DE102008062269A1

DE102008062269A1 - Klimaanlage für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102008062269A1
Application number: DE102008062269A
Authority: DE
Inventors: Lothar Seybold
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage (8) mit einem in einem Motorraum des Kraftfahrzeuges (2) angeordneten Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer (16) und einem in einem Fahrgastraum (4) angeordneten Klimagerät (22), wobei Verdampfer (16) und Klimagerät (22) über Wärmeaustauschmittel (20) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschmittel (20) zum Wärmeaustausch über Wärmeleitung ausgebildet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, bei der in einem Motorraum des Kraftfahrzeuges ein Kältemittel-Kreislauf mit einem Verdampfer angeordnet ist und bei dem in einem Fahrgastraum ein Klimagerät angeordnet ist.
Ein Wärmeaustausch findet zwischen im Motorraum angeordneten Bauteilen und dem Fahrgastraum über Wärmeaustauschmittel statt.
Stand der Technik
Klimaanlagen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen dienen zur Regelung des Klimas in einem Fahrzeug-Innenraum, wobei die Klimaanlagen regelmäßig dazu ausgebildet sind, in die zu klimatisierenden Fahrzeug-Innenräumen kalte Luft einzublasen. Zum Entzug von Wärmeenergie der einzublasenden Luft wird häufig auf eine bei der Verdunstung eines Kältemittels aufgenommenen Energie und einer damit verbundenen Abkühlung der Umgebung Gebrauch gemacht. Das Kältemittel wird in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf geführt, der einen Kompressor und einen Kondensator aufweist, mit dem das gasförmige Kältemittel wieder kondensiert wird. Die dem Innenraum entzogene Wärme wird über einen im Kreislauf angeordneten Kühler abgegeben.
Herkömmliche Klimaanlagen, wie sie beispielsweise in der EP 0 768 198 B1 offenbart sind, sehen dabei vor, dass der Kältemittel-Kreislauf unmittelbar in den Fahrgastraum geführt ist, in welchem der Verdampfer angeordnet ist.
Als Kältemittel dieser herkömmlichen Klimaanlagen wird R134a verwendet, das jedoch aufgrund seines Einflusses auf das Erdklima durch andere Kältemittel ersetzt werden soll. Als alternative Kältemittel werden zum Beispiel R744, chemische Elends und brennbare Kältemittel, wie zum Beispiel R152a betrachtet. Aus Gründen der Gesundheit der Fahrgäste sowie aus Sicherheitsgründen, insbesondere im Falle eines Defekts der Klimaanlage, sollte vermieden werden, einen Kältemittel-Kreislauf, der mit solchen Kältemitteln gefüllt ist, unmittelbar vom Motor in den Fahrgastraum zu führen. Der wärmeabführende Kältemittel-Kreislauf muss daher vollständig im Motorraum geführt werden und es ist ein weiterer Wärmekreislauf notwendig, der über einen Wärmetauscher mit dem ersten Kältemittel-Kreislauf gekoppelt ist.
Derartige ”Secondary loop”-Systeme sind beispielsweise in der US 2005/0022983 A1 sowie der US 6,230,508 B1 beschrieben. Eine weitere Ausführung eines Systems mit zweitem Wärmekreislauf ist in der DE 197 21 111 A1 beschrieben.
Sämtlichen bekannten Offenbarungen gemein ist, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Motorraum und dem Fahrzeug-Innenraum über Mittel zur Wärmekonvektion bewerkstelligt werden. In der DE 197 21 111 A1 ist dabei vorgesehen, dass der dortige Verdampfer über einen Luftkanal mit einem im Fahrzeug-Innenraum angeordneten Klimaanlagengehäuse verbunden ist, wobei ein Gebläse zum Einblasen von Luft in das Klimaanlagengehäuse vorgesehen ist. US 2005/0022983 A1 sowie US 6,230,508 B1 arbeiten jeweils mit zirkulierender Flüssigkeit im zweiten Wärmekreislauf im Innenraum.
