DE19838880C5

DE19838880C5 - Einrichtung zum Kühlen eines Innenraumes eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19838880C5
Application number: DE19838880A
Authority: DE
Inventors: Günther Dr. Feuerecker; Ulrich Dipl.-Ing. Salzer; Markus Dipl.-Ing. Schmid
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: DE19838880C2; DE19838880A1; US6112543A

Abstract

Einrichtung zum Kühlen für ein Kraftfahrzeug mit einem Sekundärkreislauf (26) zur Übertragung der in einem Verdampfer (24) eines primären Kältekreislaufes (14) eines Kälteaggregats (12) erzeugten Kälte mittels eines Kälteträgers zu wenigstens einem Kältespeicher (32) und/oder zu wenigstens einem Wärmeübertrager (34) zur Abkühlung der einem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft, wobei der Sekundärkreislauf (26) eine Regel- und Verteileinheit (30; 130; 230) aufweist, mit der ein in der Menge einstellbarer erster Anteil des Kälteträgerstroms dem Kältespeicher (32) in einem Speichernebenkreislauf und ein ebenfalls in der Menge einstellbarer, zweiter Anteil dem Wärmeübertrager (34) in einem Wärmeübertragernebenkreislauf zuführbar ist, wobei der Speicherneben- (38) und/oder der Wärmeübertragernebenkreislauf (40) jeweils über Vierwegeventile (54 und 56) der Regel- und Verteileinheit (30) mit dem Hauptkreislauf (36) des Sekundärkreislauf (26) koppelbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen eines Innenraumes eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Einrichtung zum Kühlen eines Innenraumes ist aus der DE 43 27 866 C1 bekannt und weist einen primären Kältekreislauf auf, der aus einem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsorgan und einem Verdampfer besteht. Der Verdampfer ist als Flüssig/Flüssig-Warmeübertrager ausgebildet und überträgt die im Primärkreislauf von dem Verdampfer erzeugte Kälte auf einen Kälteträger eines Sekundärkreislaufes, in dem ein Kältespeicher und ein Wärmeübertrager, der zur Abkühlung der einem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft dient, angeordnet sind. Der Kältespeicher ist seriell zu dem Wärmeübertrager in dem Sekundärkreislauf angeordnet und über einen Bypass überbrückbar. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Einrichtung zum Kühlen eines Innenraumes ist, daß beim Aufladen des Speichers stets der Wärmeübertrager von dem Kältetransportmittel durchströmt werden muß. Wenn der Wärmeübertrager nicht gebraucht wird, weil beispielsweise kein Kältebedarf besteht, wird beim Laden des Speichers der Wärmeübertrager vereisen oder zumindest Kondenswasser an dem Wärmeübertrager niederschlagen, was zur Bildung von unangenehmen Geruch durch Ansiedeln von Bakterien führt. Der Wärmeübertrager ist üblicherweise luftseitig zwangsdurchströmt, wodurch ein ständiger Verlust an Kälteleistung vorliegt. Weiter nachteilig ist, daß die im Verdampfer des Primärkreislaufes erzeugte Kälte nicht beliebig auf den Wärmeübertrager und den Kältespeicher verteilt werden kann.
Aus der DE 196 29 114 A1 ist eine Einrichtung zum Kühlen eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges bekannt, die ebenfalls einen kälteerzeugenden Primärkreislauf aufweist, mit einem Verdampfer, über den die Kälte in einen Sekundärkreislauf übertragen wird. Der Sekundärkreislauf weist eine Ventileinheit auf, mit der die erzeugte Kälte optional auf ein oder zwei Wärmeübertrager zur Abkühlung der einem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft übertragen werden kann. Als Kälteträger findet im Sekundärkreislauf ein Wasser/Glysantingemisch Verwendung. Nachteilig an dieser bekannten Klimaanlage ist, daß kein Kältespeicher vorgesehen ist, so daß eine Standklimatisierung oder eine ausreichende Kälteleistung im Spitzenbedarfsbereich nicht gegeben ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Einrichtung zum Kühlen eines Innenraumes bereitzustellen, bei der die in einem Primärkreislauf erzeugte Kälte optimal über einen Sekundärkreislauf auf die einzelnen Verbraucher, wie beispielsweise den Kältespeicher und den Wärmeübertrager verteilt werden kann und die einen optimalen Einsatz des Kältespeichers bei der Standklimatisierung oder im Spitzenlastbereich ermöglicht und damit eine Komfortverbesserung für Fahrzeuginsassen erreicht wird. Die vorerwähnten Nachteile des Standes der Technik, wie beispielsweise ein Vereisen des Wärmeübertragers sollen dabei vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zum Kühlen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß weist der Sekundärkreislauf eine Regel- und Verteileinheit auf mit der ein in der Menge einstellbarer, erster Anteil des Kälteträgerstroms dem Kältespeicher und ein ebenfalls in der Menge einstellbarer, zweiter Anteil dem Wärmeübertrager zuführbar ist. Wenn jeweils nur ein Anteil des Kälteträgerstroms dem Kältespeicher und dem Wärmeübertrager zugeführt werden kann, können auch bei Kälteträgertemperaturen deutlich unter 0°C, wie sie zum Beladen des Kältespeichers benötigt werden, die Vorlauftemperaturen an dem Kälteträger/Luft-Wärmeübertrager zur Abkühlung der dem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft so eingestellt werden, daß das Vereisen des Wärmeübertragers ausgeschlossen ist. Die Kälteleistung ist dann beliebig auf den Kältespeicher und den Wärmeübertrager aufteilbar.
