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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Leiten von Luft für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung ist ein Volumen umschließend ausgebildet, wobei innerhalb des Volumens mindestens ein von einem Eintritt zu einem Austritt durchgehender Luftkanal ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung eines Luftmassenstromes. Das Gehäuse weist mindestens zwei Strömungspfade auf, welche in eine Mischkammer mündend ausgebildet sind, wobei ein durch den ersten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom eine erste Temperatur und ein durch den zweiten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom eine zweite Temperatur aufweisen. Die Vorrichtung zum Leiten von Luft ist innerhalb der Mischkammer angeordnet.
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Bei Kraftfahrzeugen ist aufgrund der zunehmenden Anzahl an technischen Komponenten eine Optimierung hinsichtlich des Bauvolumens erforderlich, um die gewünschte Funktionsvielfalt durch Unterbringung der Komponenten überhaupt gewährleisten zu können. Aus diesem Grund sind auch großvolumige Komponenten zur Klimatisierung, wie sie aus stationären Klimaanlagen in Form von Mischkammern, Strömungsleit- und Verwirbelungseinrichtungen bekannt sind, in Kraftfahrzeugen wegen der geringen Platzverhältnisse nicht einsetzbar. Eine zusätzliche Anforderung an eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, welche einen zugeführten Luftmassenstrom konditioniert, gegebenenfalls aufteilt und die einzelnen Luftmassenströme in unterschiedliche Bereiche des Kraftfahrzeugs leitet, besteht darin, verschiedene Luftauslässe des Klimatisierungssystems je nach Lage und Funktion mit verschieden temperierten Luftmassenströmen zu beaufschlagen. Der Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen weist bekanntermaßen unterschiedliche Komfort- und Belüftungszonen auf. Das Klimatisierungssystem des Kraftfahrzeugs liefert für die jeweiligen Zonen, je nach eingestelltem Betriebsmodus, eine definierte Luftmenge mit einer definierten Temperatur. Der zugeführte Luftmassenstrom wird dabei über unterschiedliche Wärmeübertrager geführt, sodass die Luft abgekühlt und entfeuchtet sowie, wenn notwendig, wieder aufgeheizt, und anschließend den jeweiligen Zonen zugeordnet über verstellbare Klappen in den Fahrgastraum geleitet wird. Dabei wird die Luft beispielsweise in den Fußraum sowie über Öffnungen im Armaturenbrett in den Fahrgastraum eingeblasen und zudem über Auslässe unmittelbar an die Frontscheibe geführt, um diese beschlagfrei zu halten oder abzutauen.
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Bei gattungsgemäßen luftseitig geregelten Klimatisierungssystemen wird der dem Fahrgastraum zuzuführende Luftmassenstrom nach dem Überströmen eines als Verdampfer betriebenen Wärmeübertragers mittels einer Klappe, auch als Temperaturklappe bezeichnet, in zwei Teilluftmassenströme aufgeteilt. Mittels der Temperaturklappen und unterschiedlichen Regelmechanismen werden die erforderlichen Temperaturen der Luftströmungen eingestellt. Dabei wird der eine Teilluftmassenstrom durch einen Heizwärmeübertrager geleitet und erwärmt. Gleichzeitig strömt der zweite Teilluftmassenstrom als Kaltluft am Heizwärmeübertrager vorbei. Beide unterschiedlich temperierten Teilluftmassenströme werden anschließend zum Erreichen der geforderten Zieltemperatur vermischt und/oder getrennt zu den Luftauslässen weitergeleitet.
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Die Klappen werden bekanntermaßen durch eine Drehbewegung oder eine Verschiebung verstellt. Je nach Drehung und/oder Verschiebung der einzelnen Klappen innerhalb des Klimatisierungssystems werden den einzelnen Zonen im Fahrgastraum definierte Luftmengen mit definierten Temperaturen zugeführt. Dabei sind zusätzliche Einbauten innerhalb des Klimatisierungssystems notwendig, um die gewünschte Luftmengenverteilung und Temperaturverteilung zu gewährleisten. Die voneinander abweichenden Temperaturen der Luftmassenströme an den unterschiedlichen Auslässen werden als Temperaturschichtung bezeichnet. Die sogenannten Schichtungseinbauten oder Kanäle greifen kalte oder warme Luftmassenströme aus bestimmten Bereichen innerhalb des Gehäuses des Klimatisierungssystems ab und führen diese über kanalförmige Designs anderen Bereichen im Gehäuse zu. Im Gegensatz zu den Klappen sind die Schichtungseinbauten starr und statisch angeordnet.
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Aus der
EP 1 273 465 A1 geht eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug hervor. Die Klimaanlage weist ein Gehäuse mit einem Lufteinlass und Luftauslässen, einen im Gehäuse angeordneten Verdampfer und Heizwärmeübertrager, bewegliche, insbesondere drehbare Luftleitelemente in Form von Temperaturklappen sowie ein statisches Luftleitelement auf. Das statische Luftleitelement dient dem gezielten Führen eines Teils des erhitzen Luftmassenstromes vom Heizwärmeübertrager zu einem ersten Luftauslass sowie dem gezielten Führen eines Teils des nicht durch den Heizwärmeübertrager geleiteten kalten Luftmassenstromes zu einem zweiten Luftauslass.
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In der
EP 1 445 133 A2 wird eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge offenbart. Die Klimaanlage weist einen Kaltluftdurchlass, einen Warmluftdurchlass und eine Ablenkplatte auf. Die Ablenkplatte ist an einer Stelle angeordnet, an welcher der Kaltluftdurchlass und der Warmluftdurchlass zusammenlaufen. Die Ablenkplatte ist mit mehreren Kaltluftstromöffnungen, welche kalte Luft aus dem Kaltluftdurchlass zu einem ersten Auslass führen, und mehreren senkrecht zu den Kaltluftstromöffnungen ausgerichteten Warmluftführungskanälen, welche warme Luft aus dem Warmluftdurchlass zu einem zweiten Auslass führen und auf der Auslassseite offen sind, ausgebildet.
