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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine derartige Vorrichtung zur Klimatisierung eines solchen Fahrgastinnenraums sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Eine zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs vorgesehene Vorrichtung (Klimaanlage) dient der Veränderung der Temperatur im Innenraum (Fahrgastinnenraum oder Fahrzeuginnenraum) des Kraftfahrzeugs. Zum Regulieren der Temperatur des Fahrgastinnenraums wird diesem Luft zugeführt, welche vorab in geeigneter Weise temperiert wurde. Für die Kühlung der in den Fahrgastinnenraum ausströmenden Luft weist die Vorrichtung eine Kühleinheit (Verdampfer) auf, welcher an einen Kältemittelkreislauf der Vorrichtung angeschlossen ist.
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Dazu wird Luft aus der Umgebung (Umgebungsluft) des Kraftfahrzeuges entnommen und dem Verdampfer zugeführt, wobei die Umgebungsluft thermische Energie an den Verdampfer abgibt. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Umgebungsluft am Verdampfer auf 4°C abgekühlt wird. Die derart temperierte Luft wird über einen Luftkanal zu einem Auslass geleitet, welcher in den Fahrgastinnenraum mündet. Der Luftkanal weist dabei einen Querschnitt auf, welcher bei einer bestimmten oder gewünscht hohen Kühlleistung der Vorrichtung entsprechend groß ausgebildet ist. Dadurch soll eine schnelle Temperaturänderung des Fahrgastinnenraums bei gleichzeitig vom Insassen als nicht unangenehm empfundener Lautstärke der Vorrichtung ermöglicht werden.
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Unter Umgebungsluft wird von außerhalb des Fahrgastinnenraums entnommene oder alternativ oder zusätzlich dem Fahrgastinnenraum im Rahmen eines Umluftbetriebs entnommene Luft verstanden.
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Bei Kraftfahrzeugen wird der Fahrgastinnenraum häufig in mehrere Zonen oder Klimazonen unterteilt, welche in unterschiedlicher Weise klimatisiert werden sollen. Dementsprechend weist die Vorrichtung mehrere Luftkanäle und Auslässe auf, wobei die Auslässe an verschiedenen Stellen in den Fahrgastinnenraum münden und dort temperierte Luft ausströmen, um entsprechend mehrere Zonen unterschiedlicher Temperatur erzeugen zu können. Hierzu bilden die Luftkanäle ein mehr oder weniger umfangreich verzweigtes Kanalsystem (Kanalnetz), welches einen entsprechend großen Bauraum benötigt. Allerdings steht bei Kraftfahrzeugen typischerweise nur eingeschränkt Bauraum zur Verfügung, weswegen eine komplexe Luftverteilung zur Klimatisierung des Fahrgastinnenraums in Konkurrenz mit anderen Funktionen und Baugruppen des Kraftfahrzeugs steht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraumes eines Kraftahrzeugs anzugeben, wobei möglichst wenig Bauraum beansprucht wird und dabei eine möglichst flexible Klimatisierung des Fahrgastinnenraums ermöglicht ist. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraumes eines Kraftahrzeugs angegeben werden, welche zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für die Vorrichtung und umgekehrt.
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Das Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Klimatisierung ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Das Verfahren dient zur Klimatisierung eines Innenraums (Fahrgastinnenraum) des Kraftfahrzeugs, in welchem sich (Insassen) Personen aufhalten. Dazu wird der Umgebung des Kraftfahrzeuges Luft (Umgebungsluft und/oder Umluft aus dem Fahrzeuginnenraum) entnommen. Die Umgebungsluft wird mittels eines Einlasses angesaugt und einem Luftentfeuchter zugeführt. Die Umgebungsluft wird mittels des Luftentfeuchters entfeuchtet (getrocknet), d. h. der in der Umgebungsluft enthaltene Wasseranteil wird mittels des Luftentfeuchters vorteilhaft reduziert. Die mittels des Luftentfeuchters entfeuchte Luft (Trockenluft) wird anschließend einer Temperiereinheit zugeführt.
