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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden einer Eisbildung an einer Luftsperrvorrichtung, insbesondere an einer Kühlerjalousie oder einem Kühlerrollo eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Abtauvorgang eines in einem Fahrzeugraum angeordneten und außenseitig vereisten Wärmeübertragers eingeleitet und der außenseitig vereiste Wärmeübertrager erwärmt wird, wobei die in Fahrtrichtung vor dem Wärmeübertrager angeordnete Luftsperrvorrichtung in einen geschlossenen Zustand versetzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Anordnung.
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In der Elektromobilität werden Wärmepumpen zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums eingesetzt. Die zum Heizen benötigte Wärme wird der Außenluft entnommen, bei diesem Vorgang wird der mit der Außenluft gekoppelte Wärmeübertrager unter die Umgebungstemperatur gekühlt. Unterschreitet die Außenluft während der Abkühlung ihren Taupunkt, bildet sich Eis bzw. Reif auf der Oberfläche des Wärmeübertragers. Somit wird die Luft am Durchströmen des Wärmeübertragers gehindert, und ein effizienter Betrieb der Wärmepumpe ist nicht mehr gewährleistet. Um eine erneute Luftdurchströmung des Wärmeübertragers zu ermöglichen, sind Abtauzyklen des Wärmeübertragers notwendig, bei denen der Wärmeübertrager aufgeheizt wird. Hierdurch schmilzt das Eis bzw. der Reif, sodass eine Durchströmung des Wärmeübertragers wieder erfolgen kann.
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Die Vereisung verringert sowohl den Wärmedurchgang zwischen Luft und Kälte- bzw. Kühlmittel, als auch die Durchströmung des Wärmeübertragers mit Luft. Beide Effekte führen zu einer reduzierten Effizienz der Wärmepumpe, welche insbesondere bei Elektrofahrzeugen in einer reduzierten Reichweite resultiert.
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Bei einer Durchführung eines Abtauvorgangs des Wärmeübertragers muss der Luftstrom durch den Wärmeübertrager versperrt werden, da sonst die hohe Wärmeabgabe an die Luft erfolgen würde und der Wärmeübertrager verzögert und mit hohen Verlusten abgetaut werden kann. Das Versperren des Luftstroms erfolgt in der Regel durch das Schließen von Kühlerjalousien im Motorraum. Ein derartiges Verfahren wird in der
DE 10 2012 010 891 A1 beschrieben, die zusätzlich die Motorabwärme als Wärmequelle für den Abtauvorgang nutzt.
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Beim Abtauen des Wärmeübertragers entstehen Dampfschwaden. Treffen die Dampfschwaden auf die Kühlerjalousie oder andere Komponenten, wie beispielsweise Lüfter, besteht die Gefahr der Eisbildung an der Kühlerjalousie bzw. den Komponenten, wodurch der Betrieb des Kraftfahrzeugs eingeschränkt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vermeiden einer Eisbildung im Abtaubetrieb und eine Anordnung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Vermeiden einer Eisbildung an einer Luftsperrvorrichtung, insbesondere an einer Kühlerjalousie oder einem Kühlerrollo eines Kraftfahrzeugs, bereitgestellt.
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In einem Schritt wird ein Abtauvorgang eines in einem Fahrzeugraum angeordneten und außenseitig vereisten Wärmeübertragers eingeleitet und der außenseitig vereiste Wärmeübertrager erwärmt. Der Fahrzeugraum kann vorzugsweise ein Motorraum oder ein in einem vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordneter Raum sein. Der Wärmeübertrager ist beispielsweise als ein Umgebungswärmeübertrager ausgestaltet und entzieht einer Umgebungsluft Wärme. Durch diesen Vorgang kann die in der Umgebungsluft enthaltene Luftfeuchtigkeit bzw. Wasserdampf am Wärmeübertrager resublimieren bzw. desublimieren und eine Luftdurchströmung des Wärmeübertragers vermindern oder blockieren. Der Abtauvorgang dient somit zur Beseitigung der äußeren bzw. außenseitig gebildeten Vereisung des Wärmeübertragers.
