DE102004003787A1

DE102004003787A1 - Klimaanlage

Info

Publication number: DE102004003787A1
Application number: DE102004003787A
Authority: DE
Inventors: Björn Dipl.-Ing. Lindner (FH), Troy
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem als Verdampfer dienenden Wärmetauscher und einem als Gaskühler oder Kondensator dienenden Wärmetauscher, wobei die zwei Wärmetauscher als ein einziger kombinierter Wärmetauscher mit einem ersten gemeinsamen Kältemittelkreislauf ausgebildet sind, die nebeneinander angeordnet sind, und Teil unterschiedlicher Luftkanäle sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gemäß dem Stand der Technik werden üblicherweise Klimaanlagen verwendet, die einen als Verdampfer dienenden Wärmetauscher und einen als Kondensator dienenden Wärmetauscher aufweisen, welche getrennt ausgebildet sind.
Ferner ist aus der DE 197 40 291 A1 ein Kompaktsystem für Heizung und Motor-Kühlung bekannt. Hierbei sind Motor-Kühler und Heizungs-Wärmetauscher zu einem gemeinsamen, zylindrischen Wärmetauscher zusammengefasst und werden mittels eines ersten Radialgebläses, um das der Wärmetauscher konzentrisch angeordnet ist, mit Luft durchströmt. Ein weiteres Radialgebläse sorgt für Frischluftzufuhr. Hierbei ist ein axialsymmetrischer Aufbau von erstem Gebläse, Wärmetauscher und Kammersystemen vorgesehen. Jedes Gebläse ist in einem dem jeweiligen Gebläse zugeordneten Kammersystem angeordnet, wobei die Gebläse auf einer gemeinsamen Antriebswelle aufgeflanscht sind.
Dabei umfasst das dem Wärmetauscher zugeordnete erste Kammersystem eine vom ersten Radialgebläse axial beabstandete erste Mischkammer mit einer Frischlufteinlassöffnung und einer innenraumseitigen Umlufteinlassöffnung, und eine mit der ersten Mischkammer verbundene und vom ersten Radialgebläse mit Wärmetauscher axialsymmetrisch umgebene erste Ansaugkammer mit einer innenraumseitigen Warmluftauslassöffnung und einer motorraumseitigen Abluftauslassöffnung.
Das zweite Kammersystem umfasst eine vom zweiten Radialgebläse axial beabstandete zweite Mischkammer mit einer Frischlufteinlassöffnung und einer innenraumseitigen Umlufteinlassöffnung, und eine mit der zweiten Mischkammer verbundene und vom zweiten Radialgebläse axialsymmetrisch umgebene zweite Ansaugkammer mit einer innenraumseitigen Mischluftauslassöffnung und einer motorraumseitigen Mischluftauslassöffnung.
Auch eine derartige, kompakte Klimaanlage lässt noch Wünsche offen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Klimaanlage zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem als Verdampfer dienenden Wärmetauscher und einem als Gaskühler oder Kondensator dienenden Wärmetauscher vorgesehen, wobei die zwei Wärmetauscher als ein einziger kombinierter Wärmetauscher mit einem ersten, gemeinsamen Kältemittelkreislauf ausgebildet sind, die nebeneinander angeordnet sind, und Teil unterschiedlicher Luftkanäle sind. Durch die Ausbildung der beiden Wärmetauscher als ein kombinierter Wär metauscher, vorliegend als ein Kältemodul, welches einen einzigen Kältemittelkreislauf aufweist, lässt sich die Zahl der Anschlüsse für die Kältemittel-Leitungen reduzieren, welche häufig zu Dichtheitsproblemen, insbesondere bei den hohen Drücken, die auftreten, wenn CO₂ als Kältemittel verwendet wird, führen. Ferner kann der kombinierte Wärmetauscher in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden, so dass keine zwei unterschiedlichen Wärmetauscher hergestellt und später verbunden werden müssen, wodurch sich Kosten einsparen lassen. Die beiden Wärmetauscher des kombinierten Wärmetauschers weisen, abgesehen von der Breite, die gleichen Abmessungen auf, wobei der im Normalbetrieb als Kondensator bzw. Gaskühler dienende Wärmetauscher vorzugsweise etwas breiter ausgebildet ist, um eine ausreichende Leistung zu erzielen. Der Kompressor, welche der Kältemittelkreislauf antreibt, kann direkt an dem kombinierten Wärmetauscher zwischen den beiden Wärmetauschern angeflanscht oder integriert sein. Bevorzugt ist der kombinierte Wärmetauscher im Wärmepumpen-Betrieb in umgekehrter Richtung durchströmbar, wofür entsprechende Ventile vorgesehen sind.
Als Kältemittel wird vorzugsweise CO₂ verwendet, jedoch können auch andere Kältemittel verwendet werden.