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Auch in der US 2004/ 0 069 484 A1 wird eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge beschrieben. Die Klimaanlage weist ein Gehäuse mit einer Drehklappe, welche im Schnittpunkt eines Kaltluftpfades und eines Warmluftpfades sowie zweier Luftauslässe angeordnet ist, auf. Durch Verdrehen der Drehklappe um eine Rotationsachse können die Verhältnisse der kommunizierenden Flächen einerseits zwischen einer einlassseitigen Öffnung der Drehklappe und des Kaltluftpfades, des Warmluftpfades oder sowohl des Kaltluftpfades als auch des Warmluftpfades sowie andererseits zwischen einer ausgangsseitigen Öffnung der Drehklappe und den Luftauslässen im Einzelnen oder gemeinsam variiert werden.
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In der JP H09- 290 618 A ist ein Umluft-Frischluft-Einlass mit einer Luftleiteinrichtung für Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge gezeigt. Die Luftleiteinrichtung ist aus einem in einen bestimmten Radius gekrümmten plattenförmigen Element ausgebildet, welches in einer den Krümmungsradius der Luftleiteinrichtung aufweisenden Führungsnut angeordnet ist. Die Luftleiteinrichtung weist zudem eine Zahnstange auf, welche mit einem am Gehäuse des Einlasses ausgebildeten Zahnrad in Eingriff steht. Durch ein Rotieren des Zahnrades wird die Luftleiteinrichtung entlang der Führungsnut verschoben.
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Aus der
DE 102 11 190 A1 geht eine Luftmischeinrichtung für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs zum Mischen von Kaltluftströmen und Warmluftströmen mit einem Kaltlufteinlass und einem Warmlufteinlass sowie einem Auslass für einen Mischluftstrom hervor. Die Luftmischeinrichtung weist mehrere aus parallelen Kanalplatten ausgebildete Kanäle sowie Steuermittel zum Öffnen und Schließen der Lufteinlässe auf. Die Steuermittel sind jeweils als eine Rolljalousien in Form eines Rollbandes ausgebildet, welche mit einzelnen Ausschnitten über den Warmlufteinlass und den Kaltlufteinlass geführt sind.
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In der
DE 10 2004 056 814 A1 wird eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Mischkammer offenbart, welche derart konfiguriert ist, mittels kontrollierter Vermischung eines warmen und eines kalten Teilluftstroms einen wärmeren und einen kälteren konditionierbaren Luftstrom zu erzeugen, wobei sich in der Mischkammer die Strömungswege des warmen Teilluftstroms und des kalten Teilluftstroms kreuzen.
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In der
DE 38 26 182 C1 wird eine Heiz- und Belüftungseinrichtung für den Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen mit einem Gebläse, einem Warmluftkanal mit einem Wärmeübertrager, einem Kaltluftbypass, einer Mischkammer und von der Mischkammer ausgehenden, in den Fußraumbereich und in den Bereich des Armaturenbrettes führenden Lüftungskanälen beschrieben. Die Einrichtung weist eine die Kaltluftzufuhr vom Gebläse zum Wärmeübertrager und die Warmluftzufuhr vom Wärmeübertrager zur Mischkammer steuernde Mischluftklappe auf, welche mit zwei Hebelarmen und einer Gelenkachse ausgebildet ist. An den beiden Hebelarmen der Mischluftklappe sind sich quer zur Gelenkachse erstreckende Rohrelemente ausgebildet.
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Den im Stand der Technik bekannten Systemen ist zu eigen, dass sie entweder apparativ sehr aufwendig zusätzliche Elemente aufweisen, welche zusätzlichen Platz beanspruchen, Kosten und auch einen zusätzlichen Montageaufwand sowie einen entsprechenden Wartungsaufwand nach sich ziehen. Mittels des Einsatzes der bekannten Klappen ist zudem nicht in jedem Betriebsmodus die gewünschte Luftmengen- beziehungsweise Temperaturverteilung einstellbar. Des Weiteren bewirken die zusätzlichen Einbauten, wie die genannten starr und statisch ausgebildeten Warm- beziehungsweise Kaltluftkanäle, welche nur in bestimmten Einstellungsbereichen die Temperaturschichtung unterstützen, Begrenzungen und Verengungen innerhalb des Gehäuses und verursachen damit erhöhte Druckverluste in der Luftströmung, was wiederum zu einem erhöhten Leistungsbedarf und damit Energieverbrauch sowie einer Verringerung der Effizienz des Klimatisierungssystems und damit des gesamten Kraftfahrzeugs führt. Des Weiteren werden die maximal erreichbaren Luftmengen innerhalb des Klimatisierungssystems verringert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Element für ein Klimatisierungssystem beziehungsweise ein Klimatisierungssystem zur Verfügung zu stellen, welches je nach Bedarf eine definierte, optimale Temperaturverteilung von Luftmassenströmen bei minimalen Aufwand zur Temperatursteuerung aufweist. Dabei sollte die Luft gezielt geführt werden und sowohl die Anzahl der einzusetzenden Komponenten als auch deren Bauraumbedarf minimal sein. Die anfallenden Kosten für Herstellung, Montage und Wartung sollen minimal sein. Der Betrieb des Klimatisierungssystems sollte bei geringen Druckverlusten mit maximaler Effizienz möglich sein.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Leiten von Luft für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Klimatisierungssystem weist Luftauslässe auf. Die Vorrichtung ist ein Volumen umschließend ausgebildet, wobei innerhalb des Volumens mindestens ein von einem Eintritt zu einem Austritt durchgehender Luftkanal angeordnet ist.
