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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft allgemein Klimaanlagen, und zwar im einzelnen
eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge.
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Klimaanlagen für die Fahrzeuginsassenräume von Kraftfahrzeugen sind
an sich bekannt. Konventionelle Kraftfahrzeugklimaanlagen werden mittels einer mechanischen
Ausgangsleistung von dem Fahrzeugmotor betrieben, und zwar typischerweise über eine
Riemenscheibe, die direkt durch einen Antriebsriemen angetrieben wird, welcher seinerseits
mittels der Gebläseriemenscheibe des Motors oder einer benachbarten Riemenscheibe
angetrieben wird. Es ist bekannt, daß diese konventionellen Kraftfahrzeugklimaanlagen
dem Fahrzeugmotor eine beträchtliche Leistung entziehen und infolgedessen nur bei
Fahrzeugen verwendet werden können, die einen genügend großen bzw. leistungsfähigen
Motor haben. Außerdem bewirkt die zusätzliche Leistungsentnahme am Motor, daß der
Motor stärker arbeitet, und zuweilen mit einer höheren Drehzahl, als sie andernfalls
erforderlich wäre, so daß auf diese Weise' zusätzliche Wärme im Motorraum erzeugt
und zusätzlicher Kraftstoff verbraucht wird.
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Es sind auch'Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen worden,
welche die Wärme der Abgase des Fahrzeugs ausnutzen. Derartige Klimaanlagen sind
normalerweise so aufgebaut, daß sie im Absorptionskreislauf arbeiten, und derartige
Klimaanlagen haben eine beschränkte Leistungsfähigkeit und einen beschränkten Wirkungsgrad.
Sie haben sich in der Praxis nicht durchsetzen können.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Kraftfahrzeugklimaanlage
zur Verfügung gestellt werden, mit der die Beschränkungen und Nachteile der vorstehend
beschriebenen Anlagen nach dem Stande der Technik überwunden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird infolgedessen eine
Kraftfahrzeugklimaanlage zur Verfügung gestellt, die folgendes umfaßt: eine erste
Wärmeaustauschereinrichtung, der erwärmtes Motorkühlmittel von dem Fahrzeugmotor
zugeführt wird und die am Ausgang ein erwärmtes Arbeitsströmungsmittel, das einen
niedrigen Siedepunkt hat, liefert; eine Turbineneinrichtung, die durch das verdampfte
erwärmte Arbeitsströmungsmitttel von niedrigem Siedepunkt angetrieben wird; eine
von der Turbineneinrichtung angetriebene Kompressoreinrichtung zum Komprimieren
eines Kühlströmungsmittels; eine zweite Wärmeaustäuschereinrichtung, der das komprimierte
Kühlströmungsmittel zugeführt wird und die dessen Kühlung bewirkt; eine dritte Wärmeaustauschereinrichtung,
die in Verbindung mit dem Fahrzeuginsassenraum des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist,
der das gekühlte Kühlströmungsmittel von der zweiten Wärmeaustauschereinrichtung
zugeführt wird, die das Kühlströmungsmittel dadurch erwärmt, daß sie dem Fahrzeuginsassenraum
Wärme entzieht, und die das erwärmte Kühlströmungsmittel an die Kompressoreinrichtung
abgibt.
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Weiter ist. gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Gebläseeinrichtung
in Verbindung mit der dritten Wärmeaustauschereinrichtung zum Umwälzen von Luft
durch bzw. über dieselbe vorgesehen.
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Weiterhin ist die erste Wärmeaustauschereinrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung in der Wei'se wirksam, daß sie das Arbeitsströmungsmittel verdampft.
Außerdem ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weiterhin eine -vierte Wärmeaustauschereinrichtung
vorgesehen, der das Arbeitsströmungsmittel von der Turbine zum Kühlen und zur Kondensation
desselben vor seiner Rückführung zur ersten Wärme austauschereinrichtung zugeführt
wird.
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Schließlich können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das Arbeitsströmungsmittel
und das Kühlströmungsmittel iden-
tisch sein. In diesem Falle kann
die zweite und vierte Wärmeaustauschereinrichtung zu einem einzigen Wärmeaustauscher
vereinigt werden.
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Endlich ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Notfreigabeeinrichtung
zur Freigabe zu b bzw. zum Ausströmenlassen von unter Druck befindlichem Arbeitsströmungsmittel
oder Kühlströmungsmittel im Inneren des Motorraums des Kraftfahrzeugs zu Feuerlöschzwecken
vorgesehen.
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Die Erfindung sei nun zu ihrem besseren Verständnis unter.
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Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung anhand einer bevorzugten
Ausführungsform näher erläutert; es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung
einer Kraftfahrzeugklimaanlage, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung aufgebaut und betreibbar ist; und Figur 2 ein elektrisches Schaltbild
der Klimaanlage nach Figur 1.
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Es sei nun auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, in denen eine Kraftfahrzeugklimaanlage
dargestellt ist, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut
ist und arbeitet. Der Auslaß 12 für Kühlströmungsmittel eines schematisch dargestellten
Kraftfahrzeugmotors 10 ist zu einem Dreiwegeventil 14 geführt. Das Dreiwegeventil
14 hat einen Eingangskanal 16, dem das Kühlströmungsmittel von dem Auslaß 12 zugeführt
wird, und zwei Auslaßkanäle 18 und 20.
