DE102004056813B4

DE102004056813B4 - Mehrzonen-Klimaanlage

Info

Publication number: DE102004056813B4
Application number: DE102004056813A
Authority: DE
Inventors: Andrew Rowntree; Thomas Alberternst; Graham R. Johnstone; Graham Kirby; Michael Fietz
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: DE102004056813C5; DE102004056814A1; DE102004056814C5; DE102004056814B4; DE102004056813A1

Abstract

Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums, umfassend ein Hauptklimamodul (2) mit einem zur Kühlung dienenden ersten Wärmetauscher (4), einem zur Erwärmung dienenden zweiten Wärmetauscher (6) und einer ersten Mischkammer (12), sowie ein Mehrzonenmodul (10') mit einer zweiten Mischkammer (14), wobei das Hauptklimamodul (2) dazu eingerichtet ist, in Zusammenwirkung mit dem Mehrzonenmodul (10') zumindest einen bezüglich der Temperatur konditionierbaren ersten Luftstrom (8) zu erzeugen, wobei das Mehrzonenmodul (10') austauschbar am Hauptklimamodul (2) angeordnet und dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem Hauptklimamodul (2) zumindest einen bezüglich der Temperatur unabhängig konditionierbaren zweiten Luftstrom (24) zu erzeugen, wobei bei der Anordnung des Mehrzonenmoduls (10') am Hauptklimamodul (2): a) ein erster Strömungsweg (29) ausgebildet wird, der im Hauptklimamodul (2) verläuft, sich durch den zweiten Wärmetauscher (6) erstreckt und in die erste Mischkammer (12) mündet, und b) ein zweiter Strömungsweg (31) ausgebildet wird, der im Mehrzonenmodul (10') verläuft, sich durch den zweiten Wärmetauscher...

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Klimaanlage zur getrennten Klimatisierung verschiedener Zonen eines Kraftfahrzeuginnenraums mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Klimaanlagenanordnung.
Aufgrund der steigenden Komfortansprüche der Nutzer moderner Kraftfahrzeuge hat sich die Ausrüstung von Personenkraftwagen mit Klimaanlagen mittlerweile de facto als Standard etabliert. Gehobene Komfortansprüche werden durch Klimaanlagen befriedigt, die eine getrennte Einstellung der Klimatisierung in verschiedenen Bereichen bzw. Zonen des Kraftfahrzeuginnenraums erlauben. Beispielsweise sind bereits in Fahrzeugen der unteren Mittelklasse Klimaanlagen verfügbar, die eine getrennte Klimatisierung der rechten und der linken Hälfte des Fahrgastraumes erlauben.
Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, indem der Fondbereich des Fahrgastraums unabhängig von der ersten Sitzreihe klimatisiert wird. Auch hier ist bereits eine getrennte Einstellbarkeit der Klimatisierung für die rechte und die linke Hälfte des Fondbereichs realisiert worden. Aufgrund des bislang sehr hohen konstruktiven Aufwands solcher Drei- oder Vierzonen-Klimaanlagen sind solche Klimaanlagen bislang nur in Fahrzeugen der gehobenen Mittelklasse oder der Oberklasse zu finden.
Aus der DE 103 28 275 A1 ist eine Mehrzonen-Klimananlage bekannt, die einen modularen Aufbau aufweist. Durch Austausch eines einzelnen Moduls ist es möglich, mit einem einheitlichen Grundkörper der Klimaanlage eine Ein- bis Vierzonen-Klimaanlage zu realisieren. Der modulare Aufbau erlaubt es daher, eine Vielzahl von Fahrzeugen mit einem und demselben Grundkörper einer Klimaanlage auszurüsten, wobei dann durch Auswahl des geeigneten Moduls die Klimaanlage als Ein- oder Mehrzonen-Klimaanlage angepasst an den Standard des Kraftfahrzeugs ausgerüstet werden kann. Ein solch vereinheitlichter Aufbau ermöglicht die Realisierung deutlicher Kostenvorteile. Nachteilig an der aus der DE 103 28 275 A1 bekannten Klimaanlage sind jedoch die verhältnismäßig langen Strömungswege für die im Mehrzonenmodul zu mischenden kalten und warmen Teilluftströme, die darüber hinaus nicht geradlinig verlaufen, was deutliche strömungstechnische Nachteile mit sich bringt.
Aus der US 5 042 566 A ist ebenfalls eine modular aufgebaute Mehrzonen-Klimaanlage bekannt. Um auf einfache Weise zur weiteren Komfortsteigerung den Fondraum eines Kfz weitgehend unabhängig vom Frontraum klimatisieren zu können, ist eine separat ausgebildete fondraumseitige Mischkammer ausgebildet. Der zur Erwärmung eines Teilluftstroms verwendete zweite Wärmetauscher ist dabei so angeordnet, dass er sowohl für die Frontseitige als auch für die Fondseitige Mischkammer warme Luftströme erzeugt. Jedoch weist die aus der US 5 042 566 A vorbekannte Klimaanlage den Nachteil auf, dass eine Veränderung der Mischungsverhältnisse in einer Mischkammer stets auf die andere Mischkammer rückwirkt, so dass hier eine aufwendige Klappensteuerung zur Entkopplung der beiden Mischkammern erforderlich ist.
Aus der DE 196 46 123 A1 ist schließlich bekannt, dass bei Mehrzonen-Heiz- oder Klimaanlagen eine Wechselwirkung zwischen der Temperatur der zum Vorderraum und zum Rückraum führenden Luftkanäle nicht ausgeschlossen werden kann. Die DE 196 46 123 A1 offenbart daher eine Heiz- oder Klimaanlage zur Verwendung in Kraftfahrzeugen mit einer weitgehend unabhängigen Temperatursteuerung für mindestens vier Klimatisierungszonen, wobei die Heiz- oder Klimaanlage keinen wesentlich höheren Raumbedarf hat als übliche Mehrzonenklimaanlagen. Nachteilig an der aus der DE 196 49 123 A1 vorbekannten Konstruktion ist jedoch, dass die Zahl der mit der Klimaanlage unabhängig klimatisierbaren Zonen nicht variabel ist. Eine einfache Anpassbarkeit an die Anforderungen des Fahrzeugherstellers ist nicht gegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine modular aufgebaute Mehrzonen-Klimaanlage anzugeben, die einen vereinfachten Aufbau bei gleichzeitig höherer Effizienz aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Mehrzonen-Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Mehrzonen-Klimaanlage umfasst ein Hauptklimamodul mit einem ersten und einem zweiten Wärmetauscher. Dabei kann der erste Wärmetauscher beispielsweise mit einem Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs verbunden werden und der zweite Wärmetauscher mit einem Kühlmittelkreislauf des Antriebs des Kraftfahrzeugs. Der erste Wärmetauscher dient dazu, einströmende Umgebungsluft auf eine definierte Temperatur abzukühlen und ggf. zu trocknen. Der zweite Wärmetauscher dient dazu, die vom ersten Wärmetauscher auf eine tiefe Temperatur abgekühlte getrocknete Luft aufzuheizen.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Mehrzonen-Klimaanlage ein Mehrzonenmodul, welches austauschbar am Hauptklimamodul angeordnet ist. Das Hauptklimamodul ist dazu eingerichtet, in Zusammenwirkung mit dem Mehrzonenmodul zumindest einen bezüglich der Temperatur den Wünschen eines Fahrzeuginsassen konditionierbaren Luftstrom zu erzeugen. Das Hauptklimamodul kann jedoch auch dazu eingerichtet sein, mehrere, insbesondere zwei unabhängig voneinander konditionierbare Luftströme zur Klimatisierung mehrer getrennter Zonen des Fahrzeuginnenraums zu erzeugen. Unter der Zusammenwirkung zwischen Hauptklimamodul und Mehrzonenmodul soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass ein bestimmungsgemäßer Betrieb des Hauptklimamoduls ohne Mehrzonenmodul nicht möglich ist.
