DE10326323B3

DE10326323B3 - Klimatisierungssystem und Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems

Info

Publication number: DE10326323B3
Application number: DE10326323A
Authority: DE
Inventors: Norbert Boltz; Helmut Scheid
Original assignee: Webasto Klimatechnik GmbH
Current assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem, insbesondere zur Klimatisierung von Bussen, mit einem einen Kompressor (10), der von einem Verbrennungsmotor (12) antreibbar ist, einen Kondensator (14), ein Expansionsorgan (16) und einen Verdampfer (18) umfassenden Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkulieren kann, und einem Speicherverdampfer (20), der bei nicht laufendem Verbrennungsmotor entladen und bei laufendem Verbrennungsmotor geladen werden kann. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kompressor ein erster Kompressor (10) ist, dass der Kondensator ein erster Kondensator (14) ist, dass zusätzlich ein zweiter Kompressor (22) und ein zweiter Kondensator (24) vorgesehen sind, die zusammen mit dem Speicherverdampfer (20) einen zweiten Kältekreis zum Laden des Speicherverdampfers (20) bilden, und dass der zweite Kompressor (22) ebenfalls von dem Verbrennungsmotor (12) antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem, insbesondere zur Klimatisierung von Bussen, mit einem einen Kompressor, der von einem Verbrennungsmotor antreibbar ist, einen Kondensator, ein Expansionsorgan und einen Verdampfer umfassenden Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkulieren kann, und einem Speicherverdampfer, der bei nicht laufendem Verbrennungsmotor entladen und bei laufendem Verbrennungsmotor geladen werden kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems.

Derartige Klimatisierungssysteme sind dazu geeignet, Kraftfahrzeuge im Stand, das heißt bei nicht laufendem Verbrennungsmotor, zu klimatisieren, indem ein Speicherverdampfer während der Fahrt des Fahrzeugs geladen wird und im Stillstand des Fahrzeugs zur Kühlung des Innenraums entladen wird. Ein Beispiel für ein solches System ist in der DE 101 56 310 C1 angegeben.

Problematisch bei solchen Klimatisierungssystemen ist allerdings, dass bei hoher Außentemperatur ein nur unzureichendes Laden des Speicherverdampfers stattfinden kann, da in diesem Fall häufig die gesamte vom Kompressor zur Verfügung gestellte Leistung der direkten Kühlung des Fahrzeuginnenraums dienen muss. Ist in solchen Situationen eine Standkühlung erforderlich, kann diese häufig aufgrund des zu geringen Ladezustandes des Speicherverdampfers nicht in ausreichender Weise zur Verfügung gestellt werden. Gerade an warmen Tagen wäre dies aber besonders erwünscht.

Die DE 199 12 139 C1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Nutzraumes in einem Fahrzeug, wobei eine ortsfeste von dem Fahrzeug getrennte Ladestation zum Beladen eines fahrzeuginternen Thermoenergiespeichers mit Wärme oder Kälte vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klimatisierungssystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben zur Verfügung zu stellen, so dass die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwunden werden, wobei insbesondere in nahezu jeder Situation ein ausreichender Ladezustand des Speicherverdampfers sichergestellt sein soll.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Klimatisierungssystem dadurch auf, dass der Kompressor ein erster Kompressor ist, dass der Kondensator ein erster Kondensator ist, dass zusätzlich ein zweiter Kompressor und ein zweiter Kondensator vorgesehen sind, die zusammen mit dem Speicherverdampfer einen zweiten Kältekreis zum Laden des Speicherverdampfers bilden, und dass der zweite Kompressor ebenfalls von dem Verbrennungsmotor antreibbar ist. Auf diese Weise wird der Ladevorgang des Speicherverdampfers vom normalen Klimatisierungsbetrieb des Fahrzeugs während der Fahrt entkoppelt. Der erste Kompressor muss nur für die Klimatisierung des Innenraums sorgen. Der zweite Kompressor kann jederzeit den Speicherverdampfer auf einem ausreichenden Ladungsniveau halten, so dass bei Stillstand des Verbrennungsmotors in jedem Fall die der maximalen Ladekapazität entsprechende Kältemenge zur Verfügung gestellt werden kann.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass das Expansionsorgan ein erstes Expansionsorgan ist und dass dem zweiten Kältekreis ein zweites Expansionsorgan zugeordnet ist. Somit kann der zweite Kältekreis mit hohem Wirkungsgrad entsprechend einem herkömmlichen Kältekreis arbeiten.

