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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums mit einer Klimaanlage.
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In der
DE 10 2005 005 430 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug beschrieben, mit dem im Heizmodus eine bessere Erwärmung des Fahrzeuginnenraums erreicht werden soll.
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Die
DE 100 06 513 A1 beschreibt eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit Wärmepumpen- und/oder Reheat-Betriebsart. Mit dieser Klimaanlage soll eine Nutzung der Wärme des von einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs emittierten Abgases möglich sein, um eine schnellere Erwärmung des Fahrzeuginnenraums zu erreichen.
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Während es eine bevorzugte Betriebsweise einer Klimaanlage bzw. allgemein einer eine Klimaanlage umfassenden Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums sein kann, die aus dem Fahrzeuginnenraum ausströmende Abluft in einem Wärmetauscher an der in den Fahrzeuginnenraum einströmenden Zuluft vorbeizuführen, um thermische Energie aus der Abluft zu entnehmen, sind die hierzu vorgeschlagenen Lösungsansätze nicht in der Lage, eine geeignete Konzeption für das Gesamtfahrzeug anzubieten, insbesondere was deren Integration in bestehende Strukturen anbelangt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums zu schaffen, bei der eine Nutzung der aus dem Fahrzeuginnenraum ausströmenden Abluft mit geringem Aufwand und insbesondere mit einem möglichst geringen Eingriff in die bestehende Klimaanlage realisiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Verknüpfung des von der Zuluft und der Abluft durchströmten Wärmetauschers mit der Klimaanlage ist eine einfache Integration des Wärmetauschers in bereits bestehende Strukturen möglich, so dass die sich in der Abluft befindende thermische Energie mit verhältnismäßig geringem Aufwand in bestehenden Klimaanlagen genutzt werden kann. Dadurch lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung mit verhältnismäßig geringen Kosten realisieren.
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Mit der Entnahme von thermischer Energie aus der Abluft ist im vorliegenden Fall sowohl die Entnahme eines positiven Betrags der thermischen Energie, also die Entnahme von Wärme, als auch die Entnahme eines negativen Betrags der thermischen Energie, also die Entnahme von Kälte, umfasst.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abluftöffnung von der Klimaanlage entfernt angeordnet ist, und dass eine Einrichtung zum Transport der mittels des Wärmetauschers aus der Abluft entnommenen thermischen Energie zu der Klimaanlage vorgesehen ist. Bei einer solchen Ausgestaltung der Erfindung kann die Klimaanlage mit Ausnahme der zugehörigen Regelung im Prinzip unverändert bleiben, wobei auf dem bestehenden Wärmeluftpfad auch gekühlt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist eine relativ kompakte Bauweise der Klimaanlage.
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Alternativ zu der entfernten Anordnung der Abluftöffnung von der Klimaanlage ist es auch möglich, die Abluftöffnung im Bereich der Klimaanlage anzuordnen.
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In diesem Zusammenhang ist es als besonderes vorteilhaft anzusehen, wenn der Wärmetauscher als Luft-Luft-Wärmetauscher ausgebildet, mit der Zuluftöffnung und der Abluftöffnung verbunden und im Bereich der Abluftöffnung vorgesehen ist. Durch diese Anordnung ist eine Vorkonditionierung der Zuluft möglich, wobei die Klimaanlage in ihrer Gestaltung im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass eine Kombination eines Luft-Luft-Wärmetauschers und eines Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers als Heizungswärmetauscher für die Klimaanlage eingesetzt wird. Durch die Verwendung einer Kombination eines Luft-Luft-Wärmetauschers und eines Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers kann sowohl die thermische Energie eines in dem Kraftfahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors als auch die thermische Energie der Abluft verwendet werden. Des Weiteren ergibt sich dadurch eine kompakte Bauweise innerhalb des Klimageräts, wobei auf dem Warmluftpfad auch ein Kühlen möglich ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
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1 ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 ein Kraftfahrzeug mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine detaillierte Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4 eine detaillierte Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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5 eine detaillierte Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt in sehr schematischer Form ein Kraftfahrzeug 1, in dem eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 2 zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums 3 des Kraftfahrzeugs 1 realisiert ist. Die Vorrichtung 2 zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums 3 weist eine Klimaanlage 4, eine Zuluftöffnung 5 zur Zuführung von Zuluft in den Fahrzeuginnenraum 3, eine Abluftöffnung 6 zur Ableitung von Abluft aus dem Fahrzeuginnenraum 3, mehrere im Fahrzeuginnenraum 3 verteilte Ausströmer 7 und einen Wärmetauscher 8 zum Austausch von Wärme zwischen der Abluft und der Zuluft auf. Der Wärmetauscher 8 ist bei der Ausführungsform von 1 im Bereich der Abluftöffnung 6 angeordnet und steht, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, mit der Klimaanlage 4 in Wirkverbindung.