Erfindungsgemäß ist nun das Mehrzonenmodul so ausgebildet, dass bei der Anordnung des Mehrzonenmoduls am Hauptklimamodul der zweite Wärmetauscher, der Teil des Hauptklimamoduls ist, durchströmbar in das Mehrzonenmodul eingreift. Insbesondere sind das Hauptklimamodul und das Mehrzonenmodul so ausgebildet, dass sich bei der Anordnung des Mehrzonenmoduls am Hauptklimamodul ein erster (zusätzlicher, neben dem im Hauptklimamodul bereits ausgebildeten Strömungsweg existierender) Strömungsweg ausbildet. Dabei sind nun das Hauptklimamodul und das Mehrzonenmodul dergestalt ausgebildet, dass zumindest der zweite Wärmetauscher durchströmbar in diesen ersten Strömungsweg eingreift.
Auf diese Weise ist es möglich, auch bei der Realisierung einer echten Mehrzonen-Klimaanlage mit der Möglichkeit zur unabhängigen Klimatisierung von vorderer Sitzreihe und Fondbereich mit nur einem (zur Erwärmung eines zugeführten Teilluftstroms vorgesehenen) zweiten Wärmetauscher zu arbeiten. Hieraus ergibt sich ein deutlich vereinfachter Aufbau der erfindungsgemäßen Klimaanlage gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Klimaanlagen.
Weiterhin sind das Hauptklimamodul sowie das Mehrzonenmodul dergestalt ausgebildet, dass bei der Anordnung des Mehrzonenmoduls am Hauptklimamodul ein erster Strömungsweg ausgebildet wird, der im Hauptklimamodul verläuft, und ein zweiter Strömungsweg ausgebildet wird, der im Mehrzonenmodul verläuft. Strömungstechnisch ergeben sich besondere Vorteile, dadurch dass der zweite Wärmetauscher durchströmbar sowohl in den ersten Strömungsweg als auch in den zweiten Strömungsweg eingreift.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des ersten und des zweiten Strömungsweges ist es möglich, mit nur einem zweiten (beispielsweise zur Erwärmung geeigneten) Wärmetauscher neben dem vom ersten Wärmetauscher erzeugten kalten Teilluftstrom einen weiteren konditionierten (z. B. warmen) Teilluftstrom bereit zu stellen. Diese Teilluftströme können für eine kontrollierte Vermischung in Mischkammern sowohl im Hauptklimamodul als auch im Mehrzonenmodul verwendet werden. Neben der im Hauptklimamodul ausgebildeten ersten Mischkammer ist im Mehrzonenmodul eine weitere Mischkammer zur Vermischung konditionierter kalter und warmer Teilluftströme vorgesehen. Durch die beschriebene Anordnung können die Strömungswege der konditionierten Teilluftströme bis in diese zweite Mischkammer aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung von Hauptklimamodul und Mehrzonenmodul außerordentlich kurz und wenig gewunden gehalten werden, wodurch sich deutliche strömungstechnische Vorteile ergeben.
Insgesamt erlaubt es die erfindungsgemäße Klimaanlage daher, mit nur einem ersten und einem zweiten Wärmetauscher eine vollwertige Single- bis Quadzone-Klimaanlage zu realisieren. Der modulare Aufbau erlaubt auf einfachste Weise eine Anpassung der Klimaanlage an den gewünschten Standard des Kfz. Durch die gemeinsame Nutzung des ersten und des zweiten Wärmetauschers sowohl im Hauptklimamodul als auch im Mehrzonenmodul ist es trotz des einfachen Aufbaus beider Module möglich, kurze und wenig gewundene Strömungswege der zu mischenden Teilluftströme zu realisieren, woraus sich strömungstechnische Vorteile ergeben, insbesondere ein geringer innerer Strömungswiderstand sowie eine niedrige Geräuschentwicklung. Insbesondere basieren diese Vorteile darauf, dass dem Mehrzonenmodul im Gegensatz zu der aus der DE 103 282 75 A1 vorbekannten Klimaanlage nur ein kalter Luftstrom zugeführt wird. Erst im Mehrzonenmodul werden dann ein kalter und ein warmer Teilluftstrom zur kontrollierten Vermischung erzeugt.
Das Mehrzonenmodul ist dazu eingerichtet, in Zusammenwirkung mit dem Hauptklimamodul zumindest einen weiteren konditionierbaren Luftstrom zu erzeugen. Insbesondere kann das Mehrzonenmodul jedoch auf einfache Weise auch dazu ausgebildet sein, zwei weitere unabhängig voneinander konditionierbare Luftströme zur Klimatisierung zweier weiterer Zonen des Fahrzeuginnenraums zu erzeugen.
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist das Hauptklimamodul der erfindungsgemäßen Mehrzonenklimaanlage dazu eingerichtet, zwei unabhängig voneinander konditionierbare Luftströme für die getrennte Klimatisierung des rechten sowie des linken Vordersitzes des Kraftfahrzeuges zu erzeugen. Dies kann z. B. durch Einführung einer zentralen Trennwand im Mehrzonenmodul realisiert werden, wodurch die im Hauptklimamodul ausgebildete Mischkammer in zwei funktionell voneinander unabhängige Hälften unter Verdoppelung der Luftein- und -auslässe geteilt wird. In oder außerhalb der Mischkammer eventuell vorgesehene Stellklappen können dann auf zwar koaxialen, aber getrennt ansteuerbaren Wellen gelagert werden.
Auf diese Weise kann auch der Aufbau des Singlezone-Hauptklimamoduls und des Dualzone-Hauptklimamoduls (z. B. für die erste Sitzreihe) sowie des Singlezone-Mehrzonenmoduls und des Dualzone-Mehrzonenmoduls (z. B. für den Fondbereich) weitestgehend vereinheitlicht werden. Für die Singlezone-Module wird einfach auf die zentrale Trennwand verzichtet sowie die Stellklappen jeweils auf gemeinsamen Wellen angeordnet.
