dem Eingang der Verdichtereinrichtung 4 beschreibt
die Niderdruckseite des Kreislaufs 2.
-
Im
Kühlmodus 2a des Kreislaufs 2 ist in
dessen Hochdruckseite eine Seite eines Gaskühlers 6 eingeschaltet,
der auch in der fachsprache als hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung
bezeichnet wird. Die andere Seite dieser Wärmetauscheinrichtung
steht mit Umgebungsluft im Wärmetausch. Im Heizmodus 2b entfällt
die Funktion des Gaskühlers. Wenn wie in 1 der
Kühlmodus 2a und der Heizmodus 2b gesondert
ausgebiltet sind und wahlweise durch eine Dreiwegeschaltung 3 in
beliebiger ventilmässiger Realisierung (Dreiwegeventil,
zwei Zweigeventile, etc.) in Betrieb genommen werden können, kann
im Heizmodus 2b der Gaskühler 6 gänzlich
entfallen. Bei nachfolgend noch im Detail beschriebenen vereinfachten
Anordnungen kann er auch statt dessen im Heizbetrieb 2b umgangen
werden.
-
Bei
der Anordnung gemäß der Figur 1 ist
dem Kühlmodus 2a und dem Heizmodus 2b die selbe
Verdichtereinrichtung 4 gemeinsam. Das führt auch
dazu, dass hierbei die ersten Seiten 10a bzw 14a der
ersten Wärmetauscheinrichtung 10 des Kühlmodus 2a und
der zweiten Wärmetauscheinrichtung 14 des Heizungsmodus 2b schaltungsmässig miteinander
verbunden bleiben können. In nicht dargestellter Weise
könnte man aber auch unter Aufgabe dieser Verbindung und
unter Verzicht auf die Dreiwegeschaltung 3 für
den Kühlmodus 2a und den Heizmodus 2b auch
jeweils einen unabhängigen Kreislauf mit jeweils eigener
Verdichtereinrichtung vorsehen.
-
Der
zweite Kreislauf 16 dient dazu, die im ersten Kreislauf 2 im
Kältemodus 2a gewonnenen Kälteleistung
oder die im Heizmodus 2b gewonnene Heizleistung an den
zu klimatisierenden Innenraum 20 zu übertragen.
Hierzu ist zur wärmetauschmäßigen Kopplung
des zweiten Kreislaufs 16 an den Kreislauf 2 der
zweite Kreislauf 16 in Parallelschaltung an die zweiten
Seiten 10b und 14b der ersten Wärmetasucheinrichtung 10 bzw
der zweiten Wärmetauscheinrichtung 14 angeschlossen.
Ausserdem verläuft der zweite Kreislauf 16 durch
die jeweils erste Seite 18a bzw. 22a einer Kühleinrichtung 18 bzw. einer
Heizeinrichtung 22, deren jeweils im Wärmetausch
angekoppelten zweiten Seiten 18b und 22b ihrerseits
im Wärmetausch mit dem zu klimatisierenden Innenraums des
Fahrzeugs 20 stehen.
-
Der
zweite Kreislauf 16 hat dabei Betriebsweisen. In der ersten
Betriebsweise des zweiten Kreislaufs ist er in den Kühlkreislauf
des motorischen Antriebs 26 mit einbezogen. In der zweiten
Betriebsweise des zweiten Kreislaufs 16 ist dieser in sich
geschlossen mit eigener Fördereinrichtung 30 seines inneren
Wärmetauschfluids. Dies entspricht den beiden Stellungen
einer Dreiwegeschaltung 28, die in der ersten Betriebsweise
den Kühlkreislauf 24 des motoriscxhen Antriebs 26 mit
einbezieht und diesen in der zweiten Betriebsweise gem. Der in 1 dargestellten
Schaltung abkoppelt.
-
Es
versteht sich für den Fachmann, dass die Anordnung gemäß 1 in
an sich bekannter Weise vielfältig weitergebildet werden
kann. So kann beispielsweise im ersten Kreislauf 2 ein
innerer Wärmetauscher zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite
angeordnet sein. Ebenso ist üblicherweise im Kreislauf 2 ein
niederdruckseitiger Sammler vorsehbar. Ausserdem sind. Ausserdem
sind gemäß den normgerechten Darstellungen der
wärmetauschenden Einrichtungen 6, 18 und 22 diese
mit zugehörigen Luftfördereinrichtungen sekundärseitig
ausgestattet.
