DE10016664A1 - Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, it der einzelne Zonen des Innenraumes individuell klimatisierbar sind. Die Klimaanlage ist dazu durch wenigstens eine Trennwand in Teilbereiche geteilt. DOLLAR A Um eine verbesserte Heizungs- oder Klimaanlage bereitzustellen, mit der jeweils individuell temperierbare Luft für die unterschiedlichen Klimatisierungszonen des Fahrzeugs bereitstellbar ist und die möglichst kompakt aufgebaut ist, wird vorgeschlagen, dass je Bereich (B1, B2, B3, B4) ein separater, zweiter Wärmetauscher (Heizkörper 22.1, 22.2, 22.3, 22.4) vorgesehen ist und der Durchfluß des Wärmeträgermediums durch jeden der zweiten Wärmetauscher (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) separat regelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit dem einzel­ ne Klimatisierungszonen des Fahrzeuginnenraums mit separat temperierba­ rer Luft versorgt werden können, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 197 39 578 A1 ist eine derartige Klimaanlage bekannt, bei der der Raum hinter einem Heizungswärmetauscher, in dem an dem Heizungs­ wärmetauscher vorbeigeführte Kaltluft mit Warmluft mischbar ist, in vier ne­ beneinanderliegende und durch Trennwände getrennte Luftmischräume un­ terteilt ist. Die Trennwände erstrecken sich bis unter den Heizungswärme­ tauscher und unterteilen den Kaltluftbypass ebenfalls in vier Teilkanäle. Über direkt hinter dem Heizungswärmetauscher angeordnete Warmluftklap­ pen und die Kaltluftbypässe verschließende Kaltluftklappen ist in jedem Mischraum eine individuelle Temperatur unabhängig von den Temperaturen in den anderen Mischräumen durch bedarfsgerechtes Mischen der Kalt- mit der Warmluft einstellbar. Bei dieser sogenannten luftseitigen Temperaturre­ gelung ist der Heizungswärmetauscher ständig von dem heißen Motorkühl­ mittel durchströmt. Die individuell temperierte Luft der einzelnen Luftmisch­ räume ist über Luftkanäle den entsprechenden Klimatisierungszonen zu­ führbar.

Heutigen Klimaanlagen mit ihren Komponenten, insbesondere den Luftklap­ pen, liegt das allgemeine Problem zugrunde, daß der zur Verfügung stehen­ de Bauraum für die Klimaanlage sehr begrenzt ist und daher diese Anlagen immer kompakter gebaut werden müssen. Insbesondere Klimaanlagen, die zur unterschiedlichen Temperierung von verschiedenen Klimatisierungszo­ nen geeignet sind, wie die aus der DE 197 39 578 A1 bekannte, benötigen aufgrund ihrer größeren Anzahl von Bauteilen einen größeren Bauraum. Desweiteren ist die Regelung der vielen Klappen zur Temperatureinstellung in den vier einzelnen Luftmischräumen für die vier Innenraumzonen sehr aufwendig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Klimaanlage bereitzustellen, mit der jeweils individuell tem­ perierbare Luft für die unterschiedlichen Klimatisierungszonen des Fahr­ zeugs bereitstellbar ist und die möglichst kompakt aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Klimaanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass neben einem Verdampfer zur Erzeu­ gung von Kaltluft je Teilbereich, der durch die Trennwände gebildet ist, ein zweiter Wärmetauscher zur Wiedererwärmung vorgesehen ist und der Durchfluß des Wärmeträgermediums durch jeden der zweiten Wärmetau­ scher separat regelbar ist. Damit ist eine Klimaanlage geschaffen mit einer sogenannten wasserseitigen Temperaturregelung, bei der die gesamte Kaltluft durch die zweiten Wärmetauscher auf eine gewünschte Temperatur wieder erhöht wird, wobei je Bereich, also je Klimatisierungszone des Fahr­ zeuginnenraumes ein separater Wärmetauscher vorgesehen ist. Dadurch können gegenüber einer Klimaanlage mit luftseitiger Temperaturregelung eine Vielzahl von Luftklappen entfallen, wodurch der regelungstechnische Aufwand reduziert ist und die Klimaanlage kompakter gebaut werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung sind die zweiten Wärmetauscher in Einbau­ lage der Klimaanlage nebeneinander angeordnet, wobei bevorzugt drei Trennwände zur Bildung von insgesamt vier nebeneinander angeordneten Bereichen vorgesehen sind. Dadurch ist die Klimaanlage in Querrichtung zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs langgestreckt ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Klimaanlage in der Instrumententafel angeordnet werden kann und sich nicht nach unten, beispielsweise in den Bereich der Mittel­ konsole erstreckt, in der dadurch Platz gehalten ist für zusätzliche Geräte, wie Navigationsgerät, CD-Gerät, Radio oder dergleichen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist luftseitig nach den zweiten Wärme­ tauschern je Bereich ein Luftverteilmodul gebildet. Das Luftverteilmodul dient der Verteilung der Luft auf einzelne Teilzonen, beispielsweise Fußraum, Kopfbereich und Scheibenbereich, einer Fahrzeuginnenraumzone und be­ steht im wesentlichen aus einem Raum mit durch Klappen verschließbaren Luftauslässen für die einzelnen Teilzonen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist je Luftverteilmodul ein Luftauslass vorgesehen, an den sich ein Kanal zur Luftführung zu einer Frontscheiben­ defrosterdüse anschließt. Dann kann bedarfsweise sämtliche Luft an die Frontscheibe geleitet werden und zwar auch die Luft aus den Bereichen, die eigentlich den Fondraumzonen zugeordnet sind. Dadurch kann die Front­ scheibe besser beschlag- und eisfrei gehalten werden, wodurch die Sicher­ heit erhöht ist.