Das Mehrzonenmodul kann dazu ausgebildet sein, einen unabhängig von den vom Hauptklimamodul erzeugten konditionierbaren Luftströmen konditionierbaren Luftstrom für die getrennte Klimatisierung einer weiteren Zone des Fahrzeuginnenraums, beispielsweise des Fondbereichs, zu erzeugen. Weiterhin kann das Mehrzonenmodul jedoch auch zur Erzeugung zweier unabhängig voneinander und vom Hauptklimamodul konditionierbarer Luftströme beispielsweise für die getrennte Klimatisierung der rechten Hälfte sowie der linken Hälfte des Fondbereichs des Fahrzeuginnenraums eingerichtet sein. Auch hier kann diese erweiterte Funktionalität wie vorstehend beschrieben durch Einführung einer zentralen Trennwand im Mehrzonenmodul realisiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeder unabhängig konditionierbare Luftstrom im Sinne der vorliegenden Erfindung tatsächlich aus zwei Teilströmen besteht, die nicht unabhängig voneinander, sondern nur gemeinschaftlich konditionierbar sind. Hierunter sind beispielsweise zwei Teilströme zu verstehen, die eine verschiedene Temperatur aufweisen, wobei jedoch die Temperaturdifferenz oder das Verhältnis der Temperaturen im Wesentlichen konstant sind. Die Temperatur und/oder die Stärke der Teilströme kann dann gemeinschaftlich verstellt werden, d. h. die Teilströme können gemeinschaftlich konditioniert werden. Dies kann beispielsweise durch besondere Ausgestaltung der Mischkammer, in der die gemeinschaftlich konditionierbaren Luftströme erzeugt werden, realisiert werden.
Sowohl das Hauptklimamodul als auch das Mehrzonenmodul weisen eigene Mischkammern auf. In diesen werden die unabhängig voneinander konditionierbaren Luftströme durch die kontrollierte Vermischung warmer und kalter Teilluftströme erzeugt. Zur kontrollierten Vermischung warmer und kalter Teilluftströme in den Mischkammern stehen verschiedene strömungsmechanische Konzepte zur Verfügung. Es ergeben sich besondere Vorteile, wenn das jeweils verwendete strömungsmechanische Konzept individuell auf die im Hauptklimamodul bzw. im Mehrzonenmodul herrschenden Strömungsverhältnisse bzw. das dort vorliegende Bauraumangebot abgestimmt werden. Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn in der Mischkammer des Hauptklimamoduls ein anderes strömungsmechanisches Prinzip zur Vermischung von warmen und kalten Teilluftströmen zum Einsatz kommt als in der Mischkammer des Mehrzonenmoduls. Auf die verschiedenen zur Verfügung stehenden strömungsmechanischen Konzepte wird im Rahmen der Ausführungsbeispiele noch näher eingegangen werden.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Klimaanlagenanordnung, die aus einer erfindungsgemäßen Mehrzonen-Klimaanlage sowie aus einer Mehrzahl von gegeneinander austauschbaren Mehrzonenmodulen besteht. Indem ein Hersteller von Originalausrüstung für Kraftfahrzeuge eine solche Klimaanlagenanordnung bereithält, ist es ihm möglich, auf einfachste Weise verschiedenste Kundenanforderungen unter Verwendung ein und desselben Klimaanlagengrundkörpers, nämlich des Hauptklimamoduls, einschließlich einer einheitlichen Steuerungslogik zu erfüllen. Dies erlaubt die Realisierung enormer Kostenvorteile für den Hersteller der Klimaanlagen-Anordnung, die an den Kraftfahrzeughersteller und schließlich an den Endkunden weitergegeben werden können.
Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Mehrzonen-Klimaanlage sowie der erfindungsgemäßen Klimaanlagenanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die nicht einschränkend zu verstehen sind und anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:
1a: eine perspektivische Ansicht des Hauptklimamoduls einer erfindungsgemäßen Mehrzonen-Klimaanlage,
1b: eine perspektivische Ansicht eines ersten Mehrzonenmoduls einer erfindungsgemäßen Mehrzonen-Klimaanlage,
1c: eine perspektivische Darstellung eines zweiten Mehrzonenmoduls,
2: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Mehrzonen-Klimaanlage mit montiertem Mehrzonenmodul,
3: eine perspektivische Schnittdarstellung der Mischkammer eines Mehrzonenmoduls, und
4: ein weiterer perspektivischer Schnitt durch die Mischkammer des Mehrzonenmoduls aus 3.
Die 1a, 1b und 1c zeigen zusammen eine erfindungsgemäße Klimaanlagenanordnung. Dabei zeigt 1a das Hauptklimamodul 2 einer erfindungsgemäßen Mehrzonen-Klimaanlage 1, wobei die 1b und 1c ein erstes Mehrzonenmodul 10 und ein zweites Mehrzonenmodul 10' zur Verwendung mit dem gezeigten Hauptklimamodul 2 darstellen.
Die Klimaanlage 1 gemäß dieses Ausführungsbeispiels ist in verschiedene Module unterteilt, die auf einfache Weise austauschbar sind und im betriebsbereiten Zustand der Klimaanlage 1 dicht miteinander verbunden sind. Die Klimaanlage 1 weist ein Hauptklimamodul 2 mit einem Grundkörper 34 auf. Mit dem Grundkörper 34 ist einlassseitig ein Luftzufuhrmodul 3 verbunden, in dem ein Gebläse 26 angeordnet ist. Das Gebläse 26 dient zur Ansaugung von Umgebungsluft. Dabei sind der Grundkörper 34 des Hauptklimamoduls 2 und das Luftzufuhrmodul 3 so ausgebildet, dass das Luftzufuhrmodul 26 wahlweise auf der rechten oder auf der linken Seite (in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen) vom Hauptklimamodul 2 angeordnet werden kann. Die erfindungsgemäße Mehrzonen-Klimaanlage 1 ist somit zum Einbau sowohl in rechtsgelenkte als auch in linksgelenkte Kraftfahrzeuge geeignet. Die vom Gebläse 26 in das Luftzufuhrmodul 3 gesaugte Umgebungsluft wird über einen im Luftzufuhrmodul angeordneten (optionalen) Filter 32 (aus 1a nicht ersichtlich) ins Innere des Grundkörpers 34 des Hauptklimamoduls 2 geleitet.
Im Grundkörper 34 des Hauptklimamodul 2 sind ein in 1a verdeckter erster Wärmetauscher 4 sowie ein zweiter Wärmetauscher 6 angeordnet. Dem ersten Wärmetauscher 4 wird die gesamte vom Gebläse 26 angesaugte Umgebungsluft zugeführt. Der erste Wärmetauscher 4 dient zur Abkühlung und Trocknung der angesaugten Umgebungsluft. Er ist mit einem Kältemittelkreislauf des Kraftfahrzeugs verbunden. Das z. B. von einer Kältemittelpumpe gelieferte kondensierte Kältemittel wird im ersten Wärmetauscher 4 unter Kälteentwicklung verdampft. Typisch wird die angesaugte Umgebungsluft auf eine Temperatur von etwa 4°C abgekühlt.