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Nach der Konzeption der Erfindung ist die Vorrichtung in einer Richtung zwischen zwei Endstellungen stufenlos verschiebbar angeordnet, wobei die Vorrichtung in den Endstellungen jeweils einen Luftauslass verschließt. Die Vorrichtung ist somit als bewegliche Luftverteilklappe mit mindestens einem integrierten Schichtungskanal anzusehen und deckt jeweils Bereiche der Querschnitte der Pfade oder einen gesamten Querschnitt eines Pfades zu den Luftauslässen ab. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einem relativ zur Richtung der Verschiebung fest angeordneten Einlaufkanal kombinierbar ausgebildet. Der Einlaufkanal ist starr, statisch beziehungsweise fest mit einem Gehäuse des Klimatisierungssystems verbunden, in welchem die Vorrichtung beweglich ist. Die Vorrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass die Vorrichtung infolge der Verschiebung den Einlaufkanal zumindest teilweise aufnimmt und zumindest ein Bereich des Einlaufkanals in die Vorrichtung verbringbar ist. Der Einlaufkanal wird dabei in den Luftkanal der Vorrichtung eingeschoben.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb des von der Vorrichtung umschlossenen Volumens mindestens zwei durchgehende Luftkanäle ausgebildet, wobei die Luftkanäle voneinander getrennt angeordnet sind und jeweils einen Eintritt und einen Austritt aufweisen. Die Luftkanäle sind vorteilhaft durch eine Zwischenwand voneinander getrennt, sodass die durch die Luftkanäle hindurch geleiteten Luftmassenströme beim Durchströmen der Vorrichtung nicht vermischt werden. Die durch die Luftkanäle geleiteten Luftmassenströme sind bevorzugt unterschiedlich konditioniert, insbesondere unterschiedlich temperiert.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich ein erster Luftkanal von einer Oberseite zu einer in einer vertikalen Richtung zur Oberseite beabstandet angeordneten Unterseite der Vorrichtung. Der Eintritt des ersten Luftkanals ist an der Oberseite und der Austritt an der Unterseite der Vorrichtung ausgebildet. Die Vorrichtung weist eine Längsrichtung, eine Breitenrichtung und eine Tiefenrichtung auf. Die Längsrichtung wird dabei mit einer horizontalen Richtung und die Breitenrichtung mit einer vertikalen Richtung beschrieben. Die horizontale und die vertikale Richtung sowie die Tiefenrichtung sind jeweils senkrecht zueinander ausgerichtet. Durch eine Bewegung der Vorrichtung ist die Position der Vorrichtung zur absoluten Horizontalen oder Vertikalen, beispielsweise des Klimatisierungssystems, veränderlich. Die relative horizontale und vertikale Richtung sowie die Tiefenrichtung der Vorrichtung bleiben dabei unverändert. Die Oberseite und die Unterseite begrenzen dabei das von der Vorrichtung umschlossene Volumen in vertikaler Richtung.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Eintritt und der Austritt des ersten Luftkanals in der zur vertikalen Richtung senkrecht angeordneten horizontalen Richtung versetzt zueinander angeordnet. Der Eintritt und der Austritt sind somit in vertikaler Richtung ausgerichtet und der erste Luftkanal erstreckt sich im Wesentlichen in der horizontalen Richtung.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass sich ein zweiter Luftkanal von einer Vorderseite zu einer in einer horizontalen Richtung zur Vorderseite beabstandet angeordneten Rückseite der Vorrichtung erstreckt. Der Eintritt ist dabei an der Vorderseite und der Austritt ist an der Rückseite der Vorrichtung ausgebildet. Der zweite Luftkanal erstreckt sich mit dem Eintritt und dem Austritt vorteilhaft in der horizontalen Richtung. Die Vorderseite und die Rückseite begrenzen das von der Vorrichtung umschlossene Volumen in horizontaler Richtung. Dabei können die Vorderseite und die Rückseite auch als Übergangsbereiche von der Oberseite und der Unterseite der Vorrichtung angesehen werden.
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Die Luftkanäle zum Durchleiten unterschiedlicher Luftmassenströme sind bevorzugt in der Tiefenrichtung der Vorrichtung benachbart zueinander, nebeneinander und jeweils durch eine Zwischenwand voneinander getrennt angeordnet. Die Zwischenwand ist in einer in horizontaler und vertikaler Richtung aufgespannten Ebene angeordnet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Eintritt des ersten Luftkanals mit einer Luftleiteinrichtung ausgebildet. Die Luftleiteinrichtung ragt im Bereich des Eintritts von der Oberseite der Vorrichtung hervor und weist eine Breite der Öffnung des Eintritts auf.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Eintritt des zweiten Luftkanals mit einer Luftleiteinrichtung ausgebildet. Die Luftleiteinrichtung ist im Bereich des Eintritts, an einem Übergang von der Vorderseite und der Oberseite der Vorrichtung, jeweils von der Vorderseite und der Oberseite hervor ragend ausgebildet. Die Luftleiteinrichtung erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Tiefe der Vorrichtung. Im Bereich des ersten Luftkanals, welcher an der Vorderseite der Vorrichtung verschlossen ist, ist die Luftleiteinrichtung vorteilhaft konkav geformt, um den Luftmassenstrom an der Vorderseite entlang zu leiten.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die beweglich ausgebildete Vorrichtung mit einem starr, statisch beziehungsweise fest angeordneten Schichtungskanal kombinierbar. Der Schichtungskanal ist dabei bevorzugt als ein Einlaufkanal, beispielsweise für den Kaltluftmassenstrom, ausgebildet.
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Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung eines Luftmassenstromes gelöst. Das Klimatisierungssystem umfasst ein Gehäuse mit mindestens zwei Strömungspfaden, welche in eine Mischkammer mündend ausgebildet sind, sowie Luftauslässen. Ein durch den ersten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom als Teilluftmassenstrom beziehungsweise Anteil des gesamten im Klimatisierungssystem geförderten Luftmassenstroms weist eine erste Temperatur und ein durch den zweiten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom beziehungsweise Teilluftmassenstrom weist eine zweite Temperatur auf. Die Luftmassenströme sind durch die Strömungspfade und die Mischkammer zu den Luftauslässen leitbar.