Aus Bauraumgründen ist es vorteilhaft, wenn die außen gelegenen Bereiche dem Fondraum und die innenliegenden Bereiche dem Frontraum zugeordnet sind. Dann können die Luftkanäle, die sich an die Klimaanlage anschließen und die Luft zu den zugeordneten Zonen führen, in platzsparender Weise angeordnet werden.

Wenn jedem der zweiten Wärmetauscher ein Vierwegeventil zugeordnet ist und bevorzugt die zweiten Wärmetauscher kühlmittelseitig in Reihe ge­ schaltet sind und jedes Vierwegeventil derart ausgebildet ist, dass bei Redu­ zierung des Kühlmittelstroms durch den zugeordneten Wärmetauscher ein Bypass geöffnet wird, müssen lediglich zwei Zuleitungsrohre zu den mehre­ ren zweiten Wärmetauschern geführt werden, nämlich ein Rohr für den Kühlmittelzufluss und ein Rohr für den Kühlmittelabfluss. Dennoch kann der Durchfluss durch jeden Wärmetauscher separat geregelt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer schematisch dargestellten, er­ findungsgemäßen Klimaanlage entlang einer Linie I-I aus Fig. 3 im Bereich der Luftführung für Luft, die einem Frontbereich des Fahrzeuginnenraums zuführbar ist;

Fig. 2 einen Querschnitt der schematisch dargestellten, erfin­ dungsgemäßen Klimaanlage der parallel zum Quer­ schnitt der Fig. 1 verläuft entlang einer Linie II-II aus Fig. 3 im Bereich der Luftführung für Luft, die einem Fondbe­ reich des Fahrzeuginnenraums zuführbar ist;

Fig. 3 einen Querschnitte der erfindungsgemäßen Klimaanlage entlang der Linien III-III aus den Fig. 1 und 2.

Eine in der Zeichnung schematisch dargestellte, erfindungsgemäße Hei­ zungs- oder Klimaanlage 10 weist ein Gehäuse 12 zur Führung von zu tem­ perierender Luft auf. Umluft und/oder Frischluft wird über ein Gebläse 13 und einen Luftzuführkanal 14, in dem gegebenenfalls ein Filter angeordnet sein kann, einem ersten Wärmetauscher, der ein Verdampfer 16 ist, zur Ab­ kühlung zugeführt. Die im Verdampfer 16 abgekühlte Luft tritt aus dem Ver­ dampfer 16 aus und in einen stromab des Verdampfers 16 gelegenen Kalt­ luftraum 20 ein. Am unteren Ende des Kaltluftbereichs 20 ist ein Wasserab­ lauf 24 vorgesehen, durch den im Verdampfer 16 kondensiertes Kondens­ wasser ablaufen kann.