Der zweite Wärmetauscher 6 dient zur Erwärmung einer Teilmenge der vom ersten Wärmetauscher 4 abgekühlten und getrockneten Luft. Hierzu ist der zweite Wärmetauscher 6 z. B. mit dem Kühlmittelkreislauf des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs verbunden. Im Betrieb des Antriebsaggregats wird das Kühlmittel von der Verlustwärme des Antriebsaggregats auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, die typisch im Bereich von 100°C liegt. Zusätzlich ist am Hauptklimamodul 2 ein weiteres Heizelement 26 angeordnet, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel elektrisch betrieben wird (PTC) und als Zusatzheizung in der Startphase des Antriebsaggregats, bei tiefen Umgebungstemperaturen oder auch bei hocheffizienten Antriebsaggregaten mit (zu) geringer Verlustwärmeentwicklung dient.
Wie sich aus der Formgebung des Hauptklimamoduls 2 sowie der Mehrzonenmodule 10 und 10' unmittelbar ergibt, können die Mehrzonenmodule 10 bzw. 10' jeweils einzeln am Hauptklimamodul 2 angeordnet werden. Durch die Anordnung eines Mehrzonenmoduls 10 bzw. 10' wird die erfindungsgemäße Mehrzonen-Klimaanlage 1 in den betriebsbereiten Zustand versetzt. 1b zeigt hier ein erstes Mehrzonenmodul 10', welches dazu eingerichtet ist, zwei unterschiedlich temperierte Luftströme 24, 25 zur einheitlichen Versorgung des gesamten Fondbereichs eines Kraftfahrzeugs zu erzeugen. Dabei ist am Mehrzonenmodul 10' ein Panelauslass 38 ausgebildet, an dem ein kälterer Luftstrom 24 zur Versorgung des oberen Bereichs des Fonds bereitgestellt wird, sowie ein Fußraumauslass 40, an dem ein wärmer Luftstrom 25 zur Versorgung des Fußraums des Fonds bereitgestellt wird.
1c zeigt hingegen ein zweites Mehrzonenmodul 10, welches nicht dazu eingerichtet ist, einen eigenen unabhängig konditionierbaren Luftstrom zu erzeugen. Vielmehr dient das aus 1c ersichtliche zweite Mehrzonenmodul 10 in erster Linie dazu, die am Hauptklimamodul 2 ausgebildete Montageöffnung für die Mehrzonenmodule 10, 10' dergestalt abzudecken, dass sich eine effiziente Durchströmung des zweiten Wärmetauschers 6 auf seiner gesamten Austauschfläche ergibt. Das zweite Mehrzonenmodul 10' weist daher insbesondere eine starke strömungsleitende Funktion auf.
2 zeigt einen in der Symmetrieebene des Hauptklimamoduls 2 der Klimaanlage 1 ausgeführten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Mehrzonen-Klimaanlage 1 gemäß der 1a und 1b. In der Einbaulage im Kfz ist diese Symmetrieebene im Allgemeinen in Fahrtrichtung sowie in vertikaler Richtung orientiert. Zur Vereinfachung wird bei der nachfolgenden Diskussion angenommen, dass das Hauptklimamodul 2 zur einheitlichen Versorgung des linken bzw. rechten Vordersitzes eingerichtet ist. Damit weicht das Hauptklimamodul 2 von der in 1a dargestellten Ausführungsform ab, die dazu eingerichtet ist, den linken bzw. rechten Vordersitz einzeln zu klimatisieren.
Die vom Gebläse 26 angesaugte Umgebungsluft tritt durch ein Luftfilter 32 in den Grundkörper 34 des Hauptklimamoduls 2 ein. Unmittelbar nach dem Filter 32 ist der erste Wärmetauscher 4 angeordnet, in dem ein verflüssigtes Kältemittel verdampft wird. Die hierbei auftretende Kälteentwicklung dient dazu, die angesaugte Umgebungsluft auf eine definierte Ausgangstemperatur, beispielsweise 4°C, abzukühlen und die enthaltene Luftfeuchte auszukondensieren.
Nach Durchtritt durch den ersten Wärmetauscher 4 wird die abgekühlte getrocknete Luft auf mehrere Strömungswege aufgeteilt, die in 2 als gestrichelte Linien angedeutet sind. Ein erster Strömungsweg 29 führt einen ersten Teil des aus dem ersten Wärmetauscher 4 austretenden Luftstroms durch den im Inneren des Grundkörpers 34 angeordneten zweiten Wärmetauscher 6 sowie ein nachfolgend angeordnetes elektrisches Heizelement 26. Der zweite Wärmetauscher 6 ist mit dem Kühlmittelkreislauf des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs verbunden. Das hierin zirkulierende Kühlmittel hat eine relativ hohe Temperatur, die typisch etwa 100°C beträgt. Das nachgeschaltete elektrische Heizelement 26, welches optional vorgesehen ist, kann zugeschaltet werden, wenn die Wärmeanforderung in der Klimaanlage durch die Verlustwärme des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs nicht mehr erfüllt werden kann. Dieser Zustand kann beispielsweise in der Warmlaufphase des Antriebsaggregats auftreten. Ein zusätzliches Heizelement 26 kann jedoch auch ständig erforderlich sein, sofern das zum Einsatz kommende Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs einen hohen Wirkungsgrad und somit eine geringe Verlustwärme aufweist. Beispielhaft hierfür seien die modernen Common-Rail-Dieselmotoren genannt.
Nachdem der abgezweigte erste Teilluftstrom über den ersten Strömungsweg 29 durch den zweiten Wärmetauscher 6 sowie das optionale Heizelement 26 hindurch getreten ist, hat er sich erwärmt und tritt als erster warmer Teilluftstrom 16 von unten in die im Hauptklimamodul 2 angeordnete erste Mischkammer 12 der erfindungsgemäßen Mehrzonen-Klimaanlage 1 ein.
Auf einem zweiten Strömungsweg 31 durchtritt ein zweiter zu Beginn kalter Teilluftstrom ebenfalls den zweiten Wärmetauscher 6 sowie das optionale Heizelement 26, wobei dieser zweite Strömungsweg 31 durch Barrieren vom ersten Strömungsweg 29 getrennt ist. Auf dem zweiten Strömungsweg 31 wird ein zweiter warmer Teilluftstrom 20 erzeugt, der von oben in eine im Mehrzonenmodul 10' angeordnete zweite Mischkammer 14 eintritt.
Ein dritter Strömungsweg 28, der wiederum durch Barrieren vom ersten Strömungsweg 29 getrennt ist, führt einen ersten kalten Teilluftstrom 18 von unten in die erste Mischkammer 12. Das Mischungsverhältnis zwischen erstem warmem Teilluftstrom 16 und erstem kaltem Teilluftstrom 18 wird mittels einer abgewinkelten Mischklappe 58 eingestellt.
Auf einem vierten Strömungsweg 30 gelangt schließlich ein letzter kalter Teilluftstrom vom ersten Wärmetauscher 4 zur zweiten Mischkammer 14, in die er seitlich als zweiter kalter Teilluftstrom 22 eintritt. Das Mischungsverhältnis von zweitem warmem Teilluftstrom 20 und zweitem kaltem Teilluftstrom 22 wird mittels einer verstellbaren Mischklappe 60 eingestellt.
