DE19960616A1 - Kühleinrichtung mit dachseitigem Kühlerblock in einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung in einem Fahrzeug, die wenigstens einen dachseitig angeordneten Kühlerblock mit einer Kühlfluidkanalanordnung und einer damit in Wärmekontakt stehenden, von fahrzeugaußenseitig anströmender Luft durchströmbaren Kühlluftkanalanordnung aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der Kühlerblock im wesentlichen bündig in einer Ausnehmung einer Dachaußenhaut oder in einem oberseitig von einer Dachaußenhaut und unterseitig von einer Dachinnenhaut begrenzten Dachluftkanal derart angeordnet, daß der oder die Kühlluftkanäle horizontal oder schräg zur Vertikalen sowie parallel oder schräg zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. DOLLAR A Verwendung z. B. als Zusatzkühlung für Fahrzeuge mit hohem Kühlbedarf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung in einem Fahrzeug, die wenigstens einen dachseitig, d. h. in einem Dachbe­ reich des Fahrzeugs, angeordneten Kühlerblock beinhaltet, der eine Kühlfluidkanalanordnung und eine damit in Wärmekontakt ste­ hende, von fahrzeugaußenseitig anströmender Luft durchströmbare Kühlluftkanalanordnung umfaßt.

Kühleinrichtungen dieser Art nutzen die Kühlwirkung der im Fahr­ betrieb am Fahrzeugdach entlangströmenden Luft und eignen sich insbesondere als Zusatzkühlung, die vorhandene, auch im Fahr­ zeugstillstand wirksame Kühleinrichtungen zur Kühlung von diver­ sen Fahrzeugaggregaten oder fahrzeugseitig genutzten flüssigen oder gasförmigen Medien unterstützen. Dies ist besonders bei Fahrzeugen mit hohem Kühlbedarf und/oder nur beschränkt für Kühlzwecke verfügbarer Bordenergie von Bedeutung, wie z. B. für Brennstoffzellenfahrzeuge.

Eine derartige Kühleinrichtung ist in der Patentschrift US 3.934.644 offenbart. Die dortige Kühleinrichtung beinhaltet ei­ nen auf dem Führerhausdach eines Lastkraftwagens horizontal an­ geordneten Kühlerblock in Form eines Radiators mit einer in ei­ nen Motorkühlwasserkreislauf eingeschleiften Kühlfluidkanal­ anordnung. Die Kühlluftkanalanordnung des Radiators besteht aus vertikal verlaufenden Kühlluftkanälen, durch die fahrzeugaußen­ seitig anströmende Luft von oben nach unten, unterstützt durch ein Gebläse, hindurchgeleitet wird. Dazu befindet sich der Radi­ ator jeweils mit Abstand zwischen einer oberseitig begrenzenden Dachaußenhaut und einer unterseitig begrenzenden Dachinnenhaut. Die Kühlluft wird über einen im Bereich oberhalb einer Wind­ schutzscheibe befindlichen Einlaß in den Bereich zwischen dem Radiator und der darüberliegenden Dachaußenhaut geführt und ver­ läßt nach Durchtritt durch den Radiator den Führerhausdachbe­ reich über einen an der Hinterseite des Führerhausaufbaus vorge­ sehenen Auslaß.