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Nach der Konzeption der Erfindung ist innerhalb der Mischkammer des Klimatisierungssystems eine voranstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Leiten von Luft angeordnet.
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Innerhalb des Gehäuses ist bevorzugt zudem ein Verdampfer vorgesehen. Die Strömungspfade erstrecken sich vorteilhaft von einem in Strömungsrichtung der Luft dem Verdampfer nachgeordneten Bereich bis zur Mischkammer. Der erste Strömungspfad ist dabei als Bypass für einen im zweiten Strömungspfad angeordneten Heizwärmeübertrager ausgebildet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zum Leiten von Luft in einer Richtung zwischen zwei Endstellungen stufenlos verschiebbar angeordnet. Die Vorrichtung verschließt dabei in den Endstellungen jeweils einen Luftlauslass.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein relativ zur Richtung der Verschiebung der Vorrichtung fest angeordneter Einlaufkanal ausgebildet. Der Einlaufkanal ist dabei fest mit dem Gehäuse des Klimatisierungssystems verbunden und in einem Übergangsbereich des ersten Strömungspfades zur Mischkammer angeordnet, in welcher die Vorrichtung beweglich angeordnet ist. Die Vorrichtung und der Einlaufkanal sind derart zueinander angeordnet und ausgebildet, dass die Vorrichtung infolge der Verschiebung den Einlaufkanal zumindest teilweise aufnimmt und zumindest ein Bereich des Einlaufkanals in die Vorrichtung verbringbar ist. Der Einlaufkanal wird bei der Bewegung der Vorrichtung in einen Luftkanal der Vorrichtung eingeschoben. Der Einlaufkanal und der Luftkanal der Vorrichtung sind im eingeschobenen Zustand bevorzugt zueinander abgedichtet, sodass ein durch den Einlaufkanal und anschließend den Luftkanal geleiteter Luftmassenstrom nahezu ohne Leckage hindurchströmt.
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Das Klimatisierungssystem ist vorteilhaft als 1-Zonen-Klimatisierungssystem, insbesondere für eine verbesserte Klimatisierung des Bereichs des Rücksitzes im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs, ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Leiten von Luft ist als bewegliche und verschiebbare Vorrichtung, auch als Betriebsmoduswechselklappe oder Bypassklappe für den Bereich des Rücksitzes bezeichnet, insbesondere zur gezielten Einstellung einer Temperaturdifferenz in vertikaler Richtung im Fahrgastraum vorgesehen. In Verbindung mit einem 2-Zonen-Klimatisierungssystem für den vorderen Bereich des Fahrgastraumes kann mit dem erfindungsgemäßen 1-Zonen-Klimatisierungssystem ein 3-Zonen-Klimatisierungssystem bereitgestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Leiten von Luft weist im Zusammenhang mit dem Klimatisierungssystem zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:
- - keine zusätzlichen, Platz beanspruchenden Elemente erforderlich,
- - minimale Druckverluste, da keine zusätzlichen Begrenzungen und Verengungen innerhalb des Gehäuses ausgebildet sind, welche die erhöhten Druckverluste in der Luftströmung verursachen,
- - minimale Versperrung der Strömungsquerschnitte an den Luftauslässen und innerhalb der Mischkammer, sodass
- - bei gleicher Luftleistung ein kleinerer Lüfter erforderlich ist oder bei gleichem Lüfter höhere Luftleistungen erreichbar sind, und damit
- - minimaler Leistungsbedarf und minimaler Energieverbrauch sowie maximale Effizienz beim Betrieb des Klimatisierungssystems und damit des gesamten Kraftfahrzeugs, sowie
- - variable Temperaturschichtung durch bewegliche Schichtungskanäle.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: Klimatisierungssystem mit einer Mischklappe und statischen Schichtungseinbauten innerhalb der Mischkammer beim Betrieb im Mischmodus in Seitenansicht aus dem Stand der Technik,
- 2: Klimatisierungssystem mit einer Vorrichtung zum Leiten von Luft mit integrierten Luftkanälen in Seitenansicht
- 2a: in einer ersten Endstellung beim Betrieb im Kälteanlagenmodus, 2b: in einer Zwischenstellung beim Betrieb im Mischmodus und
- 2c: in einer zweiten Endstellung,
- 3: Vorrichtung zum Leiten von Luft mit drei integrierten Warmluftkanälen und zwei integrierten Kaltluftkanälen sowie
- 4: Vorrichtung zum Leiten von Luft mit zwei integrierten Warmluftkanälen, einem integrierten Kaltluftkanal und einem vorgelagerten starren Einlaufkanal.
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In 1 ist ein Klimatisierungssystem 1' aus dem Stand der Technik mit einer Luftklappe 13 und statischen Schichtungseinbauten innerhalb der Mischkammer 8 beim Betrieb im Mischmodus in Seitenansicht dargestellt. Die starren und statischen Schichtungseinbauten sind als Schichtungskanäle 14 ausgebildet.
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Das Klimatisierungssystem 1' weist einen nicht dargestellten Lüfter zum Ansaugen und Fördern der Luft in Strömungsrichtung 10 durch das Klimatisierungssystem 1', einen Verdampfer 4 und einen Heizwärmeübertrager 5 auf, welche in einem Gehäuse 2 angeordnet sind. Das Gehäuse 2 umfasst Luftauslässe 3a, 3b, 3c und die Mischkammer 8. Der vom Lüfter angesaugte und in Strömungsrichtung 10 zum Verdampfer 4 hingeführte Luftmassenstrom wird vollständig über die Wärmeübertragerfläche des Verdampfers 4 geleitet und anschließend anteilig auf zwei Strömungspfade 6, 7 aufgeteilt. Der erste Strömungspfad 6, auch als Kaltluftpfad 6 bezeichnet, führt die im Verdampfer 4 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luft als Teilluftmassenstrom in Strömungsrichtung 12 um den Heizwärmeübertrager 5 herum. Dabei ist der erste Strömungspfad 6 in vertikaler Richtung y unterhalb des Heizwärmeübertragers 5 ausgebildet, welcher innerhalb des zweiten Strömungspfades 7 angeordnet ist. Der durch den zweiten Strömungspfad 7 geführte Teilluftmassenstrom wird vollständig über die Wärmeübertragerfläche des Heizwärmeübertragers 5 geleitet und erwärmt. Der zweite Strömungspfad 7 wird folglich auch als Warmluftpfad 7 bezeichnet.