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Der Auslaßkanal 18 erstreckt sich zum Kühler 22 des Kraftfahrzeugs,
der mit einem Uberdruck-Sicherheitsentspannungsventil 24 versehen ist. Der Auslaß
des Kühlers 22 ist mit der Wasserpumpe 26 des Kraftfahrzeugs verbunden, die gekühltes
Kühlmittel durch den Motor umwälzt.
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Der AuslaSkanal 20 ist über eine Leitung 28 mit dem Ein'laß eines
ersten Wärmeaustauschers 30 von konventionellem Aufbau verbunden, welcher in der
Weise arbeitet, daß er ein Arbeitsströmungsmittel, wie beispielsweise Freon, das
durch den Wärmeaustauscher von einer Einlaßleitung 32 zu einer Auslaßleitung 34
umgewälzt wird, erwärmt. Der Wärmeaustauscher 30 ist mit einem Uberdrucksicherheitsventil
31 versehen. Beim Erwärmen des Arbeitsströmungsmittels kühlt der erste Wärmeaustauscher
30 das Kühlmittel des Motors. Das gekühlte Kühlmittel des Motors verläßt den ersten
Wärmeaustauscher 30 über eine Auslaßleitung 36 und wird über die Wasserpumpe 26,
die ein integraler Teil des Fahrzeugs ist, zum Motor zurückgeführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Arbeitsströmungsmittel
so ausgewählt, daß es im ersten Wärmeaustauscher 30 verdampft wird und im verdampften
Zustand über ein oder zwei Ventile 38 und' 40 durch die Auslaßleitung 34 strömt.
Das Ventil 38 ist mit einer Turbine 42 verbunden, die durch das verdampfte Arbeitsströmungsmittel
angetrieben wird, während das Ventil 40 ein Nebenschlußventil ist, welches verdampftes
Arbeitsströmungsmittel einer Auslaßleitung 44, die von der Turbine 42 herkommt,
zuführt, so'daß es auf diese Weise einen NebenschluB zur Turbine 42 bildet.
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Die Aus"laßleitung 44 führt zu einem Wärmeaustauscher 46, der in der
Weise arbeitet, daß er das Arbeitsströmungsmitte kühlt und eine Kondensation desselben
bewirkt. Das gekühlte Arbeitsströmungsmittel wird über eine Leitung 48, eine Pumpe
50 und ein Einwegventil 52 zum ersten Wärmeaustauscher 30 zurückgeführt.
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S Die Turbine 42 ist eine konventionelle dampfgetriebene Turbine
und hat einen mechanischen Rotationsausgang bzw. eine Abtriebswelle, der bzw. die
an einen Kompressor 54 angekuppelt
ist. Der Kompressor 54 kann
irgendein geeigneter Kompressor sein, und er arbeitet'in der Weise, daß er ein verdampftes
Kühlströmungsmittel, wie beispielsweise Freon, das ihm über eine Leitung 56 zugeführt
wird, komprimiert und es über eine Leitung 58 einem zweiten Wärmeaustauscher 60
zuführt, der in der Weise arbeitet, daß er das komprimierte Strömungsmittel kühlt
und eine Kondensation desselben:bewirkt, wobei in diesem zweiten Wärmeaustauscher
60 typischer-bzw. vorzugsweise Luft als Kühlmittel verwendet wird; Das gekühlte,
komprimierte Strömungsmittel strömt über eine i;eitung 62 und einen Expander 64
bzw. eine Expansionseinrichtung 64 von konventionellem Aufbau zu einer Kühlschlange
6S, die in Verbindung mit dem Fahrzeuginsassenraum eines bzw.
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des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Normalerweise ist ein Gebläse 68 vorgesehen, das Luft von dem Fahrzeuginsassenraum
über die Kühlschlange 66 umwälzt.
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Die Kühlschlange 66 wirkt in der Weise, daß. sie Wärme vqn der Luft
im Fahrzeuginsassenraum aufnimmt und dadurch erwärmt wird. Das erwärmte und verdampfte'Kühlströmungsmittel
wird über die Leitung 56 dem Kompressor 54 zugeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das Kühiströmungsmittel
und das Arbeitsströmungsmittel .identisch. In diesem Falle können die Wärmeaustauscher
60 und 46 zu einem einzigen Wärmeaustauscher kombiniert bzw. vereinigt werden.
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Es ist ein weiteres spezielles Merkmal der Erfindung, daß ein Feuerlöschen
mittels eines Ventils 70ldurchgeführt werden kann, welches es ermöglicht, Arbeitsströmungsmittel
in den Motorraum ausströmen zu lassen, und zwar typischer- bzw.
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vorzugsweise am bzw. vom ersten Wärmeaustauscher 30. Das Ventil 701
wird entweder manuell mittels eines Schalters 71 (siehe Figur 2) betrieben oder
automatisch mittels'eines Relais 73 (siehe Figur 2), das durch einen konventionellen
Feuerfühler, wie beispielsweise durch einen optischen Sensor, einen Temperaturfühler
oder einen Rauchsensor, betätigt wird.
