DE102006022088B4

DE102006022088B4 - Klimaanlage für ein Fahrzeug und Luftmischvorrichtung

Info

Publication number: DE102006022088B4
Application number: DE200610022088
Authority: DE
Inventors: Kenji Matsui; Kotara Suda; Wolfgang Simmet
Original assignee: Denso Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Denso Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: DE102006022088A1

Abstract

Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Fahrgastraum, umfassend ein Gehäuse (1), das einen Luftkanal (2) bildet, eine Kühleinrichtung (3) zum Kühlen der durchströmenden Luft, die in dem Luftkanal angeordnet ist, eine Heizeinrichtung (4) zum Erwärmen der durchströmenden Luft, die stromabwärts von der Kühleinrichtung angeordnet ist, wenigstens einen Bypasskanal (5), der in dem Luftkanal so ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil der kalten Luft von der Kühleinrichtung (3) die Heizeinrichtung (4) umgehen kann, eine Steuerung (7, 8) zum Steuern der Menge von kalter und warmer Luft, die in einen Mischbereich (9, 10) strömt, wobei in dem Mischbereich (9, 10) die Strömungsrichtung des kalten Luftstroms (30) schräg verläuft zur Strömungsrichtung des warmen Luftstroms (40), der Querschnitt des Mischbereichs (9, 10) durch Trennelemente (11) in kleinere Querschnitts- bzw. Mischbereiche (9a, 10a) unterteilt ist und sich die Trennelemente (11) in Strömungsrichtung des warmen Luftstroms (40) und in Strömungsrichtung des kalten Luftstroms (30) erstrecken und wobei stromabwärts der Heizeinrichtung (4) eine sich von der Heizeinrichtung (4) erstreckende Wand (6) zum Trennen der Luftströme (30, 40) vorgesehen ist, welche an ihrem stromabwärtigen Ende angrenzend an einer verschiebbaren oder verdrehbaren Klappe (7, 8) zum Steuern der Menge von kalter und warmer Luft, die in den Mischbereich strömt, endigt, und die Trennelemente (11) sich stromabwärts von und angrenzend an die verschiebbare und verdrehbare Klappe (7, 8) erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für den Fahrgastraum eines Fahrzeugs und insbesondere eine Luftmischvorrichtung.
DE 199 08 998 A1 beschreibt eine Luftstrom-Mischung, um zwei Luftströme miteinander zu vermischen, von denen der eine Luftstrom zwischen ersten flexiblen Vorhängen und der andere Luftstrom zwischen zweiten flexiblen Vorhängen getrennt voneinander in einen freien Mischbereich eingeleitet werden, in dem sich die getrennt in den freien Mischbereich eingeleiteten Luftströme miteinander vermischen sollen. Zum Dosieren von Kalt- und Warmluft sind die die Luftströmung leitenden Vorhänge relativ zueinander verstellbar ausgebildet, so dass im einen Fall mehr Kaltluft und im anderen Fall mehr Warmluft durch diese Luftverteilungseinrichtung in den freien Mischbereich eingeleitet wird.
DE 101 56 883 A1 beschreibt eine Luftmischeinrichtung für eine Klimaanlage mit parallel nebeneinander liegenden Platten, zwischen denen abwechselnd Leitschaufeln angeordnet sind, durch die schräg zueinander strömende Warmluft und Kaltluft außerhalb dieser aus Platten bestehenden Vorrichtung abwechselnd in Richtung aufeinander zugeführt werden, um sich zu vermischen, wobei teilweise auch zwischen den Platten bereits eine Mischung von kalter und warmer Luft auftritt.
DE 10 2004 056 813 A1 beschreibt eine Mehrzonen-Klimaanlage zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeug-Innenraums, umfassend ein Hauptklimamodul mit einem zur Kühlung dienenden ersten Wärmetauscher und einem zur Erwärmung dienenden zweiten Wärmetauscher sowie ein Mehrzonenmodul, das austauschbar am Hauptklimamodul angeordnet ist, wobei bei der Anordnung des Mehrzonenmoduls am Hauptklimamodul der zweite Wärmetauscher durchströmbar in das Mehrzonenmodul eingreift.
