DE10123178A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Absenken der Temperatur in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Absenken der Temperatur in einem Fahrgastraum eines KraftfahrzeugsInfo
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Abstract
Ein Verfahren dient zum Absenken der Temperatur in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, insbesondere vor oder unmittelbar nach dem Start des Kraftfahrzeugs. Dabei ist ein Kältespeicher in Form eines mit einem unter Druck stehenden Fluid gefüllten Hochdruckspeichers zum Erzeugen der erforderlichen Kälteleistung mittels einer Entspannung des Fluids vorhanden. Die Fahrzeugteile, welche Wärme speichern und abstrahlen können, werden durch Anströmung eines Kühlmediums, welches zuvor einen die Kälteleistung an das Kühlmedium übertragenden Wärmetauscher passiert hat, mit sehr hoher Kälteleistung abgekühlt. Die Erfindung betrifft außerdem eine korrespondierende Vorrichtung.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich
tung zum Absenken der Temperatur in einem Fahrgastraum
eines Kraftfahrzeugs nach der in den Oberbegriffen der
Ansprüche 1 und 7 näher definierten Art.
Herkömmliche Klimaanlagen für die Fahrgasträume von
Kraftfahrzeugen oder Omnibussen benötigen in der Regel
ca. 15 Minuten, um ein erträgliches Klima in dem Fahr
gastraum herzustellen. In der Zwischenzeit, also dem
Zeitraum zwischen dem Besteigen des Kraftfahrzeugs und
dem im allgemeinen zeitgleichen Start der Klimaanlage,
werden die Fahrgäste nachhaltig in ihrem Wohlbefinden
beeinträchtigt, weil sie die Stauhitze der Sitzfläche
mit ihrem eigenen Körper abführen müssen, und weil sie
trotz der unmittelbar einsetzenden Kälteleistung der
Klimaanlage noch weiterhin mit einer hohen Strahlungs
leistung von den Innenflächen des Kraftfahrzeugs, ins
besondere von dem Armaturenbrett und den Türverklei
dungen, angestrahlt werden.
Um dies zu vermeiden, kennt der allgemeine Stand der
Technik den Einsatz von Klimaanlagen vor dem Start des
Kraftfahrzeugs, eine sogenannte Standkühlung. Diese
Standkühlungen haben jedoch gravierende Nachteile.
Ein erster gravierender Nachteil ist sicherlich darin
zu sehen, daß die Zeit für das Herunterkühlen des
Kraftfahrzeugs auch hier einen Zeitraum von ca. 15 Mi
nuten benötigt. Der Fahrgast bzw. der Fahrer des
Kraftfahrzeugs muß also sehr genau wissen, wann er das
Kraftfahrzeug betreten will, um über eine entsprechen
de Zeitschaltuhr, Fernbedienung oder dergleichen einen
ausreichend frühen Start der Klimaanlage zu ermögli
chen.
Ein weiterer gravierender Nachteil der Standkühlung
ist in dem Lösungsversuch, das Zeitpunktproblem zu be
wältigen, zu sehen. Dieser Lösungsversuch ist meist
ein weiterlaufender Stand-by Betrieb der Kühlung, um
eine durchgehende Kühlung des Fahrgastraumes zu errei
chen. Dieser hat in nachteiliger Weise jedoch einen
sehr hohen Energieverbrauch, ohne daß die für
Kühlzwecke verbrauchte Energie über den gesamten Zeit
raum ihres Verbrauchs einen sinnvollen Zweck erfüllt.
Es wäre daher wünschenswert, wenn über ein entspre
chendes Speichersystem die von einer Klimaanlage er
zeugte Kälte direkt zwischengespeichert werden könnte.
Entsprechende Lösungsansätze zeigt hier beispielsweise
die DE 197 53 601 A1 auf, welche einen Kältespeicher,
insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschreibt. Dieser
Kältespeicher bedient sich dabei eines Speichermedi
ums, welches zur Speicherung der Kälte von einem flüs
sigen in einen festen Zustand überführt wird. Bei ent
sprechendem Kältebedarf wird dann aus dem gut isolier
ten Speicher entsprechende Kälteleistung entnommen,
während das Speichermedium dabei eine Temperaturerhö
hung erfährt und auftaut.
Eine Klimaanlage mit einer ähnlichen Einrichtung zur
Speicherung von Kälte ist durch die DE 199 06 497 A1
beschrieben.
