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Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- - einen Kältemittelkreis mit einem Kompressor zum Verdichten des Kältemittels, einem dem Kompressor in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeschalteten Kältemittelkühler zum Abkühlen des verdichteten Kältemittels, einem dem Kältemittelkühler in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeschalteten Expansionsorgan zum Entspannen des abgekühlten Kältemittels und einem dem Expansionsorgan in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeschalteten Verdampfer zum Verdampfen des abgekühlten Kältemittels, wobei der Verdampfer als ein von einem in die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs einleitbaren Luftstrom durchströmbarer Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet ist,
- - einen Kühlmittelkreis mit einer Kühlmittelpumpe und einem als von dem Luftstrom durchströmbarer Luft/Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Heizwärmeübertrager, wobei der Kältemittelkreis und der Kühlmittelkreis mittels des als Kühlmittel/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Kältemittelkühlers gekoppelt sind
und wobei der Verdampfer und der Heizwärmeübertrager in einem gemeinsamen Kanalgehäuse angeordnet sind.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Klimamodul.
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Bei der Klimatisierung elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge besteht einerseits das Problem des Fehlens der bei konventionellen Kraftfahrzeugen als Wärmequellen nutzbaren Verbrennungskraftmaschine und andererseits das Problem der deutlichen Reichweitenverringerung bei ersatzweise elektrischer Klimatisierung. Es ist daher grundsätzlich erwünscht, möglichst effiziente, elektrisch betriebene Klimatisierungsvorrichtungen zur Verfügung zu stellen. In der vorgenannten, gattungsbildenden Druckschrift wird eine Klimatisierungsvorrichtung mit einem Kältemittelkreis und wenigstens einem Kühlmittelkreis offenbart. Der Kältemittelkreis umfasst in üblicher Weise einen Kompressor, einen Kältemittelkühler, der je nach Wahl des Kältemittels als Kondensator oder Gaskühler wirkt, ein Expansionsorgan und einen Verdampfer. Der Verdampfer ist als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet und kann von einem Luftstrom durchströmt werden, der in die Fahrgastzelle einleitbar ist. Die Temperierung dieses Luftstroms kann durch die Einstellung des Expansionsorgans beeinflusst werden. Bei der bekannten Vorrichtung wird der Luftstrom hinter dem Verdampfer durch einen Luft/Kühlmittel-Wärmeübertrager geleitet, der Bestandteil eines Kühlmittelkreises ist. Der Kühlmittelkreis und der Kältemittelkreis sind über den Kältemittelkühler gekoppelt, der zu diesem Zweck als Kühlmittel/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet ist. Er dient somit als primäre Wärmequelle des mittels einer Kühlmittelpumpe im Kühlmittelkreis umgepumpten Kühlmittels. Die Temperierung des Luftstroms kann somit auch durch die Einstellung der Pumpenaktivität beeinflusst werden. Es ist aus der genannten Druckschrift bekannt, die vom selben Luftstrom durchströmten Wärmeübertrager, d.h. den Verdampfer und den Heizwärmeübertrager, hintereinander in einem gemeinsamen, einen Luftkanal bildenden Kanalgehäuse anzuordnen.
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Zur Positionierung des Kanalgehäuses im Kraftfahrzeug macht die genannte Druckschrift keine Angabe. Wollte man das Kanalgehäuse im Motorraum platzieren, stieße man einerseits dort auf erhebliche Bauraumprobleme und würde zudem großflächige Öffnungen in der den Motorraum gegen die Fahrgastzelle abgrenzenden Stirnwand zur Durchführung der Luftleitkanäle in die Fahrgastzelle benötigen. Dies wäre aus Stabilitätsgründen inakzeptabel. Daher ist es grundsätzlich bekannt, das den Verdampfer enthaltende, sogenannte Klimagerät fahrgastzellenseitig der Stirnwand zu platzieren, insbesondere zwischen Stirnwand und Instrumententafel. Eine derartige Anordnung erfordert Stirnwanddurchbrüche für den Kältemittelvor- und -rücklauf sowie für den Kühlmittelvor- und -rücklauf, somit mindestens vier relativ großflächige Durchbrüche.