DE19702643C1

DE19702643C1 - Wärmetauscher-Block zur Klimatisierung eines Fahrzeug-Innenraumes

Info

Publication number: DE19702643C1
Application number: DE19702643A
Authority: DE
Inventors: Helmut Scheid
Original assignee: Webasto Klimatechnik GmbH
Current assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Priority date: 1997-01-25
Filing date: 1997-01-25
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2017-01-26

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher-Block zur Klimatisierung eines Fahrzeug-Innenraumes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1

Bei einem beispielsweise aus der DE 29 08 830 A1 bekannten Wärmetauscher-Block, welcher an den Seitenwänden des Busses im Bodenbereich angeordnet ist, sind diesem abschnittsweise mehrere Gebläse zugeordnet, welche bereichsweise eine zwangsweise Durchströmung des Wärmetauschers mit zu klimatisierender Luft ermöglichen. Die zwischen den Gebläsen liegenden Bereiche des Wärmetauschers werden nicht zwangsweise durchströmt, fungieren somit lediglich als Konvektoren und reduzieren somit die übertragbare Wärme- bzw. Kälteleistung des Wärmetauscher-Blocks. Ferner ist eine gezielte Unterteilung des geförderten Luftstromes dort nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die übertragbare Wärme- bzw. Kälteleistung eines Wärmetauscherblocks zu verbessern und gleichzeitig eine flexible Luftführung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher-Block sieht mehrere, in Längsrichtung hintereinander angeordnete Abschnitte vor, zwischen denen jeweils ein Gebläse angeordnet ist. Dadurch wird gewährleistet, daß die zwischen den Gebläsen liegenden Abschnitte des Wärmetauschers auch vollständig vom Luftstrom beaufschlagt werden.

Es ist ferner vorgesehen, daß jeder Abschnitt durch wenigstens ein Luftleitblech in zwei getrennt durchströmbare Bereiche aufgeteilt ist. Durch diese Aufteilung wird die Voraussetzung dafür geschaffen, die Luftführung flexibel in den einzelnen Abschnitten zu gestalten, wobei durch abwechselnd gedrehten Einbau der Gebläse bereichsweise Luft von oben nach unten oder von unten nach oben geführt werden kann.

Eine maximale Flexibilität der Durchströmung des Wärmetauscher-Blocks ergibt sich dadurch, daß die Gebläse in ihrer Drehrichtung umsteuerbar sind. Hierdurch kann in einem Bereich eines Wärmetauscher-Abschnitts je nach Bedarf beispielsweise Luft von unten nach oben geführt werden, während im benachbarten Bereich desselben Abschnitts eine Durchströmung von oben nach unten stattfindet.

Um dem unterschiedlichen Wärme- bzw. Kältebedarf der Fahrgäste und den unterschiedlichsten klimatischen Verhältnissen Rechnung zu tragen, sind die Gebläse vorzugsweise in ihrer Leistung regelbar ausgelegt. Dadurch lassen sich einzelne, den Abschnitten zugeordnete Bereiche des Fahrzeug-Innenraumes unterschiedlich stark erwärmen bzw. abkühlen.

Die Gebläse sind vorzugsweise als Axialgebläse ausgebildet, deren Achse parallel oder koaxial zur Längserstreckung des Wärmetauscher-Blocks verläuft. Derartige Axialgebläse sind wesentlich kostengünstiger als die im Stand der Technik verwendeten Querstromgebläse.

Der von einem Wärmeträger durchströmte Wärmetauscher, der auch aus Wärmetauscher-Segmenten zusammengesetzt sein kann, ist vorzugsweise unterhalb der Gebläse angeordnet und erstreckt sich über die gesamte Länge des Wärmetauscher-Blocks. Bei einer Verwendung des Wärmetauscher-Blocks im bodennahen Bereich ergibt sich dadurch bei Verwendung im Heizbetrieb aufgrund des geringen Abstandes zum Fahrzeugboden eine sehr gute Heizwirkung.

Für die Luftführung erstreckt sich vorzugsweise ein Luftleitblech in jedem der Abschnitte von der Oberkante eines Gebläses diagonal zur Unterkante des benachbarten Gebläses. Durch eine derartige Anordnung wird eine optimale Durchströmung der Wärmetauscher und deren Beaufschlagung über die gesamte Länge gewährleistet.

