DE202011105751U1

DE202011105751U1 - Klimatisierungssystem für Kraftfahrzeuge und Wärmetauscher

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Publication number: DE202011105751U1
Application number: DE202011105751U
Authority: DE
Original assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Current assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2011-12-16
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: WO2013037477A1; US20140299292A1

Abstract

Klimatisierungssystem (12) für Kraftfahrzeuge mit einer Fahrzeugklimaanlage (14), die einen ersten Wärmetauscher (18) zum Heizen von Luft im Fahrzeuginnenraum umfasst, und einer Standklimaanlage (16), die einen zweiten Wärmetauscher (20) zum Kühlen von Luft im Fahrzeuginnenraum umfasst, wobei der erste und zweite Wärmetauscher (18, 20) jeweils Verteilersysteme (30) und eine Mehrzahl von vorzugsweise parallel angeordneten Kanälen (34) für ein Kälte- oder Kühlmittel sowie Lamellen (36) zur Wärmeübertragung an Luft aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilersysteme (30), Kanäle (34) und Lamellen (36) der beiden Wärmetauscher (18, 20) die gleiche Geometrie aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für Kraftfahrzeuge mit einer Fahrzeugklimaanlage, die einen ersten Wärmetauscher zum Heizen von Luft im Fahrzeuginnenraum umfasst, und einer Standklimaanlage, die einen zweiten Wärmetauscher zum Kühlen von Luft im Fahrzeuginnenraum umfasst, wobei der erste und zweite Wärmetauscher jeweils Verteilersysteme und eine Mehrzahl von vorzugsweise parallel angeordneten Kanälen für ein Kälte- oder Kühlmittel sowie Lamellen zur Wärmeübertragung an Luft aufweisen.
Derartige Klimatisierungssysteme sind insbesondere für Lkws bekannt, wobei die Standklimaanlage insbesondere zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums bei Fahrtpausen geeignet ist. Da die beiden Wärmetauscher zum Heizen beziehungsweise Kühlen unterschiedlichen Anforderungen, beispielsweise durch beim Kühlen von Luft kondensierende Luftfeuchtigkeit, genügen müssen, weisen diese unterschiedliche Bauweisen auf. Während der Wärmetauscher für die Fahrzeugklimaanlage in großen Stückzahlen und somit kostengünstig hergestellt werden kann, werden zur Verwendung in Standklimaanlagen üblicherweise nur geringe Stückzahlung benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Klimatisierungssystem auf kostengünstige Weise herstellen zu können.
Diese Aufgabe wird bei einem Klimatisierungssystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Verteilersysteme, Kanäle und Lamellen der beiden Wärmetauscher die gleiche Geometrie aufweisen. Dies ermöglicht eine Herstellung der Bauelemente sowohl des ersten als auch des zweiten Wärmetauschers in großen Stückzahlen, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
Eine besonders kompakte Ausbildung der beiden Wärmetauscher wird ermöglicht, wenn die beiden Wärmetauscher als Hochleistungswärmetauscher ausgebildet sind, wobei vorzugsweise der Abstand der Kanäle zwischen 6 und 9 mm, die Kanalbreite zwischen 1,8 und 0,8 mm und/oder der Lamellenabstand zwischen 1,3 und 0,8 mm liegt. Die auf diese Weise ermöglichte kompakte Ausbildung der Wärmetauscher ermöglicht die Einsparung von Bauraum sowohl im Bereich der Fahrzeugklimaanlage als auch der Standklimaanlage.
Ein Abfließen von Kondensat im Kühlbetrieb des Wärmetauschers kann ermöglicht werden, indem die Lamellen Durchbrüche aufweisen, welche einen Fluidfluss senkrecht zur Ebene der Lamelle ermöglichen, wobei die Durchbrüche vorzugsweise durch schräg gestellte Wandabschnitte gebildet sind. Durch die schräg gestellten Wandabschnitte kann durch den Wärmetauscher strömende Luft umgelenkt werden, wodurch der Luftweg durch den Wärmetauscher verlängert wird und somit eine bessere Wärmeübertragung ermöglicht wird.
