DE102007014835A1

DE102007014835A1 - Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE102007014835A1
Application number: DE102007014835A
Authority: DE
Inventors: Gerald Dipl.-Ing. Richter; Thomas Ehlers; Mario Dr. Opiela
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP4821034B2; JP2008230601A; US20080230204A1; DE102007014835B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit Mitteln zur Kühlung (1) und Heizung (2) von Luft, aufweisend ein Gehäuse (4) mit mindestens drei Luftauslässen (7, 8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Heizung der Luft mindestens ein Heizungswärmeübertrager (2) vorgesehen ist, der in seiner vertikalen Erstreckung mindestens einen Kaltluftdurchlass (12, 13) aufweist, wobei ein Kaltluftdurchlass (12, 13) zwischen zwei Heizpfaden (10, 11, 14) angeordnet ist und dass als Mittel zur Kühlung der Luft ein Verdampfer (1) vorgesehen ist, hinter dem in Luftströmungsrichtung (3) der Heizungswärmeübertrager (2) derart angeordnet ist, dass nach dem Heizungswärmeübertrager (2) eine temperaturgeschichtete Luftströmung vorliegt, deren Schichten unmittelbar ganz oder teilweise den Luftauslässen (7, 8, 9) zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen. Derartige Klimaanlagen werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um die Fahrzeugkabinen zu klimatisieren und den Fahrzeuginsassen eine behagliche Atmosphäre im Fahrzeug zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig durch gezielte Konditionierung der Luft an bestimmten Stellen ein Beschlagen der Scheiben und gegebenenfalls eine Enteisung der Scheiben effizient zu ermöglichen. Letzterer Aspekt dient damit auch der Erhöhung der Sicherheit für die Fahrzeuginsassen bei schwierigen Witterungsbedingungen.
In Kraftfahrzeugen besteht ganz allgemein die Anforderung, dass aufgrund der Vielzahl der technischen Komponenten, die in modernen Fahrzeugen eingesetzt werden, eine Optimierung hinsichtlich des Bauvolumens der einzelnen Komponenten erfolgen muss, um die gewünschte Funktionsvielfalt durch Unterbringung der Komponenten überhaupt realisieren zu können. Vor diesem Hintergrund sind großvolumige Komponenten zur Klimatisierung, wie sie aus stationären Klimaanlagen in Form von Mischkammern, Strömungsleit- und Verwirbelungseinrichtungen bekannt sind, im Kraftfahrzeugbereich wegen der Platzverhältnisse nicht einsetzbar.
Eine weitere wichtige Anforderung an eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges besteht unter anderem darin, dass die verschiedenen Luftauslässe der Klimaanlage je nach Lage und Funktion mit verschieden temperierten Luftströmungen beaufschlagt werden sollen. In gewissen Grenzen ist die Regulierung der jeweiligen Temperatur selbstverständlich durch Temperaturklappen und diverse Regelmechanismen möglich, jedoch besteht ganz allgemein die Anforderung einer Lieferung der Luftströme an die entsprechenden Luftauslässe mit einer voreingestellten, dem jeweiligen Anforderungsprofil entsprechenden Temperierung, zu realisieren. Durch eine Schichtung der Luftströme kann das Bauvolumen reduziert und dieser Bauraum anderen Komponenten im Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden.
Um eine Schichtung von Luftströmen zu realisieren, sind im Stand der Technik diverse Ansätze bekannt.
Ein bekanntes Grundprinzip besteht darin, dass warme Luft in einen Bereich oberhalb eines Wärmeübertragers abgegriffen und mittels eines Warmluftkanals in Richtung der Entfrostungsluftauslässe, die im oberen Teil des Klimageräts liegen, geleitet wird. Üblicherweise befindet sich der Einlass des Warmluftkanals unterhalb eines der Luftauslässe zum Fußraum der Fahrgastzelle. Dadurch wird die Temperatur des entsprechenden Auslasses zum Fußraum abgesenkt und die des Entfrostungsluftauslasses, unterhalb dessen der Warmluftkanal endet, erhöht. Die Temperaturschichtung zwischen Fußraum und Entfrostungsluftauslässen wird durch Einbringung dieser Art von Warmluftkanal verbessert.
