DE102011013856A1 - Vorrichtung zur veränderlichen Anströmung eines Wärmetauschermoduls - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur veränderlichen Anströmung eines Wärmetauschermoduls für Kraftfahrzeuge mit einer Klima- und Heizungsanlage für den Innenraum gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Eine gattungsgemäße Vorrichtung beschreibt die
EP 1 992 508 B1 , bei der die Klimaanlage bei niedrigen Außentemperaturen als Luftwärmepumpe schaltbar ist, um die ansonsten über die Abwärme der Antriebsquelle des Kraftfahrzeuges, zum Beispiel einer Brennkraftmaschine und/oder einer Elektromaschine, betriebene Innenraumheizung in ihrer Wirkung zu verstärken. Da bei niedrigeren Außentemperaturen der Wirkungsgrad der Luftwärmepumpe bzw. deren Zuheizkapazität abnimmt, wird die Außenluftzufuhr durch Schließen einer Kühlluftjalousie unterbunden und ein Umluftbetrieb geschaltet, bei dem die wärmere Umgebungsluft des Motorraums umgewälzt wird. Gemäß der vorgenannten Druckschrift sind dazu zwei parallel angeordnete Lüfter vorgesehen, von denen der eine im Umluftbetrieb aktiviert ist und die Umluft durch die Wärmetauscher saugt, während die Rückströmung über den zweiten, abgeschalteten Lüfter erfolgt. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die mit baulich und steuerungstechnisch einfachen Mitteln einen noch wirkungsvolleren Umluftbetrieb sicherstellt.
- Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
- Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass im Motorraum zumindest eine das Wärmetauschermodul umgehende, in den Zuluftkanal mündende Luftführungsleitung vorgesehen ist, die über zumindest ein Absperrorgan steuerbar ist, wobei das Absperrorgan bei geschlossener Kühlluftjalousie geöffnet und der Lüfter aktiviert ist. Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag sind nicht zwangsläufig zwei Lüfter erforderlich, um den Umluftbetrieb zu ermöglichen. Ferner kann das Wärmetauschermodul baulich und steuerungstechnisch einfacher gestaltet sein. Zudem bietet die separate Luftführungsleitung gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass deren Öffnung im Motorraum gezielt so verlegt sein kann, dass der Motorraum wirkungsvoll durchlüftet bzw. die erwärmte Luft vermehrt abgezogen werden kann. Durch die im Stand der Technik vorgeschlagene Anordnung mit zwei parallel zueinander angeordneten Lüftern liegen deren Strömungsöffnungen unmittelbar einander benachbart, wodurch Kurzschlussströmungen begünstigt werden.
- In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können als Luftführungsleitung zwei Seitenkanäle im Motorraum mit jeweils einer steuerbaren Jalousie als Absperrorgan vorgesehen sein, die im geöffneten Zustand den Motorraum mit dem Zuluftkanal verbinden. Damit kann eine noch gleichmäßigere Luftverteilung und -strömung im Umluftbetrieb sowohl im Zuluftkanal stromauf der Wärmetauscher als auch im Motorraum verwirklicht werden. Die Anordnung zweier, dann im Strömungsquerschnitt kleinerer Seitenkanäle (oder Leitungen) kann zudem konstruktiv einfacher ausgeführt werden; die Seitenkanäle können gegebenenfalls unmittelbar durch entsprechende Ausbildung angrenzender Karosserieteile (zum Beispiel der Seitenwände des Motorraums) geschaffen sein.
- Insbesondere können die Luftführungsleitung bzw. die Seitenkanäle in einem von dem Wärmetauschermodul bzw. dem aktivierten Lüfter entfernten Bereich des Motorraumes derart enden, dass ungleiche Temperaturverteilungen im Motorraum vorteilhaft berücksichtigt und Kurzschlussströmungen vermieden werden können.
- In einer ersten, besonders einfachen Auslegung des Lüfterbetriebs kann der zumindest eine Lüfter nur in einer regulären Drehrichtung betreibbar sein, in der er die Luft (Kühlluft oder Umluft) durch die Wärmetauscher saugt. Die Luftströmung im Umluftbetrieb ist dann von der Luftzuführungsleitung bzw. den Seitenkanälen in den Zuluftkanal und von dort durch die Wärmetauscher (Kondensator und Wasserkühler) und den aktivierten Lüfter wieder in den Motorraum.
