-
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Kühlung
der einem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft.
-
In der
DE 43 27 866 C1 ist eine Einrichtung zur
Klimatisierung des Fahrgastraumes und zur Kühlung des Antriebssystems von
Elektrofahrzeugen beschrieben. Diese Einrichtung weist ein Kälteaggregat mit
einem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsventil und
einem Verdampfer auf. Dabei ist der Verdampfer sekundärseitig
von einem flüssigen
Kälteträgermedium
beaufschlagt und in einen Sekundärkreislauf
eingebunden, in dem ein Kühlkörper sowie
ein Energiespeicher angeordnet sind. Dabei ist der Energiespeicher über Ventilmittel
mit dem Kühlmittelkreislauf
der Antriebskomponenten verbunden und kann wahlweise Wärme speichern.
-
Derartige Einrichtungen zur universellen Speicherung
von Kälte
oder Wärme
sind äußerst aufwendig
bezüglich
ihrer Konstruktion und verlustbehaftet bezüglich der Wirkungsweise. Dabei
wird ein wesentlicher Nachteil auch darin gesehen, daß eine ausschließliche Kältespeicherung
ohne Kälteabgabe an
den dem Fahrzeuginnenraum zugeführten
Luftstrom nicht möglich
ist.
-
Die
DE 196 29 114 A1 beschreibt eine Vorrichtung
zum Heizen und/oder Kühlen
eines Fahrgastraumes mit einer Kompressionskälteanlage. Diese Vorrichtung
umfaßt
ein externes Kältemodul,
das in dem Motorraum angeordnet ist und über einen Sekundärkreislauf
einen Wärmeübertrager
in dem Klimagerät
mit einem kühlen
Medium versorgen kann. Um die Zufuhr von in dem Kältemodul
gekühltem
Medium und in dem Kühlmodul
für den
Fahrzeugantrieb erhitztem Medium auf die Wärmeübertrager im Klimagerät zu verteilen,
ist eine Steuereinheit vorgesehen. Außerdem weist diese Vorrichtung
einen Kurzzeitkältespeicher
auf, der mit einem im Bereich des Armaturenbrettes angeordneten
Kanalsystem verbunden ist und dazu dient, die von der Sonne besonders
stark beaufschlagten Bauteile des abgestellten Fahrzeuges zu kühlen. Die
Kapazität
eines solchen Kältespeichers
ist jedoch äußerst begrenzt
und für eine
Standklimatisierung völlig
unzureichend.
-
In der
DE 42 09 188 A1 ist eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug
beschrieben. Diese umfaßt
eine Kältemaschine,
deren zugehörige
Komponenten und der Kältemittelkreislauf
separat von dem zu beheizenden Raum des Kraftfahrzeugs angeordnet
und hermetisch abgeschlossen sind. Ein geschlossener Sekundärkreislauf,
der beispielsweise Wasser als gesundheitlich und chemisch unbedenkliches
Fluid enthält, überträgt Wärme zwischen
Kältemaschine und
einem einzigen Wärmetauscher,
der in einem der Klimatisierung der Fahrgastzelle dienenden Gebläseluftstrom
angeordnet ist. An den Sekundärkreislauf ist
auch der Kühlerkreislauf
des Fahrzeugs angeschlossen, so daß die Abwärme des Antriebsmotors und
ggf. der Batterien eines Elektrofahrzeugs zur Erwärmung des
Fahrgastraumes genutzt werden können.
-
In der
DE 195 24 660 C1 ist eine
Klimatisierungsanordnung für
Nutzfahrzeuge beschrieben. Diese Anlage umfaßt ein komplettes Kälteaggregat
in einem Gehäuse,
wobei der Kältemit telkreislauf über einen
Wärmetauscher
an einen Sekundärkreislauf wärmeübertragend
angeschlossen ist.