Ein in der Offenlegungsschrift JP 09-216512 (A) offenbarter dachseitiger Fahrzeugklimatisierungsaufbau beinhaltet unter an­ derem vier Kondensatorblöcke, die hochkant und mit zur Fahrzeug­ längsachse paralleler Blocklängsachse in Fahrzeugquerrichtung mit Abstand nebeneinanderliegend angeordnet sind. Zwischen je einem äußeren Kondensatorblock und einem inneren Kondensator­ block sind ein oder mehrere Luftabzugsgebläse vorgesehen, welche die aus den benachbarten Kondensatorblöcken austretende Luft nach oben abführen. Die Gebläse werden in Abhängigkeit von Rich­ tungsänderungen des Fahrzeugs angesteuert, speziell in Abhängig­ keit davon, ob und wenn ja in welche Richtung das Fahrzeug ab­ biegt. Die Kühlluftströme durchströmen die Kondensatorblöcke ho­ rizontal in Fahrzeugquerrichtung.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Kühleinrichtung mit dachseitigem Kühlerblock in einem Fahrzeug zugrunde, die sich vorteilhaft zur Kühlung eines oder mehrerer fahrzeugseitiger Aggregate oder Medien verwenden läßt und ein gutes Kühlluftdurchströmungsverhalten aufweist.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer fahrzeugseitigen Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Kühleinrichtung ist der wenigstens eine dachseiti­ ge Kühlerblock im wesentlichen bündig in einer Ausnehmung einer Dachaußenhaut oder in einem Dachluftkanal angeordnet, der ober­ seitig von einer Dachaußenhaut und unterseitig von einer Dachin­ nenhaut begrenzt ist. Der oder die Kühlluftkanäle seiner Kühl­ luftkanalanordnung verlaufen horizontal oder schräg zur Vertika­ len, d. h. in jedem Fall mit einer Horizontalkomponente, und zu­ dem parallel oder in einem spitzen Winkel schräg zur Fahrzeug­ längsrichtung. Insgesamt ergeben diese Maßnahmen ein günstiges Kühlluftdurchströmungsverhalten des Kühlerblocks und eine allen­ falls geringfügige Beeinflussung der Luftströmung über das Fahr­ zeugdach hinweg und somit des Fahrzeugluftwiderstandes.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Kühleinrichtung um­ faßt die Kühlfluidkanalanordnung des Kühlerblocks ein oder meh­ rere Kühlfluidrohre, die in horizontalen oder in schräg zur Ho­ rizontalen liegenden, in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Ebe­ nen liegen. Auch diese Ausgestaltung wirkt sich günstig auf das Kühlluftströmungsverhalten aus, wobei die Kühlluft durch den oder die Kühlluftkanäle, die üblicherweise von entsprechenden Zwischenräumen zwischen den Kühlfluidrohren gebildet sind, in Wärmekontakt zu den Kühlfluidrohren hindurchströmt.

Eine nach Anspruch 3 weitergebildete Kühleinrichtung weist Kühl­ luft-Strömungsleitelemente vor der Eintrittsseite der Kühlluftka­ nalanordnung des Kühlerblocks auf. Mit diesen Leitelementen kann die Kühlluftströmung in ihrer Strömungsrichtung in gewünschter Weise zur Erzielung eines günstigen Strömungsverhaltens bei der Durchströmung des Kühlerblocks beeinflußt werden.

Eine nach Anspruch 4 weitergebildete Kühleinrichtung weist für die dem Kühlerblock zuzuführende Kühlluft einen Zuluftkanal auf, dessen Einlaß sich im Bereich oberhalb einer Windschutzscheibe befindet. Dadurch kann der von der Windschutzscheibe im Fahrbe­ trieb erzeugte Luftstaudruck dazu genutzt werden, die Kühlluft mit relativ hohem Druckgefälle durch den Kühlerblock hindurchzu­ führen. Besonders auch bei dieser Realisierung der Erfindung kann daher im allgemeinen auf ein Kühlluftgebläse verzichtet werden.

Eine nach Anspruch 5 weitergebildete Kühleinrichtung weist meh­ rere Kühlerblöcke auf, die in Kühlluftströmungsrichtung hinter­ einanderliegend in einem nach oben und unten begrenzten Dach­ luftkanal angeordnet sind. Sie können unterschiedlichen Kühl­ zwecken dienen oder aber parallel oder seriell in einen gemein­ samen Kühlfluidkreislauf eingeschleift sein.

Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten Kühleinrichtung ist der Kühlluftkanalanordnung des Kühlerblocks eine ansteuerbare Jalousie zugeordnet, mit welcher der Kühlluftdurchtrittsquer­ schnitt des Kühlerblocks und bei Bedarf auch die Kühlluftströ­ mungsrichtung variabel eingestellt werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Personenkraftwagens mit dachseitigem, schräggestelltem Kühlerblock,

Fig. 2 eine Detailansicht des den Kühlerblock enthaltenden Fahrzeugdachbereichs von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Personenkraftwagens entsprechend Fig. 1, jedoch mit einer modifizierten Kühl­ einrichtung mit mehreren dachseitigen Kühlerblöcken in einem oberseitig geschlossenen Dachluftkanal,

Fig. 4 eine Detailansicht eines Teils des Dachluftkanalbereichs mit einem der Kühlerblöcke von Fig. 3 und

Fig. 5 eine Detailansicht entsprechend Fig. 4, jedoch mit hori­ zontal statt schräggestellt positioniertem Kühlerblock.

Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Personenkraftwagen 1 beinhal­ tet eine Kühleinrichtung, die neben eventuellen weiteren, hier nicht weiter interessierenden Kühlaggregaten einen Kühlerblock 2 aufweist, der in einem Dachbereich 3 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Speziell ist der Kühlerblock 2, wie in Fig. 2 deutlicher zu erkennen, in eine Ausnehmung 4a einer Dachaußenhaut 4 einge­ setzt, die den oberen Dachabschluß bildet und mit ihrem vor dem Kühlerblock 2 liegenden Teil einen Zuluftkanal 5 nach oben be­ grenzt. Nach unten ist der Zuluftkanal 5 von einer Dachinnenhaut 6 begrenzt, die den darunterliegenden Fahrgastraum nach oben ab­ schließt.

Die Vorderkante der Dachaußenhaut 4 liegt mit Abstand über der Vorderkante der Dachinnenhaut 6, so daß im Bereich oberhalb ei­ ner Windschutzscheibe 7 ein aerodynamisch zu optimierender Ein­ laß 8 für den Zuluftkanal 5 gebildet ist. Die Dachaußenhaut 4 verläuft von ihrer Vorderkante zunächst in etwa parallel über der Dachinnenhaut 6, um dann auf Höhe des Kühlerblocks 2 und da­ hinter schräg nach unten in Richtung der sich im wesentlichen horizontal erstreckenden Dachinnenhaut 6 abzufallen und sich mit dieser an einem Hinterkantenabschluß 9 zu verbinden, wobei seit­ lich geeignete Seitenwände vorgesehen sind, so daß der Zuluftka­ nal 5 seitlich und hinten geschlossen ist. Entsprechend dem schrägen Verlauf der Dachaußenhaut 4 ist der im wesentlichen au­ ßenseitig bündig in die Außenhautausnehmung 4a eingesetzte Küh­ lerblock 2 schräggestellt angeordnet, d. h. er liegt in einer ge­ genüber der Horizontalen etwas um eine Fahrzeugquerachse ver­ kippten Ebene.

