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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugklimaanlagen und insbesondere
auf Klimaanlagen für Straßenfahrzeuge
oder Geländefahrzeuge
mit Bordverteilung klimatisierter Luft wie im Preambel des Anspruchs
1 und wie bekannt, zum Beispiel, im US-A-5265437.
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Hintergrund
der Erfindung
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Straßen- und
Geländefahrzeuge
wie Sattelschlepper oder Geländekraftfahrzeuge
werden immer mehr eingesetzt um. die Transport- und Baubedürfnisse unserer Wirtschaft
zu erfüllen.
Dieser Bedürfniszuwachs
führt zu
einem vergrößerten Einsatz dieser
Fahrzeuge bis zum Punkt, wo sie bis zu sieben Tage in der Woche
und achtzehn (18) bis zwanzig (20) Stunden am Tag von einer zwei-Mannbesatzung oder
im Schichtbetrieb eingesetzt werden. Dieser vergrößerte Einsatz
ist nicht nur einfach eine Fahrzeugangelegenheit, sondern beinhaltet
auch menschliche Betrachtungen, da diese Fahrzeuge von wenigstens
einem Fahrer gesteuert werden und meistens von einer Fahrermannschaft,
welche aus zwei Personen besteht die sich die Steuerung des Fahrzeuges
aufteilen. Da diese Fahrzeuge so intensiv benutzt werden, ist der
Komfort des Fahrers und des Beifahrers wesentlich sowohl in Hinsicht
auf Umgebungstemperatur wie auch auf Räumlichkeit im Innern des Führerhauses.
Das Bedürfnis
nach Umgebungskomfort bei warmem Wetter wird durch die Benutzung
einer Klimaanlage des Straßen-
oder Geländefahrzeuges
erfüllt,
indem ergonomische Innenausstattungen, einschließlich kleinere Armaturenbretter um
den für
die Beifahrer verfügbaren
Raum in dem Führerhaus
maximal gestalten für
den physikalischen Entwurf verantwortlich sind.
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Typische
Klimaanlagen von Straßen-
und Geländefahrzeugen
sind Kompressorsysteme. Diese Klimaanlagen benutzen einen Kompressor
der von einem mit dem Motor verbundenen Riemen angetrieben wird
um Kühlmitteldampf
unter hohem Druck zu komprimieren, der dann durch einen Kondensator geleitet
wird um den komprimierten Hochdruckdampf Hitze zu entziehen und
in einen flüssigen
Beistand zu wandeln. Das flüssige
Kühlmittel
wird dann durch ein Entspannungsventil geführt welches den Druck des Kühlmittels
etwas reduziert. Dieses Kühlmittel
unter niedrigem Druck wird dann durch einen Verdampfer geführt, welcher
das Kühlmittel
wieder in dampfförmigen
Zustand zurückbringt
und dabei der von einem Bordventilator geblasenen Luft Hitze entzieht.
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In
modernen Straßen-
und Geländefahrzeugen
befinden sich die Hauptkomponenten der Kühlanlage einschließlich der
Kompressor und der Kondensator vom Verdampfer entfernt, wobei dieser
sich hinter den Belüftungsöffnungen
des Armaturenbrettes befindet um wie oben beschrieben die Luft im Führerhaus
zu kühlen
und vom Kondensator entfernt wobei dieser sich vorne im Motorgehäuse bei
dem Fahrzeugkühler
befindet. Da eine typische Kompressoranlage eines Fahrzeuges ein
geschlossenes Kreislaufsystem ist, muss das durchfließende Hochdruckkühlmittel
von den entfernt liegenden Komponenten im Motorgehäuse durch
teuere Hochdruckkühlmittelschläuche in
den im Führerhaus
des Fahrzeuges angeordneten Verdampfer und zum beim Kühler im
vorderen Motorgehäuse
angeordneten Kondensator geführt
werden. Eine typische Anlage umfaßt den im Motorgehäuse des
Straßen- oder Geländefahrzeuges
angeordneten Kompressor und Kondensator und verwendet vielfache
Hochdruckkühlmittelleitungen
um diese Komponenten durch die feuersichere Wand mit dem Verdampfer
hinter dem Armaturenbrett in dem Führerhaus und mit dem Kühlerbereich
im Motorgehäuse
zu verbunden. Jede dieser Hochdruckkühlmittelleitungen verlangt
Hochdruckkopplungen an jeder Verbindung für den Vorlauf und den Rücklauf des
Hochdruckmittels in der Klimaanlage.
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Man
kann sich leicht vorstellen, sowohl aufgrund der obigen Beschreibung
wie auch aufgrund persönlicher
Erfahrungen mit Fahrzeugklimaanlagen, dass diese typische Anlageanordnung
von Klimaanlagen sehr anfällig
ist für
Leckagen von Hochdruckkühlmitteln.