Auch beim Entladen des Kältespeichers, beispielsweise bei der Standklimatisierung weist die erfindungsgemäße Einrichtung zum Kühlen den Vorteil auf, daß nur ein in der Menge einstellbarer Anteil des im Sekundärkreislauf zirkulierenden Kälteträgers dem Wärmeübertrager zuführbar ist, so daß wenn beispielsweise die volle Kälteleistung des Kältespeichers bei der Standklimatisierung nicht erforderlich ist, diese auch nicht voll auf den Wärmeübertrager übertragen werden muß, wie dies bei der aus der DE 43 27 866 C1 bekannten Einrichtung zum Kühlen ausschließlich möglich ist. Die Kälteleistung des Wärmeübertragers ist damit weitgehend unabhängig von der den Wärmeübertrager durchströmenden Luftmenge einstellbar.
Weiter vorteilhaft ist, daß der Wärmeübertrager speziell zur Abkühlung der Luft ausgelegt sein kann und optimale Übertragungsleistungen erzielbar sind. Der aus der DE 43 27 866 C1 bekannte Wärmeübertrager kann hingegen nicht optimal angepaßt sein, da er sowohl zur Abkühlung als auch zur Erwärmung der Luft dient und diese beiden Anforderungen nicht in einem Wärmeübertrager optimal erfüllbar sind.
Bevorzugt weist der Sekundärkreislauf einen Hauptkreislauf auf, in dem durch eine Umlaufpumpe der Kälteträger zirkuliert. Von diesem Hauptkreislauf können bedarfsweise die ersten und zweiten Anteile des Kälteträgerstroms für den Kältespeicher bzw. den Wärmeübertrager abgezweigt werden, wozu in der Regel- und Verteileinheit entsprechende Mittel vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise weist der Sekundärkreislauf noch einen Speichernebenkreislauf auf, dem der erste Anteil des Kälteträgerstroms zuführbar ist, zum Laden und Entladen des Kältespeichers sowie einen Wärmeübertragernebenkreislauf, dem der zweite Anteil des Kälteträgerstroms zuführbar ist; zum Beaufschlagen des Wärmeübertragers mit dem Kälteträger. Durch diese Ausgestaltung sind einfache Möglichkeiten geschaffen, die im Verdampfer des Primärkreislaufes erzeugte Kälte auf den Kältespeicher und den Wärmeübertrager zu übertragen bzw. die im Kältespeicher gespeicherte Kälte in den Hauptkreislauf einzuspeisen und die Kälte bedarfsweise in den Wärmeübertragernebenkreislauf einzukoppeln.
Wenn die Regel- und Verteileinheit eine in dem Wärmeübertragernebenkreislauf angeordnete, zweite Umlaufpumpe aufweist, kann mit dieser in dem Wärmeübertragernebenkreislauf ein Mindestmassenstrom aufrechterhalten werden, so daß ein hoher Massenstrom durch den Wärmeübertrager gewährleistet ist, wobei der hohe Massenstrom unabhängig von dem Kälteträgermassenstrom im Hauptkreislauf regelbar ist. Dadurch ist eine relativ geringe Aufwärmung des Kälteträgers in diesem Nebenkreislauf erreichbar. Der in dem Wärmeübertragernebenkreislauf zirkulierende Kälteträger weist dann eine geringe Aufwärmung im Wärmeübertrager auf, wodurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung der Luft, die durch den Wärmeübertrager abgekühlt wird, über den Querschnitt des Wärmeübertragers erreichbar ist. Eine sogenannte "Strähnigkeit" der klimatisierten Luft ist dadurch vermieden und der Komfort für in dem Fahrzeuginnenraum befindlichen Fahrzeuginsassen erhöht.
