DE19732523C1 - Heizungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und/oder Klimatisie­ rungseinrichtung zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraums der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der US 5,239,163 ist eine Heizungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein Gehäuse mit einem darin angeordneten Heizungswärmetauscher sowie einer diesem nach­ geordneten elektrischen Heizung aufweist. Der Heizungswär­ metauscher wird vom Kühlmittel des Motors durchströmt und gibt die Wärmeenergie dieses Kühlmittels an den den Wärme­ tauscher beaufschlagenden Luftstrom ab. Sofern weiterer Heizungsbedarf besteht bzw. in der Startphase des Fahr­ zeugs, während der das Motorkühlmittel eine für die Fahr­ zeugheizung zu niedrige Temperatur aufweist, wird die elek­ trische Heizung aktiviert, so daß ,der Luftstrom in dieser erwärmt und dann durch entsprechende Luftkanäle in den In­ nenraum des Fahrzeugs geleitet wird.

Es ist außerdem bekannt, elektrische Heizeinrichtungen zur Erwärmung eines Desorptionsluftstromes zu benutzen. Dabei wird lediglich ein Teilluftstrom, nämlich derjenige, der zur Desorption eines Sorbens benötigt wird, durch die elek­ trische Heizvorrichtung geleitet, wobei zur Aufteilung bzw. Richtungsbestimmung entsprechender Luftströme Luftstrom­ steuerelemente vorgesehen sind. Eine solche Vorrichtung ist in der DE 43 04 077 A1 beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, mit der das Behaglichkeitsgefühl der Fahrzeuginsassen ge­ steigert wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizungs- und/oder Klimati­ sierungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu se­ hen, daß sowohl durch den Heizungswärmetauscher als auch durch die nachgeordnete Zusatzheizung jeweils nur der dort aufzuheizende Luftstromanteil geführt wird, so daß die ei­ nen Strömungswiderstand bildenden Heizeinrichtungen, näm­ lich Wärmetauscher und Zusatzheizung, nicht ständig vom Ge­ samtluftstrom beaufschlagt werden. Außerdem ist es möglich, eine Strähnigkeit des Temperaturprofils in dem Gehäuse zu erreichen, nämlich durch die aus dem Bypass in die Luft­ mischkammer eintretende Kaltluft sowie die im Heizungswär­ metauscher und gegebenenfalls noch zusätzlich in der Zu­ satzheizung erwärmte Warmluft. Die Druckverluste werden vermindert, wobei durch die steuerbaren Bypässe außerdem ein Temperaturprofil erzeugbar ist, durch das den verschie­ denen Ausströmdüsen im Fahrzeuginnenraum Luft mit einer be­ stimmten Temperaturschicht zugeführt werden kann.

Der erforderliche Bauraum kann dadurch reduziert werden, daß die Zusatzheizung eine wesentlich geringere luftbeauf­ schlagte Stirnfläche aufweist als der Heizungswärme­ tauscher. Eine solche Gestaltung bezüglich der Größe der Zusatzheizung ist in vielen Fällen ausreichend, da mittels der Zusatzheizung der bereits im Heizungswärmetauscher er­ wärmte Luftstrom lediglich auf ein höheres Temperaturniveau angehoben werden soll.

Sofern ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, kann die Zusatzheizung mit entsprechend großer Stirnfläche ausge­ führt sein. Dies führt zu einer Reduzierung des Druckab­ falls und bietet die Möglichkeit einer besseren Heiz­ leistung. Die Querschnittsabmessungen des Bypass und der Zusatzheizung bestimmen gesamtheitlich die Lufttemperatur und Luftverteilung, so daß durch die konstruktive Auslegung eine Vielzahl von Variationen möglich ist.

Die Luftstromsteuerelemente können als schwenkbare Klappen ausgeführt sein, wobei die Anzahl der einzusetzenden Klap­ pen sich nach dem vorhandenen Bauraum sowie nach dem Kom­ fort bezüglich der Temperierung unterschiedlicher Luft­ ströme richtet. Anstelle von schwenkbaren Klappen können auch Jalousien vorgesehen sein, was sich insbesondere bei solchen Gehäusen empfiehlt, in denen lediglich ein geringer Bauraum zur Verfügung steht.