-
2.
In der baulichen Vereinfachung von 1 gemäß 2 sind
die erste Wärmetauscheinrichtung 10 und die zweite
Wärmetauscheinrichtung 14 zu einer einzigen Wärmetauscheinrichtung 10, 14 zusammengefasst.
Die Dreiwegeschaltung 3 ist hierzu nur noch dazu vorgesehen,
im Heizmodus 2b den im Kühlmodus 2a einbezogenen
Gaskühler 6 zu umgehen. Im zweiten Kreislauf 16 bedeutet
die Reduzierung auf eine einzige erste und zugleich zweite Wärmetauscheinrichtung 10, 14 auch,
dass die Kühleinrichtung 18 und die Heizeinrichtung 22 ebenfalls
zu einier einheitlichen Wärmetauscheinrichtung 18, 22 zusammengefaßt
sind.
-
Zur
Vermeidung von Wiederholungen wird sonst auf 1 Bezug
genommen, mit deren Anordnung 2 sonst übereinstimmt.
-
3 Einen
weiteren Vereinfachungsschritt zeigt 3 in weiterer
Vereinfachung von 2.
-
In 3 ist
nur noch anstelle der jeweiligen ersten Expansionseinrichtung 8 und
der zweiten Expansionseinrichtung 12 von 1 nur
noch eine einzige Expansionseinrichtung 8, 12 vorge sehen,
so dass im Heizmodus 2b des Kreislaufes 2 der
Gaskühler 6 des Kühlmodus 2a echt
bypassmäßig hochdruckseitig in strömungsrichtung
vor der einzigen beiden Modi gemeinsamen Expansionseinrichtung umgangen
wird.
-
In 4 ist
die Anordnung gemäß 3 in einem
Omnibus 21 realisiert. Dieser weist in seinem Vorderteil
den zu Klimatisierenden Innenraum 20 auf, der durch eine
wärmedämmemde Zwischenwand 23 von einem
hinteren nicht klimatisierten Abteil 25 abgetrennt ist.
Dieses dient einerseits als Motorraum des Omnibusses. Dementsprechend
ist in diesem Abteil 25 der motorische Antrieb 26 von 3 angeordnet.
Ebenso sind in diesem Abteil 25 alle anderen wesentlichen
Komponenten der Anordnung von 3 mit folgender
Ausnahme angeordnet: Ein Teilbereich des zweiten Kreislaufs 16 ragt
in den zu klimatisierenden Innenraum 20 mit entsprechenden Leitungen
des Kreislaufs in dessen Dachbereich hinein und steht über
die einheitliche Wärmetauscheinrichtung 18, 22 in
Wärmetausch mit dem zu klimatisierenden Innenraum 20.
Das bedeutet auch, dass alle Bauelemente, die vom Wärmetauschfluid
des ersten Kreislaufs 2 und damit mit sehr hohem Druck beaufschlagt
sind, im Abteil 25 angeordnet und daher vom zu klimatisierenden
Innenraum 20 und insbesondere den sich dort aufhaltenden
Personen separiert ist. Es ist dabei zweckmäßig,
die Zwischenwand 23 nicht nur wärmedämmend,
sondern auch splittersicher gegen etwaige herausgesprengte Bauelemente
der Klimatisierungsanordnung. Ebenso ist es zweckmäßig,
die Zwischenwand 23 so gasdicht auszubilden, dass bei Bersten
oder auch nur rissig oder porös werdenden Bauelementen
der Klimatisierungsanordnung jedenfalls kein übermässiger
Eintritt von CO2 oder dergleichen Wärmetauschfluid des ersten
Kreislaufs 2 auftritt.
-
Analoge Überlegungen
und Anordnungen gelten bei Einbau sonstiger Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Klimaanlage in einen Omnibus, insbesondere
denen der 1 und 2.
-
4a bildet
ebenfalls ohne Beschränkung der Allgemeinheit 4 in
folgender Hinsicht weiter:
-
4a betrifft
ganz allgemein den Sonderfall, dass im zweiten Kreislauf 16 dieser
vom Temperierkreislauf 24 des motorischen Antriens 26 des Fahrzeugs
mittels der Dreiwegeschaltung 28 abgekoppelt ist.