Bevorzugt ist ein zusätzlicher, dritter Wärmetauscher nachgeordnet, welcher der Erwärmung der dem Fahrzeuginnenraum zugeleiteten Luft und/oder der Kühlung der dem Motor zugeleiteten Luft dient. Bevorzugt sind hierfür die Luftkanäle verschiebbar ausgebildet, was insbesondere über bewegliche Wände oder Kappen erfolgt, so dass eine optimale Temperierung möglich ist. Der dritte, nachgeordnete Wärmetauscher ist Teil eines Kühlmittelkreislaufs, der getrennt vom ersten Kältemittelkreislauf ausgebildet ist.
Bevorzugt ist der kombinierte Wärmetauscher im Gegensatz zu herkömmlichen derartigen Wärmetauschern seitlich und/oder unten im Kraftfahrzeug angeordnet, wodurch sich vollständig neue Möglichkeiten der Motorraum-Aufteilung usw. ergeben. Dabei kann der kombinierte Wärmetauscher beispielsweise in einem doppelten Boden oder auf einer Fahrzeugseite in Längsrichtung ausgerichtet angeordnet sein.
Vorzugsweise ist ein elektrischer Kompressor vorgesehen, so dass dieser nicht mehr im Bereich des Motors angeordnet sein muss, sondern an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet sein kann und auch nicht mehr direkt mit dem Motor gekoppelt betrieben werden muss.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines kombinierten Wärmetauschers in einem ausschnittsweise schematisch dargestellten Luftkanalsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Betriebszustand,
2 den kombinierten Wärmetauscher mit ausschnittsweise dargestelltem Luftkanalsystem von 1 in einem zweiten Betriebszustand,
3 den kombinierten Wärmetauscher mit ausschnittsweise dargestelltem Luftkanalsystem von 1 in einem dritten Betriebszustand,
4 den kombinierten Wärmetauscher mit ausschnittsweise dargestelltem Luftkanalsystem von 1 in einem vierten Betriebszustand,
5 den kombinierten Wärmetauscher mit ausschnittsweise dargestelltem Luftkanalsystem von 1 in einem fünften Betriebszustand,
6 eine schematische Darstellung eines kombinierten Wärmetauschers in einem ausschnittsweise schematisch dargestellten Luftkanalsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Betriebszustand,
7 den kombinierten Wärmetauscher mit ausschnittsweise dargestelltem Luftkanalsystem von 6 in einem zweiten Betriebszustand,
8 den kombinierten Wärmetauscher mit ausschnittsweise dargestelltem Luftkanalsystem von 6 in einem dritten Betriebszustand, und
9 eine schematische Darstellung einer Klappe, wie sie in den beiden Ausführungsbeispielen verwendet wird.
1 bis 5 zeigen ein Kältemodul 1, auf welches im Folgenden auch als kombinierter Wärmetauscher Bezug genommen wird, welches einen ersten Wärmetauscher 2 (Verdampfer) und einen zweiten Wärmetauscher 3 (Gaskühler) umfasst, die Teil eines bis auf einen am Kältemodul 1 angeflanschten elektrischen Kompressor 4 nicht näher dargestellten CO₂-Kältemittelkreislaufs sind, welcher im Folgenden auch als erster Kältemittelkreislauf bezeichnet wird. Der erste Kältemittelkreislauf kann auch im Wärmepumpen-Betrieb betrieben werden, wofür entsprechende Ventile (nicht dargestellt) zur Umkehr der Strömungsrichtung vorgesehen sind.
Der erste Wärmetauscher 2 ist in einem ersten Luftkanal 5 angeordnet, welchem ein Klimaanlagen-Gebläse 6 zugeordnet ist. Der zweite Wärmetauscher 3 ist in einem zweiten Luftkanal 7 angeordnet, welchem ein Motor-Gebläse 8 zugeordnet ist.
Im Anschluss an das Kältemodul 1 weisen die Luftkanäle 5 und 7 verschiebbare Wände auf, welche durch Klappen 9 gebildet werden, auf welche an späterer Stelle näher eingegangen wird. Zur besseren Verdeutlichung sind feststehende Wände 10 in den 1 bis 7 mit dicken Linien, verschiebbare Wände mit dünnen Linien dargestellt.