Luftstromseitig hinter dem Verdampfer 16 sind zweite Wärmetauscher 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 nebeneinander und bevorzugt in etwa parallel zum Verdampfer 16 angeordnet. Die zweiten Wärmetauscher 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 sind als mit einem Kühlmittel für ein Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs durchströmbare Wärmetauscher ausgebildet. Luftstromseitig direkt hinter den zweiten Wärmetauschern 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 können optional elektri­ sche Zusatzheizungen 23.1, 23.2, 23.3, 23.4 vorgesehen sein, um bei­ spielsweise während des Kaltstarts, wenn das Antriebsaggregat nicht genü­ gend Abwärme liefert, zusätzliche Heizleistung zu liefern. Alternativ könnten in den zweiten Wärmetauschern 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 auch zusätzlich elek­ trische Heizelemente integriert sein, wie dies beispielsweise aus der DE 44 33 814 A1 bekannt ist.

Die erfindungsgemäße Klimaanlage 10 ist zur Klimatisierung von beispiels­ weise vier unterschiedlichen Zonen im Fahrzeuginnenraum geeignet. Die vier Zonen sind in der Regel, beispielsweise in einer Limousine, der Fahrer­ bereich, mit VL (vorne links) bezeichnet, der Beifahrerbereich, mit VR (vorne rechts) bezeichnet, der Fondbereich links, mit HL (hinten links) bezeichnet, und der Fondbereich rechts, mit HR (hinten rechts) bezeichnet.

Damit die Luft für die einzelnen Zonen getrennt voneinander temperierbar ist, ist die Klimaanlage stromabwärts des Kaltluftbereichs 20 durch drei Trennwände 26, 28, 30 in vier nebeneinander liegende, jeweils den Zonen HL, VL, VR und HR zugeordnete Bereiche B1, B2, B3, B4 unterteilt (Fig. 3). In jedem der nebeneinander angeordneten Bereiche B1, B2, B3, B4 ist je­ weils einer der zweiten Wärmetauscher angeordnet, nämlich 22.1 in B1, 22.2 in B2, 22.3 in B3 und 22.4 in B4. Somit kann in jedem Bereich B1, B2, B3, B4 ein Teilluftstrom zur Versorgung der jeweiligen Zone HL, VL, VR bzw. HR getrennt geführt werden, wobei jeder Teilluftstrom durch den entspre­ chenden zweiten Wärmetauscher separat erwärmt wird.

Die Klimaanlage mit ihrem Verdampfer 16 und den zweiten Wärmetauschern 22.2, 22.2, 22.3, 22.4 ist durch die Nebeneinanderanordung der zweiten Wärmetauscher in ihrer Querrichtung Q gestreckt ausgebildet, wobei gleich­ zeitig die Klimaanlage in ihrer Hochrichtung H und Tiefenrichtung T mög­ lichst klein gehalten ist.

Damit die in den einzelnen Bereichen B1, B2, B3, B4 geführten Teilluftströ­ me getrennt temperierbar sind, sind die Durchflüsse des Kühlmittels durch die Wärmetauscher 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 jeweils einzeln regelbar. Dazu ist jedem Wärmetauscher 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 ein Vierwegeventil 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 zugeordnet. Die Funktion der Vierwegeventile, die beispielsweise so aufgebaut sein können, wie dies in der DE 198 58 860.7 beschrieben ist, sei im folgenden anhand des Vierwegeventil 30.1 erläutert. Ein vom Antrieb­ saggregat kommender Kühlmittelzulauf 32 ist an einen ersten Anschluß A des Vierwegeventils 30.1 angeschlossen. Ein Zulauf 32.1 des Wärmetau­ schers 22.1 ist mit einem zweiten Anschluß B verbunden, ein Ablauf 32.2 des Wärmetauschers 22.1 mit einem Anschluß C. Ein Anschluß D ist mit dem Anschluß A des nächsten Vierwegeventils 30.2 verbunden. In dieser Art sind die Wärmetauscher 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 kühlmittelseitig in Reihe ge­ schaltet. Über einen Kühlmittelablauf 33 wird das Kühlmittel zurück zum An­ triebsaggragt geleitet.