Damit der Kältespeicher, beispielsweise wenn er voll geladen ist, und der Wärmeübertrager, wenn er nicht gebraucht wird, nicht mit dem Kälteträger durchströmt werden, sind der Speicherneben- und der Wärmeübertragernebenkreislauf von dem Hauptkreislauf bevorzugt über Vierwegeventile der Regel- und Verteileinheit abkoppelbar.
Andererseits sind durch entsprechendes Betätigen der Vierwegeventile die Nebenkreisläufe bedarfsweise wieder mit dem Hauptkreislauf koppelbar, und entsprechend der Stellung der Vierwegeventile strömt jeweils nur ein Anteil von dem im Hauptkreislauf zirkulierenden Kälteträgerstroms in den entsprechenden Nebenkreislauf und/oder umgekehrt.
In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist der Speicherneben- bzw. Wärmeübertragernebenkreislauf mit nur einem Vierwegeventil an den Hauptkreislauf angeschlossen, so daß sowohl ein Zufluß als auch ein Rückfluß des Nebenkreislaufes an dasselbe Vierwegeventil angeschlossen ist. Auf diese Weise kann durch Betätigen nur eines Vierwegeventils der Grad der Kopplung zwischen dem entsprechenden Nebenkreislauf und dem Hauptkreislauf eingestellt werden und zwar im Bereich von völliger Trennung des Nebenkreislaufs von dem Hauptkreislauf bis hin zu vollständiger Kopplung, bei der der gesamte Kälteträgerstrom des Hauptkreislaufs auch den Nebenkreislauf durchströmt.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß weitere Wärmeübertrager und/oder Mittel zur Flächen- oder Bauteilkühlung und/oder weitere Kältenutzer, wie beispielsweise ein Kühlschrank und/oder weitere Kältespeicher über die Regel- und Verteileinheit an den Hauptkreislauf und/oder auch an einen der Nebenkreisläufe ankoppelbar sind und somit die erfindungsmäßige Einrichtung zum Kühlen sehr variabel einsetzbar ist. Beispielsweise könnte in Nutzfahrzeugen ein weiterer Wärmeübertrager zur separaten Klimatisierung einer Schlafkabine vorgesehen sein.
Damit beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung als Standklimaanlage, also bei ausgeschaltetem Kälteaggregat, der Verdampfer des primären Kältekreislaufes nicht durchströmt werden muß, ist in einer Ausgestaltung der Erfindung parallel zum Verdampfer ein Bypass vorgesehen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1-6 Schematische Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Kühlen eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, wobei die einzelnen Figuren verschiedene Betriebszustände der Einrichtung darstellen;
7 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;
8 und 9 schematische Darstellungen einer dritten und vierten Ausführungsform der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Einrichtung 10 zum Kühlen eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges weist ein Kälteaggregat 12 auf, das einen primären Kältekreislauf 14 enthält, der aus über Kältemittelleitungen 16 verbundenem Kompressor 18, Kondensator 20, Expansionsorgan 22 und Verdampfer 24 besteht. Selbstverständlich sollten im primären Kältekreislauf 12 in bekannter Weise ein Kältemitteltrockner und ein Kältemittelsammler vorgesehen sein.
Der Verdampfer 24 ist als Kältemittel/Flüssig-Wärmeübertrager ausgebildet und einerseits von dem Kältemittel des primären Kältekreislaufes 14 und andererseits von einem in einem Sekundärkreislauf 26 umlaufenden Kälteträger beaufschlagbar, so daß die in dem Verdampfer 24 erzeugte Kälte auf den Kälteträger des Sekundärkreislaufs 26 übertragbar ist.
Der Kälteträger kann ein beliebiger, geeigneter Kälteträger sein; jedoch wird vorzugsweise ein Wasser/Glysantingemisch eingesetzt. Der Umlauf des Kälteträgers in dem Sekundärkreislauf 26 wird durch eine Umlaufpumpe 28 sichergestellt.
Weiter weist der Sekundärkreislauf 26 eine Regel- und Verteileinheit 30 auf, mit der ein in der Menge einstellbarer erster Anteil des Kälteträgerstroms einem Kältespeicher 32 und ein ebenfalls in der Menge einstellbarer zweiter Anteil des Kälteträgerstroms einem Wärmeübertrage 34 zuführbar ist.