Einem gegenüber diesen "Eisspeichern" sicherlich als
Weiterentwicklung anzusehende Vorrichtung zur Kühlung
des Innenraums eines Kraftfahrzeugs ist in der gat
tungsgemäßen DE 42 35 795 C1 beschrieben. Dabei wird
einem isolierten Kältespeicher durch einen Wärme
tauschvorgang eine dem jeweiligen Bedarf angepaßte
Kältemenge entzogen und zur Temperatursenkung im In
nenraum des Kraftfahrzeugs genutzt. Unter Einbeziehung
der gebräuchlichen Komponenten von herkömmlichen Kli
maanlagen wird eine sehr große Speicherkapazität er
reicht, indem der Kältespeicher als ein ein verflüs
sigtes Gas aufnehmender Tank ausgebildet ist, dem ein
Kälteübertrager mit einem kälteabgebenden Bereich an
gegliedert ist. Dieser Aufbau ermöglicht es ohne wei
tere Anlagen und Komponenten Kälte zwischenzuspei
chern, um diese vor dem Betreten des Fahrzeugs oder
unmittelbar nach dem Start der Klimaanlage sofort zur
Verfügung zu haben.
Dennoch weist dieser Aufbau die eingangs bereits ge
nannten Nachteile zum Teil weiterhin auf. Entweder muß
der Zeitpunkt des Fahrzeugstarts bzw. des Betretens
des Fahrgastraums sehr exakt im voraus bekannt sein,
um die Klimaanlage und das Entladen des Kältespeichers
frühzeitig starten zu können, oder im Falle des Starts
unmittelbar nach dem Betreten des Fahrgastraums blei
ben die eingangs genannten Nachteile der Beeinträchti
gung des Wohlbefindens der Fahrgäste bis zur Absenkung
der Temperatur auch hier weiterhin erhalten, weil die
Abkühlgeschwindigkeit der einer herkömmlichen Klimaan
lage entspricht. Außerdem geht bei dem Aufbau die zwi
schengespeicherte Kälte nach längerer Speicherdauer
durch Isolationsverluste verloren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche
das schnelle Beseitigen von Stauhitze aus den Fahr
gasträumen bzw. das schnelle Herunterkühlen von Fahr
zeugteilen ermöglicht, die für die Komfortbeeinträch
tigung der Fahrgäste durch Stauhitze und Strahlungs
hitze maßgeblich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren
mit den im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genann
ten Merkmalen gelöst.
Diese Abkühlung erfolgt mit einer deutlich niedrigeren
Temperatur als bei herkömmlichen Klimaanlagen, welche
mit maximal 4°C am Verdampfer arbeiten um eine Verei
sung zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird diese Verei
sung jedoch bewußt zugelassen, so daß mit einem weit
aus niedrigeren Temperaturniveau, von deutlich unter
0°C abgekühlt werden kann. Diese Abkühlung kann un
mittelbar nach dem Betreten bzw. Starten des Kraft
fahrzeugs mittels der in dem Hochdruckspeicher in Form
eines komprimierten Fluids gespeicherten Kälteleistung
erfolgen. Dieses Fluid wird erfindungsgemäß bei Raum
temperatur ohne Isolation gespeichert und erzeugt die
Kälteleistung erst bei Bedarf durch Entspannung.
In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt
die Abkühlung dadurch, daß Fahrzeugteile, welche Wärme
speichern und abstrahlen können durch Einströmung ei
nes Kühlmediums, welches zuvor einen die Kälteleistung
an das Kühlmedium übertragenden Wärmetauscher basiert
hat, mit hoher Kälteleistung abgekühlt werden. Die
Fahrzeugteile, welche die Wärme speichern und abstrah
len können, insbesondere sei hier an die Sitzflächen
und Rückenlehnen der Fahrgastsitze sowie an dem Fahr
gast gegenüberliegende, dunkle, wärmeabstrahlende Flä
chen, wie beispielsweise an ein Armaturenbrett oder
gegebenenfalls an Türverkleidungen oder dergleichen,
gedacht, werden die Einströmung eines Kältemediums,
dies kann beispielsweise über einen Wärmetauscher her
untergekühlte Luft sein, mit sehr hoher Kälteleistung
abgekühlt.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Er
findung erfolgt die Abkühlung an den dem Fahrgastraum
und/oder den Fahrgästen gewandten Seite der Fahrzeug
teile.