Bei voller Heizleistung ist in dem Vierwegeventil 30.1 Anschluß A mit B und C mit D verbunden. Der gesamte Kühlmittelstrom durchströmt dann den Wärmetauscher 22.1. Wenn der Wärmetauscher 22.1 nicht heizen soll, ist die Verbindung der Anschlüsse A-B bzw. C-D gesperrt und ein Bypass von A nach D sowie B nach C geöffnet. Zwischen diesen beiden Endstellungen ist jede Zwischenstellung möglich, so dass der Kühmittelstrom nur zum Teil durch den Wärmetauscher 22.1 strömen und der Rest des Kühlmittelstroms den Wärmetauscher 22.1 umgehen kann. In völlig analoger Weise sind die weiteren zweiten Wärmetauscher 22.2, 22.3, 22.4 geregelt. Auf diese Weise lässt sich in jedem Bereich durch Ansteuerung des entsprechenden Vierwe­ geventils die Lufttemperatur in einem jeweiligen Bereich individuell einstel­ len.

Die Luftführung in den einzelnen Bereichen, die mit der erfindungsgemäßen Klimaanlage sehr einfach gehalten ist, sei im folgenden anhand der Quer­ schnitte aus den Fig. 1 und 2 entlang der Linien I-I und II-II aus der Fig. 3 zusammen mit der Darstellung aus Fig. 3 erläutert. Die Luftführung ist in jedem Bereich im wesentlichen gleich. In dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist die Klimaanlage 10 in etwa symmetrisch zu einer Mittelebene M ausgebildet, so dass die Darstellungen der Fig. 1 und 2 zusammen mit Fig. 3 für das Verständnis ausreichen.

Im Verdampfer 16 abgekühlte Kaltluft wird in jedem Bereich B1, B2, B3, B4 durch den jeweiligen zweiten Wärmetauscher 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 wieder erwärmt und zwar auf die in der zugeordneten Zone HL, VL, VR, HR ge­ wünschte Temperatur. Von dem Wärmetauscher 22.1, 22.2, 22.3, 22.4 bzw. von der optional vorgesehen Zusatzheizung 23.1, 23.2, 23.3, 23.4 tritt die temperierte Luft in ein Luftverteilmodul 34.1, 34.2, 34.3, 34.4 ein, an das sich Luftkanäle anschließen, um die temperierte Luft den einzelnen Zonen zuzu­ führen.

Wie in Fig. 1 dargestellt schließen sich für den Frontbereich an das Luftver­ teilmodul 34.3 ein Defrostluftkanal 46.3, ein Luftkanal 48.3 zu in der Instru­ mententafel angeordnete Belüftungsdüsen (Mannanströmer) und ein Fuß­ raumluftkanal 50.3 an. Die Luftkanäle 46.3, 48.3, 50.3 sind jeweils über Klappen 47.3, 49.3, 51.3, die als bekannte Jalousieklappen ausgebildet sein können, verschließbar. Die Luftkanäle 46.3, 48.3, und 50.3 führen jeweils nur in die rechte Fahrzeughälfte, so daß der Bereich B3 zwischen den Trennwänden 28 und 30 zur Temperierung der Luft für die Zone VR dient.

Da die Klimaanlage in diesem Bereich spiegelsymmetrisch zur Mittelebene M ausgebildet ist, wird in analoger Weise in dem Teilbereich B2 zwischen den Trennwänden 26 und 28 die Luft für die Zone VL temperiert und von dem entsprechenden Luftverteilmodul 34.2 in entsprechende Luftkanäle ge­ führt.