Da die warme Luft, die innerhalb des Warmluftkanals strömt, nicht von der kalten Luft außerhalb des Kanals beeinflusst wird, stellt der Warmluftkanal eine effiziente Methode zur Verbesserung der Temperaturschichten dar. Bei entsprechender Formgebung des Warmluftkanals werden Druckverlust und Lärmpegel des Klimagerätes nur unwesentlich erhöht oder sogar gesenkt. Wird vom Automobilhersteller dagegen eine geringere Temperaturschichtung im gesamten Verfahrbereich der Mischtür für das Klimagerät gefordert, kann mit einem Warmluftkanal, der warme Luft unterhalb des Fußraumluftauslasses abgreift und lediglich in Richtung des Entfrostungskanals leitet, kein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden. Weder die Menge an warmer Luft, die den Entfrostungsluftauslass erreicht, noch die Richtung, in der die Luft verteilt wird, nachdem sie den Warmluftkanal verlassen hat, kann kontrolliert werden. Auf die Temperatur der Luft in Richtung Armaturenbrett und Fahrgastbeziehungsweise Fahrerluftauslass kann mit dieser Art von Warmluftkanal kein Einfluss genommen werden.
Oftmals ist es erforderlich, zur weiteren Verbesserung der Temperaturschichtung Luftleitbleche einzubringen, insbesondere um die Temperatur der Luft in Richtung Armaturenbrett und Fußraum zu beeinflussen. Je nach Größe und Anordnung dieser Leitbleche wird der Druckverlust und der Geräuschpegel des Klimageräts jedoch deutlich erhöht und außerdem wird der Bauraum der Geräte dadurch vergrößert.
Nach der EP 1 405 743 B1 ist eine Vorrichtung zur Heizung und/oder Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums mit reduziertem Druckverlust bekannt. Darin wird vorgeschlagen, eine Kaltluftkammer und eine Warmluftkammer mit zwei zusätzlichen Mischkammern zu verbinden, welche dann die zugehörigen Luftausgänge speisen. Das zusätzliche Vorsehen von Mischkammern führt zwar sicher zu dem gewünschten Ergebnis der Sicherstellung einer gezielten homogenen Temperatur an den jeweiligen Luftauslässen, jedoch ist eine solche Lösung zwangsläufig mit einem erhöhten Bauraum oder zusätzlichen Einbauten verbunden und führt im Betrieb zu einer erhöhten Geräuschbelästigung.
Aus der DE 10337196 A1 geht eine Luftkonditionierungseinrichtung, insbesondere eine Heizungs- oder Klimaanlage für Fahrzeuge hervor, die ein Gehäuse mit Wärmetauschern und Mitteln zum Aufteilen eines Luftstroms in zwei im Wärmetauscher aufheizbare Warmluftteilströme und in zwei den Wärmetauscher umgehende Kaltluftteilströme aufweist. Dazu sind zwei Luftmischkammern vorgesehen, in denen jeweils ein Warmluftteilstrom und ein Kaltluftteilstrom zusammengeführt werden. Die Luftmischkammern weisen Lufteinlässe für die Luftteilströme und Auslässe für den Sitzzonen zuzuführende Mischluft auf. Um in der Sitzzone die Lufttemperatur im Fußraum der Fahrgastzelle unabhängig von der Temperatur in der Mittelebene und im Kopfbereich einstellen zu können, werden die über die Auslässe der beiden Luftmischkammern getrennt austretenden Mischluftströme derselben Sitzzone der Fahrgastzelle so zugeführt, dass der aus der einen Luftmischkammer ausströmende Luftstrom in den unteren Zonenbereich und der aus der anderen Luftmischkammer ausströmende Luftstrom in den oberen Zonenbereich einströmt.
Nachteilig bei dieser vorgeschlagenen Lösung ist insbesondere, dass Platz für die abgespaltenen und separat geführten Kaltluftteilströme erforderlich ist, was zu zusätzlichen Kanälen und damit verbundenem erforderlichem Bauraum führt.
