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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimatisierungseinrichtung, mit deren Hilfe ein Innenraum des Fahrzeugs klimatisiert, also bedarfsabhängig gekühlt oder beheizt werden kann.
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Im Rahmen der Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums ist es häufig erwünscht und teilweise sogar erforderlich, einen Luftaustausch zwischen dem Fahrzeuginnenraum und einer Umgebung des Fahrzeugs durchzuführen, um „verbrauchte” Innenraumluft gegen „frische” Umgebungsluft auszutauschen. Hierzu kann Umgebungsluft in den Innenraum gefördert werden. Über Leckagen und Soll-Austrittsstellen kann dabei durch den entstehenden Überdruck im Fahrgastraum bzw. Unterdruck an den Soll-Austrittsstellen Innenraumluft in die Umgebung entweichen. Zusätzlich oder alternativ kann eine aktive Absaugung von Innenraumluft in die Umgebung durchgeführt werden. Die aus dem Fahrzeuginnenraum in die Umgebung abgeführte Innenraumluft wird in der Regel als „Abluft” bezeichnet. Die aus der Umgebung angesaugte und dem Innenraum zugeführte Umgebungsluft wird in der Regel als „Zuluft” bezeichnet.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Fahrzeugklimatisierungseinrichtung der vorstehend genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen erhöhten energetischen Wirkungsgrad auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die in der Abluft enthaltene Wärme bzw. Kälte zu nutzen, um die Zuluft zu heizen bzw. zu kühlen. Auf diese Weise kann der Energiebedarf zum Aufheizen bzw. zum Kühlen der Zuluft reduziert werden. Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung vor, in einem Abluftpfad, der von einem Ablufteintritt der Klimatisierungseinrichtung zu einem Abluftaustritt der Klimatisierungseinrichtung führt, einen Abluftwärmetauscher anzuordnen, mit dessen Hilfe die in der Abluft enthaltene Wärme bzw. Kälte genutzt werden kann.
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Liegt beispielsweise ein Heizbetrieb vor, bei dem der Fahrzeuginnenraum beheizt werden soll, kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur der Umgebungsluft geringer ist als die Temperatur der Innenraumluft. In der Folge muss die Zuluft beheizt werden. Gleichzeitig besitzt die Abluft ein vergleichsweise hohes Temperaturniveau. Durch Entziehen der Wärme aus der Abluft und durch Übertragen dieser Wärme auf die Zuluft kann der Energiebedarf zum Beheizen des Innenraums reduziert werden.
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Herrscht dagegen ein Kühlbetrieb, kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur der Innenraumluft kleiner ist als die Temperatur der Umgebungsluft. In der Folge muss die Zuluft gekühlt werden. Über den Abluftwärmetauscher kann ein Wärmeübertragungsmittel mit der Abluft thermisch gekoppelt werden, wodurch sich das Wärmeübertragungsmittel abkühlt, während die Abluft erwärmt wird und somit ihre „Kälte” an das Wärmeübertragungsmittel abgibt. Dieses Wärmeübertragungsmittel kann nun direkt oder indirekt dazu genutzt werden, beispielsweise mittels eines entsprechenden Wärmetauschers, die Zuluft abzukühlen, indem die Wärme der Zuluft auf das Wärmeübertragungsmittel übertragen wird, wodurch gleichzeitig das Wärmeübertragungsmittel seine „Kälte” auf die Zuluft überträgt. Somit lässt sich die Zuluft durch Nutzung der in der Abluft enthaltenen ”Kälte” effizient kühlen.