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Die Trockenluft wird mittels der Temperiereinheit bedarfsweise temperiert. Unter einer bedarfsweisen Temperierung der Trockenluft wird dabei verstanden, dass die entfeuchtete Luft mittels der Temperiereinheit abhängig von einer konkreten Klimatisierungsanforderung gekühlt oder erwärmt wird. Die temperierte Luft (Temperierluft) wird über einen Luftkanal zu einem Auslass, welcher in den Fahrgastinnenraum mündet, geleitet und anschließend in den Fahrgastinnenraum ausgeströmt.
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Bei der Kühlung der entfeuchteten Luft mittels der Temperiereinheit wird in zweckmäßiger Ausgestaltung die entfeuchtete Luft auf eine Temperatur niedriger dem Gefrierpunkt von Wasser gekühlt.
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Besonders vorteilhaft ist durch die Verwendung eines Luftentfeuchters die Vorrichtung besonders bauraumeffizient auslegbar oder ausgelegt. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass der Luftentfeuchter den Wasseranteil der Umgebungsluft derart reduziert, dass im Falle einer Kühlung des Fahrgastinnenraums bei der Abkühlung der getrockneten Luft mittels der Temperiereinheit eine Vereisung des in der Umgebungsluft enthaltenen Wassers an der Temperiereinheit vorteilhaft vermieden ist. Auf Grund dessen ist eine Abkühlung der Trockenluft auf eine Temperatur niedriger dem Gefrierpunkt von Wasser ermöglicht. Die temperierte Luft bietet auf Grund deren im Vergleich zu herkömmlichen Klimaanlagen geringeren Temperatur eine verbesserte Kühlung im Fahrgastinnenraum.
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Alternativ ist bei gleicher Kühlleistung der Vorrichtung der Querschnitt der Luftkanäle gegenüber einer herkömmlichen Klimaanlage entsprechend verkleinert. Der Luftkanal einer herkömmlichen Klimaanlage wäre demnach in der Vorrichtung durch einen Luftkanal mit verkleinertem Querschnitt ersetzt. Der zur Leitung der temperierten Luft verwendete Luftkanal ist dann bauraumeffizienter ausgeführt. Dies ist besonders bei Kraftfahrzeugen von Bedeutung, da im eingesparten Bauraum vorteilhaft andere Bauteile oder Komponenten des Kraftfahrzeugs angeordnet werden können. Zusätzlich oder alternativ ermöglicht der Bauraumgewinn neue Konzepte für den Fahrgastinnenraum. So kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug ohne einen Mitteltunnel ausgeführt sein, da die Zuführung temperierter Luft für einen Fond des Kraftfahrzeugs nicht über einen Mitteltunnel erfolgen muss, sondern durch eine der Säulen (A-, B-, und/oder C-Säule) des Kraftfahrzeugs zu in einem Dachhimmel des Kraftfahrzeugs angeordneten Auslässen geleitet werden kann.
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In Folge des verkleinerten Querschnitts ist im Falle einer Heizung des Fahrgastinnenraums bei gleicher Heizleistung einer herkömmlichen Klimaanlage die Luft mittels der Temperiereinheit der Vorrichtung entsprechend stärker erwärmt als bei der herkömmlichen Klimaanlage.