Die vorgenannten Systeme weisen den Nachteil auf, dass zwei aktiv zu betreibende Kreisläufe erforderlich sind. Diese benötigen eine zusätzliche Pumpe oder einen zusätzlichen Ventilator sowie einen zusätzlichen Kältemittel-Vorratsbehälter im Falle eines auf Flüssigkeit basierenden zweiten Kühlkreislaufes. Die Systeme sind daher teuer, schwer und nicht besonders platzsparend.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Klimaanlage des eingangs genannten Typs für ein Kraftfahrzeug dahingehend zu verbessern, dass auf einen zweiten Kältemittel-Kreislauf verzichtet werden kann und dass diese einen geringeren Platzbedarf im Motorraum hat.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung wird gelöst durch eine Klimaanlage gemäß Anspruch 1, ein Wärmeaustauschmittel gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10 sowie durch Kraftfahrzeuge gemäß den nebengeordneten Ansprüchen 11 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Klimaanlage weist einen außerhalb des Fahrgastraumes, in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordneten Kältemittel-Kreislauf auf.
Der Kältemittel-Kreislauf funktioniert in an sich bekannter Weise mit einem Kompressor, der in aller Regel von einem das Fahrzeug bewegenden Motor angetrieben wird, um ein Kältemittel, das im Kältemittel-Kreislauf geführt ist, zu komprimieren, ein Kondensator zum Kondensieren des gasförmigen und heißen Kältemittels, ein Druckreduziermittel, beispielsweise ein Expansionsventil zum Reduzieren des Drucks des kondensierten Kältemittels sowie Mittel zur Abgabe von Wärmeenergie, beispielsweise ein Kühler. Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Möglichkeiten zur Aufnahme von Wärme denkbar. Auch andere Aufbauten von Klimaanlagen sind im Rahmen der Erfindung denkbar.
Die erfindungsgemäße Klimaanlage weist einen Verdampfer auf, über den dem Fahrgastraum mittelbar Wärmeenergie entnommen wird. Dazu ist in dem Fahrgastraum ein Klimagerät angeordnet, wobei Klimagerät und Verdampfer über Wärmeaustauschmittel miteinander gekoppelt sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wärmeaustauschmittel dazu ausgebildet sind, den Wärmeaustausch zwischen dem Fahrgastraum und dem Verdampfer über das Prinzip der Wärmeleitung zu verwirklichen.
Durch die Erfindung ist somit der Verzicht auf einen zweiten, aktiven Kältemittel-Kreislauf möglich, da die Übertragung von Wärme vom Innen- an den Außenraum der Fahrgastzelle und umgekehrt über rein passive Mittel möglich ist. Die Erfindung reduziert das Gewicht der Klimaanlage, den Energieverbrauch sowie den erforderlichen Bauraum. Darüber hinaus kann eine höhere Zuverlässigkeit und ein geringerer Wartungsaufwand erreicht werden.
Zur Verwirklichung einer Wärmeleitung ist gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Wärmeaustauschmittel Wärmeleitmittel aufweisen. Mit Hilfe derartiger Wärmeleitmittel lässt sich ein Wärmeaustausch besonders leicht bewerkstelligen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht darüber hinaus vor, dass die Wärmeleitmittel Material hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen oder im Wesentlichen oder ganz aus Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen. Bevorzugte Wärmeleitfähigkeiten liegen bei 500 W/(m·K) bis 1200 W/(m·K), bevorzugt bei 800 W/(m·K) bis 1200 W/(m·K) oder mehr.