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Der Abluftwärmetauscher kann dabei in einer ersten Variante unmittelbar in einen Kältekreis eingebunden sein. In einem Kältekreis sind in üblicher Weise ein Verdampfer zum Verdampfen eines Kältemittels, ein Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels, ein Kompressor und wenigstens ein Expansionsventil angeordnet. Mit Hilfe eines derartigen Kühlkreises, der auch als ”Wärmepumpenkreis” oder kurz als ”Wärmepumpe” bezeichnet werden kann, lässt sich Wärme vom Verdampfer über das Kältemittel zum Kondensator transportieren. Dabei kann gleichzeitig die am Verdampfer bzw. am Kondensator wirksame Temperaturdifferenz vergrößert werden, was die energetische Effizienz des Gesamtsystems verbessert. Zweckmäßig ist der Kältekreis ”bidirektional” oder ”invers” betreibbar, das bedeutet, dass die Funktionen von Kondensator und Verdampfer austauschbar sind, so dass zwei Wärmetauscher vorgesehen sind, die wahlweise und abwechselnd als Verdampfer und Kondensator dienen. Beispielsweise ist ein Umgebungswärmetauscher einer Umgebung des Fahrzeugs zugeordnet, während ein Innenraumwärmetauscher einem Fahrzeuginnenraum zugeordnet sein kann. Soll der Fahrzeuginnenraum in einem Kühlbetrieb gekühlt werden, muss hierzu Wärme vom Fahrzeuginnenraum in die Umgebung gefördert werden. In diesem Kühlbetrieb, dient der Innenraumwärmetauscher als Verdampfer, während der Umgebungswärmetausch als Kondensator arbeitet. Soll dagegen der Fahrzeuginnenraum in einem Heizbetrieb beheizt werden, muss hierzu Wärme aus der Umgebung in den Fahrzeuginnenraum gefördert werden. In diesem Heizbetrieb dient der Umgebungswärmetauscher als Verdampfer, während der Innenraumwärmetauscher dann als Kondensator verwendet wird. Für den Abluftwärmetauscher bedeutet dies, dass er bezogen auf das vorstehende Beispiel den Umgebungswärmetauscher repräsentiert und je nach Betriebszustand des Kältekreises, also abhängig davon, ob nun der Heizbetrieb oder der Kühlbetrieb vorliegt, als Kondensator (im Kühlbetrieb) oder als Verdampfer (im Heizbetrieb) verwendet wird.
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Bei einer zweiten Variante kann vorgesehen sein, dass der Abluftwärmetauscher in einen Wärmeübertragerkreis eingebunden ist, dessen Wärmeübertragungsmittel im Unterschied zu einem Kältemittel keinen Phasenwechsel durchläuft, sondern permanent flüssig ist. Dieser Wärmeübertragerkreis kann dann in einen Kältekreis der vorstehend beschriebenen Art eingebunden sein, und zwar zweckmäßig als Umgebungswärmetauscher. Bei dieser zweiten Variante ist der Abluftwärmetauscher somit nur indirekt mit dem Kältekreis gekoppelt.
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Im Einzelnen schlägt die Erfindung hierfür vor, die Fahrzeugklimatisierungseinrichtung mit einem Gehäuse auszustatten, das zumindest einen Ablufteintritt, zumindest einen Abluftaustritt, zumindest einen Zulufteintritt und zumindest einen Zuluftaustritt aufweist. Zumindest ein Abluftpfad führt im Gehäuse vom jeweiligen Ablufteintritt zum jeweiligen Abluftaustritt. Zumindest ein Zuluftpfad führt im Gehäuse vom jeweiligen Zulufteintritt zum jeweiligen Zuluftaustritt. Ferner ist zumindest ein im jeweiligen Abluftpfad angeordnetes Abluftgebläse zum Erzeugen eines Abluftstroms im Abluftpfad und somit im Gehäuse angeordnet. Ferner ist zumindest ein im jeweiligen Zuluftpfad angeordnetes Zuluftgebläse zum Erzeugen eines Zuluftstroms im Zuluftpfad und somit im Gehäuse angeordnet. Des Weiteren ist im Gehäuse zumindest ein im jeweiligen Zuluftpfad angeordneter Heizwärmetauscher zum Heizen des Zuluftstroms vorgesehen. Ferner ist im Gehäuse