-
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- – einen von Kältemittel sowie von Temperierluft durchströmbaren Verdampfer und
- – einen wenigstens von der Temperierluft durchströmbaren Kältespeicher, dessen Kältespeichermedium ein PCM-Material enthält, und
- – ein steuerbares Gebläse, mittels dessen der Temperierluftstrom durch den Wärmetauscher und den Kältespeicher steuerbar ist.
-
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, umfassend
- – einen von Kältemittel sowie von Temperierluft durchströmbaren Wärmetauscher und
- – einen wenigstens von der Temperierluft durchströmbaren Kältespeicher, dessen Kältespeichermedium ein PCM-Material enthält,
wobei zur schnellen Abkühlung eines Fahrzeuginnenraums von einer höheren Starttemperatur auf eine niedrigere Zieltemperatur der Wärmetauscher gleichzeitig von kaltem Kältemittel und der Temperierluft und der Kältespeicher wenigstens von der Temperierluft durchströmt und die Temperierluft in den Fahrzeuginnenraum ausgeblasen wird.
-
-
Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge haben regelmäßig einen Kältemittelkreis, umfassend einen Klimakompressor, einen kompressorseitigen Wärmetauscher, ein Expansionsorgan und einen Verdampfer, an dem bei Betrieb des Klimakompressors kaltes Kältemittel bereitgestellt wird. Der Verdampfer wird von Temperierluft durchströmt. Hierdurch wird die als Kälteträgermedium dienende Temperierluft abgekühlt und in den Fahrzeuginnenraum ausgeblasen. Typischerweise durchläuft die Temperierluft auf ihrem Weg vom Verdampfer zum Fahrzeuginnenraum noch einen Gegenheiz-Wärmetauscher, mit dem die Temperierluft auf die erwünschte Ausblastemperatur eingestellt werden kann. Der Temperierluftstrom wird von einem steuerbaren Gebläse angetrieben, mit dem die Stärke des Temperierluftstroms einstellbar ist.
-
Aus Energiespargründen verfügen moderne Kraftfahrzeuge über eine sogenannte Start/Stopp-Automatik, bei der der Verbrennungsmotor während Stillstandsphasen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise beim Stehen an Ampeln, ausgeschaltet wird. Problematisch ist, dass bei abgestelltem Verbrennungsmotor typischerweise der mechanisch von diesem angetriebene Klimakompressor ebenfalls steht. Dadurch wird die in den Fahrzeuginnenraum strömende Temperierluft nicht mehr entfeuchtet und gekühlt, sodass es insbesondere bei warmem Wetter sehr schnell zu einem Anstieg der Temperatur und Luftfeuchte im Fahrzeuginnenraum kommt. Zur Überwindung dieses Nachteils schlägt die
DE 10 2006 028 017 A1 vor, den Verdampfer mit einem Kältespeicher zu kombinieren, der während des Betriebs des Klimakompressors gleichzeitig mit der Kühlung der Temperierluft durch das kalte Kältemittel vorgekühlt, d. h. „geladen” wird und die Kälte aufgrund seiner hohen Wärmekapazität vorübergehend speichert. Bei einer Störung der Bereitstellung von kaltem Kältemittel, z. B. bei abgestelltem Verbrennungsmotor und folglich stehendem Klimakompressor wird der aufrecht erhaltene Temperierluftstrom durch den kombinierten Verdampfer/Kältespeicher weiterhin abgekühlt und entfeuchtet. Die Kühlung und Entfeuchtung des Fahrzeuginnenraums funktioniert somit solange weiter, bis der Kältespeicher „entladen” ist. Diese Dauer ist bei entsprechender Auslegung des Kältespeichers lang genug, um Motorstoppphasen der Start/Stopp-Automatik zu überbrücken. Als Kältespeichermedium haben sich dabei sogenannte PCM-Materialien (PCM: Phase Change Material) bewährt. Diese Materialien zeigen im relevanten Temperaturbereich, der typischerweise zwischen 4°C und 10°C liegt, einen Phasenübergang, der – je nach Übergangsrichtung – mit dem Freiwerden oder Binden einer erheblichen Phasenübergangsenergie verbunden ist. In der genannten Druckschrift wird insbesondere vorgeschlagen, flüssiges Kältemittel und flüssiges Kältespeichermedium gemeinsam in doppelwandigen Rohren des kombinierten Verdampfer/Kältespeichers zu führen, wobei das Kältemittel im inneren und das Kältespeichermedium im äußeren Rohrbereich fließt.
