DE10248773B4

DE10248773B4 - Stop-And-Go-Klimatisierung

Info

Publication number: DE10248773B4
Application number: DE10248773A
Authority: DE
Inventors: Noureddine Dr. Khelifa; Oliver Horn; Wolfgang Krämer
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2022-10-19
Also published as: DE10248773A1

Abstract

Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit einem über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreislauf (10, 12, 14) und mit zumindest einem über den Kompressionskältekreislauf (10, 12, 14) mit Kälte ladbaren Kurzzeitkältespeicher (16, 18), der insbesondere dazu vorgesehen ist entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges abgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges abgeschaltet ist, automatisch in eine Umluftbetriebsart umschaltet, und dass zumindest ein Kurzzeitkältespeicher (16, 18) in zumindest einem Umluftkanal (20, 22, 24, 26, 28) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit einem über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreislauf und mit zumindest einem über den Kompressionskältekreislauf mit Kälte ladbaren Kurzzeitkältespeicher, der insbesondere dazu vorgesehen ist entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges abgeschaltet ist.
Aus Umweltschutzgründen und/oder zur Energieeinsparung werden Kraftfahrzeuge zunehmend mit einer sogenannten Stop- And-Go-Automatik ausgestattet, die den Fahrzeugmotor automatisch abschaltet, wenn das Fahrzeug kurzfristig hält, wie etwa beim Warten an einer Verkehrsampel. Ein mit einem Kompressionskältekreislauf ausgestattetes Klimatisierungssystem weist üblicherweise einen Verdichter beziehungsweise Kompressor auf, der über den Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Dies hat zur Folge, dass der Kompressor des Klimatisierungssystems bei jedem Abschalten des Antriebsmotors ebenfalls außer Betrieb gesetzt wird. Wenn der Kompressor abgeschaltet wird, erhöht sich die Temperatur des Verdampfers, der als Kühlwärmetauscher betrieben wird, so dass bei abgeschaltetem Antriebsmotor wärmere Luft in den Innenraum des Kraftfahrzeugs geblasen wird, was den Komfort beeinträchtigt.
Zur Lösung dieses Problems wurden bereits unterschiedliche Ansätze verfolgt.

Beispielsweise betrifft die DE 101 56 944 A1 eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem in einem Kältemittelkreis angeordneten Kompressor und einem in dem Kältemittelkreis angeordneten Verdampfer zum Abkühlen von zu konditionierender Luft für den Innenraum. Dabei zeichnet sich eine erste Ausführungsform durch einen zweiten Verdampfer zum Abkühlen der Luft aus, der zusätzlich ein Kältespeichermedium enthält, wobei die zu konditionierende Luft wahlweise durch jeden Verdampfer einzeln oder durch beide Verdampfer gemeinsam leitbar ist. Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verdampfer wenigstens zwei Teilbereiche aufweist und in einem zweiten Teilbereich zusätzlich ein Kältespeichermedium enthalten ist, wobei die zu konditionierende Luft wahlweise durch jeden Teilbereich einzeln oder durch beide Teilbereiche gemeinsam leitbar ist.

Die DE 101 24 757 A1 betrifft eine Fahrzeugklimaanlage, bei der ein Kältespeicher zwischen einer luftstromabwertigen Seite eines Kühlwärmetauschers und einer luftstromaufwertigen Seite einer Luftmischklappe angeordnet ist, um durch kalte Luft gekühlt zu werden, die den Kühlwärmetauscher durchsetzt. Der Kältespeicher kann dabei durch die kalte Luft von dem Kühlwärmetauscher gekühlt werden und der Kältespeicher ist außerdem auf der luftstromaufwertigen Seite der Luftmischklappe angeordnet und kann gekühlt werden, ohne durch eine Drehstellung der Luftmischklappe beeinträchtigt zu werden.