Der Kältespeicher 32 ist über den Sekundärkreislauf 26 mit Kälte beladbar und kann die gespeicherte Kälte, wie weiter unten detailliert beschrieben, wieder in den Sekundärkreislauf 26 zurückspeisen. Der Wärmeübertrager 34 dient der Abkühlung von Luft, die einem Fahrzeuginnenraum zur Klimatisierung des Innenraums zuführbar ist. Die klimatisierte Luft ist durch einen Pfeil 37 angedeutet. Ein Gehäuse zur Luftführung sowie weitere Einzelheiten der Luftführung und der Luftbeförderung, beispielsweise ein Luftführungsgehäuse, Gebläse, Luftklappen und dgl., sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Der Wärmeübertrager 34 kann Bestandteil eines beispielsweise in einer Armaturentafel des Kraftfahrzeuges angeordneten Klimagerätes sein und dort den ansonsten üblichen Verdampfer ersetzen.
In einem ersten, in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel, ist der Sekundärkreislauf 26 aufgebaut aus einem Hauptkreislauf 36, einem Speichernebenkreislauf 38 und einem Wärmeübertragernebenkreislauf 40. Der Hauptkreislauf 36 setzt sich zusammen aus Kälteträgerleitungen 42, 44, 46, 48 und 50, wobei die Leitung 48 die Umlaufpumpe 28 enthält. Die einzelnen Leitungen 42 bis 50 des Hauptkreislaufes 36 sind über Vierwegeventile 52, 54 und 56 miteinander verbunden, deren Funktion und Arbeitsweise weiter unten beschrieben ist. Die Regel- und Verteileinheit 30 enthält in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen die Vierwegeventil 52, 54, 56, die Umlaufpumpe 28 und die entsprechenden Kälteträgerleitungen 44, 46, 48. Ein Ausgleichsbehälter 58 ist vorgesehen, damit eine stets ausreichende Kälteträgermenge in dem Sekundärkreislauf 26 vorliegt und Volumenänderungen bei Erwärmung bzw. Abkühlung des Kälteträgers ausgeglichen werden können. Auch andere Anschlußpunkte für den Ausgleichsbehälter 58 als der in 1 dargestellte sind möglich.
Über das Vierwegeventil 56 ist der Wärmeträgernebenkreislauf 40 an den Hauptkreislauf 36 ankoppelbar bzw. von diesem trennbar. Der Wärmeübertragernebenkreislauf 40 besteht aus einer Kälteträgerleitung 60, dem Wärmeübertrager 34 und einer Kälteträgerleitung 62, wobei die Kälteträgerleitung 60 eine zweite Umlaufpumpe 64 enthält, die in dem Wärmeübertragernebenkreislauf 40 befindliche Kälteträgermenge mit einem bestimmten Massenstrom in dem Wärmeübertragernebenkreislauf 40 umpumpt.
Über das Vierwegeventil 54 ist in gleicher Weise der Speichernebenkreislauf 38 mit dem Hauptkreislauf 36 verbindbar und besteht aus einer Kälteträgerleitung 66, dem Kältespeicher 32 und einer Kälteträgerleitung 68, wobei die Kälteträgerleitung 66 optional aber nicht notwendigerweise eine dritte Umlaufpumpe 70 aufweist, mit der ein bestimmter Massenstrom im Speichernebenkreislauf 38 aufrechterhalten werden kann.
Mittels Verstellen der Vierwegeventile 52, 54 und 56 lassen sich verschiedene Betriebsweisen der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Kühlen verwirklichen. Jedes der Vierwegeventile 52, 54 und 56 weist einen Drehschieber 72 auf, in Abhängigkeit dessen Winkelstellung vier Anschlüsse a, b, c und d jedes Vierwegeventils in geeigneter Weise, vorzugs weise stufenlos verstellbar, miteinander verbunden sind.