Diese Leckagen, treten an verschiedenen Stellen auf, sind aber am
häufigsten
an den verschiedenen Verbindungen der Hochdruckschläuche, welche
das Hochdruckkühlmittel
zum Kondensator im Innern des Führerhauses
hinter dem Armaturenbrett und zum Verdampfer leiten. Andere häufige Leckagestellen
befinden sich bei den verschiedenen Verbindungen der Hochdruckschläuche, welche
das Hochdruckkühlmittel
vom Kompressor zum Kondensator im Bereich des Kühlers führen. Diese Leckagen haben
als Folge eine verringerte Wirksamkeit der Klimaanlage, teueres
Nachfüllen
der Anlage mit Kühlmittel,
sowie auch eine Gefahr für
die Umwelt wegen dem Entweichen des Kühlmittels. Ein erhöhtes Bewusstsein
vom umweltlichen Impakt des auslaufenden Kühlmittels auf den Betrieb hat
sowie strengere Gesetzvorschriften betreffend ungewolltes Auslaufen
von Kühlmittel
haben der Lösung
dieser Probleme zusätzliches
Interesse verliehen.
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Ausser
dem Problem der Leckagen in der Klimaanlage verlangt die Benutzung
dieser Art Anlagen teuere Hochdruckkühlmittelleitungen im Motorgehäuse und
dem Innern des Führerhauses.
Desweiteren müssen
teuere Hochdruckverbindungen benutzt werden um zu versuchen die
Gefahr einer Leckage eines katastrophalen Ausfalls der Klimaanlage wegen
einer schlechten Verbindung der Hochdruckkühlleitungen zu reduzieren.
Da die Kühlanlage
nicht geschlossen ist bis das Fahrzeug im Herstellungswerk zusammengebaut
ist, belastet die Verwendung dieser Art Anlagen zusätzlich der
Hersteller indem die erste Reinigung und Füllung der Kühlanlage im Montagewerk des
Fahrzeuges selbst erfolgt. Da, wie oben erwähnt, die Verwendung von Kühlmittel
strengen Vorschriften unterliegt welche vom Hersteller verlangen,
dass er die Kühlanlage
füllen
muss, werden die mit der Herstellung des Fahrzeuges verbundenen
Kosten erheblich erhöht.
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Beim
Versuch viele der obigen Probleme zu lösen, haben mehrere Hersteller
von Klimaanlagen für
Straßen-
oder Geländefahrzeuge
autonome Systeme entworfen, welche nicht nur den Kompressor und
den Kondensator enthalten, sondern auch den Verdampfer in unmittelbarer
Nähe übereinander,
so dass die Gefahr einer Leckage von Kühlmittel verringert ist. Diese
Systeme benötigen
jedoch einen großen
speziell für
die Klimaanlage bestimmten Raum in unmittelbarer Nähe des Führerhauses
des Straßen- und
Geländefahrzeuges.
Eine dieser Anlage ist im Derees, et al. am 29. Juni 1993 US Patent
5,222,372 für
EINE HERSTELLUNG DER MODULAREN FAHRZEUGKLIMAANLAGE beschrieben.
Dieses Patent beschreibt eine in einem Gehäuse untergebrachte modulare
Klimaanlage, welches im Fahrzeug mitgenommen wird in einem in der
inneren Wand des Fahrzeuges gebildeten Raum welche das Motorabteil
vom Passagierabteil unter dem Armaturenbrett trennt. Dieses System
kann zwar durchführbar
sein in einem Passagierfahrzeug mit einem großen Armaturenbrett, aber in
einem Straßen-
oder Geländefahrzeug
ist es nicht durchführbar,
weil unter dem Armaturenbrett nicht ausreichend Platz ist, um eine
so große
Einheit unterzubringen.
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Ein
anderes System ist im US Patent No 5,265,437 für EINE FAHRZEUGKLIMAANLAGE
MIT MINIMALEM KÜHLMITTELVERBRAUCH
beschrieben. Dieses System verringert die Menge Kühlmittel das
in die Aussenluft entweichen kann auf ein Minimum dadurch, dass
die Komponenten des Systems nahe aneinander angeordnet werden, so
dass die Länge
der Leitungen die erforderlich sind um die Komponenten der Klimaanlage
miteinander zu verbinden minimal ist. Hierdurch ist die im System
enthaltene Kühlmittelmenge
minimal. Obschon die Menge Kühlmittel
die in die Aussenluft entweichen kann verringert ist, so macht die
Benutzung von Standardanschlüssen
zwischen den Komponenten eine Leckage noch immer möglich.
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Mit
der Absicht die Distanz zwischen den Hauptkomponenten der Klimaanlage
und dem Verdampfer zu verringern, haben andere Systeme es mit einer
Dachmontage versucht wie jenes das am 19. August 1980 an Armbruster
erteilten US Patent 4,214,764 für
EINE AUF DEM DACH ANGEORDNETE FAHRZEUGKLIMAANLAGE. Dieses auf dem Dach
angeordnete System ist aber ziemlich sperrig und verlangt, dass
Löcher
in das Dach des Fahrzeuges geschnitten werden um die Belüftungsöffnungen unterzubringen.