-
Auch
dann kann man unter Betrieb der Fördereinrichtung 30 der
erfindungsgemäßen Klimatisierungsanordnung sowohl
im Kühlodus 2a als auch im Heizmodus betreiben.
Hierzu ist unter Anlehnung an 3 die einheitliche
Wärmetauscheinrichtung 18, 22 zunächst
in zwei Einheiten 18, 22x und 18, 22y aufgeteilt,
und zwar um einerseits den eigentlichen Passagierraum 20 und
andererseits den Fahrerplatz 27 zu klimatisieren. Die Aufteilung
der Klimatisierungsleistung kann dabei durch Strömungsventile 29x und 29y bedarfsabhängig
erfolgen.
-
Von
besonderer Bedeutung auch im Hinblick auf sonstige Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Klimatisierungsanordnung
ist hier, dass Abwärme des Temperierkreislaufs 24 zusätzlich
nutzbar gemacht wird. Hierzu wird der Temperierkreislauf 24 durch
eine Leitungsschleife 31 angezapft, die beispielsweise
im Boden des Omnibusses verlegt ist und mit einem Zweig 31x zur
Klimatisierung des Innenraums 20 beispielsweise bis in
den Dachbereich des Omnibusses und mit einem anderen Zweig 31y bis in
den Bereich des Fahrerplatzes 31 reicht. Diese Zweige speisen
einerseits einen weiteren Heizwärmetauscher 33x,
der die einheitliche Wärmetauscheiunrichtung 18 22x ergänzt
und andererseits zu einem weiteren Heizwärmetauscher 33y,
der im Bereich des Fahrerplatzes 27 die einheitliche Wärmetauscheinrichtung 18, 22y ergänzt.
In beiden Zweigen sind wiederum zur Leistungsaufteilung Strömungsventile 35x und 35y einbezogen.
-
Die
einheitliche Wärmetauscheinrichtung 18, 22x ist
im Ausführungsbeispiel mit einem weiteren Heizungswärmetauscher 33x in
Luftrichtung hintereinandergeschaltet. Entsprechend ist die dem
Fahrerplatz zugeordnete einheitliche Wärmetauscheinrichtung 18, 22y mit
einem weiteren Heizungswärmetauscher 33y luftseitig
hintereinandergeschaltet.
-
Ist
der erste Kreislauf 2 im Kühlmodus 2a,
so kann mittels der einheitlichen Wärmetauscheinrichtungen 18, 22x und 18, 22y der
Klimatisierungsluft Luftfeuchtigkeit entzogen werden. Im Anschluß kann die
gekühlte trockene Luft mittels der Heizungswärmetauscher 33x beziehungsweise 33y wieder ewärmt
werden. Eine derartige Funktion dient beispielsweise der Fensterklarung
und zwar sowohl im Standbetrieb als auch im Fahrbetrieb.
-
Die
beschrieben Möglichkeit, das Kühlwasser des Motorkreislaufes 24 eigenständig
nutzbar zu machen, eröffnet im Rahmen der Erfindung durch Weiterbildung
der Schaltung weitere neuartige Funftionen.
-
Ohne
Beschränkung der Allgemeinheit wiederum an die besonders
einfache Bauweise von 3 anknüpfend, wird
in 5 die in 4a schon vorgebildete
Schaltung im Bereich des zweiten Kreislaufs 16 wie folgt
weitergebildet:
Zunächst ist zu den bereits gemäß 4a beschriebenen
parallelgeschalteten einheitlichen Wärmetauscheinrichtungen 18, 22y und 18, 22x noch
eine weitere einheitliche Wärmetauscheinichtung in vereinheitlicher
Bauweise 18, 22z parallelgeschaltet. Dies soll
auch verdeutlichen, dass die Anzahl solcher Wärmetauscheinrichtungen
beliebig sein kann.
-
Wie
die Bezeichnung der eingefügten zusätzlichen einheitlichen
Wärmetauscheinrichtung 18, 22z andeutet,
kann diese beispielsweise ein Paar mit der vereinheitlichten Wärmetauscheinrichtung 18, 22x bilden,
um etwa im Dachbereich des Omnibusses im Winkelbereich zu den beiden
Seitenwänden je eine eigene Wärmetauscheinheit
zur Verfügung zu stellen, die in üblicher Weise
je einem Luftkanal zugeordnet sein können. Diese Möglichkeit
ist jedoch nur eine von vielen.