Weiterhin wird nach der DE 10161753 A1 eine Heiz- oder Klimaanlage für Kraftfahrzeuge offenbart, die hinter einem Heizkörper einen oberen und einen unteren Mischraum aufweist, die jeweils von einem oberen Kaltluftkanal und einem unteren Kaltluftkanal beaufschlagbar sind, die ober- und unterhalb des Heizkörpers verlaufen. Vom unteren Mischraum aus kann Luft über seitlich vom Heizkörper angeordnete Strömungskammern sowohl in den Fußraum des Fahrgastraumes als auch zu den oben liegenden Anschlussstutzen für die Defrosterdüsen geführt werden. Diese Heiz- oder Klimaanlage erlaubt damit eine sehr feinfühlige Regelung bis zu acht Klimazonen.
Diese Lösung weist jedoch den konstruktiven Nachteil auf, dass wiederum die Luftteilströme zunächst separiert und über eigene Kanäle einer entsprechenden Luftkammer zugeführt und dann anschließend wieder miteinander vereinigt und entsprechend die geregelte Luftmenge in der gewünschten Temperatur an den Luftauslässen zur Verfügung steht.
Den bekannten Lösungen sind ganz allgemein die folgenden Nachteile zu eigen:
Durch die vorgeschlagenen zusätzlichen Einbauten in die Klimaanlagen zur Erreichung der Schichtung mittels Kanälen oder Luftleiteinrichtungen kommt es vermehrt zu Akustikproblemen.
Weiterhin sind diese Lösungen zumeist dadurch gekennzeichnet, dass sie apparativ aufwändig zusätzliche Elemente beinhalten, die natürlich zusätzliche Kosten und auch zusätzlichen Montageaufwand sowie entsprechend Wartungsaufwand nach sich ziehen.
Ebenso ist strömungsmechanisch einleuchtend, dass die zusätzlichen Einbauten im System zu einem erhöhten Druckabfall führen, was zu einem höheren Leistungsbedarf und letztlich zu einem erhöhten Energieverbrauch und damit einer Verringerung der Effizienz des gesamten Kraftfahrzeuges führt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Klimaanlage zur Verfügung zu stellen, welche weitgehend ohne zusätzliche Einbauten bedarfs- und funktionsorientiert an den einzelnen Luftauslässen Luftströme mit der gewünschten Temperatur zur Verfügung stellt, wobei der Bauraum der Klimaanlage sehr gering gehalten sein soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Fahrzeugklimaanlage mit Mitteln zur Kühlung und Heizung von Luft ausgestattet ist und ein Gehäuse mit mindestens drei Luftauslässen aufweist, wobei als Mittel zur Heizung der Luft mindestens ein Heizungswärmeübertrager vorgesehen ist, der in seiner vertikalen Erstreckung mindestens einen Kaltluftdurchlass aufweist, wobei ein Kaltluftdurchlass zwischen zwei Heizpfaden angeordnet ist. Als Mittel zur Kühlung der Luft ist ein Verdampfer vorgesehen, welcher in Luftströmungsrichtung vor dem Heizungswärmeübertrager derart angeordnet ist, dass nach dem Heizungswärmeübertrager eine temperaturgeschichtete Luftströmung vorliegt, deren Schichten unmittelbar ganz oder teilweise den Luftauslässen zugeordnet sind.
Die Konzeption der Erfindung besteht nunmehr darin, dass bereits durch die Anordnung und Ausbildung der die Lufttemperatur beeinflussenden Komponenten, Verdampfer und Heizungswärmeübertrager, derart ausgebildet ist, dass eine natürliche Schichtung entsprechend dem Anforderungsprofil der Luftauslässe bereits konstruktiv vorgegeben ist, ohne dass es zusätzlicher Mischzonen und zusätzlicher Kanäle bedarf.
Das Anforderungsprofil der Luftauslässe legt die Temperatur der Luftströmung in der Reihenfolge eines warmen Luftstromes zu dem Defrostausgang, eines kälteren Luftstromes für den Fahrgast beziehungsweise Fahrerausgang und einen wiederum wärmeren Luftstrom für den Bodenausgang fest. Letztlich wird in der erfindungsgemäßen Lösung das Prinzip realisiert, dass jeder Luftauslass quasi seinen eigenen Wärmeübertrager besitzt, der bereits in der Anordnung und der zwangsläufigen Durchströmung der Komponenten in der vorgegebenen Richtung vom Lufteinlass am Verdampfer zu den Luftauslässen nach dem Heizungswärmeübertrager wirkt, obwohl die einzelnen Wärmeübertragerzonen letztlich funktionsgemäß miteinander kombiniert und damit effizient komponentensparend ausgeführt sind.
