DE19729899C1 - Heizungs- oder Klimaanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- oder Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Kraftfahrzeugen, deren Brennkraftmaschinen oder Motoren verbrauchsoptimiert konstruiert sind, fällt eine wesentlich geringere Verlustwärme an, wodurch die durch die Motorkühlung zur Verfügung gestellte Heizenergie für die Heizung der Fahrgastzelle mitunter zu gering ist. Abhilfe schafft hier eine elektrische Zusatzheizung, die bei Bedarf den den Wärmetauscher durchströmenden Luftstrom stärker aufheizt.

Bei einer bekannten Heizungsanlage der eingangs genannten Art (DE 42 38 364 A1) ist die elektrische Zusatzheizung dem Wärmetauscher unmittelbar nachgeordnet, so daß der von einem Gebläse erzeugte Luftstrom zunächst den Wärmetauscher durchströmt, dort teilweise erwärmt wird und anschließend durch die elektrische Zusatzheizung hindurchströmt und hier auf eine höhere Temperatur aufgeheizt wird. Die so vorgewärmte Luft strömt in die Fahrgastzelle ein. Ein Innenraumtemperaturfühler, der zusammen mit einem Sollwertgeber den Heizbedarf ermittelt und in dem in die Fahrgastzelle einströmenden Luftstrom angeordnet ist, steuert über ein Steuergerät den Kühlmittelfluß durch den Wärmetauscher und die Einschaltdauer der Zusatzheizung.

Bei einer ebenfalls bekannten Heizungsanlage für Kraftfahrzeuge (DE 44 33 814 A1) setzt sich die dort ebenfalls vorhandene elektrische Zusatzheizung aus einer Mehrzahl von sog. PTC-Elementen (positive temperature coefficient) zusammen, die elektrisch aufgeheizt und von dem den Wärmetauscher verlassenden Luftstrom um- bzw. durchströmt werden.

Bei einer weiteren bekannten elektrischen Zusatzheizung für Fahrzeuge (US 5 206 476) ist der an eine Stromquelle anschließbare elektrische Heizkörper als Einschub mit einem Waben- oder Hohlkastenprofil aus PTC-Material ausgebildet, der in einen von Gebläseluft beaufschlagbaren Luftkanal einer konventionellen Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs eingesetzt ist.

Die elektrische Zusatzheizung stellt einen beträchtlichen Strömungswiderstand für die sie durchströmende Luft dar. Dies macht sich insbesondere beim Belüften der Fahrgastzelle mit maximalem Luftstrom zwecks schneller Abkühlung nachteilig bemerkbar, da entweder der erzielbare Kühleffekt wegen eines nur schwachen Luftstroms unzureichend ist oder das Gebläse für den Zweck der schnellen Kühlung mit wesentlich größerer Leistung ausgelegt werden muß, womit wiederum eine erhebliche Verstärkung der Strömungsgeräusche einhergeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Heizungs- oder Klimaanlage der eingangs genannten Art den Strömungswiderstand im Luftführungskasten, insbesondere für eine maximale Luftstrombeaufschlagung des Luftführungskastens, wesentlich zu senken.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Heizungs- oder Klimaanlage hat den Vorteil, daß die elektrische Zusatzheizung mit ihrem beträchtlichen Strömungswiderstand aus dem den Wärmetauscher direkten Luftstrom entfernt und in den davon abgezweigten Luftstrom für die Defroster- und Fußraumdüsen verlegt ist. Dadurch wird der Wärmetauscher optimal durchströmt und selbst bei maximaler Luftstrombeaufschlagung ist ein schneller Luftdurchsatz gewährleistet. Zur schnellen Belüftung oder Kühlung der Fahrgastzelle mit Frisch- oder Kaltluft ist kein extrem starkes Gebläse erforderlich, vielmehr reicht zur Erzielung eines guten Kühlungseffekts die für den Dauerbetrieb ausgelegte Nennleistung des Gebläses aus, so daß die beim Lüften erzeugten Gebläsegeräusche unterhalb der Duldungsschwelle bleiben. Die Aufheizung der Luft durch die elektrische Zusatzheizung, die nunmehr nur noch den Luftstrom zu Fußraum- und Defrosterdüsen zusätzlich erwärmt, ist ausreichend, da gerade an diesen Stellen der durch die Zusatzheizung abgedeckte erhöhte Wärmebedarf erforderlich ist. Für die Heizung der Mittelebene der Fahrgastzelle über die Mitteldüsen und die Seitendüsen reicht die von der Brennkraftmaschine bzw. dem Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellte und über den Wärmetauscher verfügbar gemachte Heizenergie in allen Fällen völlig aus.

Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizungs- oder Klimaanlage mit vorteilhaften Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei getrennt zu Fußraumdüsen und Entfrosterdüsen auf der Fahrer- und Beifahrerseite führende Abzweigkanäle vorgesehen und in jedem Abzweigkanal ein Heizkörper der elektrischen Zusatzheizung angeordnet. Die Heizkörper werden in den beiden Abzweigkanälen so angeordnet, daß die Normalen auf ihrer Luftdurchtrittsfläche in einem etwa rechten oder spitzen Winkel zur Normalen auf der Luftdurchtrittsfläche des Wärmetauscher ausgerichtet sind, wobei durch entsprechende Ausgestaltung der Abzweigkanäle die Heizkörper so dicht an den Wärmetauscher herangerückt sind, daß sie die beiden Schenkel einer U-förmigen Anordnung bilden, in deren Steg der Wärmetauscher liegt.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Schnitt einer Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs gemäß Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 ausschnittweise einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Die in Fig. 1 und 2 in zwei Schnitten schematisch dargestellte Klimaanlage weist ein Gebläse 11 auf, das an den Eingang eines Luftführungskastens 12, auch Klimakasten genannt, angeschlossen ist. Im Luftführungskasten 12 sind ein in einem Kältemittelkreislauf eingebundener Verdampfer 13 und ein in dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs eingebundener Wärmetauscher 14 aufgenommen, die stromabwärts des Gebläsestroms in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Dem Wärmetauscher 14 ist ein Luftverteiler 15 unmittelbar nachgeordnet, von dem drei Luftkanäle 16-18 abzweigen. Der mittlere Luftkanal 16 führt zu hier nicht dargestellten Luftaustrittsdüsen in der Mittelebene der Fahrgastzelle, wobei der in dem Luftkanal 16 geführte Luftstrom sich auf die Mitteldüsen und auf die Seitendüsen in der linken und rechten Seite der Fahrgastzelle, also der Fahrer- und Beifahrerseite, aufteilen, während die beiden seitlich abzweigenden Luftkanäle 17, 18 zu jeweils in der Fahrer- und Beifahrerseite der Fahrgastzelle angeordneten Luftaustrittsdüsen führen, von denen einige im Fußraum der Fahrgastzelle angeordnet sind und andere an der Unterseite der Frontscheibe der Fahrgastzelle plaziert sind und als Entfrosterdüse zum Beschlagfreihalten der Frontscheibe dienen. Hierzu teilt sich jeder seitlich abzweigende Luftkanal 17, 18 in einen zu den Defrosterdüsen führenden Kanalzweig und einen zu den Fußraumdüsen führenden Kanalzweig auf, von denen in Fig. 1 nur die Kanalzweige 171, 172 für die Beifahrerseite zu sehen sind. Die beiden seitlich abzweigenden Luftkanäle 17, 18 sind dabei bogenförmig bis nahe an den Wärmetauscher 14 geführt, so daß ihre Abzweigöffnungen 173 und 183 sich etwa parallel zu der Luftdurchstrittsfläche des Wärmetauschers 14 erstrecken (Fig. 2).

Zur Deckung des maximalen Heizungsbedarfs, der bei Kraftfahrzeugen mit verbrauchsoptimierten Verbrennungsmotoren nicht mehr allein von dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors gedeckt werden kann, ist eine elektrische Zusatzheizung 20 vorgesehen, mittels welcher der den Wärmetauscher 14 durchsetzende Luftstrom auf ein höheres Temperaturniveau aufgeheizt werden kann. Die elektrische Zusatzheizung 20 weist zwei flächig ausgebildete, luftdurchströmbare Heizkörper 21, 22 auf, von denen jeweils einer in einem seitlich abzweigenden Luftkanal 17 bzw. 18 so angeordnet ist, daß er den Kanalquerschnitt vollständig überdeckt. Jeder Heizkörper 21 ist aus einer Vielzahl von PTC-Elementen zusammengesetzt, wie sie beispielsweise in der US 5 206 476 beschrieben sind. Diese PTC-Elemente weisen beispielsweise ein Waben- oder Hohlkastenprofil auf und sind aus einem elektrisch leitendem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten hergestellt und an einem elektrischen Stromkreis angeschlossen sind. Jeder Heizkörper 21 bzw. 22 ist dabei als Einschub ausgebildet, der in einem quer zur Kanalachse des zugeordneten Luftkanals 17 bzw. 18 sich erstreckenden Führungsschacht 23 bzw. 24 aufgenommen ist. Jeder Führungsschacht 23 bzw. 24 ist so ausgebildet, daß er außen am Luftführungskasten 12 zugänglich ist, so daß die Heizkörper-Einschübe 21, 22 problemlos ausgetauscht werden können. Die Schachtöffnungen in der Wand des Luftführungskastens 12 sind mittels eines Deckels 25 bzw. 26 verschließbar, der zugleich den Heizkörper-Einschub 21 bzw. 22 im Führungsschacht 23 bzw. 24 fixiert. Die Heizkörper 21, 22 sind mittels ihrer Führungsschächte 23, 24 in den beiden seitlich abzweigenden Luftkanälen 17, 18 so plaziert, daß die Normalen auf ihren Luftdurchtrittsflächen in etwa rechtwinklig - oder unter einem recht großen spitzen Winkel - zur Normalen auf der Luftdurchtrittsfläche des Wärmetauschers 14 ausgerichtet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform zweigen dabei die Luftkanäle 17, 18 vom Luftverteiler 15 so dicht am Wärmetauscher 14 ab, daß der Wärmetauscher 14 und die beiden Heizkörper 21, 22 eine U-förmige Anordnung bilden, in der die beiden Heizkörper 21, 22 die Schenkel und der Wärmetauscher 14 den Quersteg der U-förmigen Anordnung darstellen. Die Heizkörper 21, 22 sind entweder parallel geschaltet oder einzeln an eine Stromquelle angeschlossen, wobei ihre Einschaltdauer durch ein Steuergerät gesteuert wird.

