DE102011121068A1

DE102011121068A1 - Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011121068A1
Application number: DE102011121068A
Authority: DE
Inventors: Klaus Arold
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Heizwasserkreislauf (2), der ein wasserseitig wirkendes elektrisches Heizmodul (20), eine Umwälzpumpe (21) und einen luftseitig wirkenden Wärmetauscher (22) aufweist, wobei luftseitig stromab des Wärmetauschers (22) ein Luftverteilraum (15) angeordnet ist, der im Bereich zweier eine Stirnfläche des Wärmetauschers (22) gegenüberliegend begrenzenden Kanten (23, 24) im Bereich einer ersten der beiden Kanten (23) mindestens einen Fußraumbelüftungsabgang (12), und im Bereich der gegenüberliegenden zweiten Kante (24) mindestens einen Kopfraumbelüftungsabgang (Entfrosterdüsenabgang 10, Mitteldüsenabgang 11) aufweist. Um eine Klimaanlage zu schaffen, welche trotz elektrischer Beheizung einen hohen thermischen Komfort ermöglicht, ist es vorgesehen, dass im Nahbereich der zweiten Endkante (24) mindestens ein Bypass (14) angeordnet ist, über den Kaltluft am Wärmetauscher (22) vorbei strömt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge erfüllen verschiedene Funktionen, zu denen beispielsweise gehört, einen der Fahrzeugkabine zugeführten Luftstrom auf eine bestimmte Temperatur zu konditionieren, um ein grundsätzliches thermisches Wohlbehagen einzustellen, oder auch den Luftstrom zu trocknen, um Scheibenbeschlag zu verhindern und damit die Verkehrssicherheit des Fahrzeugs sicherzustellen. Über solche Grundfunktionen hinaus können auch höhere Komfortansprüche an eine Klimaanlage gestellt sein, um einen thermischen Komfort möglichst umfassend zu ermöglichen. So wird es beispielsweise im Allgemeinen als sehr angenehm empfunden, warme Füße und einen kühlen Kopf zu haben. Um diese lokalen Komfortkriterien zu erfüllen, sollte eine Klimaanlage so abgestimmt sein, dass sie insbesondere in Betriebsfällen, in denen ein Fußraumbereich belüftet wird und/oder eine besonders hohe durchschnittliche Belüftungstemperatur eingestellt oder eingeregelt wird, den Fußraum entsprechend der Heizvorgaben wärmt, den Kopfraumbereich der Kabine jedoch nicht überheizt.
Hierfür wird bei Fahrzeugen mit konventionellen Antrieben beispielsweise bei wassergeregelten Anlagen die Durchströmung des Heizungswärmetauschers so abgestimmt, dass Bereiche der Wärmetauscherfläche kühler bleiben und die dort austretende Luft zu Luftabgängen geführt wird, welche den Kopfraumbereich der Fahrzeugkabine belüften. Bei luftgeregelten Anlagen wird durch Gestaltung der Zuströmungen von Kalt- und Warmluft zu einem Luftverteilraum eine kühlere Belüftung von Luftabgängen erreicht, die den Kopfraumbereich der Fahrzeugkabine belüften.
Bei Fahrzeugen mit alternativen Antrieben können jedoch insbesondere Klimaanlagen mit elektrischer Heizung nicht auf diese Weise auf umfassenden thermischen Komfort abgestimmt werden.
Es besteht somit die Aufgabe, eine Klimaanlage zu schaffen, welche trotz elektrischer Beheizung einen hohen thermischen Komfort ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine derartige Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug weist einen Heizwasserkreislauf auf, der ein wasserseitig wirkendes elektrisches Heizmodul, eine Umwälzpumpe und einen luftseitig wirkenden Wärmetauscher umfasst, wobei luftseitig stromab des Wärmetauschers ein Luftverteilraum angeordnet ist. Der Wärmetauscher begrenzt somit mit einer seiner Stirnflächen den Luftverteilraum, wobei die Stirnfläche des Wärmetauschers üblicherweise rechteckig und somit von vier Kanten begrenzt ist. Der Luftverteilraum weist dabei bezüglich zweier einander gegenüberliegender, die Stirnfläche des Wärmetauschers begrenzender Kanten im Bereich einer ersten der beiden Kanten mindestens einen Fußraumbelüftungsabgang und im Bereich der gegenüberliegenden zweiten Kante mindestens einen Kopfraumbelüftungsabgang, wie beispielsweise einen Entfrosterdüsenabgang und/oder einen Mitteldüsenabgang, auf.
