SE508905C2 - Termiskt system för ett fordon - Google Patents

Description

508 905 10 15 20 25 30 2 defrosterkrets. Beroende på mera effektiv motorteknologi, är ofta den tillgängliga värmeenergin i motorkylsystem otillräcklig för att uppfylla kraven på passagerarutrymmes- uppvärmning. Av denna anledning, är vissa system försedda med till exempel dieseldrivna hjälpvärmare för att tillföra mera energi till fluiden i kylsystemet.

Ovan nämnda typ av uppvärmningskrets är förbunden med åtskilliga nackdelar. Vattenbaserade kretsar är till exempel benägna att läcka och det nödvändiga rörledningsnätet erfordrar relativt omfattande och därför dyra installations- förfaranden och är relativt tungt. Dessutom, förbrukar hjälp- värmeapparater inte blott bränsle, de är även tunga och ohanterliga. Vidare är svarstiden hos Vattenbaserade kretsar lång. Detta är en särskild olägenhet i bussar beroende på det faktum att stora och snabba förändringar i lufttemperaturen i passagerarutrymmet ofta inträffar när dörrarna till utrymmet öppnas för att tillåta påstigning och avstigning av passagerare.

Kylning av passagerarutrymmet åstadkommes generellt genom att använda ett luftkonditioneringssystem. Sådana system är vanligen maskiner i standardformat med kompressorer, föràngare och kylarpaket baserade på CFC/HCFC- kylmedel typ "Freon" eller typ R134. I vissa fall, används CO_ eller andra media för att reduceraleventuella miljö- och säkerhetsrisker i hanterings- och underhållsförfaranden. Det är vanligt att moderna luftkonditioneringsenheter har en så kallad återvärmningsfunktion i vilken, under driftsperioder, kall luft som kommer från enhetens föràngare återvärmes något innan återinförande sker till passagerareutrymmet. Den tillgängliga effekten hos återvärmningsvärmeväxlaren varierar kommersiellt, men kan lätt vara i området av 30 till 40 kW. Återvärmningsvärmeväxlaren är även beroende av energi tillförd av motorkylningskretsen. Effekten hos kylar- kondensorn/värmeväxlaren varierar även, även om den är 10 15 20 25 30 508 905 3 beroende av effekten hos dess kompressor. Som beskrivs, till exempel, i US-A-4 888 959, drivs vanligen kompressorn av fordonsmotorn, vilket reducerar effekten till kraftöver- föringen och ökar bränsleförbrukningen.

För att åtminstone delvis övervinna några av de nackdelar som hör samman med kompressordrivna luft- konditioneringsenheter, har så kallade kylabsorptionssystem utvecklats vilka använder fordonsmotorns avgaser som en värmekälla. I detta avseende, kan EP-A-0 350 764 och DE-C~4l 42 314 nämnas som exempel.

Trots utvecklingen vilken har ägt rum på luft- konditioneringsenheter, föreligger fortfarande ett behov av ett klimatsystem vilket är mera effektivt integrerat i ett termiskt system hos fordonet. Med andra ord, har föreliggande sökande insett att betydande kostnadsbesparingar kan åstadkommas och passagerarkomforten kan ökas genom att konstruera ett termiskt system för ett fordon i vilket kylbehoven hos fordonsmotorn kan uppfyllas på samma gång som avfallsvärme från motorn används för att driva ett klimatsystem för passagerarutrymmet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett termiskt system för ett fordon vilket övervinner nackdelarna som hör samman med fordon vilka har en vätskekyld motor vilken driver konventionella uppvärmnings- och kylsystem för ett passagerarutrymme.

Detta syfte uppnås genom det termiska systemet enligt patentkravet l.

Det är ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en metod att klimatisera ett passagerarutrymme hos ett fordon, vilken metod övervinner nackdelarna som hör samman med konventionella uppvärmnings- och kylsystem. 10 15 20 25 30 508 905 4 Detta syfte uppnås med metoden enligt patentkrav 9.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen anges i detalj i respektive beroende patentkrav.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas mera i detalj i det följande enbart såsom exempel och med hänvisning till utföringsformen visad i Fig. 1 vilken är en schematisk framställning av ett termiskt system i enlighet med föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I ritningen, betecknar hänvisningssiffran 10 allmänt ett termiskt system införlivat i ett fordon 12. Även om systemet kommer att beskrivas i det följande i samband med en buss, är det underförstått att systemet även kan tillämpas på varje fordon i vilket en vätskekyld förbränningsmotor används. Bussen 12 är försedd med ett passagerarutrymme 14 och en förbränningsmotor 16, vanligen en dieselmotor. Motorn kyls genom en motorkylvätska, till exempel vatten innehållande ett frostskyddsmedel, vilket flyter genom en sluten motorkylkrets 18.