US 2004/0 194 913 A1 beschreibt eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, bei der vor dem einem Verdampfer nachgeschalteten Heizer ein mit Durchbrechungen versehener Film als Mischvorrichtung vorgesehen ist, wobei durch Verschieben des Films unterschiedliche Mischzustände von kalter und warmer Luft erzeugt werden.
Es ist bekannt, in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs Luftströme aus kalter und warmer Luft zu mischen, um die Temperatur der Luft zu steuern, die in den Fahrgastraum geblasen wird. In Abhängigkeit von dem Aufbau der Klimaanlage strömt innerhalb eines Mischbereichs warme Luft in einem Winkel zu dem kalten Luftstrom. Der Strom aus kalter Luft ist meist stabiler als der Strom aus warmer Luft, weil die kalte Luft durch einen Bypasskanal direkt von der Kühleinrichtung zum Mischbereich strömt, während die warme Luft durch eine Heizeinrichtung strömt, so dass der Strom warmer Luft eine geringere Geschwindigkeit hat. Deshalb, und auch wegen der unterschiedlichen Dichte von kalter und warmer Luft, wird die warme Luft durch den stärkeren Strom kalter Luft abgeleitet oder abgelenkt, so dass wenigstens ein Teil der warmen Luft im Mischbereich um den Strom kalter Luft herumströmt. Hierdurch werden kalte und warme Luft nicht innig vermischt, und dies führt zu einer inhomogenen Temperaturverteilung der in den Fahrgastraum eingeblasenen Luft.
Es ist bekannt, Mischelemente im Mischbereich vorzusehen, um eine turbulente Strömung zur Verbesserung des Mischeffekts zu erzeugen, jedoch bilden solche Mischelemente einen Strömungswiderstand, und sie führen zu einem Druckabfall in dem Luftstrom.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine bessere Durchmischung von kalter und warmer Luft ohne Druckverlust auszubilden, wenn die beiden Luftströme im Mischbereich in einem Winkel aufeinandertreffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 und die Merkmale im Anspruch 6 gelöst.
Dadurch, dass der Querschnitt des Mischbereichs durch Trennelemente in kleinere Querschnittsbereiche unterteilt wird, werden kleinere Mischbereiche für Teilströme von kalter und warmer Luft geschaffen. Innerhalb der kleineren Mischbereiche kann der schwächere Strom warmer Luft nicht in der Weise abgelenkt werden, wie dies in einem größeren Querschnittsbereich der Fall ist, in dem die nicht unterteilten Luftströme aufeinandertreffen.
Um einen minimalen Luftwiderstand zu erzeugen, erstrecken sich plattenförmige Trennelemente in Strömungsrichtung der beiden Luftströme, so dass kein Druckabfall erzeugt wird und der Mischeffekt zwischen stärkerem und schwächerem Luftstrom innerhalb der kleineren Mischbereiche verbessert wird.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 in einem Längsschnitt eine Klimaanlage,
2 schematisch das Strömungsmuster in einem Mischbereich größeren Querschnitts,
3 und 3a schematisch Trennelemente im Mischbereich, die den Querschnitt des Mischbereichs in kleinere Mischbereiche unterteilen,
4 in einer perspektivischen Ansicht einen Teil des Mischbereichs von der stromabwärtigen Seite in einer Klimaanlage,
5 eine weitere Ausführungsform der Trennelemente in einer Ansicht entsprechend 4, und
6 eine perspektivische Ansicht des Mischbereichs im unteren Teil einer Klimaanlage.
In 1 bildet ein Gehäuse 1 einer Klimaanlage einen Luftkanal 2, auf dessen stromabwärtiger Seite verschiedene Auslässe 2a bis 2d vorgesehen sind, die zu verschiedenen Bereichen des Fahrgastraums führen. Eine Kühleinrichtung 3, beispielsweise Verdampfer oder ein kühlender Wärmetauscher, ist in dem Luftkanal 2 so angeordnet, dass die gesamte hindurchströmende Luft gekühlt wird. Eine Heizeinrichtung 4 zum Erwärmen der hindurchströmenden Luft ist in einem Abstand stromabwärts von der Kühleinrichtung 3 angeordnet, wobei in dem dargestellten Mischzustand der Klimaanlage ein Teil der kalten Luft durch die Heizeinrichtung 4 strömt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Heizeinrichtung einen heizenden Wärmetauscher 4 und ein Hilfsheizelement 4a wie z. B. ein PTC-Heizelement. Zwischen Kühleinrichtung 3 und Heizeinrichtung 4 zweigen auf der oberen und unteren Seite der Heizeinrichtung 4 Bypasskanäle 5 und 5a ab, so dass wenigstens ein Teil der von der Kühleinrichtung 3 kommenden Luft die Heizeinrichtung 4, 4a umgehen kann.
