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Die Erfindung betrifft ein System
zum Heizen und Kühlen
eines Innenraums eines Fahrzeugs mit einem Heizungswärmetauscher,
der mit einem Heizungssystem des Fahrzeugs verbunden ist, einem Standklimawärmetauscher,
der mit Mitteln zum Abführen
von Wärme
verbunden ist, einem Gebläse zum
Fördern
von zu erwärmender
beziehungsweise zu kühlender
Luft durch den Heizungswärmetauscher
beziehungsweise durch den Standklimawärmetauscher und einem mit einem
Kältekreis
verbundenen Verdampfer.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
eine Vorrichtung zur Verwendung und ein Verfahren zur Durchführung in
beziehungsweise mit einem solchen System.
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Derartige Systeme, Vorrichtungen
und Verfahren sind gemäß dem Stand
der Technik bekannt.
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Die
DE 199 06 497 A1 offenbart ein gattungsgemäßes System,
bei dem in einem Verdampfer eines Kältekreises ein Kälteträger gekühlt wird. Dieser
Kälteträger kann über unterschiedliche
Führungen
einem Kältespeicher
oder direkt einem in einem Klimagerät angeordneten Standklimawärmetauscher
zugeführt
werden. Im Stand des Fahrzeugs kann der Kältespeicher dazu verwendet
werden, Wärme
aus dem Standklimawärmetauscher
abzuführen,
so dass eine Standklimatisierung stattfinden kann. In dem Klimagerät sind weiterhin
ein Gebläse und
ein Heizungswärmetauscher
vorgesehen. Von dem Gebläse
wird Luft durch den Standklimawärmetauscher
und nachfolgend durch den Heizungswärmetauscher gefördert. Ebenfalls
ist es möglich,
dass Luft, die durch den Standklimawärmetauscher gefördert wurde,
am Heizungswärmetauscher
vorbei und nachfolgend in den Fahrzeuginnenraum strömt.
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In einer früheren, unveröffentlichten
Patentanmeldung ist ein Klimagerät
beschrieben, bei dem ein mit einem Kältekreis verbundener Verdampfer
direkt in dem Klimagerät
angeordnet ist. Während
des Betriebs des. Kältekreises,
das heißt
insbesondere während
der Fahrt des Fahrzeugs, wird der Verdampfer von Luft durchströmt, so dass
durch aus dem Klimagerät
austretende Luft eine Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums erfolgen
kann. Weiterhin sind in diesem Klimagerät ein Heizungswärmetauscher
und ein Lufteintritt von einer Luftzusatzheizung vorgesehen, so
dass eine Erwärmung
des Fahrzeugsinnenraums sowohl im Stand als auch im Fahrbetrieb
erfolgen kann, wobei die Luftzusatzheizung als Zuheizgerät oder als
Standheizgerät
zum Einsatz kommen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Systeme,
Vorrichtungen und Verfahren so weiterzubilden, dass unterschiedliche Kühl- und
Heizbetriebsarten sowohl bei der Fahrt als auch im Stand des Fahrzeugs
mög 1ich
sind und wobei insbesondere ein besonders einfaches und einen zuverlässigen Betrieb
ermöglichendes
Konzept zur Verfügung
gestellt werden soll.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen System
dadurch auf, dass von dem Gebläse durch
den Verdampfer Luft gefördert
werden kann. Beim gattungsgemäßen System
ist in dem Klimagerät
lediglich ein Standklimawärmetauscher
vorgesehen, so dass, falls das Klimagerät auch während der Fahrt verwendet werden
soll, allein der Standklimawärmetauscher
für die
Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums verwendet wird. Um eine eventuell
erwünschte
zusätzliche
Klimatisierung während
der Fahrt bereitstellen zu können,
müssen
andere Maßnahmen
ergriffen werden, beispielsweise durch ein zusätzliches Gebläse, das
mit einem weiteren Wärmetauscher
oder einem weiteren Verdampfer zusammenwirkt. Auf der Grundlage
der vorliegenden Erfindung gelingt es nun, eine größere Anzahl
von Komponenten, die zum Heizen und Kühlen des Fahrzeuginnenraums
zum Einsatz kommen, in integrierter Form bereitzustellen. Ein Gebläse fördert zu
erwärmende
beziehungsweise zu kühlende
Luft sowohl durch einen Verdampfer, der vorzugsweise während der
Fahrt verwendet wird, als auch durch einen Standklimawärmetauscher.