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Der über den Verdampfer 4 geführte Luftmassenstrom wird mittels der geöffneten Temperaturklappe 9, welche vorliegend als Schiebeelement ausgebildet ist, in die Teilluftmassenströme auf die Strömungspfade 6, 7 aufgeteilt. Mittels der Stellung der Temperaturklappe 9 sind die Teilluftmassenströme durch die Strömungspfade 6, 7, das heißt die Anteile am gesamten durch das Klimatisierungssystem 1' geführten Luftmassenstroms, und damit die Temperatur an den Luftauslässen 3a, 3b, 3c, steuerbar. Der durch den Kaltluftpfad 6 geleitete erste Teilluftmassenstrom und der in Strömungsrichtung 11 durch den Warmluftpfad 7 geleitete zweite Teilluftmassenstrom werden je nach Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1' in der Mischkammer 8 zumindest teilweise vermischt, bevor die nunmehr konditionierte Luft durch die einzelnen Luftauslässe 3a, 3b, 3c dem Fahrgastraum zugeführt wird.
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Die Luftauslässe 3a, 3b, 3c können mittels der Luftklappe 13 verschlossen beziehungsweise geöffnet werden. Gemäß der Darstellung nach 1 ist die Luftklappe 13 derart angeordnet, dass die Luftauslässe 3a, 3b, 3c geöffnet sind. Der Luftauslass 3a ist dabei parallel zum Luftauslass 3c geschaltet ausgebildet. Der in den Luftauslass 3c einströmende Luftmassenstrom wird anteilig auch in den Luftauslass 3a geleitet, sodass die durch die Luftauslässe 3a, 3c geförderten Teilluftmassenströme gleich konditioniert sind. Die im Querschnitt, welcher sich durch die in horizontaler Richtung x und in vertikaler Richtung y aufgespannten Ebene ergibt, gekrümmt ausgebildete Luftklappe 13 ist innerhalb der genannten Ebene verschiebbar gelagert und erstreckt sich in Tiefenrichtung z. Die Luftklappe 13 wird dabei derart verschoben, dass die Luftauslässe 3a, 3b, 3c wechselweise zumindest teilweise geöffnet oder geschlossen werden.
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Zwischen dem Austritt aus dem Heizwärmeübertrager 5 und dem Luftauslass 3c sind zusätzlich statische Schichtungskanäle 14 angeordnet. Die Schichtungskanäle 14 dienen der gezielten Luftführung eines aus dem Heizwärmeübertrager 5 ausströmenden Teilluftmassenstromes zum Luftauslass 3c, wobei der Teilluftmassenstrom unvermischt durch die Mischkammer 8 geleitet wird. Die Schichtungskanäle 14 werden aufgrund der Funktion auch als Warmluftkanäle bezeichnet. Die statisch in der Mischkammer 8 angeordneten Schichtungskanäle 14 stellen zusätzliche Begrenzungen und Verengungen innerhalb des Gehäuses 2 dar, verursachen erhöhte Druckverluste in der Luftströmung, beeinträchtigen den Luftdurchsatz sowie die Akustik und verursachen erhöhte Kosten bei der Herstellung und dem Betrieb des Klimatisierungssystems 1'.
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Die 2a bis 2c zeigen ein Klimatisierungssystem 1 mit einer Vorrichtung 15, 15' zum Leiten von Luft mit integrierten Luftkanälen bei unterschiedlichen Anordnungen der Vorrichtung 15, 15' und unterschiedlichen Betriebsmodi des Klimatisierungssystems 1 in Seitenansicht. In 2a sind die Vorrichtung 15, 15' in einer ersten Endstellung und das Klimatisierungssystem 1 beim Betrieb im Kälteanlagenmodus, in 2b sind die Vorrichtung 15, 15' in einer Zwischenstellung und das Klimatisierungssystem 1 beim Betrieb in einem Mischmodus und in 2c ist die Vorrichtung 15, 15' in einer zweiten Endstellung dargestellt.
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Im Vergleich zum Klimatisierungssystem 1' aus 1 sind die Luftkanäle innerhalb der als bewegliche Klappe ausgebildeten Vorrichtung 15, 15' integriert und werden je nach Funktion sowohl als Warmluftpfade als auch als Kaltluftpfade bezeichnet. Die Vorrichtung 15, 15' ist an den Eintritten in die Luftauslässe 3b, 3c in die Richtungen 16 verschiebbar angeordnet. Der Luftauslass 3a ist wiederum parallel zum Luftauslass 3c geschaltet ausgebildet, sodass ein in den Luftauslass 3c einströmender Luftmassenstrom anteilig auch in den Luftauslass 3a geleitet wird. Ebenso ist der Luftauslass 3a geschlossen, wenn der Luftauslass 3c geschlossen ist und der Luftauslass 3a ist geöffnet, wenn der Luftauslass 3c geöffnet ist.