- Alternativ und zur Erzielung eines noch besseren Wirkungsgrades im Umluftbetrieb wird bei einer Anordnung des Kondensators (oder Gaskühlers) und des Wasserkühlers im Zuluftkanal hintereinander vorgeschlagen, dass der zumindest eine Lüfter in beide Drehrichtungen umschaltbar ist, wobei er bei geöffneter Kühlluftjalousie (Kühlbetrieb) saugend und bei geschlossener Kühlluftjalousie und geöffnetem Absperrorgan in der Luftzuführungsleitung (Zuheizbetrieb) in umgekehrter Drehrichtung drückend betrieben ist. Dies hat bei einer Umkehrung der Luftströmung den Vorteil, dass die Umluft aus dem Motorraum zuerst den Wasserkühler durchströmt und dort noch weiter erwärmt wird, bevor sie eine höhere Wärmeenergie abgebend den Kondensator der als Luftwärmepumpe geschalteten Klimaanlage durchströmt.
- Das Wärmetauschermodul kann gegebenenfalls in an sich bekannter Weise zwei parallel angeordnete, elektrisch betriebene Lüfter aufweisen, die jedoch über eine gemeinsame Ansteuerung gleichzeitig und gleichsinnig in der Drehrichtung betrieben sind. Die Anordnung zweier Lüfter dient lediglich der Erhöhung der Förderleistung sowohl im regulären Kühlbetrieb für die Antriebsquelle und die Klimaanlage als auch im Umluftbetrieb. Der steuerungstechnische Aufwand für die Lüfter ist nicht erhöht.
- Schließlich können besonders zweckmäßig die Kühlluftjalousie und das Absperrorgan bzw. die weiteren Jalousien elektrisch verstellbar sein und mit dem zumindest einem Lüftermotor des Wärmetauschermoduls über ein die Klima- und Heizungseinrichtung steuerndes, elektronisches Klimasteuergerät und/oder ein Steuergerät der Antriebsquelle des Kraftfahrzeuges angesteuert sein.
- Schließlich wird auch noch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung beansprucht, das die vorgenannten Vorteile aufweist.
- Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf einen Vorbau eines Personen-Kraftfahrzeuges mit einem frontseitigen Wärmetauschermodul einer nicht weiter dargestellten Klima- und Heizungsanlage und einer wassergekühlten Brennkraftmaschine, die als Antriebsquelle des Kraftfahrzeuges in einem im Wesentlichen geschlossenen Motorraum angeordnet ist, sowie mit Seitenkanälen als Luftführungsleitung für einen Umluftbetrieb, wobei die eingezeichneten Pfeile die Strömungsrichtung der Zuluft im regulären Kühlbetrieb darstellen; -
2 die Ansicht nach1 bei als Luftwärmepumpe geschalteter Klimaanlage, geschlossener Kühlluftjalousie im Zuluftkanal und geöffneten Jalousien in den Seitenkanälen für den Umluftbetrieb, wobei die zwei Lüfter des Wärmetauschermoduls saugend arbeiten; die Luftströmung ist wiederum mit den eingezeichneten Pfeilen ersichtlich; und -
3 die Vorrichtung nach2 mit dem Unterschied, dass die beiden Lüfter im Umluftbetrieb bei gesteuerter Drehrichtungsumkehr drückend aus dem Motorraum und durch die Wärmetauscher fördern (siehe Strömungspfeile). - In der
1 ist skizzenhaft ein soweit nicht beschrieben üblicher Vorbau10 eines Personen-Kraftfahrzeuges dargestellt, in dessen Frontschürze10a eine in einem Zuluftkanal12 eingesetzte, elektrisch verstellbare Kühlluftjalousie14 eingesetzt ist. - In dem von dem Motorraum
16 durch Trennwände10b abgeteilten Zuluftkanal12 ist des Weiteren ein Wärmetauschermodul17 angeordnet, das sich in Richtung der einströmenden Zuluft (siehe Pfeile) aus einem Kondensator18 , einem Wasserkühler20 und zwei parallel zueinander angeordneten, elektrisch angetriebenen Lüftern22 ,24 zusammensetzt. - Der Kondensator
18 ist an die auch als Luftwärmepumpe schaltbare Klima- und Heizungsanlage des Kraftfahrzeuges angeschlossen und kann dabei in bekannter Weise auch als Verdampfer betrieben werden. Die Klima- und Heizungsanlage kühlt oder beheizt unter anderem den hinter dem Motorraum16 des Kraftfahrzeuges liegenden Innenraum. - Der Wasserkühler