Det termiska systemet 10 omfattar en kylabsorp- tionsenhet 20 vilken har en generator 22. Enheten omfattar ytterligare en föràngare 24, en absorbator 26 och en kondensor 28. På ett sätt som kommer att beskrivas senare, tjänar kylabsorptionsenheten till att kyla luft vilken skall insläppas i passagerarutrymmet 14. Den slutna motorkylkretsen 18 är selektivt ansluten till generatorn 22 hos kylabsorp- tionsenheten genom ett första ventilorgan 30. Sålunda kan det första ventilorganet 30 styras att antingen tillåta motorkyl- vätskan att passera förbi generatorn 22 via en förbigàende rörledning 32 eller tillåta en variabel mängd av motorkyl- vätska att flyta genom generatorn. När det första 10 15 20 25 30 508 905 5 ventilorganet 30 är i ett läge vilket tillåter motorkyl- vätska att flyta genom generatorn 22, kommer kylabsorp- tionsenheten 20 att förses med värmeenergi från motorkylvätskan. I Nedströms om kylabsorptionsenheten 20, är den slutna motorkylkretsen 18 selektivt ansluten till en fordons- uppvärmningsenhet 34 genom ett andra ventilorgan 36. En första värmeväxlare 38 är anordnad i den slutna motor- kylkretsen nedströms om uppvärmningsenheten 34 för att avge överskottsenergi i motorkylvätskan innan vätskan återgår till förbränningsmotorn 16. Fordonsuppvärmningsenheten 34 omfattar företrädesvis en andra värmeväxlare 40 för att värma upp luft för fördelning i passagerarutrymmet 14.

Beroende på omgivande betingelser har en typisk buss ett uppvärmningsbehov av 30-35 kW för att upprätthålla lämpliga klimatbetingelser ombord med erforderliga frisk- luftsflöden och de fysiska egenskaperna hos bussen. Moderna dieselmotorer vilka används i lastbilar och bussar, har emellertid en värmeenergiproduktion via motorkylvätskan av endast 15-20 kW. För att avhjälpa denna effektbrist, är det termiska systemet enligt föreliggande uppfinning försett med organ 42 för att tillföra energi till motorkylvätskan under dess passage från motorn 16 till kylabsorptionsenheten 20. Även om sådana organ till exempel eventuellt skulle kunna vara, en dieseldriven värmekälla, en gasdriven värmekälla eller en elektrisk värmare, är i en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning organet 42 en avgasvärme- átervinningsenhet. En utmärkt lämplig enhet är föremålet för svensk patentansökan nr. 9603740-3, vars innehåll härmed införlivas som hänvisning. En sådan avgasvärmeåtervinnings- enhet 42 kan vara dimensionerad att ge en effekt från 15 till 45 kW utan större svårighet.

Sålunda, strömmar i en ren uppvärmningsmod, motorkylvätskan från motorn 16 till avgasvärmeåtervinnings- 10 15 20 25 30 508 905 6 enheten 42. Därefter, strömmar kylvätskan till den andra värmeväxlaren 40 i fordonsuppvärmningsenheten 34 för att värma inkommande luft. När en gång motorkylvätska har passerat genom fordonsuppvärmningsenheten, avlägsnas all överskottsenergi i vätskan via passage genom den första värmeväxlaren 38 innan den återföres till motorn 16.

I enlighet med en ytterligare aspekt av föreliggande uppfinning, kan värmeenergin i motorkylvätskan användas för att driva kylorgan vilka används för att kyla luft för spridning i passagerarutrymmet. Sålunda, används energin vilken göres tillgänglig i generatorn 22 hos kylabsorptionsenheten 20 för detta ändamål. Kylkapaciteten som behövs för en bussinstallation är vanligen omkring 25 kW med en kylmediumtemperatur av omkring l0°C. Om vi antar att kylabsorptionsenheten 22 har en verkningsgrad av omkring 0,6, är energin på 40 kW vilken tillföres genom motorkylvätskan till generatorn 24 tillräcklig för att klara kylnings- kapacitetsbehoven.

Förångaren 24 hos kylabsorptionsenheten är ansluten i en kylkrets 44 för passagerarutrymme vilken omfattar en tredje värmeväxlare 46 för kylluft för fördelning i passagerarutrymmet. Arbetsfluiden i kylkretsen för passagerarutrymmet kan till exempel vara saltvatten.