Eine kompakte Ausbildung der Fahrzeugklimaanlage, beispielsweise im Bereich des Armaturenbretts, kann erreicht werden, indem die Luftdurchströmungsebene des ersten Wärmetauschers im Wesentlichen horizontal angeordnet ist, vorzugsweise in einem Winkel von bis zu 15° zur Horizontalen.
Ein Ablaufen von Kondensat des zweiten Wärmetauschers wird verbessert, indem die Luftdurchströmungsebene des zweiten Wärmetauschers im Wesentlichen vertikal angeordnet ist, vorzugsweise in einem Winkel von 15° zur Vertikalen.
Um den Wärmetauscher vor Schäden durch kondensierte Flüssigkeit zu schützen, kann zumindest der zweite Wärmetauscher eine Korrosionsschutzbeschichtung und/oder eine hydrophile Beschichtung aufweisen. Vorzugsweise ist eine PU-Silikat-Beschichtung vorgesehen.
Beispielsweise kann die Standklimaanlage einen Kältespeicher aufweisen, welcher durch einen Kühlmittelkreislauf mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist. Auf diese Weise ist ein einfacher Kühlmittelkreislauf zum Betrieb der Standklimaanlage ausreichend. Der Kältespeicher und der zweite Wärmetauscher können räumlich getrennt am Fahrzeug angeordnet sein.
Vorzugsweise ermöglicht die Fahrzeugklimaanlage zum Laden des Kältespeichers eine Kühlung des Kältespeichers. Es wird somit keine gesonderte Ladevorrichtung zum Laden des Kältespeichers benötigt.
Bei der kostenmäßig optimierten Ausführungsform sind die beiden Wärmetauscher identisch aufgebaut, allenfalls mit der Ausnahme einer Beschichtung am zweiten Wärmetauscher, so dass sämtliche Einzelteile und Geometrien gleich sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch einen Wärmetauscher für ein oben beschriebenes Klimatisierungssystem gelöst, wobei der Wärmetauscher ein Verteilersystem und eine Mehrzahl von parallel angeordneten Kanälen für ein Kälte- oder Kühlmittel sowie Lamellen zur Wärmeübertragung an Luft umfasst. Der Abstand der Kanäle liegt zwischen 6 und 9 mm, die Kanalbreite zwischen 1,8 und 0,8 mm und/oder der Lamellenabstand zwischen 1,3 und 0,8 mm. Die Lamellen weisen Durchbrüche auf, welche einen Fluidfluss senkrecht zu den Ebenen der Lamellen ermöglichen, wobei die Durchbrüche vorzugsweise durch schräg gestellte Wandabschnitte gebildet sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird:
1 eine schematische Ansicht eines Führerhauses eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem;
2 eine Standklimaanlage eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems;
3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
4 eine Frontalansicht auf die Luftdurchströmungsebene des Wärmetauschers gemäß 3;
5 eine Detailansicht des Wärmetauschers gemäß 4;
6 eine Detailansicht einer Lamelle des Wärmetauschers gemäß 3;
7 eine Detailansicht der Standklimaanlage gemäß 2; 8 eine Detailansicht der Standklimaanlage gemäß 2;
9 eine Detailansicht einer Fahrzeugklimaanlage eines Klimatisierungssystems gemäß 1.
1 zeigt ein Führerhaus 10 eines Lastkraftwagens mit einem Klimatisierungssystem 12. Das Klimatisierungssystem 12 umfasst eine Fahrzeugklimaanlage 14, welche im Bereich des Armaturenbretts vorgesehen ist, und eine Standklimaanlage 16, welche im hinteren Bereich des Führerhauses 10 angeordnet ist.
Die Fahrzeugklimaanlage 14 umfasst einen ersten Wärmetauscher 18 zum Heizen von Luft im Fahrzeuginnenraum und die Standklimaanlage 16 umfasst einen zweiten Wärmetauscher 20 zum Kühlen von Luft im Fahrzeuginnenraum, insbesondere im Bereich der Liegefläche oder des Ruhebereichs 21.