-
An
sich könnte man jede der Wärmetauscheinrichtungen 18, 22y, 18, 22x und 18, 22z wahlweise über
ein Zweiwegeventil in die Funktion des zweiten Kreislaufs 16 einbeziehen
oder aus dieser abschalten. Statt dessen ist in 5 die
einheitliche Wärmetauscheinrichtung 18, 22z – stellvertretend auch
für die anderen, die in 4a ebenso
wie auch noch in 5 durch Zweiwegeventile 29x und 29y angesteuret
werden – nicht nur durch ein Zweiwegeventil, sondern durch
eine Dreiwegeregeleinrichtung 40 ansteuerbar, die stufenlos
die Temperierflüssigkeit der Motorkühlung einerseits
auf die Wärmetauscheinrichtung 18, 22z und
andererseits auf eine Bypassleitung 44 verteilt. Dadurch
kann die Druckbeaufschlagung aller parallelgeschalteten Wärmetauscheinrichtungen
durch mehr oder minder große Beaufschla gung der Bypassleitung
eingestellt werden. Wenn man ferner unter Berücksichtigung
der Dimensionierung der einzelnen Wärmetauscheinrichtungen die
Dreiwegeregelventileinrichtung 40 besonders spezifisch
in Bezug auf eine der Wärmetauscheinrichtungen leistungsmässig
auslegt, hier speziell unter Bezug auf die Wärmetauscheinrichtung 18, 22z, kann
man je nach den Erfordernissen die Auswirkung auf die jeweils anderen
Wärmetauscheinrichtungen mehr oder minder stark reduzieren.
Die Bypassleitung 44 wird zweckmässig so genutzt,
dass bei konstanter Fördermenge der Fördereinrichtung 30 im Falle
geringer Leistungsanforderungen im zu klimatisierenden Innenraum 20 keine
unzulässige Druckerhöhung innerhalb des zweiten
Kreislaufs 16 erfolgt.
-
Grundlegend
neuartig ist die Art der Ankopplung des zweiten Kreislaufs 16 an
den ersten Kreislauf 2. Diese Art der Ankopplung wird nur
aus Vereinfachungsgründen unter Bezug auf die einzige Wärmetauscheinrichtung 10, 14 beschrieben,
entsprechendes würde analog bei Ankopplung an einzelne erste
und zweite Wärmetauscheinrichtungen 10 und 14 im
Sinne von 1 gelten. Die einzelnen Wärmetauscheinrichtungen 18, 22y, 18, 22x und 18, 22z sind,
wie erwähnt parallel geschaltet, und zwar in 5 zwischen
einer ersten Leitung 45 und einer zweiten Leitung 46.
Die erste Leitung 45 ist über ein erstes Rückschlagventil 42 mit
dem Auslass des Antriebs 26 verbunden, während
ein zweites Rückschlagventil 43 die zweite Leitung 46 mit
dem Einlass der Kühlkreislaufes des Antriebsmotors 26 verbindet. Die
beiden Rückschlagventile 42 und 43 sind
so eingesetzt, dass sie in Nachbarschaft des Antriebs 26 bei
normaler Strömungsrichtung der Temperierflüssigkeit
durch das Kühlsystem des Antriebs offen sind.
-
Die
beiden Leitungen 45 und 46 sind über
je ein Dreiwegeumschaltventil 38 an Einlass und Auslass
der zweiten Seite der Wärmetauscheinrichtung 10, 14 angeschlossen.
Dabei verbindet das Dreiwegeumschaltventil 38 wahlweise
die Leitung 45 oder die Leitung 46 mit dem Einlass
der Wärmetauscheinrichtung 10, 14, während
ein Dreiwegeumschaltventil 39 den Auslass der Wärmetauscheinrichtung 10, 14 wahlweise
mit dem dem Antrieb 26 nahen Ast 47 oder dem dem
Antrieb 26 fernen Ast 48 der Leitung 45 verbindet.
Beide Äste sind jeweils an mindestens eine Wärmetauscheinrichtung
angeschlossen. Im bevorzugten konkreten Fall ist der erste Ast 47 nur
an die Wärmetauscheinrichtung 18, 22y angeschlossen, welche
den Fahrerplatz 27 klimatisiert, während der andere
Ast 48 allen anderen Wärmetauscheinrichtungen 18, 22x, 18, 22z sowie
der Bypassleitung 42 zugeordnet ist.