In 1 ist eine erste Betriebsart dargestellt, bei der der Kältespeicher 32 mit voller Leistung geladen wird. Dazu wird der Kälteträger im Verdampfer 24 maximal abgekühlt und durchläuft folgende Komponenten in Pfeilrichtung 73 und wie dies von der Umlaufpumpe 28 auch vorgegeben ist: Leitung 42 – Vierwegeventil 52 über die Anschlüsse b und a – Leitung 44 – Vierwegeventil 54 über die Anschlüsse c und b – Leitung 66 – Kältespeicher 32, der dabei abgekühlt wird und die Kälte speichert – Leitung 68 – Vierwegeventil 54 über die Anschlüsse a und d – Leitung 46 – Vierwegeventil 56 über die Anschlüsse a und b – Leitung 48 – Umlaufpumpe 28 – Vierwegeventil 52 über die Anschlüsse d und c und schließlich über die Leitung 50 zurück in den Verdampfer 24. Der Speichernebenkreislauf 38 ist dabei vollständig an den Hauptkreislauf 36 über das Vierwegeventil 54 angekoppelt, so daß der gesamte Kälteträgerstrom auch den Speichernebenkreislauf 38 durchläuft. Der Wärmeübertragernebenkreislauf 40 ist durch das Vierwegeventil 56 vollständig vom Hauptkreislauf 36 abgekoppelt und damit außer Funktion. In dieser Betriebsart darf der Kälteträger eine Temperatur unter 0°C, die für ein Beladen des Kältespeichers 32 mit Kälte notwendig ist, aufweisen, da durch die Abkopplung des Wärmeübertragernebenkreislaufes 40 eine Vereisung des Wärmeübertragers 34 ausgeschlossen ist.
In 2 ist eine Betriebsart dargestellt, bei der der Speichernebenkreislauf 38 abgekoppelt ist und der Wärmeübertragernebenkreislauf 40 voll an den Hauptkreislauf 36 angekoppelt ist, so daß die in dem Verdampfer 24 erzeugte Kälte voll an den Wärmeübertrager 34 abgegeben wird. In diesem Fall darf die Temperatur des Kälteträgers nicht derart niedrig sein, daß eine Vereisung des Wärmeübertragers 34 auftreten könnte. Das ist dann der Fall, wenn der Leistungsbedarf des Wärmeübertragers 34 sehr hoch ist und die Temperatur des Kälteträgers deshalb nicht unter einen kritischen Wen sinkt. Bei nicht so hohem Leistungsbedarf kann eine unkritische Temperatur des Kälteträgers dadurch erreicht werden, daß der primäre Kältekreislauf 14 in einem sogenannten "Cycle/Clutch" Modus betrieben wird und dadurch der Kälteträger in dem Verdampfer 24 nur auf eine durch den "Cycle/Clutch" Betrieb festgelegte Temperatur abgekühlt werden kann.
In 3 ist ein Betriebsmodus dargestellt, bei der die erfindungsgemäße Einrichtung zum Kühlen als Standklimaanlage einsetzbar ist. Der Kältekreislauf ist dabei außer Funktion und die notwendige Abkühlung des Kälteträgers wird ausschließlich durch den Kältespeicher 32, der durch die entsprechende Stellung des Vierwegeventils 54 vollständig an den Hauptkreislauf 36 angeschlossen ist, erreicht. Das Vierwegeventil 52 kann, wie dargestellt, derart geschaltet sein, daß die Anschlüsse d und a miteinander verbunden sind, so daß der Verdampfer 24 von dem Kälteträger nicht durchströmt wird. Es ist aber auch denkbar, daß das Vierwegeventil 52 gänzlich fehlt und der Kälteträger den Verdampfer 24 durchströmt, ohne daß dieser Durchströmung eine weitere Funktion zukäme.
Über das Vierwegeventil 56 ist der Wärmeübertragernebenkreislauf 40 an den Hauptkreislauf 36, der den abgekühlten Kälteträger enthält, ankoppelbar und zwar kann diese Ankopplung je nach Bedarf stärker oder schwächer sein. In der dargestellten Stellung des Vierwegeventils 56 sind die Anschlüsse a und b sowie c und d miteinander verbunden und darüber hinaus kann der Kälteträger von a nach d und entsprechend von c nach b überströmen, wobei der Anteil des überströmenden Kälteträgerstroms von der Winkelstellung des Drehschiebers 72 des Vierwegeventils 56 abhängt, so daß ein in der Menge einstellbarer Anteil des Kälteträgerstroms dem Hauptkreislauf 36 entnommen und dem Wär meübertragernebenkreislauf zuführbar ist. Dieser dem Hauptkreislauf 36 entnommene Anteil des Kälteträgerstroms wird beim Überströmen von c nach b dem Hauptkreislauf 36 wieder zugeführt.
Auf diese Weise kann die erforderliche Kälteleistung des Wärmeübertragers 34 bis zur maximal möglichen Kälteleistung des Kältespeichers 32 geregelt werden. Die maximal mögliche Kälteleistung wird erreicht, wenn der Drehschieber 72 des Vierwegeventils 56 sich in einer Stellung, wie in 2 dargestellt, befindet, also wenn die Anschlüsse a und d sowie b und c miteinander verbunden sind. Dieses dosierbare Ankoppeln an den Hauptkreislauf 36 und damit das Einstellen der Kälteleistung des Wärmeübertragers 34 ist ein wesentliches Element der Erfindung.
