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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens zwei Laderäumen, das
ein Kühlsystem
zur Kühlung
der Laderäume
durch Fahren eines Dampfkompressionskälteprozesses (vapour compression cycle)
umfaßt,
wobei das Kühlsystem
einen Kompressor, einen Kondensator und mindestens zwei Verdampfer,
die in einen geschlossenen Kreislauf für ein Kältemittel eingebaut sind, sowie
einen Motor umfaßt,
der den Kompressor antreibt, worin die Verdampfer jeweils in einem
jeweiligen Laderaum angeordnet sind. Es wird angemerkt, daß der Begriff „Fahrzeug", wie er im Rahmen
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, Schiffe und Flugzeuge
einschließen
soll, während
der Begriff „Kühlung" auch Gefrieren bedeuten
soll.
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Ein
Fahrzeug dieser Art ist allgemein bekannt. Das Arbeitsprinzip eines
Dampfkompressionskälteprozesses
sieht wie folgt aus: Der Druck und die Temperatur des Dampfes des
Kältemittels
wird durch den Kompressor erhöht,
bevor das Kältemittel
in den Kondensator eintritt, wo es gekühlt und kondensiert wird und
Wärme an
die Atmosphäre
außerhalb
des zu kühlenden
Raumes abgibt. Der hohe Druck des Fluids wird danach auf Verdampferdruck
und -temperatur mittels eines Entspannungsventils gedrosselt. Innerhalb
des Verdampfers entspannt und verdampft das Fluid, während es
Wärme aus
dem zu kühlenden Raum
absorbiert. Der Dampf am Auslaß des
Verdampfers wird dem Kompressor zugeführt, wodurch somit der Prozeß abgeschlossen
wird.
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Häufig müssen zwei
unterschiedliche Temperaturen in den beiden Laderäumen eines
Fahrzeugs, wie in der Einleitung genannt, aufrechterhalten werden,
zum Beispiel Null°C
(Kühlen)
und minus 20°C
(Gefrieren). Ein Nachteil des bekannten Fahrzeugs besteht darin,
daß das
Kältemittel
mehr Öl
in dem Gefrierraum als in dem Kühlraum
absorbiert, so daß mehr Öl in dem „Gefrier"-Verdampfer als in
dem „Kühl"-Verdampfer vorhanden
ist. Solange das System in Betrieb ist, ist die gesamte Ölmenge,
die vorhanden ist, darauf ausgerichtet und werden keine Probleme
auftreten. Sobald der Gefrierraum die eingestellte Temperatur erreicht
hat, wird jedoch der darin vorhandene Verdampfer ausgeschaltet,
während der
andere Verdampfer weiterhin in Betrieb sein kann. Als Folge wird
das Öl
aus dem „Gefrier"-Verdampfer nicht zum Kompressor zurückfließen, um seine
Schmierfunktion auszuführen.
Wenn die gesamte Ölmenge
gering ist, kann dies dazu führen, daß der Kompressor
festfressen wird.
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Eine
Lösung
dieses Problems im Stand der Technik besteht darin, zusätzliches Öl dem System zuzuführen. Ein
Nachteil dieser Lösung
im Stand der Technik besteht jedoch in der Tatsache, daß ein Risiko
besteht, daß der
Kompressor damit beginnen wird, Öl
statt Gas zu komprimieren, ein Phänomen, das auch „slugging" genannt wird.
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Ein
weiterer Nachteil des Fahrzeugs im Stand der Technik besteht darin,
daß die
Feuchtigkeit der Luft innerhalb der Laderäume auf einen relativ hohen
Wert aufgrund häufigen Öffnens der
Ladetür und/oder
des Einbringens von warmen, feuchten Ladungen ansteigen wird, was
bewirkt, daß die
Verdampfer schnell vereisen. Das Eis muß periodisch entfernt werden,
was durch Verwendung von elektrischen Defrostermitteln oder im Regelfall
durch Umdrehen des Massenstroms in dem besagten Verdampfer durchgeführt werden
kann, wobei als Folge davon der Verdampfer temporär erwärmt wird.
Es muß natürlich für den anderen
Verdampfer möglich sein,
während
des Abtauens weiterhin in Betrieb zu sein. Das Entfernen von Eis
aus den Verdampfern unabhängig
voneinander mittels des zuletzt genannten Verfahrens stellt somit
eine komplexe Angelegenheit dar, die etliche zusätzliche Maßnahmen in Form von Bypass-
und Steuereinrichtungen erfordert.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen Nachteile
des Standes der Technik zu überwinden
und insbesondere ein Fahrzeug bereitzustellen, das Laderäume aufweist
und mit einem Kühlsystem
zur Kühlung
der Laderäume ausgestattet
ist, wobei das System in einer stabilen Weise auf große Temperaturunterschiede
und Temperaturschwankungen in den zu kühlenden Laderäumen und
Vereisen der Verdampfer reagiert, ohne daß dies ungünstige Effekte auf den Gesamtzustand
und -betrieb des Kühlsystems
hat.