wenigstens ein im jeweiligen Zuluftpfad angeordneter Klimawärmetauscher zum Klimatisieren des Zuluftstroms vorgesehen. Schließlich ist noch wenigstens ein im jeweiligen Abluftpfad angeordneter Abluftwärmetauscher im Gehäuse untergebracht. Unter ”Klimatisieren” wird in vorliegendem Zusammenhang sowohl ein Heizen als auch ein Kühlen verstanden. Der Klimawärmetauscher kann nach konventioneller Art in einen Klimakreis eingebunden sein und darin als Verdampfer dienen, um der Zuluft Wärme zu entziehen, diese also zu kühlen. Ein herkömmlicher Klimakreis ist dabei ein ”unidirektionaler” Kältekreis, so dass der Klimawärmetauscher immer als Verdampfer betrieben wird. Bei einer alternative Bauart kann dagegen vorgesehen sein, dass der Klimawärmetauscher in einen ”bidirektionalen” Kältekreis der vorstehend mit Bezug auf den Abluftwärmetauscher beschriebenen Art eingebunden ist, und dort den Innenraumwärmetauscher repräsentiert. In diesem Fall kann der Klimawärmetauscher im Kühlbetrieb wieder als Verdampfer dienen, während er im Heizbetrieb als Kondensator genutzt werden kann. Der im Zuluftstrom nachfolgende Heizwärmetauscher ist dagegen in einen konventionellen ”Heizkreis” eingebunden, wie z. B. einen Motorkühlkreis zum Kühlen eines Motorblocks einer Brennkraftmaschine. Aufgrund des hohen Temperaturunterschieds zwischen Motorblock und Fahrzeuginnenraum ist das Kühlmedium des Motorkühlkreises relativ zum Motorblock kalt, während es relativ zum Fahrzeuginnenraum heiß ist, so dass derselbe Wärmeübertragerkreis mit Bezug auf den Motorblock einen Kühlkreis repräsentiert, während er gleichzeitig mit Bezug auf den Fahrzeuginnenraum einen Heizkreis repräsentiert.
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Im Falle eines vollständig indirekten Kältekreises kann der direkt von Kältemittel durchströmte Klimawärmetauscher durch einen weiteren Kühlmittelwärmetauscher – der sich analog zum Klimawärmetauscher verhält und daher auch als ein solcher betitelt werden kann – ersetzt werden. D. h. im Kühlbetrieb kann wird dieser von kaltem- und im Heizbetrieb von warmem Kühlmittel – erzeugt durch den erwähnten Kältekreis – durchströmt werden. Die Betriebsmodi sind hierbei identisch zum direkt kältemitteldurchströmten Klimawärmetauscher.
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Optional kann außerdem zumindest ein Umluftpfad im Gehäuse ausgebildet sein, der den jeweiligen Abluftpfad mit einem Zumischbereich des jeweiligen Zuluftpfads fluidisch verbindet, wobei der jeweilige Zumischbereich im jeweiligen Zuluftpfad stromauf des jeweiligen Heizwärmetauschers und stromauf des jeweiligen Klimawärmetauschers angeordnet ist. Des Weiteren kann zweckmäßig eine Steuerung zum Steuern der durchströmbaren Querschnitte des jeweiligen Abluftpfads, des jeweiligen Zuluftpfads und des jeweiligen Umluftpfads vorgesehen sein. Durch die Möglichkeit, die Abluft über den jeweiligen Umluftpfad zumindest teilweise der Zuluft zumischen zu können, ist ebenfalls eine effiziente Vorheizung der Zuluft realisierbar.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuereinrichtung den durchströmbaren Querschnitt des jeweiligen Zuluftpfads stromauf des Zumischbereichs steuern. Auf diese Weise ist es möglich, den Zustrom der Zuluft zum Zumischbereich zu steuern, wodurch sich gleichzeitig der Volumenstrom für die Umluft regulieren lässt. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuereinrichtung den durchströmbaren Querschnitt des jeweiligen Abluftpfads stromauf des jeweiligen Abluftwärmetauschers steuern. Auf diese Weise wird erreicht, dass durch die Steuerung des Abluftstroms gleichzeitig auch der Umluftstrom beeinflusst werden kann.