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Zweckmäßiger Weise weist die Vorrichtung mehrere Luftkanäle auf, welche ein Netz, d.h. ein verzweigtes Luftkanalsystem zum Zuleiten der temperierten Luft an verschiedene Stellen des Fahrgastinnenraums ausbilden. Durch die Verwendung mehrerer Luftkanäle sind unterschiedliche Stellen des Fahrgastinnenraums vorteilhaft unterschiedlich klimatisierbar. Die entsprechend mehreren Auslässe sind an unterschiedlichen Stellen im Fahrgastinnenraum positioniert und ermöglichen auf diese Weise die Erzeugung von Zonen unterschiedlicher Temperatur, d.h. eines komplexen, räumlich variierenden Klimatisierungsprofils.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der temperierten Luft der Temperiereinheit am auslassseitigen Ende des Luftkanals weitere Luft, nachfolgen als Mischluft bezeichnet, beigemischt. Bei der Mischluft handelt es sich insbesondere um Innenraumluft (Umluft) des Fahrzeugs, jedoch ist es beispielsweise auch denkbar, dass der temperierten Luft alternativ oder zusätzlich Luft aus einem Frischluftbehältnis beigemischt wird. Die gemischte Luft (Auslassluft) wird anschließend über den Auslass in den Fahrgastinnenraum ausgeströmt. Durch das Mischen der Temperierluft mit der Mischluft am auslassseitigen Ende des Luftkanals ist sichergestellt, dass die beispielsweise auf unter den Gefrierpunkt gekühlte Luft durch den Luftkanal mit reduziertem Querschnitt im Kraftfahrzeug geführt werden kann oder geführt ist, und dass die Temperatur der Auslassluft bei der Klimatisierung von den Insassen als angenehm empfunden wird.
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Die für die Durchführung des Verfahrens zur Klimatisierung des Fahrgastinnenraums des Kraftfahrzeugs geeignete Vorrichtung weist den Einlass zur Zuführung von Umgebungsluft an den Entfeuchter zur Entfeuchtung der zugeführten Umgebungsluft auf. Des Weiteren ist bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft in der Vorrichtung stromab des Entfeuchters die Temperiereinheit zur bedarfsweisen Erwärmung oder Kühlung der entfeuchteten Luft geschaltet sowie stromab dessen der fahrgastinnenraumseitige Auslass zum Ausströmen der temperierten Luft in den Fahrgastinnenraum vorgesehen.
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In einer geeigneten Ausführung weist der Luftentfeuchter mindestens einen Wärmetauscher zur Abscheidung von Luftfeuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf, d.h. mittels des Luftentfeuchters wird der in der Umgebungsluft enthaltene Wasseranteil reduziert. Dazu weist in einer denkbaren Weiterbildung der Luftentfeuchter mehrere Wärmetauscher auf, welche hintereinander geschaltet sind. Die Wärmetauscher sind insbesondere als Verdampfer ausgeführt. Geeigneter Weise sind diese so genannten kältemittelgestützten Verdampfer mit einen Kältemittelkreislauf der Vorrichtung gekoppelt, so dass kein zusätzlicher Kältemittelkreislauf notwendig ist. An den Verdampfern des Luftentfeuchters wird die zugeführte Umgebungsluft auf eine Temperatur über dem Gefrierpunkt von Wasser (vor-)gekühlt, so dass das in der Umgebungsluft enthaltene Wasser kondensiert und eine Vereisung des Wassers vermieden ist. Das kondensierte Wasser wird in ein Auffangbecken abgeschieden und anschließend über einen Ablauf abgeführt.
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In einer alternativen Ausführung weist der Luftentfeuchter einen chemischen Wasserabscheider zur Bindung von Luftfeuchtigkeit auf. Die Abscheidung beruht hierbei auf einem Sorptionsprozess zwischen einem sorbierenden Material (Sorbens, Sorbent, Sorptionsmittel) und einem anlagernden Material (Sorbat). Zur Abscheidung von Wasser sind Zeolithe als Sorbens besonders geeignet, die beispielsweise als eine Sorbensschüttung oder ein Zeolithbett in einer Kammer gelagert oder angeordnet sind. Die Umgebungsluft wird dem Luftentfeuchter zugeführt, wobei das in der Umgebungsluft enthaltene Wasser vom Zeolith absorbiert und somit von der Umgebungsluft abgeschieden wird. Geeigneter Weise erfolgt die Regeneration des chemischen Wasserabscheiders mittels Zuführen von Abwärme eines Kühlkreislaufs des Kraftfahrzeuges.