Weiterhin ist die Erfindung in besonders nützlicher Weise dadurch ausgebildet, dass eine Pumpe vorgesehen ist, die zum Entladen des Speicherkondensators Kältemittel durch den Verdampfer und den Speicherverdampfer fördert. Der Spei cherverdampfer dient in diesem Fall als Kondensator, der das durch ihn geförderte Kältemittel auf eine niedrige Temperatur bringt, so dass dieses dann in dem ebenfalls als Wärmetauscher wirkenden Verdampfer zur Kühlung der ihn umströmenden Luft oder eines anderen Mediums, das den weiteren Kältetransport übernehmen soll, zur Wirkung kommt.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass der Ladezustand des Speicherkondensators erfasst wird, so dass bei ausreichendem Ladezustand der zweite Kompressor von dem Verbrennungsmotor entkoppelt werden kann und bei nicht ausreichendem Ladezustand der zweite Kompressor mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden kann. Der zweite Kompressor wird also nur dann betrieben, wenn es erforderlich ist, was als positive Auswirkungen eine Energieeinsparung und einen verringerten Verschleiß der beteiligten Komponenten hat.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass als Kältespeichermedium Wasser, wässrige Salzlösung, Salzhydrat, Gashydrat oder Paraffin verwendet wird. Dabei handelt es sich um gängige Kältespeichermedien, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung in nützlicher Weise zum Einsatz kommen können.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Klimatisierungssystem so gestaltet, dass der Speicherverdampfer durch Kondensation von Kältemittel in dem Speicherverdampfer entladen werden kann. Der Speicherverdampfer wirkt somit während der Standklimatisierung als Kondensator.

Es kann aber auch nützlich sein, dass ein Wärmetauscher vorgesehen ist, wobei ein Hilfsmedium durch den Speicher verdampfer und den Wärmetauscher strömen und dabei den Speicherverdampfer entladen kann.

In diesem Fall ist das Klimatisierungssystem in besonders nützlicher Weise dadurch weitergebildet, dass es eine Schnittstelle aufweist, über die es mit einer fahrzeugexternen, gekühltes Hilfsmedium spendenden Quelle kommunizieren kann, so dass der Speicherverdampfer im Stand des Fahrzeugs und insbesondere bei nicht laufendem Verbrennungsmotor durch gekühltes Hilfsmedium geladen werden kann. Somit kann das Fahrzeug unabhängig von der Außentemperatur in jedem Fall mit der Fähigkeit einer Standklimatisierung ausgestattet werden, indem nämlich das an sich zum Entladen des Speicherverdampfers vorgesehene Hilfsmedium auch zum Laden des Speicherverdampfers eingesetzt wird. Die hierfür erforderliche Energie wird dabei fahrzeugextern zur Verfügung gestellt, nämlich durch eine Quelle von gekühltem Hilfsmedium. Diese Quelle kann dabei beispielsweise in Form eines thermisch isolierten Vorratsgefäßes vorliegen, das an die Fahrzeugschnittstelle anschließbar ist. Ebenfalls ist es möglich, das gekühlte Hilfsmedium direkt einem Kühlaggregat zu entnehmen.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass das Hilfsmedium ein Glykol-Wasser-Gemisch ist. Dieses wird häufig in Klimaanlagen als Kältemedium verwendet, so dass es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zum Einsatz kommt.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Schnittstelle mindestens eine Schnellkupplung umfasst, über die die fahrzeugexterne Quelle angeschlossen werden kann. Es bedarf somit nur weniger einfacher Handgriffe, um ein Fahrzeug für die Standklimatisierung vorzubereiten.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems, welches dadurch besonders nützlich ausgebildet ist, dass der Ladezustand des Speicherkondensators erfasst wird, dass bei ausreichendem Ladezustand der zweite Kompressor von dem Verbrennungsmotor entkoppelt wird und dass bei nicht ausreichendem Ladezustand der zweite Kompressor an den Verbrennungsmotor gekoppelt wird. Dieses Verfahren gewährleistet einen möglichst geringen Energieverbrauch und einen schonenden Betrieb des Systems, da die Komponenten nur dann betrieben werden, wenn es erforderlich ist. Der Ladezustand kann beispielsweise über Temperaturfühler ermittelt werden, die zum Beispiel die Innentemperatur des Speichermaterials und/oder die Sauggastemperatur des Kältemittels erfassen.