Die Kälteleistung wird gemäß der Erfindung, also in
besonders vorteilhafter Weise so versteckt freige
setzt, daß die Fahrzeuginsassen diese nicht unmittel
bar als Kälte wahrnehmen und somit nicht von dem, beim
bestimmungsgemäßen Einsatz sehr kalten Kältemediums,
z. B. Luft, in ihrem Wohlbefinden beeinträchtigt wer
den. Vielmehr wird die Kälteleistung dazu verwendet,
heiße Fahrzeugteile rückseitig herunterzukühlen, die
in Berührungskontakt oder Strahlungsaustausch zu den
Insassen stehen. Die herkömmliche Klimaanlage arbeitet
unabhängig von der erfindungsgemäßen Vorrichtung par
allel zu dieser. Die Klimaanlage temperiert hierbei
vorrangig nur die Luft. Ihre Kälteleistung ist sehr
begrenzt und reicht nur für die Luftkühlung.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des er
findungsgemäßen Verfahrens kann die Absenkung der Tem
peratur der Fahrzeugteile dabei nur bis zum Erreichen
einer üblichen Raumtemperatur, insbesondere beispiels
weise ca. 15 bis 25°C an der dem Fahrgastraum und/oder
den Fahrgästen zugewandten Seite, erfolgen.
Dadurch wird erreicht, daß der Fahrgast die entspre
chenden Fahrzeugteile, wie beispielsweise die Sitze,
das Armaturenbrett oder die Verkleidungselemente be
reits nach einem extrem kurzen Zeitraum als angenehm
temperierte Teile empfindet ohne daß eine für ihn
merkliche Konvektionsbewegung von an den Oberflächen
abgekühlter Luft stattfindet, welche er als "Zug" emp
finden würde.
Eine Vorrichtung zur Lösung der oben genannten Aufgabe
ist durch die im Anspruch 7 genannten Merkmale be
schrieben.
Die erforderliche Kälteleistung kann dabei durch das
in dem Hochdruckspeicher unter Druck stehendem Fluid,
beispielsweise R134a, CO2, Luft oder ein entsprechen
des geeignetes Kältemittel, an der Entspannungsein
richtung unmittelbar freigesetzt werden. Bei herkömm
lichen Kältemitteln reicht eine Düse hinter dem
Schaltventil, um die Kälteleistung im Fluidstrom
freizusetzen. Bei Gasen wie Luft wird eine Entspan
nungsarbeitsmaschine benötigt, damit sich das Gas ab
kühlt; die dabei gewonnene mechanische Arbeit kann
wiederverwendet werden zur Kompression nach Passieren
des Wärmetauschers. Hierbei muß allerdings noch zu
sätzliche Arbeit hinzugefügt werden.
Über einen Wärmetauscher kann nun direkt oder über ei
nen Zwischenkreislauf die erforderliche Kälteleistung
auf das Kältemedium übertragen werden, durch welches
die Fahrzeugteile, und insbesondere deren dem Fahrgast
abgewandten Rückseiten, gekühlt werden.
In einer günstigen Ausgestaltung der Vorrichtung ist
die Einrichtung zur Bereitstellung der Kälteleistung
dabei in einen Kühlungsabschnitt und einen Kompressi
onsabschnitt aufgeteilt, wobei gemäß einer sehr gün
stigen Weiterbildung dieser Ausgestaltung zumindest
der Kühlungsabschnitt mehrfach vorhanden sein kann, so
daß die Entspannung des in dem Hochdruckspeicher vor
liegenden Kältemittels unmittelbar im Bereich der zu
kühlenden Fahrzeugteile erfolgen kann.
Vorteile ergeben sich hieraus hinsichtlich des Trans
ports der "Kälte", da auf isolierte Leitungen weitge
hend verzichtet werden kann. Die erneute Kompression
des Kältemittels kann dann an wenigstens einem anderen
Ort erfolgen, so daß die hierbei entstehende Wärme
sehr leicht außerhalb des Fahrgastraumes abgeführt
werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung er
geben sich aus den restlichen Unteransprüchen und den
anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausfüh
rungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Einrichtung zur Erzeugung der erforderli
chen Kälteleistung in einer schematischen Dar
stellung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahr
zeugs mit den Fahrzeugteilen, welche abgekühlt
werden;
Fig. 3 Querschnitt durch ein Armaturenbrett; und
Fig. 4 Schnittdarstellung gemäß der Linie IV-IV in
Fig. 3.
In Fig. 1 ist eine Einrichtung 1 zur Bereitstellung
von Kälteleistung dargestellt. Die Einrichtung 1 glie
dert sich in einen Kompressionsabschnitt 2 und einen
Kühlungsabschnitt 3. Der Kühlungsabschnitt 3 umfaßt
dabei einen Hochdruckspeicher 4, ein Absperrventil 5,
welches hier z. B. elektrisch betätigbar ist, sowie ei
ne Entspannungseinrichtung 6. In Strömungsrichtung
nach der Entspannungseinrichtung 6 kann sich nach ei
ner Rohrleitung 7, welche hier mit einer thermischen
Isolation 8 versehen ist, ein Wärmetauscher 9 an
schließen.