Die Standklimaanlage 16 umfasst ferner einen Kältespeicher 22, welcher durch einen Kühlmittelkreislauf 24 (siehe 2) mit dem zweiten Wärmetauscher 20 verbunden ist. Der Kältespeicher 22 ist im unteren Bereich des Führerhauses 10 angeordnet. Die räumliche Trennung des Kältespeichers 22 vom Wärmetauscher 20 der Standklimaanlage 16 ermöglicht eine platzsparende Anordnung der Standklimaanlage 16 im Führerhaus 10.
Eine optimale Luftkühlung durch die Standklimaanlage 16 wird ermöglicht, indem der Wärmetauscher 20 der Standklimaanlage 16 und das zugehörige Belüftungssystem im oberen Bereich des Führerhauses 10 angeordnet ist. Somit wird eine gute Raumausnutzung des Fahrzeuginnenraums ermöglicht. In der gezeigten Ausführungsform sind im Führerhaus 10 zwei Liegeflächen vorgesehen, auf denen sich Fahrer und Beifahrer während Fahrtpausen ausruhen können. Die Standklimaanlage 16 ermöglicht ein Kühlen des Fahrzeuginnenraums während solcher Fahrtpausen ohne Betrieb des Fahrzeugmotors durch Ausnutzung des Kältespeichers.
Alternativ kann natürlich auch ein elektrischer Akku vorhanden sein, der elektrische Energie speichert und über den im Parkbetrieb die Klimaanlage und deren Kompressor betrieben werden.
2 zeigt eine Detailansicht der Standklimaanlage 16. Ein Kühlmittelkreislauf 24 verbindet den Kältespeicher 22 mit dem Wärmetauscher 20 der Standklimaanlage 16. Eine Pumpe zur Zirkulation des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 24 kann entweder am Kältespeicher 22 oder am Wärmetauscher 20 vorgesehen sein.
Die Standklimaanlage 16 umfasst ferner ein Gebläse 26 und ein Luftleitungssystem 28, welche eine Belüftung des Führerhauses 10 mit gekühlter Luft ermöglichen.
Der Wärmetauscher 18 der Fahrzeugklimaanlage 14 sowie der Wärmetauscher 20 der Standklimaanlage 16 sind baulich identisch ausgebildet und werden im Folgenden anhand der 3 bis 6 beschrieben.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers 18 oder 20. Der Wärmetauscher 18, 20 umfasst zwei Verteilersysteme 30 mit jeweils einem Anschluss 32 an den Kühlmittelkreislauf 24. Die Verteilersysteme 30 ermöglichen ein Verteilen und Sammeln des Kühlmittels oder Kältemittels auf eine Mehrzahl von parallel angeordneten Kanälen 34. Zwischen den parallel angeordneten Kanälen 34 sind Lamellen 36 zur Wärmeübertragung an Luft vorgesehen.
4 zeigt eine Draufsicht auf die Luftdurchströmungsebene des Wärmetauschers 18, 20. Der in 4 durch den Kreis 38 gekennzeichnete Abschnitt des Wärmetauschers 18, 20 ist in 5 in einer Schnittansicht gezeigt. Drei parallel zueinander angeordnete Kanäle 34 sind jeweils durch Flachrohre gebildet, die von Kälte- oder Kühlmittel durchflossen werden können. Zwischen den Kanälen 34 sind die Lamellen 36 angeordnet. Die Lamellen 36 sind wärmeleitend mit den Kanälen 34 verbunden und bilden eine große Oberfläche zur Wärmeübertragung zwischen den Lamellen 36 und der sie durchströmenden Luft.
Der Wärmetauscher 18, 20 ist kompakt als Hochleistungswärmetauscher ausgebildet, wobei der Abstand der Kanäle A zwischen 6 und 9 mm, die Kanalbreite B zwischen 1,8 und 0,8 mm und der Lamellenabstand C zwischen 1,3 und 0,8 mm liegt. Auf diese Weise wird eine sehr große Oberfläche zum Wärmeaustausch an Luft bereitgestellt, während der Wärmetauscher 18, 20 nur eine geringe Größe einnimmt.