Die Anordnung der Austrittsöffnungen für die jeweils an dem Gehäuse angeschlossenen Luftkanäle zu den unterschiedlichen Ausströmdüsen im Innenraum des Fahrzeugs ist so getroffen, daß bei unterschiedlichen Teilluftströmen im Gehäuse bzw. in der Luftmischkammer Luftströme mit unterschiedlichem Temperaturniveau bevorzugt unterschiedlichen Austrittsöff­ nungen zugeleitet werden. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, die Austrittsöffnung für die Fußraumluft auf der Ab­ strömseite der Zusatzheizung und benachbart zu dieser anzu­ ordnen. Auf diese Weise wird der Teilluftstrom mit dem höchsten Temperaturniveau den Fußraumdüsen im Fahrzeug zu­ geführt. Auch den Defrosterdüsen unterhalb der Windschutz­ scheibe sollte relativ warme Luft zugeführt werden, wobei das Temperaturniveau etwas geringer sein kann als dasjenige der Fußraumluft. Daher wird die Austrittsöffnung für die Defrosterluft, in Luftströmungsrichtung des die Zusatzhei­ zung verlassenden Luftstromes gesehen, hinter der Aus­ trittsöffnung für die Fußraumluft angeordnet. Die Aus­ trittsöffnung für den zu Mitteldüsen führenden Luftkanal befinden sich in einem Bereich des Gehäuses, in dem bei ge­ öffnetem Bypass des Heizungswärmetauschers Kaltluft strömt, die nicht oder nur zum Teil mit Warmluft vermischt wird, so daß an den Mitteldüsen kältere Luft austritt als an den De­ froster- und Fußraumdüsen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Längsschnitts durch das Gehäuse einer Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 eine Heizungseinrichtung mit als Jalousien ausge­ führten Luftstromsteuerelementen,

Fig. 3 eine Klimatisierungseinrichtung als Ausführungsva­ riante zu Fig. 2.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Klimatisie­ rungseinrichtung 1 mit einem Gehäuse 2, in dem, bezogen auf die Luftströmungsrichtung L, zunächst ein Verdampfer 3 an­ geordnet ist. Der Verdampfer 3 ist Bestandteil einer Kälte­ anlage, die nicht in der Zeichnung dargestellt ist. In dem Gehäuse 2 ist außerdem ein Heizungswärmetauscher 4 angeord­ net, der bedarfsweise von dem aus dem Verdampfer 3 austre­ tenden Luftstrom durchströmbar ist. Zwischen dem Heizungs­ wärmetauscher 4 und dem Verdampfer 3 befindet sich ein Luftstromsteuerelement 5 in Form einer um eine Drehachse 6 schwenkbaren Klappe 7. Diese Klappe 7 dient je nach einge­ stelltem Schwenkwinkel dazu, den Luftstromanteil der durch den Heizungswärmetauscher 4 oder durch einen den Heizungs­ wärmetauscher 4 überbrückenden Bypass 8 geleitet wird, ein­ zustellen.

Fig. 1 zeigt das Luftstromsteuerelement 5 in der Stellung, in welcher der Gesamtluftstrom durch den Bypass 8 geführt wird, das heißt, der Anteil der durch den Heizungswärme­ tauscher 4 geführten Luft beträgt 0%. Mit gestrichelten Li­ nien ist die andere Endlage der Klappe 7 dargestellt, in der keine Luft durch den Bypass 8 gelangt und der Gesamt­ luftstrom durch den Heizungswärmetauscher 4 geführt wird. Abströmseitig des Bypasses 8 befindet sich in dem Gehäuse 2 eine Luftmischkammer 9 mit mehreren Austrittsöffnungen 10, 11, 12, an die Luftkanäle 10', 11', 12' angeschlossen sind. Der Luftkanal 10' führt zu Defrosterdüsen unterhalb der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs, der Luftkanal 12' führt zu Mitteldüsen, die vornehmlich im Bereich des Arma­ turenbrettes angeordnet sind, und der Luftkanal 11' führt zu Fußraumdüsen. Die entsprechenden Luftströme sind als L_D für Defrosterluft, L_F für Fußraumluft und L_M für die Luft an den Mitteldüsen bezeichnet.