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Insgesamt lässt sich mit Hilfe der Steuereinrichtung durch Verändern der durchströmbaren Querschnitte des jeweiligen Abluftpfads, des jeweiligen Zuluftpfads und des jeweiligen Umluftpfads der Luftanteil, der von der über den Ablufteintritt in das Gehäuse eintretenden Abluft der Zuluft zugemischt wird, relativ genau einstellen.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der jeweilige Zuluftpfad stromauf des jeweiligen Zumischbereichs zum Abluftpfad offen ist. Bei dieser Ausführungsform kann somit Zuluft, die über den jeweiligen Zulufteintritt in das Gehäuse gelangt, der Abluft zugemischt werden bzw. auch bei fehlendem Abluftstrom, beispielsweise in einem reinen externen Umluftbetrieb, dem Abluftpfad zugeführt werden. Somit kann aus der Umgebung angesaugte Umgebungsluft mit Hilfe des Abluftgebläses durch den Abluftwärmetauscher geführt werden. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, unabhängig vom Abluftstrom Umgebungsluft durch den Abluftwärmetauscher zu führen, um ein Wärmeübertragungsmittel, das durch den Abluftwärmetauscher gefördert wird, zu kühlen oder zu heizen, je nach Temperaturniveau der Umgebungsluft bzw. je nach den Anforderungen des aktuellen Betriebszustands. Bei diesem externen Umluftbetrieb wird somit nur Umgebungsluft angesaugt, durch den Ablaufwärmetauscher geführt und wieder in die Umgebung entlassen. Dieser externe Umluftbetrieb ist somit von einem internen Umluftbetrieb zu unterscheiden, bei dem Innenraumluft aus dem Innenraum angesaugt, durch einen Wärmetauscher und wieder dem Innenraum zugeführt wird. Interner und externer Umluftbetrieb können gleichzeitig voneinander stattfinden. Ebenso sind Betriebszustände denkbar, bei denen nur der externe Umluftbetrieb aktiv ist oder bei denen nur der interne Umluftbetrieb aktiv ist. Üblicherweise wird jedoch ein interner und/oder externer Mischbetrieb stattfinden. Beim internen Mischbetrieb kann der internen Umluft Zuluft zugemischt werden. Beim externen Mischbetrieb kann der externen Umluft Abluft zugemischt werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann mit Hilfe der Steuereinrichtung ein Wärmepumpe-Kühlzustand eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann mit Hilfe der Steuereinrichtung ein Wärmepumpe-Heizzustand eingestellt werden. In beiden vorgenannten Zuständen treten ein Umluftstrom und ein Zuluftstrom in den jeweiligen Zumischbereich ein, vermischen sich darin und verlassen den jeweiligen Zumischbereich als Mischluftstrom entlang des Zuluftpfads. Im jeweiligen Zustand kann die Umluft unmittelbar ein direktes Vorkühlen bzw. Vorheizen der Zuluft bewirken. Gleichzeitig kann durch die Nutzung des Temperaturniveaus der Abluft im Abluftwärmetauscher, insbesondere in Verbindung mit dem direkt oder indirekt damit gekoppelten Kältekreis der vorstehend beschriebenen Art, der Mischluftstrom entweder über den Heizwärmetauscher indirekt effizient beheizt oder über den Klimawärmetauscher indirekt effizient gekühlt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann sowohl im Wärmepumpe-Kühlzustand als auch im Wärmepumpe-Heizzustand Zuluft in den Abluftpfad gelangen und sich mit dem Abuftstrom vermischen. Auf diese Weise lässt sich der Energieinhalt der Umgebungsluft nutzen. Dies ist insbesondere in dem vorstehend beschriebenen Mischbetrieb der Fall, bei dem ein externer Umluftbetrieb vorliegt, während dem Innenraum eine Mischung aus Zuluft und interner Umluft oder nur Zuluft zugeführt wird.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann mit Hilfe der Steuereinrichtung ein erster Heizzustand eingestellt werden, bei dem der jeweilige Abluftpfad gesperrt ist, während der jeweilige Umluftpfad und der jeweilige Zuluftpfad offen sind. In der Folge können ein Umluftstrom und ein Zuluftstrom in den jeweiligen Zumischbereich eintreten, sich darin vermischen und den jeweiligen Zumischbereich als Mischluftstrom entlang des Zuluftpfads verlassen.