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Bei der Ausführung als Zeolith erfolgt die Regeneration beispielsweise durch eine Desorption des Wassers aus dem Zeolithbett mittels Zuführen einer Abwärme eines/des Fahrzeugmotors. Zusätzlich zur guten Umweltverträglichkeit bieten Zeolithe den Vorteil, dass sich diese vergleichsweise preiswert herstellen lassen, und dass bei diesen der Sorptionsvorgang lage- und erschütterungsunempfindlich ist, was insbesondere im Hinblick auf eine Anwendung im Kraftfahrzeug von Vorteil ist. Als geeignet werden hierbei insbesondere die Zeolithtypen 13X, Na-A, Mg-A, Ca-A, Na-X, Na-Y und H-Y angesehen, unter anderem deshalb, weil diese auch bei oftmaliger Reaktivierung keine Zersetzerscheinungen zeigen.
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In einer zweckmäßigen Ausführung ist der Luftentfeuchter aus einer Kombination mindestens eines kältemittelgestützten Verdampfers und mindestens eines chemischen Wasserabscheiders gebildet. Diese sind dabei sowohl im Fahrgastrauminneren als auch im Motorraum des Kraftfahrzeugs anordenbar oder angeordnet. In dieser Ausführung sind beispielsweise die chemischen Wasserabscheider im Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet, so dass zur Regeneration der chemischen Wasserabscheider die Wärmeenergie eines Kühlkreislaufs, insbesondere eines Motorkühlkreislaufs, genutzt wird. Dadurch weist der Luftentfeuchter einen verbesserten Wirkungsgrad auf.
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In einer zweckmäßigen Ausführung ist die Temperiereinheit zur bedarfsweisen Erwärmung oder Kühlung der Trockenluft als Wärmetauscher ausgebildet. Zur Kühlung der Trockenluft weist die Temperiereinheit dazu einen Verdampfer auf, welcher an den Kältemittelkreislauf der Vorrichtung angeschlossen ist. Die Trockenluft wird über den Verdampfer geleitet und steht dabei im thermischen Kontakt mit diesem. Das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs nimmt thermische Energie der zugeleiteten Luft auf und verdampft. Der derart übertragenen Energie entsprechend ist die Temperatur der Trockenluft folglich verringert. Der Ausführungsform des Verdampfers und des verwendeten Kältemittels entsprechend wird die Trockenluft dabei auf eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser abgekühlt, beispielsweise auf -10°C, - 30°C oder -50°C.
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Zur Erwärmung der Trockenluft weist die Temperiereinheit ein Heizelement auf. Beispielsweise ist das Heizelement als Heizwärmetauscher ausgeführt, welcher mit einem weiteren Wärmekreislauf, wie einem Heizkreislauf der Klimaanlage oder mit dem Motorkühlkreislauf des Kraftfahrzeugs, gekoppelt ist. Alternativ oder zusätzlich ist das Heizelement im Kontext eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges elektrisch betrieben. Die entfeuchtete Luft ist mittels des Heizelements beispielsweise auf 30°C, 40°C oder 70°C erwärmt.
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Das Heizelement ist dem Verdampfer der Temperiereinheit nachgeschaltet. Dabei wird je nach Klimatisierungsanforderung geeigneterweise die Temperiereinheit derart angesteuert, dass die der Temperiereinheit zugeführte Umgebungsluft entweder gekühlt oder geheizt wird.
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Der Verdampfer und das Heizelement sind für einen besonders effizienten Wärmeaustausch zweckmäßigerweise mit einer möglichst großen Oberfläche ausgeführt, beispielsweise in Form eines gerippten Lamellenwärmetauschers.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem Auslass und der Temperiereinheit eine Mischkammer vorgesehen. Die Mischkammer ist dabei bevorzugt am fahrgastinnenraumseitigen Ende des Luftkanals angeordnet. In der Mischkammer wird die Temperierluft mit der Mischluft vermischt. Beispielsweise ist die Menge der zugeführten Mischluft mittels einer Klappe oder eines Ventils an einem Mischkammereinlass gesteuert oder geregelt. Insbesondere handelt es sich bei der Mischluft um Luft aus dem Fahrgastinnenraum. In Folge der Zuführung von Mischluft ist die von der Temperiereinheit gekühlte oder erwärmte Luft zu einer (Auslass-)Luft mit einer von den Insassen als angenehm empfundenen Temperatur vermischt und wird über den Auslass in den Fahrgastinnenraum ausgeströmt.