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Die in Fahrtrichtung vor dem Wärmeübertrager angeordnete Luftsperrvorrichtung wird in einen geschlossenen Zustand versetzt, wobei mindestens ein Luftstrom durch die Luftsperrvorrichtung hindurch oder an der Luftsperrvorrichtung vorbei geleitet und quer zur Fahrtrichtung umgelenkt wird.
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Wird der Abtauvorgang an dem Wärmeübertrager durchgeführt und die Luftsperrvorrichtung verschlossen, kann durch die genannte Maßnahme ein kontrollierter Luftstrom parallel zum Wärmeübertrager eingestellt werden, sodass resultierender Dampf abtransportiert wird.
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Bevorzugterweise kann entstehender Dampf noch vor einem Kontakt mit der Luftsperrvorrichtung oder einer beliebigen Komponente im Fahrzeugraum abgeführt werden. Der erzeugte Luftstrom bildet somit eine Barriere gegen Dampf, durch welche eine Eisbildung an einer Kühlerjalousie oder einem Ventilator vermieden wird.
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Somit kann die Funktion der Luftsperrvorrichtung und/oder des Ventilators gewährleistet werden. Insbesondere kann ein Vereisen und ein unbeabsichtigter Verschluss der Luftsperrvorrichtung vermieden werden.
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Der Luftstrom kann in eine Querrichtung oder in eine Höhenrichtung relativ zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs abgelenkt werden. Eine derartige Querströmung entlang der Luftsperrvorrichtung kann den entstehenden Dampf entlang der Luftsperrvorrichtung über die Luft abführen und eine Dampfsperre bilden.
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Je nach Ausgestaltung kann der Luftstrom auch in Form von mehreren Teilströmen oder als ein aufgefächerter Strom ausgestaltet sein.
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Die Kondensation des Dampfs kann besonders effizient im Bereich der Luftsperrvorrichtung unterbunden werden, wenn der mindestens eine Luftstrom in einen Zwischenraum zwischen der Luftsperrvorrichtung und dem Wärmeübertrager geführt wird. Ein derartiger Luftstrom fungiert somit als flächig ausgeprägte Dampfbarriere zwischen der Luftsperrvorrichtung und dem Wärmeübertrager.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der mindestens eine Luftstrom durch mindestens einen in die Luftsperrvorrichtung eingebrachten Schlitz durch die Luftsperrvorrichtung hindurch geleitet und umgelenkt. Hierdurch kann der Luftstrom technisch besonders einfach eingestellt werden. Bevorzugterweise kann der Luftschlitz eine oder mehrere Ablenkflächen aufweisen, durch welche der Luftstrom in den Fahrzeugraum hineingelangen und gleichzeitig abgelenkt werden kann. Ein derartiger Schlitz kann beispielsweise durch ein Stanz-BiegeVerfahren hergestellt werden.
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Der Wärmeübertrager ist vorzugsweise zwischen der Luftsperrvorrichtung und mindestens einem Lüfter positioniert. Der Wärmeübertrager kann dabei besonders effizient durch Luftströmungen während des Abtauvorgangs isoliert werden, wenn der mindestens eine Luftstrom in einen ersten Zwischenraum zwischen der Luftsperrvorrichtung und dem Wärmeübertrager und/oder in einen zweiten Zwischenraum zwischen dem Lüfter und dem Wärmeübertrager geführt wird. Somit kann der Wärmeübertrager entlang seiner größten Flächen einseitig oder beidseitig umströmt werden, um eine Kondensation von entstehendem Dampf an benachbarten Komponenten innerhalb des Fahrzeugraums zu verhindern.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Luftsperrvorrichtung in einem geschlossenen Zustand kontinuierlich bewegt. Durch diese Maßnahme kann beispielsweise die Kühlerjalousie während des Abtauvorgangs derart betrieben werden, dass die Nachteile einer Eisbildung reduziert werden. Vor allem durch eine kontinuierliche Bewegung kann ein Festfrieren der Kühlerjalousie-Lamellen verhindert werden. Bevorzugterweise kann der maximale Öffnungsgrad beschränkt werden, so dass die Kühlerjalousie bis zu einem beispielhaften Wert von höchstens 20 % geöffnet wird und anschließend wieder verschlossen wird. Die regelmäßige Bewegung verhindert dabei ein Festfrieren, durch die Begrenzung des Öffnungswinkels wird der Luftstrom durch den Wärmeübertrager während des Abtauvorgangs minimiert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt. Die Anordnung weist einen Fahrzeugraum mit einem Wärmeübertrager und einer Luftsperrvorrichtung zum Öffnen oder Sperren einer Luftzufuhr aus einer Umgebung in den Fahrzeugraum auf. Erfindungsgemäß weist die in einen geschlossenen Zustand versetzte Luftsperrvorrichtung und/oder der Fahrzeugraum mindestens eine in Fahrtrichtung geöffnete Durchführung auf, wobei die mindestens eine Durchführung dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom aufzunehmen und innerhalb des Fahrzeugraums quer zur Fahrtrichtung umzulenken.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Anordnung bereitgestellt.