Weiterhin ist es aus der EP 0 995 621 A2 bereits bekannt, den Verdampfer eines Kompressionskältekreislaufs bei laufendem Kompressor bis zur Vereisung des Kondensats zu unterkühlen. Wenn der Antriebsmotor bei einem kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs abgeschaltet und daher auch der Kompressor des Klimatisierungssystems nicht angetrieben wird, wird die im Eis gespeicherte Kälteenergie zur Kühlung des Innenraums des Kraftfahrzeugs genutzt. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch die (totale) Vereisung des Verdampfer hohe Druckverluste entstehen. Weiterhin arbeitet der Kompressor bei den zur Vereisung des Verdampfers erforderlichen Temperaturen mit einem vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad und die Regelung des Gesamtsystems ist kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Klimatisierungssysteme derart weiterzubilden, dass dem Innenraum des Kraftfahrzeugs auch bei hohen Außentemperaturen und kurzfristig abgeschaltetem Antriebsmotor ausreichend abgekühlte Luft für einen ausreichend langen Zeitraum zugeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass das Klimatisierungssystem, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges abgeschaltet ist, automatisch in eine Umluftbetriebsart umschaltet, und dass zumindest ein Kurzzeitkältespeicher in zumindest einem Umluftkanal angeordnet ist. Durch diese Lösung wird dem Kurzzeitkältespeicher aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs angesaugte Luft zugeführt, die – zumindest bei hohen Außentemperaturen – in der Regel bereits eine deutlich niedrigere Temperatur aufweist als die Umgebungsluft. Dadurch wird gewährleistet, dass die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs erneut zugeführte Umluft für eine ausreichend lange Kühlphase ausreichend stark abgekühlt werden kann, um die Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeugs während des kurzfristigen Stillstands des Kraftfahrzeugs praktisch konstant zu halten. Da die automatische Aktivierung der Umluftbetriebsart vorzugsweise nur für die Dauer des kurzfristigen Stillstands des Kraftfahrzeugs erfolgt, ist eine Sauerstoffunterversorgung des Innenraums des Kraftfahrzeugs nicht zu befürchten. Bei dem zumindest einen Umluftkanal, in dem der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher angeordnet ist, kann es sich sowohl um einen serienmäßig vorhandenen Umluftkanal als auch um einen im Rahmen einer Nachrüstung vorgesehenen Umluftkanal handeln.

Obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist, ist bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, dass der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher in zumindest einem Umluftansaugkanal angeordnet ist. Insbesondere wenn es sich bei dem Umluftansaugkanal um einen serienmäßig vorgesehenen Umluftansaugkanal handelt, kann bei dieser Lösung zum Ansaugen der Umluft ein ohnehin in dem Klimatisierungssystem vorgesehenes Gebläse verwendet werden, so dass ein Zusatzgebläse entfallen kann. Dies gilt auch für den Fall, dass der Umluftansaugkanal im Rahmen einer Nachrüstung geeignet mit dem bereits vorhandenen Klimatisierungssystem verbunden wird. Es kann jedoch ebenfalls vorteilhaft sein, den Kurzzeitkältespeicher in einem Umluftansaugkanal anzuordnen, der mit einem zusätzlichen, gegebenenfalls nachgerüsteten, Gebläse zusammenwirkt. In diesem Fall können der nachgerüstete Umluftansaugkanal, der Kurzzeitkältespeicher und das zusätzliche Gebläse in vorteilhafter Weise eine Baueinheit bilden.

Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird es als vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen ist, dass der zumindest eine Umluftkanal zu einem Klimagerät führt. Dadurch können die Luftverteileinrichtungen des Klimagerätes auch im Kurzzeit-Standkühlbetrieb verwendet werden und es kann in vielen Fällen auf den Einsatz eines Zusatzgebläses verzichtet werden, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde.

Weiterhin kommen Ausführungsformen der Erfindung in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass der zumindest eine Umluftkanal zu einer Mischkammer führt. Dabei kann sowohl vorgesehen sein, dass die Mischkammer einem Klimagerät (direkt) zugeordnet ist, als auch, dass die Mischkammer als separates Bauteil vorgesehen ist.

Zusätzlich oder alternativ kommen Ausführungsformen in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass durch den zumindest einen Umluftkanal strömende Luft zumindest teilweise einem Defrostkanal zugeführt wird. Ohne darauf beschränkt zu sein, bietet sich diese Ausführungsform insbesondere an, wenn dem zumindest einen Kurzzeitkältespeicher ein Zusatzgebläse zugeordnet ist. Der Defrostkanal kann in an sich üblicher Weise in im Bereich der Windschutzscheibe vorgesehene Luftauslassdüsen münden.

Insbesondere im Zusammenhang mit Nachrüstlösungen kann vorgesehen sein, dass dem zumindest einen Kurzzeitkältespeicher ein Zusatzgebläse zugeordnet ist, und dass der zumindest eine Umluftkanal ein speziell für den Entladebetrieb des zumindest einen Kurzzeitkältespeichers vorgesehener Umluftkanal ist. Dabei kann der Umluftkanal in vorteilhafter Weise zu einer Mischkammer führen.