Da diese Systeme auf dem Dach angeordnet sind vergrößern sie
auch erheblich den Luftwiderstand über dem Fahrzeug. Um diesen
Widerstand zu vermindern ist eine Windhaube vorgesehen was dann
jedoch die Kosten des Systems wieder erhöhen. Hinzu kommt, dass die
Entluftungsstützen, welche
vom Dach abfallen, die ergonomische Gestaltung des Führerhauses
verschlechtern in dem der den Passagieren zur Verfügung stehende
Platz verkleinert wird und die Gefahr einer Kopfverletzung vergrößert wird.
Die erhöhten
Schwingungen und Lärm die
vom Betrieb dieses Kühlsystems
unmittelbar über dem
Kopf des Fahrers und der Beifahrer des Straßen- oder Geländefahrzeuges
erzeugt werden, machen diese Art von Anlagen auch weniger wünschenswert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist deshalb ein Ziel der Erfindung die obigen und andere Probleme
bekannter Anlagen zu überwunden.
Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Fahrzeugklimaanlage
für Straßen- und
Geländefahrzeuge
zu schaffen mit erhöhter
Zuverlässigkeit
und weniger Impakt auf die Umwelt. Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist die Schaffung einer Klimaanlage für Straßen- und Geländefahrzeuge
welche die Notwendigkeit der Entsorgung und Füllung der Klimaanlage im Montagewerk
beseitigt. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in
der Schaffung einer Klimaanlage für Straßen- oder Geländefahrzeug
welche einen Bordwärmertauscher
im Führerhaus
benutzt und demgemäß die Notwendigkeit
von Hochdruckkühlleitungen
und Hochdruckverbindungen welche in und aus dem Führerhaus
führen,
vermeidet. Ein noch anderes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung
einer Klimaanlage für
Straßen-
oder Geländefahrzeuge,
die modular in der Gestaltung ist und es ermöglicht den Hauptkühlkreis
entfernt anzuordnen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung
ist die Schaffung einer Klimaanlage für Straßen- und Geländefahrzeuge
welche es ermöglicht
den Hauptkühlkreis
ausserhalb des Motorabteils an einem geeigneten Platz anzuordnen.
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Erfindungsgemäss werden
diese Ziele mit einer Fahrzeugklimaanlage erreicht welche die Merkmale
des Hauptanspruchs aufweist. Gemäss
einem Merkmal der Erfindung ist eine Klimaanlage vorgesehen, welche
ein autonomes Kühlsystem
aufweist das entfernt vom Bordwärmertauscher
in dem Führerhaus
angeordnet ist. Gemäss
einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst der entfernt angeordnete
autonome Teil der Klimaanlage sämtliche
Hochdruckkomponenten in einem geschlossenen Kreis mit permanenten
Verbindungen dazwischen. Gemäss
einem weiteren Merkmal der Erfindung hat der im Führerhaus
der Straßen-
oder Geländefahrzeuges
angeordnete Bordkühltauscher
einen Niederdruckkühlkreis
welcher dazu dient die Luft im Führerhaus
zu kühlen.
Gemäss
einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung interferiert der Niederdruckkühlkreis über einen
Wärmetauscher
mit dem entfernt angeordneten Hochdruckkühlkreis. Gemäss einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung benutzt die Klimaanlage
ebenfalls einen Niederdruckkühlkreis
um dem komprimierten Kühlmittel in
dem autonomen modularen entfernt angeordneten Hochdruckkreis Wärme zu entziehen.
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Angesichts
der obigen Ausführungen
und gemäss
einer Ausführung
einer Klimaanlage für
ein Straßen-
oder Geländefahrzeug
mit einem im Motorabteil befindlichen Motor und einem Führerhaus,
wobei das Führerhaus
ein Armaturenbrett mit eingebauten Belüftungsöffnungen und einen Ventilator
aufweist, umfasst das System der vorliegenden Erfindung eine Abkühlungsmotorzelle,
einen zum Einbau in das Armaturenbrett des Führerhauses ausgebildeten Wärmetauscher
welcher den ersten Wärmetauscher
wirkungsvoll mit der Abkühlungsmotorzelle verbindet.
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In
diesem System umfasst die Abkühlungsmotorzelle
einen Kühlkreis
mit einem Hochdruckkondensator. Dieser Kreis umfasst einen Kompressor,
einen Kondensator, einen Entspannungsgerät und einen Verdampfer. Es
ist ebenfalls ein Durchflusskreis vorgesehen, der dem Niederdruckverbindungskühlkreis
Niederdruckkühlmittel
liefert. Der Verdampfer und der Durchflusskreis sind in thermischer
Verbindung, wobei dem Niederdruckkühlmittel Wärme entzogen wird. Der Durchflusskreis
umfasst vorzugsweise eine Niederdruckkühlpumpe und eine Eingangs- und eine Ausgangsverbindung
für Niederdruckkühlmittel.