-
Nachteilig dabei ist, dass der sogenannte „Cool-Down”, d. h. die Schnellkühlung des Fahrzeuginnenraums, die beispielsweise beim Starten eines durch Abstellen in der Sonne stark aufgeheizten Fahrzeugs einen erheblichen Komfortvorteil bietet, behindert wird. Insbesondere wird die Temperierluft in dem kombinierten Verdampfer/Kältespeicher vom Kältemittel nur mittelbar über das Kältespeichermedium gekühlt, sodass die zum Beladen des Kältespeichers verwendete Kälte nicht zur Kühlung des Temperierluftstroms zur Verfügung steht. Zur Lösung dieses Problems schlägt die genannte Druckschrift vor, nur einen Teil des Verdampfers mit einem Kältespeicher zu kombinieren, sodass im Cool-Down-Fall wenigstens ein Teil des Wärmetauschers zur Verfügung steht, in dem eine unmittelbare Kühlung des Temperierluftstroms erfolgt. Gleichwohl muss die bekannte Lösung als technisch aufwendig, weil konstruktiv kompliziert angesehen werden und erfordert, um eine wirklich effiziente Schnellkühlung zu erreichen, eine vergleichsweise große Auslegung des Klimakompressors, was energetisch nachteilig ist.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage sowie ein Steuerungsverfahren hierfür zur Verfügung zu stellen, die bei vereinfachter Konstruktion sowohl eine effektive Überbrückung von Klimakompressor-Ausfallzeiten als auch eine effiziente Schnellkühlung ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der nicht von dem Kältemittel durchströmte Kältespeicher stromabwärts des Verdampfers angeordnet ist.
-
Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 6 dadurch gelöst, dass der den Verdampfer durchsetzende Temperierluftstrom bis zur erstmaligen Erreichung der Zieltemperatur des Fahrzeuginnenraums so stark eingestellt wird, dass die Temperatur der Temperierluft im Bereich des stromabwärts des Verdampfers angeordneten Kältespeichers die Phasenübergangstemperatur des Kältespeichermediums nicht unterschreitet.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Zentrale Voraussetzung für die Wirksamkeit der Erfindung ist zunächst die funktionale und räumliche Trennung zwischen dem Kältespeicher und dem Verdampfer. Hierdurch wird erreicht, dass der Temperierluftstrom im Verdampfer unmittelbar von dem Kältemittel gekühlt werden kann. Dem Kältemittel wird insbesondere keine Kälte durch die Beladung des Kältespeichers entzogen. Diese steht vielmehr vollständig zur Kühlung der Temperierluft zur Verfügung. Allerdings bleibt eine gewisse Wärmekopplung des Kältespeichers an den Verdampfer erhalten, nämlich über den Temperierluftstrom, bzgl. dessen der Kältespeicher stromabwärts des Verdampfer angeordnet ist. Mit anderen Worten durchströmt die im Verdampfer gekühlte Temperierluft den stromabwärtigen Kältespeicher, um danach in den Fahrzeuginnenraum ausgeblasen zu werden.
-
Hier setzt das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren an. Um zu verhindern, dass dem Temperierluftstrom beim Durchströmen des Kältespeichers durch dessen Beladung Kälte entzogen wird, wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass eine Beladung des Kältespeichers unterbleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Temperatur des Temperierluftstroms über der Phasenübergangstemperatur des PCM-Materials des Kältespeichers gehalten wird. Dieses durchläuft somit keinen Phasenübergang, der Voraussetzung für eine effektive Speicherbeladung wäre. Allerdings wird dieses Hochhalten der Temperierlufttemperatur nicht durch einen verminderten Wärmeentzug im Verdampfer erreicht. Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, mittels des steuerbaren Gebläses die Stärke des Temperierluftstroms so weit zu erhöhen, dass die in den Temperierluftstrom eingetragene Kälte nicht zur Erreichung der Phasenübergangstemperatur ausreicht. An der insgesamt in den Temperierluftstrom eingetragenen Kältemenge ändert sich jedoch nichts, sodass die Kühlung des Fahrzeuginnenraums nichts an Effizienz verliert. Lediglich Volumen und Geschwindigkeit der in den Fahrzeuginnenraum ausgeblasenen Temperierluft wird gesteigert.