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Es sei nun die elektrische Schaltung der Klimaanlage nach Figur 1
unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben. Die gesamte Anlage ist so ausgebildet,
daß sie mittels einer konventionellen eiektrischen Kraftfahrzeuganlage, die 12 Volt
Gleichstrom hat, betrieben werden kann. Die 12 Volt Stromquelle ist parallel über
vier Sicherungen 70, 72,.74 und 76 angeschlossen.
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In der über die- Sicherung 70 angeschlossenen Schaltung sind die Steuerungen
vorgesehen, welche die Betätigung der beiden Ventile 3'8 und 40 steuern, von denen
wenigstens eines stets offen ist. In Reihe mit der Sicherung 70 ist ein Notabschalter
:78 geschaltet, der durch einen magnetischen Ge schwind igkeits fühler 80 betrieben
wird, welcher die Geschwindigkeit der Turbine 42 überwacht und in der Weise arbeitet,
daß er das Ventil 40 im Falle eines Betriebs der Turbine 42 mit zu hoher Drehzahl
öffnet; außerdem ist in Reihe mit der Sicherung 70 ein Schalter 81 geschaltet, der
von einem im Fahrzeuginsassenraum befindlichen Temperaturfühler betätigt wird.
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Der Schalter 81 hat zwei Ein- bzw. Schaltstellungen, nämlich Hoch
und Niedrig. Bei der Ein- bzw. Schaltstellung Niedrig arbeitet der Schalter in der
Weise, daß er das Ventil 40 öffnet. Weiter ist ein einen Schalter aufweisender Druckfühler
82 in Verbindung mit dem erwärmtes Arbeitsströmungsmittel führenden Auslaß 34 des
ersten Wärme'austauschers 30 angeordnet, und dieser Druckfühler 82 fühlt den Druck
des verdampften Arbeitsströmungsmittels ab bzw. spricht auf diesen Druck an und
arbeitet in der Weise, daß er das Ventil 38 öffnet, wenn er einen ausreichenden
Druck des Arbeitsströmungsmittels feststellt, So daß das Arbeitsströmungsmittel
zum Antrieb der Turbine 42 in diese Turbine eintreten kann.
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In den über die jeweiligen Sicherungen 72 und 74 angeschlossenen Schaltungen
sind ein Gebläsesteuerschalter 8'4 und ein
Ein-Aus-Schalter 86
für die Klimaanlage vorgesehen; diese Schalter sind konventionelle Schalter, die
sich im Bereich des Fahrers befinden. Der Gebläsesteuerschalter 84 steuert den Betrieb
des Gebläses 68, während der Ein-Aus-Schalter 86 für die Klimaånlage die Betätigung
des Dreiwegeventils 14 steuert.
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In der über die Sicherung 76 angeschlossenen. Schaltung sind Steuerungen
für die Pumpe 50 einschließlich eines Relais 88, das auf das Strömungsmittelniveau
im Wärmeaustauscher 46 anspricht, vorgesehen.
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Es sei nun der Betrieb der Klimaanlage nachdem Figuren 1 und 2 kurz
erläutert.
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Der Betrieb der Klimaanlage wird dadurch eingeschaltet, daß die Bedienungsperson,
beispielsweise der Fahrer, den Schalter 86 in die Ein-Stellung schaltet. Dadurch
wird bewirkt, daß das Dreiwegeventil erwärmtes Kühlmittel vom Motor zu dem ersten
Wärmeaustauscher 30 zuführt. Mittels des erstefl.Wärmeaustauschers 30 wird Arbeitsströmungsmittel
verdampft. Wenn der Druck des Arbeitsströmungsmittels einen vorbestimmten Druckschwellwert,
der durch den Druckfühler 82 eingestellt wird, erreicht, dann wird das Ventil 38
geöffnet und das Arbeitsströmungsmittel der Turbine 42 zu deren Antrieb zugeführt.
Die Betätigung des Nebenschlußventils 40 wird sowohl durch den Temperaturfühler
81 als auch durch den Uberdrehzahlfühler 80 gesteuert, wie oben beschrieben, damit
dadurch das Ausmaß der durch die Klimaanlage bewirkten KUhlung mittels Steuerung
der Menge des zum Antrieb der Turbine 42 ver-' wendeten Arbeitsströmungsmittels
festgelegt wird. Das GebTäse 68 wird eingeschaltet, wenn der Schalter 84 in die
Schaltstellung Hoch oder Niedrig geschaltet wird.
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Die Lager des Kompressors 54 und der Turbine 42 werden durch Arbeitsströmungsmittel
geschmiert, das stromabwärts von der
Pumpe 50 unter Druck zugeführt
wird. Das, Schmiermittel geht von den Lagern zum Boden des Wärmeaustauschers 46.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellte und
beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstands
der Erfindung, wie er, in den Ansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen
Erfindungsgedankens, wie er den gesamten Unterlagen zu entnehmen ist, in vielfältiger
Weise verwirklichen.