Das Funktionsprinzip des Kühlungsabschnitts 3 beruht
darauf, daß in dem Hochdruckspeicher 4 ein entspre
chendes Medium, wie z. B. Kältemittel R134a (25 bar),
CO2 (90-120 bar) oder ein anderes geeignetes Medium,
als Kältemittel unter hohem Druck gespeichert ist.
Wird dieses Kältemittel nun im Bereich der Entspan
nungseinrichtung 6 entspannt, so sinkt dessen Tempera
tur sehr stark ab. Über die Rohrleitung 7 mit der
thermischen Isolation 8 kann dieses extrem kalte Käl
temittel zu dem Wärmetauscher 9 gelangen, von welchem
es entweder direkt oder über einen hier nicht darge
stellten Zwischenkreislauf abgeführt werden kann.
Die Darstellung in Fig. 1 wählt dabei eine direkte Ab
führung mittels eines den Wärmetauscher 9 durchströ
menden Gasstroms, dessen Korrektionsströmung über ein
Gebläse 10 aufrechterhalten wird.
Grundlegend kann dieser Aufbau des Kühlungsabschnitts
3 zentral an einer Stelle erfolgen, wobei dann über
den Wärmetauscher 9 ein weiterer Kältekreislauf be
trieben werden kann, welcher die Kälte an die ge
wünschten Stellen transportiert. Alternativ dazu kann
der Betrieb auch über viele dezentrale Kühlungsab
schnitte 3, wobei die Kälte jeweils vor Ort erzeugt
und über die bereits an den gewünschten Stellen ange
ordneten Wärmetauscher 9 den jeweils zu kühlenden Ele
menten zugeführt wird.
Je nach örtlichen Gegebenheiten empfiehlt es sich, un
ter dem Wärmetauscher 6 eine Kondensatauffangpfanne 91
vorzusehen; denn am extrem kalten Wärmetauscher ge
friert zunächst die Luftfeuchtigkeit. Je nach Bauart
sublimiert sie anschließend nicht vollständig sondern
tropft als Kondensat ab, welches anschließend verdun
stet.
Der Kompressionsabschnitt 2, welcher sich in Strö
mungsrichtung an den Wärmetauscher 9 anschließt, be
steht grundlegend aus einem Gegenstromwärmetauscher 11
auf dessen Funktionsweise später noch näher eingegan
gen wird, einem Niederdruckspeicher 12 und einer Kom
pressionseinrichtung 13. Das Kältemittel, welches den
größten Teil seiner Kälteleistung im Bereich des Wär
metauschers 9 abgegeben hat, gelangt durch den Gegen
stromwärmetauscher 11 in den Bereich des Niederdruck
speichers 12 und wird dort gespeichert. Durch die Kom
pressionseinrichtung 13 wird das in dem Niederdruck
speicher vorliegende Kältemittel von niedrigem Druck
auf einen hohen Druck komprimiert. Über ein Leitungs
element 14, welches im dargestellten Fall ebenfalls
eine thermische Isolation 8 aufweist, um eine Abgabe
der Kompressionswärme, welche das Kältemittel im Be
reich der Kompressionseinrichtung 13 aufgenommen hat,
an ungewünschten Stellen zu vermeiden, gelangt das
Kältemittel zu einem Kühler 15. Im Bereich des Kühlers
15 wird die in dem Kältemittel enthaltene Kompressi
onswärme gezielt abgeführt, was hier wiederum mittels
eines angedeuteten Gebläses 16 im Bereich des Kühlers
15, also mittels Erzeugung einer Strömung erfolgt. Der
Kühler 15 kann dazu in einem Bereich angeordnet sein,
in welchem die Erwärmung der Umgebung kein Problem
darstellt. Das so abgekühlte Kältemittel gelangt über
ein weiteres Leitungselement 17 mit einem Rückschlag
ventil 18 zurück in den Hochdruckspeicher 4. Unterwegs
durchströmt es dabei den Gegenstromwärmetauscher 11,
um in ihm enthaltene verbleibende Kompressionswärme im
Wärmetausch mit dem auch nach dem Wärmetauscher 9 noch
vergleichsweise kalten Kältemittel abzugeben, bevor es
in den Hochdruckspeicher 4 gelangt.
Die Einrichtung 1 läßt sich verfahrensgemäß so betrei
ben, daß, wenn eine Kälteanforderung vorhanden ist
über das Absperrventil 5 die Entspannung des in dem
Hochdruckspeicher 4 gespeicherten Kältemittels erfolgt
und somit eine schlagartige Bereitstellung von Kälte
auf einem sehr niedrigen Temperaturniveau ermöglicht
wird. Bei dem gemäß der Erfindung geplanten Einsatz,
nämlich der "Blitzkühlung" eines Fahrgastraums 19 ei
nes Kraftfahrzeugs 20 kann dann die Kompression des
bei niedrigerem Druck befindlichen Kältemittels, wel
ches in dem Niederdruckspeicher 12 zwischengespeichert
wird über einen vergleichsweise großen Zeitraum erfol
gen, da lediglich sichergestellt sein muß, daß der
Hochdruckspeicher 4 vor dem Abstellen des Kraftfahr
zeugs 20 wieder befüllt ist, so daß beim nächsten
Start erneut Kälteleistung zur Verfügung steht.