-
Diese
Verschaltung ermöglicht 3 verschiedene Betriebsweisen gemäß den 5a bis 5c.
-
5a stellt
eine Betriebsweise als Ergänzungsheizung dar.
-
Der
erste Kreislauf 2 wird im Heizungsmodus 2b betrieben.
Die Strömungsrichtung des inneren Wärmetauschfluids
ist durch Pfeile angedeutet.
-
Der
zweite Kreislauf 16 ist durch Kombinationsschaltung der
Dreiwegeumschaltventile 38 und 39 mit dem Temperierkreislauf
des Antriebsmotors 24 verknüpft. Die Strömungsrichtungen
der Temperierflüssigkeit des Temperierkreislaufs des Antriebsmotors 24 sind
in 5a ebenfalls anhand von Pfeilen wiederge geben.
Die Schaltstellung der Dreiwegeumschaltentileinrichtungen 38 und 39 ist
durch Schwärzung wiedergegeben. Vorgewärmte Temperierflüssigkeit
des Temperierkreislaufs 24 des Antreibsmotors 26 wird über
den Ast 47 und die Dreiwegeumschaltventileinrichtung 38 mittels
einer Fördereinrichtung 30 in die Wärmetauscheinrichtung 10, 14 gefördert,
wobei die Temperierflüssigkeit im Wärmeaustasch
mit dem ersten Kreislauf 2, der im Heizungsmodus 2b geschaltet
ist, steht, und erfährt eine Temperaturerhöhung.
Weiterhin wird über den Ast 47 die Wärmetauscheinrichtung 18, 22y mit
erwärmter Temperierflüssigkeit betrieben, wobei
die zur Erwärmung benötigte Leistung anhand des
Strömunsventils 29y eingestellt wird.
-
Mittels
der zweiten Dreiwegeumschaltventileinrichtung 39 wird die
zusätzlich erwärmte Temperierflüssigkeit
in den Ast 45 geleitet und den einheitlichen Wärmetauscheinrichtungen 18, 22x und 18 22z zugeführt.
Durch das zugehörige Strömungsventil 29x und
die Dreiwegeregelventileinrichtung 40 ist die dem Innenraum
zugeführte Wärmemenge bedarfsabhängig
regelbar. Über die zweite Leitung 46 wird die
Temperierflüssigkeit zum Antriebsmotor zurückgeleitet.
-
Mittels
der erfindungsgemäßen Ergänzungsheizung
und deren Schaltung nach 5a kann
bei nicht ausreichender Abwärme des Antriebsmotors 26 die
Temperierflüssigkeit ausreichend erwärmt werden,
um somit die Erwärmung des Innenraumes entsprechend der
Behaglichkeitskriterien sicherzustellen.
-
5b gibt
schematisch die erfindungsgemäße Anordnung als
Defrostschaltung wieder.
-
Hierbei
ist der erste Kreislauf 2 im Heizmodus 2a betrieben.
Die in 5b eingefügten Pfeile repräsentieren
wiederum die Strömungsrichtung sowohl des inneren Wärmtauschfluids
des ersten Kreislaufs 2 wie auch der Temperierflüssigkeit
des zweiten Kreislaufs 16.
-
Die
Schaltstellung der Dreiwegeumschaltventileinrichtungen 38 und 39 ist
wiederum durch Schwärzung hervorgehoben. Durch die Schaltungskombination
der beiden Dreiwegeumschaltventileinrichtungen 38 und 39 ist
die dem Fahrerplatz zugeordnete Wärmetauscheinrichtung 18, 22y in
Verbindung mit den Rückschlagventilen 42 und 43 vollständig
vom Temperierkreislauf 24 des Antriebsmotors 26 einerseits
und von den Wärmetauscheinrichtungen 18, 22x und 18, 22z andererseits
getrennt. Die gesamte durch den ersten Kreislauf 2 bereitgestellte Wärmemenge
wird an einen abgetrennten Teilbereich des zweiten Kreislaufs 16 mittels
Wärmetauscher 10, 14 abgegeben. Die somit
abgetrennte und erwärmte Temperierflüssigkeit
des Temperierkreislaufs 16 wird mittels der Dreiwegeumschaltventileinrichtung 39 über
den Ast 47 und das Strömungsventil 29Y zu
der Wärmetauscheinrichtung 18, 22y geleitet, deren
zweite Seite unter Wärmeabgabe in Wärmetausch
mit der zu klimatierenden Luft steht, und wird über einen
Teilbereich der zweiten Leitung 46 und über die
Dreiwegeumschalteinrichtung 38 durch das Fördermittel 30 zur
Wärmetauscheinrichtung 10, 14 geleitet,
um erneut Wärme vom ersten Kreislauf 2 aufzunehmen.