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Falls die Umgebungstemperaturen sehr niedrig sind, kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen sein, dass mit Hilfe der Steuereinrichtung ein zweiter Heizzustand eingestellt werden kann, bei dem der jeweilige Abluftpfad und der jeweilige Zuluftpfad gesperrt sind, während der jeweilige Umluftpfad offen ist. In der Folge kann nur noch ein Umluftstrom in den jeweiligen Zumischbereich eintreten den jeweiligen Zumischbereich als reiner Umluftstrom entlang des Zuluftpfads verlassen.
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In diesen beiden Heizbetriebszuständen findet somit keine aktive Absaugung von Innenraumluft in die Umgebung statt. In diesen Heizzuständen ist es grundsätzlich möglich, das Abluftgebläse auszuschalten, insbesondere dann, wenn die Temperatur der Umgebungsluft zu niedrig ist, um ihr effizient Wärme entziehen zu können. Lässt die Umgebungslufttemperatur jedoch eine effiziente Wärmeentnahme zu, kann auch im jeweiligen Heizbetrieb das Abluftgebläse eingeschaltet werden, auch wenn der Abluftpfad stromauf des Abluftwärmetauschers gesperrt ist. Durch die offene Verbindung des Zuluftpfads mit dem Abluftpfad zwischen der Sperrung des Abluftpfads und dem Abluftwärmetauscher kann über das Abluftgebläse Zuluft angesaugt und durch den Abluftwärmetauscher transportiert werden, wodurch es möglich ist, in der Umgebungsluft enthaltene Wärme auf ein Wärmeübertragungsmittel zu übertragen. Diese Wärmeübertragung erfolgt wie zuvor erläutert vorzugsweise in Verbindung mit einem Kältekreis, der direkt oder indirekt mit dem Abluftwärmetauscher gekoppelt sein kann. Die so der Umgebungsluft entzogene Wärme kann beispielsweise zum Vorheizen eines Wärmeübertragungsmittels genutzt werden, mit dessen Hilfe über den Heizwärmetauscher oder den Klimawärmetauscher die Zuluft bzw. die Mischluft beheizt wird.
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Das vorstehende zu den beiden Heizbetrieben Gesagte gilt analog auch für einen ersten und zweiten Kühlbetrieb, bei dem insbesondere über einen direkt oder indirekt mit dem Abluftwärmetauscher gekoppelten Kältekreis Wärme aus der internen Umluft an die Umgebung abgegeben wird.
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Demensprechend kann bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform mit Hilfe der Steuereinrichtung ein erster Kühlzustand eingestellt werden, bei dem der jeweilige Abluftpfad gesperrt ist, während der jeweilige Umluftpfad und der jeweilige Zuluftpfad offen sind. In der Folge können ein Umluftstrom und ein Zuluftstrom in den jeweiligen Zumischbereich eintreten, sich darin vermischen und den jeweiligen Zumischbereich als Mischluftstrom entlang des Zuluftpfads verlassen. Falls die Umgebungstemperaturen sehr hoch sind, kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen sein, dass mit Hilfe der Steuereinrichtung ein zweiter Kühlzustand eingestellt werden kann, bei dem der jeweilige Abluftpfad und der jeweilige Zuluftpfad gesperrt sind, während der jeweilige Umluftpfad offen ist. In der Folge kann nur noch ein Umluftstrom in den jeweiligen Zumischbereich eintreten den jeweiligen Zumischbereich als reiner Umluftstrom entlang des Zuluftpfads verlassen. In diesen beiden Kühlbetriebszuständen findet somit keine aktive Absaugung von Innenraumluft in die Umgebung statt. Da jedoch davon auszuegehen ist, dass immer eine Wärmeabgabe an die Umgebungsluft möglich ist – und hierführ das Abluftgebläse benötigt wird – ist im Kühlbetrieb immer das Abluftgebläse eingeschaltet, auch wenn der Abluftpfad stromauf des Abluftwärmetauschers gesperrt ist. Durch die offene Verbindung des Zuluftpfads mit dem Abluftpfad zwischen der Sperrung des Abluftpfads und dem Abluftwärmetauscher kann über das Abluftgebläse Zuluft angesaugt und durch den Abluftwärmetauscher transportiert werden, wodurch es möglich ist, Wärme von einem Wärmeübertragungsmittel auf die Umgebungsluft zu übertragen.
