DE102013216009A1

DE102013216009A1 - Kraftfahrzeug-Klimasteuerungssystem

Info

Publication number: DE102013216009A1
Application number: DE102013216009.7A
Authority: DE
Inventors: Yongfang Zhong; Michael Levin; Furqan Zafar Shaikh; Danrich Henry Demitroff; Donald Masch
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2033-08-14
Also published as: US8997505B2; US20150210142A1; DE102013216009B4; US20140047853A1; US9610825B2

Abstract

Ein Fahrzeug-Klimasteuerungssystem umfasst eine Wärmeadsorptionswärmepumpe, die durch Kraftmaschinenabgaswärme angetrieben wird, wobei die Wärmepumpe zwei Adsorber umfasst, die asynchron zwischen Adsorptions- und Desorptionsmodi umschalten, wobei jeder Adsorber mit einem entsprechenden Gefrierschutzmitteltank über mehrere Kältemittel enthaltende Dochtkammern gekoppelt ist. Kaltes Wärmeübertragungsfluid (HTF) strömt durch den Adsorber während des Adsorptionsmodus, was eine Verdampfung von Kältemittel von den Dochtkammern verursacht, wodurch Gefrierschutzmittel gekühlt wird, wohingegen heißes HTF durch den Adsorber während des Desorptionsmodus strömt, was eine Kondensation von Kältemittel an den Dochtkammern verursacht, wodurch Gefrierschutzmittel erwärmt wird. In dieser Weise kann die Wärmeadsorptionswärmepumpe Kabinenluft unabhängig von Kraftmaschinenkühlmittel und ohne Ausüben einer Last auf die Kraftmaschine konditionieren.

Description

Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zur Kraftfahrzeug-Klimasteuerung mit einer Wärmeadsorptionswärmepumpe mit zwei Adsorbern.
In einigen Kraftfahrzeug-Klimasteuerungssystemen kann eine Wärmeadsorptionswärmepumpe anstelle einer durch einen Kompressor angetriebenen Wärmepumpe verwendet werden. Wärmeadsorptionswärmepumpen verwenden vielmehr eine Adsorptionschemikalie (z. B. Zeolith, Kieselgel, Aktivkohlen) als einen mechanischen Kompressor und werden vielmehr durch Wärmeenergie (wie z. B. Abgasabwärme) als durch mechanische Arbeit angetrieben.
Ein Betriebszyklus einer Wärmeadsorptionswärmepumpe umfasst die Adsorption eines Kältemittels, z. B. Wasser, an einem festen Adsorptionsmittel, z. B. Zeolith (was hier als "Adsorptionsmodus" bezeichnet wird) und die anschließende Desorption des Kältemittels vom Adsorptionsmittel (was hier als "Desorptionsmodus" bezeichnet wird). Dieser Prozess kann in einem Behälter stattfinden, der als Adsorber bezeichnet wird. Während des Adsorptionsmodus wird das Adsorptionsmittel aktiv gekühlt, beispielsweise über ein Kältemittel bzw. kaltes Wärmeübertragungsfluid (HTF). Die Kühlung des Adsorptionsmittels erzeugt eine Saugwirkung, die verdampftes Kältemittel in den Adsorber saugt, und für die Adsorption durch das Adsorptionsmittel.
US 2011/0005267 beschreibt eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einer Wärmeadsorptionswärmepumpe, die in Verbindung mit einem Kondensator und Verdampfer in der vorstehend beschriebenen Weise arbeitet. Die Wärmeadsorptionswärmepumpe wird durch Kraftmaschinenabgaswärme betrieben und umfasst mindestens zwei Adsorber, die zyklisch und asynchron das Kältemittel adsorbieren und desorbieren. In einer Ausführungsform umfasst die Anlage drei Arbeitsfluidschleifen: eine HTF-Schleife zum Erwärmen/Kühlen der Adsorber, wobei das Arbeitsfluid bzw. Kältemittel ein HTF auf Mineralölbasis ist, eine Adsorptionsschleife vollständig außerhalb der Fahrgastkabine, wobei das Arbeitsfluid NH₃ sein kann, und eine Kältemittelschleife, die Wärme von der Kabine zur Adsorptionsschleife überträgt (über einen Wärmetauscher zwischen den Schleifen), wobei das Arbeitsfluid R-134a sein kann.
Die HTF-Schleife erwärmt/kühlt die Adsorber, um eine Adsorption/Desorption an den Adsorptionsmitteln innerhalb der Adsorber zu bewirken. Kaltes HTF für den Adsorptionsmodus wird durch einen HTF-Kühler zugeführt und heißes HTF für den Desorptionsmodus wird durch einer HTF-Heizvorrichtung zugeführt. Wärmereservoirs, die Abgaswärme in einem Phasenänderungsmaterial (PCM) speichern, sind mit der HTF-Heizvorrichtung gekoppelt. Die Adsorptionsschleife umfasst NH₃, das von den Adsorptionsmitteln adsorbiert/desorbiert wird. Nachdem die Kraftmaschine abgeschaltet wird, wird in den Wärmereservoirs gespeicherte Wärme verwendet, um NH₃ von den Adsorptionsmitteln in einem Reservoir zu desorbieren. NH₃, das im Reservoir gespeichert ist, wird dann verwendet, um eine "Stoßkühlung" nach einem Kraftmaschinenkaltstart vorzusehen, während HTF in der HTF-Schleife immer noch erwärmt wird, um den Wärmezyklus der Adsorber und das Pumpen von Kältemittel zu starten. Um eine Kühlung für die Kabine vorzusehen, ist ein Wärmetauscher mit der Kältemittelschleife und der Adsorptionsmittelschleife gekoppelt. Am Wärmetauscher kondensiert R-134a von der Kältemittelschleife, während NH₃ von der Adsorptionsmittelschleife verdampft. Die Kältemittelschleife umfasst ferner einen R-134a-Verdampfer, der mit der Kabine in Verbindung steht, um eine Kühlung für die Kabine über ein Gebläse zu schaffen.
Im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen System haben die Erfinder hier ein Klimasteuerungssystem mit einer Wärmeadsorptionswärmepumpe identifiziert, die eine Kabinenheizung zusätzlich zur Kabinenkühlung trotz des Erfordernisses von weniger durch die Kraftmaschine angetriebenen oder elektrisch angetriebenen Komponenten schafft. Das heißt, die Erfinder haben hier erkannt, dass in einem System mit zwei Adsorbern Dochtkammern (wie z. B. jene, die in Wärmerohren verwendet werden), die jeden Adsorber mit einem jeweiligen Gefrierschutztank thermisch koppeln, anstelle eines zweckgebundenen Verdampfers und Kondensators verwendet werden können. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für ein Fahrzeugkabinen-Klimasteuerungssystem während des Kraftmaschinenbetriebs das asynchrone Umschalten des ersten und des zweiten Adsorbers einer Wärmeadsorptionswärmepumpe zwischen Adsorptions- und Desorptionsmodi, wobei der adsorbierende Adsorber das Gefrierschutzmittel über Dochtkammern kühlt und der desorbierende Adsorber das Gefrierschutzmittel über Dochtkammern erwärmt, und das Konditionieren von Kabinenluft über das erwärmte Gefrierschutzmittel oder gekühlte Gefrierschutzmittel in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems.
Wenn sich ein Adsorber im Adsorptionsmodus befindet, ruft die Saugwirkung eines Kältemittels bzw. Arbeitsfluid oder HTF (z. B. Wasser, NH₃, R1234f), das in den Dochtkammern gespeichert ist, in dieser Weise eine Kühlwirkung im Gefrierschutzmitteltank hervor, in dem ein Abschnitt der Dochtkammern angeordnet ist. Diese Kühlwirkung kann genutzt werden, um die Fahrgastkabine während heißer Wetterbedingungen (beispielsweise während eines "Sommermodus") zu kühlen. Wenn sich ein Adsorber im Desorptionsmodus befindet, ruft ebenso die Kondensation des vom Trocknungsmittel in den Dochtkammern desorbierten Kältemittels einen Heizeffekt im Gefrierschutzmitteltank hervor, der genutzt werden kann, um die Fahrgastkabine während kalter Wetterbedingungen (beispielsweise während eines "milden Wintermodus" oder "strengen Wintermodus" in Abhängigkeit von der Strenge des kalten Wetters) zu heizen.
Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form einzuführen. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich nur durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit dem hier beschriebenen Klimasteuerungssystem.
2A zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispieladsorbers in einem Adsorptionsmodus zusammen mit zugehörigen Dochtkammern und einem Gefrierschutzmitteltank. Zwei solche Adsorber können im Klimasteuerungssystem von 1 enthalten sein.
2B zeigt eine Querschnittsansicht des Beispieladsorbers von 2A in einem Desorptionsmodus zusammen mit zugehörigen Dochtkammern und einem Gefrierschutzmitteltank.
3 zeigt schematisch heiße und kalte HTF-Kreise und zugehörige Komponenten, die im Klimasteuerungssystem von 1 enthalten sein können.
4 zeigt schematisch Gefrierschutzmittelkreise und zugehörige Komponenten, die im Klimasteuerungssystem von 1 enthalten sein können.
5 stellt schematisch die Strömung von HTF, Gefrierschutzmittel, Kältemittel und Luft zwischen verschiedenen Komponenten des Klimasteuerungssystems von 1 während eines Sommermodus dar.
6 stellt schematisch die Strömung von HTF, Gefrierschutzmittel, Kältemittel und Luft zwischen verschiedenen Komponenten des Klimasteuerungssystems von 1 während eines milden Wintermodus dar.
7 stellt schematisch die Strömung von HTF, Gefrierschutzmittel, Kältemittel und Luft zwischen verschiedenen Komponenten des Klimasteuerungssystems von 1 während eines strengen Wintermodus dar.
8 stellt ein Beispielverfahren zum Betreiben eines Klimasteuerungssystems von 1 während eines Sommer-, milden Winter- oder strengen Wintermodus dar.
9 stellt ein Beispielverfahren zum Betreiben des Klimasteuerungssystems von 1 nach dem Kraftmaschinenabschalten und bei oder vor einem anschließenden Kraftmaschinenstart, um eine Stoßkühlung oder Stoßheizung für die Fahrgastkabine vorzusehen, dar.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Kühlen und Heizen einer Fahrgastkabine eines Kraftfahrzeugs über ein Klimasteuerungssystem mit einer Wärmeadsorptionswärmepumpe. Wie in 1 gezeigt, kann das Klimasteuerungssystem mit einem Kraftmaschinen-Auslasskanal thermisch gekoppelt sein, kann jedoch ansonsten nicht mit der Kraftmaschine des Fahrzeugs in Verbindung stehen oder diese belasten. Die Wärmeadsorptionswärmepumpe kann zwei Adsorber umfassen, wobei jeder Adsorber mit einem jeweiligen Gefrierschutzmitteltank über mehrere Dochtkammern gekoppelt ist, wie in 2A–2B gezeigt.
Jeder Adsorber kann einen geschlossenen Kältemittelkreis umfassen, in dem Kältemittel zwischen den Dochtkammern und einem Adsorptionsmittel innerhalb eines Gehäuses des Adsorbers auf der Basis einer Temperatur des Adsorptionsmittels strömt, wobei die Temperatur des Adsorptionsmittels von einer Temperatur des HTF, das durch Rohre im Adsorber strömt, abhängt. Die zwei Adsorber können asynchron und zyklisch arbeiten, so dass ein Adsorber sich in einem Adsorptionsmodus befindet, wobei HTF von einem kalten HTF-Kreis durch diesen strömt, während der andere Adsorber sich in einem Desorptionsmodus befindet, wobei HTF von einem heißen HTF-Kreis durch diesen strömt. Wie in 3 gezeigt, kann der heiße HTF-Kreis einen Wärmekollektor, in dem Kraftmaschinenabgaswärme zum HTF übertragen wird, ein PCM-Gefäß, in dem Abgaswärme im PCM gespeichert wird, und eine Pumpe umfassen und der kalte HTF-Kreis kann eine HTF-Kühlvorrichtung und eine Pumpe umfassen.
Wie in 4 gezeigt, umfasst das Klimasteuerungssystem ferner Gefrierschutzmittelkreise, die Gefrierschutzmittel von den Gefrierschutzmitteltanks zu einem Kühler leiten, einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher und einen Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher in Abhängigkeit vom Betriebsmodus des Systems. Wie in 5 gezeigt, wird in einem Sommermodus beispielsweise Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des gegenwärtig adsorbierenden Adsorbers zu einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher geleitet. Kabinenluft wird über den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher geblasen, der die Luft kühlt, bevor sie zur Kabine zurückgeführt wird, um die Kabine zu kühlen, wohingegen das Gefrierschutzmittel zum Gefrierschutzmitteltank mit einer geringfügig wärmeren Temperatur zurückkehrt. Gleichzeitig wird Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des gegenwärtig desorbierenden Adsorbers zu einem Kühler geleitet. Ein Ventilator bläst Außenluft (Umgebungsluft) über den Kühler, wodurch das Gefrierschutzmittel geringfügig gekühlt wird, bevor es zum Gefrierschutzmitteltank zurückgeführt wird. Während des in 6 gezeigten milden Wintermodus wird dagegen das Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des gegenwärtig adsorbierenden Adsorbers zu einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher geleitet. Außenluft wird über den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher geblasen, der die Luft kühlt, bevor die Luft nach außen zurückgeführt wird, wohingegen das Gefrierschutzmittel zum Gefrierschutzmitteltank mit einer geringfügig wärmeren Temperatur zurückkehrt. Gleichzeitig wird Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des gegenwärtig desorbierenden Adsorbers zu einem Kühler geleitet. Ein Ventilator bläst Außenluft über den Kühler, wodurch das Gefrierschutzmittel geringfügig gekühlt wird, bevor es zum Gefrierschutzmitteltank zurückgeführt wird, und die Luft erwärmt wird, die dann zur Kabine geleitet wird, um die Kabine zu heizen.
Während des in 7 gezeigten strengen Wintermodus wird ferner Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des gegenwärtig adsorbierenden Adsorbers zu einem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher geleitet. Heißes HTF vom heißen HTF-Kreis strömt durch den Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher, um das Gefrierschutzmittel zu erhitzen, um eine Dampfbildung in den Dochtkammern bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu ermöglichen. Gleichzeitig wird Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des gegenwärtig desorbierenden Adsorbers zu einem Kühler geleitet. Ein Ventilator bläst Außenluft über den Kühler, wodurch das Gefrierschutzmittel geringfügig gekühlt wird, bevor es zum Gefrierschutzmitteltank zurückgeführt wird, und die Luft erwärmt wird, die dann zur Kabine geleitet wird, um die Kabine zu heizen.