Dem Kältemodul 1 ist ein dritter Wärmetauscher 11 nachgeordnet, der mittels der Klappen 9 bei Bedarf in einen der Luftkanäle 5 oder 7 ganz oder teilweise integriert oder von beiden umgangen werden kann, so dass eine sehr variable Lufttemperierung des Fahrzeuginnenraums über verschiedene Luftauslassdüsen, die schematisch durch Pfeile am Ende des Luftkanals 5 dargestellt sind, sowie eine bedarfsgerechte Kühlung des Kraftfahrzeug-Motors, der im zweiten Luftkanal 7 nachfolgend angeordnet ist, möglich ist. Dieser dritte Wärmetauscher 11 ist Teil eines Kühlmittelkreislaufs, der unabhängig vom ersten Kältemittelkreislauf ausgebildet ist. Im zweiten Kühlmittelkreislauf zirkuliert ein anderes Kühlmittel (vorliegend Wasser/Glysantin) als im ersten Kältemittelkreislauf (CO₂).
In 1 ist ein Betriebszustand des maximalen Kühlens des Fahrzeuginnenraums, dargestellt, wobei kein Kühlen des Motors erforderlich ist. Hierbei strömt die vom Klimaanlagen-Gebläse 6 durch den ersten Luftkanal 5 strömende Luft durch den ersten Wärmetauscher 2, in dem sie gekühlt wird, und gelangt durch einen Luftglätter 12, zu den Luftauslassdüsen. Die vom Motor-Gebläse 8 kommende Luft durchströmt den zweiten Wärmetauscher 3 und umgeht auf Grund der Stellung der Klappen 9 den dritten Wärmetauscher 11, so dass dem Motor kalte Luft zugeführt wird.
2 zeigt einen Betriebszustand des maximalen Kühlens des Fahrzeuginnenraums (vgl. Beschreibung von 1) und ein Kühlen des Motors, wofür die durch den Luftkanal 7 strömende Luft durch den dritten Wärmetauscher 11 und anschließend zum Motor geleitet wird, wofür die Klappen 9 entsprechend positioniert sind.
Ein Betriebszustand mit einem mittleren Heizen des Fahrzeuginnenraums und einem teilweisen Kühlen des Motors ist in 3 dargestellt. wobei die Klappen 9 derart positioniert sind, dass ein Teil des dritten Wärmetauschers 11 im ersten Luftkanal 5 und der Rest des dritten Wärmetauschers 11 im zweiten Luftkanal 7 liegt. Bei dieser Klappenstellung ist auch ein Reheat-Betrieb möglich.
In 4 sind die Klappen 9 derart positioniert, dass wie bei 3 ein Teil des dritten Wärmetauschers 11 im ersten Luftkanal 5 liegt, jedoch wird der restliche Teil des dritten Wärmetauschers 11 nicht von Luft durchströmt, da die Klappen 9 die durch den zweiten Luftkanal 7 strömende Luft an ihm vorbeileiten, so dass ein mittleres Heizen des Fahrzeuginnenraums und keine Motorkühlung vorgesehen ist. Bei dieser Klappenstellung ist, wie in der zuvor beschriebenen Klappenstellung, auch ein Reheat-Betrieb möglich.
5 zeigt einen Betriebszustand bei dem ein maximales Heizen des Fahrzeuginnenraums, jedoch kein Kühlen des Motors erforderlich ist, so dass die gesamte durch den ersten Luftkanal 5 strömende Luft durch den dritten Wärmetauscher 11 geleitet wird, während die durch den zweiten Luftkanal 7 strömende Luft an diesem vorbeigeleitet wird. Die gleiche Klappenstellung kann jedoch auch für ein Vorheizen der dem Fahrzeuginnenraum zugeführ ten Luft verwendet werden, wenn der Kältemittelkreislauf in den Wärmepumpen-Betrieb (Reheat-Betrieb) geschaltet wird.
Die Klimaanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist in einen doppelten Boden eines Vans integriert, wobei das Kühlmodul 1 auch hierin angeordnet ist, im Gegensatz zu den herkömmlichen Wärmetauschern, welche im Kraftfahrzeug vorne angeordnet sind. Ferner ist das Motor-Gebläse 8 als elektrisches Gebläse ausgebildet, so dass es im Gegensatz zu herkömmlichen Motor-Gebläsen nicht direkt mit dem Motor gekoppelt werden muss und unabhängig von demselben betrieben werden kann.
Anstelle von CO₂ als Kältemittel kann auch ein anderes Kältemittel verwendet werden, das einen Phasenwechsel aufweist, so dass der zweite Wärmetauscher 3 nicht als Gaskühler sondern als Kondensator dient. Die prinzipielle Funktion ist ansonsten die Gleiche wie beim zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Gemäß dem in den 6 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind feststehende Wände 10 im Anschluss an das Kühlmodul 1 vorgesehen und eine Klappe 9, die zwischen dem Kühlmodul 1, genauer gesagt zwischen dem ersten Wärmetauscher 2, und dem dritten Wärmetauscher 11 angeordnet ist, regelt die Temperatur im ersten Luftkanal 5, welcher dem Fahrzeuginnenraum die Luft zuführt. Der dritte Wärmetauscher 11 ist derart ausgebildet, dass ein Teil fest im zweiten Luftkanal 7 angeordnet ist. Der andere Teil ist im ersten Luftkanal 5 angeordnet, jedoch kann die Luft an diesem Teil des dritten Wärmetauschers 11 durch die Klappe 9 vorbeigeleitet werden, wie in 6 dargestellt, wobei der Fahrzeuginnenraum maximal gekühlt wird. Der Motor kann bei diesem Betriebszustand auf Grund eines im dritten Wärmetauscher 11 vorgesehenen Thermostats (nicht dargestellt) gekühlt oder nicht gekühlt werden.