-
Ein nachgeordneter Vorteil dieses Verfahrens ist es zudem, dass eine evtl. im Gegenheiz-Wärmetauscher vorgesehene Gegenheizung, die verhindern soll, dass – selbst im Cool-Down-Fall – eine zu kalte, als unkomfortabel empfundene Luft in den Fahrzeuginnenraum geblasen wird, geringer ausfallen kann, sodass der Cool-Down-Vorgang insgesamt effizienter und ressourcenschonender wird.
-
Nach dem Cool-Down-Vorgang, d. h. nach dem Erreichen der Zieltemperatur des Fahrzeuginnenraums kann, wie bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, der den Verdampfer durchsetzende Temperierluftstrom soweit reduziert werden, dass die Temperatur der Temperierluft im Bereich des Kältespeichers die Phasenübergangstemperatur des Kältespeichermediums unterschreitet, sodass das Kältespeichermedium unter seine Phasenübergangstemperatur abgekühlt wird und einen Phasenübergang durchläuft. Nach der Schnellabkühlung des Fahrzeuginnenraums hat die Klimaanlage nämlich lediglich noch kleine Temperaturunterschiede zu überwinden bzw. einem kontinuierlichen Kälteverlust entgegen zu wirken. Hierzu bedarf es lediglich eines geringen Anteils der insgesamt zur Verfügung stehenden Kühlleistung. Folglich kann der Klimakompressor mehr Kälte liefern, als zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums erforderlich. Diese Überschusskälte kann zum Beladen des Kältespeichers genutzt werden. Hierzu bedarf es keiner Änderungen am eigentlichen Kältemittelkreis. Vielmehr ist es ausreichend, den Temperierluftstrom mittels des steuerbaren Gebläses zu reduzieren. Die unverändert zur Verfügung stehende Gesamtkältemenge reicht dann aus, den reduzierten Temperierluftstrom auf eine Temperatur unterhalb der Phasenübergangstemperatur des Kältespeichermediums abzukühlen. Durchströmt diese gekühlte Temperierluft den Kältespeicher, wird dieser in bekannter Weise durch Phasenübergang aufgeladen. Die dabei abgegebene Wärme wird mit dem Temperierluftstrom in den Fahrzeuginnenraum ausgeblasen. Bei der Ansteuerung des Gebläses ist somit bevorzugt darauf zu achten, dass nicht nur die Phasenübergangstemperatur des Kältespeichermediums unterschritten, sondern die in den Fahrzeuginnenraum eingetragene Kälte insgesamt ausreicht, die dort aktuell anliegenden Kühlungsanforderungen zu erfüllen. Dies sollte jedoch bei vernünftiger Auslegung des Klimakompressors einerseits und des Kältespeichers andererseits stets problemlos möglich sein.
-
Nach erfindungsgemäßem Cool-Down und anschließendem Aufladen des Kältespeichers befindet sich die Klimaanlage in einem Zustand, der die Überbrückung von kurzfristigen Klimakompressor-Stillstandzeiten erlaubt. So ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass im Fall gestörter Bereitstellung von kaltem Kältemittel zur Durchströmung des Verdampfers, d. h. beispielsweise während der Stopp-Phasen einer Start/Stopp-Automatik, der Temperierluftstrom solange aufrechterhalten wird, bis die Temperatur des Kältespeichermediums dessen Phasenübergangstemperatur wieder übersteigt, d. h. bis der Kältespeicher entladen ist. Ob der Temperierluftstrom, dessen Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Folge schnell ansteigen wird, nach der Speicherentladung weiter aufrechterhalten, abgeschaltet oder reduziert wird, kann vom Fachmann in Ansehung des Einzelfalls im Rahmen der konkreten Auslegung bestimmt werden und ist hier nicht erfindungsrelevant.
