DE19951101C1 - Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs mit einem Verdampfer zum Kühlen eines Luftstroms und einem Wärmetauscher zum Aufheizen des Luftstroms, mit einem zwischen Verdampfer und Wärmetauscher ausgebildeten Kaltluftraum und mit mindestens einem an den Wärmetauscher angrenzenden Luftmischraum, dem ein Warmluft-Steuerorgan zum Dosieren der aus dem Wärmetauscher einströmenden Warmluft und ein Kaltluftsteuerorgan zum Dosieren der aus dem Kaltluftraum einströmenden Kaltluft zugeordnet ist. Zwecks weitgehender Reduzierung einer Kaltluftaufheizung in der Betriebsart "maximales Kühlen" durch ein im unteren Bereich des Wärmetauschers sich ausbildendes heißes Luftpolster ist im Kaltluftraum eine Schwenkklappe so angeordnet, daß sie in einer ersten Schwenkposition den unteren Teil der Lufteintrittsfläche des Wärmetauschers abdeckt und in seiner zweiten Schwenkposition den Kaltluftraum in einen oberen und unteren Raumabschnitt unterteilt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine bekannte, luftseitig geregelte oder heizungsventilfreie Klimaanlage dieser Art (DE 197 50 381 A1) weist einen Wärmetauscher mit in Einbaulage vertikal ausgerichteten Luftdurchtrittsflächen auf, über dessen Oberseite hinweg ein Kaltluftkanal zum Luftmischraum geführt ist. Bei dieser Art Klimaanlage zirkuliert wegen des Verzichts auf ein gesteuertes Ventil im Kreislauf des den Wärmetauscher durchströmenden Heizmediums selbst dann Heizmedium durch den Wärmetauscher, wenn die Betriebsart "maximales Kühlen" eingeschaltet ist, bei welcher die Fahrgastzelle mit maxmimaler Kühlluft versorgt werden soll. Zwecks kompakter Bauweise der Klimaanlage sind Verdampfer und Wärmetauscher eng benachbart angeordnet und die Steuerorgane für die Warm- und Kaltluftzufuhr in den Luftmischraum verlegt und somit die Warmluft-Steuerklappen auf der Luftaustrittsseite des Wärmetauschers angeordnet. In der Betriebsart "maximales Kühlen" wird dadurch der entlang der dem Verdampfer zugekehrten Vorderseite des Wärmetauschers strömende und in den Luftmischraum eintretende Kaltluftstrom unvermeidbar von der Wärmeabstrahlung des Wärmetauschers aufgeheizt.

Um die Aufheizung des Kaltluftstroms zu reduzieren ist bereits vorgeschlagen worden (Patentanmeldung 199 19 975.2), auf der dem Verdampfer zugekehrten Lufteintrittsseite des Wärmetauschers an den Einlässen von Kaltluftkanälen, die von dem Kaltluftraum aus unter seitlicher Umgehung des Wärmetauschers in den mindestens einen Luftmischraum führen, jeweils eine in zwei Schwenkendstellungen schwenkbare Luftklappe so anzuordnen, daß sie in ihrer in der Betriebsart "maximales Kühlen" eingenommenen einen Schwenkstellung den an den Kaltluftkanal angrenzenden Teilbereich der Lufteintrittsfläche des Wärmetauschers überdeckt und dabei ein den Luftstrom zum Einlaß des Kaltluftkanals hin ableitende Ausrichtung einnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Kühlbetrieb mit geringem technischem Aufwand eine Restaufheizung der Kaltluft durch den in Einbaulage unteren Bereich des Wärmetauschers zu reduzieren.

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

Die erfindungsgemäße Klimaanlage hat den Vorteil, daß mittels einer einzigen, sich über die gesamte Breite oder Tiefe des Wärmetauschers erstreckenden Schwenkklappe in der Betriebsart "maximales Kühlen" der Klimaanlage der untere Teil des Wärmetauschers abdeckbar ist, so daß seine Strahlungswärme nicht die im unteren Bereich um den Wärmetauscher herum und in den Luftmischraum strömende Luft aufheizt. Gleichzeitig ermöglicht die Schwenkklappe in den anderen Betriebsarten der Klimaanlage eine Trennung des Kaltluftraums in einen oberen und unteren, jeweils von der Luftaustrittsfläche des Verdampfers ausgehenden Teilraum, wodurch eine sehr gute Auf- und Verteilung der in den Wärmetauscher einströmenden Kaltluft erreicht wird. Das ist insbesondere bei sog. Mehrzonen- Klimaanlagen von Vorteil, mit welchen eine separat einstellbare Belüftung des Frontraums und des Fond der Fahrgastzelle, vorzugsweise noch aufgeteilt in die jeweils linke und rechte Seite, erzielt wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Klimaanlage mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs längs der Linie I-I in Fig. 2,