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In 2a ist die Vorrichtung 15, 15' zum Leiten der Luft in einer ersten Endstellung beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Kälteanlagenmodus in Seitenansicht dargestellt. Die Temperaturklappe 9 ist derart ausgerichtet, dass der über die Wärmeübertragerfläche des Verdampfers 4 geleitete Luftmassenstrom vollständig durch den Kaltluftpfad 6 geführt wird. Der Warmluftpfad 7 ist mittels der Temperaturklappe 9 verschlossen, sodass vom Heizwärmeübertrager 5 keine Wärme an den Luftmassenstrom übertragen wird. Die Vorrichtung 15, 15' ist dabei aus dem Luftmassenstrom herausgeführt oder am Rand des Luftmassenstromes angeordnet, welcher durch den Kaltluftpfad 6 geleitet und direkt zum Luftauslass 3c geleitet wird. Die Vorrichtung 15, 15', insbesondere die darin integrierten Luftkanäle, werden nicht mit Luft durchströmt. Die Vorrichtung 15, 15' ist derart angeordnet, dass mindestens eine Öffnung jeden Luftkanals, das heißt ein Eintritt oder ein Austritt am Gehäuse 2 oder Elementen des Gehäuses 2 anliegen und somit verschlossen sind. Der Luftauslass 3b ist ebenfalls durch die Vorrichtung 15, 15' versch lossen . Die zusätzlich auf der Oberfläche der Vorrichtung 15, 15' ausgebildeten Luftleiteinrichtungen 17a, 17b, insbesondere die Luftleiteinrichtungen 17b, dienen der gezielten Umlenkung des Luftmassenstromes in Richtung des Luftauslasses 3c.
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2b zeigt die Vorrichtung 15, 15' in einer Zwischenstellung beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 in einem Mischmodus in Seitenansicht. Die Temperaturklappe 9 ist derart ausgerichtet, dass der über die Wärmeübertragerfläche des Verdampfers 4 geleitete Luftmassenstrom in Teilluftmassenströme aufgeteilt wird, wobei ein erster Teilluftmassenstrom als Kaltluft durch den Kaltluftpfad 6 und ein zweiter Teilluftmassenstrom zum Erwärmen durch den Warmluftpfad 7 geleitet wird. Die Wärme wird vom Heizwärmeübertrager 5 an den zweiten Teilluftmassenstrom übertragen.
Die Vorrichtung 15, 15' ist dabei derart angeordnet, dass sowohl der Luftauslass 3b als auch der Luftauslass 3c mit Luft beaufschlagt werden. Die beiden durch die Strömungspfade 6, 7 geleiteten Teilluftmassenströme werden in der Mischkammer 8 lediglich zum Teil wieder vermischt. Der Einlass des Luftauslasses 3b im Bereich der Mischkammer 8 ist teilweise geöffnet.
Der durch den Kaltluftpfad 6 geführte erste Teilluftmassenstrom wird zu einem großen Anteil direkt zum Luftauslass 3c geleitet, wobei die zusätzlich auf der Oberfläche der Vorrichtung 15, 15' ausgebildeten Luftleiteinrichtungen 17a, 17b, insbesondere die Luftleiteinrichtungen 17b, der gezielten Umlenkung des ersten Teilluftmassenstromes in Richtung des Luftauslasses 3c dienen.
Der zweite, beim Überströmen der Wärmeübertragerfläche des Heizwärmeübertragers 5 erwärmte Teilluftmassenstrom wird aufgeteilt, wobei ein erster Teil in Strömungsrichtung 11a an der Vorrichtung 15, 15' vorbei in den Luftauslass 3b geleitet wird. Der Luftauslass 3b wird folglich hauptsächlich oder vollständig mit dem erwärmten Teilluftmassenstrom beaufschlagt.
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Ein zweiter Teil des erwärmten Teilluftmassenstroms wird in Strömungsrichtung 11b durch den mindestens einen in der Vorrichtung 15, 15' integriert ausgebildeten ersten Luftkanal 18 hindurch geleitet. Der erste Luftkanal 18 weist einen in Richtung der Mischkammer 8 beziehungsweise in Richtung des Heizwärmeübertragers 5 ausgerichteten Eintritt 18a auf, durch welchen die warme Luft in den ersten Luftkanal 18 und damit die Vorrichtung 15, 15' einströmt. Die warme Luft wird anschließend durch den seitlich verschlossenen ersten Luftkanal 18, welcher auch als Warmluftkanal 18 bezeichnet wird, bis zu einem Austritt 18b hindurch geleitet, ohne mit einem anderen Teilluftmassenstrom vermischt zu werden. Der Austritt 18b ist dabei derart ausgerichtet, dass die durch die Vorrichtung 15, 15' hindurch geleitete warme Luft in Richtung des Luftauslasses 3c ausströmt und nach dem Ausströmen mit der kalten Luft des durch den Kaltluftpfad 6 geleiteten ersten Teilluftmassenstroms vermischt wird.
Der erste Luftkanal 18 dient damit der gezielten Luftführung des aus dem Heizwärmeübertrager 5 ausströmenden Teilluftmassenstromes zum Luftauslass 3c, wobei der Teilluftmassenstrom unvermischt durch die Mischkammer 8 und die Vorrichtung 15, 15' geleitet wird.
Zudem ist ein Teil des durch den Kaltluftpfad 6 geführten ersten Teilluftmassenstroms im Wesentlichen entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 11b der Warmluft durch einen nicht dargestellten zweiten Luftkanal der Vorrichtung 15, 15' leitbar. Der Teilluftmassenstrom strömt dabei aus Richtung des Kaltluftpfades 6 in die Vorrichtung 15, 15' ein und in Richtung des Luftauslasses 3b aus der Vorrichtung 15, 15' aus. Nach dem Ausströmen aus der Vorrichtung 15, 15' wird der Teilluftmassenstrom der Kaltluft mit dem Teilluftmassenstrom der Warmluft, welche in Strömungsrichtung 11a strömt, vermischt.
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In 2c ist die Vorrichtung 15, 15' zum Leiten der Luft in einer zweiten Endstellung in Seitenansicht dargestellt. Die Vorrichtung 15, 15' ist dabei derart angeordnet, dass der durch den Warmluftpfad 7 geleitete Luftmassenstrom in Strömungsrichtung 11a direkt zum Luftauslass 3b geleitet wird. Die Vorrichtung 15, 15', insbesondere der darin integrierte erste Luftkanal 18, ist verschlossen. Ebenso sind die Luftauslässe 3a, 3c durch die Vorrichtung 15, 15' verschlossen.