Diese Pumpe wälzt
das Niederdruckkühlmittel durch
den Wärmetauscher
um welchen der Ventilator die zu kühlende Luft bläst. Dadurch
wird kalte Luft erzeugt welch durch die Belüftungsöffnungen in das Führerhaus
fließt
um dieses abzukühlen.
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Das
erfindungsgemäße System
umfasst vorzugsweise nach einen zweiten Wärmetauscher welchen zur Montage
im Motorbateil angepasst ist einen zweiten Niederdruckkühlkreis
welcher diesen zweiten Wärmtauscher
wirkungsvoll mit der Abkühlungsmotorzelle
verbindet. Desweiteren umfasst die Abkühlungsmotorzelle einen zweiten
Durchflusskreis welcher diesen zweiten Niederdruckkühlkreis
mit Niederdruckkühlmittel
beliefert. Der Kondensator und dieser zweite Durchflusskreis stehen
vorzugsweise in thermischer Verbindung, wobei Wärme der Abkühlungsmotorzelle von dem zweiten
Niederdruckkühlmittel
entzogen wird. In einem System in welchem der Motor einen Kühler und
einen Moorventilator im Motorabteil aufweist, fließt dieses
Niederdruckkühlmittel
durch den zweiten Wärmetauscher
durch welchen der Motorventilator saugt um diesen zweiten Wärmetauscher
Wärme zu
entziehen und das zweite Niederdruckkühlmittel zu kühlen.
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In
einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst die Abkühlungsmotorzelle desweiteren einen
Zusatzkühler
welcher den Tieftemperatureingang des Kompressors mit dem Hochtemperaturausgang
des Kompressors verbindet. Dieser Wärmetausch erhöht die Wirksamkeit des
Kompressors. Die Abkühlungsmotorzelle
umfasst zusätzlich
einen zwischen dem Kondensator und dem Entspannungsgerät angeordneten
Trockner. Dieser Trockner entzieht dem Abkühlungskreis Wasser.
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In
einer anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst eine modulare Klimaanlage eine
autonome Abkühlungsmotorzelle,
einen von der Abkühlungsmotorzelle
entfernt angeordneten Verbindungskühlkreis und einen Niederdruckverbindungskühlkreis.
Der Niederdruck-Verbindungs-kühlkreis verbindet
wirkungsvoll die Niederdruckmotorzelle mit dem Wärmetauscher und leitet Niederdruckkühlmittel dazwischen.
Die Abkühlungsmotorzelle
umfasst einen Kompressor, einen Kondensator, ein Entspannungsgerät und einen
Verdampfer. Der Kompressor, der Kondensator, das Entspannungsgerät und der Verdampfer
sind in Serie eingeschaltet um einen geschlossenen Hochdruckkühlkreis
zu bilden.
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Die
Abkühlungsmotorzelle
umfasst desweiteren eine mit dem Kompressor gekoppelte Antriebsvorrichtung.
Diese Antriebsvorrichtung kann ein hydraulischer Motor, ein elektrischer
Motor oder eine andere geeignete Vorrichtung sein um einen vom Motorabteil
entfernten Betrieb zu ermöglichen.
Der Kompressor kann aber auch in herkömmlicher Weise mit einem Riemen
angetrieben werden.
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In
einer erfindungsgemässen
Ausführung wirkt
der Niederdruckverbindungskühlkreis
thermisch mit dem Kondensator zusammen um dem geschlossenen Hochdruckkühlkreis
Wärme zu
entnehmen. In dieser Ausführung
ist der Wärmetauscher
für eine Montage
in Nähe
des Kühlers
in einem Motorabteil eines Straßen-
oder Geländefahrzeuges
ausgebildet.
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Der
Niederdruckverbindungskühlkreis
kann aber auch thermisch mit dem Verdampfer zusammenwirken um dem
Niederdruckkühlmittel
Wärme zu entziehen.
In dieser anderen Ausführung
ist der Wärmetauscher
für eine
Montage unter dem Armaturenbrett eines Straßen- oder Geländefahrzeuges
ausgebildet. Diese erfindungsgemässe
Ausführung
umfasst vorzugsweise desweiteren einen von der Abkühlungsmotorzelle
entfernt angeordneten zweiten Wärmetauscher
und einen zweiten Niederdruckverbindungskühlkreis, welcher wirksam mit
der Abkühlungsmotorzelle
und mit dem zweiten Wärmetauscher
gekoppelt ist, um ein zweites Niederdruckkühlmittel dazwischen zu befördern. Bei
dieser Ausführung
wirkt der zweite Niederdruckkühlkreis
thermisch mit dem Kondensator zusammen um dem geschlossenen Hochdruckkühlkreis Wärme zu entziehen.
Ideal ist dieser zweite Wärmetauscher
für eine
Montage in der Nähe
eines Kühlers
in einem Motorabteil eines Straßen- oder Geländefahrzeuges
ausgebildet.