In diesem Zusammenhang kann ebenfalls vorgesehen sein, dass während des Betriebs des Zusatzgebläses weiteren Umluftkanälen des Klimatisierungssystems zugeordnete Umluftklappen geöffnet sind. Dadurch kann der dem Zusatzgebläse entgegengesetzte Luftwiderstand in vorteilhafter Weise verringert werden, was den Gesamtwirkungsgrad erhöht.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems sieht vor, dass der zumindest eine Umluftkanal zumindest in dem Bereich, in dem der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher angeordnet ist, bezogen auf die Luftströmungsrichtung, durch eine Trennwand in einen oberen Bereich, in dem der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher angeordnet ist, und einen unteren Bereich unterteilt ist, und dass eine Klappeneinrichtung vorgesehen ist, mit welcher der Luftstrom entweder durch den oberen Bereich oder durch den unteren Bereich geleitet werden kann. Der Innendurchmesser des oberen Bereichs kann dabei, in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten Kurzzeitkältespeichers, größer oder gleich dem Durchmesser des Kurzzeitkältespeichers gewählt werden. Sofern der Kurzzeitkältespeicher beispielsweise dazu ausgelegt ist, von der zu kühlenden Luft umströmt zu werden, wird der Innendurchmesser des oberen Bereichs vorzugsweise größer als der Durchmesser des Kurzzeitkältespeichers gewählt. In Fällen, in denen der Kurzzeitkältespeicher dazu ausgelegt ist, von der zu kühlenden Luft durchströmt zu werden (beispielsweise bei einer rippen- oder lamellenartigen Bauweise), kann es dagegen vorteilhaft sein, den Innendurchmesser des oberen Bereichs an den Außendurchmesser des Kurzzeitkältespeichers anzupassen.

Im vorstehend erläuterten Zusammenhang wird weiterhin bevorzugt, dass die Klappeneinrichtung den Luftstrom während des Ladens des zumindest einen Kurzzeitkältespeichers durch den unteren Bereich leitet. Dadurch kann zumindest weitgehend vermieden werden, dass der Kurzzeitkältespeicher im Normalbetrieb des Klimatisierungssystems, das heißt bei laufendem Kompressor, durch vorbei- oder durchströmende Luft entladen wird, so dass der Ladevorgang effizient durchgeführt werden kann.

Zumindest bei bestimmten Kraftfahrzeugtypen kommen Ausführungsformen der Erfindung in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass ein erster Kurzzeitkältespeicher in einem der Fahrerseite zugeordneten Umluftkanal angeordnet ist, und dass ein zweiter Kurzzeitkältespeicher in einem der Beifahrerseite zugeordnetem Umluftkanal angeordnet ist. Dies gilt insbesondere, wenn der der Fahrerseite zugeordnete Umluftkanal und der der Beifahrerseite zugeordnete Umluftkanal standardmäßig vorgesehen ist.

Hinsichtlich der speziellen Ausgestaltung des Kurzzeitkältespeichers kommen Ausführungsformen der Erfindung in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass in dem zumindest einen Kurzzeitkältespeicher zumindest ein erstes Kältemittelrohr angeordnet ist.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass unmittelbar benachbart zu dem zumindest einen Kurzzeitkältespeicher zumindest ein zweites Kältemittelrohr angeordnet ist. Um eine gute Kälteübertragung von dem Kältemittelrohr zum Speichermedium des Kurzzeitkältespeichers zu gewährleisten, weist das Kältemittelrohr vorzugsweise eine große Oberfläche auf, wobei es zu diesem Zweck beispielsweise in Form eines Flachrohres ausgebildet sein kann.

Bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass in dem Kurzzeitkältespeicher Kältemittel des Kompressionskältekreislaufes verdampft wird, um den zu mindest einen Kältespeicher mit Kälte zu laden. Obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist, wird es als besonders vorteilhaft erachtet, wenn dem Kurzzeitkältespeicher zu diesem Zweck ein separates Expansionsorgan zugeordnet ist.

Wenn der Kurzzeitkältespeicher zum Laden als Verdampfer betrieben wird, kommen Ausführungsformen in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher bezogen auf den Kältemittelkreislauf des Kompressionskältekreislaufs parallel zu einem dem Kompressionskältekreislauf zugeordneten Verdampfer angeschlossen ist. In diesem Fall ist dem Kurzzeitkältespeicher vorzugsweise ein Ventil, beispielsweise ein Magnetventil, zugeordnet, um die Kältemittelströmung durch den Kurzzeitkältespeicher gezielt beeinflussen zu können. Je nach Ausführungsform kann dem Verdampfer und dem Kurzzeitkältespeicher ein gemeinsames Expansionsorgan zugeordnet sein, oder dem Verdampfer und dem Kurzzeitkältespeicher können separate Expansionsorgane zugeordnet sein.

Alternativ kommen Ausführungsformen in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher bezogen auf den Kältemittelkreislauf des Kompressionskältekreislaufs in Reihe mit einem dem Kompressionskältekreislauf zugeordneten Verdampfer angeschlossen ist. Dabei kann der Kurzzeitkältespeicher bezogen auf die Strömungsrichtung des Kältemittels sowohl vor als auch hinter dem Verdampfer angeordnet sein, was später noch näher erläutert wird.

Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems wird bevorzugt, dass der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher ein Speichermedium mit niedrigem Gefrierpunkt und hoher Energiedichte verwendet.

Weiterhin wird es als vorteilhaft erachtet, dass das Speichermedium zumindest teilweise in einen Metallschaum, insbesondere in einen Aluminiumschaum, oder in eine Graphitmatrix eingebracht ist. Bei dieser Lösung werden durch temperaturbedingte Volumenänderungen des Speichermediums verursachte Probleme vermieden und der Kurzzeitkältespeicher kann in kompakter Form aufgebaut werden. Darüber hinaus weisen sowohl Metallschäume als auch Graphitmatrixen sehr gute Wärmeleiteigenschaften auf.