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Je nach Ausrichtung der Temperaturklappe 9 wird der über die Wärmeübertragerfläche des Verdampfers 4 geleitete Luftmassenstrom auf den Kaltluftpfad 6 und den Warmluftpfad 7 aufgeteilt. Bei einem Betriebsmodus, bei welchem auch der Kaltluftpfad 6 zumindest teilweise geöffnet ist, wird der durch den Kaltluftpfad 6 geleitete Teilluftmassenstrom in der Mischkammer 8 mit dem durch den Warmluftpfad 7 geleiteten Teilluftmassenstrom vermischt und anschließend, wie beschrieben, zum Luftauslass 3b geführt. Ein Teil des durch den Kaltluftpfad 6 geführten Luftmassenstromes kann auch durch den nicht dargestellten zweiten Luftkanal und damit durch die Vorrichtung 15, 15' hindurch zum Luftauslass 3b geleitet werden.
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In 3 ist die Vorrichtung 15 zum Leiten von Luft mit fünf integrierten Luftkanälen 18, 19, das heißt mit drei integrierten Warmluftkanälen 18 und zwei integrierten Kaltluftkanälen 19 dargestellt.
Die ersten Luftkanäle 18 und die zweiten Luftkanäle 19 sind jeweils als durchgehende Pfade mit jeweils einem Eintritt 18a, 19a und einem Austritt 18b, 19b ausgebildet. Die Luftkanäle 18, 19 sind zudem strömungstechnisch nicht miteinander verbunden, sodass die durch die Luftkanäle 18, 19 geleiteten Luftmassenströme innerhalb der Vorrichtung 15 nicht miteinander vermischbar sind.
Die Vorrichtung 15 weist eine Oberseite 20, eine Unterseite 21, welche in durch die horizontale Richtung x und die Tiefenrichtung z aufgespannten Ebenen ausgerichtet sind, sowie eine Vorderseite 22 und eine Rückseite 23, welche im Wesentlichen in durch die vertikale Richtung y und die Tiefenrichtung z aufgespannten Ebenen ausgerichtet sind, auf. Die Oberseite 20 ist dabei zur Unterseite 21 und die Vorderseite 22 ist zur Rückseite 23 beabstandet angeordnet, sodass die Vorrichtung 15 in Kombination mit dem Gehäuse 2 ein Volumen umschließt.
Die Bezeichnungen der Seiten der Vorrichtung 15 beziehen sich auf die Anordnung der Vorrichtung 15 innerhalb des Klimatisierungssystems 1, wenn die Vorrichtung 15 im Wesentlichen in einer durch die Richtungen x und z aufgespannten Ebene angeordnet ist. Die Oberseite 20 weist dabei in vertikaler Richtung y nach oben, während die Unterseite 21 in vertikaler Richtung y nach unten weist. Die Vorderseite 22 ist in horizontaler Richtung x in Richtung des aus dem Kaltluftpfad 6 einströmenden Luftmassenstromes ausgerichtet, während die Rückseite 23 in horizontaler Richtung x gegenüberliegend der Vorderseite 22 angeordnet ist.
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Zwischen den äußeren Warmluftkanälen 18 und dem inneren Warmluftkanal 18 ist jeweils ein Kaltluftkanal 19 angeordnet. Die Luftkanäle 18, 19 erstrecken sich dabei im Wesentlichen in horizontaler Richtung x und sind mittels Zwischenwänden voneinander getrennt. Die Zwischenwände sind in durch die vertikale Richtung y und die horizontale Richtung x aufgespannten Ebenen ausgerichtet.
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Im Bereich der Warmluftkanäle 18 sind die Vorderseite 22 und die Rückseite 23 der Vorrichtung 15 verschlossen. Die Warmluftkanäle 18 erstrecken sich von der Oberseite 20 zur Unterseite 21 der Vorrichtung 15, wobei jeder Warmluftkanal 18 einen Eintritt 18a und einen Austritt 18b aufweist. Die Eintritte 18a sind dabei an der Oberseite 20 und die Austritte 18b an der Unterseite 21 der Vorrichtung 15 ausgebildet. Die Eintritte 18a und die Austritte 18b sind in horizontaler Richtung x versetzt zueinander angeordnet, sodass die Luft durch den Eintritt 18a im Wesentlichen in vertikaler Richtung y in den Warmluftkanal 18 einströmt, durch den in horizontaler Richtung x ausgerichteten Warmluftkanal 18 hindurchströmt und anschließend in vertikaler Richtung y durch den Austritt 18b aus dem Warmluftkanal 18 ausströmt. Die Eintritte 18a der Warmluftkanäle 18 sind mit den Luftleiteinrichtungen 17a ausgebildet, welche im Bereich der Eintritte 18a von der Oberseite 20 hervor ragen und die Breite der Öffnung des Eintritts 18a aufweisen. Die Luftleiteinrichtungen 17a sind in Strömungsrichtung der Warmluft konvex geformt, um das Einströmen der Luft in den Warmluftkanal 18 zu begünstigen und Druckverluste zu minimieren.