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

Die in Fig. 1 dargestellte Klimaanlage zur Klimatisierung der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs weist einen Klimakasten 10 auf, in den mittels eines hier nicht dargestellten Gebläses ein Luftstrom einblasbar ist, der im Klimakasten 10 nacheinander einen Verdampfer 11 zum Kühlen des Luftstroms und einen Wärmetauscher 12 zum Aufheizen des Luftstroms durchströmt. Der Verdampfer 11, der in bekannter Weise in den Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage eingebunden ist, überdeckt den gesamten lichten Querschnitt des Klimakastens 10. Der eng benachbart zum Verdampfer 11 stromabwärts des Verdampfers 11 angeordnete Wärmetauscher 12 ist von einem Heizmedium, im allgemeinen von dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs, dauerdurchströmt, und zwar unabhängig von der jeweiligen Betriebsart der Klimaanlage. Verdampfer 11 und Wärmetauscher 12 begrenzen mit ihrer Luftaus- bzw. Lufteintrittsfläche 111 bzw. 121 einen Kaltluftraum 13, in dessen Boden 131 ein Wasserablauf zum Abführen von Kondenswasser vorgesehen ist. Zum Wärmetauscher 12 hin ist der Wasserablauf 14 durch eine vom Boden 131 in den Kaltluftraum 13 hineinragende Wasserrückhaltewand 15 abgeschirmt. Auf der Oberseite des Wärmetauschers 12 verläuft ein Bypass 16, der von einer Bypassklappe 17 gesteuert wird. Je nach Stellung der Bypassklappe 17 wird aus dem Kaltluftraum 13 eine mehr oder weniger große Kaltluftmenge direkt einem Luftauslaß 18 zugeführt, der an einen im Armaturenbrett der Fahrgastzelle angeordneten Luftausströmer zur Belüftung der Mittelebene der Fahrgastzelle anschließbar ist.

Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einer sog. Vierzonen-Klimaanlage, mit der eine getrennte Klimatisierung des Frontraums und des Fond der Fahrgastzelle, jeweils getrennt für die linke und rechte Seite, ermöglicht werden soll, sind zwei Luftauslässe 18 vorgesehen, die jeweils mit einer von zwei im Armaturenbrett nebeneinander angeordneten Mitteldüsen für die linke und rechte Seite des Frontraums verbunden sind. Die beiden Luftauslässe 18 stehen außerdem mit jeweils einem von zwei im Klimakasten 10 nebeneinander und in Luftströmungsrichtung unmittelbar hinter dem Wärmetauscher 12 ausgebildeten oberen Luftmischräumen 20, 20' in Verbindung. Unterhalb der beiden nebeneinanderliegenden oberen Luftmischräume 20, 20' sind ebenfalls zwei untere Luftmischräume 21 nebeneinander angeordnet, die gegenüber den oberen Luftmischräumen 20, 20' durch eine horizontal verlaufende Trennwand 19 (Fig. 1) getrennt sind. In Fig. 1 ist dabei nur der eine Luftmischraum 21 zu sehen. Die oberen beiden Luftmischräume 20, 20' und die beiden unteren Luftmischräume 21 sind durch eine vertikal verlaufende Trennwand 22 (Fig. 2) jeweils voneinander separiert. Die oberen Luftmischräume 20, 20' stehen neben den Luftauslässen 18 noch mit weiteren, hier nicht gezeigten Luftauslässen in Verbindung, die an Luftströmer im Frontraum der Fahrgastzelle, jeweils wiederum getrennt nach linker und rechter Seite, anschließbar sind, so an linke und rechte Seitendüsen, an rechte und linke Fußraumdüsen und an unterhalb der Frontscheibe verlaufende Defrosterdüsen. Die unteren Luftmischräume 21 stehen ebenfalls mit hier nicht dargestellten Luftauslässen zur Belüftung des Fond der Fahrgastzelle in Verbindung, die an entsprechende Luftströmer im Fond anschließbar sind, so an Düsen in der Mittelebene und im Fußraum des Fond.