Wird der Wärmetauscher zur Kühlung von Luft eingesetzt, insbesondere bei seiner Verwendung als zweiter Wärmetauscher 20 in der Standklimaanlage 16, so kann Luftfeuchtigkeit an den Lamellen 36 kondensieren. Ein Abfließen der kondensierten Luftfeuchtigkeit an den Lamellen 36 wird dadurch unterstützt, dass die Lamellen 36 Durchbrüche 40 aufweisen, welche einen Fluidfluss senkrecht zur Ebene der Lamelle 36 ermöglichen, wobei die Durchbrüche 40 durch schräg gestellte Wandabschnitte 42 gebildet sind (siehe 6).
Darüber hinaus bewirken die schräg gestellten Wandabschnitte 42 eine Umlenkung der durch den Wärmetauscher 18, 20 strömenden Luft. Auf diese Weise wird die Wärmeübertragung innerhalb des Wärmetauschers 18, 20 verbessert.
Wie in 5 zu erkennen ist, sind erste Wandabschnitte 42 vorgesehen, welche nach oben hin schräg gestellt sind, sowie zweite Wandabschnitte 42, welche nach unten hin schräg gestellt sind.
6 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Luftdurchströmungsebene des Wärmetauschers 18, 20 entlang der Schnittebene VI-VI (5). Es sind zwei benachbarte parallel angeordnete Kanäle 34 sowie eine zwischen den beiden Kanälen 34 angeordnete Lamelle 36 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform weist die Lamelle auf der linken und rechten Seite jeweils einen Satz von schräg gestellten Wandabschnitten 42 auf, welche die Durchbrüche 40 bilden. In der gezeigten Ausführungsform ist jeweils ein Satz der Wandabschnitte 42 nach oben hin schräg gestellt, während der andere Satz von Wandabschnitten 42 nach unten hin schräg gestellt ist.
Zumindest der zweite Wärmetauscher 20 weist eine Korrosionsschutzbeschichtung und/oder eine hydrophile Beschichtung auf. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine PU-Silikat-Beschichtung vorgesehen. Durch eine hydrophile Beschichtung wird das Abfließen der kondensierten Luftfeuchtigkeit erleichtert. Insbesondere unterscheiden sich die Wärmetauscher 18, 20 nur durch die beim Wärmetauscher 20 vorgesehene Beschichtung.
Die 7 und 8 zeigen den zweiten Wärmetauscher 20 und seine Anordnung in der Standklimaanlage 16. Das Gehäuse der Standklimaanlage 16 umfasst einen Luftzufuhrkanal 44, einen Luftabströmkanal 46 und einen Kondensatablauf 48. Die Luftdurchströmungsebene des zweiten Wärmetauschers 20 ist im Wesentlichen vertikal angeordnet, insbesondere in einem Winkel von bis zu 15° zur Vertikalen. Durch diese Anordnung wird der Ablauf von kondensierter Luftfeuchtigkeit erleichtert. Durch die vertikale Anordnung des zweiten Wärmetauschers in der Standklimaanlage 16 kann ferner der benötigte Bauraum optimiert werden und der verfügbare Raum im Führerhaus 10 kann besser genutzt werden.
9 zeigt einen Abschnitt der Fahrzeugklimaanlage 14 mit dem ersten Wärmetauscher 18 zum Heizen von Luft im Fahrzeuginnenraum. Der Wärmetauscher 18 ist im Wesentlichen horizontal angeordnet, insbesondere in einem Winkel von bis zu 15° zur Horizontalen. Auf diese Weise ist es möglich, die Fahrzeugklimaanlage 14 so auszubilden, dass sie nur eine geringe Bauhöhe benötigt und somit auf einfache Weise im Bereich des Armaturenbretts im Führerhaus 10 angeordnet werden kann.
Durch die Fahrzeugklimaanlage 14 strömende Luft wird durch eine Kaltluftklappe 50 und eine Warmluftklappe 52 in einen Kaltluftstrom und einen Warmluftstrom aufgeteilt, wobei der Warmluftstrom durch den ersten Wärmetauscher 18 strömt und dabei aufgeheizt wird. Warmluftstrom und Kaltluftstrom werden in einer Misch- und Verteilkammer 54 gemischt und an verschiedene Ausströmöffnungen 56 geleitet, die zu verschiedenen Fahrzeugbereichen, beispielsweise der Windschutzscheibe, dem Armaturenbrett oder dem Fußraum, zugeführt werden.