-
Aus der
DE 41 24 889 A1 ist eine
Klimaanlage zum Kühlen
von Fahrzeugräumen
bekannt. Dabei wird in einem Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs Kälte erzeugt,
die über
einen schaltbaren Zweig eines Flüssigkeitskreislaufs
dem im Luftstrom zu dem Fahrzeuginnenraum liegenden Wärmetauscher
zuführbar
ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Kühlung der einem Fahrzeuginnenraum
zuführbaren
Luft zu schaffen, die eine kompakte Bauweise aufweist und bei der eine
einfache Installation der Verteilereinheit möglich ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Einige Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung
sind darin zu sehen, daß alle
Ventile und Pumpen und auch die Regelelektronik in einem kompakten
Gehäuse
angeordnet sind und somit die Anzahl der Anschlüsse und Verbindungsleitungen
sowohl bezüglich
des hydraulischen als auch des elektrischen Teils auf ein Minimum
reduziert sind. Dadurch wird nicht nur eine größere Sicherheit und Reduzierung
der Störanfälligkeit
erreicht, sondern auch der Einbau wird erleichtert, da die Zahl
der zu verbindenden Anschlüsse
minimiert ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
des Erfindungsgegenstandes sind zwei Pumpen vorgesehen, die bezüglich ihrer
Pumpenantriebe parallel zueinander angeordnet sind. Das Gehäuse ist
vorzugsweise im wesentlichen quaderförmig ausgestaltet und die Pumpen
sind darin, bezogen auf eine Seitenfläche des Gehäuses, diametral zueinander
angeordnet. Dadurch ergibt sich ein größtmöglicher Abstand zwischen den
Pumpenantrieben, wobei in diesem Zwischenraum die Regelelektronik
angeordnet ist.
-
Es ist darüber hinaus vorteilhaft, daß mindestens
ein Temperaturfühler
vorgesehen ist, wobei die ermittelte Temperatur als ein Regelkriterium
für die
Steuerung der Ventile dient. Um eine an den jeweiligen Kälteleistungsbedarf
bzw. die Speicherung von Kälteenergie
anpaßbare
Regelung zu erreichen, sind mehrere Temperaturfühler vorgesehen, von denen
einer in einer Rücklaufleitung
vom Kältespeicher angeordnet
ist. Ein weiterer Temperaturfühler
ist in der Zuleitung zum Kühlkörper und
ebenfalls ein Temperaturfühler
in der Rücklaufleitung
vom Verdampfer angeordnet. Damit der Verlust an Kälteenergie
durch Strahlung möglichst
gering gehalten wird, ist das Gehäuse zweckmäßigerweise mit einer Isolierung
zwischen 5 mm und 50 mm Dicke, vorzugsweise ca. 30 mm versehen.
Die Isolierung kann innen oder außen angebracht sein.
-
Statt einer Isolierschicht bestimmter
Dicke kann auch ein Ausfüllen
des im Gehäuse
zwischen den eingesetzten Komponenten bzw. der Gehäusewand
verbleibenden Hohlraumes in Betracht gezogen werden. Hierfür eignet
sich insbesondere ein Ausschäumen
mit einem Isolierwerkstoff, beispielsweise einem schäumbaren
Polypropylen. Um Beschädigungen
zu vermeiden, sollte das Gehäuse formstabil
und hart sein. So ist es zweckmäßig, die Isolierschicht
innen anzuordnen bzw. die Isolierung durch Ausschäumung zu
erzeugen und das gegen mechanische Einwirkung resistente Gehäuse der
Außenseite
zuzuwenden. Bei manchen Kunststoffmaterialien kann auch durch besonderes
Einwirken eine unterschiedliche Beschaffenheit erzeugt werden, so daß die äußere Schicht
ein formstabiles und widerstandsfähiges Gehäuse bildet.
-
Sofern ein Gehäuse aus einem metallischen Werkstoff
vorgesehen ist, kann es zweckmäßig sein, die
Pumpenantriebe wärmeleitend
mit dem Gehäuse zu
verbinden, so daß das
Gehäuse
als Wärmeübertragungsfläche dient.
Dabei ist es vorteilhaft, Kanäle zur
Kühlluftführung an
der Außenseite
des Gehäuses vorzusehen,
wobei vorzugsweise in diesem Bereich das Gehäuse doppelwandig ausgeführt ist.
-
Vorteilhaft ist es auch, die Verteileinheit
in örtlicher
Nähe zum
Kühlkörper anzuordnen.