Die insgesamt vier Luftmischräume 20, 20', 21 sind unmittelbar hinter dem Wärmetauscher 12 ausgebildet. Jeder Luftmischraum 20, 20' bzw. 21 weist einen von einem Warmluft-Steuerorgan 23 steuerbaren Warmlufteinlaß und einen von einem Kaltluft- Steuerorgan 24 steuerbaren Kaltlufteinlaß auf. Die insgesamt vier Warmlufteinlässe der Luftmischräume 20, 20', 21 überdecken die gesamte Luftaustrittsfläche 122 des Wärmetauschers 12, und jeweils der Kaltlufteinlaß eines oberen und eines unteren Luftmischraums 20, bzw. 20' und 21 überdecken die Mündung eines Kaltluftkanals 25 bzw. 25'. Die beiden Kaltluftkanäle 25, 25' sind seitlich an dem Wärmetauscher 12 vorbei bis in den Kaltluftraum 13 geführt. Die Warmluft-Steuerorgane 23 sind als Blenden- oder Jalosusieverschlüsse 26 und die Kaltluft- Steuerorgane 24 als schwenkbare Luftklappen 27 ausgebildet. Jeder Jalousieverschluß 26 weist in bekannter Weise eine Mehrzahl von in einem Rahmen nebeneinander angeordneten, gemeinsam schwenkbaren Schwenklamellen auf, die sich in Schließstellung des Jalousieverschlusses 26 einander überlappen und somit den Warmlufteinlaß vollständig abdecken. Die einflügeligen Luftklappen 27 verschließen in ihrer in Fig. 2 ausgezogen dargestellten Schwenkposition den zugeordneten Kaltlufteinlaß des jeweiligen Luftmischraums 20, 20', 21 vollständig und geben diesen in der in Fig. 2 strichliniert angedeuteten Schwenkposition vollständig frei.

Infolge der vor dem Wärmetauscher 12 vorhandenen Wasserrückhaltewand 15 entsteht vor dem Wärmetauscher 12 bei Dauerdurchströmung des Heizmediums ein heißes Luftpolster, das sehr stark die untere Zone des Kaltluftraums 13 beeinflußt. Dieses Luftpolster führt im Kühlbetrieb zu einer unerwünschten Aufheizung der in die unteren Luftmischräume 21 über die Kaltluftkanäle 25, 25' einströmenden Kaltluft und damit zu einer relativ schlechten Kühlung des Fondbereichs der Fahrgastzelle. Um dieses zu verhindern, ist im Kaltluftraum 13 eine Schwenkklappe 28 vorgesehen, die um eine in der in Fig. 1 dargestellten Einbaulage des Klimakastens 10 horizontal ausgerichtete Schwenkachse 29 schwenkbar ist. Die Schwenkklappe 28 ist dabei so angeordnet und ausgebildet, daß sie in ihrer in Fig. 1 strichliniert angedeuteten ersten Schwenkposition den unteren Teil der Lufteintrittsfläche 121 des Wärmetauschers 12 überdeckt und in einer in Fig. 1 ausgezogen dargestellten zweiten Schwenkposition den Kaltluftraum 13 in einen oberen und unteren Raumabschnitt 132 und 133 unterteilt. Die Schwenkklappe 28 erstreckt sich dabei über die gesamte Breite oder Tiefe des Wärmetauschers 12 und reicht in ihrer ersten Schwenkposition etwa von der Mitte der Lufteintrittsfläche 121 des Wärmetauschers 12 bis zur Wasserrückhaltewand 15 und in ihrer zweiten Schwenkposition etwa von der Mitte der Lufteintrittsfläche 121 des Wärmetauschers 12 bis zur Luftaustrittsfläche 111 des Verdampfers 12. Die Schwenkklappe 28 ist mittels eines in Fig. 1 strichliniert angedeuteten Stellantriebs 30 in ihre beiden Schwenkpositionen überführbar, wobei der Stellantrieb 30 so angesteuert ist, daß die Schwenkklappe 28 grundsätzlich ihre in Fig. 1 ausgezogen dargestellte zweite Schwenkposition einnimmt und nur in der Betriebsart "maximales Kühlen" in ihre in Fig. 1 strichliniert dargestellte erste Schwenkposition überführt wird.

Alternativ kann bei Verzicht auf einen eigenen Stellantrieb 30 für die Schwenkklappe 28 die Schwenkklappe 28 mit den Kaltluft-Steuerorganen 24 und/oder den Warmluft-Steuerorganen 23 der vier Luftmischräume 20, 20', 21 gekoppelt werden. Die Kopplung ist dabei so getroffen, daß in der maximalen Offenstellung der Kaltluft-Steuerorgane 24 und der maximalen Schließstellung der Warmluft-Steuerorgane 23 die Schwenkklappe 28 in ihre in Fig. 1 strichliniert dargestellte erste Schwenkposition überführt wird.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel einer Vierzonen-Klimaanlage beschränkt. Bei Verzicht auf eine separate Klimatisierung von Frontraum und Fond sind hinter dem Wärmetauscher 12 nur zwei nebeneinander angeordnete Luftmischräume vorhanden, die sich über die gesamte vertikale Höhe des Wärmetauschers 12 erstrecken und zur separaten Klimatisierung der rechten und linken Hälfte der Fahrgastzelle dienen. Bei einer einheitlichen Klimatisierung der gesamten Fahrgastzelle fällt auch die vertikale Trennwand 22 zwischen den beiden nebeneinander angeordneten Luftmischräumen weg, so daß sich an den Wärmetauscher 12 nur noch ein einziger Luftmischraum anschließt. Die Zahl der Warmluft-Steuerorgane 23 reduziert sich auf ein Steuerorgan, das die gesamte Luftaustrittsfläche 122 des Wärmetauschers 12 überdeckt, und die Anzahl der Kaltluft-Steuerorgane 24 beträgt zwei, die den Kaltluftzustrom über den linken und rechten Kaltluftkanal 25, 25' steuern.