In der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Wärmetauscher 18, 20 jeweils identisch ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich die beiden Wärmetauscher 18, 20 geringfügig durch eine Beschichtung des Wärmetauschers unterscheiden.
Indem die Verteilersysteme 30, Kanäle 34 und Lamellen 36 der beiden Wärmetauscher 18, 20 die gleiche Geometrie aufweisen, können diese Bauelemente kostengünstig in großen Serien hergestellt werden, wodurch sich sowohl der erste Wärmetauscher für die Fahrzeugklimaanlage 14 als auch der zweite Wärmetauscher 20 für die Standklimaanlage 16 kostengünstig herstellen lassen.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Wärmetauscher 18, 20 als kompakte Hochleistungswärmetauscher ausgebildet, welche sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen von Luft geeignet sind.

Claims

Klimatisierungssystem (12) für Kraftfahrzeuge mit einer Fahrzeugklimaanlage (14), die einen ersten Wärmetauscher (18) zum Heizen von Luft im Fahrzeuginnenraum umfasst, und einer Standklimaanlage (16), die einen zweiten Wärmetauscher (20) zum Kühlen von Luft im Fahrzeuginnenraum umfasst, wobei der erste und zweite Wärmetauscher (18, 20) jeweils Verteilersysteme (30) und eine Mehrzahl von vorzugsweise parallel angeordneten Kanälen (34) für ein Kälte- oder Kühlmittel sowie Lamellen (36) zur Wärmeübertragung an Luft aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilersysteme (30), Kanäle (34) und Lamellen (36) der beiden Wärmetauscher (18, 20) die gleiche Geometrie aufweisen.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wärmetauscher (18, 20) als Hochleistungswärmetauscher ausgebildet sind, wobei vorzugsweise der Abstand (A) der Kanäle (34) zwischen 6 und 9 mm, die Kanalbreite (B) zwischen 1,8 und 0,8 mm und/oder der Lamellenabstand (C) zwischen 1,3 und 0,8 mm liegt.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (36) Durchbrüche (40) aufweisen, welche einen Fluidfluss senkrecht zur Ebene der Lamelle (36) ermöglichen, wobei die Durchbrüche (40) vorzugsweise durch schräg gestellte Wandabschnitte (42) gebildet sind.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchströmungsebene des ersten Wärmetauschers (18) im Wesentlichen horizontal angeordnet ist, vorzugsweise in einem Winkel von bis zu 15° zur Horizontalen.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchströmungsebene des zweiten Wärmetauschers (20) im Wesentlichen vertikal angeordnet ist, vorzugsweise in einem Winkel von bis zu 15° zur Vertikalen.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der zweite Wärmetauscher (20) eine Korrosionsschutzbeschichtung und/oder eine hydrophile Beschichtung aufweist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Standklimaanlage (16) einen Kältespeicher (22) aufweist, welcher durch einen Kühlmittelkreislauf (24) mit dem zweiten Wärmetauscher (20) verbunden ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugklimaanlage (14) zum Laden des Kältespeichers (22) eine Kühlung des Kältespeichers (22) ermöglicht.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wärmetauscher (18, 20) identisch aufgebaut sind, allenfalls mit der Ausnahme einer Beschichtung am zweiten Wärmetauscher (20).
Wärmetauscher (18, 20) für ein Klimatisierungssystem (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Verteilersystemen (30) und einer Mehrzahl von parallel angeordneten Kanälen (34) für ein Kälte- oder Kühlmittel sowie Lamellen (36) zur Wärmeübertragung an Luft, wobei der Abstand (A) der Kanäle (34) zwischen 6 und 9 mm, die Kanalbreite (B) zwischen 1,8 und 0,8 mm und/oder der Lamellenabstand (C) zwischen 1,3 und 0,8 mm liegt und wobei die Lamellen (36) Durchbrüche (40) aufweisen, welche einen Fluidfluss senkrecht zu den Ebenen der Lamellen (36) ermöglichen, wobei die Durchbrüche (40) vorzugsweise durch schräg gestellte Wandabschnitte (42) gebildet sind.