7 zeigt einen Betriebszustand, bei dem die Klappe 9 in einer Zwischenstellung ist, so dass der dritte Wärmetauscher 11 von einem Teil der Luft des ersten Luftkanals 5 durchströmt und der restliche Teil der Luft am dritten Wärmetauscher 11 vorbeigeleitet wird. Der Motor kann auch bei diesem Betriebszustand auf Grund eines im dritten Wärmetauscher 11 vorgesehenen Thermostats (nicht dargestellt) gekühlt oder nicht gekühlt werden.
In 8 ist der Betriebszustand "maximales Heizen" des Fahrzeuginnenraums dargestellt, bei dem die gesamte Luft durch den dritten Wärmetauscher 11 geleitet wird. Wiederum kann der Motor bei diesem Betriebszustand auf Grund eines im dritten Wärmetauscher 11 vorgesehenen Thermostats (nicht dargestellt) gekühlt oder nicht gekühlt werden.
In 9 ist der dritte Wärmetauscher 11, welcher als Flachrohr-Wärmetauscher ausgebildet ist, mit Flachrohren 20, dazwischen angeordneten Rippen 21 und überstehenden Gehäuserippen 22, und eine Klappe 9, welche eine bewegliche Wand bildet, dargestellt. Die Klappe 9 weist eine umlaufende Ankerdichtung 30, die an den Gehäuserippen 22 dicht anliegt, und ein passives Lager 31 mit einer Dichtlippe 32 auf. Die Klappe 9 kann, wie aus den Figuren ersichtlich ist, etwa mittig abgeknickt werden, wofür ein Filmscharnier mit einer Vorspann-Feder vorgesehen ist.

1: Kältemodul, kombinierter Wärmetauscher
2: erster Wärmetauscher
3: zweiter Wärmetauscher
4: Kompressor
5: erster Luftkanal
6: Klimaanlagen-Gebläse
7: zweiter Luftkanal
8: Motor-Gebläse
9: Klappe, verschiebbare Wand
10: feststehende Wand
11: dritter Wärmetauscher
12: Luftglätter
20: Flachrohr
21: Rippe
22: Gehäuserippe
30: Ankerdichtung
31: Lager
32: Dichtlippe

Claims

Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem als Verdampfer dienenden Wärmetauscher (2) und einem als Gaskühler oder Kondensator dienenden Wärmetauscher (3), wobei die zwei Wärmetauscher (2 und 3) als ein einziger kombinierter Wärmetauscher (1) mit einem ersten, gemeinsamen Kältemittelkreislauf ausgebildet sind, die nebeneinander angeordnet sind, und Teil unterschiedlicher Luftkanäle (5 bzw. 7) sind.
Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kombinierte Wärmetauscher (1) im Wärmepumpen-Betrieb in umgekehrter Richtung durchströmbar ist.
Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel CO₂ ist.
Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Wärmetauscher (11) nachgeordnet ist.
Klimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der nachgeordnete Wärmetauscher (11) Teil eines zweiten Kältemittel kreislaufs ist, der getrennt vom ersten Kühlmittelkreislauf ausgebildet ist.
Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kombinierte Wärmetauscher (1) seitlich und/oder unten im Kraftfahrzeug angeordnet ist.
Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem kombinierten Wärmetauscher (1) nachfolgenden Luftkanäle bewegliche Wände und/oder mindestens eine Klappe (9) aufweisen, die die durchströmende Luft ganz oder teilweise durch einen nachgeordneten dritten Wärmetauscher (11) leiten oder an diesem vorbeileiten.
Klimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (9) ein Filmscharnier mit einer Vorspann-Feder aufweist.
Klimaanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (9) mit einer Seite an Gehäuserippen (22) eines Wärmetauschers (11) anliegt.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (9) mit einer Seite an dem kombinierten Wärmetauscher (1) fixiert ist.
Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Kompressor (4) im Kältemittelkreislauf vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug gekennzeichnet durch eine Klimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der kombinierte Wärmetauscher (1) der Klimaanlage seitlich in Fahrzeuglängsrichtung, unten im Fahrzeug und/oder teilweise im Fahrgastraum angeordnet ist.