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Diese
und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden
Einzelbeschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist ein Blockschema einer
erfindungsgemässen
Ausführung.
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2 ist ein ausgedehntes Blockschema der
in 1 gezeigten anderen
erfindungsgemässen Ausführung.
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3 ist ein Blockschema einer
anderen erfindungsgemässen
Ausführung.
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4 ist ein ausgedehntes Blockschema der
in 3 gezeigten anderen
erfindungsgemässen Ausführung.
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5 ist ein Blockschema einer
weiteren erfindungsgemässen
Ausführung.
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6 ist ein Blockschema ein
ausgedehntes Blockschema der in 5 gezeigten
anderen erfindungsgemässen
Ausführung.
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Einige
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen gezeigt und werden nachfolgend
ausführlich
beschrieben, aber die Erfindung eignet sich für zahlreiche Änderungen
und konstruktive Varianten. Es versteht sich jedoch, dass keine Absicht
besteht, die Erfindung auf die spezifischen gezeigten Ausführungen
zu begrenzen, sondern, im Gegenteil, ist es die Absicht alle Änderungen,
konstruktive Varianten und Äquivalenten
abzudecken, welche in die von den beigefügten Ansprüchen definierten Rahmen und
Lehre der Erfindung fallen.
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Einzelbeschreibung
der bevorzugten Ausführung
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst, wie in 1 gezeigt, eine madulare Fahrzeugklimaanlage
mit Niederdruckspeisung eine Abkühlungsmotorzelle 10 welche
irgendwo in einem Straßen-
oder Geländefahrzeug
angeordnet sein kann, wo die Raumverhältnisse es zulassen. Diese
Abkühlungsmotorzelle 10 ist
eine modulare autonome Einheit und umfasst einen Hochdruckkühlkreis
mit permanenten Verbindungen zu den Komponenten wie weiter unten
beschrieben wird. In einer bevorzugten erfindungsgemässen Ausführung ist
die Modularität
total und umfasst eine Bordwärmetauscheinheit 12 und
einen Kühlerwärmetauscher 14. Jeder
dieser Wärmetauscher 12, 14 ist
in thermischer Verbindung mit der Abkühlungsmotorzelle über Niederdruckkühlverbindungen 16, 18.
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Wie
oben beschrieben, besitzt ein Straßen- oder Geländefahrzeug
ein Führerhaus
mit Sitzen für den
Fahrer und den Beifahrer und gegebenenfalls ein Schlafabteil das
dem Fahrer oder dem Beifahrer eine Ruhemöglichkeit bietet, wenn sie
das Fahrzeug nicht steuern. Wie üblich
umfasst das Führerhaus
ein Armaturenbrett mit unter anderem eingebauten Belüftungsöffnungen.
Ein Ventilator befindet sich hinter dem Armaturenbrett um Luft durch
die Belüftungsöffnungen
in das Führerhaus
zu blasen. In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist das Armaturenbrettwärmetauscher
(12) für
eine Montage hinter dem Armaturenbrett in dem Führerhaus ausgebildet. Die Wirkungsweise
dieses Armaturenbrettwärmetauschers
wird nachfolgend näher mit
Bezug auf 2 beschrieben.
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Wie
oben kurz beschrieben besitzt ein Straßen- oder Geländefahrzeug
auch ein Motorabteil in welchem der Hauptantrieb des Fahrzeuges
wie auch andere Komponenten untergebracht sind. Eine dieser Komponenten
ist der Fahrzeugkühler
durch welchen Motorkühlmittel
befördert
wird um dem Fahrzeugmotor Wärme
zu entziehen. Ein Motorventilator ist ebenfalls hinter dem Kühler angebracht
um Luft hindurchzuziehen und zum Wärmeentzug beizutragen insbesondere
wenn das Fahrzeug sich nicht bewegt. In einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist der Kühlerwärmetauscher 14 für eine Montage
auf oder in Nähe
des Kühlers
ausgebildet, so dass Luft welche in das Motorabteil eindringt oder
durch den Ventilator hineingezogen wird um den Wärmetauscher fliesst nur um
diesem Wärme
zu entziehen. Eine nähere
Beschreibung der Wirkungsweise dieses Wärmetauschers wird mit Bezug
auf die 2 erfolgen.
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Wie
oben mit Bezug auf den Hintergrund der Erfindung beschrieben wurde,
besteht ein der Probleme gemäss
dem Stand der Technik im Raumbedarf einer Klimaanlage, wenn diese
im Motorabteil eines Straßen- oder Geländefahrzeuges
angeordnet ist. Diese Motorabteile sind üblicherweise überfüllt mit
dem Motor und den Zubehärteilen
welche in diesem Raum untergebracht werden müssen. Bei der erfindungsgemässen Ausführung, wie
in 1 gezeigt, ist die
Abkühlungsmotorzelle
jedoch eine geschlossene, modulare, autonome Einheit welche entfernt
vom Motorabteil innerhalb und ausserhalb des Fahrzeuges angeordnet
sein kann.