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Gemäß einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Gehäuse eine Dachanlage für ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Straßenfahrzeug, definieren, in der die Gebläse, die Luftpfade und die Steuereinrichtung ausgebildet sind. Ebenso sind in diesem Gehäuse zweckmäßig die einzelnen Wärmetauscher angeordnet. Beispielsweise kann eine derartige Dachanlage besonders einfach auf ein Dach eines Busses aufgesetzt werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass mindestens ein zentrales Abluftgebläse vorgesehen ist, während zumindest zwei Zuluftgebläse vorgesehen sind, die seitlich des Abluftgebläses angeordnet sind. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Anordnung realisieren.
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Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der wenigstens eine Heizwärmetauscher in einen Heizkreis eingebunden sein, während der wenigstens eine Klimawärmetauscher in einen Kühlkreis oder – wie erläutert – in einen Kältekreis eingebunden ist. Darüber hinaus kann der wenigstens eine Abluftwärmetauscher ebenfalls in einen konventionellen Wärmeübertragerkreis oder in einen Kältekreis eingebunden sein. Ferner kann der Abluftwärmetauscher mittels einer Schalteinrichtung wahlweise als Wärmesenke oder Wärmequelle für den jeweiligen Kältekreis dienen, entweder direkt, indem er als Verdampfer oder Kondensator verwendet wird, oder indirekt, indem er über besagten Wärmeübertragerkreis mit dem jeweiligen Verdampfer bzw. Kondensator gekoppelt werden kann. Des Weiteren kann vorgesehen sein, den Heizkreis und den Kühlkreis über einen Kältekreis thermisch miteinander zu koppeln, derart, dass ein Kondensator des Kältekreises in den Heizkreis eingebunden ist, während ein Verdampfer des Kältekreises in den Kühlkreis eingebunden ist. Über den Kältekreis kann Wärme vom Kühlkreis zum Heizkreis gefördert werden, was die Aufheizung im Heizkreis verbessert und die Kühlung im Kühlkreis unterstützt. Durch die Möglichkeit den Abluftwärmetauscher wahlweise in den Heizkreis oder in den Kühlkreis einzubinden, lässt sich je nach Betriebszustand der Wärmeinhalt der Abluft zum Heizen nutzen oder die Wärmeaufnahmekapazität der Abluft zum Kühlen verwenden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1–3 jeweils eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Fahrzeugklimatisierungseinrichtung bei unterschiedlichen Betriebszuständen.
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Entsprechend den 1 bis 3 umfasst eine Fahrzeugklimatisierungseinrichtung 1 ein Gehäuse 2, das zumindest einen Ablufteintritt 3, zumindest einen Abluftaustritt 4, zumindest einen Zulufteintritt 5 und zumindest einen Zuluftaustritt 6 aufweist. Im Beispiel sind rein exemplarisch nur ein Ablufteintritt 3 und nur ein Abluftaustritt 4 sowie zwei Zulufteintritte 5 und zwei Zuluftaustritte 6 vorgesehen. Im montierten Zustand sind der Abluftaustritt 4 und der jeweilige Zulufteintritt 5 zu einer Umgebung 7 eines mit der Klimatisierungseinrichtung 1 ausgestatteten Fahrzeugs offen, während der Ablufteintritt 3 und der jeweilige Zuluftaustritt 6 dann zu einem Innenraum 8 des Fahrzeugs offen sind.