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Zur
Lösung
des Problems ist ein Fahrzeug der in der Einleitung genannten Art
dadurch gekennzeichnet, daß das
Kühlsystem
mindestens zwei separate geschlossene Kreisläufe für das Kältemittel zur Aufrechterhaltung
zweier verschiedener Temperaturen in den Laderäumen des Fahrzeugs umfaßt, worin
jeder Kreislauf einen separaten Verdampfer, einen separaten Kompressor
und einen separaten Kondensator enthält, worin die Kreisläufe Steuermittel
zur Regelung des Massenstromes von Kältemittel zu den jeweiligen
Verdampfern enthalten, wobei die Steuermittel Meßmittel enthalten, die mindestens
einen Kühlprozeßparameter
messen können,
und worin die Steuermittel den Massenstrom des Kältemittels zu den jeweiligen
Verdampfern in Abhängigkeit
von dem gemessenen Kühlprozeßparameter
regeln können.
Der mindestens eine Kühlprozeßparameter
ist zum Beispiel die (mittlere) Temperatur in dem Laderaum. Die
Erfindung ermöglicht
es, die Kapazität
der Anlage als Ganzes sowie diejenige der einzelnen Verdampfer an
die herrschenden Bedingungen anzupassen, wodurch ein kontinuierlicher
Betrieb der Anlage sichergestellt wird.
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Vorzugsweise
erstrecken sich die Laderäume
im wesentlichen in der Longitudinalrichtung des Fahrzeugs, so daß Be- und
Entladen der Laderäume auf
eine einfache Weise von der Rückseite
des Fahrzeugs erfolgen können.
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Vorzugsweise
sind die Laderäume
voneinander durch eine Trennwand getrennt, so daß jeder Laderaum auf seine
eigene jeweilige Temperatur gekühlt
werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Trennwand herausgenommen werden oder bilden die Laderäume gemeinsam
einen verbundenen Laderaum. In dem letztgenannten Fall bilden die
Laderäume
imaginäre
Räume in
dem Gesamtladeraum. Die separate Kreisläufe umfassende Anordnung macht
dadurch einen speziellen Vorteil aus, da sie ermöglicht, das Kühlvermögen des
Laderaums an die herrschenden Bedingungen in einer sehr flexiblen
Art anzupassen.
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Vorzugsweise
sind die mindestens zwei Systemkomponenten, umfassend den Motor,
die Kompressoren, die Kondensatoren und die Verdampfer in einem
gemeinsamen Gehäuse
untergebracht. Dies ermöglicht
eine kompakte, kosteneffiziente Herstellung und Installation des
Kühlsystems.
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In
einer Ausführungsform
umfassen die Meßmittel
eine Uhr, worin der gemessene Kühlprozeßparameter
die Zeit umfaßt,
während
derer das Kühlsystem
in Betrieb ist, oder umfassen die Meßmittel Eisdetektionsmittel,
die das Vorhandensein von Eis auf den einzelnen Verdampfern detektieren
können,
wobei der gemessene Kühlprozeßparameter das
detektierte Vereisen umfaßt.
Die Verdampfer sind vorzugsweise mit Defrostermitteln, vorzugsweise
elektrischen Defrostermitteln, ausgestattet, die durch die Eisdetektionsmittel
und/oder durch die Uhr gesteuert werden.
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Vorzugsweise
können
die Steuermittel den Massenstrom in einem der geschlossenen Kreisläufe periodisch
oder in Abhängigkeit
vom detektierten Vorhandensein von Eis umdrehen, um das Eis aus dem
Verdampfer zu entfernen.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Kühlsystem, das
zur Verwendung in einem Fahrzeug gemäß der Erfindung offensichtlich
geeignet ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen von mindestens zwei Laderäumen eines Fahrzeugs
durch Fahren eines Dampfkompressionskälteprozesses, worin ein Kältemittel
durch einen geschlossenen Kreislauf geführt wird, der einen Kompressor,
einen Kondensator und mindestens zwei Verdampfer umfaßt, worin
der Kompressor von einem Motor angetrieben wird und worin die Verdampfer
jeweils in einem jeweiligen Laderaum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das
Kältemittel durch
mindestens zwei voneinander getrennte geschlossene Kreisläufe zur
Aufrechterhaltung von zwei verschiedenen Temperaturen in den Laderäumen des
Fahrzeugs geführt
wird, worin jeder Kreislauf einen separaten Verdampfer, einen separaten Kompressor
und einen separaten Kondensator enthält.