Es ist nützlicherweise vorgesehen, dass mit dem Abschalten des Verbrennungsmotors die Pumpe eingeschaltet wird, so dass eine Standklimatisierung erfolgt. Dabei kann ins Auge gefasst werden, die Pumpe kurz vor, praktisch gleichzeitig oder kurz nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors einzuschalten.

Das Verfahren kann ebenfalls dadurch nützlich weitergebildet sein, dass das Klimatisierungssystem über eine Schnittstelle mit einer fahrzeugexternen, gekühltes Hilfsmedium spendenden Quelle kommuniziert und dabei der Speicherverdampfer im Stand des Fahrzeugs und insbesondere bei nicht laufendem Verbrennungsmotor durch gekühltes Hilfsmedium geladen wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Bereitstellung eines zweiten vom Verbrennungsmotor angetriebenen Kompressors, der ausschließlich zum Laden des Speicherverdampfers vorgesehen ist, ein stets ausreichender Ladezustand des Speicherverdampfers aufrechterhalten werden kann, insbesondere unabhängig von der Außentemperatur, so dass letztlich auch an heißen Tagen ein angenehmes Klima im Fahrzeuginnenraum in zufriedenstellender Weise bereitgestellt werden kann.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem weiteren erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. Das Klimatisierungs system umfasst einen ersten Kältekreis, in dem ein erster Kompressor 10, ein erster Kondensator 14, ein erstes Expansionsorgan 16 und ein Verdampfer 18 angeordnet sind. Weiterhin sind in dem Kältekreis zwei Magnetventile 30, 32 vorgesehen. Ferner umfasst das Klimatisierungssystem einen zweiten Kältekreis mit einem zweiten Kompressor 22, einem zweiten Kondensator 24, einem zweiten Expansionsorgan 26 und einem Speicherverdampfer 20. In dem Speicherverdampfer 20 ist ein Verdampfer zur Kühlung eines ebenfalls im Speicherverdampfer 20 vorgesehenen Kältespeichermediums, beispielsweise Wasser, wässrige Salzlösung, Salzhydrat, Gashydrat oder Paraffin, angeordnet. Der zweite Kältekreis enthält ferner zwei weitere Magnetventile 34, 36. Ein zusätzlicher Kreislauf in dem Klimatisierungssystem wird dadurch gebildet, dass eine Pumpe 28 in einem Kreis hinter dem zum ersten Kältekreis gehörigen Verdampfer 18 und vor dem zum zweiten Kältekreis gehörigen Speicherverdampfer 20 angeordnet ist. In diesem Kreis sind ebenfalls Magnetventile 38, 40 vorgesehen. Beide Kompressoren 10, 22 stehen über Kupplungen 42, 44 mit dem Verbrennungsmotor 12 des Kraftfahrzeugs in Verbindung.
Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs arbeitet des Klimatisierungssystem bei erforderlicher Klimatisierung bezogen auf den ersten Kältekreis in herkömmlicher Weise. Falls der Ladezustand des Speicherverdampfers 20 nicht ausreichend ist, wird auch der zweite Kompressor 22 vom Verbrennungsmotor unabhängig vom ersten Kompressor 10 angetrieben, so dass der Speicherverdampfer 20 geladen werden kann. Während dieses Zustands sind die Magnetventile 30, 32, 34, 36 des ersten und des zweiten Kältekreises geöffnet, während die Magnetventile 38, 40 geschlossen sind. Wird nun der Verbrennungsmotor abgeschaltet, so kann keine weitere Klimatisierung des Innenraums durch den ersten Kältekreis erfolgen, da der Kompressor 10 nicht mehr angetrieben wird. Ebenfalls findet kein weiteres Laden des Speicherverdampfers 20 mehr statt. Ist eine Standklimatisierung erwünscht, so werden bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor 10 die Magnetventile 30, 32, 34, 36 geschlossen, und die Magnetventile 38, 40 werden geöffnet. Weiterhin wird die Pumpe 28, die im vorliegenden Beispiel als Gaspumpe hinter dem Verdampfer 18 angeordnet ist, eingeschaltet, wobei die hierfür erforderliche Energie im Allgemeinen von einer Fahrzeugbatterie zur Verfügung gestellt wird. Die Pumpe fördert nun Kältemittel durch den als Kondensator wirkenden Speicherverdampfer 20 und nachfolgend durch den Verdampfer 18, wo das abgekühlte Kältemittel zur weiteren Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet wird, um dann wieder von der Pumpe 28 zum Speicherverdampfer 20 gefördert zu werden.
