DE10158956A1

DE10158956A1 - System zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10158956A1
Application number: DE2001158956
Authority: DE
Inventors: Stephan Habijanec; Peter Lang; Harald Trumler; Thomas Karbach
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: DE10158956B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (5) zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes eines Fahrzeugs, mit einem in einem Gehäuse (8) angeordneten Verdampfer (10), einem Heizwärmetauscher (21), einer Mischkammer (14) und von dieser in den Fahrgastraum (2) ausmündenden Ausströmern (22, 23, 24), sowie mit wenigstens einer Klappe (12) zur Steuerung eines Kaltluftstroms (13) durch wenigstens einen ersten Luftkanal (11) über den Verdampfer (10) und/oder eines Heizluftstroms (16) durch wenigstens einen zweiten Luftkanal (15) über den Heizwärmetauscher (21), wobei der erste Luftkanal (11) und der zweite Luftkanal (15) im Gehäuse (8) derart angeordnet sind, dass sie sich beim Eintritt in die Mischkammer (14) kreuzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei bekannten Systemen zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes wird - wie in Fig. 8 dargestellt - die gesamte angesaugte Luft zunächst von einem Gebläse durch einen Verdampfer gedrückt. Anschließend an den Verdampfer führen zwei Luftkanäle zu einer Mischkammer, von denen einer einen Heizwärmetauscher enthält. Eine einflügelige Mischklappe am Eintritt der Mischkammer kann jeweils einen der beiden parallelen Luftkanäle ganz oder teilweise verschließen, um eine geeignete Mischtemperatur herzustellen. Damit sich nicht im reinen Kühlfall ein Teil der Luft in den Heizluftkanal "verirrt", ist am Eintritt zum Heizluftkanal eine zusätzliche Schottklappe vorgesehen, die diesen im reinen Kühlfall vollständig abschottet. Die einflügelige Mischklappe wird auf der gesamten Fläche entweder vom Warmluftstrom oder vom Kaltluftstrom angeblasen. Dies führt zu sehr hohen Stellkräften an der Klappe, was insbesondere bei einer manuelle Bestätigung mittels eines Bowdenzugs zu erhöhten Bedienkräften führt. Da alle Ausströmer aus der einen einzigen Bereich aufweisenden Mischkammer in den Fahrgastraum führen, kann keine Temperaturschichtung wie etwa warme Luft zu den Füßen und kühle Luft zum Kopf eingestellt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes eines Fahrzeugs zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln den Ausströmern eine unterschiedliche Mischtemperatur zur Verfügung gestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die Anordnung eines ersten Luftkanals für den Kaltluftstrom und eines zweiten Luftkanals für den Warmluftstrom so, dass sich diese beim Eintritt in die Mischkammer kreuzen, können die betreffenden Ausströmer in solchen Bereichen der Mischkammer angeordnet werden, in denen sich nach der Mischung überwiegend Kaltluft oder überwiegend Warmluft befindet. Durch die Kreuzung der Luftkanäle wird außerdem eine scharfkantige Abzweigung des Heizluftkanals erreicht, die verhindert, dass bei geschlossener Heizluftklappe sich ein Teil der Luft unerwünscht am Heizwärmetauscher erwärmt. Die Kreuzung der Luftkanäle ermöglicht außerdem eine Verwendung von wenigstens zwei getrennten, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten und somit mittels eines gemeinsamen Stellmotors oder Bowdenzuges betätigbaren Klappen zur Steuerung des Kaltluftstroms und des Warmluftstroms.
Vorteilhaft sind in Längsrichtung des Gehäuses drei Luftkanäle vorgesehen, von denen der mittlere als erster Luftkanal für den Kaltluftstrom in einem zentralen Bereich des Gehäuses und die beiden anderen Luftkanäle als zweite Luftkanäle für den Warmluftstrom zu beiden Seiten des ersten Luftkanals angeordnet sind.
Die Klappen sind vorzugsweise als zweiflügelige Klappen ausgebildet, wodurch die Betätigungskräfte minimiert werden.