Geeignete Materialien für die Wärmeleitmittel sind Kohlefasern bzw. Kohlefasermaterialien wie Kohlefaserverbundwerkstoffe oder diamantartiger Kohlenstoff (DLC). Diese lassen sich mit Wärmeleitfähigkeiten von 800 W/(m·K) bis zu 1200 W/(m·K) und mehr herstellen. Neben der sehr guten Wärmeleitfähigkeit sind Kohlefaserwerkstoffe leicht und weisen eine geringe Wärmekapazität, mithin eine geringe Systemträgheit und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Wärmeaustauschmittel zum Fahrgastraum hin als Wärmetauscher ausgebildet. Dann findet ein Wärmeaustausch mit der Luft des Fahrgastraumes direkt mit den Wärmeaustauschmitteln statt. Hierdurch lässt sich die Anzahl erforderlicher Bauteile, der Platzbedarf sowie der Wirkungsgrad der Klimaanlage optimieren.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmeaustauschmittel mehrere Platten aufweist, die bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind. Mit Hilfe solcher Platten lässt sich eine besonders hohe Wärmemenge zwischen dem Fahrgastraum und dem Motorraum übertragen.
Die Anordnung des Verdampfers an einer Spritzwand, die zwischen Motorraum und Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges regelmäßig vorgesehen ist, hat die Wirkung, dass eine Klimaanlage gemäß der Erfindung besonders kompakt aufbaubar ist. Die Anordnung des Verdampfers an der Spritzwand bewirkt im Übrigen, dass der Motorraum besser nutzbar für weitere Aggregate des Motorraumes ist. Eine derartige Klimaanlage lässt sich somit besonders kompakt aufbauen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmeaustauschmittel durch die Spritzwand zwischen Motorraum und Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges hindurchragen. Dadurch lassen sich die Wärmeaustauschmittel besonders kompakt aufbauen. Kurze Wärmeaustauschmittel ermöglichen aufgrund eines niedrigen Wärmeleitwiderstandes einen Transport größerer Wärmemengen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass den Wärmeaustauschmitteln Abdichtungsmittel zur Abdichtung des Fahrgast-Innenraums zum Motorraum hin zugeordnet sind. Mit Hilfe solcher Abdichtungsmittel lässt sich eine bessere Abdichtung und Isolierung des Fahrgastraumes von dem Motorraum erzielen. Somit kann vermieden werden, dass an den Wärmeaustauschmitteln vorbei Gase oder Flüssigkeiten aus dem Motorraum in den Innenraum gelangen, z. B. im Falle eines Defektes der Klimaanlage giftiges oder brennbares Kältemittel. Darüber hinaus können derartige Abdichtungsmittel einen Toleranzausgleich ermöglichen, sodass sich die Klimaanlage leichter montieren lässt.
Ein erster unabhängiger Gedanke der Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschmittel einer Klimaanlage. Dabei ist vorgesehen, dass das Wärmeaustauschmittel mehrere Platten aufweist, die bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind. Mit Hilfe solcher Platten lässt sich eine besonders hohe Wärmemenge zwischen dem Fahrgastraum und dem Motorraum übertragen.
Ein derartiges Wärmeaustauschmittel für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, das auf dem Prinzip der Wärmeleitung basiert, ermöglicht einen besonders leichten und kostengünstigen Aufbau einer Klimaanlage, der darüber hinaus besonders energiesparend und wartungsfreundlich ist.
Ein weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage gemäß dem zuvor beschriebenen ersten weiteren Erfindungsgedanken.
Ein letzter unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Wärmeaustauschmittel gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung.
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden sämtliche beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale in ihrer sinnvollen Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von den Patentansprüchen und deren Rückbezügen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigen schematisch:
1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage sowie
2 ein erfindungsgemäßes Wärmeaustauschmittel in vergrößerter Darstellung.
Ausführungsbeispiel
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 2 mit einem Fahrgastraum 4 und einem Motorraum 6.