-
Um möglichst lange Kompressor-Stillstandzeiten überbrücken zu können, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass im Fall gestörter Bereitstellung von kaltem Kältemittel zur Durchströmung des Verdampfers der Temperierluftstrom reduziert wird. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass es unter Komfortaspekten günstiger ist, aufgrund eines reduzierten Temperierluftstroms eine geringfügige Erwärmung des Fahrzeuginnenraums während einer im Gegenzug längeren Überbrückungszeit in Kauf zu nehmen, als eine exakte Konstanthaltung der Innenraumtemperatur während einer dadurch verkürzten Überbrückungszeit.
-
Die konkrete Ausgestaltung des Kältespeichers spielt für die prinzipielle Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens keine Rolle. Beispielsweise könnte der Kältespeicher als eine mit flüssigem PCM-Material gefüllte Röhrenstruktur ausgebildet sein. Beispiele für derartige Flüssig-PCM-Materialien sind Decanol, Tetra-, Penta-, oder Hexadecan, Li-ClO33H2O, wässrige Salzlösungen oder organische Hydrate, deren Phasenumwandlungstemperatur im Bereich von 0°C bis 30°C, bevorzugt zwischen 1°C und 20°C, insbesondere zwischen 2°C und 15°C und besonders bevorzugt zwischen 4°C und 12°C liegt. In der Praxis günstiger ist jedoch der Einsatz moderner PCM-Verbundstoffe, sodass bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimaanlage der Kältespeicher eine Mehrzahl paralleler Lamellen aufweist, zwischen denen von Temperierluft durchströmbare Strömungskanäle ausgebildet sind, wobei die Lamellen jeweils wenigstens eine Platte aus kunststoffgestütztem, wachsartigem PCM-Material aufweisen. Solche Paraffin-basierten PCM-Verbundstoffe sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise von der Firma Rubitherm Technologies GmbH, Berlin, Deutschland u. a. unter der Bezeichnung Rubitherm PK erhältlich. Der Vorteil solcher PCM-Verbundstoffe liegt in ihrem „trockenen” Aggregatzustand beiderseits des Phasenübergangs.
-
Allerdings werden aus solchem Material gefertigte, frei fragende Speicherstrukturen nicht immer eine hinreichende Formstabilität für den Einsatz in Kraftfahrzeugen haben. Auch ein Ausgasen des PCM-Materials und damit ein nachteiliger Alterungseffekt können problematisch sein. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Lamellen weiter jeweils zwei Leichtmetallplatten, beispielsweise aus Aluminium, aufweisen, zwischen denen die wenigstens eine Platte aus PCM-Material sandwichartig und beide Leichtmetallplatten kontaktierend eingebettet ist. Eine solche Struktur erhält ihre Stabilität im Wesentlichen von den Metallplatten; ihre thermischen Eigenschaften hingegen bestimmen sich durch das PCM-Material, welches aufgrund des Kontaktes zu den Metallplatten in thermischem Kontakt mit dem die Lamellen umströmenden Temperierluftstrom steht. Im Hinblick auf einen guten Wärmeaustausch und ein geringes Gewicht des Kältespeichers werden die Leichtmetallplatten bevorzugt als dünne Bleche ausgebildet. Dies erschwert jedoch bei großflächigen Lamellen den Kontakt zu dem PCM-Material über die gesamte Fläche. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist daher vorgesehen, dass wenigstens eine der Leichtmetallplatten jeder Lamelle nach außen gerichtete Abstandhalterelemente aufweist, mit denen sich die Lamelle an einer benachbarten Lamelle oder Wand abstützt. Die Abstandhalterelemente sind bevorzugt als über die Plattenfläche verteilte Noppen, Stifte oder Rippen ausgebildet. Auf diese Weise kann ein Lamellenstapel, der druckbelastet zwischen zwei Außenwänden eingespannt ist, erstens die Stützfunktion für das PCM-Material erfüllen, zweitens Strömungskanäle für den Temperierluftstrom zur Verfügung stellen und drittens eine gute, wärmeübertragende Kontaktierung zwischen PCM-Material und Metallplatten über die gesamte Lamellenfläche sicherstellen.