Der vorstehend beschriebene Sommermodusbetrieb kann während heißer Wetterbedingungen, wenn das Wetter relativ zum Wetter während kalter Wetterbedingungen heißer ist (z. B. ist die Lufttemperatur während heißen Wetters höher als die Lufttemperatur während kalten Wetters), geeignet sein. Die vorstehend beschriebenen milden oder strengen Wintermodi können während kalter Wetterbedingungen geeignet sein, wenn das Wetter relativ zum Wetter während heißer Wetterbedingungen kälter ist (z. B. ist die Lufttemperatur während kalten Wetters niedriger als die Lufttemperatur während heißen Wetters). Der Sommermodusbetrieb kann beispielsweise geeignet sein, wenn die Umgebungstemperatur größer ist als ein erster Schwellenwert. Der Betrieb im milden Wintermodus kann geeignet sein, wenn die Umgebungstemperatur geringer ist als ein zweiter Schwellenwert, der geringer als oder gleich dem ersten Schwellenwert sein kann. Der Betrieb im strengen Wintermodus kann geeignet sein, wenn die Umgebungstemperatur geringer ist als ein dritter Schwellenwert, der geringer sein kann als der erste und der zweite Schwellenwert.
Schließlich ist ein Beispielverfahren für den Betrieb im Sommer-, im milden Winter- und im strengen Wintermodus des Klimasteuerungssystems in 8 gezeigt und ein Beispielverfahren für einen Stoßkühl- oder Stoßheizbetrieb des Klimasteuerungssystems ist in 9 gezeigt.
Wenn man sich nun 1 zuwendet, ist eine Beispielausführungsform eines Fahrzeug-Klimasteuerungssystems 100 in einem Kraftfahrzeug 102 schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 102 umfasst Antriebsräder 106, eine Fahrgastkabine 104 und eine Brennkraftmaschine 108. Die Brennkraftmaschine 108 umfasst eine Brennkammer (nicht dargestellt), die Einlassluft über einen Einlassdurchgang (nicht dargestellt) empfangen kann und Verbrennungsgase über einen Auslassdurchgang 110 auslassen kann. Das Kraftfahrzeug 102 kann unter anderen Typen von Fahrzeugen ein Straßenkraftfahrzeug sein.
Im Gegensatz zu einigen Fahrzeug-Klimasteuerungssystemen, die ein Kühlmittel durch die Kraftmaschine zirkulieren können, um Kraftmaschinenabwärme zu absorbieren und das erhitzte Kühlmittel zu einem Kühler und/oder Heizkörper über Kühlmittelleitungen zu verteilen, kann das Klimasteuerungssystem 100 nicht mit der Kraftmaschine 108 fluidtechnisch in Verbindung stehen. Ferner kann das Klimasteuerungssystem 100 eine Wärmeadsorptionswärmepumpe 124 (nachstehend genauer beschrieben) umfassen, die vielmehr durch Wärmeenergie vom Kraftmaschinenabgas als durch die Kraftmaschinenkurbelwelle oder einen Elektromotor angetrieben wird. Folglich kann die einzige Koordination zwischen der Kraftmaschine 108 und dem Klimasteuerungssystem 100 das Leiten des Kraftmaschinenabgases im Auslassdurchgang 110 durch einen Abgaswärmekollektor des Klimasteuerungssystems 100 sein, wie nachstehend ausführlich dargestellt wird. In dieser Weise kann die Kraftmaschine 108 weitgehend vom Vorsehen der Klimasteuerung im Fahrzeug befreit sein und das Klimasteuerungssystem 100 kann keine Last auf die Kraftmaschine 108 ausüben. Ferner kann, da das Kraftmaschinenkühlmittel nicht durch das Klimasteuerungssystem 100 zirkulieren kann, das Volumen des Kühlmittels in der Kraftmaschine verringert werden. Einige Vorteile eines verringerten Volumens von Kraftmaschinenkühlmittel umfassen beispielsweise eine schnellere Kraftmaschinenaufwärmung und folglich verringerte Kaltstartemissionen.
1 zeigt ferner ein Steuersystem 114 des Fahrzeugs 102. Das Steuersystem 114 kann mit verschiedenen Komponenten der Kraftmaschine 108 und des Klimasteuerungssystems 100 kommunikativ gekoppelt sein, um die hier beschriebenen Steuerroutinen und Handlungen auszuführen. Wie in 1 gezeigt, kann das Steuersystem 114 eine elektronische digitale Steuereinheit 112 umfassen. Die Steuereinheit 112 kann ein Mikrocomputer mit einer Mikroprozessoreinheit, Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, einem Direktzugriffsspeicher, einem Haltespeicher und einem Datenbus sein.
Wie dargestellt, kann die Steuereinheit 112 eine Eingabe von mehreren Sensoren 116 empfangen, die Benutzereingaben und/oder Sensoren (wie z. B. Getriebegangposition, Getriebekupplungsposition, Gaspedaleingabe, Bremseingabe, Getriebeauswahlhebelposition, Fahrzeuggeschwindigkeit, Kraftmaschinendrehzahl, Luftmassendurchfluss durch die Kraftmaschine, Umgebungstemperatur, Einlasslufttemperatur usw.), Klimasteuerungssystemsensoren (wie z. B. HTF-Temperatur, Gefrierschutzmitteltemperatur, Adsorptionsmitteltemperatur, Ventilatordrehzahl, Fahrgastraumtemperatur, gewünschte Fahrgastraumtemperatur, Umgebungsfeuchtigkeit usw.) und andere umfassen können. Wie in 1 gezeigt, können die Sensoren 116 einen Schlüsselanhängersensor 120, der dazu konfiguriert ist, eine Eingabe von einem elektronischen Schlüsselanhänger 122 zu empfangen, umfassen. Insbesondere kann der Schlüsselanhängersensor 120 das Fahrzeug 102 entfernt mit dem elektronischen Schlüsselanhänger 122 koppeln, wodurch die Fernbedienung von bestimmten Funktionen des Fahrzeugs 102 ermöglicht wird. In einem Beispiel kann der elektronische Schlüsselanhänger 122 das Klimasteuerungssystem 100 entfernt aktivieren, um die Kabinenluft vorzukonditionieren. In Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise durch einen oder mehrere der Sensoren 116 erfasst, und/oder einer Benutzereingabe kann der elektronische Schlüsselanhänger 122 das Klimasteuerungssystem 100 entfernt aktivieren, um die Kabinenluft vor dem Kraftmaschinenstart vorzukonditionieren, wie hier ausführlich beschrieben wird. Folglich kann ein zukünftiger Fahrzeugfahrer oder Fahrgast den elektronischen Schlüsselanhänger 122 in Verbindung mit den Stoß-Kühl/Heiz-Modi des Klimasteuerungssystems 100 verwenden, die hier ausführlich dargestellt werden, um sicherzustellen, dass eine gewünschte Kabinentemperatur vorhanden ist, wenn er in das Fahrzeug einsteigt.
Zusätzlich zum Ermöglichen einer entfernten Aktivierung des Klimasteuerungssystems 100 kann der elektronische Schlüsselanhänger 122 ein entferntes schlüsselloses Einsteigen in das Fahrzeug 102 ermöglichen. In diesem Fall kann der Schlüsselanhängersensor 120 ferner dazu konfiguriert sein, eine Angabe zur Steuereinheit 112 hinsichtlich der verriegelten oder entriegelten Position der Fahrzeugtüren zu liefern.
Ferner kann die Steuereinheit 112 mit verschiedenen Aktuatoren 118 kommunizieren, die Kraftmaschinenaktuatoren (wie z. B. Kraftstoffeinspritzdüsen, eine elektronisch gesteuerte Einlassluft-Drosselplatte, Zündkerzen, Getriebekupplungen usw.), Klimasteuerungssystem-Aktuatoren (wie z. B. Lufthandhabungslüftungsöffnungen und/oder Luftumleitventile, Ventile, die die Strömung von HTF steuern, Ventile, die die Strömung von Gefrierschutzmittel steuern, Gebläseaktuatoren, Ventilatoraktuatoren usw.) und andere umfassen können. In einigen Beispielen kann das Speichermedium mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Befehle darstellen, die vom Prozessor ausführbar sind, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die erwartet werden, aber nicht spezifisch aufgelistet sind, durchzuführen.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst das Klimasteuerungssystem 100 vielmehr eine Wärmeadsorptionswärmepumpe 124 als einen mechanischen Kompressor. Die Wärmeadsorptionswärmepumpe 124 kann zwei strukturell identische Adsorber umfassen, die asynchron (ein Adsorber adsorbiert, während der andere desorbiert, während anderer Betriebsmodi als der hier beschriebenen Stoßmodi) und zyklisch (jeder Adsorber schaltet periodisch zwischen dem Adsorptionsmodus und dem Desorptionsmodus um) arbeiten können.
2A ist eine Querschnittsansicht eines Beispieladsorbers 200 in einem Adsorptionsmodus, wohingegen 2B eine Querschnittsansicht eines Adsorbers 200 in einem Desorptionsmodus ist. Der Adsorber 200 kann einer von zwei identischen Adsorbern sein, die in einer Wärmeadsorptionswärmepumpe 124 des in 1 dargestellten Klimasteuerungssystems 100 enthalten sind.
Der Adsorber 200 bewirkt einen Wärmeaustausch zwischen dem HTF und einem chemischen Adsorptionsmittel (z. B. Zeolith, Kieselgel, Aktivkohlen). In den hier beschriebenen Ausführungsformen strömt HTF durch ein Rippenrohr 202 und ein Adsorptionsmittel 204 bildet eine Beschichtung auf der Oberfläche des Rippenrohrs. Es ist jedoch zu erkennen, dass ein anderer geeigneter Adsorptions-Wärmetauscher im hier beschriebenen Klimasteuerungssystem verwendet werden kann. Anstelle einer Beschichtung könnte das Adsorptionsmittel 204 beispielsweise ein Metallschaum oder ein anderer geeigneter Typ von sehr porösem metallorganischem Gefüge (MOF) sein. Obwohl eine Schlangenanordnung eines einzelnen Rippenrohrs 202 gezeigt ist, können ebenso mehrere separate Rohre verwendet werden, um HTF durch die Adsorber zu tragen, oder HTF kann durch einen integralen Kanal jedes Adsorbers, z. B. einen Kanal, der sich um den Umfang des Adsorbers erstreckt, strömen.
Das Rippenrohr 202 und das Adsorptionsmittel 204 sind innerhalb eines Gehäuses 206 des Adsorbers 200 angeordnet. In Abhängigkeit davon, ob der Adsorber sich gegenwärtig in einem Adsorptions- oder Desorptionsmodus befindet, kann ein Ventil 208 gesteuert werden, um HTF entweder von einem heißen HTF-Kreis oder einem kalten HTF-Kreis in das Rippenrohr 202 zu lenken. Auf der Basis des aktuellen Modus des Adsorbers kann ebenso ein Ventil 210 stromabwärts von einer Pumpe 226 gesteuert werden, um HTF vom Rippenrohr entweder zum heißen HTF-Kreis oder zum kalten HTF-Kreis zu lenken. Wenn sich der Adsorber 200 im Adsorptionsmodus befindet, wie in 2A dargestellt, wird das Ventil 208 gesteuert, um HTF vom kalten HTF-Kreis durch den Adsorber zu leiten, und das Ventil 210 wird gesteuert, um HTF vom Adsorber zurück zum kalten HTF-Kreis zu leiten. Wenn dagegen der Adsorber 200 sich im Desorptionsmodus befindet, wie in 2B dargestellt, wird das Ventil 208 gesteuert, um heißes HTF vom heißen HTF-Kreis durch den Adsorber zu leiten, und das Ventil 210 wird gesteuert, um HTF vom Adsorber zurück zum heißen HTF-Kreis zu leiten. Der heiße und der kalte HTF-Kreis werden mit Bezug auf 3 weiter beschrieben. Wie gezeigt, ist der Adsorber 200 mit einem Gefrierschutzmitteltank 212 über mehrere Dochtkammern 214 gekoppelt. Der Gefrierschutzmitteltank speichert Gefrierschutzmittel, das in verschiedenen Gefrierschutzmittelkreisen strömt, die mit Bezug auf 4 weiter beschrieben werden. Während HTF Wärme auf das Adsorptionsmittel 204 überträgt und dadurch die Temperatur des Gefrierschutzmittels (aufgrund der thermischen Kopplung des Gefrierschutzmitteltanks und der Adsorptionsmittel über die Dochtkammern) beeinflusst, ist es das Gefrierschutzmittel, das Wärme oder Kühlung zur Luft in der Fahrgastkabine über einen Kühler oder einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher überträgt, wie mit Bezug auf 4–7 beschrieben wird. Die Dochtkammern 214 umfassen jeweils ein mit Dochtmaterial 216 gefülltes Rohr, wobei ein innerer Kanal 218, der zum Rohr konzentrisch ist, sich durch die Länge des Dochtmaterials erstreckt. Wie in 2A und 2B gezeigt, können die Dochtkammern 214 in den Adsorber vorstehen und können fluidtechnisch mit dem Gehäuse 206 in Abhängigkeit von einem Öffnungszustand eines Ventils 220 in Verbindung stehen. Obwohl der Adsorber 200 mit drei Dochtkammern gezeigt ist, kann der Adsorber 200 in einigen Ausführungsformen eine andere geeignete Anzahl von Dochtkammern umfassen, einschließlich nur einer Dochtkammer.
Ein Kältemittel kann in einem geschlossenen Kreis strömen, wobei der geschlossene Kreis die Dochtkammern und das Gehäuse umfasst. Das Kältemittel kann Wasser, Ammoniak, R1234f oder ein anderes geeignetes Kältemittel sein. Das Kältemittel kann im Dochtmaterial 216 jeder Dochtkammer 214 in flüssiger Form gespeichert sein. Unter bestimmten Bedingungen und in Abhängigkeit vom Öffnungszustand des Ventils 220 kann das Kältemittel verdampfen und aus dem Dochtmaterial 216 in den Kanal 218 und dann in das Gehäuse 206 ausströmen. Unter ähnlichen Bedingungen kann das Kältemittel ebenso vom Adsorbergehäuse 206 in den Kanal 214 strömen und am Dochtmaterial kondensieren.
Es ist zu erkennen, dass, obwohl Wärmerohre Dochtkammern umfassen können, die Dochtkammern 214 keine Wärmerohre sind. Nur eine Phasenänderung kann beispielsweise in den Dochtkammern 214 während eines gegebenen Betriebsmodus stattfinden (z. B. flüssiges Kältemittel, das während eines Adsorptionsmodus verdampft, und verdampftes Kältemittel, das in einem Desorptionsmodus kondensiert), wohingegen das Arbeitsfluid in den Wärmerohren mehreren Phasenänderungen gleichzeitig unterliegen kann (z. B. können Wärmerohre ein Verdampfungsende und ein Kondensationsende umfassen, so dass ein Arbeitsfluid an einem Ende verdampft und am anderen Ende gleichzeitig kondensiert).
Das Betriebsprinzip einer Wärmeadsorptionswärmepumpe (z. B. der Wärmeadsorptionswärmepumpe 124 des Klimasteuerungssystems 100) mit zwei Adsorbern (z. B. zwei Adsorbern 200) wird nun beschrieben.