Absorbatorn 26 och kondensorn 28 hos kylabsorptionsenheten 20 är införlivad i en absorbator/kondensorkylkrets 48 vilken har en fjärde värmeväxlare 50. Kylmediet kan lämpligen vara en blandning av LiBr och vatten, NH3 och vatten eller någon annat lämpligt och miljömässigt neutralt medium. Om vi antar att 40 kW används för att driva generatorn 22 och att kylabsorp- tionsenheten 20 åstadkommer en kyleffekt av omkring 25 kW, bör absorbator/kondensatorkylkretsen 48 vara dimensionerad att uppfylla kylningskraven på omkring 65 kW.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen, är den tredje värmeväxlaren 46 belägen i en luftintagskanal 52 10 15 20 25 30 508 905 7 uppströms om den andra värmeväxlaren 40 av uppvärmnings- enheten 34. Inflöde av luft utanför bussen längs luftintags- kanalen regleras genom en första luftflödesstyrventil 54 placerad i kanalen 52 i närheten av ett luftintag 56. Luft kan sugas in längs luftintagskanalen medelst en fläkt 58 inom kanalen. Luft inom passagerarutrymmet 14 kan àtercirkuleras medelst en grenrörledning 60 vilken sträcker sig från passagerarutrymmet och förenar sig upp mot luftintagskanalen 52. Grenrörledningen 60 kan vara försedd med en flödesstyrventil 62. Genom lämplig reglering av flödesstyrventilen 62 och flödesstyrventilen 54 i närheten av öppningen 56 i luftintagskanalen 52, kan ett önskat förhållande av frisk luft och återcirkulerad luft fås att strömma genom den tredje värmeväxlaren 46 och den andra värmeväxlaren 40.

Genom att anordna den andra värmeväxlaren 40 och den tredje värmeväxlaren 46 i serie i luftintagskanalen 52, kan kylabsorptionsenheten 20 användas för torkning av luft vilken därefter återvärmes av den andra värmeväxlaren 40.

Denna anordning är speciellt fördelaktig för att avlägsna varje överskottsfuktighet från passagerarutrymmet förorsakat av införande av passagerares våta kläder, etc..

Såsom framgår av ritningen, kommunicerar luft- intagskanalen 52 med ett luftfördelningskanalnät 64 inom passagerarutrymmet 14. Nätet 64 innefattar företrädesvis tak- kanaler såväl som golvnivåkanaler.

För att garantera tillräcklig borttagning av imma på fordonets vindruta, bör luftfördelningskanalnätet 64 företrädesvis omfatta ett antal munstycken 66 för att distribuera luft över insidan av vindrutan. På ett liknande sätt, kan munstycken vara anordnae för att skapa luftridåer vid dörröppningarna.

Komponenterna i det termiska systemet i enlighet med föreliggande uppfinning kan vara anordnade på eller i 10 15 20 25 508 905 8 fordonet på ett antal fördelaktiga sätt. För att maximera passagerarutrymmet, är det att föredraga att åtminstone den första värmeväxlaren 38 och den fjärde värmeväxlaren 50 är monterade på fordonstaket 68. Eftersom den första värme- växlaren 38 förebygger behovet av en konventionellt placerad kylare, kan utrymmet som lämnas av en sådan kylare med fördel användas för att inhysa kylabsorptionsenheten 20.

Allra helst, är även den andra värmeväxlaren 40 och den tredje värmeväxlaren 46 monterade på taket. Sålunda, kan en takmonterad enhet tillhandahållas vilken omfattar värme- växlarna 46, 40 för kylning och uppvärmning av den inkommande luften vilken strömmar längs luftintagskanalen 52, värmeväxlarna 38, 50 för att avlägsna överskottsvärme från motorkylvätskan och absorbator/kondensorkylkretsen 48, såväl som fläkten 58 och flödesstyrventilen 54 samhörande med luft- intagskanalen 52.

Styrning av det termiska systemet 10 utföres lämpligen via en centralstyrenhet 70.

Självfallet, är föreliggande uppfinning inte begränsad till utföringsformerna beskrivna ovan och visade i ritningen, men kan varieras inom ramen för de bifogade kraven. Till exempel, är det uppenbart för fackmannen inom området att den första värmeväxlaren 38 måste kunna avge den sammantagna värmeenergin som alstras i motorkylkretsen 18.