Wie wiederum in Fig. 2 genauer ersichtlich, beinhaltet der Küh­ lerblock 2 eine Kühlfluidkanalanordnung aus mehreren nebeneinan­ derliegenden Schichten bzw. Ebenen von jeweils einem oder mehre­ ren Kühlfluidrohren 10, die je nach Bedarf seriell oder parallel von einem zugehörigen Kühlfluid durchströmbar sind. Die zwischen den mit Abstand nebeneinanderliegenden Kühlfluidrohren 10 ver­ bleibenden Zwischenräume bilden eine Kühlluftkanalanordnung mit entsprechend vielen parallelen Kühlluftkanälen 11. Derartige Kühlerblockkonstruktionen sind an sich bekannt und bedürfen da­ her hier keiner näheren Erläuterung. Während allerdings die ver­ schiedenen Schichten bzw. Ebenen von Kühlfluidrohren 10 und da­ mit auch die zwischenliegenden Kühlluftkanäle 11 herkömmlicher­ weise meist in Ebenen senkrecht zur Blockhochrichtung liegen, in welcher die Rohrebenen 10 und Kühlluftkanäle 11 aufeinanderfol­ gen, ist für den gezeigten Kühlerblock 2 eine schräge Anordnung der Kühlfluidrohre 10 und damit auch der Kühlluftkanäle 11 ge­ wählt. Dies hat zur Folge, daß die Kühlluftkanäle 11 gegenüber der zur Kühlerblockebene senkrechten Richtung um eine Fahrzeug­ querachse etwas in Richtung der Horizontalen gekippt verlaufen. Auf diese Weise wird Kühlluft 12, die frontseitig im Staudruck­ bereich oberhalb der Windschutzscheibe in den Zuluftkanal 5 über dessen Einlaß 8 einströmt, in den Kühlluftkanälen 11 mit einer zum einen nach oben, zum anderen aber auch deutlich nach hinten weisenden Strömungsrichtung durch den Kühlerblock 2 in Wärmekon­ takt zu den Kühlfluidrohren 10 hindurchgeführt und verläßt dem­ entsprechend den Kühlerblock 2 bereits mit nach hinten weisender Strömungskomponente. Dadurch verbindet sich der nach hinten oben aus dem Kühlerblock 2 austretende Kühlluftstrom 12a mit der über die Dachaußenhaut 4 hinwegstreichenden, nach hinten strömenden Luft ohne signifikante Störung der Luftumströmung des Fahrzeug­ dachbereichs 3. Das Einbringen des schräggestellten Kühlerblocks 2 in das Fahrzeugdach 3 hat somit keine nennenswerte Beeinträch­ tigung des Fahrzeugluftwiderstandes zur Folge. Zur Erzielung ei­ nes günstigen Luftströmungsverhaltens trägt zudem noch eine Strömungskante 13 bei, die an der Dachaußenhaut 4 entlang der Vorderkante der Kühlerblockausnehmung 4a ausgebildet ist.

Um die im Zuluftkanal 5 horizontal strömende Kühlluft 12 unter weiterer Optimierung der Kühlluftströmungsführung noch gezielter der Lufteintrittsseite 2a des Kühlerblocks 2 zuzuführen, sind mehrere, geeignet geformte Kühlluft-Strömungsleitelemente 14 mit Abstand unterhalb des Kühlerblocks 2 in Fahrzeuglängsrichtung hintereinanderliegend angeordnet. Auf die Strömungsleitelemente 14 horizontal auftreffende Kühlluft wird von diesen in etwa pa­ rallel zur Kühlluftströmungsrichtung in den Kühlluftkanälen 11 umgelenkt.

Des weiteren ist im gezeigten Beispiel an der Luftaustrittsseite 2b des Kühlerblocks 2 eine ansteuerbare Jalousie 15 vorgesehen, mit welcher der Kühlluft-Durchtrittsquerschnitt und damit der Durchsatz an durch den Kühlerblock 2 hindurchgeführter Kühlluft in gewünschter Weise variabel eingestellt werden kann. Je nach Auslegung der Jalousie 15 und Bedarf kann durch entsprechende Ansteuerung der Jalousie 15 auch die Ausströmrichtung der aus dem Kühlerblock 2 austretenden Kühlluft beeinflußt werden. Statt wie gezeigt an der Austrittsseite kann die Jalousie auch an der Lufteintrittsseite des zugeordneten Kühlerblocks angeordnet sein.