Nach außen zur Seite der Klimaanlage hin (Fig. 3) sind neben den beiden innenliegenden Teilbereichen B2 und B3 die Teilbereiche B1 und B4 ange­ ordnet, wobei der Teilbereich B4 zwischen der Trennwand 30 und einer Seitenwand 60R des Gehäuses 12 dem Fondraum rechts (HR) zugeordnet ist und dementsprechend der Teilbereich B1 zwischen der in Fig. 3 darge­ stellten linken Trennwand 26 und einer linken Seitenwand 60L dem Fond­ raum links (HL) zugeordnet ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt schließen sich für den Fondbereich an das Luftver­ teilmodul 34.4 ein Defrostluftkanal 46.4, ein Fondluftkanal 48.4 zu in der B- Säule angeordnete Belüftungsdüsen und ein Fondfußraumluftkanal 50.4 an. Die Luftkanäle 46.4, 48.4, 50.4 sind jeweils über Klappen 47.4, 49.4, 51.4, die ebenfalls als bekannte Jalousieklappen ausgebildet sein können, ver­ schließbar. Die Luftkanäle 48.4, und 50.4 führen jeweils nur in die rechte Fahrzeughälfte, so daß der Bereich B4 zwischen der 30 und der Seitenwand 60R zur Temperierung der Luft für die Zone HR dient. Der Defrostluftkanal 46.4 ist nicht in den Fond sondern zu dem Defrostauströmer an der Front­ scheibe geführt, so daß bedarfsweise Luft aller Bereiche zur Frontscheibe geleitet werden kann. Alternativ könnte der Kanal 46.4 aber auch, wie die Kanäle 48.4 und 50.4 in den Fond zu weiteren, im Fond angeordneten Auströmern geführt sein.

In analoger Weise ist die Luft für die Fondraumzone HL temperierbar.

Claims (7)

1. Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (12), einem ersten Wärmetauscher (Verdampfer 16) zur Erzeugung von Kaltluft, wenigstens einem zweiten, von einem heißen Wärmeträgermedium (Motorkühlmittel) durchströmbarer Wärmetauscher (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) zur Erzeugung von Warmluft, mit mehreren Trennwänden (26, 28, 30), die die Klimaanlage (10) luftstromseitig nach dem ersten Wärmetauscher (16) in mehrere Bereiche (B1, B2, B3, B4) teilt und von jedem Bereich (B1, B2, B3, B4) separat temperierte Luft in je eine zugeordnete Innenraumzone (HL, VL, VR, HR) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass je Bereich (B1, B2, B3, B4) ein separater zweiter Wärmetauscher (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) vorgesehen ist und der Durchfluß des Wärmeträgermediums durch jeden der zweiten Wärmetauscher (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) separat regelbar ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Wärmetauscher (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) in Einbaulage der Klimaanlage (10) nebeneinander angeordnet sind.

3. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass luftseitig nach den zweiten Wärmetauschern (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) je Bereich (B1, B2, B3, B4) ein Luftverteilmo­ dul (34.1, 34.2, 34.3, 34.4) gebildet ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass je Luftverteilmodul (34.1, 34.2, 34.3, 34.4) ein Luftauslass vorgesehen ist, an den sich ein Kanal (46.3, 46.4) zur Luftführung zu einer Front­ scheibendefrosterdüse anschließt.

5. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die beiden außen gelegenen Bereiche (B1, B4) einem Fondraum links bzw. rechts (HL bzw. HR) und die bei­ den innenliegenden Bereiche (B2, B3) einem Frontraum links bzw. rechts (VL bzw. VR) zugeordnet sind.

6. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der zweiten Wärmetauscher (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) ein Vierwegeventil (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) zugeord­ net ist.

7. Klimaanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Wärmetauscher (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) kühlmittelseitig in Reihe geschaltet sind und jedes Vierwegeventil (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) derart ausgebildet ist, dass bei Reduzierung des Kühlmittel­ stroms durch den zugeordneten Wärmetauscher (22.1, 22.2, 22.3, 22.4) ein Bypass geöffnet wird.