Während des Adsorptionsmodus, wie in 2A gezeigt, steuert die Steuereinheit das Ventil 208, um kaltes HTF durch das Schlangenrippenrohr 202 im Gehäuse 206 zu leiten, um das Adsorptionsmittel 204 zu kühlen. Die Kühlung des Adsorptionsmittels 204 erzeugt eine Saugwirkung, die bewirkt, dass im Dochtmaterial 216 der Dochtkammern 214 gespeichertes Kältemittel in den Kanälen 218 verdampft. Wenn sich das Ventil 220 in einem offenen Zustand befindet, fließt das verdampfte Kältemittel von den Kanälen 218 in das Gehäuse 206 (aufgrund der Saugwirkung des gekühlten Adsorptionsmittels 204). Unterdessen erzeugt die Verdampfung von Kältemittel in den Dochtkammern einen Kühleffekt, der das Gefrierschutzmittel im Gefrierschutzmitteltank 212 kühlt. Das gekühlte Gefrierschutzmittel wird dann aus einem Auslass 222 des Gefrierschutzmitteltanks zu einem Kühler oder Wärmetauscher auf der Basis des gegenwärtigen Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems geleitet, wie mit Bezug auf 4–7 beschrieben wird. In Abhängigkeit davon, wo das Gefrierschutzmittel während eines gegebenen Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems geleitet wird, ist das zum Gefrierschutzmitteltank über einen Einlass 224 des Gefrierschutzmitteltanks zurückgeführte Gefrierschutzmittel entweder wärmer oder kälter relativ zum Gefrierschutzmittel, das den Gefrierschutzmitteltank über den Auslass 222 verlässt.
Ein Desorptionsmodus kann nach dem Adsorptionsmodus durchgeführt werden, wobei durch das Adsorptionsmittel im Gehäuse von den Dochtkammern adsorbierte Kältemittel desorbiert und zu den Dochtkammern zurückgeführt wird. Während des Desorptionsmodus, wie in 2B gezeigt, steuert die Steuereinheit das Ventil 208, um heißes HTF durch das Schlangenrippenrohr 202 zu leiten, um das Adsorptionsmittel 204 zu erwärmen. Das Erwärmen des Adsorptionsmittels bewirkt eine Desorption des Kältemittels vom Adsorptionsmittel. Wenn sich das Ventil 220 in einem offenen Zustand befindet, kehrt das desorbierte Kältemittel zu den Kanälen 218 der Dochtkammern 214 zurück und kondensiert am Dochtmaterial 216. Unterdessen setzt die Kondensation des Kältemittels in den Dochtkammern Wärme frei, die das Gefrierschutzmittel im Gefrierschutzmitteltank erwärmt. Das erwärmte Gefrierschutzmittel wird dann aus dem Auslass 222 des Gefrierschutzmitteltanks zu einem Kühler oder Wärmetauscher auf der Basis des aktuellen Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems geleitet, wie mit Bezug auf 4–7 beschrieben wird. In Abhängigkeit davon, wo das Gefrierschutzmittel während eines gegebenen Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems geleitet wird, ist das zum Gefrierschutzmitteltank über den Einlass 224 zurückgeführte Gefrierschutzmittel entweder wärmer oder kälter relativ zum Gefrierschutzmittel, das den Gefrierschutzmitteltank über den Auslass 222 verlässt.
Durch Koppeln eines Gefrierschutzmitteltanks mit einem Adsorber über eine oder mehrere Dochtkammern kann folglich Gefrierschutzmittel ohne zweckgebundenen Verdampfer oder Kondensator erwärmt oder gekühlt werden, was die Fahrzeugeffizienz verbessern kann. Das Kondensieren von Kältemittel vielmehr über Dochtkammern als einen zweckgebundenen Kondensator kann beispielsweise vorteilhaft sein, da Kondensatoren entweder einen von der Kraftmaschine angetriebenen oder elektrisch angetriebenen Ventilator verwenden können, wohingegen Dochtkammern keine beweglichen Teile umfassen und thermisch angetrieben sind. Ferner kann das Verdampfen von Kältemittel vielmehr über Dochtkammern als einen zweckgebundenen Verdampfer vorteilhaft sein, da sich Verdampfer stark auf zugehörige Temperatur- und Drucksteuerungsvorrichtungen, Düsenrohre, Expansionsventile, Druckspeicher usw. stützen können, damit sie korrekt funktionieren, wohingegen Dochtkammern sich nicht so sehr oder überhaupt nicht auf solche zusätzlichen Komponenten stützen können. Ferner kann das Austauschen eines Verdampfers und eines Kondensators gegen Dochtkammern die Größe des Klimasteuerungssystems verringern, wodurch die Herstellungskosten verringert werden und die Kraftstoffsparsamkeit verbessert wird.
Die Adsorber einer Wärmeadsorptionswärmepumpe können asynchron zwischen Adsorptions- und Desorptionsmodi abwechseln, während die Kraftmaschine läuft. Ein Betriebszyklus der Wärmeadsorptionswärmepumpe kann sich auf eine Dauer beziehen, während der jeder Adsorber sowohl im Adsorptions- als auch Desorptionsmodus gearbeitet hat. In einem Beispiel dauert ein Zyklus 20–40 Minuten und ein halber Zyklus dauert 10–20 Minuten. Während eines ersten halben Zyklus kann ein erster Adsorber im Adsorptionsmodus arbeiten, während der zweite Adsorber im Desorptionsmodus arbeitet. Während eines zweiten halben Zyklus, der unmittelbar dem ersten halben Zyklus folgt, kann der erste Adsorber im Desorptionsmodus arbeiten, während der zweite Adsorber im Adsorptionsmodus arbeitet. Die Wärmeadsorptionswärmepumpe kann diesen Zyklus während des ganzen Betriebs des Klimasteuerungssystems wiederholen, mit Ausnahme von bestimmten Klimasteuerungssystem-Betriebsmodi, die erfordern, dass eine Adsorption oder Desorption an beiden Adsorbern gleichzeitig stattfinden, wie nachstehend beschrieben.
Beim Kraftmaschinenabschalten kann es in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems erwünscht sein, Kältemittel an beiden Adsorbern entweder vollständig zu desorbieren oder zu adsorbieren. In dieser Weise kann das Klimasteuerungssystem beim nächsten Kraftmaschinenstart in einem Stoßkühl- oder Stoßheizmodus betrieben werden, um eine unmittelbare Zufuhr von kalter Luft im Sommer und warmer Luft im Winter vorzusehen. Während alternative Methoden vielmehr Wärme verwenden können, die im PCM gespeichert ist, um NH₃ in ein Reservoir zu desorbieren, um eine Stoßkühlung beim Kraftmaschinenstart vorzusehen (z. B. bis das Kraftmaschinenabgas das HTF ausreichend aufheizt, um eine Wärmeadsorptionswärmepumpe anzutreiben), als sich auf die Wärmeadsorptionswärmepumpe zu verlassen, um eine Stoßkühlung vorzusehen, können eine Stoßkühlung sowie Stoßheizung über eine Wärmeadsorptionswärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen werden. Die Stoßkühlung kann beispielsweise beim Kraftmaschinenstart während des Sommermodus durch Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer entweder beim Kraftmaschinenstart oder vor dem Kraftmaschinenstart (über einen Klimavorkonditionierungs-Fernstarter), nachdem die Adsorber beim vorherigen Kraftmaschinenabschalten über im PCM gespeicherte Wärme desorbiert haben, schaffen. Ein Verfahren zum Betreiben eines Klimasteuerungssystems, um eine Stoßkühlung vorzusehen, kann beispielsweise während heißen Wetters (z. B. beim Betrieb in einem Sommermodus) das Betreiben beider Adsorber einer Wärmeadsorptionswärmepumpe in einem Desorptionsmodus für eine Dauer nach dem Kraftmaschinenabschalten und das Betreiben beider Adsorber in einem Adsorptionsmodus für eine Dauer vor oder bei einem nächsten Kraftmaschinenstart umfassen. Im milden oder strengen Wintermodus kann ebenso kaltes HTF verwendet werden, um die Adsorptionsmittel beider Adsorber mit Kältemitteldampf beim Kraftmaschinenabschalten vollständig zu adsorbieren. Dann können beim Kraftmaschinenstart beide Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer entweder beim Kraftmaschinenstart oder vor dem Kraftmaschinenstart (über einen Klimavorkonditionierungs-Fernstarter) betrieben werden. Ein Verfahren zum Betreiben eines Klimasteuerungssystems, um eine Stoßheizung vorzusehen, kann beispielsweise während kalten Wetters das Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer nach dem Kraftmaschinenabschalten und Betreiben beider Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer vor oder bei einem nächsten Kraftmaschinenstart umfassen. In dieser Weise kann eine Stoßheizung beim Kraftmaschinenstart vorgesehen werden.
Beim Kraftmaschinenabschalten während eines Sommermodus des Klimasteuerungssystems kann die Steuereinheit beispielsweise an beiden Adsorbern das Ventil 208 steuern, um heißes HTF durch das Rippenrohr 202 zu leiten, um das Adsorptionsmittel 204 zu erwärmen und dadurch eine Desorption des Kältemittels vom Adsorptionsmittel zu bewirken. Obwohl der heiße HTF-Kreis keine Wärme vom Kraftmaschinenabgas zu diesem Zeitpunkt empfängt, da die Kraftmaschine abgeschaltet ist, kann heißes HTF von einem PCM-Gefäß im heißen HTF-Kreis abgeführt werden, um die Adsorptionsmittel beider Adsorber zu desorbieren. Nach dem Desorbieren der Adsorptionsmittel beider Adsorber kann die Steuereinheit das Ventil 220 so steuern, dass es sich an beiden Adsorbern in einer geschlossenen Position befindet, wodurch die Dochtkammern jedes Adsorbers vom entsprechenden Adsorbergehäuse isoliert werden, um den erneuten Eintritt von Kältemitteldampf von den Dochtkammern in die Adsorber zu verringern, während die Kraftmaschine abgeschaltet ist (z. B. während das Fahrzeug geparkt ist). Bei oder vor dem nächsten Kraftmaschinenstart kann die Steuereinheit das Ventil 220 so steuern, dass es sich an beiden Adsorbern in einer offenen Position befindet, um die Dochtkammernm jedes Adsorbers mit dem entsprechenden Adsorbergehäuse erneut zu koppeln. Das Desorbieren der Adsorptionsmittel beider Adsorber der Wärmeadsorptionswärmepumpe beim Kraftmaschinenabschalten ermöglicht, dass beide Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer (z. B. 2 bis 5 Minuten) betrieben werden, wenn die Kraftmaschine wieder gestartet wird. Das Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus kann die Kühlleistung effektiv verdoppeln (relativ zu einer Wärmeadsorptionswärmepumpe, die mit einem Adsorber im Adsorptionsmodus arbeitet), um eine unmittelbare Zufuhr von kalter Luft für erhöhten Fahrgastkomfort (und andere zusätzliche Kraftmaschinen/Fahrzeug-Kühlungsbedürfnisse) während warmer Wetterbedingungen zu ermöglichen. Ein solcher Betrieb wird hier als Stoßkühlmodus bezeichnet.
Als weiteres Beispiel kann die Steuereinheit beim Kraftmaschinenabschalten während eines milden oder strengen Wintermodus an beiden Adsorbern das Ventil 208 steuern, um kaltes HTF vom kalten HTF-Kreis durch das Rippenrohr 202 zu leiten, um das Adsorptionsmittel 204 zu kühlen und dadurch die Adsorption von Kältemittel am Adsorptionsmittel zu bewirken. Nach dem Adsorbieren beider Adsorber kann die Steuereinheit das Ventil 220 so steuern, dass es sich an beiden Adsorbern in einer geschlossenen Position befindet, wodurch die Dochtkammern jedes Adsorbers vom entsprechenden Adsorbergehäuse isoliert werden, um zu vermeiden, dass Kältemitteldampf erneut in die Adsorber eintritt, während die Kraftmaschine abgeschaltet ist (z. B. während das Fahrzeug geparkt ist). Bei oder vor dem nächsten Kraftmaschinenstart kann die Steuereinheit das Ventil 220 so steuern, dass es sich an beiden Adsorbern in einer offenen Position befindet, um die Dochtkammern jedes Adsorbers mit dem entsprechenden Adsorber erneut zu koppeln. Das Adsorbieren von Kältemittel an den Adsorptionsmitteln beider Adsorber der Wärmeadsorptionswärmepumpe beim Kraftmaschinenabschalten ermöglicht, dass beide Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer (z. B. 2 bis 5 Minuten) betrieben werden, wenn die Kraftmaschine wieder gestartet wird. Da der Wärmeaustausch mit Kraftmaschinenabgas während des Kraftmaschinenstarts nicht angemessen das HTF im heißen HTF-Kreis heizen kann, um eine Desorption durchzuführen, kann in einem PCM-Gefäß gespeicherte Wärme verwendet werden, um das HTF zu diesem Zeitpunkt zu erwärmen. Das Betreiben beider Adsorber im Desorptionsmodus kann die Heizleistung effektiv verdoppeln (relativ zu einer Wärmeadsorptionswärmepumpe, die mit einem Adsorber im Desorptionsmodus arbeitet), um eine unmittelbare Zufuhr von Heißluft für einen erhöhten Fahrgaskomfort (und für andere zusätzliche Kraftmaschinen/Fahrzeug-Heizbedürfnisse) während kalter Wetterbedingungen zu ermöglichen. Ein solcher Betrieb wird hier als Stoßheizmodus bezeichnet.
In einigen Ausführungsformen können die Stoßkühl- und Stoßheizmodi vor dem Kraftmaschinenstart beginnen. Ein Benutzer kann beispielsweise entfernt das Klimasteuerungssystem vor dem Starten der Kraftmaschine aktivieren, beispielsweise über den in 1 gezeigten elektronischen Schlüsselanhänger 122, der wiederum den Stoßkühlmodus (z. B. während warmer Wetterbedingungen) oder den Stoßheizmodus (z. B. während kalter Wetterbedingungen) vor dem Kraftmaschinenstart aktivieren kann.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Heizung und Kühlung der Adsorber durch einen heißen HTF-Kreis bzw. einen kalten HTF-Kreis vorgesehen sein. 3 zeigt schematisch eine Beispielausführungsform eines heißen HTF-Kreises 300 und eines kalten HTF-Kreises 302 sowie einer Wärmeadsorptionswärmepumpe 308. Die Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 kann im Klimasteuerungssystem 100 von 1 beispielsweise als Wärmeadsorptionswärmepumpe 124 enthalten sein und kann die in 2A und 2B gezeigte Struktur umfassen.
Das HTF, das im heißen und im kalten HTF-Kreis 300 und 302 strömt, kann ein HTF mit einem hohen Siedepunkt sein, das in sowohl Hochtemperaturanwendungen (z. B. Wärmeaustausch mit Kraftmaschinenabgas mit hoher Temperatur) als auch Niedertemperaturanwendungen (z. B. während strenger Winterbedingungen) verwendet werden kann. In einem Beispiel kann das HTF in den heißen und kalten HTF-Kreisen 300 und 302 HTF auf Erdölbasis sein.
Der heiße HTF-Kreis 300 ermöglicht eine Desorption an der Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 durch Erhitzen von HTF, das durch eine Pumpe 316 zwischen einem Abgaswärmekollektor 304, einem PCM-Gefäß 306 und einem ersten und einem zweiten Adsorber 318 und 320 der Wärmepumpe 308 zirkuliert wird. Wie in 3 gezeigt, ist der Abgaswärmekollektor 304 mit einem Kraftmaschinenabgasrohr 310 gekoppelt. HTF kann durch den Abgaswärmekollektor 304 strömen und Wärme vom Kraftmaschinenabgas, das durch das Rohr 310 am Abgaswärmekollektor 304 strömt, kann auf das durch diesen strömende HTF übertragen werden.