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Die
US-Patentschrift Nr. 5,389,035 (Ishida) offenbart ein Schienenfahrzeug
mit zwei Klimaanlagen 1 und 2, die jeweils mit deren eigenen ersten
Leitungen für
Luftzufuhr, zweiten Leitungen für
Umluft, dritten Leitungen für
Luftauslaß,
Luftkonditioniermitteln und Entlüftungsmitteln
mit einem axialen Lüfter ausgestattet
sind, um die Luft zu konditionieren, wobei die Räume in Form eines Rauchen gestattenden Raumes
und eines Verbotsraum vorliegen, wobei die Räume voneinander durch eine
Isolierwand getrennt sind. Der Unterschied zwischen diesem bekannten Stand
der Technik und der Erfindung besteht darin, daß die Erfindung zwei verschiedene
Temperaturen in den Laderäumen
aufrecht erhält.
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Die
Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die in einer Zeichnung
dargestellten Figuren erläutert
werden, in denen:
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1 ein
Schemadiagramm ist, das das physikalische Prinzip des vorliegenden
Kühlsystems zeigt;
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2 eine
schematische Darstellung eines Kühlsystems
gemäß dem Stand
der Technik ist; und
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3 eine
schematische Darstellung eines Kühlsystem
gemäß der Erfindung
ist.
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Das
Schemadiagramm von 1 zeigt den Weg einer konstanten
Kältemittelmasse
beim Transport auf einer Temperatur und einem Druck, der mit dem
Kondensator verbunden ist, durch das Entspannungsventil, durch den
Dampfer, zum Kompressor und schließlich zurück zum Kondensator. Beginnend bei
Punkt 1 in dem Diagramm, der dem Zustand des gesättigten Fluids bei der Temperatur
und dem Druck des Kondensators entspricht, umfaßt das Kühlsystem die folgenden Prozesse:
- 1 2 Ein Drosselprozeß umfaßt einen Druck- und Temperaturabfall.
Die Zustände
zwischen dem Original- und dem Endzustand des Fluids während eines
Drosselprozesses können
nicht mittels thermodynamischer Koordinaten bezüglich des Kühlsystems als ganzes beschrieben
werden und demzufolge können
sie nicht an Punkten in dem PV-Diagramm dargestellt werden. Dies
alles ist nun in einer Punktlinie zwischen 1 und 2 dargestellt.
- 2 3 Isotherme, isobarische Verdampfung, wobei Wärme Qk vom Kältemittel
bei einer niedrigen Temperatur Tk absorbiert
wird, wodurch der Laderaum gekühlt
wird.
- 3 4 Adiabatische Kompression des Dampfes auf eine Temperatur,
die höher
als diejenige des Kondensators Tw ist.
- 4 1 Isobarische Kühlung
und Kondensation bei einer Temperatur Tw.
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2 zeigt
ein herkömmliches,
kompaktes Kühlsystem
gemäß dem Stand
der Technik zur Kühlung
(bei näherungsweise
0°Celsius)
oder zum Gefrieren (bei näherungsweise –20°Celsius)
von Laderäumen
A und B eines Lastwagens. Das Kühlsystem umfaßt einen
Kompressor 2, der von dem Motor des Lastwagens, von einem
separaten Dieselmotor oder von einer elektrischen Antriebseinheit 1 angetrieben wird,
einen Kondensator 3, ein Entspannungsventil 4, einen
Verteiler 5 und zwei Verdampfer 6. Außerdem ist
ein mit dem Entspannungsventil verbundener Temperatursensor 7 sowie
ein mit dem Drucksensor 9 verbundener Anlaßregler 8 vorgesehen.
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Der
Druck und die Temperatur des gasförmiges Kältemittels werden durch den
Kompressor 2 erhöht,
wonach das Kältemittel
in den Kondensator 3 eintritt, wo es kondensiert und Wärme zur
Atmosphäre
außerhalb
der zu kühlenden
Laderäume
abgibt. Das Fluid unter hohem Druck wird dann auf den gewünschten
Verdampfungsdruck und die gewünschte Verdampfungstemperatur
durch das Entspannungsventil 4 in Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen
(gemessen durch den Temperatursensor 7) bei den vorhandenen
Verdampfern 6 gedrosselt. Der Massenstrom zu den beiden
Verdampfern wird mittels Ventile 10 gesteuert, die mit
Thermostaten in den jeweiligen Laderäumen verbunden sind. Wenn der Massenstrom
zu den beiden Verdampfern 6 abgeschaltet wird, wird der
Motor 1 ausgeschaltet werden. Das Kältemittel tritt in die Verdampfer 6 über die
Verteiler 5 und entspannt und verdampft dort, wodurch es
Wärme aus
der umgebenden Atmosphäre
in dem zu kühlenden
Laderaum absorbiert. Das Kältemittel, das
nun gasförmig
ist, wird zum Kompressor über den
Anlaßregler 8 zurückgeführt, wodurch
somit der Kreislauf komplett ist.