Vorzugsweise erstreckt sich unterhalb des Wärmetauschers ein Luftführungskanal, der über seitliche Austrittsöffnungen mit dem Fahrzeug-Innenraum verbunden ist. Die seitlichen Austrittsöffnungen ermöglichen eine gezielte Erwärmung des Bodenbereichs bei niedrigen Außentemperaturen.

Bei einer derartigen Ausbildung des Wärmetauscher-Blocks mit einem unterhalb des Wärmetauschers befindlichen Luftführungskanal erstreckt sich vorzugsweise in jedem der Abschnitte des Wärmetauscher-Blocks ein weiteres Luftleitblech von der Unterkante eines Gebläses diagonal durch den Luftführungskanal zu einer etwa unterhalb des benachbarten Gebläses liegenden Stelle. Durch diese zusätzlichen unteren Luftleitbleche wird der Wärmetauscher sowohl an der Vor- als auch an der Rückseite optimal angeströmt. Durch diese zusätzlichen Luftleitbleche ist es möglich, einzelne Segmente des Wärmetaucher-Blocks wahlweise von unten nach oben oder von oben nach unten zu durchströmen.

Gemäß einer besonders komfortablen Variante ist vorgesehen, daß der Wärmetauscher aus einzelnen Abschnitten besteht, von denen jeder einzeln mit einem Wärmeträger unterschiedlicher Temperatur durchströmbar ist. Dadurch wird es ermöglicht, beispielsweise im Bodenbereich gleichzeitig über einen Abschnitt des Wärmetauschers den Füßen der Fahrgäste erwärmte Luft zuzuführen, während aus den benachbarten Abschnitten gleichzeitig weniger warme Luft über die Seitenwand des Fahrzeug-Innenraumes in den Seitenscheibenbereich hinein verteilt wird.

Schließlich ist es von Vorteil, wenn die Gebläse hinsichtlich ihrer Leistung und Drehrichtung und wenn die in der vorliegenden Anmeldung nicht dargestellten, jedoch aus der älteren Anmeldung DE 196 25 927 derselben Anmelderin bekannten Ventile zur Steuerung der Durchströmung der unterschiedlichen Wärmetauscher-Ab schnitte von einem gemeinsamen zentralen Steuergerät aus regelbar sind.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Omnibusses,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher-Block gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1 in einer ersten Durchströmungsvariante,

Fig. 3 den Wärmetauscher-Block gemäß Fig. 2 in einer zweiten Durchströmungs variante,

Fig. 4 den Wärmetauscher-Block gemäß Fig. 2 gemäß einer dritten Durch strömungsvariante und

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher-Block gemäß der Schnittlinie V-V in Fig. 4.

Der in Fig. 1 als Beispiel für ein Fahrzeug dargestellte Omnibus 1 weist einen im Heckbereich angeordneten Motor 2 und eine ebenfalls im Heckbereich angeordnete Kompakt-Klimaeinheit 3 auf.

Die Kompakt-Klimaeinheit 3 weist eine Klimaanlage mit einem primären Kältekreislauf und eine motorunabhängig betreibbare Heizeinrichtung (Standheizung) mit einem primären Heizkreislauf auf. Über ein von einer Seitenwand 5 des Omnibusses zugängliches Schwenkteil 4 der Kompakt-Klimaeinheit 3 ist diese zu Wartungszwecken leicht zugänglich.

Die Kompakt-Klimaeinheit 3 ist über Vorlaufleitungen 6 und Rücklaufleitungen 7, die voraussichtlich zu einem von den Primärkreisläufen der Kompakt-Klimaeinheit 3 unabhängigen Sekundär-Kreislauf gehören, mit Wärmetauschern im Fahrzeug-Innenraum verbunden, von welchen beispielhaft nur der auf der rechten Fahrzeugseite im Bodenbereich angeordnete Wärmetauscher-Block 8 dargestellt ist. Weitere Wärmetauscher-Blöcke befinden sich auf der anderen Fahrzeugseite sowie im Dachbereich des Omnibusses. Zusätzlich sind die Vor- und Rücklaufleitungen 6, 7 auch mit einer im Frontbereich des Omnibusses 1 angeordneten Frontbox 16 verbunden.

Der Wärmetauscher-Block 8 weist in Längsrichtung hintereinander liegend mehrere Abschnitte 18, 28, 38, 48 auf, die - wie die Fig. 2 bis 4 verdeutlichen - jeweils mittels eines Gebläses 17, 27, 37, 47 voneinander getrennt sind.

Die Gebläse 17, 27, 37, 47 sind als Axialgebläse ausgebildet, deren Achse sich in Längserstreckungsrichtung des Wärmetauscher-Blocks 8 erstreckt.