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Durch die Verwendung der mindestens einen Durchführung kann während des Abtauvorgangs ein Luftstrom in den Fahrzeugraum hineingeleitet und kontrolliert umgelenkt werden. Durch diese Maßnahme kann während des Abtauvorgangs entstehender Dampf abgeführt werden, sodass der Dampf nicht an dem Wärmeübertrager benachbarten Komponenten innerhalb des Fahrzeugraums kondensieren kann. Dabei kann der in den Fahrzeugraum hineingeleitete und umgelenkte Luftstrom als eine aktive Dampfbarriere fungieren.
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Die Durchführung kann permanent bzw. in einem beliebigen Zustand der Luftsperrvorrichtung oder ausschließlich in einem geschlossenen Zustand der Luftsperrvorrichtung ausgebildet sein.
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Der Luftstrom kann technisch besonders einfach in den Fahrzeugraum hineingeleitet werden, wenn die mindestens eine Durchführung in Form eines Schlitzes ausgestaltet ist, wobei der Schlitz eine Leitfläche zum Umlenken des Luftstroms in eine Querrichtung und/oder in eine Höhenrichtung aufweist. Die Leitfläche kann hierbei als ein gebogener Abschnitt der Luftsperrvorrichtung ausgestaltet sein, durch welche der Luftstrom eine Querkraft erfährt und als Folge seine Strömungsrichtung von entgegen der Fahrtrichtung in eine Querrichtung oder Höhenrichtung ändert.
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Bevorzugterweise entsteht eine Strömung parallel zur Luftsperrvorrichtung, die beispielsweise als eine Kühljalousie ausgebildet ist. Der Luftstrom bzw. die Strömung kann seitlich der Luftsperrvorrichtung oder ein einer beliebigen Position des Fahrzeugraums austreten. Hierfür kann ein Spalt vorgesehen sein, sodass der Luftstrom den Zwischenraum zwischen der Luftsperrvorrichtung und dem Wärmeübertrager verlassen kann.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Durchführung in Form von mindestens einem Lüftungskanal ausgestaltet. Bevorzugterweise weist der mindestens eine Lüftungskanal eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung auf, wobei die Auslassöffnung quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Alternativ zu der als Schlitz ausgestalteten Durchführung kann die Durchführung in Form eines Lüftungskanals bzw. eines Luftführungskanals ausgebildet sein. Eine derartige Durchführung ermöglicht eine präzise Umlenkung und Formung des Luftstroms. Insbesondere kann je nach Ausgestaltung des Lüftungskanals eine Aufteilung des Luftstroms in mehrere Teilluftströme erfolgen, durch welche mehrere Barrieren gegen entstehenden Dampf ausbildbar sind.
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Eine als Lüftungskanal ausgebildete Durchführung kann beispielsweise seitlich neben der Luftsperrvorrichtung positioniert sein. Innerhalb des Lüftungskanals wird der Luftstrom umgelenkt, wodurch eine Strömung parallel zur Luftsperrvorrichtung oder einer anderen Komponente, wie beispielsweise einem Ventilator erfolgt. An einer der Durchführung gegenüberliegenden Seite des Fahrzeugraums kann ebenfalls ein Luftauslass vorgesehen sein. Der Fahrzeugraum kann beispielsweise ein Motorraum sein.