Nimmt der Verbrennungsmotor 12 seinen Betrieb wieder auf, so kann der Fahrzeuginnenraum wieder durch den ersten Kältekreis mit angetriebenem Kompressor 10 gekühlt werden. Ebenfalls kann wiederum ein Laden des Speicherverdampfers 20 erfolgen. Hierzu müssen lediglich die Pumpe abgeschaltet werden, die Magnetventile 30, 32, 34, 36, 38, 40 in den entsprechenden Zustand gebracht und die Kompressoren 10, 22 mit dem Verbrennungsmotor 12 über die Kupplungen 42, 44 gekoppelt werden.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Verfahrensablauf ist stark schematisiert und bezieht sich nur auf die im Zusammenhang mit dem zweiten Kompressor 22 (siehe 1) erfolgenden Schritte. Nach dem Start des Fahrzeugs (Schritt S01) läuft der Verbrennungsmotor (Schritt S02). Der zweite Kompressor wird angetrieben (Schritt S03) und nachfolgend wird in Schritt S04 der Ladezustand des Speicherverdampfers erfasst. In Schritt S05 wird festgestellt, ob der Ladezustand ausreichend ist, ist dies nicht der Fall, so bleibt der zweite Kompressor angetrieben (Schritt S03), und es wird wiederum der Ladezustand erfasst (Schritt S04). Wird jedoch in Schritt S05 ermittelt, dass der Ladezustand ausreichend ist, so wird gemäß Schritt S06 der zweite Kompressor nicht mehr angetrieben. Nachfolgend wird aber wiederum der Ladezustand in Schritt S04 erfasst, so dass bei nicht mehr ausreichendem Ladezustand, der in Schritt S05 festgestellt werden könnte, wiederum ein Übergang zu Schritt S03 stattfinden könnte, so dass der zweite Kompressor wieder angetrieben würde.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem weiteren erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem. Das Klimatisierungssystem umfasst einen Wärmetauscher 46, der über ein Hilfsmedium mit dem Speicherverdampfer 20 kommunizieren kann. Hierzu kann zusätzlich eine (nicht dargestellte) Pumpe vorgesehen sein. Indem das Hilfsmedium durch den Speicherverdampfer, der zu diesem Zweck einen Wärmetauscher umfasst, und den Wärmetauscher 46 zirkuliert, kann durch den Wärmetauscher 46 eine Kühlung des Fahrzeuginnenraums erfolgen. Der somit vorliegende Hilfsmediumkühlkreis ist weiterhin mit einer Schnittstelle 48 ausgestattet, über die das Klimatisierungssystem mit ei ner externen Quelle 50, vorliegend einem Hilfsmedium enthaltenden Behälter verbunden ist. Die Schnittstelle 48 umfasst zwei Schnellkupplungen 52, 54. Um im Stand den Speicherverdampfer 20 vorzukühlen, wird gekühltes Hilfsmedium von der Quelle 50 über die Schnittstelle 48 über (nicht dargestellte) Fördermittel zum Speicherverdampfer 20 gefördert. Nach einer gewissen Zeit ist dieser somit vorkonditioniert, und das Fahrzeug ist für eine Standklimatisierung vorbereitet.
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: erster Kompressor
12: Verbrennungsmotor
14: erster Kondensator
16: erstes Expansionsorgan
18: Verdampfer
20: Speicherverdampfer
22: zweiter Kompressor
24: zweiter Kondensator
26: zweites Expansionsorgan
28: Pumpe
30: Magnetventil
32: Magnetventil
34: Magnetventil
36: Magnetventil
38: Magnetventil
40: Magnetventil
42: Kupplung
44: Kupplung
46: Wärmetauscher
48: Schnittstelle
50: Quelle
52: Schnellkupplung
54: Schnellkupplung