Das erfindungsgemäße Konzept wird dadurch realisiert, dass ein Heizungswärmeübertrager verwendet wird, der einen Kaltluftdurchlass aufweist. Dabei wird die Kaltluft nicht wie bei Lösungen aus dem Stand der Technik an dem Wärmeübertrager vorbeigeführt, sondern durch den Wärmeübertrager hindurchgeführt. Dazu wurde der Wärmeübertrager erfindungsgemäß in mehrere, zumindest jedoch in zwei Heizzonen separiert, zwischen denen ein Kaltluftdurchlass vorgesehen ist.
Der Heizungswärmeübertrager ist derart ausgebildet, dass der Kaltluftdurchlass die Wärmeübertragerfläche des Heizungswärmeübertragers in einem Verhältnis von 1/3 zu 2/3 teilt. Alternativ ist der Kaltluftdurchlass auch mittig im Heizungswärmeübertrager angeordnet und teilt somit die Wärmeübertragungskapazität in zwei Teile. Je nach Anforderungsprofil der den Luftschichten zugeordneten Luftauslässe ist aber auch ein an das entsprechende Anforderungsprofil angepasstes Verhältnis der Aufteilung der Wärmeübertragerfläche durch den oder die Kaltluftströme möglich.
Üblicherweise besitzt das Klimagerät drei Auslassebenen, eine für den Fußbereich, vorwiegend im unteren Bereich des Gerätes angeordnet, eine für den Defrostbereich im oberen Bereich des Gerätes, sowie eine für die Belüftung Fahrgäste über den Armaturenbrettbereich, der überwiegend mittig in der Seitenansicht angeordnet ist.
Die Aufteilung der Wärmeübertragungsfläche des Heizungswärmeübertragers ist so gewählt, dass die beiden Warmzonen, die Defrost- und die Fußzone, je einer Heizzone des Wärmeübertragers zugeordnet sind, wodurch zwei Heizpfade für die Warmluftströme festgelegt sind und die von der im mittleren Bereich zwischen diesen befindlichen Kaltluftschicht getrennt werden.
Dadurch wird in dem Klimagerät eine Schichtung eingestellt, die derjenigen der Auslässe entspricht. Vor dem Heizungswärmeübertrager befindet sich ein Temperaturregelklappensystem, das in üblicher Weise die Luftmassenströme durch die beiden Elemente des Wärmeübertragers beziehungsweise durch den Kaltluftdurchlass hindurch steuert beziehungsweise regelt. Die Anordnung des Temperatursteuersystems wird dabei so gewählt, dass eine möglichst verlustfreie und geräuscharme Einströmung in den Kaltpfad und die Warmluftpfade erzielt wird. Die Temperaturregelung wird durch Temperaturregelklappen und/oder Temperaturregelschieber vorteilhaft realisiert. Als besonders bevorzugt wird eine Kombination von Temperaturregelklappe und Temperaturregelschieber angesehen. Für die Aufnahme der Temperaturregelschieber in einer „Voll-Warm-Stellung" ist im Gehäuse nach einer bevorzugten Ausgestaltung ein Temperaturregelschieberaufnahmeraum ausgebildet.
Eine alternative Gestaltung besteht darin, dass der Heizungswärmeübertrager mehrere Kaltluftpfade aufweist. Die Kaltluftpfade im Heizungswärmeübertrager sind bevorzugt gegenüber diesem durch einen Rahmen oder Ähnliches thermisch isoliert ausgebildet, um eine Wärmeübertragung an den Kaltluftstrom durch den Heizungswärmeübertrager möglichst gering zu halten, beziehungsweise auszuschalten.
Um die Luftströme an den Luftauslässen steuern und regeln zu können, sind in üblicher Weise Luftverteilklappen zusätzlich unmittelbar an den Luftauslässen vorgesehen.