In der in 4 dargestellten Betriebsart sind sowohl der Kältespeicher 32 als auch der Wärmeübertrager 34 voll in den Hauptkreislauf 36 eingekoppelt und auch der Verdampfer 24 wird durchströmt, so daß bei voller Kälteleistung des Kälteaggregats 12 und vollbeladenem Kältespeicher 32 in dieser Betriebsart eine maximale Kälteleistung am Wärmeübertrager 34 abrufbar ist, was beispielsweise wünschenswert ist, wenn ein Fahrzeug, das lange in der Sonne gestanden hat und der Innenraum sich entsprechend aufgeheizt hat, in möglichst kurzer Zeit abgekühlt werden soll.
In 5a ist eine Betriebsart dargestellt, bei der sowohl der Speichernebenkreislauf 38 als auch der Wärmeübertragernebenkreislauf 40 lediglich teilweise an den Hauptkreislauf 36 angekoppelt sind, so daß jeweils ein in der Menge einstellbarer Anteil des Kälteträgerstroms dem Kältespeicher und ein ebenfalls in der Menge einstellbarer Anteil dem Wärmeübertrager 34 zuführbar ist. Diese Betriebsart wird beispielsweise dann eingesetzt, wenn während des Betriebs der Einrichtung zum Kühlen 10 sowohl der Kältespeicher 32 geladen werden soll als auch die Luft für den Fahrzeuginnenraum abgekühlt werden soll. Die im Kälteaggregat 12 erzeugte Kälte wird dann über die entsprechend dem erforderlichen Bedarf eingestellte Vierwegeventiles 54 und 56 auf den Kältespeicher 32 und den Wärmeübertrager 34 aufgeteilt.
In einer derartigen Betriebsart wird zu Beginn des Ladevorganges der Wärmeübertragernebenkreislauf 40 voll an den Hauptkreislauf 36 angekoppelt sein, wie in 5b dargestellt. Die Anschlüsse c und b sowie a und d des Vierwegeventils 56 sind dann miteinander verbunden. Über das Vierwegeventil 54 wird der Grad der Ankopplung des Kältespeichers 32 an den Hauptkreislauf 36 bestimmt. Der Grad der Ankopplung ist abhängig von der Temperatur des Kälteträgers, der an dem Wärmeübertrager 34 erforderlichen Kälteleistung und dem Ladezustand des Kältespeichers 32. Im Verlauf des Ladens wird der Kältespeicher 32 immer stärker an den Hauptkreislauf 36 angekoppelt werden, bis er schließlich voll angekoppelt ist. Dann wird es im Verlauf des weiteren Ladens notwendig sein, dem Wärmeübertrager 32 nur noch einen Teil des Kälteträgerstroms zuzuführen, damit der Wärmeübertrager 34 nicht vereist. Dies ist in 5c dargestellt.
Wenn nach Aufladen des Kältespeichers 32 dieser maximal mit Kälte beladen ist, wird das Vierwegeventil 54 in die in 6 dargestellte Stellung gebracht und damit der Speichernebenkreislauf 38 vollständig vom Hauptkreislauf 36 abgekoppelt. Der Kälteträger besitzt dann eine Temperatur, die weit unter 0°C liegen kann, so daß der gesamte Kälteträgerstrom nicht dem Wärmeübertrager 34 zugeführt werden kann, da dieser sonst vereisen würde. Aus diesem Grunde wird der Wärmeübertragernebenkreislauf 40 nur teilweise über eine entsprechende Stellung des Vierwegeventils 56 an den Hauptkreislauf 36 angekoppelt, so daß nur ein Teil des stark abgekühlten Kälteträgerstroms zur Beaufschlagung des Wärmeübertragers 34 vom Hauptkreislauf 36 abgezweigt wird. Ohne Einsatz der zweiten Umlaufpumpe 64 würde jetzt der sehr kalte Kälteträgerteilstrom, der aus dem Hauptkreislauf 36 abgezweigt wurde, langsam den Wärmeübertragernebenkreislauf durchströmen und dabei im Wärmeübertrager 34 aufgewärmt. Eine langsame Durchströmung des Wärmeübertragers 34 und das damit verbundene starke Aufwärmen des Kälteträgers würde jedoch eine Strähnigkeit der abzukühlenden Luft hervorrufen, da der Wärmeübertrager 34 an seiner Einströmseite stark abgekühlt ist und an seiner Kälteträgerausströmseite relativ hohe Temperaturen aufweist, was unerwünscht ist. Zu diesem Zweck wird durch Einsatz der Umlaufpumpe 64 der Massenstrom lediglich im Wärmeübertragernebenkreislauf erhöht, so daß im Wärmeübertragernebenkreislauf 40 nur eine geringe Gradigkeit des Kälteträgers auftreten kann und über das Vierwegeventil 56 je nach Bedarf dem hohen Massenstrom mit geringer Temperaturdifferenz stets ein je nach Bedarf entsprechender Anteil des sehr kalten Kälteträgerstroms des Hauptkreislaufs 36 zugeführt wird. Im weiteren Verlauf wird durch Erhöhen der jetzt sehr tiefen Kälteträgertemperatur und durch der Erhöhung entsprechendes Ankoppeln des Wärmeübertragers 34 an den Hauptkreislauf 36 langsam wieder eine Betriebsart entsprechend 2 eingestellt.