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Mittels des Wärmetauschers 8, durch den die aus dem Fahrzeuginnenraum 3 ausströmende Abluft strömt, wird die sich in der Abluft befindende thermische Energie zumindest mittelbar für die Erwärmung bzw. Abkühlung des Fahrzeuginnenraums 3 genutzt. Bei geringen Außentemperaturen, also bei Temperaturen, die geringer sind als die Temperatur innerhalb des Fahrzeuginnenraums 3, wird so eine Erwärmung des Fahrzeuginnenraums 3 erreicht. Im Falle hoher Außentemperaturen, also Temperaturen, die höher sind als die Temperatur innerhalb des Fahrzeuginnenraums 3, wird die aus dem Fahrzeuginnenraum 3 strömende Abluft dazu genutzt, die den Fahrzeuginnenraum 3 abzukühlen. In diesem Fall wird der Abluft sozusagen negative thermische Energie entzogen.
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Der konstruktive Aufbau des Wärmetauschers 8 kann dabei nach an sich bekannten Prinzipien erfolgen, d. h. es können beispielsweise Plattenwärmetauscher, Spiralwärmetauscher, Mantelrohrwärmetauscher oder andere Bauformen von Wärmetauschern eingesetzt werden. Des Weiteren ist es unerheblich, ob die Medienströme der Abluft aus dem Fahrzeuginnenraum 3 und des Kühlmediums bzw. der Zuluft in den Fahrzeuginnenraum 3 parallel, überkreuz oder auf eine andere Art aneinander vorbeigeführt werden.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abluftöffnung 6 und damit auch der Wärmetauscher 8 von der Klimaanlage 4 entfernt angeordnet. Um die wie oben beschrieben aus der Abluft entnommene thermische Energie der Klimaanlage 4 zur Verfügung zu stellen, ist bei dieser Ausführungsform von 1 eine Einrichtung 9 zum Transport der mittels des Wärmetauschers 8 aus der Abluft entnommenen thermischen Energie zu der Klimaanlage 4 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung 9 zum Transport der aus der Abluft entnommenen thermischen Energie zu der Klimaanlage 4 eine Leitung 9a zum Transport eines in dem Wärmetauscher eingesetzten Kühlmediums auf. Bei dem Wärmetauscher 8 handelt es sich vorzugsweise um einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher, sodass das über die Leitung 9a von dem Wärmetauscher 8 zu der Klimaanlage 4 geleitete Kühlmedium Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit ist. Allerdings kann statt des Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers auch ein Luft-Luft-Wärmetauscher eingesetzt werden. In diesem Fall wird über die Leitung 9a die Luft und mit derselben die aus der Abluft entnommene thermische Energie zu der Klimaanlage 4 transportiert. Des Weiteren kann in diesem Fall die Luft aus der Umgebung des Wärmetauschers 8, beispielsweise über eine zusätzliche oder alternative Zuluftöffnung 5', angesaugt werden oder eine Luftführung die Zuluft über die Zuluftöffnung 5 zu dem Wärmetauscher 8 transportieren. Eine andere Möglichkeit zur Ausgestaltung der Einrichtung 9 zum Transport der mittels des Wärmetauschers 8 aus der Abluft entnommenen thermischen Energie zu der Klimaanlage 4 besteht darin, dass diese ein Peltier-Element und eine elektrische Leitung aufweist. In diesem Fall weist also der Wärmetauscher 8 ein Peltier-Element auf, das die thermische Energie in Strom umwandelt, welche dann wiederum in der Klimaanlage 4 eingesetzt werden kann.