Ebenfalls, wie auch beim Stand der Technik, wird dasselbe Gebläse verwendet,
um zu erwärmende
Luft durch einen Heizungswärmetauscher
zu fördern.
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Die Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise
dadurch weitergebildet, dass der Verdampfer in Strömungsrichtung der
von dem Gebläse
geförderten
Luft vor dem Standklimawärmetauscher
angeordnet ist. Eine solche Anordnung bietet sich an, da auf diese
Weise beispielsweise vermieden werden kann, dass im Heizbetrieb
die dem Heizungswärmetauscher
zugeführte
Luft zunächst
durch den Standklimawärmetauscher
gefördert
werden muss. Vielmehr ist möglich,
die aus dem Gebläse
austretende Luft durch den Verdampfer zu fördern und danach entweder durch
den Standklimawärmetauscher
oder durch den Heizungswärmetauscher.
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Aus ähnlichen Gründen ist es nützlich,
dass der Verdampfer in Strömungsrichtung
der von dem Gebläse
geförderten
Luft vor dem Heizungswärmetauscher
angeordnet ist. Dies ist weiterhin aus dem Grund vorteilhaft, da
so aus dem Heizungswärmetauscher
austretende Luft ohne weitere Umwege direkt einem Luftmischbereich
beziehungsweise den Luftaustrittsöffnungen zum Innenraum hin
zugeführt werden
kann.
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Das erfindungsgemäße System ist in besonders
vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der Verdampfer
eine erste Ebene definiert, die zu einer Lufteintrittsebene in dem
Verdampfer und einer hierzu im Wesentlichen parallelen Luftaustrittsebene aus
dem Verdampfer im Wesentlichen parallel ist, dass der Standklimawärmetauscher
eine zweite Ebene definiert, die zu einer Lufteintrittsebene in
dem Standklimawärmetauscher
und einer hierzu im Wesentlichen parallelen Luftaustrittsebene aus
dem Standklimawärmetauscher
im Wesentlichen parallel ist, und dass die erste Ebene und die zweite
Ebene nicht parallel sind, so dass aus dem Verdampfer ausgetretene
Luft ohne Durchtritt durch den Standklimawärmetauscher in den Heizungswärmetauscher
eintreten kann. Durch diese nicht parallele Anordnung von Verdampfer
und Standklimawärmetauscher
steht der in den Heizungswärmetauscher
eintretenden Luft ein Weg zur Verfügung, der den Standklimawärmetauscher
umgeht. Bei geeigneter Ein stellung von Luftführungsmitteln ist es somit
möglich,
Luft direkt nach dem Durchtritt durch den Verdampfer in den Heizungswärmetauscher
einströmen
zu lassen. Da es somit nicht erforderlich ist, dass die Luft vor
dem Eintritt in den Heizungswärmetauscher
durch den Standklimawärmetauscher
gefördert
wird, kann ein damit verbundener luftseitiger Druckverlust vermieden
werden. Letztlich kann also bei gegebener Gebläseleistung ein erhöhter Druck
im Ausblasbereich des Klimagerätes
zur Verfügung
gestellt werden.