Auf diese Weise ist bei Einwirkung auf das dem Kühlkörper zugeordnete Ventil eine
rasche Änderung
der Temperatur am Kühlkörper gegeben,
so daß die
Ansprechzeit minimiert und eine höhere Regelgenauigkeit erreicht
wird.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Einrichtung zur Kühlung der einem Fahrzeuginnenraum
zuführbaren
Luft, die auch zur Standklimatisierung geeignet ist,
-
2a eine
schematische Darstellung der Anordnung von Ventilen und Pumpen,
-
2b einen
Ausschnitt einer Ausführungsvariante
zu 2a,
-
3 die
Innenansicht des Gehäuses
mit den darin angeordneten Ventilen und Pumpen,
-
4 eine
Draufsicht auf die Anordnung gemäß 3,
-
5 einen
Ausschnitt einer Ausführungsvariante
zu 3,
-
6 einen
Ausschnitt des Gehäuses
mit einer Pumpe,
-
7 einen
Schnitt entlang der Linie VII-VII in 6.
-
In 1 ist
ein Kälteaggregat 1 dargestellt, das
einen Kältemittelkreislauf 2,
bestehend aus einem Kompressor 3, einem Kondensator 4,
einem Expansionsventil 5 und einem Verdampfer 6,
umfaßt. Dieser
Kältemittelkreislauf
ist vorzugsweise mit einem Kältemittel
wie beispielsweise R134a gefüllt. Der
Verdampfer 6 ist sekundärseitig
von einem flüssigen
Kälteträger beaufschlagt,
wobei es sich vorzugsweise um ein Glykol/Wasser-Gemisch handelt.
-
Das flüssige Kälteträgermedium zirkuliert in einem
Kälteträgerkreislauf 7,
an den ein in einem Klimagerät 8 angeordneter
Kühlkörper 10 sowie
ein Kältespeicher 13 angeschlossen
ist. Das Klimagerät 8 umfaßt ein Gebläse 9,
dem druckseitig der Kühlkörper 10 nachgeordnet
ist, so daß ein
vom Gebläse 9 erzeugter
Luftstrom durch den Kühlkörper 10 geführt wird.
In Strömungsrichtung
des Luftstromes nachgeordnet befindet sich in dem Klimagerät 8 ein
Heizkörper 11.
Die entsprechend dem Bedarf temperierte Luft wird einem Fahrzeuginnenraum 12 zugeführt. Der
Verdampfer 6 ist über eine
Zulaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung 16 mit
einer Verteileinheit 14 verbunden, welche mit einer Zulaufleitung 17 und
einer Rücklaufleitung 18 mit
dem Kältespeicher 13 und über eine
Zulaufleitung 19 und eine Rücklaufleitung 20 mit
dem Kühlkörper 10 verbunden
ist. In der Verteileinheit 14 wird in Abhängigkeit
des jeweiligen Bedarfs an Kälteenergie
das Kälteträgermedium
dem Kühlkörper 10 und/oder
dem Kältespeicher 13 zugeführt.
-
Das Kälteträgermedium wird zentral in einem Verdampfer
abgekühlt.
Die Verteileinheit 14 regelt im Klimatisierungsbetrieb
für den
Fahrzeuginnenraum 12 den Strom des Kälteträgermediums bedarfsabhängig zum
Kühlkörper 10 in
dem Klimagerät 8,
der anstelle eines Verdampfers einer konventionellen Kompressionskälteanlage
vorgesehen ist. Sofern nicht die gesamte Kälteenergie zur Klimatisierung des
Fahrzeuginnenraumes 12 benötigt wird, leitet die Verteileinheit 14 lediglich
einen Teil des durch die Rücklaufleitung 16 vom
Verdampfer 6 strömenden Kälteträgermediums
zu dem Kühlkörper 10,
der andere Teil wird als sogenannter Kälteüberschuß dem Kältespeicher 13 durch
die Zulaufleitung 17 zugeführt. Auf diese Weise wird der
Kältespeicher 13 geladen.
-
Bei Stillstand des Motors und Bedarf
an Kälteleistung
im Klimagerät 8 wird
automatisch ein Strom des Kälteträgermediums
erzeugt, durch den der Rücklauf 18 des
Kältespeichers 13 mit
dem Zulauf 19 des Kühlkörpers 10 verbunden
wird, so daß eine
Abkühlung
der dem Fahrzeuginnenraum 12 zugeführten Luft erfolgt. Ebenso
kann bei nicht ausreichender Leistung des Kälteaggregats 1, beispielsweise
im Falle von niedrigen Kompressordrehzahlen, die im Kältespeicher 13 gespeicherte
Energie zur Unterstützung
der im Verdampfer 6 erzeugten Kälteleistung herangezogen werden.