Insbesondere wenn ein Metallschaum oder eine Graphitmatrix vorgesehen ist, wird bevorzugt, dass der Kurzzeitkältespeicher Wasser als Speichermedium enthält. Sofern Wasser als Speichermedium verwendet wird, bietet es sich an, den Kurzzeitkältespeicher parallel zum Verdampfer oder, im Falle einer Reihenschaltung, vor dem Verdampfer anzuordnen, um zum Laden des Kurzzeitkältespeichers möglichst tiefe Temperaturen erzeugen zu können. Als Kompressorentypen kommen in diesem Fall insbesondere extern geregelte oder ungeregelte Kompressoren in Frage.

Obwohl Wasser als Speichermedium bevorzugt wird, insbesondere in Verbindung mit einer Graphitmatrix oder einen Metallschaum, kommen ebenfalls Ausführungsformen der Erfindung in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass der Kurzzeitkältespeicher als Speichermedium Salze und/oder Paraf fine und/oder Gashydrate und/oder Wasser-/Salzgemische enthält. Sofern Salze und/oder Paraffine und/oder Gashydrate und/oder Wasser-/Salzgemische als Speichermedium enthalten sind, kann der Kurzzeitkältespeicher, im Vergleich zu Wasser als Speichermedium, auch bei höheren Temperaturen geladen werden. Daher kann ein derartiger Kurzzeitkältespeicher sowohl parallel als auch, im Falle einer Reihenschaltung, vor oder nach dem Verdampfer angeordnet werden. Weiterhin können alle verfügbaren Kompressortypen eingesetzt werden.