Die erfindungsgemäße Mehrzonen-Klimaanlage mit einem Hauptklimamodul 2 und einem Mehrzonenmodul 10 wird dabei durch Einsetzen des Mehrzonenmoduls 10 in den Grundkörper 34 des Hauptklimamoduls 2 in den betriebsbereiten Zustand versetzt, wobei eine Fügeverbindung beider Module hergestellt wird. In 2 ist dabei die sich an den aufeinander liegenden Fügeflächen beider Module ausbildende Stoßstelle 50 zwischen dem Grundkörper 34 des Hauptklimamoduls 2 und dem Mehrzonenmodul 10 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet. Die Verbindung zwischen Hauptklimamodul 2 und Mehrzonenmodul 10 ist dabei überdruckdicht ausgebildet. Das Mehrzonenmodul 10 wird vorzugsweise nach dem Einsetzen in das Hauptklimamodul 2 in seiner Lage durch Verschraubung mit dem Hauptklimamodul 2 fixiert. Dabei ist das Mehrzonenmodul 10 so ausgebildet, dass der vorstehend beschriebene erste Strömungsweg 29, der in die erste, im Hauptklimamodul 2 angeordnete Mischkammer 12 führt, erst dann ausgebildet wird, wenn das Mehrzonenmodul 10 am Hauptklimamodul 2 angeordnet wird. Weiterhin wird der zweite Strömungsweg 31, der sich durch das Hauptklimamodul 2 und das Mehrzonenmodul 10 hindurch erstreckt, erst ausgebildet, wenn das Mehrzonenmodul 10 am Hauptklimamodul 2 angeordnet ist.
Sowohl der erste Strömungsweg 29 als auch der zweite Strömungsweg 31 erstrecken sich durch den zweiten Wärmetauscher 6 sowie das optionale Heizelement 26. Auf diese Weise wird eine besonders raumsparende Konfiguration der erfindungsgemäßen Mehrzonen-Klimaanlage realisiert. Indem sich Mehrzonenmodul 10 und Hauptklimamodul 2 sowohl den zweiten Wärmetauscher 6 als auch das optionale Heizelement 26 teilen und indem sowohl der erste Strömungspfad 29, der zur ersten Mischkammer 12 des Hauptklimamoduls 2 führt, als auch der zweite Strömungsweg 31, der zur zweiten Mischkammer des Mehrzonenmodul 10 führt, durch ein und denselben zweiten Wärmetauscher 6 sowie durch ein und dasselbe zusätzliche Heizelement 26 verlaufen, können wesentliche konstruktive Merkmale verwirklicht werden. So ist es möglich, auf einen weiteren (zweiten) Wärmetauscher bzw. ein zweites optionales Heizelement im Mehrzonenmodul 10 zu verzichten. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Mehrzonen-Klimaanlage.
Die erste Mischkammer 12, welche im Hauptklimamodul 2 ausgebildet ist, entspricht in ihrer Funktionsweise den bei vorbekannten Klimaanlagen bereits vielfach realisierten Mischkammern. Das zugrunde liegende Mischerkonzept wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „Schichtmischer” bezeichnet. Der ersten Mischkammer 12 werden der erste warme Teilluftstrom 16 sowie der erste kalte Teilluftstrom 18 von unten zugeführt. In der ersten Mischkammer 12 werden der erste und zweite Teilluftstrom 16, 18 dergestalt durchmischt, dass sich innerhalb der ersten Mischkammer 12 in vertikaler Richtung eine Scherschicht mit festem Temperaturprofil einstellt. Dies bedeutet, dass je nach Anordnung eines Auslasses aus der ersten Mischkammer 12 ein konditionierbarer Luftstrom 8, 9 austritt, dessen Temperatur von der genauen Anordnung des Auslasses in vertikaler Richtung abhängt. Von diesem Konstruktionsprinzip wird im Stand der Technik regelmäßig Gebrauch gemacht. Es ermöglicht, mit einer Mischkammer, der ein warmer und ein kalter Teil Luftstrom zugeführt wird, mehrere konditionierbare Luftströme zu erzeugen, die unterschiedliche Temperaturen aufweisen. In der Regel werden jedoch die auf diese Weise erzeugten unterschiedlich temperierten Luftströme nicht unabhängig voneinander konditionierbar sein. Vielmehr besteht in der Regel zwischen den erzeugten konditionierbaren Luftströmen eine Temperaturdifferenz. Diese kann durch geeignete Auslegung der Klimaanlage über einen möglichst großen Temperatur- und Lüftungsbereich konstant gehalten werden.
Im Fall der vorliegenden Mehrzonen-Klimaanlage 1 sind im Bereich der ersten Mischkammer 12 drei Auslässe 42, 44 und 46 vorgesehen. Im oberen Bereich der Mischkammer 12 sind ein Defrost-Auslass 42 sowie ein vorderer Panelauslass 44 angeordnet. Aus dem Defrost-Auslass 42 sowie dem vorderen Panelauslass 44 treten konditionierbare Luftströme 7 und 8 aus, deren Temperatur etwas voneinander verschieden ist.
In vertikaler Richtung deutlich tiefer an der ersten Mischkammer 12 angeordnet ist ein vorderer Fußraumauslass 46, aus dem deutlich wärmere Luft aus der ersten Mischkammer 12 herausgeleitet wird. Auf diese Weise werden mit nur einer ersten Mischkammer 12 (kältere) erste konditionierbare Luftströme 7 und 8 erzeugt, die aus den Auslässen 42 und 44 austreten, sowie ein (wärmerer) zweiter konditionierbarer Luftstrom 9, der aus dem Fußraumauslass 46 austritt. Die absolute und relative Stärke der aus den Auslässen 42, 44 und 46 ausströmenden Luftströme 8 sowie 9 wird mittels des Gebläses 26 sowie Mischklappen gesteuert, die im Bereich der Auslässe angeordnet sind. Dabei sind die Mischklappen, die erste Mischkammer 12 sowie ggf. die Klimaanlagensteuerung vorteilhaft so ausgestaltet, dass sich Stärke und Temperatur der aus den Auslässen 42, 44 sowie 46 austretenden Luftströme 7, 8 und 9 nur unwesentlich ändern, wenn nur eine einzelne Mischklappe verstellt wird.