Ein PCM-Gefäß 306 kann stromabwärts des Wärmekollektors 304 angeordnet sein. Das PCM-Gefäß 306 ist ein Gefäß, das Wärme im PCM speichert, wobei das PCM Wärme absorbiert, wenn sich der Zustand von Feststoff auf Flüssigkeit ändert, und Wärme freisetzt, wenn sich der Zustand von Flüssigkeit zu Feststoff ändert. Solche Gefäße können alternativ als Wärmebatterien bezeichnet werden. Das PCM-Gefäß 306 kann isoliert sein, um die Ableitung von darin gespeicherter Wärme zu verringern. Das PCM-Gefäß 306 kann beispielsweise ein doppelwandiges Gefäß sein und ein Unterdruckmantel kann zwischen der Außen- und Innenwand des Gefäßes angeordnet sein, um eine Unterdruckisolation zu schaffen. HTF, das im heißen HTF-Kreis 300 strömt, kann in einen Einlass des PCM-Gefäßes 306 eintreten und einen Auslass des PCM-Gefäßes 306 verlassen. In einem Beispiel kann das PCM innerhalb des PCM-Gefäßes 306 in einem oder mehreren PCM-Stapeln angeordnet sein, die zwischen Halteplatten abgestützt sind, wobei jeder Stapel mehrere PCM-Elemente umfasst, die radial um einen zentralen Zufuhrdurchgang angeordnet sind. Das HTF, das in den Einlass des Gefäßes eintritt, kann durch den zentralen Zufuhrdurchgang strömen, wo es radial vom zentralen Zufuhrdurchgang zu den mehreren PCM-Elementen strömen kann, um Wärmeenergie darin zu speichern.
In Abhängigkeit vom Typ oder von den Typen von PCM, die im PCM-Gefäß 306 enthalten sind, unter anderen Faktoren kann das PCM-Gefäß 306 einen Prozentsatz der darin gespeicherten Wärme während des Kraftmaschinenbetriebs für eine Dauer nach dem Kraftmaschinenabschalten halten. In einem Beispiel können 80 % der im PCM-Gefäß 306 während des Kraftmaschinenbetriebs gespeicherten Wärme für mindestens 16 Stunden nach dem Kraftmaschinenabschalten gespeichert bleiben. An sich kann das PCM-Gefäß 306 heißes HTF zu Adsorbern der hier beschriebenen Wärmeadsorptionswärmepumpe zuführen, selbst während die Kraftmaschine abgeschaltet ist, z. B. um die hier beschriebenen Stoßkühl- und Stoßheizmodi zu ermöglichen, die heißes HTF benötigen können. Es ist zu erkennen, dass im PCM-Gefäß 306 gespeicherte Wärme ohne Starten der Kraftmaschine z. B. über eine Fernbedienung durch einen Benutzer, während die Kraftmaschine abgeschaltet ist, abgeführt werden kann. Ein Benutzer kann beispielsweise das Klimasteuerungssystem vor dem Starten der Kraftmaschine entfernt aktivieren, beispielsweise über den in 1 gezeigten elektronischen Schlüsselanhänger 122, was bewirken kann, dass die Steuereinheit das Klimasteuerungssystem 100 steuert, um heißes HTF, das im PCM-Gefäß gespeichert ist, zur Verwendung in einem Stoßheiz- oder Stoßkühlmodus abzuführen.
Das PCM-Gefäß 306 kann parallel mit einer Leitung 312 mit einem Umleitventil 314 angeordnet sein. HTF kann in der Leitung 312 strömen, wodurch das PCM-Gefäß 306 umgangen wird, in Abhängigkeit von einer Position des Umleitventils 314. Wenn sich beispielsweise das Umleitventil 314 in einer vollständig geschlossenen Position befindet, kann das ganze HTF, das den Wärmekollektor 304 verlässt, zum PCM-Gefäß 306 strömen, wo es sich auf die Speicherung von Wärme im PCM auswirken kann. Wenn sich das Umleitventil 314 alternativ in einer vollständig offenen Position befindet, kann das ganze HTF, das den Wärmekollektor 304 verlässt, das PCM-Gefäß 306 umgehen und durch die Leitung 312 strömen. Eine Pumpe 316 kann stromabwärts des PCM-Gefäßes 306 und des Umleitventils 314 angeordnet sein; die Steuereinheit kann die Pumpe 316 steuern, um eine HTF-Strömung vom Wärmekollektor 304 durch das PCM-Gefäß 306 und/oder die Leitung 312 in Abhängigkeit von der Position des Umleitventils 314 zu induzieren. Die Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 kann mit dem heißen HTF-Kreis stromabwärts der Pumpe 316 fluidtechnisch in Verbindung stehen, wie nachstehend beschrieben wird.
Der kalte HTF-Kreis 302 ermöglicht die Adsorption an der Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 durch Kühlen von HTF, das durch eine Pumpe 336 zwischen den Adsorbern 318 und 320 der Wärmepumpe 308 und einer HTF-Kühlvorrichtung 338 zirkuliert wird. Die HTF-Kühlvorrichtung 338 kann eine Vorrichtung sein, die die HTF-Temperatur innerhalb eines gewünschten Bereichs (z. B. 30 bis 40 °C) halten kann. Die HTF-Kühlvorrichtung 338 kann beispielsweise ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher sein. Ein Ventilator (nicht dargestellt) kann Umgebungsluft über die HTF-Kühlvorrichtung 338 lenken, um eine Wärmeübertragung zwischen dem HTF, das durch diese strömt, und der Umgebungsluft zu bewirken, wodurch das HTF gekühlt wird. Wie in 3 gezeigt, ist eine Pumpe 336 stromabwärts der HTF-Kühlvorrichtung 338 angeordnet. Der kalte HTF-Kreis 302 kann mit der Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 stromabwärts der Pumpe 336 fluidtechnisch in Verbindung stehen, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Pumpe 316 des heißen HTF-Kreises 300 und die Pumpe 336 des kalten HTF-Kreises 302 können selektiv mit der Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 in Abhängigkeit von den Positionen von verschiedenen Ventilen in Verbindung stehen. Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 einen ersten Adsorber 318 und einen zweiten Adsorber 320, die jeweils die Struktur des Adsorbers 200 von 2A und 2B aufweisen können. Die Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 umfasst ferner erste mehrere Dochtkammern 322, die den ersten Adsorber 318 mit einem ersten Gefrierschutzmitteltank 324 koppeln, und zweite mehrere Dochtkammern 326, die den zweiten Adsorber 320 mit einem zweiten Gefrierschutzmitteltank 328 koppeln. Der erste und der zweite Gefrierschutzmitteltank 324 und 328 können jeweils die Struktur des Gefrierschutzmitteltanks 212 von 2A und 2B aufweisen und jede Dochtkammer der ersten und der zweiten mehreren Dochtkammern 322 und 326 können die Struktur der Dochtkammern 214 von 2A und 2B aufweisen. Alternativ können die Komponenten der Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 eine andere geeignete Struktur aufweisen, die gemäß den Betriebsprinzip der Wärmeadsorptionswärmepumpe, das mit Bezug auf 2A und 2B beschrieben wird, funktioniert.
Eine Position eines Zufuhrventils 330 für heißes HTF, das stromabwärts der Pumpe 316 im heißen HTF-Kreis angeordnet ist, kann bestimmen, ob der heiße HTF-Kreis mit einem, beiden oder keinem des ersten und des zweiten Adsorbers 318 und 320 in Verbindung steht. Ebenso kann eine Position eines Zufuhrventils 340 für kaltes HTF, das stromabwärts der Pumpe 336 im kalten HTF-Kreis angeordnet ist, bestimmen, ob der kalte HTF-Kreis mit einem, beiden oder keinem des ersten und des zweiten Adsorbers 318 und 320 in Verbindung steht. Der erste Adsorber 318 umfasst ein erstes HTF-Einlassventil 332 und der zweite Adsorption 320 umfasst ein zweites HTF-Einlassventil 334. Das Ventil 332 steht mit dem heißen HTF-Kreis, dem kalten HTF-Kreis und dem ersten Adsorber in Verbindung, wohingegen das Ventil 334 mit dem heißen HTF-Kreis, dem kalten HTF-Kreis und dem zweiten Adsorber in Verbindung steht. Die Ventile 332 und 334 können dieselbe Funktion wie das Ventil 208 von 2A und 2B durchführen; beispielsweise kann in Abhängigkeit davon, ob sich der erste Adsorber gegenwärtig in einem Adsorptions- oder Desorptionsmodus befindet, das erste HTF-Einlassventil gesteuert werden, um eine Verbindung zwischen entweder dem heißen HTF-Kreis oder dem kalten HTF-Kreis und dem ersten Adsorber zu ermöglichen. Auf der Basis der Position des Ventils 332 kann HTF vom heißen HTF-Kreis, HTF vom kalten HTF-Kreis oder kein HTF in den ersten Adsorber 318 eintreten. Auf der Basis der Position des Ventils 334 kann ebenso HTF vom heißen HTF-Kreis, HTF vom kalten HTF-Kreis oder kein HTF in den zweiten Adsorber 320 eintreten.
Die Ventile 330, 332, 334 und 340 können zusammenwirken, um HTF vom heißen und/oder kalten HTF-Kreis zu dem (den) geeigneten Adsorber(n) während eines gegebenen Klimasteuerungssystem-Betriebsmodus und während eines gegebenen Betriebsmodus jedes Adsorbers zu lenken. Während eines Sommer-, milden Winter- oder strengen Winterbetriebsmodus des Klimasteuerungssystems und während der erste Adsorber adsorbiert und der zweite Adsorber desorbiert, kann die Steuereinheit beispielsweise die Position des Ventils 330 steuern, um eine heiße HTF-Strömung zum zweiten Adsorber, aber nicht zum ersten Adsorber zu lenken, während die Position des Ventils 340 gesteuert wird, um eine kalte HTF-Strömung zum ersten Adsorber, aber nicht zum zweiten Adsorber zu lenken. Die Steuereinheit kann ferner eine Position der Ventile 332 und 334 derart steuern, dass HTF vom heißen HTF-Kreis in den zweiten Adsorber eintreten kann und HTF vom kalten HTF-Kreis in den ersten Adsorber eintreten kann. Nach einem halben Zyklus der Wärmeadsorptionswärmepumpe schalten dann der erste und der zweite Adsorber um, so dass der zweite Adsorber adsorbiert und der erste Adsorber desorbiert. Um das Umschalten zu bewirken, kann die Steuereinheit die Position des Ventils 330 steuern, um eine heiße HTF-Strömung zum ersten Adsorber, aber nicht zum zweiten Adsorber zu lenken, während die Position des Ventils 340 gesteuert wird, um eine kalte HTF-Strömung zum zweiten Adsorber, aber nicht zum ersten Adsorber zu lenken. Die Steuereinheit kann ferner eine Position der Ventile 332 und 334 derart steuern, dass HTF vom kalten HTF-Kreis in den zweiten Adsorber eintreten kann und HTF vom heißen HTF-Kreis in den ersten Adsorber eintreten kann. Nachdem ein weiterer halber Zyklus abgelaufen ist, können der erste und der zweite Adsorber wieder umschalten, so dass der zweite Adsorber desorbiert und der erste Adsorber adsorbiert. Der erste und der zweite Adsorber können zwischen dem Adsorptions- und dem Desorptionsmodus in dieser Weise während des ganzen Betriebs des Klimasteuerungssystems im Sommer-, im milden Winter- oder im strengen Winterbetriebsmodus umschalten.
Beim Kraftmaschinenabschalten und vor dem oder beim Kraftmaschinenstart kann die Steuereinheit dagegen die Positionen der Ventile 330, 332, 334 und 340 anders steuern, um Stoßheiz- oder Stoßkühlmodi in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen zu erreichen. Beim Kraftmaschinenabschalten während des Sommermodusbetriebs kann die Steuereinheit beispielsweise die Ventile derart steuern, dass eine Desorption an beiden Adsorbern stattfindet. Die Steuereinheit kann beispielsweise das Ventil 330 steuern, um eine heiße HTF-Strömung zu beiden Adsorbern zu lenken, und kann ferner die Positionen der Ventile 332 und 334 steuern, um sowohl den ersten als auch den zweiten Adsorber mit dem heißen HTF-Kreis in Verbindung zu bringen. Wie vorstehend mit Bezug auf 2A und 2B beschrieben, kann während dieses Betriebs jedes Adsorbergehäuse von den zugehörigen Dochtkammern und vom Gefrierschutzmitteltank isoliert werden. Beim nächsten Kraftmaschinenstart (oder vor dem nächsten Kraftmaschinenstart) kann die Steuereinheit dann die Ventile derart steuern, dass eine Adsorption an beiden Adsorbern stattfindet. Die Steuereinheit kann beispielsweise das Ventil 340 steuern, um kalte HTF-Strömung zu beiden Adsorbern zu lenken, und kann ferner die Positionen der Ventile 332 und 334 steuern, um sowohl den ersten als auch den zweiten Adsorber mit dem kalten HTF-Kreis in Verbindung zu bringen.
Beim Kraftmaschinenabschalten während des Betriebs im milden oder strengen Wintermodus kann die Steuereinheit dagegen die Ventile derart steuern, dass eine Adsorption an beiden Adsorbern stattfindet. Die Steuereinheit kann beispielsweise das Ventil 340 steuern, um kalte HTF-Strömung zu beiden Adsorbern zu lenken, und kann ferner die Positionen der Ventile 332 und 334 steuern, um sowohl den ersten als auch den zweiten Adsorber mit dem kalten HTF-Kreis in Verbindung zu bringen. Wie vorstehend mit Bezug auf 2A und 2B beschrieben, kann jedes Adsorbergehäuse während dieses Betriebs von den zugehörigen Dochtkammern und vom Gefrierschutzmitteltank isoliert werden. Beim nächsten Kraftmaschinenstart (oder vor dem nächsten Kraftmaschinenstart) kann die Steuereinheit dann die Ventile derart steuern, dass eine Desorption an beiden Adsorbern stattfindet. Die Steuereinheit kann beispielsweise das Ventil 340 steuern, um heiße HTF-Strömung zu beiden Adsorbern zu lenken, und kann ferner die Positionen der Ventile 332 und 334 steuern, um sowohl den ersten als auch den zweiten Adsorber mit dem heißen HTF-Kreis in Verbindung zu bringen.
Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben, wird auf der Basis des aktuellen Modus jedes Adsorbers ein Ventil stromabwärts einer Pumpe gesteuert, um HTF vom Rippenrohr dieses Adsorbers zu entweder dem heißen HTF-Kreis oder dem kalten HTF-Kreis zu lenken. Wie in 3 gezeigt, ist ein erstes HTF-Auslassventil 348 stromabwärts einer ersten HTF-Auslasspumpe 352 an einem HTF-Auslass des ersten Adsorbers angeordnet und ein zweites HTF-Auslassventil 350 ist stromabwärts einer zweiten HTF-Auslasspumpe 354 an einem HTF-Auslass des zweiten Adsorbers angeordnet. Wie die Pumpe 226 von 2A und 2B können die Pumpen 352 und 354 HTF von den Rippenrohren des ersten bzw. des zweiten Adsorbers zum heißen HTF-Kreis oder zum kalten HTF-Kreis in Abhängigkeit von Positionen der Ventile 348 und 350 sowie vom Positionen eines Rückführungsventils 344 für heißes HTF und eines Rückführungsventils 346 für kaltes HTF pumpen.
Wenn beispielsweise der erste Adsorber sich im Adsorptionsmodus befindet und der zweite Adsorber sich im Desorptionsmodus befindet, kann die Steuereinheit die Positionen der Ventile 344, 346, 348 und 350 derart steuern, dass HTF, das den ersten Adsorber verlässt, zum kalten HTF-Kreis zurückkehrt, und HTF, das den zweiten Adsorber verlässt, zum heißen HTF-Kreis zurückkehrt. Wenn sich der erste Adsorber im Desorptionsmodus befindet und sich der zweite Adsorber im Adsorptionsmodus befindet, kann die Steuereinheit ebenso die Positionen der Ventile 344, 346, 348 und 350 derart steuern, dass HTF, das den ersten Adsorber verlässt, zum heißen HTF-Kreis zurückkehrt, und HTF, das den zweiten Adsorber verlässt, zum kalten HTF-Kreis zurückkehrt. Es ist zu erkennen, dass, wenn heißes HTF durch beide Adsorber strömt, beispielsweise während der hier beschriebenen Stoßmodi, das Ventil 344 derart gesteuert werden kann, dass heißes HTF von beiden Adsorbern zum heißen HTF-Kreis (z. B. stromaufwärts des Wärmekollektors 304, wie in 3 gezeigt) zurückgelenkt wird. Ebenso ist zu erkennen, dass, wenn kaltes HTF durch beide Adsorber strömt, beispielsweise während der hier beschriebenen Stoßmodi, das Ventil 346 derart gesteuert werden kann, dass kaltes HTF von beiden Adsorbern zum kalten HTF-Kreis (z. B. stromaufwärts der HTF-Kühlvorrichtung 338, wie in 3 gezeigt) zurückgelenkt wird.
Wie in 3 gezeigt, kann ferner der heiße HTF-Kreis mit einem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher 356 in Abhängigkeit von einer Position des Ventils 330 in Verbindung stehen. Während eines strengen Wintermodus kann die Steuereinheit beispielsweise Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des gegenwärtig adsorbierenden Adsorbers so lenken, dass es durch einen Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher strömt, während das Ventil 330 gesteuert wird, um HTF vom heißen HTF-Kreis zum Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken, um Wärme mit dem Gefrierschutzmittel auszutauschen, das durch den Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher strömt (über den Gefrierschutzmittelkreis 400 von 4, der nachstehend beschrieben wird). In dieser Weise kann eine Dampfbildung in den Dochtkammern (und folglich eine Adsorption) selbst bei niedrigen Umgebungstemperaturen möglich sein.
Wie vorstehend beschrieben, bewirkt die Kühlung oder Erwärmung der Adsorptionsmittel innerhalb der Adsorber über die in 3 gezeigten HTF-Kreise eine Verdampfung oder Kondensation von Kältemittel an den Dochtkammern, die mit den Adsorbern gekoppelt sind, und die Verdampfung oder Kondensation an den Dochtkammern bewirkt eine Kühlung oder Erwärmung des Gefrierschutzmittels innerhalb der Gefrierschutzmitteltanks, in denen die Dochtkammern angeordnet sind. Das gekühlte/erwärmte Gefrierschutzmittel kann dann zu verschiedenen Komponenten des Klimasteuerungssystems geleitet werden, um die Fahrgastkabinenluft zu kühlen oder zu heizen, wie in 4 gezeigt. Während eines gegebenen Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems und in Abhängigkeit davon, ob ein gegebener Adsorber adsorbiert oder desorbiert, wie in 4 gezeigt, kann Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank, der mit diesem Adsorber gekoppelt ist, zu einem Kühler, einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher oder einem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher geleitet werden.
Wie in 4 gezeigt, umfasst ein Gefrierschutzmittelkreis 400 einen ersten Gefrierschutzmitteltank 402 und einen zweiten Gefrierschutzmitteltank 404. Obwohl die Tanks 402 und 404 in 4 als diskrete Komponenten dargestellt sind, ist zu erkennen, dass diese Tanks in einer Wärmeadsorptionswärmepumpe enthalten sein können wie z. B. der Wärmeadsorptionswärmepumpe 308 von 3. Die Tanks 402 und 404 können beispielsweise den Tanks 324 und 328 von 3 entsprechen und können mit Adsorbern wie z. B. den Adsorbern 318 und 320 von 3 über Dochtkammern gekoppelt sein. Das Heizen und Kühlen der Fahrgastkabine kann über das Leiten von Gefrierschutzmittel von jedem Tank zu und von einem Kühler 406, einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 408 oder einem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher 410 erreicht werden.
Pumpen können stromabwärts von Auslässen jedes Tanks angeordnet sein, um eine Strömung von Gefrierschutzmittel von den Tanks zum Kühler, Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher oder Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu induzieren. Wie in 4 gezeigt, kann beispielsweise eine erste Auslasspumpe 412 stromabwärts eines Auslasses des ersten Gefrierschutzmitteltanks 402 angeordnet sein und eine zweite Auslasspumpe 414 kann stromabwärts eines Auslasses des zweiten Gefrierschutzmitteltanks 404 angeordnet sein. Ferner können Pumpen stromabwärts von Auslässen von jedem eines Kühlers 406, eines Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers 408 und eine Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauschers 410 angeordnet sein. Wie in 4 gezeigt, können beispielsweise eine erste und eine zweite Kühlerauslasspumpe 416 und 426 stromabwärts des ersten und des zweiten Auslasses des Kühlers 406 angeordnet sein, eine erste und eine zweite Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher-Auslasspumpe 428 und 430 können stromabwärts des ersten und zweiten Auslasses des Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers 408 angeordnet sein und eine erste und eine zweite Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher-Auslasspumpe 432 und 434 können stromabwärts des ersten und des zweiten Auslasses des Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauschers 410 angeordnet sein.
Ventile können stromabwärts des Auslasses jedes Gefrierschutzmitteltanks und stromaufwärts eines Einlasses jedes Gefrierschutzmitteltanks angeordnet sein, um eine Gefrierschutzmittelströmung zum und vom geeigneten Ziel auf der Basis des aktuellen Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems und des aktuellen Betriebsmodus des mit jedem Tank in Verbindung stehenden Adsorbers zu lenken. Wie in 4 gezeigt, kann ein erstes Auslassventil 418 stromabwärts von der ersten Auslasspumpe 412 und stromaufwärts vom Kühler 406, Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 408 und Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher 410 angeordnet sein. In Abhängigkeit von einer Position des Ventils 418 kann Gefrierschutzmittel, das den Auslass des ersten Gefrierschutzmitteltanks verlässt, zum Kühler, Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher oder Flüssigkeits-Flüssigkeit-Wärmetauscher gelenkt werden. Ebenso kann ein zweites Auslassventil 420 stromabwärts der zweiten Auslasspumpe 414 und stromaufwärts des Kühlers 406, Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers 408 und Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauschers 410 angeordnet sein. In Abhängigkeit von einer Position des Ventils 420 kann Gefrierschutzmittel, das den Auslass des zweiten Gefrierschutzmitteltanks verlässt, zum Kühler, Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher oder Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher gelenkt werden. Wie in 4 gezeigt, kann ferner ein erstes Einlassventil 422 stromaufwärts des Einlasses des ersten Gefrierschutzmitteltanks angeordnet sein. In Abhängigkeit von einer Position des Ventils 422 kann Gefrierschutzmittel, das den Kühler, den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher oder den Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher verlässt, in den ersten Gefrierschutzmitteltank gelenkt werden. Ebenso kann ein zweites Einlassventil 424 stromaufwärts des Einlasses des zweiten Gefrierschutzmitteltanks angeordnet sein. In Abhängigkeit von einer Position des Ventils 424 kann Gefrierschutzmittel, das den Kühler, den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher oder den Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher verlässt, in den zweiten Gefrierschutzmitteltank gelenkt werden. Es ist zu erkennen, dass in anderen Ausführungsformen während bestimmter Bedingungen Gefrierschutzmittel von den Gefrierschutzmitteltanks zu mehr als einem des Kühlers, Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers und Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauschers gelenkt werden kann, ohne vom Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen. Ebenso kann zu einem gegebenen Zeitpunkt Gefrierschutzmittel von mehr als einem des Kühlers, des Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers und des Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauschers gelenkt werden, ohne vom Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen.
Das Lenken des Gefrierschutzmittels während jedes des Sommer-, milden Winter- und strengen Winterbetriebsmodus wird mit Bezug auf 5–7 beschrieben. Es ist zu erkennen, dass die Gefrierschutzmittelkreis-Konfiguration, die in 4 gezeigt ist, beispielsweise die verschiedenen Ventile, Pumpen, Leitungen und ihre Positionierung, lediglich beispielhaft ist. Eine andere geeignete Konfiguration, die Gefrierschutzmittel von jedem Tank zum geeigneten Ziel während eines gegebenen Betriebsmodus leitet, kann verwendet werden, ohne vom Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen.
5 stellt schematisch die Strömung von HTF, Gefrierschutzmittel, Kältemittel und Luft zwischen verschiedenen Komponenten des Klimasteuerungssystems (z. B. des Klimasteuerungssystems 100, das in 1 gezeigt ist, einschließlich des Adsorbers 200 von 2, der Wärmeadsorptionswärmepumpe und der HTF-Kreise von 3 und des Gefrierschutzmittelkreises von 4) während des Sommermodus dar. Der Sommermodus kann während warmer Wetterbedingungen, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf warme Wetterbedingungen während der Sommerzeit, geeignet sein. In warmem Klima können beispielsweise Fahrzeuge mit dem hier beschriebenen Klimasteuerungssystem das Klimasteuerungssystem im Sommermodus während eines Großteils oder des ganzen Jahres betreiben. Wie in 5 gezeigt, umfasst eine Wärmeadsorptionswärmepumpe 500 einen ersten Adsorber 502, einen zweiten Adsorber 504, einen ersten Gefrierschutzmitteltank 506 und einen zweiten Gefrierschutzmitteltank 508.
Während eines ersten halben Betriebszyklus der Wärmepumpe 500 befindet sich der erste Adsorber 502 im Adsorptionsmodus und der zweite Adsorber 504 befindet sich im Desorptionsmodus. An sich steht der erste Adsorber 502 mit dem kalten HTF-Kreis in Verbindung, wohingegen der zweite Adsorber 504 mit dem heißen HTF-Kreis in Verbindung steht, in der vorstehend mit Bezug auf 3 beschriebenen Weise. Da der erste Adsorber 502 Kältemittel adsorbiert, wird Gefrierschutzmittel im ersten Gefrierschutzmitteltank 506 aufgrund der Verdampfung des Kältemittels in den Dochtkammern, die den Tank mit dem Adsorber koppeln, gekühlt. Das gekühlte Gefrierschutzmittel wird vom ersten Gefrierschutzmitteltank zu einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 510 geleitet. Der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 510 kann in Verbindung mit einem Gebläse 512 arbeiten, um einen Wärmeaustausch zwischen Luft von der Fahrgastkabine und Gefrierschutzmittel vom ersten Gefrierschutzmitteltank zu bewirken. Dieser Wärmeaustausch kühlt die Luft, die anschließend zur Kabine zurückgeführt wird, um eine Kühlung zu schaffen. Nach dem Strömen durch den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 510 kehrt das Gefrierschutzmittel zum ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer geringfügig wärmeren Temperatur als der Temperatur, auf er es lag, als es den Tank verließ, zurück. Das Gefrierschutzmittel kann beispielsweise den ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 7 ± 2 °C verlassen, wohingegen das Gefrierschutzmittel zum ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 11 ± 2 °C nach dem Austauschen von Wärme mit Kabinenluft am Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zurückkehren kann. Wenn der zweite Adsorber 504 Kältemittel desorbiert, wird unterdessen Gefrierschutzmittel im zweiten Gefrierschutzmitteltank 508 aufgrund der Kondensation des Kältemittels in den Dochtkammern, die den Tank mit dem Adsorber koppeln, erwärmt. Das erwärmte Gefrierschutzmittel wird vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zu einem Kühler 514 geleitet. Der Kühler 514 kann in Verbindung mit einem Ventilator 516 arbeiten, um einen Wärmeaustausch zwischen der Umgebungsluft (z. B. Luft von der Außenseite des Fahrzeugs) und Gefrierschutzmittel vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zu bewirken. Dieser Wärmeaustausch erwärmt die Luft, die anschließend zur Außenseite des Fahrzeugs zurückgeführt wird. Nach dem Strömen durch den Kühler 514 kehrt das Gefrierschutzmittel zum zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer geringfügig kühleren Temperatur als der Temperatur, auf der es lag, als es den Tank verließ, zurück. Das Gefrierschutzmittel kann beispielsweise den zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 45 ± 2 °C verlassen, wohingegen das Gefrierschutzmittel zum zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 40 ± 2 °C nach dem Austauschen von Wärme mit Außenluft am Kühler zurückkehren kann.
Während eines zweiten halben Zyklus des Betriebs der Wärmepumpe 500 befindet sich der erste Adsorber 502 im Desorptionsmodus und der zweite Adsorber 504 befindet sich im Adsorptionsmodus. Wie gezeigt, ist während des zweiten halben Zyklus die Leitung von Gefrierschutzmittel relativ zum ersten halben Zyklus anders; Gefrierschutzmittel wird vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zum Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher geleitet, um Wärme mit Kabinenluft auszutauschen und dadurch die Kabine zu kühlen, während Gefrierschutzmittel vom ersten Gefrierschutzmitteltank zum Kühler geleitet wird, um Wärme zur Außenluft abzuführen.
Wie vorstehend beschrieben, dauert in einem Beispiel jeder Zyklus 20–40 Minuten und folglich dauert jeder halbe Zyklus 10–20 Minuten. Nach dem zweiten halben Zyklus beginnt die Wärmepumpe einen nachfolgenden Betriebszyklus durch Arbeiten gemäß dem ersten halben Zyklus und die Wärmepumpe wechselt weiterhin zwischen dem ersten und dem zweiten halben Zyklus ab, während die Kraftmaschine eingeschaltet ist und das Klimasteuerungssystem arbeitet.
6 stellt schematisch die Strömung von HTF, Gefrierschutzmittel, Kältemittel und Luft zwischen verschiedenen Komponenten des Klimasteuerungssystems (z. B. des in 1 gezeigten Klimasteuerungssystems 100, einschließlich des Adsorbers 200 von 2, der Wärmeadsorptionswärmepumpe und der HTF-Kreise von 3 und der Gefrierschutzmittelkreise von 4) während eines milden Wintermodus dar. Der milde Wintermodus kann während mäßig kalter Wetterbedingungen geeignet sein, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf mäßig kalte Wetterbedingungen während der Winterzeit. In einem mäßig kalten Klima können beispielsweise Fahrzeuge mit dem hier beschriebenen Klimasteuerungssystem das Klimasteuerungssystem im milden Wintermodus während eines Großteils oder des ganzen Jahres betreiben. Wie in 6 gezeigt, umfasst eine Wärmeadsorptionswärmepumpe 600 einen ersten Adsorber 602, einen zweiten Adsorber 604, einen ersten Gefrierschutzmitteltank 606 und einen zweiten Gefrierschutzmitteltank 608.