Ein wesentlicher Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, dass insbesondere ein Kurzzeitkältespeicher, in dem zum Laden des Kurzzeitkältespeichers Kältemittel verdampft wird, in vorteilhafter Weise in einem Umluftkanal eines Klimatisierungssystems angeordnet werden kann, wenn bei einem kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs und somit abgeschaltetem Kompressor eine ausreichende Kühlung des Innenraums des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden soll.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Es zeigen:
1 einen schematischen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
2 einen schematischen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
3 einen schematischen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
4 einen schematischen Ausschnitt einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
5a eine schematische Darstellung, die eine erste Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem einsetzbaren Kurzzeitkältespeichers sowie dessen Anordnung in einem Umluftkanal veranschaulicht;
5b eine schematische Teilschnittansicht der Darstellung gemäß 5a entlang der Schnittlinie I-I;
6a eine schematische Darstellung, die eine zweite Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem einsetzbaren Kurzzeitkältespeichers sowie dessen Anordnung in einem Umluftkanal veranschaulicht;
6b eine schematische Teilschnittansicht der Darstellung gemäß 6a entlang der Schnittlinie II-II;
7 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem verwendbaren Kompressionskältekreislaufs;
8 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem verwendbaren Kompressionskältekreislaufs; und
9 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem verwendbaren Kompressionskältekreislaufs.
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. Dabei weist ein Klimagerät 30 eine im geschlossenen Zustand dargestellte Umluftklappe 60 auf, mit der ein Umluftansaugkanal 20 verschlossen werden kann. Der Umluftansaugkanal 20 ist durch eine Trennwand 46 in einen oberen Bereich 48 und einen unteren Bereich 50 unterteilt. In dem oberen Bereich 48 ist ein Kurzzeitkältespeicher 16 angeordnet, der (in nicht dargestellter Weise) zum Laden des Kurzzeitkältespeichers 16 an einen Kompressionskältekreislauf angeschlossen ist, was später anhand der 7 bis 9 noch näher erläutert wird. In dem Klimagerät 30 ist zumindest ein nicht dargestelltes Gebläse angeordnet, um in der Umluftbetriebsart, in der die Umluftklappe 60 geöffnet ist, Luft über den Umluftansaugkanal 20 aus dem Inneren des Kraftfahrzeugs anzusaugen, in der durch den Pfeil veranschaulichten Luftströmungsrichtung 44. Eine Klappe 52, die in ihrer nach oben geschwenkten Stellungen dargestellt ist, wird in der Umluftbetriebsart nach unten geschwenkt, in die gestrichelt dargestellte Stellung. Dadurch strömt die aus dem Inneren des Kraftfahrzeugs angesaugte Luft an dem Kurzzeitkältespeicher 16 vorbei und wird durch diesen abgekühlt. Sobald der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs nach einem kurzfristigen Stillstand wieder angelassen wird, wird die Klappe 52 in ihre obere Stellung geschwenkt, so dass auch im Falle eines fortgesetzten Umluftbetriebes keine Luft an dem Kurzzeitkältespeicher 16 vorbeiströmt, wodurch dieser ohne gleichzeitig entladen zu werden über den Kompressionskältekreislauf geladen werden kann.
2 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. Dabei weist ein Klimagerät 32 eine im geschlossenen Zustand dargestellte erste Umluftklappe 62 auf, an die ein erster Umluftansaugkanal 22 mündet. Das Klimagerät 32 weist weiterhin eine zweite Umluftansaugklappe 64 auf, an die ein zweiter Umluftansaugkanal 24 mündet. Der erste Umluftansaugkanal 22 ist durch eine Trennwand 46 in einen oberen Bereich 48 und einen unteren Bereich 50 unterteilt. In dem oberen Bereich 48 ist eine erste Ausführungsform eines Kurzzeitkältespeichers 16 angeordnet. Der Kurzzeitkältespeicher 16 steht in nicht dargestellter Weise mit dem Kompressionskältekreislauf des Klimatisierungssystems in Verbindung, damit zum Laden des Kurzzeitkältespeichers 16 Käl temittel in diesem verdampft werden kann. Bezogen auf die Luftströmungsrichtung 44 ist vor dem Kurzzeitkältespeicher 16 eine Klappe 52 angeordnet, wobei hinsichtlich deren Funktionsweise auf die Beschreibung der Klappe 52 von 2 verwiesen wird. Im oberen Bereich 48 des zweiten Umluftansaugkanals 24 ist eine zweite Ausführungsform eines Kurzzeitkältespeichers 18 angeordnet. In 2 sind zwei unterschiedliche Kurzzeitkältespeicher 16 beziehungsweise 18 dargestellt, um deren unterschiedlichen Aufbau erläutern zu können, was später anhand der 5 und 6 erfolgt. Obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist, werden in der Praxis vorzugsweise Kurzzeitkältespeicher der gleichen Bauart eingesetzt. Der Kurzzeitkältespeicher 18 steht ebenfalls in nicht dargestellter Weise mit dem Kompressionskältekreislauf des Klimatisierungssystems in Verbindung. Bezogen auf die Luftströmungsrichtung 44 ist auch vor dem Kurzzeitkältespeicher 18 eine Klappe 52 angeordnet, deren Funktion der Klappe 52 von 1 entspricht. Der erste Umluftkanal 22 ist der Fahrerseite zugeordnet, während der zweite Umluftkanal 24 der Beifahrerseite zugeordnet ist.