Der Kühlerblock 2 kann einem beliebigen Kühlzweck im Fahrzeug dienen, insbesondere zur Kühlung diverser Fahrzeugaggregate oder fahrzeugseitiger Medien, wie in den Fahrzeuginnenraum geleitete Luft etc. Das Kühlfluid, bei dem es sich z. B. um Kühlwasser han­ deln kann, wird über zugehörige Schläuche 16, von denen in Fig. 1 einer teilweise zu erkennen ist, der Kühlfluidkanalanordnung 10 des Kühlerblocks 2 zugeführt und von dieser wieder abgeführt. Dabei kann der Kühlerblock 2 mit seiner Kühlfluidkanalanordnung 10 in einen entsprechenden Kühlfluidkreislauf eingeschleift sein. Die Kühleinrichtung mit dem dachseitigen Kühlerblock 2 eignet sich besonders auch als Zusatzkühlung für thermisch stark belastete Fahrzeuge, d. h. für Fahrzeuge mit hohem Kühlbedarf, wie z. B. Brennstoffzellenfahrzeuge.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Kühleinrichtung gezeigt, die bei­ spielsweise zwei Kühlerblöcke 17, 18 innerhalb eines dachseiti­ gen, nach oben geschlossenen Dachluftkanals 19 aufweist. Der Dachluftkanal 19 ist nach oben von einer horizontalen, geschlos­ senen Dachaußenhaut 20, nach unten von einer ebenfalls horizon­ talen, geschlossenen, einen Fahrzeuginnenraum nach oben begren­ zenden Dachinnenhaut 21 sowie seitlich durch entsprechende Sei­ tenwände geschlossen, während er nach vorne unter Bildung eines Kühllufteinlasses 22 im Dachbereich oberhalb einer Windschutz­ scheibe 23 sowie nach hinten unter Bildung eines Kühlluftauslas­ ses 24 offen ist. In dem Dachluftkanal 19 sind die beiden Küh­ lerblöcke 17, 18 in Fahrzeuglängsrichtung und damit in Kühlluft­ strömungsrichtung mit Abstand hintereinanderliegend in einer wiederum schräggestellten Position angeordnet.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, beinhaltet der jeweilige Kühlerblock 17 eine Kühlfluidanordnung aus mehreren Kühlfluidrohrebenen 25, die wie im Beispiel der Fig. 1 und 2 nicht senkrecht, sondern schräg zur Kühlerblockebene verlaufen. Dabei ist der betreffende Schrägwinkel so gewählt, daß die Kühlfluidrohrebenen 25 horizon­ tal liegen. Dementsprechend verlaufen auch die von den Zwischen­ räumen zwischen den Kühlfluidrohrebenen 25 gebildeten Kühlluft­ kanäle 26 horizontal, und zwar in Fahrzeuglängsrichtung. Auf diese Weise ist die Durchströmung des jeweiligen Kühlerblocks 17, 18 mit keiner signifikanten Änderung der Kühlluftströmungs­ richtung im Dachluftkanal 19 verbunden, wodurch der Luftwider­ stand des Fahrzeugs nicht merklich von der dachseitigen Kühlein­ richtung beeinflußt wird. Die Kühlluft 27 tritt während des Fahrbetriebs am Einlaß 22 in den Dachluftkanal 19 ein, durch­ strömt diesen und damit nacheinander die beiden Kühlerblöcke 17, 18 in Fahrzeuglängsrichtung und verläßt den Dachluftkanal 19 im Fahrzeugheckbereich über den Auslaß 24, um sich dort wieder mit der über die Dachaußenhaut 20 hinwegstreichenden Luft zu verbin­ den, ohne merkliche Turbulenzen zu verursachen.

Im übrigen ergeben sich für die Kühleinrichtung der Fig. 3 und 4 dieselben Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten, wie sie oben zu der Fig. 1 und 2 angegeben sind. Insbesondere kann das durch die Kühlfluidkanalanordnung 25 des jeweiligen Kühlerblocks 17, 18 hindurchgeleitete, wiederum über entsprechende Schläuche 28 zu- und abgeführte Kühlfluid zur Kühlung spezieller Fahrzeugaggre­ gate, z. B. eines Antriebsmotors, dienen und/oder Teil eines Kühlfluidkreislaufs sein. Dabei können die beiden Kühlerblöcke 17, 18 unterschiedlichen Kühlfluidkreisläufen angehören oder a­ ber Teil eines gemeinsamen Kühlfluidkreislaufes sein, in welchen sie seriell oder parallel mit ihrer jeweiligen Kühlfluidkanala­ nordnung eingeschleift sind. Es versteht sich, daß anstelle der zwei gezeigten Kühlerblöcke 17, 18 auch nur ein Kühlerblock oder mehr als zwei Kühlerblöcke in dem Dachluftkanal 19 angeordnet sein können.