-
Um eine möglichst ungehinderte Durchströmung zu gestatten, sind die Lamellen bevorzugt senkrecht zum Temperierluftstrom orientiert. Dabei sind sie bevorzugt in eine Mehrzahl von in Strömungsrichtung voneinander beabstandet, hintereinander gestaffelten Lamellenpaketen unterteilt. Hierdurch ergeben sich zwischen den Lamellenpaketen Schächte, die senkrecht zum Temperierluftstrom sowie senkrecht zu den Lamellen ausgerichtet sind. Diese Schächte, die bevorzugt mit Ablaufleitungen oder Sammelbecken verbunden sind, dienen der Abführung von Kondenswasser, sodass dieses nicht die Strömungsquerschnitte für den Temperierluftstrom verengt.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung von vier Stufen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens,
-
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Kältespeichers der erfindungsgemäßen Klimaanlage,
-
3 eine schematische Detaildarstellung des Kältespeichers von 2.
-
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
-
1 zeigt in stark schematisierter Darstellung vier Stufen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens einer Kraftfahrzeugklimaanlage 10. Der Kältemittelkreislauf 20 ist in üblicher Weise aufgebaut, d. h. ein Kältemittel wird in einem Klimakompressor 22, der mit dem Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs mechanisch verbunden ist, komprimiert. Das komprimierte und dadurch erhitzte Kältemittel wird in einem nicht dargestellten, kompressorseitigen Wärmetauscher wieder auf Umgebungstemperatur T0 abgekühlt. Das abgekühlte und komprimierte Kältemittel wird zur weiteren Abkühlung mit einem Expansionsorgan 24 entspannt und einem Verdampfer 30 zugeführt, wo es bei einer Minimaltemperatur Tmin verdampft und die zum Verdampfen erforderliche Energie einem Temperierluftstrom 40, von dem der Verdampfer 30 gleichzeitig durchströmt wird, entzieht. Der Temperierluftstrom wird von einem steuerbaren Gebläse angetrieben. Durch Wärmeaustausch im Verdampfer 30 wird der Temperierluftstrom 40 auf eine Temperatur T, die kleiner sein sollte als die Umgebungstemperatur T0 abgekühlt. Der so abgekühlte Temperierluftstrom 40 durchläuft danach einen stromabwärts des Verdampfers 30 angeordneten Kältespeicher 60 und verlässt diesen bei einer Temperatur T, die vom aktuellen Zustand der Klimaanlage abhängig ist. Mit dieser Temperatur T wird der Temperierluftstrom 40 in nicht dargestellter Weise entweder direkt oder – in der Regel – nach Durchlauf eines Gegenheiz-Wärmetauschers in den Innenraum des Kraftfahrzeugs ausgeblasen.
-
1a zeigt die Verfahrensstufe des sogenannten Cool-Down, d. h. der Schnellabkühlung des Fahrzeuginnenraums. Dies ist beispielsweise nötig, wenn das Fahrzeug längere Zeit in der Sonne abgestellt war und sich stark aufgeheizt hat. Hierbei ist es das primäre Ziel, möglichst schnell zu einer komfortablen Innenraumtemperatur zu gelangen. Hierzu wird das Gebläse 50 so angesteuert, dass ein starker Temperierluftstrom 40 resultiert, wie dies durch den dicken Strömungspfeil dargestellt ist. Aus dem großen Strömungsvolumen folgt eine große Gesamtwärmekapazität des Temperierluftstroms 40, die so groß ist, dass der Wärmeentzug im Verdampfer 30 nicht ausreicht, die Temperatur des Temperierluftstroms 40 auf eine Temperatur unterhalb der Phasenübergangstemperatur Tpc des PCM-Materials im Kältespeicher 60 abzukühlen. Beispielsweise könnte die Phasenübergangstemperatur Tpc bei etwa 6°C liegen; die Austrittstemperatur des Temperierluftstroms 40 aus dem Verdampfer 30 könnte dann beispielsweise zwischen 6°C und 10°C liegen. Damit durchströmt der Temperierluftstrom 40 den Kältespeicher 60 ohne wesentliche Temperaturänderung. Die gesamte im Verdampfer 30 aufgenommene Kältemenge steht ohne Verzögerung zur Abkühlung des Fahrzeuginnenraums zur Verfügung.