3 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist dem in einem Umluftkanal 28 angeordneten Kurzzeitkältespeicher 16 ein Zusatzgebläse 38 zugeordnet, mit dem Luft aus dem Fahrzeuginneren in der Luftströmungsrichtung 44 an dem Kurzzeitkältespeicher 16 vorbeigeführt werden kann. Der Umluftkanal 28 mündet bei dieser Ausführungsform in einen Defrostkanal 36, der in an sich bekannter Weise mit Luftauslassdüsen in Verbindung stehen kann, die insbesondere im Bereich der Windschutzscheibe angeordnet sein können. Bei dem Umluftkanal 28 handelt es sich um einen speziell für den Entladebetrieb des Kurzzeitkältespeichers 16 vorgesehenen Umluftkanal, das heißt das Zusatzgebläse 38 ist nur zum Entladen des Kurzzeitkältespeichers 16 in Betrieb, weshalb in diesem Fall keine Klappeneinrichtung erforderlich ist. Ohne darauf beschränkt zu sein eignet sich die in 3 dargestellte Ausführungsform insbesondere für Nachrüstlösungen. Der Kurzzeitkältespeicher 16 kann dabei beispielsweise im Bereich des Beifahrerfußraums angeordnet werden.
4 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. Bei dieser Ausführungsform mündet ein Umluftkanal 26 in eine nur schematisch angedeutete Mischkammer 34, die im dargestellten Fall benachbart zu einem Klimagerät 30 vorgesehen ist. In dem Umluftkanal 26 ist ein Kurzzeitkältespeicher 16 angeordnet, dem ein Zusatzgebläse 38 zugeordnet ist. Das Zusatzgebläse 38 kann zum Entladen des Kurzzeitkältespeichers 16 einen Luftstrom in der Luftströmungsrichtung 44 erzeugen. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Umluftkanal 26 speziell für den Entladebetrieb des Kurzzeitkältespeichers 16 vorgesehen, so dass auch bei dieser Ausführungsform eine Klappeneinrichtung entfallen kann. Das mit der Mischkammer 34 in Verbindung stehende Klimagerät 30 weist zwei in der geschlossenen Stellung dargestellte Umluftklappen 40 und 42 auf. Es wird als besonders vorteilhaft erachtet, wenn die Umluftklappen 40 und 42 beim Entladen des Kurzzeitkältespeichers 16 geöffnet werden, um dem von dem Zusatzgebläse 38 erzeugten Luftstrom einen möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen. Beim Betrieb des Zusatzgebläses 38 wird ein in der Regel in dem Klimagerät 30 vorgesehenes Gebläse vorzugsweise außer Betrieb gesetzt. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann die Mischkammer 34 selbstverständlich auch im Klimagerät 30 angeordnet sein.
5a zeigt eine schematische Darstellung, die eine erste Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem einsetzbaren Kurzzeitkältespeichers sowie dessen Anordnung in einem Umluftkanal veranschaulicht, und 5b zeigt eine schematische Teilschnittansicht der Darstellung gemäß 5a entlang der Schnittlinie I-I. Der Umluftansaugkanal 22 ist auch gemäß dieser Darstellung durch eine Trennwand 46 in einen oberen Bereich 48 und einen unteren Bereich 50 unterteilt, wobei in dem oberen Bereich 48 ein Kurzzeitkältespeicher 16 gemäß einer ersten Ausführungsform angeordnet ist. Im Unterschied zu den anhand der 1 und 2 erläuterten Ausführungsformen des Klimatisierungssystems weist die mit der Trennwand 46 zusammenwirkende Klappeneinrichtung in diesem Fall zwei Klappen auf, nämlich eine erste Klappe 52 und eine zweite Klappe 54. Die Funktion der ersten Klappe 52 entspricht der Funktion der Klappen 52 gemäß den 1 und 2. Die zusätzliche, zweite Klappe 54 dient dazu, den Kurzzeitkältespeicher 16 gegenüber seiner Umgebung zu isolieren, so lange dieser nicht entladen werden soll. Bei der in 5a dargestellten Stellung der ersten Klappe 52 und der zweiten Klappe 54 ist der Kurzzeitkältespeicher 16 von einem Luftpolster umgeben, das in vorteilhafter Weise zu der erwünschten Isolierung beiträgt. Bei der ersten Ausführungsform des Kurzzeitkältespeichers 16 weist dieser eine läng liche Form mit recheckigem Querschnitt auf. Der Kurzzeitkältespeicher 16 kann in vorteilhafter Weise durch einen Metallschaum oder ein Graphitmatrix gebildet sein, wobei in dem Metallschaum oder in der Graphitmatrix vorzugsweise Wasser als Speichermedium enthalten ist. In dem Kurzzeitkältespeicher 16 ist ein erstes Kältemittelrohr 56 angeordnet, bei dem es sich um ein Flachrohr mit recheckigem Querschnitt handelt (siehe 5b). Dem Kältemittelrohr 56 ist vorzugsweise ein nicht dargestelltes Expansionsorgan vorgeschaltet, damit in dem ersten Kältemittelrohr 56 Kältemittel verdampft werden kann, um den Kurzzeitkältespeicher 16 zu laden. Obwohl sowohl der Umluftkanal 22, beziehungsweise dessen oberer Bereich 48, als auch der Kurzzeitkältespeicher 16 mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt sind, können in der Praxis selbstverständlich auch andere Querschnitte beziehungsweise Formen eingesetzt werden.