Die zweite Mischkammer 14, die im Mehrzonenmodul 10 ausgebildet ist, beruht hingegen auf einem neuen strömungsmechanischen Mischerkonzept, welches im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „Kreuzmischer” bezeichnet wird. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird der zweite warme Teilluftstrom 20 der zweiten Mischkammer 14 von oben zugeführt. Hingegen wird der weiterhin zugeführte zweite kalte Teilluftstrom 22 der zweiten Mischkammer 14 von der Seite zugeführt. Daher kreuzen sich die Strömungswege 70, 72 des warmen und des kalten Teilluftstroms 20, 22 in der zweiten Mischkammer 14 unter einem Winkel von etwa 135°. Insbesondere wird hier eine teilweise Gegenstromführung beider Teilluftströme in der sich ausbildenden Mischzone 66 verwirklicht. In Bezug auf das erfindungsgemäße Konzept des „Kreuzmischers” kann diese Gegenstromführung in bestimmten Fällen positive Wirkung haben. Das Konzept des Kreuzmischers ist jedoch nicht auf eine solche Strömungsführung beschränkt. Vielmehr lässt es sich vorteilhaft über einen weiten Bereich von Kreuzungswinkeln realisieren, der sich ohne weiteres von 35° bis 155° erstreckt. Durch strömungstechnische Optimierung der zweiten Mischkammer 14 und insbesondere des dort vorgesehenen Kamins 68, auf den im Folgenden noch genauer eingegangen wird, lässt sich dieser Winkelbereich ggf. noch vergrößern.
Dem Eintrittsort des warmen Teilluftstroms 20 in die zweite Mischkammer 14 gegenüberliegend angeordnet ist ein Fußraumauslass 40 aus der Mischkammer 14, der zur Versorgung des Fußraums des Fondbereichs mit einem wärmeren konditionierbaren Luftstrom 25 vorgesehen ist. Dabei ist der Fußraumauslass 40 für den Fondbereich im Wesentlichen unterhalb der zweiten Mischkammer 14 angeordnet. Hingegen ist seitlich der zweiten Mischkammer gegenüberliegend dem Eintrittsort des zweiten kalten Teilluftstroms 22 ein Panelauslass 38 für den Fondbereich angeordnet. Aus diesem Panelauslass 38 tritt ein gegenüber dem Fußraumauslass 40 etwas kühlerer zweiter konditionierbarer Luftstrom 24 aus. Das genaue Temperaturverhältnis der konditionierbaren Luftströme 24 und 25 kann durch die Durchmischungsverhältnisse im „Kreuzmischer” eingestellt werden. Diese Mischungsverhältnisse sind im wesentlichen durch die strömungsmechanischen Eigenschaften der zweiten Mischkammer 14 bestimmt. Daher sind die Luftströme 24 und 25 bezüglich der Temperatur nicht unabhängig voneinander konditionierbar. Mittels einer weiteren abgewinkelten Mischklappe 64 kann jedoch die relative Stärke der aus den Auslässen 38 und 40 austretenden Luftströme 24 und 25 variiert werden.
3 verdeutlicht die strömungsmechanischen Verhältnisse innerhalb der als „Kreuzmischer” ausgebildeten zweiten Mischkammer 14 der erfindungsgemäßen Klimaanlage. Über einen zweiten Strömungsweg 31 wird der zweiten Mischkammer 14 ein zweiter warmer Teilluftstrom 20 zugeführt. Dieser tritt von oben in die zweite Mischkammer ein. Die Stärke dieses zweiten warmen Teilluftstroms 20 wird mittels einer Verschlussklappe 62 reguliert. Weiterhin tritt ein zweiter kalter Teilluftstrom 22 über eine seitlich angeordnete Zutrittsöffnung in die zweite Mischkammer 14 ein, wobei diese Zutrittsöffnung deutlich unterhalb der Zutrittsöffnung für den zweiten warmen Teilluftstrom 20 angeordnet ist. Der in die zweite Mischkammer 14 eingetretene zweite warme Teilluftstrom 20 durchquert eine Mischzone 66 und wird zu einem Fußraumauslass 40 für den Fondbereich geführt. Der in horizontaler Strömungsrichtung in die zweite Mischkammer 14 eingetretene zweite kalte Teilluftstrom 22 trifft auf eine Prallfläche 56 und wird von dieser nach oben in Richtung auf die Mischzone 66 umgelenkt. Dabei umströmt er vor der Mischzone 66 den als Kamin 68 in die zweite Mischkammer 14 hineinragenden Fußraumauslass 40 für den Fondbereich. Dieser Kamin 68 endet erst bei Erreichen der Mischzone 66, die sich im Zentrum der zweiten Mischkammer 14 befindet.
Erfindungsgemäß wird nun mit dem Kamin 68 ein Teil des zweiten der Mischkammer 14 zugeführten warmen Teilluftstroms 20 nach Durchqueren der Mischzone 66 aus der zweiten Mischkammer 14 herausgeführt. Dabei ist der Öffnungsquerschnitt der oberen Öffnung des Kamins 68, die der Mischzone 66 zugewandt ist, kleiner als die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 54 des zweiten warmen Teilluftstroms 20 in die zweite Mischkammer 14. Erfindungsgemäß streicht daher ein im Wesentlichen durch die Flächenverhältnisse bestimmter Anteil des zweiten warmen Teilluftstroms 20 in den Kamin 68 hinein. Dieser Anteil des zweiten warmen Teilluftstroms 20 wird daher im Wesentlichen ohne Vermischung mit dem zweiten kalten Teilluftstrom 22 unmittelbar nach Eintritt in die Mischzone 66 wieder aus der zweiten Mischkammer 14 herausgeführt. Eine relevante Durchmischung mit dem zweiten kalten Teilluftstrom 22 hat hier nicht stattgefunden, so dass nur eine gewisse Abkühlung des aus dem Fußraumauslass 40 für den Fondbereich austretenden konditionierbaren Luftstroms 25 gegenüber dem einströmenden zweiten warmen Teilluftstrom 20 stattgefunden hat.
Der nicht von der Eintrittsöffnung 52 des Kamins 68 eingefangene Teil des zweiten warmen Teilluftstroms 20 wird in der Mischzone 66 mit dem am Kamin 68 vorbei streichenden zweiten kalten Teilluftstrom 22 vermischt. Hierdurch tritt eine wesentliche Abkühlung auf. Daher tritt aus dem seitlich angeordneten hinteren Panelauslass 42 ein wesentlich kühlerer zweiter konditionierbarer Luftstrom 24 aus. Deutlich ist zu erkennen, dass sich der Strömungsweg 70 des warmen Teilluftstroms 20 praktisch gradlinig durch die zweite Mischkammer 14 erstreckt. Weiter ist zu erkennen, dass sich der Strömungsweg 72 des kalten Teilluftstroms 22 nicht gradlinig durch die zweite Mischkammer 14 erstreckt. Der in waagerechter Richtung einströmende zweite kalte Teilluftstrom 22 trifft nach seinem Eintritt in die zweite Mischkammer 14 auf eine schräg ausgebildete Fläche, die als Prallfläche 56 ausgebildet ist. Diese Prallfläche 56 leitet den kalten Teilluftstrom 22 in senkrechte Richtung um, so dass er im Bereich der Mischzone 66 in Gegenrichtung zum warmen Teilluftstrom 20 strömt. In der Mischzone 66 bilden die Strömungswege 70 und 72 des warmen und des kalten Teilluftstroms einen Winkel α miteinander aus, der im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich von 135° liegt. Wie bereits erwähnt kann eine solche Gegenstromführung vorteilhafte Wirkung zeigen, sie ist aber für das erfindungsgemäße „Kreuzmischer”-Konzept nicht zwingend erforderlich. Insbesondere kann auch eine Strömungsführung mit einem Kreuzungswinkel von 90° und darunter, d. h. vollständig ohne Gegenstrom, vorteilhaft sein. Hier ergeben sich dem Fachmann vielfältige Möglichkeiten, die Zuführung der im „Kreuzmischer” zu vermischenden Teilluftströme in weiten Grenzen an die baulichen Gegebenheiten der in der Konzeption befindlichen Klimaanlage anzupassen.