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zur Verbesserung der Fahrzeugstabilität die Durchbruchsfläche durch die Stirnwand zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Kanalgehäuse Bestandteil eines fahrgastzellenseitig einer den Motorraum des Kraftfahrzeugs gegen dessen Fahrgastzelle abgrenzenden Stirnwand angeordneten Klimamoduls ist, welches weiter den Kältemittelkühler, das Expansionsorgan und die Kühlmittelpumpe umfasst.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Grundidee der Erfindung ist darin zu sehen, den gesamten Kühlmittelkreis nach fahrgastzellenseitig der Stirnwand zu verlegen. Dadurch entfällt jegliche Kühlmittelleitung durch die Stirnwand hindurch, sodass auf entsprechende Stirnwanddurchbrüche verzichtet werden kann. Möglich ist dies, weil der genannte Kühlmittelkreis ausschließlich im Kontext der Fahrgastzellen-Temperierung genutzt wird. Die Nutzung eines Kühlmittelkreises zur Fahrgastzellen-Temperierung hat im Vergleich zur Nutzung eines Kältemittelkreises den Vorteil, dass sich aufgrund der höheren Wärmekapazität von Kühlmittel im Vergleich zu Kältemittel eine geringere Temperaturschichtung im temperierten Luftstrom einstellt. Sofern auch eine Temperierung anderer Komponenten durch Kühlmittel beabsichtigt ist, wäre hierzu ein unabhängiger, zweiter Kühlmittelkreis vorzusehen. Andererseits kann (alternativ oder zusätzlich) der Kältemittelkreis, der zusätzlich zu den oben genannten auch weitere, motorraumseitig angeordnete Wärmeübertrager aufweisen kann, zur Temperierung solcher Komponenten genutzt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Verdampfer, wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, dem Heizwärmeübertrager in Strömungsrichtung des Luftstroms vorgeschaltet ist. Dies hat sich insbesondere im Kühlfall als vorteilhaft erwiesen, wenn der Heizwärmeübertrager als Gegenheizer zur fein abgestimmten Temperierung eines durch den Verdampfer auf ein sehr niedriges Temperaturniveau abgekühlten Luftstroms genutzt wird. Eine solche fein abgestimmte Gegenheizung ist insbesondere dann von komfortrelevanter Bedeutung, wenn, wie bevorzugt vorgesehen, der Heizwärmeübertrager eine Mehrzahl von kühlmittelseitig parallelgeschalteten Lateralabschnitten aufweist, deren Relativdurchströmung mittels eines oder mehrerer Steuerventile variierbar ist. Dadurch können unterschiedlich temperierbare Klimazonen in der Fahrgastzelle geschaffen werden. Je nach Einstellung des Steuerventils wird der eine oder der andere Lateralabschnitt stärker von erwärmten Kühlmittel durchströmt, sodass sein Heiz- bzw. Gegenheizeffekt entsprechend variierbar ist. Das bzw. die Steuerventile sind bevorzugt ebenfalls von dem Klimamodul umfasst.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlmittelkreis einen dem Kältemittelkühler in Strömungsrichtung des Kühlmittels nachgeschalteten elektrischen Kühlmittel-Zusatzheizer aufweist. Ein derartiger Zusatzheizer kann beispielsweise und bevorzugt als PTC-Element ausgebildet sein. Einerseits erhöht ein solcher elektrischer Zusatzheizer selbstverständlich den elektrischen Energieverbrauch im Kraftfahrzeug und senkt somit die Reichweite. Andererseits wird insbesondere an kalten Tagen eine schnelle Aufheizung des in die Fahrgastzelle eingeleiteten Luftstroms bei Fahrtbeginn als erheblicher Komfortgewinn wahrgenommen. Der Kühlmittel-Zusatzheizer ist vorzugsweise ebenfalls von dem Klimamodul umfasst.
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Günstigerweise sind der Kältemittelkühler, das Expansionsorgan, die Kühlmittelpumpe und, soweit vorhanden, das Steuerventil und/oder der Kühlmittel-Zusatzheizer außen an dem Kanalgehäuse fixiert. Dies stört nicht den modularen Charakter des erfindungsgemäßen Klimagerätes, hat jedoch den Vorteil, dass keine Einbußen am Querschnitt des Luftkanals hingenommen werden müssen. Selbstverständlich ist es möglich, das Klimagerät mit einer zusätzlichen Außenhülle zu versehen, die auch die vorgenannten, an das eigentliche Kanalgehäuse angeflanschten Zusatzkomponenten umgreift.
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Ein Klimamodul, wie beschrieben, wird als eigenständiger Erfindungsgegenstand angesehen.