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Die
Funktion des Anlaßreglers 8 besteht
darin, das Kühlvermögen zu regeln,
wenn das Kühlsystem überlastet
ist, zum Beispiel wenn neue relativ heiße Ladungen in den Laderaum
eingebracht werden oder wenn die Türen des Laderaums für eine längere Zeitdauer
offen bleiben. Dies äußert sich
selbst in einem übermäßigen Druck
am Einlaß des
Kompressors 2, wobei als Folge dessen das von dem Kompressor 2 verlangte
Vermögen
zu hoch sein wird. Der übermäßige Druck
wird von dem Drucksensor 9 registriert, der den Anlaßregler 8 zum
Drosseln des Durchflusses von Kühlgas
ansteuert. Eine einfachere Alternative, die auch häufig verwendet
wird, besteht darin, eine Maßnahme
zu verwenden, die nicht zuläßt, daß mehr als
eine vorab festgelegte (maximale) Menge von Gas hindurchgeht.
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Unter
Bezugnahme auf 3 werden zwei separate Kreisläufe gemäß der Erfindung
verwendet, einer für
jeden der Laderäume
A und B, wobei jeder einen Kompressor 2, einen Kondensator 3 und
einen Verdampfer 6 umfaßt. In der bevorzugten Ausführungsform
werden beide Kreisläufe
von einem gemeinsamen Motor 1, zum Beispiel dem Motor des Fahrzeugs
selbst, angetrieben, aber es ist auch möglich, daß jeder Kreislauf seinen eigenen
Motor 1 aufweist. Die Verdampfer 6 in den jeweiligen
Laderäumen
A und B sind mit Eisdetektionsmitteln 12 ausgestattet,
die mit einer Steuereinheit 13 verbunden sind. Die Eisdetektionsmittel
können
in Form von Druckdifferenzmeßgeräten vorliegen,
die die Druckdifferenz zwischen dem Lufteinlaß und dem Luftauslaß der Luftströmung nach
dem Verdampfer messen. Das Vereisen behindert die Luftströmung an
dem Verdampfer vorbei, die mittels eines Lüfters erzeugt wird, so daß eine meßbare Luftdruckdifferenz
erzeugt wird. Anstelle der Verwendung eines Eisdetektionsmittels
ist es auch möglich,
einen Zeitschalter zu verwenden, der den Defrosterprozeß zu vorab
festgelegten Zeitpunkten aktiviert. Wenn das Vorhandensein von Eis
an einem der Verdampfer 6 detektiert wird oder wenn die
vorab festgelegte Zeitdauer verstrichen ist, kann die Steuereinheit 13 mit
besagtem Verdampfer 6 verbundene elektrische Defrostermittel 6 aktivieren.
Gleichzeitig oder unabhängig
davon kann die Steuereinheit 13 den mit besagtem Verdampfer
verbundenen Kompressor 2 vom Motor mittels elektromagnetischer
Verbindungsmittel 15 trennen oder sogar die Richtung des
Massenstroms mittels einer Ventilanordnung (nicht gezeigt) umdrehen, um
schnelles Defrosten besagtem Verdampfers 6 zu bewirken,
während
der andere Kühlkreislauf
in Betrieb bleibt. Die Verbindungsmittel 15 werden auch durch
Thermostate in den jeweiligen Laderäumen A und B gesteuert, die
besagten Kreislauf ausschalten werden, wenn die gewünschte Temperatur
erreicht ist.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
sind der Motor 1, die Kompressoren 2 und die Kondensatoren 3 gemeinsam
in einem Gehäuse 16 plaziert.
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Es
wird angemerkt, daß,
wenn die Trennwand zwischen den beiden Laderäumen A und B entfernt wird,
beide Verdampfer 6 zum Kühlen des auf diese Weise gebildeten
einen Laderaums zur Verfügung
stehen. Der Vorteil davon besteht darin, daß eine bessere Steuerung des
Vermögens
des Kühlsystems
nicht nur durch Drosseln des Massenstroms sondern auch durch die
selektive Aktivierung beider Kreisläufe möglich ist. In der Praxis hat
sich die Steuerung des Vermögens
lediglich durch Drosseln als hochproblematisch in den stark veränderlichen
Zuständen
eines Transportladeraums gezeigt. Die zusätzliche Möglichkeit des Anschließens oder
Trennens eines zusätzlichen
Kühlkreislaufes
weist große Vorteile
in dem Fall auf.