In vertikaler Richtung setzt sich der Wärmetauscher-Block von unten nach oben aus einem untenliegenden Luftführungskanal 9, dem darüber angeordneten, sich über die gesamte Länge des Wärmetauscher-Blocks 8 erstreckenden Wärmetauscher 10 und einem oberhalb desselben angeordneten Gehäuse 11 zusammen. Der Luftführungskanal 9 weist zumindestens auf seiner dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite Luftaustritts- bzw. -eintrittsöffnungen 20 auf. Das Gehäuse 11 weist vorzugsweise an seiner Oberseite ggfs. jedoch auch zusätzlich im Bereich der Seitenwände Luftein- bzw. -austrittsöffnungen 21 auf.

Die zwischen den Gebläsen 17, 27, 37, 47 liegenden Abschnitte 18, 28, 38, 48 des Wärmetauscher-Blocks 8 sind im Bereich des Gehäuses 11 durch in Längsrichtung diagonal angeordnete obere Luftleitbleche 12 in jeweils zwei getrennt durchströmbare Abschnitte unterteilt. Die Luftleitbleche 12 sind so angeordnet, daß sich beispielsweise deren Oberkante an die Oberkante des Gebläses 17 und deren Unterkante an die Unterkante des benachbarten Gebläses 27 usw. anschließt. Die oberen Luftleitbleche 12 weisen somit eine parallele Anordnung zueinander auf.

Im unteren Bereich des Wärmetauscher-Blocks 8 sind zusätzlich untere Luftleitbleche 13 vorgesehen, die ebenfalls diagonal in den einzelnen Abschnitten 18, 28, 38, 48 des Wärmetauscher-Blocks 8 derart verlaufen, daß sich beispielsweise die Oberkante eines ersten unteren Luftleitblechs 13 unterhalb des Gebläses 17 an die Unterkante des Wärmetauschers 10 anschließt und von diesem ausgehend in den Fig. 2 bis 4 nach rechts abfallend zu einer Stelle an der unteren Abdeckfläche des Luftführungskanals 9 verläuft, die unterhalb des benachbarten Gebläses 27 angeordnet ist. In gleicher Weise sind auch die benachbarten unteren Luftleitbleche 13 angeordnet, so daß diese ebenfalls zueinander eine parallele Ausrichtung aufweisen.

Durch die axial in Abständen angeordneten Gebläse 17, 27, 37, 47 mit den dazwischenliegenden Luftleitblechen 12 bzw. 13 wird insgesamt eine Durchströmung des Wärmetauschers 10 auf dessen gesamter Länge gewährleistet.

Wenn die Gebläse 17, 27, 37, 47, wie bevorzugt, als in ihrer Leistung regelbare Gebläse ausgebildet sind, so können einzelne Bereiche in den einzelnen Abschnitt 18, 28, 38, 48 unterschiedlich stark mit zu klimatisierender Luft durchströmt werden. Wenn die Gebläse 17, 27, 37, 47, wie bevorzugt, zusätzlich in ihrer Drehrichtung umsteuerbar sind, können die einzelnen Bereiche in den Abschnitten 18, 28, 38 48 zusätzlich sogar in unterschiedlicher Richtung durchströmt werden. Alternativ dazu können durch gedrehten Einbau Bereiche mit unterschiedlicher Durchströmung geschaffen werden.

Wenn zusätzlich dazu der Wärmetauscher 10 sich aus einzelnen, mit einem Wärmeträger unterschiedlicher Temperatur durchströmbaren Abschnitten 19, 29, 39, 49 (Fig. 3) aufteilt, so wird dadurch mit der Unterteilung in Abschnitte und Bereiche und in Verbindung mit der in ihrer Leistung regelbaren und in ihrer Drehrichtung umsteuerbaren Gebläsen eine große Variabilität hinsichtlich der Lufttemperatur und Luftströmungsrichtung erreicht, ohne daß hierzu irgendwelche separat anzusteuernden Klappen erforderliche wären.

Vielmehr werden die Gebläse 17, 27, 37, 47 hinsichtlich ihrer Leistung und Drehrichtung ebenso wie die bei einer Unterteilung des Wärmetauschers 10 in Abschnitte 19, 29, 39, 49 für eine individuelle Durchströmung derselben erforderlichen Ventile von einem zentralen Steuergerät 14 aus angesteuert, welches in der Nähe des Fahrerarbeitsplatzes angeordnet und über Signalleitungen 15 mit den Gebläsen 17, 27, 37, 47 sowie ggfs. mit den die Durchströmung der Abschnitte 19, 29, 39, 49 steuernden Ventilen verbunden ist. Diese Ventile sind hier nicht dargestellt; sie sind jedoch aus der älteren Anmeldung DE 196 25 927 bekannt.