Der Heizungswärmeübertrager selbst ist zunächst in üblicher Weise aus seitlichen Tanks aufgebaut, welche durch Flachrohre verbunden sind. Zwischen den Flachrohren sind Lamellen zur Vergrößerung der Wärmeübertrageroberfläche ausgebildet. Der Luftstrom passiert die Lamellenstruktur und nimmt dabei Wärme vom Heizungswärmeübertrager auf. Im Bereich der Kaltluftdurchlässe sind bevorzugt keine Flachrohre angeordnet, sodass eine kostengünstige Ausgestaltung eines derartigen Wärmeübertragers insbesondere darin besteht, dass derselbe in einem mittigen Bereich keine Flachrohre und auch keine Lamellen aufweist.
Prinzipiell wäre es möglich, die Heizpfade für die Heizung der Luftströme durch separate Heizungswärmeübertrager auszubilden, die miteinander verschaltet sind. Diese Ausgestaltung ist konzeptionsgemäß von der erfinderischen Lösung umfasst, stellt jedoch eine aufwändigere und damit kostenintensivere Lösung dar, die der Vollständigkeit halber jedoch ihre Erwähnung finden soll.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Heizungswärmeübertrager Zusatzheizer aufweist.
Als Zusatzheizer werden nach einer Ausgestaltung der Erfindung PTC-Heizungswärmeübertrager eingesetzt, beziehungsweise wird der Heizungswärmeübertrager selbst als ein PTC-Heizungswärmeübertrager ausgebildet. Besonders komfortabel ist es, nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, dass der mit dem Bodenausgang korrespondierende Heizpfad neben dem Heizungswärmeübertrager einen Zusatzheizer aufweist. Häufig wird es von den Insassen des Kraftfahrzeuges als sehr angenehm empfunden, wenn gerade im Fußbodenbereich eine leicht erhöhte Temperatur realisiert wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass in einem Teil des Kaltluftdurchlasses ein Kaltluftkanaleingang angeordnet ist, der das Abgreifen von kalter Luft aus dem Kaltluftdurchlass ermöglicht. Dieser Kaltluftkanal kann direkt zu einem Auslass des Klimagerätes geleitet werden und es besteht dadurch die Möglichkeit, einen oder mehrere separate Auslässe mit einem Luftstrom mit einer gezielt niedrigeren Temperatur zu versorgen.
Die erfindungsgemäße Lösung weist diverse Vorteile auf.
Durch den Verzicht auf Einbauten im Klimagerät kann der Strömungspfad effizienter gestaltet werden, sodass der Druckverlust des Systems minimiert wird. Dies führt zu einem geringeren Energieverbrauch.
Die Durchführung des Kaltluftpfades durch den Heizungswärmeübertrager führt zu einer Verbesserung der Kaltluftströmung gegenüber den im Stand der Technik bekannten Lösungen, da die Luft verlustfreier und geräuschärmer geführt werden kann.
Der Verzicht auf zusätzliche Einbauten bedeutet auch eine Reduktion der Bauteile und damit einhergehend geringere Material- sowie Fertigungskosten als auch eine Verringerung des Wartungs- und Reparaturaufwandes.
Von ganz entscheidendem Vorteil ist, dass der Bauraum einer solchen Klimaanlage im Vergleich zu anderen Lösungen reduziert werden kann, was gerade auf dem Kraftfahrzeugsektor von besonderer Bedeutung ist.
Weiterhin wird durch die natürliche Schichtung der einzelnen Luftströme in besonders vorteilhafter Weise gewährleistet, dass die regelungstechnischen Anforderungen bereits durch die voreingestellte Schichtung ohne größere Probleme erfüllt werden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: Klimagerät im Mittelschnitt mit einem Heizungswärmeübertrager mit einem Kaltluftdurchlass,
2: Heizungswärmeübertrager mit einem Kaltluftdurchlass,
3: Klimagerät im Mittelschnitt mit einem Heizungswärmeübertrager mit zwei Kaltluftdurchlässen,
4: PTC-Heizungswärmeübertrager mit zwei Kaltluftdurchlässen.
In 1 ist eine Fahrzeugklimaanlage im Mittelschnitt dargestellt. Konzeptionsgemäß erfolgt die Anordnung der beiden Heizpfade sowie des Kaltluftdurchlasse nach den Schichtungsanforderungen und den Auslasspositionen. Die Anordnung des Temperatursteuersystems wird dabei so gewählt, dass eine möglichst verlustfreie und geräuscharme Einströmung in den Kaltluftpfad erzielt wird. In bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden drei Einzelklappen verwendet, welche die drei Luftschichten des Gesamtstromes jeweils einzeln regeln. In der in 1 dargestellten Alternativvariante wird ein Temperaturregelschieber 5 in Verbindung mit einer Temperaturregelklappe 15 als Temperaturregelelemente eingesetzt, die über eine Kinematik miteinander verbunden sind.