Die Entspannungseinrichtung 6 kann in einer sehr ein
fachen Ausgestaltung als Düse ausgebildet sein, es ist
jedoch auch denkbar, daß die Entspannungseinrichtung 6
als Gasmotor ausgebildet ist. Bei einem idealen Gas
wäre dies ohnehin notwendig, da dieses durch eine
Drosseldüse ohne Abkühlung entspannt werden würde. Ne
ben der Entspannung des Kältemittels und der damit er
zeugten Kälte wird dann außerdem im Bereich des Gasmo
tors mechanische Energie freigesetzt, welche wiederum
genutzt werden kann, um einen Teil der benötigten
Energie der Kompressionseinrichtung 13 zu liefern, in
dem beispielsweise Kompressionseinrichtung 13 und Ent
spannungseinrichtung 6 auf einer gemeinsamen Welle an
geordnet werden. Selbstverständlich reicht die in dem
Gasmotor erzeugte mechanische Energie nicht aus, die
Kompressionseinrichtung 13 allein zu betreiben, so daß
hier zusätzlich ein Antrieb, beispielsweise ein elek
tromotorischer Antrieb, der Welle erfolgen muß, um die
Leistungsdifferenz auszugleichen.
Fig. 2 zeigt nun das oben bereits genannte Kraftfahr
zeug 20 mit dem Fahrgastinnenraum 19, welches in dem
hier dargestellten Ausführungsbeispiel in der Art ei
nes Personenkraftwagens angedeutet ist. Grundlegend
ist der Aufbau jedoch nicht auf einen solchen einge
schränkt, es können vielmehr alle Fahrzeuge, für wel
che eine derartige Anordnung sinnvoll erscheint, ent
sprechend ausgerüstet werden, beispielsweise Omnibus
se.
In dem Fahrgastraum sind verschiedene schematisch an
gedeutete Fahrzeugteile 21 erkennbar, insbesondere ein
Armaturenbrett 21' und zwei Fahrgastsitze 21".
Im Bereich des Kraftfahrzeugs 20 ist außerdem die Ein
richtung 1 zur Bereitstellung von Kälteleistung prin
zipmäßig angedeutet, wobei die Rohrleitungen 7, hier
ohne ihre thermische Isolation 8 dargestellt, von der
Einrichtung 1 zu den jeweiligen Wärmetauschern 9 im
Bereich der Fahrzeugteile 21 führt. Die Wärmetauscher
9 sind dabei mit den ihnen jeweils zugeordneten Geblä
sen 10 in der Art angeordnet, daß sie ein Kühlmedium,
hier Luft, durch die Wärmetauscher 9 auf die dem Fahr
gastraum 19 bzw. den Fahrgästen abgewandte Seite der
Fahrzeugteile 21 geblasen werden kann. Die Fahrzeug
teile 21, welche die enthaltene Wärmeenergie in Form
von Strahlung an den Fahrgast abgeben oder ein Ablei
ten der in ihnen enthaltenen Wärmeenergie durch den
Fahrgast selbst erforderlich machen, werden auf diese
Art "von hinten" mit sehr sehr kaltem Kühlmedium ange
blasen, so daß es zu einer sehr schnellen Abkühlung
der Fahrzeugteile 21 kommt.
Dadurch, daß diese Abkühlung versteckt auf der dem
Fahrgastraum 19 abgewandten Seite der Fahrzeugteile
erfolgt, wird der Fahrgast selbst diese Abkühlung er
freut wahrnehmen ohne durch kalte Konvektionsströmun
gen behelligt zu werden.
Um eine Beeinträchtigung der Fahrgäste zu vermeiden,
werden die Fahrzeugteile daher auch nur soweit abge
kühlt, daß sie auf der dem Fahrgastraum 19 bzw. dem
Fahrgast zugewandten Seite eine Temperatur im Bereich
der üblichen Raumtemperatur, also ca. 20°C aufweisen.
Insbesondere bei den Fahrgastsitzen 21" kann die Tem
peratur bis zu welcher heruntergekühlt wird, entspre
chend höher gewählt werden, beispielsweise ca. 25°C,
während die Temperatur im Bereich des Armaturenbretts
21' deutlich niedriger gewählt werden kann, so daß ein
Ausgleich gegenüber nicht gekühlten Einbauteilen, wie
beispielsweise Seitenverkleidungen oder dergleichen,
durch ein stärkeres Abkühlen des Armaturenbretts 21'
geschaffen wird, nur darf hier der Taupunkt nicht er
reicht werden.