Claims (13)

10 15 20 25 30 508 905 9 PATENTKRAV

1. Termiskt system (10) för ett fordon (12), speciellt en buss, varvid nämnda fordon omfattar ett passagerarutrymme (14) och en förbränningsmotor (16) kyld av en motorkylvätska vilken flyter genom en sluten motorkylkrets (18), nämnda system omfattar en kylabsorptionsenhet (20) vilken har en generator (22), en förångare (24), en absorbator (26) och en kondensor (28), kännetecknat av att nämnda system ytterligare omfattar: organ för att förse nämnda generator (22) hos nämnda kylabsorptionsenhet (20) med värmeenergi från nämnda motorkylvätska; organ (42) för att tillföra energi till nämnda motorkylvätska under dess passage från nämnda förbrännings- motor (16) till nämnda kylabsorptionsenhet (20), och en första värmeväxlare (38) anordnad nedströms om nämnda kylabsorptionsenhet (20) för att avge överskottsenero; i nämnda motorkylvätska innan nämnda motorkylvätska áterí:re: till nämnda förbränningsmotor (16).

2. Termiskt system (10) enligt krav l, kännetecknat av att nämnda organ för att tillföra energi till nämnda motorkylvätska är en avgasvärmeåtervinningsenhet (42).

3. Termiskt system (10) enligt krav l eller 2, kännetecknat av att en fordonsuppvärmningsenhet (34) är anordnad nedströms om nämnda kylabsorptionsenhet (20) och uppströms om nämnda första värmeväxlare (38).

4. Termiskt system (10) enligt krav 3, kännetecknat av att nämnda fordonsuppvärmningsenhet (34) omfattar en andra värmeväxlare (40) för uppvärmning av luft för fördelning i nämnda passagerarutrymme (14). 508 905 10

5. Termiskt system (10) enligt något av föregående krav, kànnetecknat av att nämnda föràngare (24) av nämnda kylabsorptionsenhet (20) är ansluten i en passagerarutrymmes- kylkrets (44) omfattande en tredje värmeväxlare (46) för att kyla luft för fördelning i nämnda passagerarutrymme (14).

6. Termiskt system (10) enligt krav 4 och 5, kännetecknat av att en andra värmeväxlare (40) och nämnda tredje värmeväxlare (46) är placerade i serie längs en gemensam luftintagskanal (52), nämnda andra värmeväxlare är placerad nedströms om nämnda tredje värmeväxlare.

7. Termiskt system (10) enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda absorbator (26) och nämnda kondensor (28) av nämnda kylabsorptionsenhet (20) är införlivade i en absorbator/kondensorkylkrets (48) vilken har en fjärde värmeväxlare (50).

8. Termiskt system (10) enligt krav 7, kännetecknat av att nämnda fordon har ett tak (12) och av att nämnda första och fjärde och/eller nämnda andra och tredje värmeväxlare är monterade på nämnda tak.

9. Metod att åstadkomma klimatiska betingelser i ett passagerarutrymme (14) i ett fordon (12), företrädesvis en buss, varvid nämnda fordon omfattar en förbränningsmotor (16) kyld av en motorkylvätska vilken flyter genom en sluten motorkylkrets (18), nämnda system omfattar en kylabsorptionsenhet (20) vilken har en generator (22), en förångare (24), en absorbator (26) och en kondensor (28), kännetecknad av att nämnda generator (22) hos nämnda kylabsorptionsenhet tillfores värmeenergi från nämnda motorkylvätska; 10 15 20 25 30 508 905 11 addering av energi till nämnda motorkylvätska under dess passage från nämnda förbränningsmotor (16) till nämnda kylabsorptionsenhet (20), och avgivande av överskottsenergi i nämnda motorkyl- vätska via en första värmeväxlare (38) anordnad nedströms om nämnda kylabsorptionsenhet (20) innan nämnda motorkylvätska återföres till nämnda förbränningsmotor (16).

10. Metod enligt krav 9, kännetecknad av att nämnda motorkylvätska ledes genom en andra värmeväxlare (40) för uppvärmning av luft för fördelning i nämnda passagerarutrymme (14), nämnda andra värmeväxlare är placerad uppströms om nämnda första värmeväxlare (38).

11. ll. Metod enligt krav 10, kännetecknad av att nämnda förångare (22) hos nämnda kylabsorptionsenhet (20) anslutes i en passagerarutrymmeskylkrets (44) omfattande en tredje värmeväxlare (46) för att kyla luft för fördelning i nämnda passagerarutrymme (14).

12. Metod enligt krav 11, kännetecknad av att nämnda andra värmeväxlare (40) och nämnda tredje värmeväxlare (46) (52), nämnda andra värmeväxlare är placerad nedströms om nämnda placeras i serie längs en gemensam luftintagskanal tredje värmeväxlare.

13. Metod enligt krav 12, kännetecknad av att luften i nämnda tredje värmeväxlare (46) kyles till en nivå under en önskad temperatur för passagerarutrymmet (14) och varvid den sålunda kylda luften uppvärmes i nämnda andra värmeväxlare (40) till nämnda önskade temperatur.