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Es ist weiterhin von besonderem Vorteil, dass
in einem ersten Betriebszustand im Wesentlichen die gesamte aus
dem Verdampfer austretende Luft ohne Durchtritt durch den Standklimawärmetauscher
in den Heizungswärmetauscher
eintritt, so dass ein reiner Heizbetriebszustand vorliegt, dass
in einem zweiten Betriebszustand im Wesentlichen die gesamte aus
dem Verdampfer austretende Luft in den Standklimawärmetauscher
eintritt, so dass ein reiner Kühlbetriebszustand
vorliegt, und dass in einem dritten Betriebszustand ein erster Teil
der aus dem Verdampfer austretenden Luft ohne Durchtritt durch den
Standklimawärmetauscher
in den Heizungswärmetauscher
eintritt und ein zweiter Teil der aus dem Verdampfer austretenden
Luft in den Standklimawärmetauscher
eintritt, so dass ein Mischbetriebszustand vorliegt. Diese Betriebszustände werden
durch das entsprechende Einstellen von Führungsmitteln, das heißt insbesondere
von Klappen, realisiert. Insbesondere aufgrund der gewinkelten Anordnung
des Standklimawärmetauschers
zu dem Verdampfer ist es möglich,
bei geeigneter Einstellung dieser Klappen die Luft so zu führen, dass
sie ohne Durchtritt durch den Standklimawärmetauscher direkt in den Heizungswärmetauscher
eintreten kann. Im Mischbetrieb kann sich die Luft vor dem Durchtritt durch
entweder den Standklimawärmetauscher
oder den Heizungswärmetauscher
verzweigen, so dass auch hier mit geringem Druckverlust gearbeitet
werden kann.
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Das erfindungsgemäße System ist weiterhin dadurch
von besonderem Vorteil, dass eine Luftzusatzheizung vorgesehen ist,
so dass von der Luftzusatzheizung erwärmte Luft in einen Luftmischbereich eingebracht
werden kann, wo sie mit durch den Verdampfer und durch den Standklimawärmetauscher und/oder
den Heizungswärmetauscher
in den Luftmischbereich eingebrachter Luft vermischt werden kann.
Auf diese Weise können
weitere Betriebszustände
realisiert werden, sei es durch Verwendung der Luftzusatzheizung
als zusätzliche
Heizung während
der Fahrt oder durch Verwendung der Luftzusatzheizung als Standheizung.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders nützlich,
dass sich der von der Luftzusatzheizung erwärmte Luftstrom und der mit
dem von der Luftzusatzheizung erwärmten Luftstrom zu vermischende Luftstrom
in dem Luftmischbereich kreuzen. Hierdurch erfolgt einerseits eine
gute Vermischung der Luftströmungen,
andererseits können
Ausströmöffnungen,
die zum Beispiel vorwiegend von der Luftzusatzheizung beströmt werden
sollen, an Stellen angeordnet sein, die der Strömungsrichtung der Luft aus
der Luftzusatzheizung angepasst sind.
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Das erfindungsgemäße System ist weiterhin in
besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der Heizungswärmetauscher
und der Standklimawärmetauscher
im Wesentlichen baugleich sind. Durch diese Auslegung des Systems
im Sinne des Gleichteilekonzeptes können Aufwand und Kosten bei
der Herstellung, bei der Wartung und bei der Reparatur der Systeme
verringert werden.
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Die Erfindung besteht weiterhin in
einer Vorrichtung zur Verwendung in einem der vorstehend angegebenen
Systeme, wobei zumindest der Verdampfer, der Standklimawärmetauscher und
der Heizungswärmetauscher
in einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet sind. Durch das Bereitstellen einer solchen baulichen
Einheit können
die verschiedenen Funktionen in festgelegter Weise und damit definiert und
zuverlässig
aufeinander abgestimmt werden. Eine solche Einheit kann als Klimagerät, Klimabox, oder
auch als Frontbox bezeichnet werden. Die damit realisierte Kombination
aus Fahrzeugheizung und Klimaanlage ist auch als HVAC ("Heat Ventilation
Air Condition") bekannt, wobei die zusätzliche Standklimatisierungsfunktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung besonders nützlich
ist.