Für die Temperaturregelung der Innenraumluft der Fahrgastzelle sind zwei Wärmefühler 27, 28 vorgesehen, die nahe an der Luftaustrittsfläche des Wärmetauschers 14 jeweils innerhalb einer Abzweigöffnung 173 bzw. 183 der beiden seitlich abzweigenden Luftkanäle 17, 18 angeordnet sind. Diese Anordnung der Wärmefühler 27, 28 hat den Vorteil, daß sie ausschließlich die von dem Wärmetauscher 14 zur Verfügung gestellte Heiztemperatur erfassen und nicht von der Wärme der elektrischen Zusatzheizung 20 beeinflußt werden. Dadurch ergibt sich eine relativ feinfühlige Regelung der Innenraumtemperatur.

Durch Wegfall des Verdampfers 13 wird die Klimaanlage zu einer reinen Heizungsanlage.

Claims (10)

1. Heizungs- oder Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs mit einem im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeordneten Wärmetauscher, mit einem den Wärmetauscher aufnehmenden Luftführungskasten, dem eingangsseitig ein den Wärmetauscher durchsetzender Luftstrom zuführbar ist, und mit einer im Luftführungskasten stromabwärts des Wärmetauschers angeordneten elektrischen Zusatzheizung, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftführungskasten (12) ausgangsseitig einen Luftverteiler (15) mit mindestens zwei abzweigenden Luftkanälen (16-18) aufweist, von denen mindestens einer zu Luftaustrittsdüsen in der Mittelebenen der Fahrgastzelle und mindestens einer zu Luftaustrittsdüsen im Fußraum der Fahrgastzelle und zu Entfrosterdüsen an der Frontscheibe der Fahrgastzelle führt, und daß die elektrische Zusatzheizung (20) in dem mindestens einen zu Fußraum- und Defrosterdüsen führenden Luftkanal (17, 18) angeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zusatzheizung (20) mindestens einen luftdurchströmbaren Heizkörper (21, 22) aufweist, der den Querschnitt des Luftkanals (17, 18) vollständig überdeckt.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (21, 22) als Einschub ausgebildet ist, der in einem quer zur Kanalachse des Luftkanals (17, 18) sich erstreckenden Führungsschacht (23, 24) aufgenommen ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsschacht (23, 24) außen am Luftführungskasten (12) zugänglich und mittels eines Deckels (25, 26) verschließbar ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (21, 22) von einer Vielzahl von PTC- Elementen gebildet ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aus dem Wärmetauscher (14) austretenden Luftstrom ein Wärmefühler (27, 28) angeordnet ist, der nahe dem Wärmetauscher (14) plaziert ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zu Fußraumdüsen und Entfrosterdüsen auf der Fahrer- und Beifahrerseite führende Luftkanäle (17, 18) vorgesehen sind und in jedem Luftkanal (17, 18) ein Heizkörper (21, 22) der elektrischen Zusatzheizung (20) angeordnet ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper (21, 22) in den beiden Luftkanälen (17, 18) so angeordnet sind, daß die Normalen auf ihren Luftdurchtrittsflächen in einem rechten oder spitzen Winkel zur Normalen auf der Luftdurchtrittsfläche des Wärmetauschers (14) ausgerichtet sind.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (17, 18) bogenförmig bis nahe an den Wärmetauscher (14) geführt sind, so daß ihre Abzweigöffnungen (173, 183) sich etwa parallel zur Luftdurchtrittsfläche des Wärmetauschers (14) erstrecken, und daß jeder Abzweigöffnung (173, 183) ein nahe dem Wärmetauscher (14) plazierter Wärmefühler (27, 28) zugeordnet ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper (21, 22) der elektrischen Zusatzheizung (20) in den beiden Luftkanälen (17, 18) einzeln oder gemeinsam gesteuert sind.