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In einer zweckmäßigen Ausbildung ist die Mischkammer als eine Wirbelkammer mit einem auslassseitig angeordneten Strömungsgleichrichter ausgeführt. Die Wirbelkammer weist dabei Strukturen auf, welche die zugeführten, im Wesentlichen laminaren Luftströme der Mischluft und der Temperierluft derart verwirbeln, dass die beiden Luftströme eine turbulente Strömungsform aufweisen. Dadurch ist eine effiziente Vermischung der beiden Luftströme ermöglicht.
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Der Strömungsgleichrichter weist Strukturen zur Laminarisierung der turbulenten Strömung der gemischten Auslassluft auf. Dadurch wird die Auslassluft vorteilhaft in laminarer Strömungsgasform über den Auslass in den Fahrgastinnenraum ausgeströmt, wobei diese Strömungsform von den Insassen als angenehm empfundenen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführung weist ein Kraftfahrzeug eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums in einer der oben beschriebenen Varianten auf. Vorzugsweise sind mehrere Luftkanäle mit jeweils zumindest einem Auslass im Kraftfahrzeug verbaut. Die Vorrichtung ist beispielsweise im Wesentlichen frontseitig im Kraftfahrzeug angeordnet. Alternativ ist Vorrichtung im Wesentlichen im Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet. Denkbarer ist auch eine heckseitig und frontseitig Anordnung der Vorrichtung. Die Luftkanäle erstrecken sich entsprechend zu den Auslässen, welche an diversen Stellen des Innenraums angeordnet sind. Geeignete Stellen sind beispielsweise in einem Fußraum, an einem Dachhimmel oder an einem Cockpit.
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Geeigneter Weise weist die Vorrichtung eine Steuereinheit (Steuereinrichtung) auf. Die Steuereinheit ist entweder eine separate Einheit der Vorrichtung oder alternativ in eine übergeordnete Steuerung (Steuergerät) des Fahrzeugs integriert. Mittels der Steuereinheit wird die Vorrichtung entsprechend der Klimatisierungsanforderung, welche beispielsweise durch eine Einstellung eines Insassen oder auf Grund von Sensordaten gegeben ist, angesteuert. Insbesondere gibt die die Steuereinheit vor, ob die entfeuchtete Umgebungsluft mittels der Temperiereinheit gekühlt oder geheizt wird. Beispielsweise wird ein Heizelement des Kraftfahrzeugs, sofern dieses elektrisch betrieben wird, an- oder ausgeschaltet. Alternativ wird ein Ventil eines weiteren Heizkreislaufs, an welchen das Heizelement gekoppelt ist, geöffnet, so dass thermische Energie vom Heizkreislauf an das Heizelement übertragen wird.
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Des Weiteren steuert die Steuereinheit das Zuleiten der Mischluft in die Mischkammer, um eine geeignet temperierte Auslassluft zu erzeugen. Maßgeblich für das Zuleiten der Mischluft ist dabei insbesondere eine Zieltemperatur für die Luft im Fahrgastinnenraum. Die Klimatisierung erfolgt dabei derart, dass auf Grund des Mischprozesses in der Mischkammer die Menge der ausgeströmten Auslassluft geeignet dossiert und/oder die Temperatur der Auslassluft geeignet temperiert ist.
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Die Steuereinheit weist beispielsweise einen (Micro-)Controller, einen „field programmable gate array“ (FPGA) oder einen „application specific integrated circuit“ (ASIC) auf. Von den Insassen bevorzugte Klimatisierungsprofile sind geeigneter Weise zusätzlich in einem Speicher der Steuereinheit hinterlegbar oder hinterlegt, so dass die jeweiligen Klimatisierungsprofile von den Insassen besonders einfach eingestellt werden können.