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Ein durch Pfeile angedeuteter Abluftpfad 9 führt vom Ablufteintritt 3 zum Abluftaustritt 4 Wenigstens ein durch Pfeile angedeuteter Zuluftpfad 10 führt vom jeweiligen Zulufteintritt 5 zum jeweiligen Zuluftaustritt 6. Ferner enthält das Gehäuse 2 ein Abluftgebläse 11, mit dessen Hilfe im Abluftpfad 9 ein Abluftstrom 12 generiert werden kann. Im jeweiligen Zuluftpfad 10 ist außerdem jeweils ein Zuluftgebläse 13 angeordnet, mit dessen Hilfe ein Zuluftstrom 14 erzeugt werden kann. Im jeweiligen Zuluftpfad 10 sind außerdem in der Strömungsrichtung des Zuluftstroms 14 nacheinander jeweils ein Klimawärmetauscher 15 und ein Heizwärmetauscher 16 angeordnet. Mit Hilfe des Heizwärmetauschers 16 kann der Zuluft 14 beheizt werden. Mit Hilfe des Klimawärmetauschers 15 kann der Zuluftstrom 14 gekühlt oder beheizt werden, was davon abhängt, ob der Klimawärmetauscher 15 in einen konventionellen unidirektionalen Klimakreis oder in einen bidirektionalen Kältekreis eingebunden ist. Des Weiteren ist im Abluftpfad 9 ein Abluftwärmetauscher 17 angeordnet. Die Wärmetauscher 15, 16, 17 sind jeweils stromauf des zugehörigen Gebläses 11, 13 im jeweiligen Pfad 9, 10 angeordnet.
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Des Weiteren ist im Gehäuse 2 ein Umluftpfad 18 ausgebildet, der ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist. Der jeweilige Umluftpfad 18 verbindet den Abluftpfad 9 fluidisch mit einem Zumischbereich 19 des jeweiligen Zuluftpfads 10. Dieser Zumischbereich 19 ist dabei im jeweiligen Zuluftpfad 10 stromauf des Heizwärmetauschers 16 und stromauf des Klimawärmetauschers 15 angeordnet.
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Die Einrichtung 1 ist außerdem mit einer Steuereinrichtung 20 ausgestattet, mit deren Hilfe die durchströmbaren Querschnitte des Abluftpfads 9, der Zuluftpfade 10 und der Umluftpfade 18 gesteuert werden können. Die Steuereinrichtung 20 kann hierzu entsprechende Stellglieder, wie Lamellen, Jalousien oder Klappen und dergleichen aufweisen, mit deren Hilfe der jeweilige durchströmbare Querschnitt verändert werden kann. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 20 für den jeweiligen Zuluftpfad 10 ein Zuluftstellglied 21, für den Abluftpfad 9 ein Abluftstellglied 22 und für den jeweiligen Umluftpfad 18 ein Umluftstellglied 23 umfassen. Zweckmäßig steuert die Steuereinrichtung 20 den durchströmbaren Querschnitt des jeweiligen Zuluftpfads 10 stromauf des Zumischbereichs 19. Hierzu ist das jeweilige Zuluftstellglied 21 stromaus des jeweiligen Zumischbereichs 19 angeordnet. Ferner ist die Steuereinrichtung 20 zweckmäßig so ausgestaltet, dass sie den durchströmbaren Querschnitt des jeweiligen Abluftpfads 9 stromauf des jeweiligen Abluftwärmetauschers 17 steuert. Zu diesem Zweck ist hier das Abluftstellglied 22 stromauf des Abluftwärmetauschers 17 im Abluftpfad 9 angeordnet.