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Die Erfindung besteht weiterhin in
einem Verfahren zur Durchführung
mit einem der vorstehend beschriebenen Systeme beziehungsweise Vorrichtungen,
wobei dieses dadurch vorteilhaft ausgebildet ist, dass es einen
ersten Betriebszustand aufweist, bei dem im Wesentlichen die gesamte
aus dem Verdampfer austretende Luft ohne Durchtritt durch den Standklimawärmetauscher
in den Heizungswärmetauscher
eintritt, so dass ein reiner Heizbetriebszustand vorliegt, dass
es einen zweiten Betriebszustand aufweist, bei dem im Wesentlichen
die gesamte aus dem Verdampfer austretende Luft in den Standklimawärmetauscher
eintritt, so dass ein reiner Kühlbetriebszustand
vorliegt, und dass es einen dritten Betriebszustand aufweist, bei
dem ein erster Teil der aus dem Verdampfer austretenden Luft ohne Durchtritt
durch den Standklimawärmetauscher
in den Heizungswärmetauscher
eintritt und ein zweiter Teil der aus dem Verdampfer austretenden
Luft in den Standklimawärmetauscher
eintritt, so dass ein Mischbetriebszustand vorliegt. Auf diese Weise
werden die Besonderheiten und Vorzüge des erfindungsgemäßen Systems
beziehungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch im Rahmen
eines Heiz- beziehungsweise Klimatisierungsverfahrens umgesetzt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass es insbesondere aufgrund der geeigneten Anordnung
von Verdampfer, Standklimawärmetauscher und
Heizungswärmetauscher
innerhalb eines Gehäuses
möglich
ist, unter geringem luftseitigen Druckverlust zuverlässig arbeitende
Klimatisierungs- und Heizbetriebszustände zu realisieren. Dabei ist
es von besonderem Vorteil, wenn der Verdampfer vor dem Heizungswärmetauscher
beziehungsweise dem Standklimawärmetauscher
angeordnet ist. Vor allem ist es nützlich, wenn der Standklimawärmetauscher in
einem Winkel zum Verdampfer angeordnet ist, so dass ohne luftseitigen
Druckverlust ein Eintritt von aus dem Verdampfer ausgetretener Luft
direkt in den Heizungswärmetauscher
möglich
wird.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen
beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
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2 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Erläuterung
eines ersten Betriebszustandes;
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3 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Erläuterung
eines zweiten Betriebszustandes;
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4 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Erläuterung
eines dritten Betriebszustandes; und
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5 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Erläuterung
eines weiteren Betriebszustandes.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems.
In einem Gehäuse 50 sind
ein Verdampfer 16, ein Standklimawärmetauscher 12 und
ein Heizungswärmetauscher 10 angeordnet.
Das Gehäuse 50 umfasst
einen ersten Lufteintritt 40 und einen zweiten Lufteintritt 34.
Weiterhin sind Luftaustrittsöffnungen
vorgesehen: eine Luftaustrittsöffnung 26,
die einen zentralen beziehungsweise seitlichen Bereich im Fahrzeuginnenraum
mit gekühlter
beziehungsweise erwärmter
Luft versorgt, ein Luftaustritt 28 für den Fußraum und ein Luftaustritt 30,
der den Bereich der Windschutzscheibe versorgt, beispielsweise zum
Defrosten. Außerhalb
des Gehäuses 50 ist
ein Gebläse 14 angeordnet,
das Luft durch den Lufteintritt 40 in das Gehäuse 50 fördert. Die
Luft wird durch einen Lufteintritt 22 angesaugt, wobei
die Luft vor dem Eintritt in das Gebläse 14 durch einen
Luftfilter 24 strömt.