Auf der stromabwärtigen Seite der Heizeinrichtung 4, 4a ist eine Umhüllung bzw. Wand 6 vorgesehen, die den Strom warmer Luft von dem Strom kalter Luft in den Bypasskanälen 5 und 5a trennt. Der obere Teil bzw. das obere Ende der Umhüllung bzw. Wand 6 in 1 endigt angrenzend an eine flexible Schiebeklappe 7 zum Steuern der Menge kalter und warmer Luft, die in einen oberen Mischbereich 10 einströmt, um die Temperatur der Luft einzustellen, die in den Fahrgastraum über die Auslässe 2a bis 2c eingeblasen wird. Der untere Teil der Umhüllung 6 endigt angrenzend an eine verdrehbare Klappe 8 zur Steuerung der Menge von kalter und warmer Luft, die in einen unteren Mischbereich 9 strömt.
Ein Defroster-Auslass 2a und ein indirekter Auslass 2b sind im oberen Teil des Gehäuses 1 ausgebildet. Ein Auslass 2c ist für die Frontseite des Fahrgastraums und ein Auslass 2d ist auf der unteren Seite der Klimaanlage vorgesehen, um die Luft zum rückwärtigen Teil des Fahrgastraums zu leiten. Verdrehbare Klappen 1b bis 1d sind in den Auslässen zum Steuern des Stroms aus Mischluft vorgesehen.
Die beiden Bypasskanäle 5, 5a führen kalte Luft 30 direkt in die Mischbereiche 9 und 10, die stromabwärts von der unteren und der oberen Seite der Heizeinrichtung 4 angeordnet sind. In beiden Mischbereichen verläuft die Strömungsrichtung von kalter Luft 30 schräg zur Strömungsrichtung der warmen Luft 40, wie dies durch Pfeile in 1 angedeutet ist. Insbesondere im oberen Mischbereich 10 strömt warme Luft 40 im wesentlichen senkrecht zu dem Luftstrom 30 aus kalter Luft. Auch im unteren Teil der Klimaanlage trifft warme Luft 40 in einem Winkel auf den kalten Luftstrom 30.
2 zeigt schematisch das Strömungsmuster von kalter und warmer Luft in einem größeren Mischbereich, wobei die Strömungsrichtung der beiden Luftströme 30 und 40 relativ zueinander schräg verläuft, so dass kalte und warme Luft in einem Winkel aufeinandertreffen. Aufgrund des stabileren kalten Luftstroms 30 wird der warme Luftstrom 40 seitwärts abgelenkt, so dass wenigstens ein Teil der warmen Luft um den kalten Luftstrom herumströmt. In diesem Falle ergibt sich eine schwache Mischwirkung.
Der Querschnitt des Mischbereichs wird durch plattenförmige Trennelemente 11 in kleinere Querschnittsbereiche unterteilt, die sich in Strömungsrichtung der warmen und kalten Luft erstrecken, so dass die warme Luft in die kleineren, langgestreckten Querschnittsbereiche des kalten Luftstroms 30 geführt wird, wie dies schematisch in 3 wiedergegeben ist. Der Querschnitt des kalten Luftstroms 30 wird durch die Trennelemente 11 in kleinere oder engere Querschnittsbereiche unterteilt und der warme Luftstrom 40 wird durch diese Trennelemente 11 in diese kleineren und langgestreckten Querschnittsbereiche des kalten Luftstroms geleitet, so dass die warme Luft nicht seitwärts entweichen oder abgelenkt werden kann, wie dies in dem größeren Mischbereich der 2 der Fall ist. Der Mischbereich wird durch die Trennelemente in Schichten aus kleineren Mischbereichen oder einer Reihe von langgestreckten Mischbereichen unterteilt, wie 3 zeigt.