Während eines ersten halben Zyklus des Betriebs der Wärmepumpe 600 befindet sich der erste Adsorber 602 im Adsorptionsmodus und der zweite Adsorber 604 befindet sich im Desorptionsmodus. An sich steht der erste Adsorber 602 mit dem kalten HTF-Kreis in Verbindung, wohingegen der zweite Adsorber 604 mit dem heißen HTF-Kreis in Verbindung steht, in der vorstehend mit Bezug auf 3 beschriebenen Weise. Da der erste Adsorber 602 Kältemittel adsorbiert, wird Gefrierschutzmittel im ersten Gefrierschutzmitteltank 606 aufgrund der Verdampfung des Kältemittels an den Dochtkammern, die den Tank mit dem Adsorber koppeln, gekühlt. Das gekühlte Gefrierschutzmittel wird vom ersten Gefrierschutzmitteltank zu einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 610 geleitet. Der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 610 kann in Verbindung mit einem Gebläse 612 arbeiten, um einen Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Gefrierschutzmittel vom ersten Gefrierschutzmitteltank zu bewirken. Dieser Wärmeaustausch kühlt die Luft, die anschließend zur Außenseite des Fahrzeugs zurückgeführt wird. Nach dem Strömen durch den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 610 kehrt das Gefrierschutzmittel zum ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer geringfügig wärmeren Temperatur als der Temperatur, auf der es lag, als es den Tank verließ, zurück. Das Gefrierschutzmittel kann beispielsweise den ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 7 ± 2 °C verlassen, wohingegen das Gefrierschutzmittel zum ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 11 ± 2 °C nach dem Austauschen von Wärme mit Außenluft am Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zurückkehren kann. Da der zweite Adsorber 604 Kältemittel desorbiert, wird unterdessen das Gefrierschutzmittel im zweiten Gefrierschutzmitteltank 608 aufgrund der Kondensation von Kältemittel an den Dochtkammern, die den Tank mit dem Adsorber koppeln, erwärmt. Das erwärmte Gefrierschutzmittel wird vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zu einem Kühler 614 geleitet. Der Kühler 614 kann in Verbindung mit einem Ventilator 616 arbeiten, um einen Wärmeaustausch zwischen der Umgebungsluft (z. B. Luft von der Außenseite des Fahrzeugs) und dem Gefrierschutzmittel vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zu bewirken. Dieser Wärmeaustausch erwärmt die Luft, die anschließend zur Fahrgastkabine gelenkt wird, um eine Heizung für die Kabine vorzusehen. Nach dem Strömen durch den Kühler 614 kehrt das Gefrierschutzmittel zum zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer geringfügig kühleren Temperatur als der Temperatur, auf der es lag, als es den Tank verließ, zurück. Das Gefrierschutzmittel kann beispielsweise den zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 45 ± 2 °C verlassen, wohingegen das Gefrierschutzmittel zum zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 40 ± 2 °C nach dem Austauschen von Wärme mit der Außenluft am Kühler zurückkehren kann.
Während eines zweiten halben Zyklus des Betriebs der Wärmepumpe 600 befindet sich der erste Adsorber 602 im Desorptionsmodus und der zweite Adsorber 604 befindet sich im Adsorptionsmodus. Wie gezeigt, ist während des zweiten halben Zyklus die Leitung von Gefrierschutzmittel relativ zum ersten halben Zyklus anders; Gefrierschutzmittel wird vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zum Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher geleitet, um Wärme mit der Außenluft auszutauschen, während Gefrierschutzmittel vom ersten Gefrierschutzmitteltank zum Kühler geleitet wird, um Wärme mit der Außenluft auszutauschen und die erwärmte Außenluft zur Fahrgastkabine zu lenken, um die Kabine zu heizen.
Wenn die Umgebungstemperaturen sehr kalt sind, kann der milde Wintermodus außerstande sein, die gewünschte Heizung für die Fahrgastkabine zu schaffen. Der Wärmeaustausch zwischen dem Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des adsorbierenden Adsorbers und der Außenluft bei sehr kalten Umgebungstemperaturen kann beispielsweise nicht das Gefrierschutzmittel angemessen erhitzen und folglich kann das Kältemittel in den Dochtkammern außerstande sein zu verdampfen, wie für die Adsorption erforderlich. Folglich kann das Klimasteuerungssystem während solcher Bedingungen in einem strengen Wintermodus betrieben werden.
7 stellt schematisch die Strömung von HTF, Gefrierschutzmittel, Kältemittel und Luft zwischen verschiedenen Komponenten des Klimasteuerungssystems (z. B. des in 1 gezeigten Klimasteuerungssystems 100, einschließlich des Adsorbers 200 von 2, der Wärmeadsorptionswärmepumpe und HTF-Kreise von 3 und der Gefrierschutzmittelkreise von 4) während des strengen Wintermodus dar. Wie in 7 gezeigt, umfasst eine Wärmeadsorptionswärmepumpe 700 einen ersten Adsorber 702, einen zweiten Adsorber 704, einen ersten Gefrierschutzmitteltank 706 und einen zweiten Gefrierschutzmitteltank 708.
Während des strengen Wintermodus können die Umgebungstemperaturen so niedrig sein, dass eine zusätzliche Heizung des Gefrierschutzmittels im Tank des adsorbierenden Adsorbers erforderlich ist, um eine Dampfbildung in den Dochtkammern zu ermöglichen. Die zusätzliche Heizung des Gefrierschutzmittels kann über eine Wärmeübertragung mit heißem HTF in der heißen HTF-Schleife (z. B. an einem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher) zugeführt werden. Wie nachstehend ausführlich erläutert, kann in einem Beispiel während eines strengen Wintermodus ein Verfahren zum Betrieb eines Klimasteuerungssystems das Heizen von Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank eines adsorbierenden Adsorbers einer Wärmeadsorptionswärmepumpe über einen Wärmeaustausch mit HTF von einem heißen HTF-Kreis umfassen.
Während eines ersten halben Zyklus des Betriebs der Wärmepumpe 700 befindet sich der erste Adsorber 702 im Adsorptionsmodus und der zweite Adsorber 704 befindet sich im Desorptionsmodus. An sich steht der erste Adsorber 702 mit dem kalten HTF-Kreis in Verbindung, wohingegen der zweite Adsorber 704 mit dem heißen HTF-Kreis in Verbindung steht, in der vorstehend mit Bezug auf 3 beschriebenen Weise. Während strenger Winterbedingungen kann das Gefrierschutzmittel im Tank, der mit dem adsorbierenden Adsorber gekoppelt ist, so kalt sein, dass eine Dampfbildung (und folglich Adsorption) verhindert wird, und folglich kann Gefrierschutzmittel vom ersten Gefrierschutzmitteltank zu einem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher 710 geleitet werden, um sicherzustellen, dass das Gefrierschutzmittel für die Adsorption warm genug ist. Gefrierschutzmittel vom ersten Gefrierschutzmitteltank kann Wärme mit HTF vom heißen HTF-Kreis über den Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher 710 austauschen. Nach dem Strömen durch den Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher 710 kehrt das Gefrierschutzmittel zum ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer geringfügig wärmeren Temperatur als der Temperatur, auf der es lag, als es den Tank verließ, zurück. Das Gefrierschutzmittel kann beispielsweise den ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 7 ± 2 °C verlassen, wohingegen das Gefrierschutzmittel zum ersten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 11 ± 2 °C nach dem Austauschen von Wärme mit heißem HTF am Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher zurückkehren kann. Über den Wärmeaustausch mit heißem HTF vom heißen HTF-Kreis kann folglich das Gefrierschutzmittel im Tank des adsorbierenden Adsorbers aktiv erhitzt werden, um eine Dampfbildung in den Dochtkammern zu ermöglichen. Der Dampf kann dann durch das Adsorptionsmittel des adsorbierenden Adsorbers selbst bei niedrigen Umgebungstemperaturen adsorbiert werden.
Wenn der zweite Adsorber 704 Kältemittel desorbiert, wird unterdessen das Gefrierschutzmittel im zweiten Gefrierschutzmitteltank 708 aufgrund der Kondensation des Kältemittels an den Dochtkammern, die den Tank mit dem Adsorber koppeln, erwärmt. Das erwärmte Gefrierschutzmittel wird vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zu einem Kühler 714 geleitet. Der Kühler 714 kann in Verbindung mit einem Ventilator 716 arbeiten, um einen Wärmeaustausch zwischen Umgebungsluft (z. B. Luft von der Außenseite des Fahrzeugs) und Gefrierschutzmittel vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zu bewirken. Dieser Wärmeaustausch erwärmt die Luft, die anschließend zur Fahrgastkabine gelenkt wird, um eine Heizung für die Kabine zu schaffen. Nach der Strömung durch den Kühler 714 kehrt das Gefrierschutzmittel zum zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer geringfügig kühleren Temperatur als der Temperatur, auf der es lag, als es den Tank verließ, zurück. Das Gefrierschutzmittel kann beispielsweise den zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 45 ± 2 °C verlassen, wohingegen das Gefrierschutzmittel zum zweiten Gefrierschutzmitteltank mit einer Temperatur von 40 ± 2 °C nach dem Austauschen von Wärme mit Außenluft am Kühler zurückkehren kann.
Während eines zweiten halben Zyklus des Betriebs der Wärmepumpe 700 befindet sich der erste Adsorber 702 im Desorptionsmodus und der zweite Adsorber 704 befindet sich im Adsorptionsmodus. Wie gezeigt, ist während des zweiten halben Zyklus die Leitung von Gefrierschutzmittel relativ zum ersten halben Zyklus anders; Gefrierschutzmittel wird vom zweiten Gefrierschutzmitteltank zum Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher geleitet, um Wärme mit heißem HTF auszutauschen, während Gefrierschutzmittel vom ersten Gefrierschutzmitteltank zum Kühler gelenkt wird, um Wärme mit Außenluft auszutauschen und die dadurch erwärmte Luft zur Fahrgastkabine zu lenken, um die Kabine zu heizen.
8 zeigt ein Beispielverfahren 800 für den Betrieb eines Klimasteuerungssystems (z. B. des in 1 gezeigten Klimasteuerungssystems 100) im Sommer-, milden Winter- und strengen Wintermodus.
Bei 802 umfasst das Verfahren 800 das Auswählen eines Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems auf der Basis von Umgebungsbedingungen, einer Benutzereingabe usw. Die Auswahl kann beispielsweise auf einer gegenwärtig erfassten Umgebungstemperatur oder einem Datensatz von erfassten Umgebungstemperaturwerten über eine Zeitdauer, der im Speicher des Steuersystems gespeichert ist, basieren. In diesem Beispiel kann, wenn eine gegenwärtig erfasste Umgebungstemperatur größer ist als ein erster Schwellenwert oder wenn eine mittlere Temperatur, die auf der Basis eines Datensatzes von erfassten Umgebungstemperaturwerten bestimmt wird, größer ist als der erste Schwellenwert, der Sommermodus ausgewählt werden. Wenn die gegenwärtig erfasste Umgebungstemperatur geringer ist als ein zweiter Schwellenwert oder wenn eine mittlere Temperatur, die auf der Basis eines Datensatzes von erfassten Umgebungstemperaturwerten bestimmt wird, geringer ist als der zweite Schwellenwert, kann ferner der milde Wintermodus ausgewählt werden. Der zweite Schwellenwert kann geringer als oder gleich dem ersten Schwellenwert sein. Wenn die gegenwärtig erfasste Umgebungstemperatur geringer ist als der zweite Schwellenwert oder wenn eine mittlere Temperatur, die auf der Basis eines Datensatzes von erfassten Umgebungstemperaturwerten bestimmt wird, geringer ist als der zweite Schwellenwert, kann ferner der strenge Wintermodus ausgewählt werden. Alternativ kann ein Benutzer einen ausgewählten Betriebsmodus vor dem oder beim Kraftmaschinenstart eingeben, beispielsweise über den elektronischen Schlüsselanhänger 122 von 1. Der Benutzer kann beispielsweise einen gewünschten Modus aus dem Sommer-, milden Winter- und strengen Wintermodus, einen gewünschten Modus aus Klimatisierungs- und Heizmodi (wobei auf der Basis der gegenwärtig erfassten Umgebungstemperatur der Klimatisierungsmodus dem Sommermodus entsprechen kann und der Heizmodus dem milden oder strengen Wintermodus entsprechen kann) auswählen oder der Benutzer kann eine gewünschte Temperatur (die das Klimasteuerungssystem in den Betrieb im Sommer-, milden Winter- oder strengen Wintermodus in Abhängigkeit von ihrem Wert umsetzen kann) auswählen. In einem anderen Beispiel kann der Benutzer das Klimasteuerungssystem aktivieren, ohne einen gewünschten Modus oder eine gewünschte Temperatur anzugeben, z. B. über einen elektronischen Schlüsselanhänger, und das Steuersystem kann einen geeigneten Betriebsmodus auf der Basis von Umgebungsbedingungen bestimmen.
Wenn der Sommermodus ausgewählt wird, fährt das Verfahren 800 zu 804 fort. Bei 804 umfasst das Verfahren 800 das Kühlen eines Adsorptionsmittels eines adsorbierenden Adsorbers mit HTF von einem kalten HTF-Kreis, während ein Adsorptionsmittel eines desorbierenden Adsorbers mit HTF von einem heißen HTF-Kreis erwärmt wird. Das Kühlen/Erwärmen eines Adsorptionsmittels kann beispielsweise das Leiten des kalten/heißen HTF durch ein oder mehrere Rippenrohre, die mit dem Adsorptionsmittel innerhalb eines Gehäuses des Adsorbers thermisch gekoppelt sind, umfassen. Die Rippen des (der) Rippenrohrs (Rippenrohre) können sich in das Adsorptionsmittel erstrecken und können die Wärmeübertragung zwischen dem HTF innerhalb des (der) Rippenrohrs (Rippenrohre) und dem Adsorptionsmittel unterstützen.
Nach 804 fährt das Verfahren 800 zu 806 fort. Bei 806 umfasst das Verfahren 800 das Steuern von Gefrierschutzmittelkreisventilen, um Gefrierschutzmittel von einem mit dem adsorbierenden Adsorber gekoppelten Tank zu einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken, während Kabinenluft durch den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher gelenkt wird. In Abhängigkeit davon, welcher Adsorber gegenwärtig adsorbiert, kann die Steuereinheit beispielsweise die Ventile 418, 420, 422 und 424 sowie die Pumpen 412, 414, 428 und 430 von 4 steuern, um Gefrierschutzmittel vom Tank des adsorbierenden Adsorbers zum und vom Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken. Ein mit dem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher gekoppeltes Gebläse kann ferner gesteuert werden, um Kabinenluft durch den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken.