20 ist in nicht dargestellter Weise an einen Kühlflüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine und eines Heizungswärmetauschers angeschlossen (das Kühlmedium ist in bekannter Weise eine Wasser-Glykol-Mischung). - Die Lüfter
22 ,24 fördern im aktivierten Zustand und bei regulärem Kühlbetrieb gemäß1 Kühlluft durch die offene Kühlluftjalousie14 , den Kondensator18 und den Wasserkühler20 in den Motorraum16 , in dem eine Brennkraftmaschine26 als Antriebsquelle des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist. - Die Antriebsquelle
26 kann bei einem Hybridantrieb ein mit einer elektrischen Maschine kombiniertes Aggregat oder bei einem rein elektrischen Antrieb nur eine Elektromaschine sein. An die Antriebsquelle26 kann in nicht dargestellter Weise ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe und bei einem Frontantrieb des Kraftfahrzeuges ein Differenzial angebaut sein. - Die mit den Pfeilen angedeutete Luftströmung bzw. Zuluft durch Fahrtwind und/oder durch die Förderleistung der Lüfter
22 ,24 kann im hinteren Bereich des Motorraumes16 nach unten über nicht dargestellte Abströmöffnungen zum Beispiel im Unterboden des Motorraums16 abgeleitet werden. - Beiderseits des Zuluftkanals
12 und des Motorraums16 sind an den Seitenwänden10c (nur angedeutet) des Vorbaus10 zwei Luftführungsleitungen bzw. Seitenkanäle28 ,30 vorgesehen, die frontseitig über elektrisch verstellbare Jalousien32 in den Zuluftkanal12 stromauf des Wärmetauschermoduls17 , jedoch stromab der Kühlluftjalousie14 münden. Die zum Beispiel an den Seitenwänden10c (oder durch Luftzuführungsleitungen) ausgebildeten Seitenkanäle28 ,30 umgehen dementsprechend das Wärmetauschermodul17 vollständig. - Die Seitenkanäle
28 ,30 enden andererseits an oben liegenden Stellen im hinteren Bereich bei28a ,30a des Motorraumes16 , also von den Abströmöffnungen der Lüfter22 ,24 einerseits und von den Abströmöffnungen im Unterboden des Motorraumes16 andererseits relativ weit entfernt. - Im regulären Betrieb der Klima- und Heizungsanlage des Kraftfahrzeuges (
1 ) ist die Kühlluftjalousie12 in bekannter Weise abhängig von der erforderlichen Kühlleistung und ggf. von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges bei nicht aktivierten Lüftern22 ,24 geschlossen oder geöffnet und bei aktivierten Lüftern22 ,24 stets geöffnet. Der Kondensator18 , der Wasserkühler20 und schließlich der Motorraum16 werden dementsprechend mit Kühlluft durchströmt. Die seitlichen Jalousien32 der Seitenkanäle28 ,30 sind geschlossen, so dass keine Kühlluft vom Zuluftkanal12 unter Umgehung des Wärmetauschermoduls17 in die Seitenkanäle28 ,30 bzw. den Motorraum16 abströmen kann oder Kurzschlussströmungen auftreten. - Die
2 zeigt die Vorrichtung gemäß1 in einem Umluftbetrieb, bei dem die Klimaanlage auf Luftwärmepumpenbetrieb geschaltet ist, wobei der Kondensator18 (im Weiteren als Kondensator bezeichnet) als Verdampfer wirkt, also der ihn durchströmenden Luft Wärme entzieht, die über das eingesetzte Medium zur Klimaanlage transportiert wird. - In diesem Betriebszustand ist die Kühlluftjalousie
14 geschlossen, während die Jalousien32 der Seitenkanäle28 ,30 aufgesteuert sind. - Demzufolge fördern die beiden Lüfter
22 ,24 saugend Umluft aus dem Motorraum16 über die Seitenkanäle28 ,30 und die Jalousien32 in den Zuluftkanal12 und von diesem durch den Kondensator18 und den Wasserkühler20 zurück in den Motorraum16 . - Durch die räumliche Entfernung der Ansaugöffnungen
28a ,30a der Seitenkanäle28 ,30 zu den Abströmöffnungen der Lüfter22 ,24 sind Kurzschlussströmungen vermieden; ferner wird der Motorraum16 durch die vor der Brennkraftmaschine26 positionierten Abströmöffnungen der Lüfter22 ,24 und die seitlich und/oder hinter der Brennkraftmaschine26 liegenden Ansaugöffnungen28a ,30a der Seitenkanäle28 ,30 besser durchströmt bzw. wirkungsvoller die von der Brennkraftmaschine26 erwärmte Umgebungsluft abgezogen. - Wie oben erwähnt, ist in der