Die Mischkammer ist bevorzugt im oberen Teil des Gehäuses angeordnet. Dadurch sind von den Ausströmern, durch welche die Luft zur Frontscheibe, zu den Seitenscheiben und in den Bereich des Oberkörpers der vorderen Fahrgäste strömt, relativ kurze Wege zurückzulegen, so dass nur der Luftkanal zum Fußraum einen etwas längeren Leitungsweg beansprucht.
Die Klappen weisen bevorzugt eine abgewinkelte Leitfläche auf, durch welche eine gezielte Beaufschlagung des Luftstroms zu bestimmten Ausströmern ermöglicht wird.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Fahrerkabine eines Nutzfahrzeuges,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Gehäuse eines Systems zum Heizen und Kühlen im Bereich des den Kaltluftstrom führenden ersten Luftkanals,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Draufsicht auf den unteren Teil des Gehäuses ohne die Klappen und die Mischkammer,
Fig. 4 einen Querschnitt durch das Gehäuse im Bereich des ersten Luftkanals bei reinem Kühlbetrieb,
Fig. 5 einen Querschnitt durch das Gehäuse im Bereich eines zweiten Luftkanals bei reinem Kühlbetrieb,
Fig. 6 einen Querschnitt durch das Gehäuse im Bereich des ersten Luftkanals bei reinem Heizbetrieb,
Fig. 7 einen Querschnitt durch das Gehäuse im Bereich eines zweiten Luftkanals bei reinem Heizbetrieb, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines bekannten Systems zum Heizen und Kühlen des Fahrgastraumes eines Fahrzeugs.
Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug 1 weist einen Fahrgastraum 2 mit einem Fußraum 4, einer Frontscheibe 3 und Seitenscheiben 37 auf. Etwa im mittleren Bereich des Armaturenbrettes ist ein System 5 zum Heizen und Kühlen des Fahrgastraumes 2 schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 1 verfügt ferner über ein Zusatzheizgerät 6 und ein Kälteerzeugungsaggregat 7.
Das System 5 zum Heizen und Kühlen des Fahrgastraumes 2 ist im Detail in den Fig. 2 bis 7 dargestellt. Das System 5 wird von einem Gehäuse 8 umgeben. Auf der der Vorderseite des Fahrzeugs 1 zugewandten Seite des Gehäuses 8 ist im unteren Bereich ein Frischluft-Eintrittkanal 9 angeordnet, zu welchem Frischluft und/oder Umluft mittels eines vorzugsweise am Gehäuse 8 befestigten Gebläses 33 (siehe Fig. 8) gefördert wird. Anschließend an den Frischluft-Eintrittkanal 9 wird die Luft durch einen Verdampfer 10 geleitet, der über Anschlüsse 31 mit dem Kälteerzeugungsaggregat 7 in Verbindung steht.
An den Verdampfer 10 schließt sich im zentralen Bereich des Gehäuses 8 ein erster Luftkanal 11 an, in welchem die durch den Verdampfer 10 abgekühlte Luft als Kaltluftstrom 13 nach oben umgelenkt und zu einer im oberen Bereich des Gehäuses 8 angeordneten Mischkammer 14 geleitet wird. Vor dem Eintritt in die Mischkammer 14 ist eine Klappe 12 angeordnet, die zweiflügelig ausgebildet ist und die in Fig. 2 in zwei verschiedenen Positionen dargestellt ist. In der ersten Position weist eine erste Leitfläche 12A der Klappe 12 in etwa parallel zum ersten Luftkanal 11 nach unten. Die abgewinkelt zur ersten Leitfläche 12A angeordnete zweite Leitfläche 12C prägt dem Kaltluftstrom 13 eine Richtungskomponente in Richtung zu einem Ausströmer 23 auf, aus dem Luft in den Bereich des Oberkörpers der vorderen Passagiere in den Fahrgastraum 2 geleitet wird. In der zweiten dargestellten Position liegen die mit 12B und 12D bezeichneten Leitflächen dichtend an Innenwänden 18 des Gehäuses 8 an und schließen dadurch den Zugang des Luftkanals 11 zur Mischkammer 14 ab. In diesem Falle wird die aus dem Verdampfer 10 austretende Luft im unteren Bereich des Gehäuses 8 zu zweiten Luftkanälen 15 geleitet, die in Längsrichtung des Gehäuses 8 vor und hinter dem ersten Luftkanal 11 angeordnet sind (siehe Fig. 3). Der durch die zweiten Luftkanäle 15 geleitete Heizluftstrom 16 wird über einen Heizwärmetauscher 21 in einen in der axialen Erstreckung des Gehäuses 8 vorderen und einen hinteren Bereich der Mischkammer 14 bevorzugt zu Ausströmern 22 zur Frontscheibe 3 und zu Ausströmern 24 zum Fußraum 4 geleitet. Der Heizwärmetauscher 21 wird durch eine Innenwand 18 von ersten Luftkanal 11 getrennt. Die Innenwand 18 weist im unteren Bereich scharf abgewinkelte Kanten 19 bzw. 20 auf, die dem Kaltluftstrom 13 durch eine einen erhöhten Strömungswiderstand erzeugende Umlenkung 17 eine eindeutige Richtung aufprägen. Im reinen Kühlfall wird somit ein Einströmen von Luft in den zweiten Luftkanal 15 und eine unerwünschte Erwärmung mit anschließender Rückströmung zum ersten Luftkanal 11 verhindert.