Grundlegend ist neben dem hier dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel auch ein Aufbau denkbar, bei dem mehrere
dezentrale Kühlungsabschnitte 3 der Einrichtung 1 im
Bereich der jeweiligen Fahrzeugteile 21 angeordnet
werden. Das dort dann vorteilhafterweise im Bereich
einer Düse entspannte Medium kann über die entspre
chenden Leitungsabschnitte zu einem zentralen Nieder
druckspeicher 12 zurückgeleitet werden, der Aufbau an
sich funktioniert weiterhin in der oben bereits be
schriebenen Art.
Die dezentralen Hochdruckspeicher 4 könnten dabei ver
gleichsweise klein ausgeführt werden, da beispielswei
se von handelsüblichen Kälte- bzw. Vereisungssprays
bekannt ist, daß mit einer Speicherkapazität in der
Größenordnung einer üblichen Spraydose sehr viel
"Kälte" erzeugt werden kann. Die zentralen Hochdruck
speicher 4 könnten also weitaus kleiner als diese Käl
te- bzw. Vereisungsspraydosen ausgeführt werden. Der
dezentrale Aufbau spart dabei erhebliche zu isolieren
de Leitungslängen.
Fig. 3 zeigt nun einen konkreten Aufbau für ein Arma
turenbrett 21' als zu kühlendes Fahrzeugteil 21. Das
Armaturenbrett 21' weist eine Tragstruktur 22 auf,
welche beispielsweise aus Spritzguß bestehen kann. Der
Wärmetauscher 9 ist hier im Querschnitt als Tiefkühl
spirale 9 dargestellt und wird von dem entsprechenden
Gebläse 10 mit einem Volumenstrom des Kühlmediums,
hier insbesondere Luft, versorgt. Nach dem Durchströ
men des Wärmetauschers 9 gelangt die Luft in einen
Verteilerkanal 23 und von dort über mehrere Einzelka
näle 24, welche unterhalb einer Deckschicht 25 des Ar
maturenbretts 21' angeordnet sind, auf die dem Fahr
gastraum 19 abgewandte Seite des Armaturenbretts 21'
bzw. der Deckschicht 25.
Ein möglicher Aufbau der Einzelkanäle 24 sowie der
Deckschicht 25 ist in dem Querschnitt gemäß der Linie
IV-IV in Fig. 4 nochmals detailliert dargestellt.
Die abgekühlte Luft gelangt nach dem Verlassen der
Einzelkanäle 24 wiederum in einen Sammelkanal 26 und
wird von dort über ein Leitungselement 27 derart abge
führt, daß der in dem Fahrgastraum 19 befindliche
Fahrgast von kalten Konvektionsströmungen verschont
bleibt. Je nach Temperaturniveau, welches die Luft
nach dem Verlassen des Sammelkanals 26 aufweist, kann
diese gegebenenfalls auch der, parallel zu der erfin
dungsgemäßen Blitzkühlung arbeitenden, üblicherweise
sicherlich weiterhin vorhandenen herkömmlichen Klima
anlage, zur Unterstützung der Kühlung des Fahrgastrau
mes 19 zugeführt werden.
Der Wärmetauscher 9 wird dadurch, daß in ihm ein sehr
niedriges Temperaturniveau, im allgemeinen deutlich
unter 0°C vorliegt, sicherlich sehr schnell einen
dünnen Eisfilm aus der Luftfeuchtigkeit erhalten. Des
sen Dicke bleibt aber gering, da der gesamte Kühlvor
gang nur kurze Zeit andauert. Die Gefahr einer Strö
mungsbeeinträchtigung besteht daher nicht.
Aufgrund des sich bildenden Eises und der sehr starken
Abkühlung der Tragstruktur 22 wird sich im Bereich des
Armaturenbretts 21' Kondensat bilden, welches entspre
chend abgeführt oder verdunstet werden muß. So ist
beispielsweise im Bereich des Leitungselement 27 ein
Kondensatabschluß vorzusehen, ebenso wie im Bereich
des Wärmetauschers 9, welcher hier durch eine Rinne 28
zur Zwischenspeicherung von Kondensat angedeutet ist.