6a zeigt eine schematische Darstellung, die eine zweite Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem einsetzbaren Kurzzeitkältespeichers sowie dessen Anordnung in einem Umluftkanal veranschaulicht, und 6b zeigt eine schematische Teilschnittansicht der Darstellung gemäß 6a entlang der Schnittlinie II-II. Die Darstellung gemäß den 6a und 6b unterscheidet sich dadurch von der Darstellung gemäß den 5a und 5b, dass ein Kurzzeitkältespeicher 18 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einem Umluftkanal 24 angeordnet ist. Der Kurzzeitkältespeicher 18 unterscheidet sich dabei dadurch von dem Kurzzeitkältespeicher 16, dass er von einem zweiten Kältemitterohr 58 umgeben ist, das im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist (siehe 6a) und einen rechteckigen Querschnitt aufweist (siehe 6b). Auch das zweite Kältemittelrohr 58 ist entsprechend der Darstellung als Flachrohr ausgebildet. Der Kurzzeitkältespeicher 18 kann wieder einen mit Speichermedium gefüllten Metallschaum oder eine mit Speichermedium gefüllte Graphitmatrix aufweisen. Ebenso wie bei dem Kurzzeitkältespeicher 16 kann jedoch auch bei dem Kurzzeitkältespeicher 18 vorgesehen sein, dass Salze und/oder Paraffine und/oder Gashydrate und/oder Wasser-/Salzgemische als Speichermedium enthalten sind. Auch der Kurzzeitkältespeicher 18 beziehungsweise das zweite Kältemittelrohr 58 wirkt vorzugsweise mit einem nicht dargestellten Expansionsorgan zusammen, um den Kurzzeitkältespeicher 18 zu laden.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem verwendbaren Kompressionskältekreislaufs. Dabei strömt in an sich bekannter Weise von einem Kompressor 10 verdichtetes Kältemittel durch einen Kondensator 12, einen Verdampfer 14 und zurück zum Kompressor 10. Parallel zu dem Verdampfer 14 ist ein Kurzzeitkältespeicher 16 angeordnet, dem ein Magnetventil 66 vorgeschaltet ist, das zum Laden des Kurzzeitkältespeichers 16 geöffnet wird, damit in dem Kurzzeitkältespeicher 16 Kältemittel verdampft werden kann. Sowohl der Verdampfer 14 als auch der Kurzzeitkältespeicher 16 wirken mit einem nicht dargestellten Expansionsorgan in an sich bekannter Weise zusammen. Wenn der Kurzzeitkältespeicher 16 entsprechend der Darstellung von 7 parallel zu dem Verdampfer 14 angeschlossen ist, können in dem Kurzzeitkältespeicher 16 unterschiedliche Arten von Spei chermedien eingesetzt werden. Wird beispielsweise Wasser als Speichermedium eingesetzt, so ist zum Laden des Kurzzeitkältespeichers 16 eine vergleichsweise niedrige Temperatur erforderlich, die durch die Parallelschaltung des Kurzzeitkältespeichers 16 und des Verdampfers 14 problemlos erzielt werden. Insbesondere wenn als Speichermedium Salze und/oder Paraffine enthalten sind, kann der Kurzzeitkältespeicher 16 (im Vergleich zu Wasser als Speichermedium) auch bei höheren Temperaturen geladen werden. Niedrigere Ladetemperaturen wirken sich jedoch auch in diesem Fall nicht negativ aus, weshalb die Parallelschaltung von Verdampfer 14 und Kurzzeitkältespeicher 16 eine universelle Anschlussmöglichkeit darstellt, die für alle Arten von Speichermedien geeignet ist. Sofern Wasser als Speichermedium verwendet wird, handelt es sich bei dem Kompressor 10 vorzugsweise um einen ungeregelten oder einen extern geregelten Kompressor. Beispielsweise im Falle von Salzen und/oder Paraffinen als Speichermedium können alle Kompressortypen in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem verwendbaren Kompressionskältekreislaufs. Bei dieser Ausführungsform strömt von dem Kompressor 10 verdichtetes Kältemittel durch einen Kondensator 12, einen Kurzzeitkältespeicher 18, einen Verdampfer 14 und zurück zum Kompressor 10. Zumindest vor dem Kurzzeitkältespeicher 18 ist vorzugsweise ein nicht dargestelltes Expansionsorgan vorgesehen. Auch bei dieser Ausführungsform stehen am beziehungsweise im Kurzzeitkältespeicher 18 sehr niedrige Temperaturen zur Verfügung, um den Kurzzeitkältespeicher 18 zu laden. Daher können auch bei dieser Ausführungsform sowohl Salze und/oder Paraffine als auch Wasser als Speichermedium enthalten sein.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem verwendbaren Kompressionskältekreislaufs. Bei dieser Ausführungsform strömt von dem Kompressor 10 verdichtetes Kältemittel durch einen Kondensator 12, einen Verdampfer 14, einen Kurzzeitkältespeicher 18 und zurück zum Kompressor 10. Da der Kurzzeitkältespeicher 18 dem Verdampfer 14 bei dieser Ausführungsform nachgeordnet ist, stehen bei dieser Ausführungsform zum Laden des Kurzzeitkältespeichers 18 im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 8 nur etwas höhere Temperaturen zur Verfügung. Diese Ausführungsform ist daher besonders für Kurzzeitkältespeicher geeignet, bei denen Salze und/oder Paraffine als Speichermedium enthalten sind.
Es folgt ein tabellarischer Vergleich eines Wasser/Graphitkurzzeitkältespeichers mit einem Paraffinkurzzeitkältespeicher.
Bei folgenden Annahmen:
können sich die folgenden Werte ergeben:
Bei einem Nutzungsgrad von 30% können sich im Rahmen des vorliegenden Beispiels die folgenden Kurzzeitkältespeichergrößen ergeben:
Es ist zu erkennen, dass die Luftabkühlung bei Paraffin sehr viel geringer als bei Wasser/Graphit ist. Weiterhin muss bei der Dimensionierung eines Paraffinkurzzeitkältespeichers die niedrigere Dichte von flüssigem Paraffin (ca. 750 bis 850 kg/m³) im Vergleich zu festem Paraffin (800 bis 900 kg/m³) berücksichtigt werden.
Der vorstehende Vergleich zeigt, dass eine mit Wasser beladene Graphitmatrix (oder auch ein mit Wasser beladener Metallschaum, insbesondere ein Aluminiumschaum) in besonders vorteilhafter Weise als Kurzzeitkältespeicher eingesetzt werden kann, was insbesondere durch die höhere Energiedichte von Wasser bedingt ist, die eine längere Kühldauer ermöglicht. Die gute Wärmeleitung durch die Graphitmatrix ermöglicht darüber hinaus kürzere Ladezeiten und eine tiefere Abkühlung der zu kühlenden Luft.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