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Wie
bereits oben erwähnt,
besteht jedoch ein der Probleme bei der Verteilung der Komponenten der
Klimaanlage für
die Bordverteilung gekühlter
Luft darin, dass das Hochdruckkühlmittel
an den verschiedenen Hochdruckkopplungen die erforderlich sind,
um das Hochdruckkühlmittel
in den verschiedenen erforderlichen Bereichen des Fahrzeuges zu
befördern
entweicht. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch die
Benutzung eines Niederdruckkühlmittels,
welches durch die Niederdruckverbindungskühlkreise 16 bzw. 18 in
die Wärmetauscher 12, 14 befördert wird.
Diese Niederdruckverbindungskühlkreise 16, 18 sind
in thermischer Verbindung mir der Hochdruckabkühlungsmotorzelle 10, aber
leiden nicht unter den Leckageproblemen des Hochdruckkühlmittels
wie die bekannten Systeme. Auf diese Weise kann die Abkühlungsmotorzelle 10 an
irgend einer geeigneten entfernten auf oder in dem Fahrzeug Stelle
eingeordnet werden, ohne Rücksicht
auf die Anzahl von Verbindungen welche erforderlich sind um die
Wärmetauscher 12, 14 an
ihren bevorzugten Stellen anzuordnen.
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2 zeigt die in einem vereinfachten
Blockschema in 1 gezeigte
erfindungsgemässe
Ausführung
ausführlicher.
Wie man in 2 feststellen kann,
umfasst die Abkühlungsmotorzelle 10 einen auf
einem Hochdruckkondensator aufgebauten Kühlkreis mit einem Kompressor 20,
einem Kondensator 22, einem Entspannungsgerät 24 und
einem Verdampfer 26. Diese Komponenten wirken zusammen um
einen geschlossenen Hochdruckkühlkreis
zu bilden, dessen Betrieb an sich bestens bekannt ist.
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Im
Gegensatz zu bekannten Hochdruckkühlsystemen sind die Komponenten
der Abkühlungsmotorzelle 10 jedoch über feste
Leitungen verbunden mit permanenten Verbindungen wie Schweiss- oder Löfverbindungen
oder andere im Gegensatz zu lösbaren
Verbindungen wie bei bekannten Systemen. Diese festen Leitungen
und permanenten Verbindungen gestalten die Abkühlungsmotorzelle als hoch zuverlässiges leckagesfestes
System, das nicht unter den Problemen bekannter Fahrzeugklimaanlagen
in welchen Hochdruckkühlmittel
durch die verschiedenen lösbaren
Verbindungen zwischen den Komponenten entweicht, leidet. Diese Abkühlungsmotorzelle
ist vorzugsweise eine bereits verpackte, vorgeladene Einheit, welche
in dem Fahrzeug eingebaut werden kann ohne sich in dem Herstellungswerk
des Fahrzeuges um die Entsorgung und Beladung der Klimaanlage kümmern zu
müssen
wie bei bekannten Anlagen der Fall ist.
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Die
Abkühlungsmotorzelle 10 kann
auch im Hochdruckkühlkreis
einen Zusatzkühler
(28) umfassen, welcher den Niedertemperatureingang zum
verdampften Kühlmittel
enthaltenen Kompressor mit Hochtemperaturausgang des heissen kompromierten
Kühlmittels
enthaltenen Kompressors thermisch verbindet. Auf diese Weise wird
die Wirksamkeit des Kompressors wesentlich vergrössert, da das flüssige heisse
Kühlmittel
am Kompressorausgang benutzt wird, um den in dem Kompressor fließenden Kühlmitteldampf
zu erhitzen und gleichzeitig mit dem Niedertemperaturdampf am Kompressor
das fließende komprimierte
Kühlmittel
zu kühlen.
Zusätzlich
kann ein üblicher
Trockner 30 im Hochdruckkühlkreis der Abkühlungsmotorzelle 10 vorgesehen
sein um dem Kreis Wasser zu entnehmen. Obschon die Benutzung eines
solchen Trockners 30 in einem geschlossenen Hochdruckkühlkreis
nicht erforderlich ist, wenn der im Kreis benutzte Kompressor eine
Dichtung besitzt, so ist die Benutzung des Trockners 30 doch
bevorzugt.
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Im
Gegensatz zu einem üblichen
Hochdruckkühlkreis
welcher den Kondensator 22 in der Nähe des Fahrzeugkühlers vorsieht
um dem Hochdruckkühlkreis
Wärme zu
entziehen, ist der Kondensator 22 der vorliegenden Erfindung
als Wärmetauscher zwischen
dem Hochdruckkühlkreis 32 und
dem Niederdruckkühlmittel
zu einem beim Kühler
montierten Wärmetauscher 14 befördert. Auf
diese Weise wird von dem Hochdruckkühlkreis 32 erzeugte
Wärme dem
Niederdruckkühlkreis 18 übertragen
und in den am Kühler
montierten Wärmetauscher 14 befördert. Wenn
der Motorventilator 34 in Betrieb ist wird Luft durch den
Wärmetauscher 14 gesaugt
und dabei dem dadurch fließenden
Niederdruckkühlmittel
Wärme entzogen.