In 1 sind die Trennelemente 11 im oberen Mischbereich 10 durch gestrichelte Linien schematisch angedeutet. Die Trennelemente 11 können die Form von im wesentlichen dreieckigen Platten haben, die im wesentlichen parallel zueinander quer zu den beiden Luftströmen 30 und 40 angeordnet sind. Die lange Seite der etwa dreieckigen Platten 11 erstreckt sich längs der verschiebbaren Klappe 7, wobei sich der gegenüberliegende Winkelbereich 11a in den Luftkanal 2 zwischen den Auslässen des Gehäuses hinein erstreckt, so dass die ausgebildeten kleineren Mischbereiche sich über eine gewisse Länge in Strömungsrichtung der zu mischenden Luftströme 30 und 40 erstrecken.
Im unteren Mischbereich 9 sind entsprechende Trennelemente in Form von Platten 11' vorgesehen, wie dies durch gestrichelte Linien in 1 angedeutet ist.
4 zeigt einen Teil des oberen Mischbereichs 10 in einer Klimaanlage von der stromabwärtigen Seite aus, wobei plattenförmige Trennelemente 11 im Mischbereich positioniert sind, um kleinere Mischbereiche 10a auszubilden. Bei dieser Ausführungsform sind Kanäle 12 ausgebildet, die den Mischbereich durchqueren, um warme Luft direkt zum Defrosterauslass 2a zu leiten, indem der Mischbereich umgangen wird.
5 zeigt eine andere Ausführungsform des oberen Mischbereichs 10, wobei zwei Trennelemente 11 wiedergegeben sind, die den kalten Luftstrom 30 in kleinere Querschnittsbereiche 10a unterteilen. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Trennelemente 11 einen hohlen Querschnitt, so dass ein Kanal 12 für warme Luft innerhalb der Trennelemente ausgebildet wird, der unter Umgehung des Mischbereichs warme Luft direkt zum Defrosterauslass 2a führt. Die hohlen Trennelemente 11 sind auf der stromaufwärtigen Seite geschlossen ausgebildet und können auf der stromabwärtigen Seite offen sein, wie dies 5 zeigt.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann wenigstens ein Teil des Querschnitts der Trennelemente 11 einen hohlen Querschnittsbereich aufweisen, um einen Bypasskanal 12 für warme Luft auszubilden.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils eines unteren Mischbereichs 9, dessen Querschnittsfläche durch plattenförmige Trennelemente 11 in vier kleinere Mischbereiche 9a unterteilt ist, wobei die Trennelemente 11' auf der stromabwärtigen Seite der drehbaren Klappen 8 positioniert sind.
Die Unterteilung des Querschnitts des Mischbereichs in kleinere Mischbereiche hat auch den Effekt, dass die in einer Klimaanlage erzeugten Geräusche reduziert werden. In bekannten Klimaanlagen mit einem größeren Querschnitt des Mischbereichs wird durch die Luftströme ein höherer Geräuschpegel erzeugt als in den kleineren Mischbereichen.
Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Bauform der Klimaanlage möglich. Beispielsweise kann nur auf einer Seite der Heizeinrichtung 4 ein Bypasskanal 5 vorgesehen sein, so dass sich nur ein Mischbereich für warme und kalte Luft ergibt.
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die plattenförmigen Trennelemente 11 als ebene Platten ausgebildet. Nach einer weiteren Ausgestaltung können die plattenförmigen Trennelemente, die den Querschnitt des Mischbereichs in kleinere, langgestreckte Querschnitts- bzw. Mischbereiche unterteilen, auch gekrümmt ausgebildet sein, wie 3a schematisch zeigt, wobei die warme Luft 40 längs der Krümmung der Platten 11'' zugeführt wird und quer zur Krümmung der Platten die kalte Luft strömt.
Die gekrümmten Platten 11'' in 3a werden quer zur Krümmung vom kalten Luftstrom 30 angeströmt, so dass der kalte Luftstrom 30 nur unterteilt, aber nicht abgelenkt wird. Die Anströmkante 11c der Trennwandelemente 11'' wird von der warmen Luft 40 angeströmt, wobei die warme Luft 40 innerhalb der kleineren Mischbereiche durch die Krümmung der Trennelemente 11'' etwas abgelenkt werden kann.