In den Motorraum 6 ist eine Klimaanlage 8 vorgesehen, die einen geschlossenen Kältemittelkreislauf bereitstellt. über einen Kompressor 10 wird gasförmiges Kältemittel verdichtet und dabei erwärmt. In einem Kondensator 12 wird das verdichtete Kältemittel verflüssigt unter Abgabe von in dem Kältemittel gespeicherter Wärme. Durch ein Druckreduktionsmittel 14 wird der Druck des Kältemittels reduziert und das Kältemittel anschließend einem Verdampfer 16 zugeleitet, in welchem das Kältemittel unter Aufnahme von Umgebungswärme wieder verdampft. Das heiße und verdampfte Kältemittel wird anschließend wieder dem Kompressor 10 zugeführt.
Der Kompressor 10 wird durch einen Motor 18 angetrieben.
An dem Verdampfer 16 ist ein Wärmeübertragungsmittel 20 angeordnet, welches auf dem Prinzip der Wärmeleitung basiert. Das Wärmeübertragungsmittel 20 mündet im Fahrgastraum 4 in eine Klimagerät 22, welche die Klimatisierung des Innenraums übernimmt, beispielsweise durch Bereithaltung von Ventilatoren und dergleichen.
Die Wärmeübertragungsmittel 20 sind zum Fahrgastraum 4 hin als Wärmetauscher ausgebildet, sodass Luft direkt an den Wärmeübertragungsmitteln 20 vorbeiströmen kann und dadurch abgekühlt wird.
Der Verdampfer 16 ist an einer Spritzwand 24 angeordnet, welche Innenraum 4 und Motorraum 6 voneinander trennt.
2 zeigt eine Ausgestaltung eines Wärmeübertragungsmittels 20. Das Wärmeübertragungsmittel 20 gemäß der Ausführungsform nach 2 weist eine Vielzahl von parallelen, zueinander beabstandeten Platten 26 aus Kohlefasern auf, die an den Verdampfer 16 angrenzen.
Das Wärmeübertragungsmittel 20 ragt durch die Spritzwand 24 hindurch und ist zur Spritzwand 24 durch eine umlaufende Dichtung 28 abgedichtet.

2: Kraftfahrzeug
4: Innenraum
6: Motorraum
8: Klimaanlage
10: Kompressor
12: Kondensator
14: Druckreduzierventil
16: Verdampfer
18: Motor
20: Wärmeübertragungsmittel
22: Klimagerät
24: Spritzwand
26: Platten
28: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0768198 B1 [0004]
- US 2005/0022983 A1 [0006, 0007]
- US 6230508 B1 [0006, 0007]
- DE 19721111 A1 [0006, 0007]

Claims

Klimaanlage (8) mit einem in einem Motorraum eines des Kraftfahrzeuges (2) angeordneten Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer (16) und einem in einem Fahrgastraum (4) angeordneten Klimagerät (22), wobei Verdampfer (16) und Klimagerät (22) über Wärmeaustauschmittel (20) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschmittel (20) zum Wärmeaustausch über Wärmeleitung ausgebildet sind.
Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschmittel (20) Wärmeleitmittel (26) aufweisen.
Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmittel (26) Material hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material hoher Wärmeleitfähigkeit aus Kohlefasern besteht oder Kohlefasern enthält, bevorzugt als Kohlefaserverbundwerkstoff oder diamantartiger Kohlenstoff (DLC).
Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschmittel (20) zum Fahrgastraum (4) hin als Wärmetauscher ausgebildet sind.
Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeaustauschmittel mehrere Platten (26) aufweist, die bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind.
Klimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (16) an einer Spritzwand (24) zwischen Motorraum (6) und Fahrgastraum (4) des Kraftfahrzeuges (2) angeordnet ist.
Klimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschmittel (20) durch die Spritzwand (24) hindurchragen.
Klimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass den Wärmeaustauschmitteln (20) Abdichtungsmittel (28) zur Abdichtung des Fahrgastinnenraums (4) zum Motorraum (6) hin zugeordnet sind.
Wärmeaustauschmittel einer Klimaanlage (8) gemäß Anspruch 6.
Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Kraftfahrzeug mit einem Wärmeaustauschmittel (20) gemäß Anspruch 10.