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Auf Grund der verkleinerten Luftkanalquerschnitte und des damit folgenden Bauraumgewinns sind neue Innenraumkonzepte sowie Klimatisierungs-konzepte ermöglicht. Die Luftkanäle sind beispielsweise in der A-, B- oder C-Säule des Kraftfahrzeugs verlegt. Eine Klimatisierungsanforderung, welche durch eine Person im Fahrgastinnenraum manuell über ein Schaltelement oder automatisch durch die Steuereinheit, beispielsweise auf Grund von Sensordaten, gegeben ist, kann dann mittels eines von der Person als angenehm empfundenen Klimatisierungsprofils bedient werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in Draufsicht schematisch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums, und
- 2 ein Funktionsdiagramm der Vorrichtung mit einem Einlass und einem Luftentfeuchter sowie mit einer Temperiereinheit und einer Mischkammer.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Vorrichtung 4 zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums 6 des Kraftfahrzeugs 2 gezeigt. Teile der Vorrichtung 4 sind in der 2 näher dargestellt. Die Vorrichtung 4 weist mehrere Luftkanäle 8 auf, wobei an den Luftkanälen 8 endseitig im Fahrgastinnenraum 6 mehrere Auslässe 10 angeordnet sind, welche im Fahrgastinnenraum 6 verteilt angeordnet sind. Über die Auslässe 10 wird eine Auslassluft A in den Fahrgastinnenraum 6 ausgeströmt, um diesen zu klimatisieren.
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Hierzu wird Umgebungsluft U mittels der Vorrichtung 4 aus der Umgebung von Außerhalb des Kraftfahrzeugs 2 und/oder aus dem Fahrgastinnenraum 6 entnommen und mittels der Vorrichtung 4 entfeuchtet. Auf Grund der Entfeuchtung der Umgebungsluft U ist es möglich, die entfeuchtete Luft T derart zu temperieren, dass diese auf eine Temperatur niedriger dem Gefrierpunkt von Wasser gekühlt wird. Dadurch ist es möglich, zur Zuleitung einer temperierten Luft G zu den fahrgastinnenraumseitigen Auslässen 10 einen reduzierten Leitungsquerschnitt zu verwenden. Entsprechend weisen die Luftkanäle 8 einen gegenüber den Luftkanälen- oder Schächten herkömmlicher Klimaanlagen (Klimavorrichtungen) reduzierten Strömungsquerschnitt auf. Dadurch beanspruchen die Luftkanäle 8 weniger Bauraum im Kraftfahrzeug 2 und können auch dort in Bauteilen verlegt werden, welche wenig Bauraum zur Verfügung stellen, wie beispielsweise eine A-Säule des Kraftfahrzeugs 2.
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Insbesondere sind In 1 Auslässe 10 und Luftkanäle 8 im Dachhimmel des Kraftfahrzeugs 2 verlegt. Insgesamt steht durch den verringerten Bauraumbedarf der Vorrichtung 4 vergleichsweise mehr Bauraum für andere Funktionen zur Verfügung.
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Die konkrete Verschaltung der Vorrichtung 4 ist in 2 schematisiert dargestellt. Mittels eines Einlasses 12 wird aus der Umgebung die Umgebungsluft U angesaugt und einem Luftentfeuchter 14 zugeführt sowie von diesem entfeuchtet (getrocknet), d.h. der Luftentfeuchter 14 reduziert den in der Umgebungsluft U enthaltenen Wasseranteil. Dazu weist der Luftentfeuchter 14 mindestens einen chemischen Wasserabscheider 16 zur Bindung von Luftfeuchtigkeit auf. Alternativ oder in Kombination weist der Luftentfeuchter 14 mindestens einen Wärmetauscher 18 auf, welcher der Abscheidung von Luftfeuchtigkeit dient. In der Ausführung der 2 weist der Luftentfeuchter jeweils einen Wärmetauscher 18 und einen chemischen Wasserabscheider 16 auf, wobei der Wärmetauscher 18 dem chemischen Wasserabscheider 16 nachgeschaltet ist.