Auf der Abströmseite des Heizungswärmetauschers 4 ist in einem bestimmten Abstand eine Zusatzheizung 13 angeordnet, deren luftbeaufschlagte Stirnfläche wesentlich kleiner ist als die des Heizungswärmetauschers 4. Unmittelbar vor der Zusatzheizung 13 befindet sich ein Luftstromsteuerelement 14 in Form einer um eine Drehachse 15 schwenkbaren Klappe 16, die in der dargestellten Position die Zusatzheizung 13 vollständig abdeckt. In der anderen mit gestrichelter Linie dargestellten Endstellung liegt die Klappe 16 an der Wand des Gehäuses 2 an und gibt somit den Luftdurchtritt durch die Zusatzheizung 13 vollständig frei.

Neben der Zusatzheizung 13 ist ein Bypass 18 gebildet, der mittels eines Luftstromsteuerelementes 19 in Form einer um eine Drehachse 20 schwenkbaren Klappe 21 verschließbar bzw. freigebbar ist. In Fig. 1 ist die Klappe 21 in der den By­ pass 18 vollständig verschließenden Position dargestellt, die andere Endlage ist mit einer gestrichelten Linie ange­ deutet. Wenn die Luftstromsteuerelemente 5, 14 und 19 die in Fig. 1 gezeigte Position einnehmen, wird der zugeführte Luftstrom L in dem Verdampfer 3 abgekühlt und abströmseitig vollständig durch den Bypass 8 in die Mischkammer 9 ge­ führt. Da kein Luftstromanteil durch den Heizungswärme­ tauscher 4 geführt wird, werden durch die Luftkanäle 10', 11', 12' ausschließlich Kaltluftströme geführt.

Sofern das Temperaturniveau für die Defrosterluft L_D, für die Fußraumluft L_F oder für die Luft an den Mitteldüsen L_M angehoben werden soll, wird das Luftstromsteuerelement 5 in eine andere Position bewegt, und zwar durch Verschwenken der Klappe 7 um die Drehachse 6, wobei sowohl ein kontinu­ ierliches Verschwenken als auch ein in Schritten vorgegebe­ ner Schwenkwinkel erfolgendes Verstellen möglich ist. Da­ durch wird ein Anteil des Gesamtluftstroms L durch den Hei­ zungswärmetauscher 4 geführt und dort erwärmt. Mit der Be­ tätigung des Luftstromsteuerelementes 5 wird auch das Luft­ stromsteuerelement 19 bewegt, so daß der Bypass 18 freige­ geben wird. Auf diese Weise gelangt die in dem Heizungswär­ metauscher 4 erwärmte Luft in die Luftmischkammer 9, wo sie sich mit dem Anteil von durch den Bypass 8 in die Luft­ mischkammer 9 eintretenden Kaltluft mischt.

Da der Warmluftstrom und der Kaltluftstrom unterschiedliche Luftstrommassen und Vektoren aufweisen, ergibt sich eine Strähnigkeit des Temperaturprofils, so daß an den Aus­ trittsöffnungen 10, 11 ein etwas höheres Temperaturniveau vorliegt als an der Austrittsöffnung 12. Auf diese Weise kann dem Fußraum oder auch den Defrosterdüsen wärmere Luft zugeführt werden, als an den Mitteldüsen im Armaturenbrett ausströmt. Sofern bei niedrigen Außentemperaturen zu allen Austrittsdüsen im Fahrzeuginnenraum Warmluft geführt werden soll, nimmt die Klappe 7 des Luftstromsteuerelementes 5 die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Position ein. Dadurch ist der Bypass 8 vollständig verschlossen und der Gesamt­ luftstrom L, der in diesem Falle durch Abschalten des Käl­ tekreises im Verdampfer 3 nicht abgekühlt wird, beauf­ schlagt den Heizungswärmetauscher 4. Somit gelangt aus­ schließlich Warmluft in die Luftmischkammer 9 und durch al­ le drei Austrittsöffnungen 10, 11, 12 wird Warmluft dem Fahrzeuginnenraum zugeführt.