Wie in Fig. 3 zu sehen, ist der Wärmetauscher 21 mit Anschlüssen 29 versehen, über die er mit dem Heizsystem des Fahrzeugs 1 in Verbindung steht. Das Heizsystem wird durch die Abwärme der Brennkraftmaschine gespeist und kann alternativ oder zusätzlich durch das mit Wasser als Wärmeträger operierende Zusatzheizgerät 6 mit Wärmeenergie versorgt werden. Optional kann auch ein Luftheizgerät als Zusatzheizgerät vorgesehen sein, welches Warmluft unmittelbar in die Mischkammer 14 einspeist und zwar bevorzugt wiederum in den Bereichen der Ausströmer 22 und 24, in denen eine höhere Warmluftkonzentration erwünscht ist.
Der erste Luftkanal 11 ist von den zweiten Luftkanälen 15 durch vertikale Trennwände 32 abgeteilt. An den seitlichen Außenwänden des Gehäuses 8 und bevorzugt auch an der Oberkante der Trennwände 32 sind Lagerungen 27 vorgesehen, die zur Lagerung einer Welle 28 liegen, an welcher die Klappe 12 zum Verschließen oder mindestens teilweisen Freigeben des ersten Luftkanals 11 und Klappen 30 zum Verschließen oder mindestens teilweisen Freigeben der zweiten Luftkanäle 15 befestigt sind. Durch die Befestigung an einer gemeinsamen Welle 28 können die Klappen 12 und 30 mittels eines gemeinsamen, nicht dargestellten Stellmotors oder Bowdenzuges zwischen ihren Öffnungs- und Schließpositionen in beliebige Zwischenpositionen bewegt werden, so daß die Anteile des Kaltluftstroms 13 und der Warmluftströme 16, die in die Mischkammer 14 gelangen, stufenlos regulierbar sind.
Von der Mischkammer 14 führen in deren zentralen Bereich an der den Fahrgastraum 2 zugewandten Oberseite des Gehäuses angeordnete Ausströmer 23 in den Bereich des Oberkörpers der vorderen Passagiere. Weitere Ausströmer 22 sind an der Oberseite des Gehäuses 8 in den Bereichen der zweiten Luftkanäle 15 angeordnet und führen über die gesamte Breite des Gehäuses 8 Luft zur Frontscheibe 3. Zwischen den Ausströmern 22 und 23 ist im Bereich des ersten Luftkanals 11 ein Luftkanal 26 vorgesehen, über den Luft zu den Seitenscheiben 37 geführt wird. Schräg unterhalb der Ausströmer 22 ist an der der Vorderseite des Fahrzeugs 1 zugewandten Seite des Gehäuses 8 ein Luftkanal 25 angeordnet, der über im Bereich der zweiten Luftkanäle 15 angeordnete Ausströmer 24 mit der Mischkammer 14 verbunden ist und Luft mit einem erhöhten Anteil von Heizluft in den Fußraum 4 leitet.