Die Größe der Mischzone 66, in der sich die warmen und kalten Teilluftströme 20, 22 teilweise durchmischen, wird im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen davon bestimmt, wie weit der Kamin 68 in das Zentrum der zweiten Mischkammer 14 hineinragt. Somit kann die Temperaturdifferenz der erzeugten Luftströme 24 und 25 insbesondere durch die Dimensionierung des Kamins 68 mitbestimmt werden.
4 zeigt schließlich eine perspektivische Teilschnittdarstellung der zweiten Mischkammer 14 gesehen vom Hauptklimamodul 2 aus Richtung des Defrostauslasses 42 für den Fondbereich gesehen. Deutlich erkennbar ist der mittig in der zweiten Mischkammer 14 angeordnete Kamin 68, der auf drei Seiten vom zweiten kalten Teilluftstrom 22 umströmt wird. Die seitlich rechts und links am Kamin 68 vorbeiführenden Strömungspfade 72 führen einen wesentlichen Teil des einströmenden kalten Teilluftstroms 22 zum Defrostauslass 42 für den Fondbereich. Dabei tritt nur eine geringfügige Vermischung mit denjenigen Anteilen des warmen Teilluftstroms 22 auf, die nicht vom Öffnungsquerschnitt 52 des Kamins 68 aufgenommen werden. Der auf dem mittig verlaufenden Strömungsweg 72 strömende Anteil des kalten Teilluftstroms 22 hingegen gerät in intensiven Kontakt mit dem vom Öffnungsquerschnitt 52 des Kamins 68 eingefangenen Anteils des warmen Teilluftstroms 22. Dabei wird er mit diesem intensiv vermischt und zum Fußraumauslass 40 für den Fondbereich geführt. Aus 4 ist ersichtlich, dass der Kamin 68 als Strömungsteiler sowohl für den zweiten kalten Teilluftstrom 22 als auch für den zweiten warmen Teilluftstrom 20 fungiert.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass es für die praktische Realisierung einer nach dem „Kreuzmischer”-Konzept arbeitenden Mischkammer ohne weiteres möglich ist, die Zuführung von warmen und kalten Teilluftströmen zur Mischkammer gegenüber dem diskutierten Ausführungsbeispiel zu variieren, insbesondere auch zu vertauschen, da gravitative Einflüsse bzw. ein Auftrieb bei den in Rede stehenden Dimensionen der Mischkammer des „Kreuzmischers” praktisch vernachlässigbar sind.
Aus 1a sind die verschiedenen Auslässe für konditionierbare Luftströme ersichtlich, die am Hauptklimamodul 2 ausgebildet sind. Das Hauptklimamodul 2 ist mittig symmetrisch geteilt, so dass sich zwei getrennt steuerbare erste Mischkammern 12a und 12b ausbilden. Aus diesen Mischkammern 12a und 12b, die zur getrennten Versorgung des rechten bzw. linken Vordersitzes vorgesehen sind, führen jeweils ein rechter bzw. linker Defrost-Auslass 42a, 42b, ein vorderer rechter bzw. linker Konsolenauslass 44a, 44b sowie ein vorderer rechter bzw. linker Fußraumauslass 46a, 46b heraus. Aus den Auslässen 42a, 42b, 44a, 44b strömen im Wesentlichen gleich konditionierte „erste konditionierbare Luftströme 8” („erste vordere rechte 8a” bzw. „erste vordere linke 8b”) aus. Aus den Auslässen 46a, 46b strömen im Wesentlichen gleich konditionierte weitere konditionierbare Luftströme („zweite vordere rechte 9a” sowie „zweite vordere linke 9b”) aus, deren Temperatur in einem festen Verhältnis zu den „ersten konditionierbaren Luftströmen 8” steht.
Zusätzlich können am Grundkörper 34 des Hauptklimamoduls 2 weitere Fond-Anschlussauslässe 76a, 76b vorgesehen sein, die im Bereich der zwei Mischkammern 12a, 12b angeordnet sind. Sie erlauben einen unmittelbaren Anschluss von Versorgungsleitungen für den Fondbereich (nicht gezeigt), sofern eine individuelle Einstellmöglichkeit für den Fondbereich nicht gewünscht wird (Ein- oder Zweizonen-Klimaanlage). Sofern eine Drei- oder Vierzonen Klimaanlage realisiert wird, bleiben diese zusätzlichen Auslässe 76a, 76b am Hauptklimamodul 2 wie in der 1a dargestellt verschlossen.
Aus 1b sind schließlich die verschiedenen Auslässe für konditionierbare Luftströme ersichtlich, die am Mehrzonenmodul 10' ausgebildet sind. Durch Einführung einer mittig angeordneten Trennebene kann das gezeigte Einzonen-Mehrzonenmodul 10' auf einfache Weise zu einem Zweizonen-Mehrzonenmodul 10'' (nicht gezeigt) weitergebildet werden, welches dann zwei getrennt steuerbare zweite Mischkammern 14a und 14b ausbildet. Aus der zweiten Mischkammer 14 führen ein hinterer Panelauslass 38 sowie ein hinterer Fußraumauslass 40 für den Fondbereich heraus. Aus dem Auslass 38 strömt ein zweiter (unhabhängig vom ersten konditionierbaren Luftstrom 8) konditionierbarer kühlerer Luftstrom 24 aus. Aus dem Auslass 40 strömt ein weiterer wärmerer konditionierbarer Luftstrom 25 aus, dessen Temperatur in einem festen Verhältnis zur Temperatur des zweiten konditionierbaren Luftstroms 24 steht.
Ergänzend sei festgestellt, dass alle verstehen beschriebenen Zuordnungen der Auslässe der erfindungsgemäßen Klimaanlage 1 beispielhaft zu verstehen sind. Selbstverständlich ist es möglich, die von der Klimaanlage 1 bereitgestellten unterschiedlich konditionierten Luftströme frei den verschiedenen Lüftungsauslässen des Kfz zuzuführen. Insbesondere sind auch die angegebenen Temperaturunterschiede zwischen Fußraumauslässen einerseits und Panel- bzw. Defrostauslässen andererseits beispielhaft zu verstehen und können gezielt an die Anforderungen des Kfz-Herstellers angepasst werden.
Die gezeigten strömungsmechanischen aktiven Stellelemente wie Verschluss- und Mischklappen können beispielsweise auf Wellen gelagert und mittels üblicher Stellmotoren, insbesondere Schrittmotoren, betätigt werden. Die Ansteuerung dieser aktiven Stellelemente erfolgt dabei bevorzugt über eine zentrale Klimaanlagensteuerung, die die Befehle der Benutzer des Kraftfahrzeugs empfängt und die Stellelemente geeignet zur Umsetzung der Benutzereingaben verstellt.