2 die Klimaanlage auf Luftwärmepumpenbetrieb geschaltet, bei der der Kondensator18 als Verdampfer arbeitet, der der durchströmenden Luft Wärme entzieht. Alternativ zur2 kann der Luftwärmepumpenbetrieb auch bei geöffneter Kühlluftjalousie14 durchgeführt werden. In diesem Fall wird der Verdampfer (Kondensator18 ) von Zuluft durch Fahrtwind durchströmt. - Bei dieser Betriebsart kann jedoch das sich am Verdampfer (Kondensator
18 ) bildende Kondensat vereisen. Zur Enteisung des Verdampfers ist ein spezieller Abtaubetrieb vorgesehen. Im Abtaubetrieb wird die Kühlluftjalousie14 geschlossen und die Vorrichtung auf Umluftbetrieb geschaltet, so dass warme Luft aus dem Motorraum16 durch die Seitenkanal-Jalousien32 sowie durch den Verdampfer (Kondensator18 ) umgewälzt wird und diesen abtaut. Der Abtaubetrieb kann beispielhaft in vorgegebenen Zeitintervallen aktiviert werden. - Die Vorrichtung gemäß
3 ist soweit nicht beschrieben der2 entsprechend, stellt also den Umluftbetrieb bei als Luftwärmepumpe geschalteter Klimaanlage dar. - Abweichend zur
2 sind die beiden Lüfter34 ,36 bzw. deren elektrische Lüftermotoren (nicht dargestellt) in beide Drehrichtungen umsteuerbar, wobei bei der regulären Drehrichtung der Kühlbetrieb wie zur1 beschrieben gesteuert ist, während bei einer Ansteuerung im Umluftbetrieb die Lüfter34 ,36 gegensinnig umlaufen. - Daraus resultiert (vergleiche die eingezeichneten Pfeile), dass die Lüfter
34 ,36 im aktivierten Zustand drückend fördern bzw. die Umgebungsluft aus dem Motorraum16 ansaugen und dann durch den Wasserkühler20 und anschließend den Kondensator18 drücken. Dadurch wird die Umgebungsluft des Motorraumes16 zunächst im Wasserkühler20 weiter erwärmt, so dass ihr bei Durchströmung des Kondensators18 vermehrt Wärme entzogen werden kann. - Nach dem Kondensator
18 strömt die abgekühlte Umluft über den Zuluftkanal12 , die geöffneten Jalousien32 und die Seitenkanäle28 ,30 zurück zum Motorraum16 . - Die Ansteuerung der elektrisch betätigten Kühlluftjalousie
14 , der elektrisch betätigten Jalousien32 in den Seitenkanälen28 ,30 bzw. in den Trennwänden10b sowie der Lüfter22 ,24 (2 ) oder34 ,36 (3 ) kann in nicht dargestellter Weise über ein elektronisches Steuergerät erfolgen, dass das Klima- und Heizungssteuergerät und/oder ein elektronisches Motorsteuergerät (nicht dargestellt) sein kann. - In dem Steuergerät werden dabei unter anderem die Temperatur der Außenluft, der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
26 , die Innenraumtemperatur und ggf. die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges neben den üblichen Steuerungsparametern der Klima- und Heizungslage verarbeitet und daraus die erforderlichen Betriebsmodi abgeleitet. - Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Zum Beispiel kann bei entsprechender Förderleistung auch nur ein mittig im Motorraum
16 angeordneter Lüfter gemäß2 oder3 verwendet sein. - 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
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- EP 1992508 B1 [0002]
Claims (10)
- Vorrichtung zur veränderlichen Anströmung eines Wärmetauschermoduls in Kraftfahrzeugen mit einer Klima- und Heizungsanlage des Innenraums, wobei das Wärmetauschermodul (