Bei Heizvorrichtungen mit elektrischen Heizmodulen kommen üblicherweise Hochleistungswärmetauscher zum Einsatz, die keine Temperaturschichtung, also keine Temperaturverteilung mit unterschiedlichen Temperaturen an der Wärmetauscherfläche aufweisen. Zur Einstellung einer besonders komfortablen Belüftung wurde bei Fahrzeugen mit herkömmlichen Antrieben und herkömmlichen Wärmetauschern eine solche Temperaturschichtung des Wärmetauschers genutzt, um einen warmen Fußraum und einen kühl belüfteten Kopfraum zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Nahbereich der zweiten Kante, in dem auch die Kopfraumbelüftungsabgänge, wie Entfrosterdüsenabgang und/oder Mitteldüsenabgang angeordnet sind, mindestens ein Luftauslass eines Bypasses angeordnet ist, über den Kaltluft am Wärmetauscher vorbei strömt. Dadurch wird dem Entfrosterdüsenabgang und/oder dem Mitteldüsenabgang neben der durch den Wärmetauscher erwärmten Luft Kaltluft beigemischt, welche über den Bypass geströmt ist und so die Belüftungstemperatur im Kopfraumbereich der Fahrzeugkabine abgesenkt. Auf diese Weise wird eine komfortable Belüftung mit warmen Füßen und kühlem Kopf erreicht.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Klimaanlage ist der Bypass mittels einer Bypassklappe steuerbar. Auf diese Weise kann die Kaltluftüberströmung am Bypass bedarfsabhängig eingestellt werden. So können durch Androsselung des Bypasses mittels der Bypassklappe beispielsweise bei geringeren Heizleistungen und niedrigen Luftmengen kleinere Kaltluftströme zur Entfrosterdüsenströmung beziehungsweise Mitteldüsenströmung beigemischt werden, um niedrige Temperaturen an diesen Abgängen zu vermieden.
Um vorteilhafter Weise eine Klimaanlage bereitzustellen, die es ermöglicht, verschiedene Zonen des Kopfraumbereiches der Fahrzeugkabine einzeln regelbar zu machen, um beispielsweise unterschiedlichen Ansprüchen mehrerer Fahrzeuginsassen an angenehme Kopfraumtemperaturen gerecht zu werden ist bei einer besonderen Ausgestaltung der Klimaanlage vorgesehen, dass im Bereich der zweiten Kante mehrere Luftabgänge zur Belüftung eines Kopfraumbereiches einer Fahrzeugkabine angeordnet sind. Dabei ist mindestens einem Luftabgang ein separat steuerbarer Bypass zugeordnet, so dass dort eine unterschiedliche Temperatur einstellbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Klimaanlage weist eine oder mehrere Bypassklappen auf, die in einem Betriebsfall „maximales Kühlen” geöffnet sind. Dadurch kann kalte Luft in diesem Betriebsfall, in dem zur schnellen Abkühlung eine maximale Luftmenge angesteuert wird, über diesen Bypass zum Heizungswärmetauscher mit verringertem Strömungswiderstand und geringerer Geräuschentstehung strömen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und ihrer Beschreibung. Dabei zeigen:
1 ehe Konzeptskizze einer Klimaanlage und
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II.
1 zeigt eine Konzeptskizze einer Klimaanlage 1. Die Klimaanlage 1 weist einen Klimakasten auf, der als auch Klimagerät bezeichnet wird, und in dessen Gehäuse insbesondere die Bauteile der Klimaanlage 1 untergebracht sind, welche direkt auf eine einer Fahrzeugkabine zuzuführende Luftströmung wirken. Das Gehäuse des Klimakastens bildet einen Luftkanal, der diese Luftströmung leitet. Im Klimakasten der Klimaanlage 1 sind ein Wärmetauscher 22, ein Verdampfer 3 und ein Gebläse 4 angeordnet. Der Wärmetauscher 22 ist zur Beheizung des der Fahrzeugkabine zugeführten Luftstroms vorgesehen. Mittels des Verdampfers 3 ist die Luft bedarfsabhängig kühlbar. Das Gebläse 4 fördert den Luftstrom, der entweder über einen Frischluftkanal aus der Fahrzeugumgebung oder über einen Umluftkanal aus der Fahrzeugkabine angesaugt und über den Klimakasten, sowie anschließende Luftkanäle und Ausströmer der Fahrzeugkabine zugeführt wird. Der Klimakasten weist stromab des Wärmetauschers 22 Luftabgänge 10 und 11 auf, an die Luftkanäle zu den Ausströmern – am Luftabgang 10 der Kanal Zur Entfrasterdüse und am Luftabgang 11 der Kanal zur Mitteldüse – angeschlossen sind.