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Die Entfeuchtung mittels des chemischen Wasserabscheiders 16 erfolgt durch einen Sorptionsprozess zwischen dem in der Umgebungsluft U enthaltenen Wasser und einem im Wasserabscheider 16 angeordneten Sorbens, wie beispielsweise Zeolith. Der chemische Wasserabscheider 16 ist dabei an einen nicht näher dargestellten Wärmekreislauf gekoppelt, mittels dessen die Regeneration des Sorbens realisiert ist. Der Wärmetauscher 18, der als Verdampfer ausgeführt ist, kühlt die Umgebungsluft U derart ab, dass das darin enthaltene Wasser kondensiert und abgeschieden wird. Dazu ist der Wärmetauscher 18 an einen nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf der Vorrichtung 4 angeschlossen.
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Die entfeuchtete (Trocken-)Luft T wird anschließend einer Temperiereinheit 20 zugeführt. Mittels der Temperiereinheit 20 wird die Trockenluft T bedarfsweise temperiert. Unter einer bedarfsweisen Temperierung der Trockenluft T wird dabei verstanden, dass die entfeuchtete Luft T mittels der Temperiereinheit 20 abhängig von einer konkreten Klimatisierungsanforderung gekühlt oder erwärmt wird. Hierzu sind in der Temperiereinheit 20 ein Verdampfer 22 und ein Heizelement 24 angeordnet, wobei das Heizelement 24 dem Verdampfer 22 nachgeschaltet ist.
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Der Verdampfer 22 der Temperiereinheit 20 ist an den nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf der Vorrichtung 4 angeschlossen. Zur Kühlung wird die entfeuchtete Luft T über den Verdampfer 22 geleitet, wobei die Luft T thermische Energie an ein im Kältemittelkreislauf enthaltenes Kältemittel abgibt. Auf diese Art und Weise wird die Trockenluft T auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser abgekühlt.
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Das Heizelement 24 ist als Wärmetauscher ausgeführt. Dieser kann mit einem weiteren, nicht dargestellten Wärmekreislauf des Kraftfahrzeugs gekoppelt oder mit einem Heizelement im Kontext eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges elektrisch betrieben sein.
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Der Einlass 12 und der Luftentfeuchter 14 sowie die Temperiereinheit 20 sind gemäß 1 frontseitig im Kraftfahrzeug 2 angeordnet. Jedoch können diese Komponenten der Vorrichtung 4 auch im Heck des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet sein.
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Vorteilhaft ist in dieser Ausführung mittels des Luftentfeuchters 14 der in der Umgebungsluft U enthaltene Wasseranteil reduziert, so dass eine Vereisung des Wassers am Verdampfer 22 der Temperiereinheit 20 vorteilhaft vermieden ist. Auf Grund der Kühlung der entfeuchteten Luft T unter den Gefrierpunkt von Wasser wird der entfeuchteten Luft T mehr Wärmeenergie entzogen als bei einer herkömmlichen Klimaanlage. In Folge dessen sind die Luftkanäle 8 der Vorrichtung 4 bei einer gleichen Kühlleistung des Fahrgastinnenraums 6 mittels der Vorrichtung 4 bzw. der herkömmlichen Klimaanlage mit verkleinertem Querschnitt ausführbar oder ausgeführt. Sofern der Fahrgastinnenraum 6 geheizt werden soll, wird die Trockenluft T mittels des Heizelements 24 der Temperiereinheit 20 auf eine entsprechend höhere Temperatur als bei einer herkömmlichen Klimaanlage erwärmt.