Über den somit beschriebenen Aufbau läßt sich also ei
ne sehr schnelle Abkühlung von Fahrzeugteilen 21 im
Bereich des Fahrgastraumes 19 eines Kraftfahrzeugs 20
schaffen, so daß bereits nach sehr kurzer Zeit eine
für den Fahrgast subjektiv angenehm kühle Temperatur
im Innenraum des Fahrzeugs 20 vorliegt, auch wenn die
ses während einer Standphase durch Sonneneinstrahlung
oder dergleichen extrem aufgeheizt worden war. Tat
sächlich wurden nur sehr wenige Teile abgekühlt und es
verbleibt noch sehr viel Stauhitze im Fahrzeug. Diese
wird langsam von der herkömmlichen Klimaanlage abge
führt.
Die für den Aufbau erforderlichen Druckspeicher 4, 12
lassen sich dabei grundlegend in allen möglichen Be
reichen integrieren, wobei es besonders günstig ist,
die Druckspeicher in Rahmenelemente oder die
Tragstruktur des Kraftfahrzeugs 20 an Stellen zu inte
grieren, welche ohnehin Hohlräume aufweisen.
Dabei können einerseits die Rahmenelemente und
Tragstrukturen der Fahrzeugteile 21 selbst, beispiels
weise in Hohlräumen in der Tragstruktur 22 des Armatu
renbretts 21' oder rohrförmige Gestelle im Bereich der
Fahrgastsitze 21" angedacht sein, als auch Rahmen
strukturen oder Hohlräume im Bereich des Fahrzeugrah
mens oder der Karosserie des Kraftfahrzeugs 20.
Insbesondere der Hochdruckspeicher 4 ist dabei in der
Art auszuführen, daß er im Falle eines Unfalls des
Kraftfahrzeugs 20 das in ihm enthaltene Kältemittel
nicht schlagartig sondern nur langsam und kontrolliert
zu entlassen vermag. Dies kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, daß der Hochdruckspeicher 4 aus einem
Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, welcher einen
vergleichsweise großen Anteil an Kevlargewebe auf
weist, welches ein Bersten des Hochdrucktanks 4 im
Falle eines Unfalls verhindern kann.
Wenn ein entsprechendes Kältemittel, wie beispielswei
se CO2 eingesetzt wird, welches den Luftsauerstoff
verdrängt, muß unbedingt darauf geachtet werden, daß
die Speicher 4, 12 der Einrichtung 1 so angeordnet
sind, daß sich der Speicherinhalt im Falle eines Un
falls nicht (zu schnell) in den Innenraum entleeren
kann und so die dort befindlichen Fahrgäste durch ein
Verdrängen des Luftsauerstoffs ersticken würden.
Dazu kann beispielsweise, wie in Fig. 2 prinzipmäßig
angedeutet, jeweils ein Notventil 29 vorgesehen sein,
welches im Falle eines Unfalls geöffnet wird, um das
Kältemittel an die Umgebung zu entlassen. Hier könnte
beispielsweise an ein Ventil gedacht werden, welches
pyrotechnisch geöffnet wird. Der Mechanismus hierzu
kann z. B. vergleichbar mit dem Auslöser eines Airbags
aufgebaut sein.
Bei entsprechender günstiger Lage des Hochdrucktanks,
beispielsweise einer Anordnung im Bereich des Armatu
renbretts 21' oder im Bereich des Motorraums kann die
Ableitung des Kältemittels durch ein derartiges Not
ventil 29 so angeordnet sein, daß das den Luftsauer
stoff verdrängende Kältemittel in Bereiche strömt,
welche tendenziell brandgefährdet sind, beispielsweise
in dem Bereich des Motorraums, so daß im Falle eines
Unfalls gelegentlich auftretende Motorbrände durch das
in diesen Bereich strömende CO2 erstickt werden könn
ten.
Claims (19)
1. Verfahren zum Absenken der Temperatur in einem
Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, insbesondere
vor oder unmittelbar nach dem Start des Kraftfahr
zeugs, wobei ein Kältespeicher in Form eines mit
einem unter Druck stehenden Fluid gefüllten Hoch
druckspeichers zum Erzeugen der erforderlichen
Kälteleistung mittels einer Entspannung des Fluids
genutzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Temperaturniveau der übertragenen Kältelei
stung sehr viel niedriger gewählt wird, als bei
herkömmlichen Klimaanlagen üblich.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
Fahrzeugteile (21), welche Wärme speichern und ab
strahlen können, durch Anströmung eines Kühlmedi
ums, welches zuvor einen die Kälteleistung an das
Kühlmedium übertragenden Wärmetauscher (9) pas
siert hat, mit hoher Kälteleistung abgekühlt wer
den.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Kühlmedium Luft eingesetzt wird, welche mit
tels eines Gebläses (10) oder dergleichen an die
dem Fahrgastraum (19) und/oder den Fahrgästen ab
gewandten Seiten der Fahrzeugteile (21) im offenen
oder geschlossenen Kreislauf geblasen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Absenkung der Temperatur der Fahrzeugteile
(21) nur bis zum Erreichen einer üblichen Raumtem
peratur, insbesondere ca. 15-25°C, an der dem
Fahrgastraum (19) und/oder den Fahrgästen zuge
wandten Seite der Fahrzeugteile (21) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Temperaturniveau im Bereich des Wärmetauschers
(9) deutlich unter 0°C liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das in dem wenigstens einen Hochdruckspeicher (4)
unter Druck stehende Fluid bei Bedarf an Kühllei
stung schlagartig entspannt wird, wobei die erneu
te Befüllung des Hochdruckspeichers (4) über einen
dagegen vergleichsweise langen Zeitraum mit ent
sprechend kleiner Verdichtungsleistung erfolgt.