Bei 806 umfasst das Verfahren 800 ferner das Steuern von Gefrierschutzmittelkreisventilen, um Gefrierschutzmittel von einem mit dem desorbierenden Adsorber gekoppelten Tank zu einem Kühler zu lenken, während Außenluft durch den Kühler gelenkt wird. In Abhängigkeit davon, welcher Adsorber gegenwärtig desorbiert, kann die Steuereinheit beispielsweise die Ventile 418, 420, 422 und 424 sowie die Pumpen 412, 414, 416 und 426 von 4 steuern, um Gefrierschutzmittel vom Tank des desorbierenden Adsorbers zum und vom Kühler zu lenken. Ein mit dem Kühler gekoppelter Ventilator kann ferner gesteuert werden, um Außenluft durch den Kühler zu lenken. Nach 806 fährt das Verfahren 800 zu 808 fort, um festzustellen, ob ein halber Zyklus der Wärmeadsorptionswärmepumpe vollendet wurde. Die Bestimmung kann beispielsweise auf der Basis dessen durchgeführt werden, ob eine vorbestimmte Dauer seit dem Beginn des Zyklus abgelaufen ist. Alternativ kann die Bestimmung auf der Basis von erfassten Werten von Parametern durchgeführt werden, die der Wärmepumpe zugeordnet sind, wie z. B. ein Volumen von Kältemittel, das durch den adsorbierenden Adsorber adsorbiert wird, ein Volumen von Kältemittel, das im Dochtmaterial der Dochtkammern gespeichert ist, die mit dem desorbierenden Adsorber gekoppelt sind, usw.
Wenn die Antwort bei 808 NEIN ist, kehrt das Verfahren 800 zu 808 zurück und die Adsorption und Desorption fahren an den Adsorbern fort, bis eine positive Feststellung bei 808 gemacht wird. Die Steuereinheit kann beispielsweise intermittierend prüfen, ob ein halber Zyklus der Wärmepumpe vollendet wurde, oder eine Unterbrechung kann erzeugt werden, wenn ein halber Zyklus der Wärmepumpe vollendet wurde.
Wenn die Antwort bei 808 JA ist, fährt das Verfahren 800 ansonsten zu 810 fort, um die Modi der Adsorber umzuschalten. Das Umschalten der Modi der Adsorber kann das Wechseln der Positionen von Ventilen, die die HTF-Kreise mit den Adsorbern koppeln, beinhalten, da der aktuelle Modus (z. B. Adsorbieren oder Desorbieren) eines Adsorbers darauf basieren kann, ob heißes oder kaltes HTF durch das Rippenrohr (die Rippenrohre) des Adsorbers strömt. Bei 810 kann die Steuereinheit beispielsweise Ventile wie z. B. die Ventile 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 und 350 von 3 steuern, um den kalten HTF-Kreis vom Adsorber abzukoppeln, der während des ersten halben Zyklus adsorbiert hat, und den heißen HTF-Kreis mit diesem Adsorber zu koppeln, so dass er in den Desorptionsmodus umschaltet. Gleichzeitig kann die Steuereinheit die Ventile steuern, um den heißen HTF-Kreis vom Adsorber abzukoppeln, der während des ersten halben Zyklus desorbiert hat, und den kalten HTF-Kreis mit diesem Adsorber zu koppeln, so dass er in den Adsorptionsmodus umschaltet. Folglich führt das Umschalten der Modi dazu, dass der adsorbierende Adsorber des ersten halben Zyklus zum desorbierenden Adsorber des nächsten halben Zyklus wird und der desorbierende Adsorber des ersten halben Zyklus zum adsorbierenden Adsorber des nächsten halben Zyklus wird.
Nach 810 kehrt das Verfahren 800 zu 804 zurück. Das Klimasteuerungssystem kann die Routine der Schritte 804 bis 810 während des ganzen Betriebs des Klimasteuerungssystems im Sommermodus wiederholen, während die Kraftmaschine arbeitet. Beim Kraftmaschinenabschalten kann das Klimasteuerungssystem gemäß dem in 9 gezeigten und nachstehend beschriebenen Verfahren betrieben werden.
Mit Rückkehr zu 802 fährt, wenn der milde Wintermodus ausgewählt wird, das Verfahren 800 zu 812 fort. Bei 812 umfasst das Verfahren 800 wie 804 das Kühlen eines Adsorptionsmittels eines adsorbierenden Adsorbers mit HTF von einem kalten HTF-Kreis, während ein Adsorptionsmittel eines desorbierenden Adsorbers mit HTF von einem heißen HTF-Kreis erwärmt wird.
Nach 812 fährt das Verfahren 800 zu 814 fort. Bei 814 umfasst das Verfahren 800 das Steuern von Gefrierschutzmittelkreisventilen, um Gefrierschutzmittel von einem mit dem adsorbierenden Adsorber gekoppelten Tank zu einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken, während Außenluft durch den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher gelenkt wird. In Abhängigkeit davon, welcher Adsorber gegenwärtig adsorbiert, kann die Steuereinheit beispielsweise die Ventile 418, 420, 422 und 424 sowie die Pumpen 412, 414, 428 und 430 von 4 steuern, um Gefrierschutzmittel vom Tank des adsorbierenden Adsorbers zum und vom Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken. Ein Gebläse, das mit dem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher gekoppelt ist, kann ferner gesteuert werden, um Außenluft durch den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken.
Bei 814 umfasst das Verfahren 800 ferner das Steuern von Gefrierschutzmittelkreisventilen, um Gefrierschutzmittel von einem mit dem desorbierenden Adsorber gekoppelten Tank zu einem Kühler zu lenken, während Außenluft mit dem Kühler erwärmt wird und die erwärmte Luft zur Fahrgastkabine gelenkt wird. In Abhängigkeit davon, welcher Adsorber gegenwärtig desorbiert, kann die Steuereinheit beispielsweise die Ventile 418, 420, 422 und 424 sowie die Pumpen 412, 414, 416 und 426 von 4 steuern, um Gefrierschutzmittel vom Tank des desorbierenden Adsorbers zum und vom Kühler zu lenken. Ein mit dem Kühler gekoppelter Ventilator kann ferner gesteuert werden, um Außenluft zum Kühler zu lenken, damit sie durch den Kühler erwärmt wird, und dann die erwärmte Luft zur Fahrgastkabine zu lenken. Nach 814 fährt das Verfahren 800 zu 816 fort, um festzustellen, ob ein halber Zyklus der Wärmeadsorptionswärmepumpe vollendet wurde (z. B. in derselben vorstehend für Schritt 808 erörterten Weise).
Wenn die Antwort bei 816 NEIN ist, kehrt das Verfahren 800 zu 816 zurück und die Adsorption und Desorption fahren an den Adsorbern fort, bis eine positive Bestimmung bei 816 durchgeführt wird.
Wenn ansonsten die Antwort bei 816 JA ist, fährt das Verfahren 800 zu 818 fort, um die Modi der Adsorber umzuschalten (z. B. in derselben vorstehend für Schritt 810 erörterten Weise).
Nach 818 kehrt das Verfahren 800 zu 812 zurück. Das Klimasteuerungssystem kann die Routine der Schritte 812 bis 818 während des ganzen Betriebs des Klimasteuerungssystems im milden Wintermodus wiederholen, während die Kraftmaschine arbeitet. Beim Kraftmaschinenabschalten kann das Klimasteuerungssystem gemäß dem in 9 gezeigten und nachstehend beschriebenen Verfahren betrieben werden.
Wenn man zu 802 zurückkehrt, fährt, wenn der strenge Wintermodus ausgewählt wird, das Verfahren 800 zu 820 fort. Bei 820 umfasst das Verfahren 800 wie 804 und 812 das Kühlen eines Adsorptionsmittels eines adsorbierenden Adsorbers mit HTF von einem kalten HTF-Kreis, während ein Adsorptionsmittel eines desorbierenden Adsorbers mit HTF von einem heißen HTF-Kreis erwärmt wird.
Nach 820 fährt das Verfahren 800 zu 822 fort. Bei 822 umfasst das Verfahren 800 das Steuern von Gefrierschutzmittelkreisventilen, um Gefrierschutzmittel von einem mit dem adsorbierenden Adsorber gekoppelten Tank zu einem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken, um Wärme mit HTF vom heißen HTF-Kreis auszutauschen. In Abhängigkeit davon, welcher Adsorber gegenwärtig adsorbiert, kann die Steuereinheit beispielsweise die Ventile 418, 420, 422 und 424 sowie die Pumpen 412, 414, 432 und 434 von 4 steuern, um Gefrierschutzmittel vom Tank des adsorbierenden Adsorbers zum und vom Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken. Unterdessen kann die Steuereinheit das Ventil 330 von 3 steuern, um HTF vom heißen HTF-Kreis zum Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken, um Wärme mit dem Gefrierschutzmittel auszutauschen, das im Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher strömt.
Bei 822 umfasst das Verfahren 800 ferner das Steuern von Gefrierschutzmittelkreisventilen, um Gefrierschutzmittel von einem mit dem desorbierenden Adsorber gekoppelten Tank zu einem Kühler zu lenken, während Außenluft mit dem Kühler erwärmt wird und die erwärmte Luft zur Fahrgastkabine gelenkt wird (z. B. in der vorstehend für Schritt 814 beschriebenen Weise).
Nach 822 fährt das Verfahren 800 zu 824 fort, um festzustellen, ob ein halber Zyklus der Wärmeadsorptionswärmepumpe vollendet wurde (z. B. in derselben vorstehend für die Schritte 808 und 816 erörterten Weise).
Wenn die Antwort bei 824 NEIN ist, kehrt das Verfahren 800 zu 824 zurück und die Adsorption und Desorption fahren an den Adsorbern fort, bis eine positive Feststellung bei 824 durchgeführt wird.
Wenn ansonsten die Antwort bei 824 JA ist, fährt das Verfahren 800 zu 826 fort, um die Modi der Adsorber umzuschalten (z. B. in derselben vorstehend für die Schritte 810 und 818 erörterten Weise).
Nach 826 kehrt das Verfahren 800 zu 820 zurück. Das Klimasteuerungssystem kann die Routine der Schritte 820 bis 826 während des ganzen Betriebs des Klimasteuerungssystems im strengen Wintermodus wiederholen, während die Kraftmaschine arbeitet. Beim Kraftmaschinenabschalten kann das Klimasteuerungssystem gemäß dem in 9 gezeigten und nachstehend beschriebenen Verfahren betrieben werden.
Es ist zu erkennen, dass in einigen Beispielen der Klimasteuerungssystem-Betriebsmodus sich während des Kraftmaschinenbetriebs ändern kann. Während einer Fahrt, bei der das Fahrzeug eine hohe Anhöhe hinauffährt, so dass die Umgebungstemperaturen von heißeren Temperaturen am Ausgangspunkt zu kälteren Temperaturen auf der Höhe während der Fahrt übergehen, kann beispielsweise der Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems vom Sommermodus auf den milden oder strengen Wintermodus während des Kraftmaschinenbetriebs umschalten. Schritt 802 kann beispielsweise auf einer Unterbrechungsbasis stattfinden, wenn die Umgebungstemperatur oder ein anderer Parameterwert einen Schwellenwert kreuzt.
9 zeigt ein Beispielverfahren 900 für den Betrieb eines Klimasteuerungssystems (z. B. des in 1 gezeigten Klimasteuerungssystems 100) nach dem Kraftmaschinenabschalten und bei oder vor einem nachfolgenden Kraftmaschinenstart, um eine Stoßkühlung oder Stoßheizung für die Fahrgastkabine vorzusehen.
Bei 902 umfasst das Verfahren 900 das Feststellen, ob das Kraftmaschinenabschalten aufgetreten ist. Die Feststellung kann in einem Beispiel beispielsweise auf der Basis von erfassten Parameterwerten durchgeführt werden.
Wenn die Antwort bei 902 NEIN ist, kehrt das Verfahren 900 zu 902 zurück. Die Steuereinheit kann beispielsweise Schritt 902 intermittierend oder auf einer Unterbrechungsbasis während des ganzen Betriebs des Klimasteuerungssystems durchführen, während die Kraftmaschine läuft.
Wenn die Antwort bei 902 ansonsten JA ist, fährt das Verfahren 900 zu 904 fort. Bei 904 umfasst das Verfahren 900 das Bestimmen des Modus, in dem das Klimasteuerungssystem vor dem Kraftmaschinenabschalten gearbeitet hat. Ein jüngster Betriebszustand des Klimasteuerungssystems kann beispielsweise im Speicher des Steuersystems gespeichert sein und die Steuereinheit kann auf diese gespeicherten Informationen zugreifen, um die Bestimmung durchzuführen. Alternativ kann die Bestimmung auf der Basis von erfassten Parameterwerten, z. B. der Umgebungstemperatur, durchgeführt werden.
Wenn bei 904 festgestellt wird, dass der Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems vor dem Kraftmaschinenabschalten der Sommermodus war, fährt das Verfahren 900 zu 906 fort. Bei 906 umfasst das Verfahren 900 das Betreiben beider Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer. Die Steuereinheit kann beispielsweise die Ventile 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 und 350 von 3 derart steuern, dass der heiße HTF-Kreis mit beiden Adsorbern fluidtechnisch gekoppelt wird und heißes HTF durch beide Adsorber gepumpt werden kann. Folglich kann Kältemittel, das an den Adsorbern während des Betriebs des Klimasteuerungssystems im Sommermodus adsorbiert worden sein kann, desorbiert werden, so dass die Adsorptionsmittel beider Adsorber auf den Betrieb im Adsorptionsmodus bei oder vor dem nächsten Kraftmaschinenstart vorbereitet werden.
Bei 906 umfasst das Verfahren 900 ferner das Abkoppeln der Dochtkammern von den Adsorbergehäusen. Wie in 2A und 2B gezeigt, kann jeder Adsorber beispielsweise ein Adsorbergehäuse umfassen, das ein Adsorptionsmittel und ein oder mehrere Rippenrohre enthält. Eine Position eines Ventils wie z. B. des Ventils 220 kann bestimmen, ob die Dochtkammern, die den Adsorber mit einem entsprechenden Gefrierschutzmitteltank thermisch koppeln, mit dem Adsorbergehäuse fluidtechnisch in Verbindung stehen können. Folglich kann das Abkoppeln der Dochtkammern von den Adsorbergehäusen einer Wärmeadsorptionswärmepumpe das Schließen eines Ventils wie z. B. des Ventils 220 an jedem Adsorber der Wärmepumpe umfassen, so dass keine Fluidverbindung zwischen dem Adsorbergehäuse und den Dochtkammern stattfinden kann. Das Abkoppeln der Dochtkammern von den Adsorbergehäusen, während die Kraftmaschine abgeschaltet ist, kann vorteilhafterweise verhindern, dass Kältemitteldampf erneut in die Adsorber eintritt, z. B. während das Fahrzeug geparkt ist.