In den Fig. 4 bis 7 sind die Stellungen der Klappen 12 bzw. 30 für den Kaltluftstrom 13 und den Heizluftstrom 16 in den beiden Extrempositionen dargestellt, wobei in Fig. 4 und 5 der reine Kühlfall und in Fig. 6 und 7 der reine Heizfall dargestellt ist. Im reine Kühlfall gemäß Fig. 4 und 5 sind - wie in Fig. 5 dargestellt - die Klappen 30 mit ihren Leitflächen 30B und 30D geschlossen und dichten dadurch die Mischkammer 14 gegenüber den zweiten Heizluftkanälen 15 ab. Dagegen ist die Klappe 12 mit ihren Leitflächen 12A und 12C vollständig geöffnet und ermöglicht dem Kaltluftstrom 13 einen ungehinderten Durchtritt zur Mischkammer 14. Durch eine Verdrehung der Welle 28 sind beliebige Zwischenpositionen einstellbar, mit denen die Anteile von Kaltluft und Heizluft beliebig variierbar sind.
Im reinen Heizfall gemäß Fig. 6 und 7 ist dagegen die Klappe 12 mit ihren Leitflächen 12B und 12D vollständig geschlossen und dichtet dadurch die Mischkammer 14 gegenüber dem ersten Luftkanal 11 vollständig ab. Die Klappen 30 mit ihren Leitflächen 30A und 30C sind dagegen vollständig geöffnet und ermöglichen dem Heizluftstrom 16 einen ungehinderten Durchtritt durch den Heizwärmetauscher 21 zur Mischkammer 14.
Die Ausströmer 22, 23 und 24 und die Luftkanäle 25 und 26 sind im oberen Teil des Gehäuses 8 so angeordnet, dass sie bevorzugt Anteile von Heizluft oder Kaltluft erhalten. So ist beispielsweise der Ausströmer 23 im mittleren Bereich des Gehäuses 8 angeordnet und erhält dadurch einen erhöhten Anteil von Kaltluft, die im Kopfbereich der Passagiere erwünscht ist. Die Ausströmer 24 sind dagegen so angeordnet, dass sie bevorzugt einen erhöhten Anteil von Heizluft in den Luftkanal 25 leiten, so daß im Fußraum 4 wärmere Luft ausströmt. Die Ausströmer 22 sind so angeordnet, daß sie bevorzugt einen erhöhten Anteil von Heizluft zur Frontscheibe 3 leiten.
In Fig. 8 ist ein bekanntes System zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes eines Fahrzeugs dargestellt. Im Vergleich zur Erfindung gleiche oder ähnliche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen mit einem Zusätzlichen "'" bezeichnet. Das Gebläse 33 fördert Frischluft oder Umluft in einen Frischluft-Eintrittkanal 9', an den sich ein Verdampfer 10' anschließt. Anschließend sind zwei Luftkanäle 11' zur Führung von Kaltluft und 15' zur Führung von Warmluft vorgesehen. Im zweiten Luftkanal 15' ist ein Heizwärmetauscher 21' angeordnet. Am Ende der Trennwand zwischen den beiden Luftkanälen 11' und 15' ist eine Mischklappe 35 angeordnet, mittels der jeweils einer der Luftkanäle 11' bzw. 15' ganz oder teilweise verschließbar ist. In der Mischkammer 14' stellt sich daher eine einheitliche Luftmischung ein, so dass aus den Ausströmern 36 nur Luft mit einheitlicher Temperatur zur Verfügung gestellt werden kann. Zur Verhinderung einer Rückströmung von Warmluft vom Heizwärmetauscher 21' in Richtung zum ersten Luftkanal 11' ist eine zusätzliche Schottklappe 34 notwendig. Abgesehen von der zusätzlichen Schottklappe 34, auf die bei der Erfindung verzichtet werden kann, sind zur Betätigung der Mischklappe 35 erhöhten Bedienkräfte nötig, da jeweils der volle Kaltluftstrom bzw. der volle Heizluftstrom auf die Mischklappe 35 wirkt.
Bei den zweiflügeligen Klappen 12 bzw. 30 gemäß der Erfindung sind dagegen die Bedienkräfte minimal.