Die Trennelemente 11'' bzw. 11 können im Mischbereich unterschiedliche Abstände voneinander haben und auch unterschiedlich lang ausgebildet sein.

Claims

Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Fahrgastraum, umfassend ein Gehäuse (1), das einen Luftkanal (2) bildet, eine Kühleinrichtung (3) zum Kühlen der durchströmenden Luft, die in dem Luftkanal angeordnet ist, eine Heizeinrichtung (4) zum Erwärmen der durchströmenden Luft, die stromabwärts von der Kühleinrichtung angeordnet ist, wenigstens einen Bypasskanal (5), der in dem Luftkanal so ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil der kalten Luft von der Kühleinrichtung (3) die Heizeinrichtung (4) umgehen kann, eine Steuerung (7, 8) zum Steuern der Menge von kalter und warmer Luft, die in einen Mischbereich (9, 10) strömt, wobei in dem Mischbereich (9, 10) die Strömungsrichtung des kalten Luftstroms (30) schräg verläuft zur Strömungsrichtung des warmen Luftstroms (40), der Querschnitt des Mischbereichs (9, 10) durch Trennelemente (11) in kleinere Querschnitts- bzw. Mischbereiche (9a, 10a) unterteilt ist und sich die Trennelemente (11) in Strömungsrichtung des warmen Luftstroms (40) und in Strömungsrichtung des kalten Luftstroms (30) erstrecken und wobei stromabwärts der Heizeinrichtung (4) eine sich von der Heizeinrichtung (4) erstreckende Wand (6) zum Trennen der Luftströme (30, 40) vorgesehen ist, welche an ihrem stromabwärtigen Ende angrenzend an einer verschiebbaren oder verdrehbaren Klappe (7, 8) zum Steuern der Menge von kalter und warmer Luft, die in den Mischbereich strömt, endigt, und die Trennelemente (11) sich stromabwärts von und angrenzend an die verschiebbare und verdrehbare Klappe (7, 8) erstrecken.
Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die Trennelemente (11) plattenförmig ausgebildet sind.
Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Teil der Trennelemente (11) einen hohlen Querschnitt aufweist, um einen Kanal (12) für warme Luft auszubilden, die den Mischbereich umgeht.
Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennelemente (11) sich über eine bestimmte Länge in Strömungsrichtung der beiden Luftströme (30, 40) im Mischbereich (9, 10) erstrecken.
Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bypasskanal (5) auf gegenüberliegenden Seiten der Heizeinrichtung (4) ausgebildet ist und Mischbereiche (9, 10) auf den gegenüberliegenden Seiten stromabwärts von der Heizeinrichtung angeordnet sind, und wobei die Trennelemente (11, 11') in beiden Mischbereichen vorgesehen sind.
Luftmischvorrichtung, insbesondere für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs, für einen ersten Luftstrom (30) und einen zweiten Luftstrom (40), deren Strömungsrichtung in einem Mischbereich (9, 10) schräg zueinander verläuft, wobei plattenförmige Trennelemente (11), die sich in Strömungsrichtung der beiden Luftströme erstrecken, in dem Mischbereich angeordnet sind, um die Querschnittsfläche des Mischbereichs in kleinere Querschnittsbereiche (9a, 10a) zu unterteilen, wobei sich die Trennelemente (11) in Strömungsrichtung des ersten Luftstroms (40) und in Strömungsrichtung des zweiten Luftstroms (30) erstrecken, und stromabwärts von einer Heizeinrichtung (4) eine sich von der Heizeinrichtung (4) erstreckende Wand (6) zum Trennen der Luftströme (30, 40) vorgesehen ist, welche an ihrem stromabwärtigen Ende angrenzend an einer verschiebbaren oder verdrehbaren Klappe (7, 8) zum Steuern der Menge des ersten und des zweiten Luftstroms, die in den Mischbereich strömen, endigt, und die Trennelemente (11) sich stromabwärts von und angrenzend an die verschiebbare oder verdrehbare Klappe (7, 8) erstrecken.