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Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 2 zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums 3 ist in 2 dargestellt. Hierbei sind wiederum die Zuluftöffnungen 5, die Abluftöffnung 6 und mehrere Ausströmer 7 vorgesehen. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 1 ist die Abluftöffnung 6 jedoch im Bereich der Klimaanlage 4 angeordnet und der Wärmetauscher 8 kann, wie in 2 symbolisch dargestellt, in die Klimaanlage 4 oder deren Umgebung integriert sein. Des Weiteren ist in diesem Fall ein Luftkanal 9' vorgesehen, um die Luft vom hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs 1 zu dem Wärmetauscher 8 rückzuführen.
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Bei beiden Ausführungsformen der 1 und 2 handelt es sich bei den die Zuluftöffnung 5 mit der Abluftöffnung 6 verbindenden Linien nicht um Leitungen, sondern um den Luftstrom durch die Fahrzeugkabine, z. B. auch sogenannte Luftwalzen, wie sie durch die Anordnung der Zuluftöffnung 5 und der Abluftöffnung 6 innerhalb des Fahrzeuginnenraums 3 erzeugt werden. Die Belüftung der Fahrzeugkabine durch einen solchen Luftstrom ist an sich bekannt, weshalb hierin nicht näher darauf eingegangen wird.
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In den 3, 4 und 5 sind verschiedene Ausführungsformen der in den 1 und 2 schematisch dargestellten Vorrichtung zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums 3 detaillierter dargestellt. Wie aus den 3, 4 und 5 hervorgeht, ist dabei der grundsätzliche Aufbau der Klimaanlage 4 im Wesentlichen identisch und es sind lediglich solche Anbauten hinzugefügt, die erforderlich sind, um eine Adaption der Vorrichtung 2 an die Klimaanlage 4 herzustellen. Hierbei sind Luftströmungen durch jeweilige Pfeile dargestellt.
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Die Klimaanlage 4 weist bei sämtlichen Ausführungsformen ein Gebläse 10, einen Verdampfer 11, einen Heizungswärmetauscher 12, mehrere Ausströmöffnungen 13 zu dem Fahrzeuginnenraum 3 sowie mehrere Leitungen 14 auf, die zu den Ausströmöffnungen 13 führen, um die von der Klimaanlage 4 konditionierte Luft über die Ausströmöffnungen 13 dem Fahrzeuginnenraum 3 zur Verfügung zu stellen. Insofern kann es sich bei der Klimaanlage 4 um eine bekannte Klimaanlage handeln, auf deren Funktionsweise nachfolgend nicht näher eingegangen wird, da diese an sich bekannt ist. Der Heizungswärmetauscher 12 ist in an sich bekannter Weise in den Kühlkreislauf des nicht dargestellten Verbrennungsmotors integriert.
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Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 2 gemäß 3, die im Wesentlichen der in 1 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 2 entspricht und diese in größerem Detail zeigt, wird die Wärme der Abluft über den bereits oben beschriebenen Wärmetauscher 8 in einem Abzweig eines Wasserkreislaufs 15 zugefügt und in an sich bekannter Weise über den Heizungswärmetauscher 12 der Klimaanlage 4 getauscht. Die oben beschriebene Leitung 9a ist dabei Teil des Wasserkreislaufs 15. Da es sich um einen Kreislauf handelt, ist zusätzlich zu der Leitung 9a selbstverständlich auch eine Rücklaufleitung vorgesehen, die in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist.
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Zusätzlich ist bei der Ausführungsform von 3 ein sehr schematisch dargestelltes Zuheizelement 16 vorgesehen, das zumindest mittelbar von dem Wärmetauscher 8 mit thermischer Energie versorgt wird, sodass der Heizungswärmetauscher 12 durch das Zuheizelement 16 in seiner Funktionsweise unterstützt werden kann. Das Zuheizelement 16 kann sowohl im Luftstrom als auch im Kühlmittelstrom integriert sein.