Claims

Klimatisierungssystem, insbesondere zur Klimatisierung von Bussen, mit – einem einen Kompressor (10), der von einem Verbrennungsmotor (12) antreibbar ist, einen Kondensator (14), ein Expansionsorgan (16) und einen Verdampfer (18) umfassenden Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkulieren kann, und – einem Speicherverdampfer (20), der bei nicht laufendem Verbrennungsmotor entladen und bei laufendem Verbrennungsmotor geladen werden kann, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kompressor ein erster Kompressor (10) ist, – dass der Kondensator ein erster Kondensator (14) ist, – dass zusätzlich ein zweiter Kompressor (22) und ein zweiter Kondensator (24) vorgesehen sind, die zusammen mit dem Speicherverdampfer (20) einen zweiten Kälte kreis zum Laden des Speicherverdampfers (20) bilden, und – dass der zweite Kompressor (22) ebenfalls von dem Verbrennungsmotor (12) antreibbar ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass das Expansionsorgan ein erstes Expansionsorgan (16) ist und – dass dem zweiten Kältekreis ein zweites Expansionsorgan (26) zugeordnet ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (28) vorgesehen ist, die zum Entladen des Speicherkondensators Kältemittel durch den Verdampfer (18) und den Speicherverdampfer (20) fördert.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladezustand des Speicherkondensators erfasst wird, so dass bei ausreichendem Ladezustand der zweite Kompressor (22) von dem Verbrennungsmotor (12) entkoppelt werden kann und bei nicht ausreichendem Ladezustand der zweite Kompressor (22) mit dem Verbrennungsmotor (12) gekoppelt werden kann.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältespeicher medium Wasser, wässrige Salzlösung, Salzhydrat, Gashydrat oder Paraffin verwendet wird.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherverdampfer (20) durch Kondensation von Kältemittel in dem Speicherverdampfer (20) entladen werden kann.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (46) vorgesehen ist, wobei ein Hilfsmedium durch den Speicherverdampfer (20) und den Wärmetauscher (46) strömen und dabei den Speicherverdampfer (20) entladen kann.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Schnittstelle (48) aufweist, über die es mit einer fahrzeugexternen, gekühltes Hilfsmedium spendenden Quelle (50) kommunizieren kann, so dass der Speicherverdampfer (20) im Stand des Fahrzeugs und insbesondere bei nicht laufendem Verbrennungsmotor (12) durch gekühltes Hilfsmedium geladen werden kann.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmedium ein Glykol-Wasser-Gemisch ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (48) mindestens eine Schnellkupplung (52, 54) umfasst, über die die fahrzeugexterne Quelle (50) angeschlossen werden kann.
Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Ladezustand des Speicherkondensators erfasst wird, – dass bei ausreichendem Ladezustand der zweite Kompressor (22) von dem Verbrennungsmotor (12) entkoppelt wird und – dass bei nicht ausreichendem Ladezustand der zweite Kompressor (22) an den Verbrennungsmotor (12) gekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Abschalten des Verbrennungsmotors (12) die Pumpe (28) eingeschaltet wird, so dass eine Standklimatisierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem über eine Schnittstelle (48) mit einer fahrzeugexternen, gekühltes Hilfsmedium spendenden Quelle (50) kommuniziert und dabei der Speicherverdampfer (20) im Stand des Fahrzeugs und insbesondere bei nicht laufendem Verbrennungsmotor (12) durch gekühltes Hilfsmedium geladen wird.