7. Vorrichtung zum Absenken der Temperatur in einem
Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, insbesondere
zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 6, mit wenigstens einer Einrich
tung (1) zur Bereitstellung von Kälteleistung,
welche wenigstens einen Hochdruckspeicher (4),
welcher mit einem unter Druck stehenden Fluid ge
füllt ist, wenigstens eine Entspannungseinrichtung
(6) und wenigstens einen Wärmetauscher (9) auf
weist, wobei die bereitgestellte Kälteleistung an
dem Wärmetauscher (9) direkt oder über einen wei
teren Kreislauf mit einem Wärmeträgermedium an das
Kühlmedium übertragbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (1) zur Bereitstellung von Kälte
leistung wenigstens einen Kühlungsabschnitt (3)
und wenigstens einen Kompressionsabschnitt (2) um
faßt, wobei der Kühlungsabschnitt (3) den Hoch
druckspeicher (4), die Entspannungseinrichtung (6)
und den Wärmetauscher (9) zur Übertragung der Käl
teleistung an das Kühlmedium aufweist, und wobei
der Kompressionsabschnitt (2) einen Niederdruck
speicher (12), eine Verdichtungseinrichtung (13)
und wenigstens einen Kühler (15), zur Abfuhr der
beim Verdichten anfallenden Wärme aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (1) zur Bereitstellung der Kälte
leistung für jedes zu kühlende Fahrzeugteil (21)
jeweils wenigstens einen Kühlabschnitt (3) auf
weist, wobei sie für alle Kühlabschnitte (3) ins
gesamt nur wenigstens einen der Kompressionsab
schnitte (2) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckspeicher (4, 12) einen großen Anteil an
Kevlargewebe in ihrer Außenhaut aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckspeicher (4, 12), zumindest bei der Ver
wendung eines den Luftsauerstoff verdrängenden
Kältemittels, in der Art ausgebildet sind, daß im
Falle einer Beschädigung der Druckspeicher (4, 12)
ein Entweichen des Kältemittels in den Fahr
gastraum (19) vermeidbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckspeicher (4, 12) im inneren von hohlen Ka
rosserie- und Rahmenelementen des Kraftfahrzeugs
(20) oder der Fahrzeugteile (21) des Fahrgastrau
mes (19) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckspeicher (4, 12) mit Notventilen (29),
insbesondere pyrotechnisch betätigbaren Notventi
len (29), für den Fall eines Unfalls des Kraft
fahrzeugs (20) versehen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Ableitung des Inhalts der Druckspeicher (4,
12) zumindest bei der Verwendung eines den Luft
sauerstoff verdrängenden Kältemittels am Auslaß
der Notventile (29) in, im Falle des Unfalls des
Kraftfahrzeugs (20), brandgefährdete Bereiche vor
gesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Entspannungseinrichtung (6) als Gasmotor aus
gebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die bei der Entspannung frei werdende mechanische
Arbeit der Verdichtungseinrichtung (13) zuführbar
ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
Teile der Vorrichtung gemeinsam mit der herkömmli
chen Klimaanlage genutzt werden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Kältemittel gemeinsam genutzt wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kompressor und/oder der Kondensator gemeinsam
genutzt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10123178A DE10123178A1 (de) | 2001-05-12 | 2001-05-12 | Verfahren und Vorrichtung zum Absenken der Temperatur in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10123178A DE10123178A1 (de) | 2001-05-12 | 2001-05-12 | Verfahren und Vorrichtung zum Absenken der Temperatur in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10123178A1 true DE10123178A1 (de) | 2002-11-14 |
Family
ID=7684574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10123178A Withdrawn DE10123178A1 (de) | 2001-05-12 | 2001-05-12 | Verfahren und Vorrichtung zum Absenken der Temperatur in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10123178A1 (de) |
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- 2001-05-12 DE DE10123178A patent/DE10123178A1/de not_active Withdrawn
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