-
1b zeigt eine Verfahrensstufe nach Erreichung der Zieltemperatur des Fahrzeuginnenraums. In dieser Phase sind lediglich geringe Kälteverluste zu kompensieren bzw. geringe, vom Fahrer gewünschte Temperaturänderungen zu realisieren. Die hierfür benötigte Kältemenge liegt deutlich unter der maximalen Kältemenge, die die Klimaanlage zur Verfügung stellen kann. Wie durch den dünnen Strömungspfeil angedeutet, wird in dieser Stufe das Gebläse 50 so angesteuert, dass lediglich ein geringer Temperierluftstrom den Verdampfer 30 durchströmt. Entsprechend kleiner ist die Gesamtwärmekapazität des Temperierluftstroms. Bei gleichbleibender Leistung des Kältemittelkreislaufs 20 folgt somit eine stärkere Abkühlung des Temperierluftstroms 40, insbesondere auf eine Temperatur T, die unterhalb der Phasenübergangstemperatur Tpc des Kältespeichers 60 liegt. Folglich wird der Kältespeicher 60 bei seiner Durchströmung mit kalter Temperierluft soweit abgekühlt, dass sein PCM-Material einen Phasenübergang durchläuft. Die dabei frei werdende Wärme wird an den Temperierluftstrom abgegeben, der je nach Auslegung der Anlage den Kältespeicher 60 mit einer Temperatur verlässt, die ungefähr der Phasenübergangstemperatur Tpc entspricht. In dieser Verfahrensstufe wird der Kältespeicher 60 geladen.
-
1c illustriert die Verfahrensstufe des Normalbetriebs bei gem. 1b geladenem Kältespeicher 60. Der Kältemittelkreislauf läuft in herkömmlicher Weise. Das Gebläse 50 erzeugt einen anforderungsgemäßen Temperierluftstrom 40, wie durch den mitteldicken Pfeil angedeutet. Dieser wird im Wärmetauscher 30 soweit abgekühlt, dass seine Temperatur zumindest nicht deutlich über der Phasenübergangstemperatur Tpc liegt. Der so temperierte Temperierluftstrom 40 durchläuft den Kältespeicher 60 praktisch ohne Temperaturänderung. Insbesondere ändert sich am Ladezustand des Kältespeichers 60 nichts.
-
1d schließlich zeigt die Verfahrensstufe beim Ausfall des Kältemittelkreislaufs, wie er beispielsweise in Stopp-Phasen einer Start/Stopp-Automatik auftritt. In dieser Phase durchläuft kein gekühltes Kältemittel den Verdampfer 30, sodass dessen Temperatur rasch ansteigt, bei nicht allzu langen Stopp-Phasen jedoch noch unter der Umgebungstemperatur T0 bleiben wird. In dieser Verfahrensstufe wird das Gebläse 50 auf einen reduzierten Betrieb angesteuert, wie durch den dünnen Strömungspfeil angedeutet. Die Abkühlung, die der Temperierluftstrom beim Durchströmen des Verdampfer 30 erfährt, ist nur gering. Insbesondere wird der nachgelagerte Kältespeicher 60 mit einer Temperatur durchströmt, die deutlich oberhalb der Phasenübergangstemperatur liegt. Hierdurch wird das PCM-Material des Kältespeichers 60 zu einem erneuten Phasenübergang angeregt, wobei die hierfür erforderliche Wärme dem Temperierluftstrom entzogen und dieser somit abgekühlt wird. Die resultierende Luftstromtemperatur hängt von der Umgebungstemperatur T0 sowie der Kapazität des Kältespeichers 60 ab. In jedem Fall kann hierdurch auch bei stehendem Kältemittelkreislauf 20 eine weitere Kühlung des Fahrzeuginnenraums erfolgen, die allerdings mit der Zeit abnimmt.