Weiterhin ist eine Luftzusatzheizung 18 vorgesehen, der über einen
Lufteintritt 32 und einen Luftkanal 36 zu erwärmende Luft
zugeführt
werden kann. Die erwärmte Luft
kann aus der Luftzusatzheizung 18 über einen Luftkanal 38 und
einen Lufteintritt 34 in das Gehäuse 50 einströmen. In
dem Gehäuse 50 ist
ein Luftmischbereich 20 vorgesehen, in dem sich Luftströmungen aus
den Wärmetauschern 10, 12 und
aus dem Lufteintritt 34 der Luftzusatzheizung vermischen
können.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Erläuterung
eines ersten Betriebszustandes. Hier ist ein reiner Heizbetriebszustand
dargestellt, bei dem eine Luftströmung durch den Heizungswärmetauscher 10 durch
einen Pfeil gezeigt ist. Dieser Betriebszustand ist dadurch besonders
vorteilhaft, dass die Luft unmittelbar nach dem Austritt aus dem
Verdampfer 16 in den Heizungswärmetauscher 10 eintreten
kann, ohne vorher durch den Standklimawärmetauscher 12 hindurchzutreten.
Dies gelingt insbesondere dadurch, dass die Hauptebenen von Verdampfer 16 und Standklimawärmetauscher 12 nicht
parallel sind, das heißt
einen Winkel miteinander bilden. Hierdurch kann die Luft bei geeigneter
Einstellung von Führungselementen
nach dem Austritt aus dem Verdampfer 16 um den unteren
Bereich des Standklimawärmetauschers 12 strömen und
so direkt in den Heizungswärmetauscher 10 eintreten.
Die erwärmte
Luft tritt daher ohne durch den Standklimawärmetauscher 12 verursachten
Druckverlust aus dem Heizungswärmetauscher 10 aus
und erreicht den Luftmischbereich 20 des Gehäuses 50.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Erläuterung
eines zweiten Betriebszustandes. Es ist ein reiner Kühlbetriebszustand
gezeigt. Aus dem Verdampfer 16 austretende Luft tritt durch
den Standklimawärmetauscher 12 in
den Luftmischbereich 20 ein, was durch einen Pfeil dargestellt
ist. Dieser Kühlbetriebszustand
kann sowohl während
der Fahrt als auch im Stand des Fahrzeugs vorliegen. Während der
Fahrt wird die Kühlung
durch den Verdampfer 16 und eventuell zusätzlich durch
den Standklimawärmetauscher 12 vorgenommen,
während
im Stand der Standklimawärmetauscher 12 allein
operiert.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Erläuterung
eines dritten Betriebszustandes. Es ist ein Mischbetriebszustand
dargestellt, bei dem Luft sowohl durch den Heizungswärmetauscher 10 als
auch durch den Standklimawärmetauscher 12 strömt. Die
Luftströmungen
sind wiederum durch Pfeile gezeigt.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Erläuterung
eines weiteren Betriebszustandes. Bei diesem weiteren Betriebszustand
wird im Luftmischbereich 20 Luft aus der Zusatzheizung 18,
die aus dem Lufteintritt 34 in den Luftmischbereich 20 eintritt
mit Luft gemischt, die durch den Heizungswärmetauscher 10 in
den Luftmischbereich 20 eintritt.
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Die in der vorstehenden Beschreibung,
in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der
Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Heizungswärmetauscher
- 12
- Standklimawärmetauscher
- 14
- Gebläse
- 16
- Verdampfer
- 18
- Luftzusatzheizung
- 20
- Luftmischbereich
- 22
- Lufteintritt
- 24
- Luftfilter
- 26
- Luftaustritt
zentral/Seite
- 28
- Luftaustritt
Fuß
- 30
- Luftaustritt
Defrost
- 32
- Lufteintritt
Luftzusatzheizung
- 34
- Luftaustritt
(Luftzusatzheizung)
- 36
- Luftkanal
- 38
- Luftkanal
- 40
- Lufteintritt
(Gebläse)
- 50
- Gehäuse