Der Winkel, unter dem sich beim erfindungsgemäßen System der erste Luftkanal 11 und die zweiten Luftkanälen 15 beim Eintritt in die Mischkammer 14 kreuzen, beträgt bevorzugt zwischen 70 Grad und 90 Grad. Bei diesem Winkel stellt sich eine bevorzugte Durchmischung von Kaltluft und Heizluftströmen in der Mischkammer 14 ein. Bezugszeichenliste 1 Fahrzeug
2 Fahrgastraum
3 Frontscheibe
4 Fußraum
5 System zum Heizen und Kühlen
6 Zusatzheizgerät
7 Kälteerzeugungsaggregat
8 Gehäuse
9 Frischluft-Eintrittskanal
10 Verdampfer
11 erster Luftkanal
12 Klappe (für Kaltluft)
13 Kaltluftstrom
14 Mischkammer
15 zweiter Luftkanal
16 Heizluftstrom
17 Umlenkung (von 16)
18 Innenwand (von 8)
19 Kante
20 Kante
21 Heizwärmetauscher
22 Ausströmer (zu 3)
23 Ausströmer (in den oberen Bereich von 2)
24 Ausströmer (in 25)
25 Luftkanal (zum Fußraum)
26 Luftkanal (zu den Seitenscheiben)
27 Lagerung
28 Welle
29 Anschlüsse (von 21)
30 Klappe (für Heizluft)
31 Anschlüsse (von 10)
32 Trennwand
33 Gebläse
34 Schottklappe
35 Mischklappe
36 Ausströmer
37 Seitenscheiben

Claims

1. System (5) zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes (2) eines Fahrzeugs (1), mit einem in einem Gehäuse (8) angeordneten Verdampfer (10), einem Heizwärmetauscher (21), einer Mischkammer (14) und von dieser in den Fahrgastraum (2) ausmündenden Ausströmern (22, 23, 24), sowie mit wenigstens einer Klappe (12) zur Steuerung eines Kaltluftstroms (13) durch wenigstens einen ersten Luftkanal (11) über den Verdampfer (10) und/oder eines Heizluftstroms (16) durch wenigstens einen zweiten Luftkanal (15) über den Heizwärmetauscher (21), dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Luftkanal (11) und der zweite Luftkanal (15) im Gehäuse (8) derart angeordnet sind, dass sie sich beim Eintritt in die Mischkammer (14) kreuzen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftkanal (11) und der zweite Luftkanal (15) in Längsrichtung des Gehäuses (8) hintereinander angeordnet sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltluftstrom (13) durch den wenigstens einen ersten Luftkanal (11) und der Heizluftstrom (16) durch den wenigstens einen zweiten Luftkanal (15) durch wenigstens zwei getrennte Klappen (12 bzw. 30) steuerbar sind, die auf einer gemeinsamen Welle (28) angeordnet sind.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftkanal (11) für den Kaltluftstrom (13) in einem zentralen Bereich des Gehäuses (8) angeordnet ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten des ersten Luftkanals (11) jeweils ein zweiter Luftkanal (15) für den Heizluftstrom (16) angeordnet ist.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Klappen (12 bzw. 30) als zweiflügelige Klappe ausgebildet ist.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem im zentralen Bereich des Gehäuses (8) angeordneten, dem Fahrgastraum (2) zugewandten Ausströmer (23) relativ kühle Luft in den Bereich des Oberkörpers der vorderen Fahrgäste strömt.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem sich über die gesamte Breite des Gehäuses (8) erstreckenden, vom Fahrgastraum (2) abgewandten Ausströmer (22) relativ warme Luft zu einer Frontscheibe (2) strömt.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Mischkammer (14) nahe den Einmündungsbereichen der zweiten Luftkanäle (15) Ausströmer (24) ausmünden, die mit weiteren Luftkanälen (25) zur Klimatisierung eines Fußraums (4) in Verbindung stehen.

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (14) im oberen Teil des Gehäuses (8) angeordnet ist.

11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen (12 bzw. 30) am Eintritt der Luftkanäle (11 bzw. 15) zur Mischkammer (14) angeordnet sind.

12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Klappen (12 bzw. 30) eine abgewinkelte Leitfläche aufweist.

13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel unter dem sich der erste Luftkanal (11) und die zweiten Luftkanäle (15) beim Eintritt in die Mischkammer (14) kreuzen, zwischen 70 und 90 Grad beträgt.