Wie üblich
braucht der Ventilator nicht in Betrieb zu sein wenn das Fahrzeug
in Bewegung ist, da die normale Luftströmung durch das Motorabteil
dazu dienen kann dem Wärmetauscher 14 ausreichend
Wärme zu
entziehen ohne, dass es erforderlich ist den Ventilator laufen zu
lassen.
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Das
Mittel 18 zur Beförderung
dieses Niederdruckkühlmittels
kann einfache, billige, isolierte Leitungen benutzen wie diejenigen
eines Niederdruckheizungssystems. Zur Koordination mit der Niederdruckkühlmittelverbindung 18 umfasst
die Abkühlungsmotorzelle 10 ein
Niederdruckkühlmittelverbindungsmittel,
welches Niederdruckverbindungen umfasst, um mit den Niederdruckleitungen
zusammenzuwirken sowie auch eine Niederdruckkühlmittelpumpe 36.
Diese Pumpe 36 wird benutzt um Niederdruckkühlmittel
durch den Nieder-druckkreis welche den Wärmetauscher 14 und
den Kondensatorwärmetauscher 22 umfasst,
zu befördern.
Wie der Fachmann feststellen wird, obschon der Wärmetauscher 14 in
einer kühlmontierten
Konfiguration beschrieben ist, so kann der Wärmetauscher 14 tatsächlich an
irgendeiner geeigneten Stelle angeordnet sein an welcher ausreichend
Luftströmung
ist um dem Wärmetauscher 14 Wärme zu entnehmen.
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Der
Hochdruckkühlkreis 32 der
Abkühlungsmotorzelle 10 unterscheidet
sich auch von einem üblichen
Hochdruckkühlkreis
indem der Verdampfer 26 benutzt wird um den Niederdruckkühlkreis 16 zu
kühlen
anstatt unmittelbar die Luft im Führerhaus zu kühlen. Stattdessen
wird der Hochdruckkühlkreis 32 der vorliegenden
Erfindung als Wärmetauscher
benutzt welcher dem im Kreis 16 fließenden Niederdruckkühlmittel
Wärme entzieht.
Wie bei der oben beschriebenen Ausführung umfasst die Abkühlungsmotorzelle 10 ein
Niederdruckkühlbeförderungsmittel mit
Niederdruckverbindungen und einer Niederdruckkühlmittelpumpe 36 welche
den Niederdruckkühlmittel
durch den Niederdruckverbindungskreis 16, den Wärmetauscher 12 und
den Verdampferwärmetauscher 26 befördert.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichem
System mit einem am Armaturenbrett montierten Verdampfer, benutzt
das System gemäss
der vorliegenden Erfindung den Verdampfer 26 als Wärmetauscher
um das hindurch fließende
Niederdruckkühlmittel
zu kühlen.
Wenn dieses Niederdruckkühlmittel
durch die Niederdruckleitungen in den am Armaturenbrett montierten
Wärmetauscher 12 befördert wird,
bläst der
Ventilator 16 durch die im Armaturenbrett vorgesehenen
Belüftungsöffnungen
darüber
und in das Führerhaus
um Luft darin zu kühlen.
Da dieses System Niederdruckkühlmittel
befördert,
ist die Distanz und die Anzahl von Verbindungen zwischen der Abkühlungsmotorzelle 10 und
dem Armaturenbrett des Fahrzeuges kein Problem im Gegensatz zu Systemen
welche Hochdruckkühlmittel
befördern.
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Der
Kompressor 20 in der Abkühlungsmotorzelle 10 kann
mit einem geeigneten Antriebsmittel 42 angetrieben werden,
welches in die Abkühlungsmotorzelle 10 integriert
ist. Auf diese Weise kann die Abkühlungsmotorzelle 10 eine
vollständig
autonome modulare Einheit sein, welche irgendwo innerhalb oder ausserhalb
des Fahrzeuges angebracht sein kann. Geräte welche zum Antrieb des Kompressors 20 benutzt
werden können,
umfassen elektrische oder hydraulische Motoren oder andere geeignete Antriebe.
Wenn die Abkühlungsmotorzelle
im Motorabteil angeordnet werden muss oder in der Nähe der anderen
drehenden Elementen, kann nach Wunsch ein Wellen- oder Riemenantrieb
benutzt werden.
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Wie
der Fachmann feststellen kann, macht die Benutzung der autonomen
Abkühlungsmotorzelle 10 getrennte
Kühlschläuche und
Leitungen überflüssig, so
dass die Herstellungskosten des Systems erniedrigt werden. Die Abwesenheit
von Schläuchen und
ihren erforderlichen Verbindungen vermindert auch wesentlich die
Gefahr einer Kühlmittelleckage in
dem Hochdruckkühlkreis 32,
so dass die Kosten für
den Besitzer erniedrigt werden und die Umweltfreundlichkeit vergrößert wird.