17 ) über eine verstellbare Kühlluftjalousie (14 ) in einem Zuluftkanal (12 ) mit der Umgebung verbindbar ist und sich aus einem Kondensator oder Gaskühler (18 ) der Klimaanlage, einem Wasserkühler und zumindest einem nachgeschalteten, elektrisch angetriebenen Lüfter (22 ,24 ) zusammensetzt und an einen Motorraum (16 ) einer über den Wasserkühler (20 ) gekühlten Antriebsquelle (26 ) des Kraftfahrzeuges anschließt, wobei ferner die Klimaanlage als Luftwärmepumpe umschaltbar ist und in diesem Betriebszustand insbesondere die Kühlluftjalousie geschlossen ist und im Umluftbetrieb die erwärmte Luft aus dem Motorraum (16 ) über den aktivierten Lüfter (22 ,24 ) durch die Wärmetauscher und zurück gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorraum (16 ) zumindest eine das Wärmetauschermodul (17 ) umgehende, in den Zuluftkanal (12 ) mündende Luftführungsleitung (28 ,30 ) vorgesehen ist, die über zumindest ein Absperrorgan (32 ) steuerbar ist, wobei das Absperrorgan (32 ) bei geschlossener Kühlluftjalousie (14 ) geöffnet und der Lüfter (22 ,24 ;34 ,36 ) aktiviert ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Luftführungsleitung zwei Seitenkanäle (
28 ,30 ) mit jeweils einer Jalousie (32 ) als Absperrorgan vorgesehen sind, die im geöffneten Zustand den Motorraum (16 ) mit dem Zuluftkanal (12 ) verbinden. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsleitung bzw. die Seitenkanäle (
28 ,30 ) in einem von dem Wärmetauschermodul (17 ) entfernten Bereich (28a ,30a ) des Motorraums (16 ) enden. - Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lüfter (
22 ,24 ) nur in einer regulären Drehrichtung betreibbar ist, in der er die Luft (Zuluft oder Umluft) durch die Wärmetauscher (18 ,20 ) saugt. - Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung des Kondensators oder Gaskühlers (
18 ) und des Wasserkühlers (20 ) im Zuluftkanal (12 ) hintereinander der zumindest eine Lüfter (34 ,36 ) in beide Drehrichtungen umschaltbar ist, wobei er bei geöffneter Kühlluftjalousie (14 ) saugend und bei geschlossener Kühlluftjalousie (14 ) und geöffnetem Absperrorgan (32 ) in umgekehrter Drehrichtung drückend betrieben ist. - Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschermodul (
17 ) zwei parallel angeordnete, elektrisch betriebene Lüfter (22 ,24 ;34 ,36 ) aufweist, die über eine gemeinsame Ansteuerung gleichzeitig und gleichsinnig in der Drehrichtung betrieben sind. - Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftjalousie (
12 ) und das Absperrorgan (32 ) elektrisch verstellbar sind und mit dem zumindest einen elektrisch betriebenen Lüfter (22 ,24 ;34 ,36 ) des Wärmetauschermoduls (17 ) über ein die Klima- und Heizungseinrichtung steuerndes, elektronisches Klimasteuergerät und/oder ein Steuergerät der Antriebsquelle (26 ) des Kraftfahrzeuges angesteuert sind. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der als Luftwärmepumpe arbeitenden Klimaanlage die Kühlluftjalousie (
14 ) geöffnet ist und der als Verdampfer arbeitende Kondensator (18 ) von Zuluft durch Fahrtwind durchströmbar ist und der Zuluft Wärme entzieht. - Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Enteisung des als Verdampfer arbeitenden Kondensators (
18 ) ein Abtaubetrieb vorgesehen ist und dass im Abtaubetrieb insbesondere die Kühlluftjalousie (14 ) geschlossen ist und im Umluftbetrieb die erwärmte Luft aus dem Motorraum (16 ) durch den Kondensator (18 ) förderbar ist. - Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur veränderlichen Anströmung eines Wärmetauschermoduls in Kraftfahrzeugen mit einer Klima- und Heizungsanlage des Innenraums, insbesondere zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorraum (
16 ) zumindest eine das Wärmetauschermodul (17 ) umgehende, in den Zuluftkanal (12 ) mündende Luftführungsleitung (28 ,30 ) vorgesehen ist, die über zumindest ein Absperrorgan (32 ) gesteuert wird, wobei das Absperrorgan (32 ) bei geschlossener Kühlluftjalousie (14 ) geöffnet und der Lüfter (22 ,24 ;34 ,36 ) aktiviert ist.
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