Nach 906 fährt das Verfahren 900 zu 908 fort. Bei 908 umfasst das Verfahren 900 das Bestimmen, ob die Kraftmaschine gestartet wurde oder ob ein Benutzer das Klimasteuerungssystem vor dem Kraftmaschinenstart aktiviert hat. Beispielsweise kann die Steuereinheit auf der Basis von erfassten Parameterwerten, z. B. des Zündungszustandes, feststellen, ob die Kraftmaschine gestartet wurde. Alternativ kann die Steuereinheit feststellen, dass ein Benutzer das Klimasteuerungssystem vor dem Kraftmaschinenstart aktiviert hat, auf der Basis dessen, ob ein Sensor wie z. B. der Schlüsselanhängersensor 120 von 1 eine Eingabe von einer Fernbedienung wie z. B. vom elektronischen Schlüsselanhänger 122 von 1 empfangen hat.
Wenn die Antwort bei 908 NEIN ist, kehrt das Verfahren 900 zu 908 zurück. Das Klimasteuerungssystem kann beispielsweise nach Schritt 906 ausschalten und kann bis zur Detektion des Kraftmaschinenstarts oder der Klimasteuerungssystem-Aktivierung (z. B. einer entfernten Klimasteuerungssystem-Aktivierung durch einen Benutzer vor dem Kraftmaschinenstart) ausgeschaltet bleiben, an welchem Punkt die Antwort bei 908 JA ist.
Wenn die Antwort bei 908 JA ist, fährt das Verfahren 900 zu 910 fort. Bei 910 umfasst das Verfahren 900 das erneute Koppeln der Dochtkammern mit den Adsorbergehäusen. Die Dochtkammern können mit den Adsorbergehäusekammern durch Öffnen eines Ventils wie z. B. des Ventils 220 von 2A und 2B erneut gekoppelt werden, beispielsweise um eine Fluidverbindung zwischen dem Adsorbergehäuse und den Dochtkammern zu ermöglichen (wodurch eine Adsorption und Desorption an den Adsorbern ermöglicht wird).
Bei 910 umfasst das Verfahren 900 ferner das Vorsehen einer Stoßkühlung für die Fahrgastkabine durch Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer (z. B. 2 bis 5 Minuten), während die Gefrierschutzmittelkreisventile gesteuert werden, um Gefrierschutzmittel von beiden Gefrierschutzmitteltanks zu einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher zu lenken, während Kabinenluft durch den Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher gelenkt wird. Nach der Dauer kann das Klimasteuerungssystem dann normal betrieben werden. Der normale Betrieb kann sich auf das asynchrone Umschalten der zwei Adsorber der Wärmepumpe zwischen dem Adsorptions- und Desorptionsmodus beziehen. Nach 910 kann das Verfahren 900 beispielsweise zum Verfahren 800 bis 804 weitergehen.
Wenn mit Rückkehr zu 904 festgestellt wird, dass der Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems vor dem Kraftmaschinenabschalten der milde oder strenge Wintermodus war, fährt das Verfahren 900 zu 912 fort. Bei 912 umfasst das Verfahren 900 das Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer. Die Steuereinheit kann beispielsweise die Ventile 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 und 350 von 3 derart steuern, dass der kalte HTF-Kreis mit beiden Adsorbern fluidtechnisch gekoppelt wird und kaltes HTF durch beide Adsorber gepumpt werden kann. Folglich kann Kältemittel innerhalb der Adsorbergehäuse an den Adsorptionsmitteln adsorbiert werden, so dass die Adsorptionsmittel beider Adsorber auf den Betrieb im Desorptionsmodus bei oder vor dem nächsten Kraftmaschinenstart vorbereitet werden. Bei 912 umfasst das Verfahren 900 ferner das Abkoppeln der Dochtkammern von den Adsorbergehäusen. Wie vorstehend für Schritt 906 beschrieben, kann das Abkoppeln der Dochtkammern von den Adsorbergehäusen, während die Kraftmaschine abgeschaltet ist, vorteilhafterweise verhindern, dass Kältemitteldampf erneut in die Adsorber eintritt, während das Fahrzeug geparkt ist.
Nach 912 fährt das Verfahren 900 zu 914 fort, um festzustellen, ob die Kraftmaschine gestartet wurde oder ob ein Benutzer das Klimasteuerungssystem vor dem Kraftmaschinenstart aktiviert hat (z. B. wie vorstehend für Schritt 908 beschrieben).
Wenn die Antwort bei 914 NEIN ist, kehrt das Verfahren 900 zu 914 zurück. Das Klimasteuerungssystem kann beispielsweise nach Schritt 912 ausschalten und kann bis zur Detektion des Kraftmaschinenstarts oder der Klimasteuerungssystem-Aktivierung (z. B. entfernte Klimasteuerungssystem-Aktivierung durch einen Benutzer vor dem Kraftmaschinenstart) ausgeschaltet bleiben, an welchem Punkt die Antwort bei 914 JA ist.
Wenn die Antwort bei 914 JA ist, fährt das Verfahren 900 zu 916 fort. Bei 916 umfasst das Verfahren 900 das erneute Koppeln der Dochtkammern mit den Adsorbergehäusen. Wie vorstehend für Schritt 910 beschrieben, ermöglicht das erneute Koppeln der Dochtkammern mit den Adsorbergehäusen eine Fluidverbindung zwischen den Adsorbergehäusen und den Dochtkammern (wodurch eine Adsorption und Desorption an den Adsorbern ermöglicht wird).
Bei 916 umfasst das Verfahren 900 ferner das Vorsehen einer Stoßheizung für die Fahrgastkabine durch Betreiben beider Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer (z. B. 2 bis 5 Minuten), während Gefrierschutzmittelkreisventile gesteuert werden, um Gefrierschutzmittel von beiden Gefrierschutzmitteltanks zu einem Kühler zu lenken, während die Außenluft mit dem Kühler erwärmt wird und die erwärmte Außenluft zur Fahrgastkabine gelenkt wird. Nach der Dauer kann dann das Klimasteuerungssystem normal betrieben werden. Der normale Betrieb kann sich auf das asynchrone Umschalten der zwei Adsorber der Wärmepumpe zwischen dem Adsorptions- und Desorptionsmodus beziehen. Nach 916 kann das Verfahren 900 beispielsweise zum Verfahren 800 bei 812 oder 820 weitergehen in Abhängigkeit davon, ob der milde Wintermodus oder strenge Wintermodus für die Umgebungsbedingungen geeignet ist.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen Beispiel-Steuer- und -Abschätzroutinen bei verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. durch ein Ereignis gesteuert, durch eine Unterbrechung gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. An sich können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Sequenz, parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern ist für eine leichte Erläuterung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten speziellen Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen graphisch einen in das computerlesbare Speichermedium im Kraftmaschinensteuersystem zu programmierenden Code darstellen.
Es ist zu erkennen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen dem Wesen nach beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einer begrenzenden Hinsicht betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als die Integration von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden.
Solche Ansprüche werden, ob sie im Schutzbereich gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen breiter, schmäler, gleich oder anders sind, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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

US 2011/0005267 [0004]

Claims

Verfahren für ein Fahrzeugkabinen-Klimasteuerungssystem, das Folgendes umfasst: während des Kraftmaschinenbetriebs asynchrones Umschalten eines ersten und eines zweiten Adsorbers einer Wärmeadsorptionswärmepumpe zwischen einem Adsorptions- und einem Desorptionsmodus, wobei der adsorbierende Adsorber Gefrierschutzmittel über Dochtkammern kühlt und der desorbierende Adsorber Gefrierschutzmittel über Dochtkammern erwärmt; und Konditionieren von Kabinenluft über das erwärmte Gefrierschutzmittel oder das gekühlte Gefrierschutzmittel in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Klimasteuerungssystems.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlen durch den adsorbierenden Adsorber von Gefrierschutzmittel über Dochtkammern die Verdampfung von Kältemittel von den Dochtkammern, die einen Gefrierschutzmitteltank mit einem Gehäuse des adsorbierenden Adsorbers thermisch koppeln, umfasst und wobei das Erwärmen durch den desorbierenden Adsorber von Gefrierschutzmittel über Dochtkammern, eine Kondensation von Gefrierschutzmittel an den Dochtkammern, die einen Gefrierschutzmitteltank mit einem Gehäuse des desorbierenden Adsorbers thermisch koppeln, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Konditionieren von Kabinenluft während eines Sommermodus das Austauschen von Wärme zwischen Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des adsorbierenden Adsorbers und Kabinenluft umfasst und wobei das Konditionieren von Kabinenluft während eines milden oder strengen Wintermodus das Austauschen von Wärme zwischen Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des desorbierenden Adsorbers und Außenluft und das Lenken der erwärmten Außenluft zur Kabine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner Folgendes umfasst: Kühlen von Wärmeübertragungsfluid (HTF) über eine HTF-Kühlvorrichtung in einem kalten HTF-Kreis; Austauschen von Wärme zwischen dem Kraftmaschinenabgas und HTF in einem heißen HTF-Kreis; Pumpen von HTF vom kalten HTF-Kreis durch ein oder mehrere Rippenrohre, die mit einem Adsorptionsmittel im adsorbierenden Adsorber thermisch gekoppelt sind; und Pumpen von HTF vom heißen HTF-Kreis durch ein oder mehrere Rippenrohre, die mit einem Adsorptionsmittel im desorbierenden Adsorber thermisch gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner Folgendes umfasst: während des Sommermodus Kühlen von Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des desorbierenden Adsorbers über einen Wärmeaustausch mit Außenluft; während des milden Wintermodus Erwärmen von Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des adsorbierenden Adsorbers über einen Wärmeaustausch mit Außenluft; und während des strengen Wintermodus Erwärmen von Gefrierschutzmittel vom Gefrierschutzmitteltank des adsorbierenden Adsorbers über einen Wärmeaustausch mit HTF vom heißen HTF-Kreis.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner Folgendes umfasst: nach dem Kraftmaschinenabschalten während des Sommermodus Betreiben beider Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer über einen Wärmeaustausch zwischen HTF vom heißen HTF-Kreis und den Adsorptionsmitteln beider Adsorber; nach dem Kraftmaschinenabschalten während des milden oder strengen Wintermodus Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer über einen Wärmeaustausch zwischen HTF vom kalten HTF-Kreis und den Adsorptionsmitteln beider Adsorber; und dann Abkoppeln der Dochtkammern jedes Adsorbers vom entsprechenden Adsorbergehäuse.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner bei oder vor einem Kraftmaschinenstart Folgendes umfasst: Koppeln der Dochtkammern jedes Adsorbers mit dem entsprechenden Adsorbergehäuse; in einem Stoßkühlmodus vor dem Sommermodusbetrieb Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer; und in einem Stoßheizmodus vor dem Betrieb im milden oder strengen Wintermodus Betreiben beider Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Aktivieren des Stoßkühl- oder Stoßheizmodus vor dem Kraftmaschinenstart in Reaktion auf eine Fernbedienung von einem Benutzer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: während einer ersten Bedingung Konditionieren von Kabinenluft über das erwärmte Gefrierschutzmittel; während einer zweiten Bedingung Konditionieren von Kabinenluft über das gekühlte Gefrierschutzmittel; und während beider Bedingungen Konditionieren von Kabinenluft ohne Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel.
Fahrzeug-Klimasteuerungssystem, das Folgendes umfasst: eine Wärmeadsorptionswärmepumpe, die durch Kraftmaschinenabgaswärme angetrieben wird, wobei die Wärmepumpe zwei Adsorber und zwei Gefrierschutzmitteltanks umfasst, wobei jeder Adsorber mit Gefrierschutzmittel in einem entsprechenden Gefrierschutzmitteltank über Kältemittel enthaltende Dochtkammern thermisch gekoppelt ist.
System nach Anspruch 10, das ferner einen Kreis für heißes Wärmeübertragungsfluid (HTF) mit einem Abgaswärmekollektor und einem Phasenänderungsmaterialgefäß (PCM-Gefäß), das Abgaswärme speichert, und einen kalten HTF-Kreis mit einer HTF-Kühlvorrichtung umfasst.
System nach Anspruch 11, wobei jeder Adsorber ein oder mehrere Rippenrohre umfasst, die mit einem Adsorptionsmittel thermisch gekoppelt sind, und wobei HTF vom heißen HTF-Kreis oder kalten HTF-Kreis durch das eine oder die mehreren Rippenrohre jedes Adsorbers in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Systems strömt.
System nach Anspruch 12, wobei das Klimasteuerungssystem kein Kraftmaschinenkühlmittel umfasst.
System nach Anspruch 13, wobei das Klimasteuerungssystem keinen von der Kraftmaschine angetriebenen Kompressor umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Klimasteuerungssystems, das Folgendes umfasst: Antreiben einer Wärmeadsorptionswärmepumpe mit Kraftmaschinenabgaswärme; Kühlen von Gefrierschutzmittel über Verdampfung eines Kältemittels in Dochtkammern, die mit einem ersten Adsorber der Wärmepumpe gekoppelt sind, während Gefrierschutzmittel über Kondensation von Kältemittel in Dochtkammern erwärmt wird, die mit einem zweiten Adsorber der Wärmepumpe gekoppelt sind; Konditionieren von Fahrgastkabinenluft mit dem erwärmten Gefrierschutzmittel während kälteren Wetters und dem gekühlten Gefrierschutzmittel während heißeren Wetters.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner den asynchronen Zyklus des ersten und des zweiten Adsorbers zwischen einem Adsorptionsmodus und einem Desorptionsmodus während des Betriebs des Klimasteuerungssystems, während die Kraftmaschine läuft, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Konditionieren von Fahrgastkabinenluft mit dem erwärmten Gefrierschutzmittel während kälteren Wetters das Austauschen von Wärme zwischen dem erwärmten Gefrierschutzmittel und Außenluft und das Lenken der erwärmten Außenluft in die Kabine umfasst, und wobei das Konditionieren von Fahrgastkabinenluft mit dem gekühlten Gefrierschutzmittel während heißeren Wetters das Austauschen von Wärme zwischen dem gekühlten Gefrierschutzmittel und Kabinenluft und das Lenken der gekühlten Kabinenluft zurück in die Kabine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Antreiben der Wärmepumpe mit Kraftmaschinenabgaswärme das Erwärmen eines Wärmeübertragungsfluids (HTF) über einen Wärmeaustausch mit Kraftmaschinenabgas in einem heißen HTF-Kreis und das Leiten des erwärmten HTF durch ein oder mehrere Rippenrohre des desorbierenden Adsorbers umfasst, wobei das Verfahren ferner das Kühlen von HTF über eine HTF-Kühlvorrichtung in einem kalten HTF-Kreis und Leiten des gekühlten HTF durch ein oder mehrere Rippenrohre des adsorbierenden Adsorbers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner das Speichern von Kraftmaschinenabgaswärme in einem Phasenänderungsmaterialgefäß (PCM-Gefäß), das im heißen HTF-Kreis angeordnet ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner Folgendes umfasst: während heißeren Wetters Betreiben beider Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer nach dem Kraftmaschinenabschalten und Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer vor oder bei einem nächsten Kraftmaschinenstart; und während kälteren Wetters Betreiben beider Adsorber im Adsorptionsmodus für eine Dauer nach dem Kraftmaschinenabschalten und Betreiben beider Adsorber im Desorptionsmodus für eine Dauer vor oder bei einem nächsten Kraftmaschinenstart.