Sofern die Heizleistung des Heizungswärmetauschers 4 nicht ausreicht, um den Fußraumdüsen und/oder den Defrosterdüsen Luft mit dem erforderlichen Temperaturniveau zuzuführen, beispielsweise zum Zweck der Enteisung der Windschutz­ scheibe, so wird durch Verschwenken der Klappe 16 um die Drehachse 15 der Luftströmungsweg durch die Zusatzheizung 13 freigegeben. In der Zusatzheizung 13, die vorzugsweise eine mehrere PTC-Elemente umfassende elektrische Heizung ist, wird der aus dem Heizungswärmetauscher 4 austretende Luftstrom auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, wobei durch die Lage der Austrittsöffnungen 10 und 11 durch die Luftkanäle 10', 11' Luftströme mit einem höheren Tempera­ turniveau abgeführt werden als durch den Luftkanal 12', in dem die Lufttemperatur um einige °K niedriger ist als in den Luftkanälen 10', 11'.

Durch die Einstellung des Luftstromsteuerelementes 19 in der gestrichelt dargestellten Position bei gleichzeitig ge­ öffnetem Durchtritt durch die Zusatzheizung 13 kann er­ reicht werden, daß der in der elektrischen Zusatzheizung 13 auf ein erhöhtes Temperaturniveau gebrachte Luftstrom vor­ nehmlich durch die Austrittsöffnung 11 in den Luftkanal 11' geleitet wird, so daß die Fußraumluft L_F um einige °K wär­ mer ist als die Defrosterluft L_D, welche durch den Luftka­ nal 10' den Defrosterdüsen zugeleitet wird.

Die Fig. 2 zeigt den Schnitt durch eine Heizungseinrichtung 25, die ein Gehäuse 26 mit einem Frischluftkanal 27 sowie Austrittsöffnungen 10, 11 und 12 umfaßt. Die Austrittsöff­ nungen 10, 11 und 12 entsprechen denjenigen der Fig. 1 und haben daher eine ähnliche Konfiguration und Lage in der Luftmischkammer 9. Auch die Anordnung des Heizungswärme­ tauschers 4 und der Zusatzheizung 13 entsprechen im wesent­ lichen derjenigen, die zu Fig. 1 bereits beschrieben wurde. Im Gegensatz zu Fig. 1 besitzen in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der Heizungswärmetauscher 4 und der Bypass 8 je­ weils separate Luftstromsteuerelemente 5 und 17, wobei sich das Luftstromsteuerelement 17 quer über die gesamte Breite des Bypass 8 erstreckt. Die Luftstromsteuerelemente 14 und 18 dienen ebenso wie in der bereits zuvor beschriebenen Ausführung zur jeweiligen Steuerung des Luftdurchtritts durch die Zusatzheizung 13 bzw. den Bypass 18.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind alle Luftstromsteuerelemente 5, 14, 17 und 19 als Jalousien 31, 32, 33 und 34 ausgebildet, die aus mehreren einzelnen, simultan miteinander bewegbaren Lamellen bestehen. Die Anordnung solcher Jalousien hat den Vorteil, daß kein für den Schwenkbereich von Klappen erforderlicher Bauraum benötigt wird. Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 entspricht demjenigen der Fig. 1, so daß auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante zu Fig. 2, die sich gegenüber dieser nicht nur durch die Anordnung des Verdampfers 3 an der Lufteintrittsseite eines Gehäuses 28 unterscheidet, sondern im wesentlichen durch die Lage und/oder Abmessungsverhältnisse eines Heizungswärme­ tauschers 29 und einer Zusatzheizung 30 sowie der Bypässe 8 und 18. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind Heizungswärme­ tauscher 29 und Zusatzheizung 30 derart gestaltet, daß de­ ren luftbeaufschlagte Stirnfläche annähernd gleich groß ist. Die Jalousien 33 und 34 sind in einem Winkel zueinan­ der angeordnet, was sich aus der Lage der Zusatzheizung 30 ergibt. Ferner ist in Fig. 3 der Bypass 8, der den Hei­ zungswärmetauscher 29 überbrückt, im Querschnitt wesentlich größer als in den zuvor beschriebenen Figuren. In der dem Bypass 8 und dem Heizungswärmetauscher 29 bzw. der Zusatz­ heizung 30 nachgeschalteten Luftmischkammer 9 sind wiederum die Austrittsöffnungen 10, 11, 12 für die entsprechend an­ geordneten Luftkanäle 10', 11', 12' vorgesehen.