Das Klimagerät besteht im Wesentlichen aus einem Verdampfer 1 und einem Heizungswärmeübertrager 2, die in einem Gehäuse 4 angeordnet sind. Das Gehäuse 4 weist weiterhin drei Luftauslässe 7, 8, 9 auf. Die Luftströmungsrichtung wird durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 3 angedeutet. In Luftströmungsrichtung 3 vor dem Heizungswärmeübertrager 2 befindet sich der Temperaturregelschieber 5 und im unteren Teil die Temperaturregelklappe 15. Der Heizungswärmeübertrager 2 weist in seinem mittleren Bereich einen Kaltluftdurchlass 12 auf. Durch die Teilung des Heizungswärmeübertragers 2 durch den Kaltluftdurchlass 12 entsteht im oberen Bereich des Heizungswärmeübertragers 2 ein Heizpfad 10 und im unteren Bereich ein Heizpfad 11. Die Heizpfade 10, 11 erwärmen die durch die jeweiligen Wärmeübertragerbereiche hindurchtretende Luft. Der Kaltluftdurchlass 12 ermöglicht das Hindurchtreten kalter Luft, welche über den Verdampfer 1 in das Klimagerät eintritt. Die kalte Luft gelangt über den Kaltluftdurchlass 12 ohne eine wesentliche Wärmeaufnahme durch den Heizungswärmeübertrager 2 hindurch. Die Luftauslässe sind mit Luftverteilklappen 6 ausgestattet. Nach der erfindungsgemäßen Konzeption entsteht durch die Segmentierung des Heizungswärmeübertragers 2 eine geschichtete Luftströmung. Der vorteilhafte Effekt besteht nunmehr darin, dass die Temperatur der Luftschichten dem Anforderungsprofil der zugeordneten Luftauslässe 7, 8, 9 entspricht.
Der Luftauslass 7 ist der Defrostausgang, an welchem bevorzugt zur Enteisung und Sichtbarhaltung der Scheiben heiße Luft austreten soll. Diese heiße Luft entsteht aus einem Teilluftstrom der über den Verdampfer 1 in das Klimagerät eintretenden Luft, welche am Verdampfer 1 zunächst abgekühlt und getrocknet wird und der danach über den Heizpfad 10 den Heizungswärmeübertrager 2 erwärmt wird. Dieser Teilluftstrom ist somit warm und trocken.
Am Luftauslass 8, dem Fahrgast- oder Fahrerausgang, soll keine zu stark erwärmte Luft austreten, da es häufig als unangenehm empfunden wird, wenn zu heiße Luft die Personen direkt im Brust- und Gesichtsbereich anströmt. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, wenn die am Luftauslass 8 ausströmende Luftschicht nicht in gleicher Weise erwärmt wird, wie die am Defrostauslass 7 austretende Luft. Zu diesem Zweck befindet sich im Heizungswärmeübertrager 2 der Kaltluftdurchlass 12. Die im Verdampfer 1 gekühlte Luft gelangt ohne eine wesentliche Erwärmung zunächst durch den Heizungswärmeübertrager 2 hindurch und vermischt sich danach nur wenig mit den beiden benachbarten wärmeren Luftströmen. Je nach Anforderungsprofil kann die Erwärmung dieses Luftstroms aber selbstverständlich durch eine entsprechende Stellung der Temperaturregelorgane 5 und 15 variiert werden.
Schließlich wird am Luftauslass 9, dem Bodenausgang für den Fußbereich des Fahrzeuges, wiederum eher warme Luft gewünscht, da dies von den Insassen in der Regel als angenehm empfunden wird. Die für diesen Luftauslass erforderliche warme Luft entsteht nach Einströmung der Luft in das Klimagerät über den Verdampfer 1 und die nachfolgende Erwärmung über den Heizpfad 11. Die im Heizpfad 11 erwärmte Luft gelangt als unterste Schicht des Luftstromes schließlich zum Bodenausgang 9 und tritt dort aus dem Klimagerät aus. Im Ausgestaltungsbeispiel wird zur zusätzlichen Erwärmung der am Bodenausgang ausströmenden Luft für den Fußbereich ein Zusatzheizer 19 angebracht.