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Im Bereich der Kaltluftkanäle 19 sind die Oberseite 20 und die Unterseite 21 der Vorrichtung 15 verschlossen. Die Kaltluftkanäle 19 erstrecken sich von der Vorderseite 22 zur Rückseite 23 der Vorrichtung 15, wobei jeder Kaltluftkanal 19 einen Eintritt 19a und einen Austritt 19b aufweist. Die Eintritte 19a sind dabei an der Vorderseite 22 und die Austritte 19b an der Rückseite 23 der Vorrichtung 15 ausgebildet. Die Eintritte 19a und die Austritte 19b sind jeweils in horizontaler Richtung x weisend angeordnet, sodass die Luft durch den Eintritt 19a im Wesentlichen in horizontaler Richtung x in den Kaltluftkanal 19 einströmt, durch den in horizontaler Richtung x ausgerichteten Kaltluftkanal 19 hindurchströmt und anschließend in horizontaler Richtung x durch den Austritt 19b aus dem Kaltluftkanal 19 ausströmt. Da die Austritte 19b der Kaltluftkanäle 19 am Übergang von der Oberseite 20 und der Rückseite 23 ausgebildet sind, weist der aus den Kaltluftkanälen 19 ausströmende Luftmassenstrom auch eine in vertikaler Richtung y ausgerichtete Komponente der Strömung auf. Die Eintritte 19a der Kaltluftkanäle 19 sind mit einer Luftleiteinrichtung 17b ausgebildet, welche im Bereich der Eintritte 19a, am Übergang zwischen der Vorderseite 22 und der Oberseite 20, von der Oberseite 20 hervorragt und sich über die gesamte Tiefe der Vorrichtung 15 erstreckt. Die Luftleiteinrichtung 17b ist im Bereich der Öffnungen der Eintritte 19a in Strömungsrichtung der Kaltluft konvex geformt, um das Einströmen der Luft in die Kaltluftkanäle 19 zu begünstigen und Druckverluste zu minimieren. In den Bereichen der Warmluftkanäle 18, welche an der Vorderseite 22 verschlossen sind, ist die Luftleiteinrichtung 17b konkav geformt, um den Luftmassenstrom an der Vorderseite 22 entlang in den Luftauslass 3c zu leiten.
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4 zeigt die Vorrichtung 15' zum Leiten von Luft mit drei integrierten Luftkanälen 18, 19, das heißt mit zwei integrierten Warmluftkanälen 18, einem integrierten Kaltluftkanal 19, sowie einem vorgelagerten starren Einlaufkanal 24. Die Vorrichtung 15' unterscheidet sich von der Vorrichtung 15 aus 3 in der Ausbildung der Anzahl der Luftkanäle 18, 19. Da die Vorrichtungen 15, 15' ansonsten sehr ähnlich ausgebildet sind, wird an dieser Stelle auf die Ausführungen zur Vorrichtung 15 aus 3 verwiesen. Der Kaltluftkanal 19 ist zwischen den beiden Warmluftkanälen 18 angeordnet.
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Die Vorrichtung 15' ist zudem mit einem starr, statisch beziehungsweise fest angeordneten Schichtungskanal kombinierbar. Der Schichtungskanal ist dabei als Einlaufkanal 24 für den Kaltluftmassenstrom ausgebildet. Mit Hilfe der Kombination aus dem Einlaufkanal und der Vorrichtung 15' zum Leiten von Luft lässt sich beispielsweise der maximale Luftdurchsatz des Kaltluftkanals 19 erhöhen und ein ungewolltes Mischen der durch den Kaltluftpfad 6 und den Warmluftpfad 7 geleiteten Teilluftmassenströme in der Mischkammer 8 im Bereich der Vorrichtung 15' verhindern.
Durch das Verschieben der Vorrichtung 15' in Richtung 16 wird der Einlaufkanal 24 zumindest teilweise in die Vorrichtung 15', insbesondere den Kaltuftkanal 19, hinein verbracht beziehungsweise integriert oder aus der Vorrichtung 15' entfernt. Die Vorrichtung 15' wird dabei mit dem Kaltluftkanal 19 über den Einlaufkanal 24 geschoben oder von dem Einlaufkanal 24 weg bewegt. Die Strömungsquerschnitte des Einlaufkanals 24 und des Kaltluftkanals 19 sind geometrisch ähnlich und weisen die gleiche Form auf, wobei der Strömungsquerschnitt und damit die Außenabmessungen des Einlaufkanals 24 etwas geringer sind als der Strömungsquerschnitt und damit die Außenabmessungen des Kaltluftkanals 19.
Der Einlaufkanal 24 ist ebenso mit der Vorrichtung 15 aus 3 kombinierbar. Zudem können weitere derartige Schichtungskanäle ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Klimatisierungssystem
- 2
- Gehäuse
- 3a, 3b, 3c
- Luftauslass
- 4
- Verdampfer
- 5
- Heizwärmeübertrager
- 6
- erster Strömungspfad Kaltluftpfad
- 7
- zweiter Strömungspfad Warmluftpfad
- 8
- Mischkammer
- 9
- Temperaturklappe
- 10
- Strömungsrichtung der Luft
- 11
- Strömungsrichtung der Luft in Wamluftpfad 7
- 11a
- Strömungsrichtung der Luft aus dem Warmluftpfad 7
- 11 b
- Strömungsrichtung der Luft durch die Vorrichtung 15, 15'
- 12
- Strömungsrichtung der Luft durch Kaltluftpfad 6
- 13
- Luftklappe
- 14
- Schichtungskanal
- 15, 15'
- Vorrichtung zum Leiten von Luft
- 16
- Richtung des Verschiebens der Vorrichtung 15, 15'
- 17a, 17b
- Luftleiteinrichtung
- 18
- erster Luftkanal, Warmluftkanal
- 18a
- Eintritt Warmluftkanal 18
- 18b
- Austritt Warm luftkanal 18
- 19
- zweiter Luftkanal, Kaltluftkanal
- 19a
- Eintritt Kaltluftkanal 19
- 19b
- Austritt Kaltluftkanal 19
- 20
- Oberseite der Vorrichtung 15, 15'
- 21
- Unterseite der Vorrichtung 15, 15'
- 22
- Vorderseite der Vorrichtung 15, 15'
- 23
- Rückseite der Vorrichtung 15, 15'
- 24
- Einlaufkanal
- x
- horizontale Richtung
- y
- vertikale Richtung
- z
- Tiefenrichtung