In gleicher Weise wie der Speichernebenkreislauf 38 und der Wärmeübertragernebenkreislauf 40 über die Vierwegeventile 54 und 56 an den Hauptkreislauf 36 angekoppelt sind, können weitere Wärmeübertrager 74 und 76 mittels weiterer Vierwegeventile 78 und 80 angekoppelt werden. In 7 ist die Ankopplung der weiteren Wärmeübertrager 74 und 76 schematisch dargestellt, wobei der Wärmeübertrager 74 an den Hauptkreislauf 36 über das Vierwegeventil 78 angekoppelt ist und der Wärmeübertrager 76 über das Vierwegeventil 80 an den Speichernebenkreislauf 38. Der weitere Wärmeübertrager 76 könnte beispielsweise dazu benutzt werden, die einer Schlafkabine eines Nutzfahrzeugs zuzuführende Luft abzukühlen und so insbesondere für die Standklimatisierung dienen. Bevorzugt sind den weiteren Wärmeüberträgern 74 und 76 jeweils weitere Umlaufpumpen 82 und 84 zugeordnet, die die gleiche Funktion erfüllen wie die zweite Umlaufpumpe 64.
In den 8 und 9 sind dritte und vierte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Kühlen dargestellt, wobei auch in diesen Ausführungsformen jeweils ein Speichernebenkreislauf auf 138 bzw. 238 und ein Wärmeübertragernebenkreislauf 140 bzw. 240 vorgesehen sind. Über eine Regel- und Verteileinheit 130 bzw. 230 sind auch hier dem Kältespeicher 32 und dem Wärmeübertrager 34 jeweils ein in der Menge einstellbarer Anteil des Kälteträgerstroms zuführbar. Allerdings sind die Kreisläufe in der Regel- und Verteileinheit 130 bzw. 230 jetzt anders miteinander verschaltet, so daß die Kälteträgerstromführung anders ist als in dem in den 1 bis 6 dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß der über die Kälteträgerleitung 42 der Regel- und Verteileinheit 130 bzw. 230 zugeführte Kälteträgerstrom jeweils in einen einerseits dem Kältespeicher 32 und/oder andererseits dem Wärmeübertrager 34 zuzuführenden Kälteträgerteilstrom aufgeteilt wird.
Für das bessere Verständnis ist in 8 ein Betriebszustand des dritten Ausführungsbeispiels dargestellt, der dem oben bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen Betriebszustand des Kältespeicher Ladens und gleichzeitigem Kühlen (5a bis 5c) entspricht. Ein Vierwegeventil 152 erfüllt den gleichen Zweck wie das Vierwegeventil 52 aus dem ersten Ausführungsbeispiel. Der vom Verdampfer 24 über die Kälteträgerleitung 42, das Vierwege ventil 152 und eine Kälteleitung 142 einem Vierwegeventil 154 zugeführte Kälteträgerstrom wird in einen Anteil, der der Kälteträgerleitung 166 einerseits und der Kälteträgerleitung 162 andererseits zugeführt wird, aufgeteilt. Auf diese Weise wird einerseits der Kältespeicher 32 geladen und der Wärmeübertrager 34 mit einem Teil des Kälteträgerstroms beaufschlagt. Über das Vierwegeventil 156 wird einerseits der vom Kältespeicher 32 kommende Kälteträgerteilstrom wieder zurück an den Verdampfer 24 geführt und der Kälteträgerteilstrom, der den Wärmeübertrager 34 verläßt wird über den Umweg des Kältespeichers ebenfalls dem Verdampfer 24 zugeführt, wobei in der Kälteträgerleitung 146 ein Rückschlagventil 157 optional vorgesehen ist. Der Kälteübertragernebenkreislauf 140 weist auch hier eine Umlaufpumpe 164 auf, mittels derer in dem Kälteübertragernebenkreislauf 140 ein hoher Massenstrom unabhängig von dem Massenstrom im restlichen Kreislauf aufrechterhalten werden kann.