In dem Ausführungsbeispiel segmentiert der Kaltluftpfad 12 den Heizungswärmeübertrager in einen Wärmeübertragungsbereich für den Heizpfad 10 und einen Wärmeübertragungsbereich für den Heizpfad 11. Die zugehörige Wärmeübertragungsfläche beträgt zirka 1/3 der Kapazität des Heizungswärmeübertragers 2 für den Heizpfad 2 und 2/3 der Kapazität des Heizungswärmeübertragers 2 für den Bereich des Heizpfades 11.
Die Temperaturregelschieber und Temperaturregelklappe 5 und 15 sind so gekoppelt, dass die Temperatur mittels eines Stellgliedes eingestellt werden kann. Alternativ können die einzelnen Klappen zum Einstellen einer bestimmten Schichtung mit separaten Stellmotoren betrieben werden, welche wiederum im Bedarfsfall synchronisiert betrieben werden können. Der Kaltluftdurchlass 12 ist im Heizungswärmeübertrager 2 so angeordnet, dass sowohl eine Schichtung der Luftströmung erreicht wird als auch, dass der Kaltluftstrom im Bedarfsfall nahezu unbeeinflusst zu dem Luftauslass 8 gelangen kann.
Der Kaltluftdurchlass 12 wird mittels eines nicht dargestellten Rahmens vom Heizungswärmeübertrager 2 getrennt, der die Kaltluft von den innenliegenden warmen Wänden des Heizungswärmeübertrager 2 isoliert und zudem als Anschlag für die Temperaturregelklappen 15 oder Temperaturregelschieber 5 dient.
In 2 ist ein segmentierter Heizungswärmeübertrager 2 dargestellt. Der Heizungswärmeübertrager 2 besteht dabei im Wesentlichen aus zwei seitlichen Tanks 18, die über Flachrohre 20 miteinander verbunden sind. Zwischen den einzelnen Flachrohren sind nicht dargestellte Lamellen angeordnet, welche die Wärmeübertragungsfläche von dem die Flachrohre durchströmenden Heizmittel an die Luft vergrößern.
Der Heizungswärmeübertrager 2 weist in der dargestellten Form einen Heizpfad 10 und einen Heizpfad 11 und dazwischenliegend einen Kaltluftdurchlass 12 auf. Der Kaltluftdurchlass 12 wird dadurch ausgebildet, dass in diesem Bereich keine Flachrohre 20 angeordnet sind.
In 3 ist eine Fahrzeugklimaanlage im Mittelschnitt dargestellt, die im Vergleich zur vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung eine etwas aufwändigere, aber auch präzisere Regelung der Temperaturen der Luftschichten gestattet. Bei dieser Ausgestaltung ist neben den Elementen, die auch in der 1 bereits dargestellt und beschrieben wurden, ein Heizungswärmeübertrager 2 angeordnet, der zwei Kaltluftdurchlässe 12 und 13 aufweist. Somit ergeben sich für den Heizungswärmeübertrager 2 insgesamt drei Heizpfade 10, 11, 14 und zwei Kaltluftdurchlässe 12 und 13. Als Temperaturregelelemente ist ein Temperaturregelschieber 5 vor dem Heizungswärmeübertrager 2 angeordnet, der Aussparungen korrespondierend zu den Kaltluftdurchlässen 12 und 13 aufweist. Zur Aufnahme des Temperaturregelschiebers 2 ist im Bereich des Gehäuses 4 über dem Heizungswärmeübertrager 2 ein Temperaturregelschieberaufnahmeraum 17 vorgesehen.
Der Temperaturregelschieber 5 ermöglicht das vollständige Schließen der Heizpfade 10, 11 und 14 und die gleichzeitige Freigabe der Kaltluftdurchlässe 12 und 13. Andererseits ist in dem Fall der maximalen Erwärmung der Luft der Temperaturregelschieber 5 in den Temperaturregelschieberaufnahmeraum 17 im Gehäuse 4 eingefahren, so dass die Heizpfade 10, 11 und 14 vollständig freigegeben sind, wobei die Kaltluftdurchlässe 12 und 13 verschlossen sind.