-
Die 2a zeigt
eine schematische Darstellung der Verteileinheit 14, die
ein Gehäuse 30 aus Kunststoff
mit darin angeordneten Ventilen 21, 22 und 23 sowie
eine erste Pumpe 24 und zweite Pumpe 25 umfaßt. Die
Ventile 21, 22, 23 sind als Vierwegeventile
ausgeführt,
die elektromechanisch betätigbar
sind, und mit denen die Strömungswege
und auch deren Querschnitte stufenlos einstellbar sind. Die Ventile 21, 22, 23 sind über Verbindungsleitungen 27, 28, 29 derart
miteinander verbunden, daß ein Flüssigkeitsring
gebildet wird, an den über
jeweils eines der Ventile 21, 22, 23 der
Verdampfer, der Kühlkörper und
der Kältespeicher
zuschaltbar sind.
-
In der Verbindungsleitung 29 befindet
sich eine erste Pumpe 24, die eine Strömung in dem Kälteträgerkreislauf
erzeugt. Sofern eines der Ventile 21, 22, 23 in
seiner bezüglich
des angeschlossenen Aggregates gesperrten Stellung befindlich ist,
wird ein Strömungskurzschluß zischen
den Anschlüssen,
an denen die Verbindungsleitungen 27, 28, 29 angeschlossen
sind, bewirkt, so daß die
erste Pumpe 24 unabhängig
von der Ventilstellung im Gesamtsystem eine Strömung des Kälteträgermediums erzeugen kann. Aufgrund
des flüssigkeitsseitigen
Druckabfalls im Kühlkörper ist
eine zweite Pumpe 25 zwischen dem Ventil 23 und
der Zuleitung 19 zum Kühlkörper 10 geschaltet,
so daß eine
ausreichende Flüssigkeitsmenge
bzw. ein entsprechender Flüssigkeitsdruck
für den
Kühlkörper in
dem Klimagerät
gewährleistet
ist. Wie aus 2 außerdem ersehen
werden kann, ist eine weitere Anschlußleitung 26 vorgesehen,
die in die Verbindungsleitung 29 mündet und an die Ausgleichsbehälter für das Kälteträgermedium anschließbar ist.
-
In 2b ist
ein Ausschnitt der Einrichtung gemäß 2a dargestellt, wobei die erste Pumpe 24 in
der Verbindungs leitung 28 zwischen dem Ventil 22, das
dem Kältespeicher
zugeordnet ist, und dem Ventil 23, das den Durchfluß zum Kühlkörper steuert,
angeordnet ist. Durch diese Pumpenanordnung wird eine Absenkung
des Innendrucks im Kältespeicher erreicht.
-
Die 3 zeigt
die Anordnung der Ventile 21, 22, 23 und
Pumpen 24, 25 in dem Gehäuse 30 in der räumlichen
Zuordnung. Das Gehäuse 30 ist
im wesentlichen quaderförmig
gestaltet und auf der Außenseite
mit einem Isoliermantel 31 versehen, der vorzugsweise eine
Dicke von ca. 30 mm besitzt. In dem Gehäuse 30 befinden sich
benachbart zu gegenüberliegenden
Wänden 30.1, 30.2 die
Pumpen 24, 25, die jeweils mit als Elektromotor
ausgeführten Pumpenantrieben 34 und 35 versehen
sind. Diese Pumpenantriebe 34, 35 erstrecken sich
parallel zueinander, wobei in dem Zwischenraum, der durch den Abstand
der Pumpenantriebe 34 und 35 gebildet ist, eine
Regelelektronik 32 angeordnet ist.
-
Die Ventile 21, 22, 23 sind
mit elektromechanischen Antrieben bestückt, wobei aus der Darstellung
in 3 lediglich die Antriebe 21.1 und 23.1 zu sehen
sind. Während
die beiden Ventile 21 und 23 parallel zueinander
verlaufen, ist das Ventil 22 im wesentlichen orthogonal
dazu angeordnet. Die Verbindungsleitungen 27, 28, 29,
die den Flüssigkeitsring bilden,
sind ebenfalls aus 3 zu ersehen. Das Ventil 23 ist über ein
Rohrstück 36 mit
der zweiten Pumpe 25 verbunden, wobei an diesem Rohrstück 36 ein
Temperaturfühler 33 angeordnet
ist, welcher mit der Regelelektronik 32 verbunden ist.