10: Kompressor
12: Kondensator
14: Verdampfer
16: Kurzzeitkältespeicher
18: Kurzzeitkältespeicher
20: Umluftkanal
22: Umluftkanal
24: Umluftkanal
26: Umluftkanal
28: Umluftkanal
30: Klimagerät
32: Klimagerät
34: Mischkammer
36: Defrostkanal
38: Zusatzgebläse
40: Umluftklappe
42: Umluftklappe
44: Luftströmungsrichtung
46: Trennwand
48: oberer Bereich
50: unterer Bereich
52: Klappeneinrichtung
54: Klappeneinrichtung
56: erstes Kältemittelrohr
58: zweites Kältemittelrohr
60: Umluftklappe
62: Umluftklappe
64: Umluftklappe
66: Magnetventil

Claims

Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug dessen Antriebsmotor beispielsweise beim kurzfristigen Stillstand des Kraftfahrzeugs zur Energieeinsparung abgestellt wird, mit einem über den Antriebsmotor antreibbaren Kompressionskältekreislauf (10, 12, 14) und mit zumindest einem über den Kompressionskältekreislauf (10, 12, 14) mit Kälte ladbaren Kurzzeitkältespeicher (16, 18), der insbesondere dazu vorgesehen ist entladen zu werden, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges abgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem, wenn der Antriebsmotor aufgrund eines kurzfristigen Stillstandes des Kraftfahrzeuges abgeschaltet ist, automatisch in eine Umluftbetriebsart umschaltet, und dass zumindest ein Kurzzeitkältespeicher (16, 18) in zumindest einem Umluftkanal (20, 22, 24, 26, 28) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher (16, 18) in zumindest einem Umluftansaugkanal (20, 22, 24, 26, 28) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Umluftkanal (20; 22, 24) zu einem Klimagerät (30; 32) führt.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Umluftkanal (26) zu einer Mischkammer (34) führt.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den zumindest einen Umluftkanal (28) strömende Luft zumindest teilweise einem Defrostkanal (36) zugeführt wird.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zumindest einen Kurzzeitkältespeicher (16) ein Zusatzgebläse (38) zugeordnet ist, und dass der zumindest eine Umluftkanal (26, 28) ein speziell für den Entladebetrieb des zumindest einen Kurzzeitkältespeichers (16) vorgesehener Umluftkanal (26, 28) ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Zusatzgebläses (38) weiteren Umluftkanälen des Klimatisierungssystems zugeordnete Umluftklappen (40, 42) geöffnet sind.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Umluftkanal (20, 22, 24) zumindest in dem Bereich, in dem der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher (16, 18) angeordnet ist, bezogen auf die Luftströmungsrichtung (44), durch eine Trennwand (46) in einen oberen Bereich (48), in dem der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher (16, 18) angeordnet ist, und einen unteren Bereich (50) unterteilt ist, und dass eine Klappeneinrichtung (52, 54) vorgesehen ist, mit welcher der Luftstrom entweder durch den oberen Bereich (48) oder durch den unteren Bereich (50) geleitet werden kann.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappeneinrichtung (52, 54) den Luftstrom während des Ladens des zumindest einen Kurzzeitkältespeichers (16, 18) durch den unteren Bereich (50) leitet.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kurzzeitkältespeicher (16) in einem der Fahrerseite zugeordneten Umluftkanal (22) angeordnet ist, und dass ein zweiter Kurzzeitkältespeicher (18) in einem der Beifahrerseite zugeordnetem Umluftkanal (24) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Kurzzeitkältespeicher (16) zumindest ein erstes Kältemittelrohr (56) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar benachbart zu dem zumindest einen Kurzzeitkältespeicher (18) zumindest ein zweites Kältemittelrohr (58) angeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kurzzeitkältespeicher Kältemittel des Kompressionskältekreislaufes (10, 12, 14) verdampft wird, um den zumindest einen Kältespeicher (16, 18) mit Kälte zu laden.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher (16) bezogen auf den Kältemittelkreislauf des Kompressionskältekreislaufs (10, 12, 14) parallel zu einem dem Kompressionskältekreislauf (10, 12, 14) zugeordneten Verdampfer (14) angeschlossen ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher (18) bezogen auf den Kältemittelkreislauf des Kompressionskältekreislaufs (10, 12, 14) in Reihe mit einem dem Kompressionskältekreislauf (10, 12, 14) zugeordneten Verdampfer (14) angeschlossen ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kurzzeitkältespeicher (16, 18) ein Speichermedium mit niedrigem Gefrierpunkt und hoher Energiedichte verwendet.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium zumindest teilweise in einen Metallschaum, insbesondere in einen Aluminiumschaum, oder in eine Graphitmatrix eingebracht ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzzeitkältespeicher (16, 18) Wasser als Speichermedium enthält.
Klimatisierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzzeitkältespeicher (16, 18) als Speichermedium Salze und/oder Paraffine und/oder Gashydrate und/oder Wasser-/Salzgemische enthält.