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Bei der hier gezeigten, besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der jeweilige Zuluftpfad 10 stromauf des zugehörigen Zumischbereichs 19 zum Abluftpfad 9 hin offen. Dementsprechend kann Luft aus der Umgebung 7 entsprechend Pfeilen 24 direkt vom Zuluftpfad 10 zum Abluftpfad 9 gelangen.
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Bei der hier gezeigten Ausführungsform definiert das Gehäuse 2 eine Dachanlage für das jeweilige Fahrzeug, bei dem es sich bevorzugt um ein Straßenfahrzeug handelt. Insbesondere kann es sich beim Fahrzeug um einen Omnibus handeln. In dieser Dachanlage, also im Gehäuse 2 sind die genannten Gebläse 11, 13, die genannten Luftpfade 9, 10, 18, die genannten Wärmetauscher 15, 16, 17 und die Steuereinrichtung 20 untergebracht. Bevorzugt ist hierbei zumindest ein zentrales Abluftgebläse 11 vorgesehen, während zwei oder mehr Zuluftgebläse 13 vorhanden sein können. Die Zuluftgebläse 13 sind dabei seitlich des Abluftgebläses 11 angeordnet. Sofern nur zwei Zuluftgebläse 13 vorgesehen sind, können diese zweckmäßig diametral gegenüberliegend angeordnet sein. Im vereinfachten Beispiel der 1 bis 3 erstrecken sich Rotationsachsen 25 des Abluftgebläses 11 bzw. 26 der Zuluftgebläse 13 parallel zueinander. Die Gebläse 11, 13 sind hier jeweils als Axialgebläse konfiguriert. Ebenso können zumindest die Zuluftgebläse 13 als Radialgebläse ausgestaltet sein, wodurch sich insbesondere auch die Ausrichtung ihrer Rotationsachsen um 90° drehen kann.
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Insbesondere kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 20 ein in 1 wiedergegebener Wärmepumpe-Kühlzustand eingestellt werden. Ebenso lässt sich ein in 2 wiedergegebener Wärmepumpe-Heizzustand einstellen. Schließlich lässt sich ein in 3 wiedergegebener konventioneller Heizzustand mit Hilfe der Steuereinrichtung 20 realisieren.
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Im Wärmepumpe-Kühlzustand gemäß 1 und im Wärmepumpe-Heizzustand gemäß 2 treten ein Umluftstrom 38 und der Zuluftstrom 14 in den jeweiligen Zumischbereich 19 ein, vermischen sich darin und verlassen den Zumischbereich 19 als Mischluftstrom entlang des Zuluftpfads 10. Sowohl im Wärmepumpe-Kühlzustand gemäß 1 als auch im Wärmepumpe-Heizzustand gemäß 2 kann bei externem Umluftbetrieb ein großer Teil des Zuluftstroms entsprechend den Pfeilen 24 in den Abluftpfad 9 gelangen und sich dort mit dem Abluftstrom 12 vermischen. Sowohl im Wärmepumpe-Kühlzustand als auch im Wärmepumpe-Heizzustand sind die Gebläse 11, 13 aktiv und sind die Stellglieder 21, 22, 23 entsprechend der aktuellen Anforderung geöffnet oder geschlossen oder in einer quasi beliebigen Zwischenstellung, so dass definierte Volumenströme für die Abluft, die Umluft und die Zuluft entstehen.
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Im Heizzustand der 3 ist der Abluftpfad 9 gesperrt. Dieser Heizzustand kann auch als erster Heizzustand bezeichnet werden und kommt bei niedrigen Umgebungstemperaturen zum Einsatz. Falls außerdem der jeweilige Zuluftpfad 10 gesperrt wird, liegt ein zweiter Heizzustand vor, der bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen zum Einsatz kommt. Entsprechendes gilt für einen ersten Kühlzustand mit Zuluftstrom für hohe Umgebungstemperaturen und einen zweiten Kühlzustand ohne Zuluftstrom für sehr hohe Umgebungstemperaturen.