In 4 ist ein PTC-Heizungswärmeübertrager 2 dargestellt, der in Analogie zu den Flüssigkeits-basierten Heizungswärmeübertragern geometrisch gleichartig gestaltet Öffnungen für die Kaltluftdurchlässe 12 und 13 sowie die entsprechenden Heizpfade 10, 11 und 14 aufweist. Das PTC-Heizelement kann auch als Zusatzheizer geometrisch korrespondierend zum Heizungswärmeübertrager 2 ausgebildet sein und in Luftströmungsrichtung 3 hinter dem Heizungswärmeübertrager 2 angeordnet sein. Das PTC-Heizungselement besteht im Wesentlichen aus zwei Headern 16, zwischen denen Wärmeübertragungselemente angeordnet sind.

1: Verdampfer
2: Heizungswärmeübertrager
3: Luftströmungsrichtung
4: Gehäuse
5: Temperaturregelschieber
6: Luftverteilklappen
7: Luftauslass, Defrostausgang
8: Luftauslass, Fahrgast-, Fahrerausgang
9: Luftauslass, Bodenausgang
10: Heizpfad
11: Heizpfad
12: Kaltluftdurchlass
13: Kaltluftdurchlass
14: Heizpfad
15: Temperaturregelklappe
16: Header
17: Temperaturregelschieberaufnahmeraum (Tasche)
18: seitlicher Tank
19: Zusatzheizer
20: Flachrohre

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1405743 B1 [0008]
- DE 10337196 A1 [0009]
- DE 10161753 A1 [0011]

Claims

Fahrzeugklimaanlage mit Mitteln zur Kühlung (1) und Heizung (2) von Luft, aufweisend ein Gehäuse (4) mit mindestens drei Luftauslässen (7, 8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Heizung der Luft mindestens ein Heizungswärmeübertrager (2) vorgesehen ist, der in seiner vertikalen Erstreckung mindestens einen Kaltluftdurchlass (12, 13) aufweist, wobei ein Kaltluftdurchlass (12, 13) zwischen zwei Heizpfaden (10, 11, 14) angeordnet ist und dass als Mittel zur Kühlung der Luft ein Verdampfer (1) vorgesehen ist, hinter dem in Luftströmungsrichtung (3) der Heizungswärmeübertrager (2) derart angeordnet ist, dass nach dem Heizungswärmeübertrager (2) eine temperaturgeschichtete Luftströmung vorliegt, deren Schichten unmittelbar ganz oder teilweise den Luftauslässen (7, 8, 9) zugeordnet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltluftdurchlass (12, 13) die Wärmeübertragerfläche des Heizungswärmeübertragers (2) in einem Verhältnis von 1/3 zu 2/3 teilt.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltluftdurchlass (12, 13) mittig im Heizungswärmeübertrager (2) angeordnet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungswärmeübertrager (2) zwei Kaltluftpfade (12, 13) aufweist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltluftpfade (12, 13) im Heizungswärmeübertrager (2) thermisch isoliert ausgebildet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Luftverteilklappen (6) zusätzlich vorgesehen sind.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturregelklappen (15) und/oder Temperaturregelschieber (5) zusätzlich vorgesehen sind.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufnahme der Temperaturregelschieber (5) im Gehäuse (4) ein Temperaturregelschieberaufnahmeraum (17) ausgebildet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungswärmeübertrager (2) aus mit Flachrohren (20) verbundenen seitlichen Tanks (18) und zwischen den Flachrohren (20) angeordneten Lamellen ausgebildet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungswärmeübertrager (2) im Bereich der Kaltluftdurchlässe (12, 13) keine Flachrohre (20) zwischen den seitlichen Tanks (18) aufweist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizpfade (10, 11, 14) durch separate Heizungswärmeübertrager (2) ausgebildet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungswärmeübertrager (2) Zusatzheizer (19) aufweist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungswärmeübertrager (2) oder der Zusatzheizer (19) als PTC-Heizungswärmeübertrager ausgebildet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Bodenausgang (9) korrespondierende Heizpfad (11, 14) einen Zusatzheizer (19) aufweist.