Durch entsprechende Stellungen der Vierwegeventile 152,154 und 156 sind die gleichen Betriebszustände wie sie zu dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 1-6 eingehend erläutert wurden, einstellbar.
In ganz ähnlicher Weise wie das dritte Ausführungsbeispiel aus 8 arbeitet auch eine Einrichtung zum Kühlen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, wie in 9 dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu der dritten Ausführungsform besteht darin, daß das Vierwegeventil 154 aus 8 ersetzt wurde durch ein Dreiwegeventil 254. Durch entsprechende Stellungen der Ventile der Regel- und Verteileinheit 230 lassen sich wiederum die gleichen Betriebszustände, wie sie bereits oben zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, erzielen.

Claims

Einrichtung zum Kühlen für ein Kraftfahrzeug mit einem Sekundärkreislauf (26) zur Übertragung der in einem Verdampfer (24) eines primären Kältekreislaufes (14) eines Kälteaggregats (12) erzeugten Kälte mittels eines Kälteträgers zu wenigstens einem Kältespeicher (32) und/oder zu wenigstens einem Wärmeübertrager (34) zur Abkühlung der einem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft, wobei der Sekundärkreislauf (26) eine Regel- und Verteileinheit (30; 130; 230) aufweist, mit der ein in der Menge einstellbarer erster Anteil des Kälteträgerstroms dem Kältespeicher (32) in einem Speichernebenkreislauf und ein ebenfalls in der Menge einstellbarer, zweiter Anteil dem Wärmeübertrager (34) in einem Wärmeübertragernebenkreislauf zuführbar ist, wobei der Speicherneben- (38) und/oder der Wärmeübertragernebenkreislauf (40) jeweils über Vierwegeventile (54 und 56) der Regel- und Verteileinheit (30) mit dem Hauptkreislauf (36) des Sekundärkreislauf (26) koppelbar sind.
Einrichtung zum Kühlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreislauf (26) einen Hauptkreislauf (36) aufweist, der eine Umlaufpumpe (28) zum Fördern des Kälteträgers im Sekundärkreislauf (26) enthält.
Einrichtung zum Kühlen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreislauf (26) einen Speichernebenkreislauf (38; 138; 238), dem der erste Anteil des Kälteträgerstroms zuführbar ist, aufweist, zum Laden und Entladen des Kältespeichers (32).
Einrichtung zum Kühlen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreislauf (26) einen Wärmeübertragernebenkreislauf (40; 140; 240), dem der zweite Anteil des Kälteträgerstroms zuführbar ist, aufweist, zum Beaufschlagen des Wärmeübertragers (34) mit dem Kälteträger.
Einrichtung zum Kühlen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel- und Verteileinheit (30; 130; 230) eine in dem Wärmeübertragernebenkreislauf (40; 140; 240) angeordnete, zweite Umlaufpumpe (64; 164; 264) aufweist zum Aufrechterhalten eines von dem Kälteträgerstrom des Hauptkreislaufes unabhängigen Mindestmassenstromes des Kälteträgers in dem Wärmeübertragernebenkreislauf (40; 140; 240).
Einrichtung zum Kühlen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherneben- (38) und der Wärmeübertragernebenkreislauf (40) von dem Hauptkreislauf (36) abkoppelbar sind.
Einrichtung zum Kühlen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein Zufluß (Anschluß b des Ventils 54 bzw. Anschluß d des Ventils 56) als auch ein Rückfluß (Anschluß a des Ventils 54 bzw. Anschluß c des Ventils 56) des Speicherneben- (38) bzw. des Wärmeübertragernebenkreislaufs (40) an dasselbe Vierwegeventil (54 bzw. 56) angeschlossen sind.
Einrichtung zum Kühlen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Wärmeübertrager (74, 76) und/oder weitere Kältenutzer und/oder weitere Kältespeicher über die Regel- und Verteileinheit (30; 130; 230) an den Hauptkreislauf (36) und/oder Nebenkreisläufe (38, 40) ankoppelbar sind.
Einrichtung zum Kühlen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Verdampfer (24) ein Bypass vorgesehen ist.
Einrichtung zum Kühlen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (34) Bestandteil eines Klimagerätes des Kraftfahrzeuges ist.