An den Gehäusewänden 30.1 und 30.2 sind
die Anschlüsse
für die
Zulauf- und Rücklaufleitungen 15 bis 20 vorgesehen.
-
Die 4 zeigt
eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 3.
Für gleiche
Teile stimmen die Bezugszeichen mit denjenigen der 3 überein. Aus
der Darstellung in 4 ergibt sich,
daß die
beiden Pumpen 24 und 25, bezogen auf den Innenraum des
Gehäuses,
diametral zueinander angeordnet sind, wodurch genügend Raum
geschaffen ist, um die Regelelektronik 32 zwischen den
Pumpen bzw. deren Antrieben anzuordnen. Es ist außerdem möglich, zusätzlich zu
dem Temperaturfühler 33 an
dem Rohrstück 36 zwischen
dem Ventil 23 und der zweiten Pumpe 25 weitere
Temperaturfühler
anzuordnen, wobei es gemäß 4 als zweckmäßig angesehen wird, einen weiteren
Temperaturfühler 37 dem
Anschlußstutzen
des Ventils 21, an den die Rücklaufleitung 16 vom
Verdampfer angeschlossen ist, zuzuordnen und einen weiteren Temperaturfühler 38 an
der Verbindungsleitung 28 zwischen den Ventilen 22 und 23 vorzusehen.
In 4 ist der Antrieb 22.1 für das Ventil 22 zu
sehen.
-
In den 3 und 4 ist die Ummantelung des Gehäuses 30 mit
Isoliermaterial 31 beschrieben. Es ist jedoch ebenso möglich, anstelle
der Ummantelung das Isoliermaterial 31 an der Innenseite
der Gehäusewände vorzusehen.
Dabei liegen dann die Gehäusewände auf
der Außenseite,
was den Vorteil hat, daß das
formsteife und harte Gehäuse 30 eine
Beschädigung
der Isolierschicht gegen mechanische Einwirkungen verhindert.
-
Die 5 zeigt
einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante
zu 3, wobei der innerhalb des Gehäuses 30 zwischen
den eingebauten Komponenten wie Ventilen, Pumpen, Verbindungsund
Anschlußrohren
sowie der Regelelektronik verbleibende Hohlraum mit einem Isoliermaterial 40 gefüllt ist. Hierfür eignet
sich insbesondere ein schäumbares Polypropylen,
das eine geringe Dichte und somit auch ein geringes Gewicht hat.
Auf diese Weise wird nicht nur eine hervorragende thermische Isolierung aller
Bauteile gegen das Gehäuse
erreicht, es sind auch alle Bauteile in ihrer Lage gesichert, so
daß die Einwirkung
von Schwingungen oder Stößen auf
das Gehäuse
ohne Folgen für
die sichere Verbindung und Lage bleibt. Bei der Anordnung gemäß 5 bildet das Gehäuse 30 die Außenseite
der Anordnung, wobei das Gehäuse 30 beispielsweise
aus Metall oder einem anderen harten und formstabilen Material besteht.
-
Die 6 und 7 zeigen Ausschnitte des Gehäuses 30 mit
der Pumpe 25 bzw. dem Pumpenantrieb 35. In dieser
Ausführungsform
ist der Pumpenantrieb 35 in unmittelbarem Kontakt mit dem
metallischen Gehäuse 30 angeordnet.
Diese Maßnahme bewirkt,
daß die
vom Pumpenantrieb entwickelte Wärme
von dem Gehäuse 30 abgeleitet
wird. Um die Wärmeabfuhr
zu verbessern, ist in einem Bereich entlang des Pumpenantriebs 35 das
Gehäuse 30 doppelwandig
ausgeführt,
wobei zwischen parallelen Wandteilen 42 und 43 ein
Kühlluftkanal 44 gebildet ist,
an dessen unterem Ende eine Eingangsöffnung 45 und dessen
oberem Ende eine Austrittsöffnung 46 vorgesehen
sind. Im übrigen
sind die Pumpe 25 und der Pumpenantrieb 35 in
dem Isoliermaterial eingebettet, so daß eine Isolierung gegen die
anderen Komponenten gegeben ist.