Claims (9)

1. Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, mit einem in einem Luftstrom angeordneten Verdampfer (11) zum Kühlen des Luftstroms, mit einem stromabwärts des Verdampfers (11) angeordneten Wärmetauscher (12) zum Aufheizen des Luftstroms, mit einem zwischen Verdampfer (11) und Wärmetauscher (12) ausgebildeten Kaltluftraum (13) und mit mindestens einem stromabwärts des Wärmetauschers ausgebildeten Luftmischraum (20, 20', 21), dem ein Warmluft-Steuerorgan (23) zum Dosieren der aus dem Wärmetauscher (12) einströmenden Warmluft und ein Kaltluft-Steuerorgan (24) zum Dosieren der aus dem Kaltluftraum (13) einströmenden Kaltluft zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Kaltluftraum (13) eine Schwenkklappe (28) so angeordnet ist, daß sie in einer ersten Position einen in Einbaulage unteren Teil der Lufteintrittsfläche (121) des Wärmetauschers (12) abdeckt und in einer zweiten Schwenkposition den Kaltluftraum (13) in einen oberen und unteren Raumabschnitt (132, 133) unterteilt.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (131) des Kaltluftraums (13) ein Wasserablauf (14) vorgesehen ist, der zum Wärmetauscher (12) hin von einer vom Boden (131) in den Kaltluftraum (13) hineinragenden Wasserrückhaltewand (15) abgeschirmt ist, und daß die über die gesamte Breite des Wärmetauschers (12) sich erstreckende Schwenkklappe (28) mit einer im Kaltluftraum (13) festgelegten Schwenkachse (29) so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie in ihrer ersten Schwenkposition etwa von der halben vertikalen Höhe des Wärmetauschers (12) bis zur Wasserrückhaltewand (14) und ihrer zweiten Schwenkposition von der Luftaustrittsfläche (111) des Verdampfers (11) bis zur Lufteintrittsfläche (121) des Wärmetauschers (12) reicht.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein oberer Luftmischraum (20, 20') zur Belüftung des Frontraums der Fahrgastzelle und mindestens ein unterer Luftmischraum (21) zur Belüftung des Fond der Fahrgastzelle vorhanden ist, deren Warmluft-Steuerorgane (23) die Luftaustrittsfläche (122) des Wärmetauschers (12) und deren Kaltluft-Steuerorgane (24) die Kanalquerschnitte zweier den Wärmetauscher (12) umgehender, vom Kaltluftraum (13) ausgehender Kaltluftkanäle (25, 25') überdecken.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Luftmischräume (20, 20', 21) durch eine Trennwand (19) voneinander getrennt sind, die etwa auf halber vertikaler Höhe des Wärmetauschers (12) bis an dessen Luftaustrittsfläche (122) reicht.

5. Klimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei nebeneinander angeordnete obere Luftmischräume (20, 20') zur getrennten Belüftung der linken und rechten Seite des Frontraums und zwei nebeneinander angeordnete untere Luftmischräume (21) zur Belüftung der linken und rechten Seite des Fond der Fahrgastzelle vorgesehen sind und daß die Gesamtheit der vier Warmluft-Steuerorgane (23) die Luftaustrittsfläche (122) des Wärmetauschers (12) und zwei jeweils einem der oberen und einem der unteren Luftmischräumen (20, 20', 21) zugeordneten Kaltluft-Steuerorgane (24) den Kanalquerschnitt eines der beiden Kaltluftkanäle (25, 25') überdecken.

6. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkklappe (28) mittels eines Stellantriebs (30) betätigbar und in der Betriebsart "maximales Kühlen" aus ihrer zweiten Schwenkposition in die erste Schwenkposition überführbar ist.

7. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkklappe (28) mit dem Kaltluft- und/oder dem Warmluft-Steuerorgan (24, 23) des mindestens einen unteren Luftmischraums (21) gekoppelt ist.

8. Klimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung so vorgenommen ist, daß bei maximal geöffnetem Kaltluft-Steuerorgan (24) und völlig geschlossenem Warmluft-Steuerorgan (23), die dem mindestens einen unteren Luftmischraum (21) zugeordnet sind, die Schwenkklappe (28) in ihre erste Schwenkposition überführt ist.

9. Klimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkklappe (28) in allen anderen Einstellpositionen der Warmluft- und Kaltluft-Steuerorgane (23, 24) ihre zweite Schwenkposition einnimmt.