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Die derart temperierte Luft (Temperierluft) G wird über den Luftkanal 8 zu einer Mischkammer 26 zum Vermischen der temperierten Luft G und einer Mischluft M geführt. Dabei ist die Mischkammer 26 zwischen dem Auslass 10 und der Temperiereinheit 14 am fahrgastinnenraumseitigen Ende des Luftkanals 8 angeordnet (1). Zum Vermischen der Temperierluft G und der Mischluft M ist die Mischkammer 26 als eine Wirbelkammer 28 mit einem auslassseitig angeordneten Strömungsgleichrichter 30 ausgeführt. In der Wirbelkammer 28 werden die im Wesentlichen laminaren Luftströme der Temperierluft G und der Mischluft M verwirbelt. Dies bedeutet, dass in der Wirbelkammer 28 die beiden Luftströme, d.h. die Temperierluft G und die Mischluft M auf Grund nicht weiter dargestellter Strukturen turbulent werden, wodurch der Mischprozess vorteilhaft ermöglicht ist.
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Insbesondere ist die Mischluft M im Ausführungsbeispiel dem Fahrgastinnenraum 6 entnommene Luft. Die derart turbulente Strömung der gemischten Luft (Auslassluft) A ist über den Strömungsgleichrichter 30 geleitet, wodurch die turbulente Strömung in eine von einem Insassen als angenehm empfundene laminare Strömung gewandelt wird.
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Zur geeigneten Klimatisierung des Fahrgastinnenraums 6 weist die Vorrichtung 4 eine Steuereinheit S auf (1). Dabei wird mittels der Steuereinheit S ein Heizen oder ein Kühlen der entfeuchteten Umgebungsluft T mittels der Temperiereinheit 20 eingestellt. Des Weiteren steuert oder regelt die Steuereinheit S in geeigneter Weise die Zufuhr der Mischluft M in die Mischkammer, so dass nach dem Mischen der temperierten Luft G und der Mischluft M die Auslassluft A eine geeignete Temperatur aufweist und/oder die Menge der Auslassluft A geeignet dossiert ist, um der Klimatisierungsanforderung zu entsprechen.
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Die Auslassluft A wird anschließend zu den Auslässen 10 geführt und in den Fahrgastinnenraum 6 ausgeströmt. In der Ausführung der 2 sind beispielhaft jeweils zwei Luftkanäle 8, Mischkammern 26 und Auslässe 10 dargestellt. Wie in 1 jedoch gezeigt ist, weist ein Kraftfahrzeug geeigneter Weise mehrere Luftkanäle 8, Mischkammern 26 und Auslässe 10 auf, so dass ein komplexes Klimatisierungsprofil erstellt werden kann, welches vom Insassen als besonders angenehm empfunden wird.
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Zur Klimatisierung des Fahrgastinnenraums 6 des Kraftfahrzeugs 2 weist die Vorrichtung 4, wie in 2 gezeigt, den Einlass 12 zur Zuführung der Umgebungsluft U an den Luftentfeuchter 14 zur Entfeuchtung der zugeführten Luft U sowie die Temperiereinheit 20 zur bedarfsweisen Erwärmung oder Kühlung der entfeuchteten Luft T auf. Des Weiteren weist die Vorrichtung 4 die Mischkammer 26 zum Vermischen der temperierten Luft G mit der Mischluft M und Auslässe 10 zum Ausströmen der Auslassluft A in den Fahrgastinnenraum 6 auf.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Vorrichtung
- 6
- Fahrgastinnenraum
- 8
- Luftkanal
- 10
- Auslass
- 12
- Einlass
- 14
- Luftentfeuchter
- 16
- Chemischer Wasserabscheider
- 18
- Wärmetauscher
- 20
- Temperiereinheit
- 22
- Verdampfer
- 24
- Heizelement
- 26
- Mischkammer
- 28
- Wirbelkammer
- 30
- Strömungsgleichrichter
- A
- Auslassluft
- G
- Temperierluft
- M
- Mischluft
- T
- Trockenluft
- S
- Steuereinheit
- U
- Umgebungsluft