Der Wärmetauscher 22 ist in einem Heizkreislauf 2 angeordnet, der des Weiteren eine Umwälzpumpe 21, sowie ein elektrisches Heizmodul 20 aufweist. Dabei wird Wärme durch Umsetzung elektrischer Energie erzeugt, über den Heizkreislauf dem Wärmetauscher 22 zugeführt und dort zur Beheizung des der Fahrzeugkabine zugeführten Luftstroms verwendet. Die Heizleistung des elektrischen Heizmoduls 20 wird entsprechend den Vorgaben der Klimaregelung gesteuert.
2 zeigt den Schnitt II-II aus 1, der im Wesentlichen entlang einer vertikalen Schnittebene verläuft. Der Wärmetauscher 22 ist in Einbaulage stehend, also steil aufragend eingebaut. Stromab des Wärmetauschers 22 ist – begrenzt durch die diesseitige Stirnfläche des Wärmetauschers, welche die Wärmetauscheraustrittsfläche bildet – ein Luftverteilraum 15 im Klimakasten angeordnet. An diesen Luftverteilraum 15 sind die Luftabgänge 10 zu den Entfrosterdüsen, 11 zu der Mitteldüse, und 12 zu den Fußraumdüsen angeschlossen.
Die Luftabgänge 12 zu den Fußraumdüsen sind im Bereich einer unteren Kante 23 der Wärmetauscheraustrittsfläche angeordnet. In unmittelbarer Nähe der oberen Kante 24 der Wärmetauscheraustrittsfläche sind zwei Entfrosterdüsenabgänge 10 sowie ein Mitteldüsenabgang 11 an den Luftverteilraum 15 angeschlossen. Der In Einbaulage stehend eingebaute Wärmetauscher 22 weist entlang seiner oberen Kante 24 der Wärmetauscheraustrittsfläche einen Kaltluftbypass 13 auf, der mittels einer Bypassklappe 14 regelbar ist. Durch diese Anordnung wird kalte Luft, welche über den Bypass 13 dem Luftverteilraum 15 zugeführt wird, je nach Durchströmung ganz oder vornehmlich den Luftabgängen 10 und 11 zu den Entfrosterdüsen und zur Mitteldüse und nicht beziehungsweise nur geringfügig den Fußraumabgängen 12 zugeführt. Auf diese Weise kann mittels des Bypasses 13 die Belüftungstemperatur in einem Kopfraumbereich der Fahrzeugkabine, welcher über die Entfrosterdüsen und die Mitteldüse belüftet wird, gegenüber der Belüftungstemperatur im Fußraumbereich abgesenkt werden.

Claims

Klimaanlage (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Heizwasserkreislauf (2), der ein wasserseitig wirkendes elektrisches Heizmodul (20), eine Umwälzpumpe (21) und einen luftseitig wirkenden Wärmetauscher (22) aufweist, wobei luftseitig stromab des Wärmetauschers (22) ein Luftverteilraum (15) angeordnet ist, der im Bereich zweier eine Stirnfläche des Wärmetauschers (22) begrenzender und einander gegenüberliegender Kanten (23, 24) im Bereich einer ersten Kante (23) mindestens einen Fußraumbelüftungsabgang (12), und im Bereich zweiten Kante (24) mindestens einen Kopfraumbelüftungsabgang (Entfrosterdüsenabgang 10, Mitteldüsenabgang 11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage einen Bypass (14) aufweist, über den Kaltluft am Wärmetauscher (22) vorbei leitbar ist, und dessen Auslassöffnung im Nahbereich der zweiten Endkante (24) angeordnet ist.
Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (14) mittels einer Bypassklappe (13) steuerbar ist.
Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zweiten Kante (24) mehrere Luftabgänge (10, 11) zur Belüftung eines Kopfraumbereiches einer Fahrzeugkabine angeordnet sind, wobei mindestens einem Luftabgang ein separat steuerbarer Bypass (14) zugeordnet ist.