Da die Komponenten in der Abkühlungsmotorzelle 10 nahe
beieinander angeordnet sind, ist das System tatsächlich wirkungsvoller und benutzt
ein kleineres Volumen Kühlmittel,
was wiederum die Kosten des Systems dämpft. Da die Einheit modular
ist, ist sie leicht im Fahrzeug einzubauen, was die Herstellungskosten des
Fahrzeuges sinken tut. Desweiteren da die Abkühlungsmotorzelle 10 eine
autonome Einheit ist, kann sie voll geladen mit Kühlmittel
an das Herstellungswerk des Fahrzeuges geliefert werden, so dass beim
Einbau der Einheit in das Fahrzeug eine Entsorgung und ein Aufladen
sich erübrigen.
Dadurch werden nicht nur die Herstellungskosten des Fahrzeuges gesenkt,
sondern es werden dem Hersteller die verschiedenen Gesetzvorschriften
erspart welche die Handhabung und den Einbau von Kühlmittel
regeln.
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Eine
andere Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt.
Wie mit Bezug auf diese 3 festgestellt
werden kann, wirkt die Abkühlungsmotorzelle
nur mit dem Armaturenbrettwärmetauscher 12 über einen
Niederdruckkühlmittelverbindungskreis 16 zusammen.
Bei dieser Ausführung
der vorliegenden Erfindung erübrigt
sich ein getrennter Niederdruckkreis und der Wärmetauscher 14 (siehe 1) durch die Anordnung der
Abkühlungsmotorzelle 10 im
Fahrzeug. Insbesondere, wenn die Abkühlungsmotorzelle sich in einem
Bereich befindet welcher ausreichend belüftet ist um den Hochdruckkühlkreis 32 zu
kühlen
(siehe 4), dann ist
ein getrennter Niederdruckkühlkreis
um diese Funktion zu übernehmen
nicht erforderlich.
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Wie 4 es insbesondere zeigt,
benutzt diese vorliegende Erfindung den Kondensator in einer üblichen
Weise als Wärmetauscherelement
für den
Hochdruckkühlkreis 32.
Diese Konfiguration kann, zum Beispiel, geeignet sein, wenn die
Abkühlungsmotorzelle 10 im
Motorabteil eingebaut ist und kann die Luftströmung benutzen, die durch die
Bewegung des Fahrzeuges und/oder den Montorventilator 34 erzeugt
wird. Diese Konfiguration kann auch geeignet sein, wenn die Abkühlungsmotorzelle 10 sich ausserhalb
des Fahrzeuges befindet an einem Platz der ausreichend Luftströmung über dem
Kondensator 22 erhält
um. einen ausreichenden Wärmeentzug aus
dem Hochdruckkühlkreis 32 zu
gewährleisten. Das
Einschalten eines Ventilators um die Luftströmung zu erhöhen kann geeignet sein um die
Leistung zu verbessern.
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Wie 5 es zeigt, kann die Anordnung
und Konfiguration der Abkühlungsmotorzelle 10 die
Notwendigkeit eines separaten Armaturenbrettwärmetauschers 12 (siehe 1 und 3) ersparen und es wird lediglich ein
separater entfernt angeordneter Wärmetauscher 14 benötigt um
den Hochdruckkühlkreis 32 (siehe 6) zu kühlen. Diese besondere Konfiguration,
die ausführlicher
in 6 gezeigt wird, benutzt
den Verdampfer 26 in einer herkömmlicheren Weise indem mit
dem Ventilator 40 ein unmittelbarer Wärmeaustausch mit der Luft des
Führerhauses
erreicht wird. Diese Konfiguration ist geeignet, wenn die Abkühlungsmotorzelle
ausgebildet ist um im Führerhaus
des Fahrzeuges angeodrnet zu sein, so dass über den Verdampfer ein geeigneter
Wärmeaustausch
mit der Luft des Führerhauses
erfolgt. Bei dieser Konfiguration muss die vom Niederdruckkühlkreis 18 Wärme vom
Kondensator zum entfernt angeordneten Wärmetauscher 14 entfernt
werden, wie oben beschrieben. Der Fachmann wird verstehen, dass
obschon der Wärmetauscher 14 beschrieben wurde
für eine
Montage in Nähe
des Motorkühlers, kann
dieser Wärmetauscher 14 entfernt angeordnet sein,
irgendwo wo ausreichend Luftströmung herrscht
um dem System die erforderliche Wärme zu entziehen. Desgleichen
wird der Fachmann verstehen, dass eine Bezugnahme auf einen Armaturenbrettwärmetauscher
bei einer herkömmlichen
Klimaanlage in einem Straßen-
oder Geländefahrzeug nicht
einschränkend
ist, da andere Konfigurationen wie Belüftungen am Boden oder im Dach
auch geeignet sind und sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung
befinden.