Claims (11)

1. Heizungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraums, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (2, 26, 28), in dem ein Heizungswärmetauscher (4, 29) ange­ ordnet und eine Luftkammer (9) gebildet sind, und mit an Austrittsöffnungen der Luftkammer (9) angeschlos­ senen Luftkanälen (10', 11', 12'), die zu Ausström­ öffnungen im Fahrzeuginnenraum führen, und mit einer zwischen dem Heizungswärmetauscher (4, 29) und den Austrittsöffnungen (10, 11, 12) angeordneten Zusatz­ heizung (13, 30), dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (2, 26, 28) ein den Heizungswärmetauscher (4, 29) umgehender und mittels eines Luftstromsteuerelementes (5, 17) schließbarer Bypass (8) vorgesehen ist, so daß der Anteil der jeweils durch den Bypass (8) und den Hei­ zungswärmetauscher strömenden Luft einstellbar ist und mit einem die Zusatzheizung (13, 30) umgehenden weiteren Bypass (18), der mittels eines zweiten Luft­ stromsteuerelementes (19) freigebbar oder schließbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzheizung (13) eine wesentlich geringere luftbeaufschlagte Stirnflä­ che aufweist als der Heizungswärmetauscher (4).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftströmungsweg vor dem Heizungswärmetauscher (4, 29) und dem zugeordne­ ten Bypass (8) jeweils separate Luftstromsteuerele­ mente (5, 17) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftströmungsweg vor der Zusatzheizung (13, 30) und dem zugeordneten By­ pass (18) jeweils separate Luftstromsteuerelemente (14, 19) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstromsteuerele­ mente (5, 19) als schwenkbare Klappen (7, 21) ausge­ führt sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstromsteuerele­ mente (5, 14, 17, 19) als Jalousien (31, 32, 33, 34) ausgeführt sind.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzheizung (13, 30) eine elektrische, vorzugsweise mehrere PTC-Ele­ mente umfassende Heizeinrichtung ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abströmseitig des Hei­ zungswärmetauschers (4, 29) und Bypass (8, 18) eine Luftmischkammer (9) gebildet ist, in die je nach Ein­ stellung der Luftstromsteuerelemente (5, 14, 17, 19) drei unterschiedlich temperierte Luftströme eintreten und in dieser Luftmischkammer (9) die Austrittsöff­ nungen (10, 11, 12) angeordnet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (2, 26, 28) eine Austrittsöffnung (12) für einen zu Mitteldü­ sen führenden Luftkanal (12'), eine Austrittsöffnung (10) für einen zu Defrosterdüsen führenden Luftkanal (10') und eine Austrittsöffnung (11) für einen zu Fußraumdüsen führenden Luftkanal (11') vorgesehen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (11) für die Fußraumluft (L_F) der Abströmseite der Zusatz­ heizung (13, 30) benachbart angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (10) für die Defrosterluft (L_D) in Luftströmungsrichtung des die Zusatzheizung (13, 30) verlassenden Luftstro­ mes gesehen hinter der Austrittsöffnung (11) für die Fußraumluft angeordnet ist.