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Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung 2 ergeben sich nur sehr geringfügige Änderungen der Klimaanlage 4, insbesondere kann eine sehr kompakte Bauweise derselben erreicht werden. Die Position des Wärmetauschers 8 ist sehr flexibel, wobei diese Anordnung besonders dann angewendet werden kann, wenn der Wärmetauscher 8 in einer relativ großen Entfernung von der Klimaanlage 4 eingesetzt wird, um nämlich, wie oben beschrieben, die Position der Abluftöffnung 6 im hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs 1 belassen zu können. Die Regelung der Klimaanlage 4 sollte selbstverständlich an die Integration des Wärmetauschers 8 angepasst werden, was für den Fachmann jedoch unproblematisch ist und daher nicht näher beschrieben wird. Auf dem Warmluftpfad der Klimaanlage 4 kann in diesem Fall auch gekühlt werden. Mit anderen Worten, anstatt wie üblich kalte Luft zu erwärmen, kann in diesem Fall auch warme Luft abgekühlt werden.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsform ist beispielsweise für Elektrofahrzeuge geeignet, da bei diesen eine geringere Motorabwärme anfällt, als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Zusätzlich kann im gleichen Kühlkreislauf auch die Abwärme von weiteren Komponenten, wie z. B. Leistungselektronik oder Batteriekühlung, genutzt werden.
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Die beiden in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 2 entsprechen im Grundsatz der Anordnung von 2, wobei auch hier die Vorrichtung 2 jeweils detaillierter dargestellt ist.
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Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 2 von 4 ist der Wärmetauscher 8 als Luft-Luft-Wärmetauscher ausgebildet, der mit der Zuluftöffnung 5 und der Abluftöffnung 6 verbunden ist. In dem Wärmetauscher 8 wird also die aus dem Fahrzeuginnenraum 3 ausströmende Abluft verwendet, um die in den Fahrzeuginnenraum 3 einströmende Zuluft zu erwärmen bzw. abzukühlen. Die in dem Wärmetauscher 8 erwärmte Zuluft kann anschließend durch das Gebläse 10 und den Verdampfer 11 zu dem Heizungswärmetauscher 12 der Klimaanlage 4 gelangen. Der Wärmetauscher 8 ist also zusätzlich zu dem Heizungswärmetauscher 12 der Klimaanlage 4 vorgesehen und steht mit der Klimaanlage 4 in Wirkverbindung. Durch den Wärmetauscher 8 wird in diesem Fall die Zuluft vorkonditioniert, wobei die Klimaanlage 4 in ihrem Aufbau im Wesentlichen nicht beeinflusst wird. Auch hier ist die Position des als Luft-Luft-Wärmetauscher ausgebildeten Wärmetauschers 8 sehr flexibel.
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Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 2 gemäß 5 wird als Heizungswärmetauscher 12 für die Klimaanlage 4 eine Kombination des Luft-Luft-Wärmetauschers 8 und eines Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers 17 eingesetzt. Der dadurch entstehende Kombinationskühler ermöglicht es, sowohl die Wärme des Verbrennungsmotors als auch die Wärme der Abluft aus dem Fahrzeuginnenraum 3 zu nutzen. Während sich dadurch eine sehr kompakte Bauweise innerhalb der Klimaanlage 4 ergibt, wird der Aufbau und die Regelung der Klimaanlage 4 im Vergleich zu den Lösungen der 3 und 4 in verhältnismäßig großem Umfang verändert. Auch in diesem Fall wird, wie bei der Ausführungsform von 3, auf dem Warmluftpfad zusätzlich auch gekühlt. Des Weiteren ist auch bei der Ausführungsform von 5 im vorliegenden Fall das Zuheizelement 16 vorgesehen. Dieses kann wieder entweder im Luftstrom oder im Kühlmittelkreislauf integriert werden.
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Zusätzlich zu den dargestellten Ausführungsformen kann die Abwärme aus dem Fahrzeuginnenraum 3 auch für eine Wärmepumpe genutzt werden, um in der Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht zu werden.
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Statt des Heizungswärmetauschers 12 in der Klimaanlage 4 könnte auch der Verdampfer 11 zu einem kombinierten Luft-Luft- und Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher bzw. Luft-Kältemittel-Wärmetauscher umgebaut werden.
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Der Wärmetauscher 8 könnte des Weiteren auch anstelle des nicht dargestellten PTC in der Klimaanlage 4 für die drei in den 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 2 verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005005430 A1 [0002]
- DE 10006513 A1 [0003]