Fig. 5 zeigt ein gegenüber den Fig. 3 und 4 hinsichtlich der Konstruktion und Positionierung des Kühlerblocks modifiziertes Ausführungsbeispiel, wobei im übrigen für funktionell gleiche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet sind und insoweit auf die obige Beschreibung zu den Fig. 3 und 4 verwiesen werden kann. Speziell ist bei der Kühleinrichtung von Fig. 5 ein Küh­ lerblock 17a verwendet, bei dem in üblicher Weise die Kühlfluid­ kanalebenen 25a und damit auch die von deren Zwischenräumen ge­ bildeten Kühlluftkanäle 26a senkrecht zur Lufteintrittsebene 29 und zur Luftaustrittsebene 30 des Kühlerblocks 17a verlaufen. Der Kühlerblock 17a ist dementsprechend nicht schräggestellt, sondern mit parallel an die Dachinnenhaut 21 einerseits und die Dachaußenhaut 20 andererseits anliegenden Seitenflächen im Dach­ luftkanal 19 positioniert, so daß die Kühlluftkanäle 26a wieder­ um horizontal und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen.

Beim Kühlerblock 17a von Fig. 5 entspricht die Kühlluftströ­ mungslänge der Bautiefe des Kühlerblocks 17a, d. h. dem Abstand zwischen Lufteintrittsseite 29 und Luftaustrittsseite 30, wäh­ rend demgegenüber bei den zuvor beschriebenen Kühlerblöcken mit schräg verlaufenden Kühlluftkanälen die Kühlluftströmungslänge größer als die Bautiefe des Kühlerblocks ist. Es versteht sich, daß auch bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 bis 5 dem je­ weiligen Kühlerblock lufteintrittsseitig oder luftaustrittssei­ tig eine ansteuerbare Jalousie zugeordnet sein kann.

Claims (6)

1. Kühleinrichtung in einem Fahrzeug, mit

• - wenigstens einem dachseitig angeordneten Kühlerblock (2) mit einer Kühlfluidkanalanordnung (10) und einer damit in Wärme­ kontakt stehenden, von fahrzeugaußenseitig anströmender Luft durchströmbaren Kühlluftkanalanordnung (11), dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Kühlerblock (2, 17, 18) im wesentlichen bündig in einer Ausnehmung (4, 4a) einer Dachaußenhaut (4) oder in einem ober­ seitig von einer Dachaußenhaut (20) und unterseitig von einer Dachinnenhaut (21) begrenzten Dachluftkanal (19) derart angeord­ net ist, daß der oder die Kühlluftkanäle (11, 26, 26a) schräg zur Vertikalen oder horizontal sowie schräg oder parallel zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfluidkanalanordnung ein oder mehrere Kühlfluidrohre (10) umfaßt, die in horizontalen oder in gegenüber der Horizontalen um eine Fahrzeugquerachse geneigten Ebenen liegen.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß in Kühlluftströmungsrichtung vor der Eintrittsseite (2a) der Kühlluftkanalanordnung (11) ein oder mehrere Kühlluft- Strömungsleitelemente (14) angeordnet sind.

4. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsseite (2a) der Kühlluftkanalanordnung (11) ein Zu­ luftkanal (5) vorgeschaltet ist, dessen Einlaß (8) sich im Be­ reich oberhalb einer Windschutzscheibe (7) befindet.

5. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kühlerblöcke (17, 18) in Kühlluftströmungsrichtung hin­ tereinander in dem Dachluftkanal (19) angeordnet sind.

6. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweiligen Kühlerblock (2) eine ansteuerbare Jalousie (15) zur Steuerung des Kühlluft-Durchtrittsquerschnitts zugeordnet ist.