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Der Fachmann wird erkennen, dass der Kühlmittelkreislauf als Tribut an die bauraumgünstige Modularität des erfindungsgemäßen Klimagerätes vergleichsweise klein, d.h. mit vergleichsweise geringem Kühlmittelvolumen ausgestaltet sein muss. Folglich ergeben sich, insbesondere im Kühlfall bei hohen Außentemperaturen, wenn also nach Möglichkeit keine Wärme mit dem Luftstrom in die Fahrgastzelle eingebracht werden soll und die Kühlmittelpumpe daher abgeschaltet wird, sehr hohe Kühlmitteltemperaturen, insbesondere im Bereich des Kältemittelkühlers. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass als Kühlmittel reines Glycol oder hochtemperarturfestes Thermoöl verwendet wird, um eine thermische Zersetzung des Kühlmittels zu verhindern. Dies gilt insbesondere, wenn, wie bevorzugt vorgesehen, als Kältemittel Kohlendioxid Einsatz findet, welches mit einer Gastemperatur von ca. 160°C vom Kompressor in den Kältemittelkühler einströmt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1 eine stark schematisierte Ansicht eines erfindungsgemäßen Klimamoduls in Blickrichtung auf den Luftkanalausgang sowie
- 2 eine stark schematisierte Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Klimamodul.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein erfindungsgemäßes Klimamodul 10, dargestellt in Blickrichtung auf dessen Luftkanalausgang. 2 zeigt das gleiche Klimamodul 10 im Längsschnitt, wobei die Darstellungen rein der Illustration der Zusammenhänge der beteiligten Komponenten dienen und keinen Anspruch auf konstruktive oder maßstäbliche Korrektheit erheben. Diese sollen nachfolgend gemeinsam diskutiert werden.
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Ein Kanalgehäuse 12 bildet die wesentliche Tragstruktur des Klimamoduls 10, die zugleich einen Luftkanal darstellt, durch welchen ein Luftstrom 14 in eine nicht dargestellte Fahrgastzelle geleitet werden kann. Innerhalb des Kanalgehäuses 12 sind zwei Wärmeübertrager-Ebenen hintereinandergeschaltet, nämlich eine lufteingangsseitige Ebene mit einem Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager 16 und eine luftausgangsseitige Ebene mit einem Luft/Kühlmittel-Wärmeübertrager 18. Der Luft/Kühlmittel-Wärmeübertrager 18 ist Bestandteil eines Kühlmittelkreises, dessen Leitungen in den 1 und 2 fett strichpunktiert dargestellt sind und der weiter eine Kühlmittelpumpe 20, einen elektrischen Zusatzheizer 22 sowie ein Steuerventil 24 umfasst. Mittels der Kühlmittelpumpe 20 lässt sich Kühlmittel, vorzugsweise reines Glycol, im Kühlkreis umwälzen. Mittels des elektrischen Zusatzheizers 22 ist das Kühlmittel elektrisch heizbar. Das Steuerventil 24 dient der variierbaren Verteilung von Kühlmittel auf zwei Lateralabschnitte 18a, 18b des Luft/Kühlmittelwärmeübertragers 18.
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Schließlich umfasst der Kühlmittelkreis auch die Kühlmittelseite eines Kühlmittel/Kältemittel-Wärmeübertragers 26, der zugleich Bestandteil eines nur teilweise von dem Klimamodul 10 umfassten Kältemittelkreises ist. Weiterer vom Klimamodul 10 umfasster Bestandteil des Kältemittelkreises ist der oben bereits erwähnte Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager 16. Dieser ist mit dem als Kältemittelkühler wirkenden Kühlmittel/Kältemittel-Wärmeübertragers 26 über ein Expansionsorgan 28 verbunden. Das Leitungssystem des Kältemittelkreises ist in den 1 und 2 fett durchgezogen dargestellt. Seine in 2 erkennbaren, offenen Enden bilden einen Kältemitteleingang und einen Kältemittelausgang.
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Man erkennt, dass der gesamte Kühlmittelkreis mit seinen sämtlichen Komponenten vom Klimamodul 10 umfasst ist. Daher existieren keine externen Kühlmittelanschlüsse, die bei einer fahrgastzellenseitigen Montage des Klimamoduls 10 eine Durchbrechung der Stirnwand zum Motorraum hin benötigen würden. Lediglich die Anschlüsse des nur teilweise vom Klimamodul 10 umfassten Kältemittelkreises bedürfen einer Kopplung mit externen Elementen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Komponenten Kühlmittelpumpe 20, elektrischer Zusatzheizer 22, Steuerventil 24 und Kühlmittel/Kältemittel-Wärmeübertrager 26 an der Außenwandung des Kanalgehäuses 12 fixiert. Nicht dargestellt ist ein durchaus denkbares Außengehäuse, welches besagte Komponenten auch außen umgreift.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist die konkrete Geometrie und konstruktive Anordnung der einzelnen Elemente an die Bauraumanforderungen im Einzelfall anzupassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Klimamodul
- 12
- Kanalgehäuse
- 14
- Luftstrom
- 16
- Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager
- 18
- Luft/Kühlmittel-Wärmeübertrager
- 18a, b
- Lateralabschnitte von 18
- 20
- Kühlmittelpumpe
- 22
- elektrischer Zusatzheizer
- 24
- Steuerventil
- 26
- Kühlmittel/Kältemittel-Wärmeübertrager
- 28
- Expansionsorgan
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014113526 A1 [0003]