-
Beim Wiederanspringen des Kältemittelkreislaufs 20 kann das Steuerungsverfahren je nach dem von der Dauer des Stillstands abhängigen, aktuellen Temperierzustand mit jeder der in den Teilfiguren 1a, 1b oder 1c gezeigten Verfahrensstufen fortgesetzt werden.
-
2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Anordnung des Kältespeichers 60. Gezeigt ist ein Rohrleitungsübergangsstück zwischen dem nicht dargestellten Verdampfer auf der linken Seite von 2 und dem ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeuginnenraum. Der Kältespeicher 60 ist in mehreren, im Ausführungsbeispiel drei Paketen innerhalb eines als Gehäuse dienenden Kunststoffkanals 70 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet. Die einzelnen Kältespeicherpakete sind durch Ablaufschächte 72 voneinander getrennt, die in nicht dargestellter Weise mit Ablaufrohren und/oder Sammelbecken zum Ableiten bzw. Sammeln von Kondenswasser verbunden sind. Auslassseitig ist dem Kältespeicher 60 ein Gegenheiz-Wärmetauscher 80 nachgeschaltet, der in nicht dargestellter Weise mit dem Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs verbunden ist, sodass dessen Abluft den Gegenheiz-Wärmetauscher 80 durchströmen kann.
-
3 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen Ausschnitt aus einem der Speicherpakete des Kältespeichers 60 von 3. Der Kältespeicher 60 ist als ein Satz parallel angeordneter Lamellen 62 aufgebaut. Jede Lamelle umfasst eine dünne, beispielsweise 2 mm dicke Platte eines wachsartigen, kunststoffgestützten PCM-Komposits 64. Dieses ist sandwichartig zwischen zwei dünnen, beispielsweise 0,5 mm dicken Aluminiumplatten 66 angeordnet. Die PCM-Kompositplatte 64 und die Aluminiumbleche 66 kontaktieren einander vollflächig. An ihren Stirnseiten sind die Lamellen 62 in schlitzartigen Führungen 74 des Kunststoffgehäuses 70 geführt. Bevorzugt sind die Lamellen 62 mit deutlichem Spiel in den Führungen 74 geführt. Dies erlaubt einen lateralen Toleranzausgleich. Die Aluminiumbleche 66 sind mit Noppen 68 versehen, die als Abstandhalterelemente zwischen den Lamellen 62 sowie zwischen den Lamellen 62 und der Gehäusewandung 70 dienen. Bei geeigneter Dimensionierung stützen sich die Lamellen mit den Noppen 68 gegeneinander und gegen die Gehäusewandung 70 ab, sodass die Lamellen unter lateralem Druck stehen. Dieser Druck verbessert den Kontakt zwischen den Aluminiumblechen 66 und den zwischen ihnen eingebetteten PCM-Verbundstoffplatten 64. Die Strömungsrichtung des Temperierluftstroms liegt senkrecht zu den Lamellen, d. h. in 3 senkrecht zur Zeichenebene.
-
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist die spezielle Dimensionierung und Auslegung, insbesondere Kapazitätsauslegung der einzelnen Elemente vom Fachmann an die Erfordernisse des Einzelfalls anpassbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Klimaanlage
- 20
- Kältemittelkreis
- 22
- Klimakompressor
- 24
- Exansionsorgan
- 30
- Verdampfer
- 40
- Temperierluftstrom
- 50
- Gebläse
- 60
- Kältespeicher
- 62
- Lamelle
- 64
- PCM-Verbundstoffplatte
- 66
- Leichtmetallblech
- 68
- Noppe/Abstandhalterelement
- 70
- Kanalgehäuse
- 72
- Ablaufschacht
- 74
- Führungsschlitz
- 80
- Gegenheiz-Wärmetauscher
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006028017 A1 [0003, 0005]