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Der Luftstrom kann entstehenden Dampf des Wärmeübertragers besonders effektiv ableiten bzw. blockieren, wenn die mindestens eine Auslassöffnung an einem Zwischenraum zwischen der Luftsperrvorrichtung und dem Wärmeübertrager und/oder in einen zweiten Zwischenraum zwischen einem Lüfter und dem Wärmeübertrager mündet.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines als Motorraum ausgestalteten Fahrzeugraums,
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung mit einer Luftsperrvorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
- 3 eine Schnittdarstellung der Luftsperrvorrichtung aus 2,
- 4 eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung mit einer Luftsperrvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
- 5 eine Schnittdarstellung der Luftsperrvorrichtung aus 4, und
- 6 eine Schnittdarstellung einer Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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In 1 ist eine schematische Seitenansicht eines als Motorraum ausgestalteten Fahrzeugraums 10 eines Kraftfahrzeugs 100 dargestellt. Der Fahrzeugraum 10 weist einen Wärmeübertrager 20, eine Luftsperrvorrichtung 30 und einen Lüfter bzw. Ventilator 40 auf. Des Weiteren befindet sich auch ein beispielhafter Verbrennungsmotor 11 im Fahrzeugraum 10. Der Fahrzeugraum 10 wird durch eine Motorhaube 12 und einen Kühlergrill 13 des Kraftfahrzeugs 100 begrenzt.
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Die Luftsperrvorrichtung 30 dient zum Öffnen oder Sperren einer Luftzufuhr aus einer Umgebung in den Fahrzeugraum 10. Dabei kann die Luftsperrvorrichtung 30 in einen geschlossenen Zustand oder einen offenen Zustand versetzt werden. Je nach Ausgestaltung können auch stufenlose Zwischenschritte zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand der Luftsperrvorrichtung 30 eingestellt werden, um eine Luftzufuhr in den Fahrzeugraum 10 zu regulieren. Die Luftsperrvorrichtung 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Rollo bzw. eine Aufwickelrolle ausgestaltet.
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Entgegen einer Fahrtrichtung F kann die Luftzufuhr durch den Kühlergrill 13 des Kraftfahrzeugs 100 hindurch in den Fahrzeugraum 10 gelangen. Der zugeführten Luft wird Wärme durch den betriebenen Wärmeübertrager 20 entzogen, um beispielsweise eine Innenraumheizung umzusetzen. Hierdurch kann die kann eine außenseitige Vereisung des Wärmeübertragers 20 durch kondensierende und gefrierende Luftfeuchtigkeit und/oder Aerosole auftreten. Die Vereisung beeinträchtigt eine Luftdurchströmung des Wärmeübertragers 20 und senkt somit seine Effizienz. Zum Enteisen des außenseitig vereisten Wärmeübertragers 20 und zum Ermöglichen einer unbeeinträchtigten Luftdurchströmung kann ein Abtauvorgang eingeleitet werden. Hierdurch kann der Wärmeübertrager 20 erwärmt werden, wobei Dampf während des Abtauvorgangs entsteht und an den benachbarten Komponenten, wie beispielsweise auf der Luftsperrvorrichtung 30 oder dem Lüfter 40 kondensieren und zu weiteren Vereisungen führen kann. Durch diese sekundäre Vereisung kann die Funktionsfähigkeit der Luftsperrvorrichtung 30 und des Lüfters 40 beeinträchtigt werden.
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Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung 50 mit einer Luftsperrvorrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform. In der 3 ist eine Schnittdarstellung der Luftsperrvorrichtung 30 aus 2 gezeigt.
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Die Anordnung 50 weist insbesondere den Wärmeübertrager 20 und die Luftsperrvorrichtung 30 auf. Dabei weist die in einen geschlossenen Zustand versetzte Luftsperrvorrichtung 30 und/oder der Fahrzeugraum 10 mindestens eine in Fahrtrichtung F geöffnete Durchführung 60 auf. Die mindestens eine Durchführung 60 ist dazu eingerichtet, einen Luftstrom L aufzunehmen und innerhalb des Fahrzeugraums 10 quer zur Fahrtrichtung F umzulenken.