-
Eine
derartige Schaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die
Scheibe im Bereich des Fahrerplatzes 27 bei extremer Kälte
vereist ist und unmittelbar bereitgestellte Wärme die Enteisung
beschleunigt.
-
In 5b ist
in schematischer Darstellung der Kühlbetrieb der erfindungsgemäßen
Anordnung nach 5 wiedergegeben.
-
Auch
in dieser Darstellung geben Pfeile Hinweis auf die Strömungsrichtung
des inneren Wärmetauschfluids des ersten Kreislaus 2 wie
auch der Temperierflüssigkeit des zweiten Kreislaufs 16.
-
Der
erste Kreislauf 2 ist im Betriebsmodus des Kühlbetriebs 2a.
Die Schaltstellung der Dreiwegeumschaltventileinrichtungen 38 und 39 sind
in Durchflussrichtung geschwärzt dargestellt. Mittels der
Fördereinrichtung 30 wird die Temperierflüssigkeit
des zweiten Kreislaufs 16 der Wärmetauscheinrichtung 10, 14 zugeleitet,
in der diese im Wärmetausch mit dem Wärmetauschfluid
des ersten Kreislaufs eine Abkühlung erfährt.
Mittels Dreiwegeumschalteinrichtung 39 wird die gekühlte
Temperierflüssigkeit des zweiten Kreislaufs in den Ast 45 geleitet und
bedarfsabhängig den Wärmetauscheinrichtungen 18, 22x und 18, 22z,
anhand des jeweils zugeordneten Strömungsventils 29x oder
des Dreiwegeregelventils 40 geregelt, zugeleitet. In den
Wärmetauscheinrichtungen 18, 22x und 18, 22z steht
die Temperierflüssigkeit des zweiten Kreislaufs 16 in Wärmetausch
mit zu klimatisierender, im gegebenen Fall zu kühlender
Luft des Innenraums 20. Durch einen Teilbereich der zweiten
Leitung 46 wird die Temperierflüssigkeit über
die Dreiwegeumschalteinrichtung 38 wiederum zum Fördermittel 30 geleitet.
-
Die
Wärmetauscheinrichtung 18, 22y ist durch
die Schaltungskombination von dem Temperierkreislauf des gekühlten
Temperierfluids getrennt, jedoch mit dem Kühlkreislauf 24 des
An triebsmotors 26 verbunden und kann somit zur Erwärmung
der Luft im Bereich des Fahrerplatzes 27 genutzt werden. Die
Kühlung des Faherplatzes 27 wäre in der
gezeigten Ausführung durch Ergänzung des zweiten
Kreislaufs 16 mit einer zu 18, 22x und 18, 22z parallel
geschalteten und mittels eines Strömungsventils 18, 22w leistungsgeregelten
Wärmetauscheinrichtung 18, 22w möglich,
wodurch sich auf eine einfache und kosteng-Sünstige Scheibenklarung
mittels getrockneter Luft im Bereich des Fahrerplatzes realisieren läßt.
-
Die 5 sowie 5a bis 5c mit
ihrer obigen Beschreibung stellen das jeweilige Erfindungsprinzip
dar, welches vom Fachmann in mannigfacher Weise baulich verwirklicht
werden kann. Eine bevorzugte bauliche Realisierung ist in den 6 sowie 6a bis 6c dargestellt,
die schaltungsmäßig den 5 sowie 5a bis 5c jeweils
identisch entsprechen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass
die Dreiwegeumschaltventile 38 und 39 der Figuren
der Fünferserie jeweils gemäß der Grundsatzdarstellung
in 6 durch einen Dreistellungssteuerschieber 50 ersetzt
sind, der für die Steuerung der drei prinzipiellen Betriebsweisen
der 5a bis 5c jeweils
gemäß den entsprechenden 6a bis 6c eine
andere seiner drei Stellungen einnimmt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0424474
B1 [0004]
- - DE 4432272 C2 [0004]
- - DE 10223712 C1 [0004]