Bezugszeichenliste

1: Mehrzonen-Klimaanlage
2: Hauptklimamodul
3: Luftzufuhrmodul
4: erster Wärmetauscher
6: zweiter Wärmetauscher
7: weiterer vorderer konditionierberer Luftstrom
8: erster vorderer konditionierbarer Luftstrom (= erster konditionierbarer Luftstrom)
8a: erster vorderer rechter konditionierbarer Luftstrom
8b: erster vorderer linker konditionierbarer Luftstrom
9: zweiter vorderer konditionierbarer Luftstrom
9a: zweiter vorderer rechter konditionierbarer Luftstrom
9b: zweiter vorderer linker konditionierbarer Luftstrom
10: erstes Mehrzonenmodul
10': zweites Mehrzonenmodul
12: erste Mischkammer
12a: erste rechte Mischkammer
12b: erste linke Mischkammer
14: zweite Mischkammer
14a: zweite rechte Mischkammer
14b: zweite linke Mischkammer
16: erster warmer Teilluftstrom
18: erster kalter Teilluftstrom
20: zweiter warmer Teilluftstrom
22: zweiter kalter Teilluftstrom
24: erster hinterer konditionierbarer Luftstrom (= zweiter konditionierbarer Luftstrom)
24a: erster hinterer rechter konditionierbarer Luftstrom
24b: erster hinterer linker konditionierbarer Luftstrom
25: zweiter hinterer konditionierbarer Luftstrom
25a: zweiter hinterer rechter konditionierbarer Luftstrom
25b: zweiter hinterer linker konditionierbarer Luftstrom
26: Heizelement
28: dritter Strömungsweg
29: erster Strömungsweg
30: vierter Strömungsweg
31: zweiter Strömungsweg
32: Filter
34: Grundkörper
36: Gebläse
38: Panelauslass Fond
38a: rechter Panelauslass Fond
38b: linker Panelauslass Fond
40: Fußraumauslass Fond
40a: rechter Fußraumauslass Fond
40b: linker Fußraumauslass Fond
42: Defrostauslass
42a: rechter Defrostauslass
42b: linker Defrostauslass
44: vorderer Panelauslass
44a: vorderer rechter Panelauslass
44b: vorderer linker Panelauslass
46: vorderer Fußraumauslass
46a: vorderer rechter Fußraumauslass
46b: vorderer linker Fußraumauslass
50: Stoßstelle
52: Öffnungsquerschnitt Kamin
54: Eintrittsöffnung
56: Prallfläche
58: erste abgewinkelte Mischklappe
60: Mischklappe
62: Verschlussklappe
64: zweite abgewinkelte Mischklappe
66: Mischzone
68: Kamin
70: erster Strömungsweg
72: zweiter Strömungsweg
74: Eintrittsöffnung kalter Teilluftstrom
76a: rechter Fond-Anschlussauslass
76b: linker Fond-Anschlussauslass

Claims

Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums, umfassend ein Hauptklimamodul (2) mit einem zur Kühlung dienenden ersten Wärmetauscher (4), einem zur Erwärmung dienenden zweiten Wärmetauscher (6) und einer ersten Mischkammer (12), sowie ein Mehrzonenmodul (10') mit einer zweiten Mischkammer (14), wobei das Hauptklimamodul (2) dazu eingerichtet ist, in Zusammenwirkung mit dem Mehrzonenmodul (10') zumindest einen bezüglich der Temperatur konditionierbaren ersten Luftstrom (8) zu erzeugen, wobei das Mehrzonenmodul (10') austauschbar am Hauptklimamodul (2) angeordnet und dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem Hauptklimamodul (2) zumindest einen bezüglich der Temperatur unabhängig konditionierbaren zweiten Luftstrom (24) zu erzeugen, wobei bei der Anordnung des Mehrzonenmoduls (10') am Hauptklimamodul (2): a) ein erster Strömungsweg (29) ausgebildet wird, der im Hauptklimamodul (2) verläuft, sich durch den zweiten Wärmetauscher (6) erstreckt und in die erste Mischkammer (12) mündet, und b) ein zweiter Strömungsweg (31) ausgebildet wird, der im Mehrzonenmodul (10') verläuft, sich durch den zweiten Wärmetauscher (6) erstreckt und in die zweite Mischkammer (14) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass c) der erste Strömungsweg (29) und der zweite Strömungsweg (31) beginnend stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers (6) so voneinander getrennt sind, dass sie sich gegenseitig nicht beeinflussen.
Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die erste Mischkammer (12) die Versorgung der ersten Sitzreihe des Kraftfahrzeugs mit unabhängig konditionierter Luft vorgesehen ist, und dass über die zweite Mischkammer (14) die Versorgung des Fonds des Kraftfahrzeugs mit unabhängig konditionierter Luft vorgesehen ist.
Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (4) mit einem Kältemittelkreislauf des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (6) mit einem Kühlmittelkreislauf des Antriebs des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein elektrisch betriebenes Heizelement (20) am Hauptklimamodul (2) vorgesehen ist, welches bei der Anordnung des Mehrzonenmoduls (10') am Hauptklimamodul (2) ebenfalls durchströmbar in das Mehrzonenmodul (10') eingreift.
Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Betrieb der Klimaanlage eine stabile räumliche Temperaturschichtung innerhalb der ersten Mischkammer (12) ergibt.
Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mischkammer (12) einen Panelauslass (44, 44a, 44b) für einen konditionierbaren vorderen kälteren ersten Luftstrom (8, 8a, 8b) und einen Fußraumauslass (46, 46a, 46b) für einen konditionierbaren vorderen wärmeren zweiten Luftstrom (9, 9a, 9b) aufweist.
Mehrzonen-Klimaanlage (1) zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Mischkammer (14) einen Panelauslass (38) für einen konditionierbaren hinteren kälteren ersten Luftstrom (24) und einen Fußraumauslass (40) für einen konditionierbaren hinteren wärmeren zweiten Luftstrom (25) aufweist.
Mehrzonen-Klimaanlagen-Anordnung, bestehend aus einer Mehrzonen-Klimaanlage (1) gemäß Anspruch 1 mit einem ersten Mehrzonenmodul (10) und zumindest einem zweiten Mehrzonenmodul (10'), dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mehrzonenmodul (10') gegenüber dem ersten Mehrzonenmodul (10) abweichende Konditionierungseigenschaften aufweist.
Mehrzonen-Klimaanlagen-Anordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Mehrzonenmodul (10') dazu eingerichtet ist, zumindest einen unabhängig konditionierbaren Luftstrom (24) zur einheitlichen Versorgung des Fonds des Kraftfahrzeugs bereit zu stellen, und b) das zweite Mehrzonenmodul (10'') dazu eingerichtet ist, zumindest zwei unabhängig voneinander konditionierbare Luftströme (24a, 24b) zur getrennten Versorgung der linken und der rechten Hälfte des Fonds des Kraftfahrzeugs bereit zu stellen.