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Die Durchführung 60 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein seitlich in die Luftsperrvorrichtung 30 eingebrachter Schlitz ausgestaltet und weist eine Leitfläche 61 zum Umlenken des Luftstroms L auf. Die Leitfläche 61 ist beispielsweise durch einen Stanz-BiegeVorgang oder durch Spritzgießen in die Luftsperrvorrichtung 30 eingebracht.
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Der Luftstrom L wird in eine Querrichtung Q in einen Zwischenraum Z1 zwischen der Luftsperrvorrichtung 30 und dem Wärmeübertrager 20 umgelenkt. Dabei kann der Luftstrom L durch einen Luftauslass 62 den Zwischenraum Z1 verlassen. Da der Zwischenraum Z1 in Fahrtrichtung F zwischen dem Wärmeübertrager 20 und der Luftsperrvorrichtung 30 angeordnet ist, bildet der in Querrichtung Q strömende Luftstrom L eine Barriere zwischen dem Wärmeübertrager 20 und der Luftsperrvorrichtung 30.
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Die 4 veranschaulicht in einer schematischen Draufsicht eine Anordnung 50 mit einer Luftsperrvorrichtung 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In der 5 ist eine Schnittdarstellung der Luftsperrvorrichtung aus 4 gezeigt. Im Unterschied zur in 2 gezeigten Anordnung 50, weist hier die Anordnung 50 eine als ein Lüftungskanal 63 ausgestaltete Durchführung auf.
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Der Lüftungskanal 63 weist eine Einlassöffnung 64 und mindestens eine Auslassöffnung 65 auf, wobei die Auslassöffnung 65 quer zur Fahrtrichtung F ausgerichtet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mündet die Auslassöffnung 65 im Zwischenraum Z1.
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An einer dem Lüftungskanal 63 gegenüberliegenden Seite des Zwischenraums Z1 ist ein Luftauslass 62 vorgesehen.
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Die 6 zeigt eine Schnittdarstellung einer Anordnung 50 gemäß einer dritten Ausführungsform. Im Unterschied zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen ist hier eine als Lüftungskanal 63 ausgestaltete Durchführung vorgesehen, welche eine Einlassöffnung 64 und zwei Auslassöffnungen 65 aufweist. Die Auslassöffnungen 65 münden in Querrichtung Q in unterschiedlichen Zwischenräumen Z1, Z2.
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Ein erster Zwischenraum Z1 wird zwischen dem Wärmeübertrager 20 und der Luftsperrvorrichtung 30 ausgebildet. Ein zweiter Zwischenraum Z2 wird zwischen dem Lüfter 40 und dem Wärmeübertrager 20 ausgebildet. Der Lüftungskanal 63 kann den Luftstrom L in zwei Teilströme aufteilen und in die jeweiligen Zwischenräume Z1, Z2 umlenken, sodass der Wärmeübertrager 20 beidseitig umströmt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kraftfahrzeug
- 10
- Fahrzeugraum
- 11
- Verbrennungsmotor
- 12
- Motorhaube
- 13
- Kühlergrill
- 20
- Wärmeübertrager
- 30
- Luftsperrvorrichtung
- 40
- Lüfter
- 50
- Anordnung
- 60
- als Schlitz ausgestaltete Durchführung
- 61
- Leitfläche
- 62
- Luftauslass
- 63
- als Lüftungskanal ausgestaltete Durchführung
- 64
- Einlassöffnung des Lüftungskanals
- 65
- Auslassöffnung des Lüftungskanals
- F
- Fahrtrichtung
- H
- Höhenrichtung
- Q
- Querrichtung
- Z1
- Zwischenraum zwischen Wärmeübertrager und Luftsperrvorrichtung
- Z2
- Zwischenraum zwischen Wärmeübertrager und Lüfter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012010891 A1 [0004]