Unterschiedliche Durchströmungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Blocks 8 sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Durchströmung fordern die Gebläse 17 und 37 Luft in der Zeichnung von unten durch die Eintrittsöffnungen 20 im Luftführungskanal 9 und durch den Wärmetauscher 10 nach links, so daß diese in den benachbarten Abschnitten über die Austrittsöffnungen 21 nach oben zur Seitenwand hin austritt. Dagegen werden die Gebläse 27 und 47 in umgekehrter Drehrichtung betrieben, so daß diese Luft über die Eintrittsöffnungen 21 ansaugen und nach unten durch die Wärmetauscher-Abschnitte 29 bzw. 49 drücken, so daß diese über die seitlichen Austrittsöffnungen 20 im Luftführungskanal 9 in den Fußbereich der Passagiere ausströmt. Ein solcher Durchströmungsfall ist beispielsweise bei einem gleichmäßigen Beheizen des Fahrzeug-Innenraumes erforderlich. Durch die diagonale Aufteilung der Abschnitte 18, 28, 38, 48 wird dabei in jedem der Abschnitte sowohl Luft nach oben durch die Austrittsöffnungen 21 als auch nach unten durch die Austrittsöffnungen 20 austreten.

In Fig. 3 werden alle Gebläse 17, 27, 37, 47 in der gleichen Drehrichtung betrieben. Dabei wird in den einzelnen Abschnitten 18, 28, 38, 48 jeweils über die oben liegenden Eintrittsöffnungen 21 Luft angesaugt und durch die Gebläse 27, 37, 47 durch die Wärmetauscher-Abschnitte 29, 39, 49 in den benachbarten Abschnitten zu deren Austrittsöffnungen 20 befördert. Ein solcher Betrieb ist beispielsweise erforderlich, wenn nach einem Abstellen des Omnibusses bei großer Außenkälte eine schnelle Vorheizung des Fußbodenraumes gewünscht wird.

In Fig. 4 werden die Gebläse 17, 27, 37, 47 alle in umgekehrter Richtung wie in Fig. 3 betrieben. Dadurch wird in den einzelnen Abschnitten 18, 28, 38, 48 jeweils im Bereich der Luftführungskanäle 9 durch die Ansaugöffnungen 20 Luft im Bodenbereich angesaugt, über die Wärmetauscher-Abschnitte 19, 29, 39, 49 nach oben geführt und im benachbarten Abschnitt durch die Austrittsöffnungen 21 nach oben zur Seitenwand hin abgegeben. Eine solche Beaufschlagung des Wärmetauscher-Blocks 8 ist beispielsweise bei einer Versorgung des Kopfbereichs der Passagiere mit gekühlter Luft bei hohen Außentemperaturen erwünscht. Da hierbei im Bodenbereich nur angesaugt wird, wird das unangenehme Ausströmen von kalter Luft im Fußbereich vermieden. Durch die Drehzahlregelung der Gebläse 17, 27, 37, 47 ist auch eine stufenlose Aufteilung des Luftstromes bei einer Luftführung gemäß Fig. 2 möglich. So können beispielsweise 75 Prozent der insgesamt beförderten Luft nach oben zur Seitenwand hin ausströmen, während nur 25 Prozent zum Bodenbereich hin befördert werden.

Der Luftführungskanal 9 ist auf seiner Unterseite mit einer wasserdichten Wanne versehen, oder als wasserdichte Wanne ausgeführt, so daß im Kühlfall anfallendes Kondenswasser über Schläuche 22 aus dem Bus abgeführt werden kann.

Insgesamt ermöglicht der erfindungsgemäße Wärmetauscher-Block 8 eine optimale Anströmung des vom Wärmeträger durchströmten Wärmetauschers über die gesamte Länge, wobei sich die übertragbare Wärme- bzw. Kälteleistung bei gleicher Baugröße wesentlich vergrößert bzw. umgekehrt bei einer vorgegebenen zu übertragenen Wärme- bzw. Kälteleistung die Abmaße des Wärmetauscher-Blocks wesentlich reduzieren lassen. Durch die Aufteilung mittels der Luftleitbleche und zusätzlich vorteilhaft durch die unterschiedlichen Ansteuerungsmöglichkeiten der Gebläse wird eine äußerst variable Luftführung ermöglicht.

Bezugszeichenliste

1 Omnibus
2 Motor
3 Kompakt-Klimaeinheit
4 Schwenkteil (von 3)
5 Seitenwand (von 1)
6 Vorlaufleitung
7 Rücklaufleitung
8 Wärmetauscher-Block
9 Luftführungskanal
10 Wärmetauscher
11 Gehäuse
12 (oberes) Luftleitblech
13 (unteres) Luftleitblech
14 Steuergerät
15 Signalleitung
16 Frontbox
17 Gebläse
18 Abschnitt (von 8)
19 Abschnitt (von 10)
20 Ein-/Austrittsöffnung (an 9)
21 Ein-/Austrittsöffnung (an 11)
22 Kondenswasserschlauch
27 Gebläse
28 Abschnitt (von 8)
29 Abschnitt (von 10)
37 Gebläse
38 Abschnitt (von 8)
39 Abschnitt (von 10)
47 Gebläse
48 Abschnitt (von 8)
49 Abschnitt (von 10)

Claims

1. Wärmetauscher-Block (8) zur Klimatisierung eines Fahrzeug-Innenraumes

- mit einem von einem flüssigen Wärmeträger durchströmten Wärmetauscher (10),
- mit einem der Luftführung dienenden Gehäuse (11) und
- mit wenigstens einem Gebläse (17, 27, 37, 47) zur Förderung von Luft durch den Wärmetauscher (10)

dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher-Block (8) mehrere hintereinander angeordnete Abschnitte (18, 28, 38, 48) aufweist, zwischen denen jeweils ein Gebläse (17, 27, 37, 47) angeordnet ist, wobei jeder Abschnitt (18, 28, 38, 48) durch wenigstens ein Luftleitblech (12 bzw. 13) in zwei getrennt durchströmbare Bereiche aufgeteilt ist.

2. Wärmetauscher-Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläse (17, 27, 37, 47) in ihrer Drehrichtung umsteuerbar sind.

3. Wärmetauscher-Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläse (17, 27, 37, 47) wechselweise um 180 gedreht eingebaut sind.

4. Wärmetauscher-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläse (17, 27, 37, 47) in ihrer Leistung regelbar sind.

5. Wärmetauscher-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläse (17, 27, 37, 47) als Axialgebläse ausgebildet sind, deren Achse parallel zur Längserstreckung des Wärme tauscher-Blocks (8) verläuft.

6. Wärmetauscher-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) unterhalb der Gebläse (17, 27, 37, 47) angeordnet ist und sich über die gesamte Länge des Wärme tauscher-Blocks (8) erstreckt.

7. Wärmetauscher-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jedem der Abschnitte (18, 28, 38, 48) ein Luftleitblech (12) von der Oberkante eines Gebläses (17, 27, 37) diagonal zur Unterkante des benachbarten Gebläses (27, 37, 47) erstreckt.

8. Wärmetauscher-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich unterhalb des Wärmetauschers (10) ein Luftführungskanal (9) befindet, der über seitliche Austrittsöffnungen (20) mit dem Fahrzeug-Innenraum verbunden ist.

9. Wärmetauscher-Block nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jedem der Abschnitte (18, 28, 38, 48) ein Luftleitblech (13) von der Unterkante eines Gebläses (17, 27, 37) diagonal durch den Luftführungskanal (9) zu einer etwa unterhalb des benachbarten Gebläses (27, 37, 47) liegenden Stelle erstreckt.

10. Wärmetauscher-Block nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) aus einzelnen Abschnitten (19, 29, 39, 49) besteht, von denen jeder einzeln mit einem Wärmeträger unterschiedlicher Temperatur durchströmbar ist.

11. Wärmetauscher-Block nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläse (17, 27, 37, 47) hinsichtlich ihrer Leistung und Drehrichtung und daß die Durchströmung der Wärmetauscher-Abschnitte (19, 29, 39, 49) regelnde Ventile von einem zentralen Steuergerät (14) aus ansteuerbar sind.

12. Wärmetauscher-Block, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher-Block auf seiner Unterseite mit einer wasserdichten Wanne versehen, oder der Boden des Gehäuses (11) oder des Luftführungskanals (9) als wasserdichte Wanne ausgeführt ist, so daß im Kühlfall anfallendes Kondenswasser über Schläuche (22) aus dem Bus abgeführt werden kann.