DE2742613A1

DE2742613A1 - Kuehleinrichtung fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE2742613A1
Application number: DE19772742613
Authority: DE
Inventors: Paul Ku
Original assignee: KU IRENE LAU
Current assignee: KU IRENE LAU
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-09-22
Publication date: 1978-04-13
Also published as: IT1084428B; ES462261A1; FR2367630A1; US4051692A; JPS5347641A; AU2884477A

Description

PAUL XU und IRENE LAU KU, Woodside, N.Y., VStA

Kühleinrichtung für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen von Fahrzeugen, und insbesondere eine solche zum Kühlen des Insassenabteils bzw. Innenraums eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs.

Die Luftklimatisierung zur Kühlung des Innenraums von ?Iraftfahrzeugen hat in den letzten Jahren eine ausgedehnte Anwendung gefunden. Die gebräuchlichsten Einrichtungen dieser Art sind mit Kompressoren, Kondensatoren, Lüftern und einer Vielfalt anderer Bestandteile ausgerüstet, die derartige Klimatisierungseinrichtungen verhältnismäßig umfangreich und teuer machen und die mit dem Benzin oder Kraftstoff zurückzulegende Entfernung, also den Aktionsradius bei den Fahrzeugen, die mit derartigen Klimatisierungen ausgestattet sind, wesentlich herabsetzen. Wenn der Kraftstoff reichlich und preiswert zur Verfügung stände, wäre die Herabsetzung der Kraftstoffausnutzung für den Fahrbetrieb nicht hinderlich für den Betrieb von Klimatisierungsanlagen anzusehen. Doch ist neuerdings der Kraftstoff weniger reichlich vorhanden und zeitweise nur in begrenzten Mengen verfügbar. Auch sind die Kraftstoffpreise wesentlich gestiegen. Damit hat eine Reduktion der Kraftstoffausnutzung erhebliche Bedeutung erlangt.

Die Erfindung will diese und andere Schwierigkeiten und Ilachteile, die beim Kühlen des Innenraums von Kraftfahrzeugen auftreten, beheben und stattdessen eine Kühlung mit verhältnismäßig einfachem Aufwand und verhältnismäßig geringen Kosten verwirklichen.

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— J —.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Kühlen des Innenraums von Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, die in erster Linie dadurch gekennzeichnet ist, daß durch einen oder mehrere Wärmeaustauscher, die im Innenraum des Fahrzeugs angebracht sind, ein flüssiges Medium zum Umlauf gebracht v/ird, das bei der Vorwärtsfahrt des Wagens gekühlt wird, vorzugsweise dadurch, daß diese Flüssigkeit in einen Luftstrom eingesprülit wird, der durch den Fahrwind hervorgerufen wird, v/obei die Flüssigkeit sich im Gegenstrom zur Luft bewegt und nach dem Passieren des Luftstroms aufgefangen und durch die Wärmeaustauscher im Innenraum des Fahrzeugs gepumpt wird. Bei ihrer Berührung mit der entgegenströmenden Luft wird die Flüssigkeit gekühlt, außerdem wird dabei eine verhältnismäßig geringe Menge der Flüssigkeit verdampft, was zu einer weiteren Abkühlung der restlichen Flüssigkeit führt. Von Zeit zu Zeit wird die Flüssigkeit in dem System ergänzt, vorzugsweise nach der Benutzung des Fahrzeugs oder vor einer erneuten Benutzung desselben. Bei fortlaufendem Gebrauch des Fahrzeugs kann die Flüssigkeit in der erfindungsgemäßen Einrichtung beim Auftanken des Fahrzeugs wieder aufgefüllt werden. Wird, wie unten angegeben, Wasser als Umlaufflüssigkeit bevorzugt, so ist das Nachfüllen desselben während des Betankens des Fahrzeugs mit Kraftstoff besonders einfach.

nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Pkw., der mit einer ersten Ausführungsform der Kühleinrichtung nach der Erfindung ausgestattet ist, und

Fig. 2 einen Abschnitt einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eines Pkw« mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.

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Geraäi3 Fig. 1 ist bei einem herkömmlichen Personenkraftwagen 2 ein Motorraum 4 und ein Insassen- bzw. Innenraun 6 durch ein Feuerschott 8 (wie in Fig. 2) getrennt. Der Innenraum 6 besitzt an der Vorderseite eine Windschutzscheibe 10 und an der Hinterseite ein Rückfenster bzw. eine Heckscheibe 12, die beide aus durchsichtigem Glas, üblicherweise aus Sicherheitsglas bestehen.

Im Innern ist der Pkw. 2, der wie üblich Sitze (nicht dargestellt) enthält, am vorderen Ende mit einem Spritzbord 14 und am hinteren Ende mit einem Heckbord 16 versehen, die sich beide im wesentlichen waagerecht über die Sreite des Fahrzeugs erstrecken. Die Oberseiten von Spritzbord 14 und Heckbord 16 sind ge\7öhnlich den Sonnenstrahlen ausgesetzt, die durch die Glasscheiben 10 und fallen und die besonders beim Parken in der Sonne die Temperaturen dieser Flächen stark erhöhen.

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 ist ein zylindrisches Gehäuse 20 mit geschlossenem Boden 22, offener Oberseite 24 und einer Öffnung 26 in der nach vorn gerichteten Seitenwand fest im Motorraum 4 angebracht, und zwar vor dem Motor (nicht dargestellt) und mit der Seitenöffnung in die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bei normaler Vorwärtsbewegung desselben gerichtet. Das Gehäuse 20 kann vor oder hinter dem vorderen Kühlergrill angeordnet oder in diesen eingebaut sein. In jedem Fall ^vird, wie unten gezeigt,der Luftstrom durch das Gehäuse hindurch nicht behindert, der durch die Seitenöffnung 26 eintritt und durch die offene Oberseite 24 aus dem Gehäuse austritt.

Der Bodenraum 22 des Gehäuses 20 unterhalb der Seitenöffnung 26 ist über Leitungen 27, 28 an Pumpen 29 bzw. 30 angeschlossen, von denen die Pumpe 29 durch eine Leitung 51 mit einen Sprühkopf 52 und die Pumpe 30 durch eine Leitung 32 mit einem Ventil 34 verbunden ist. Aus den unten

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ORIGINAL INSPECTED

angegebenen Gründen ist Ventil 34 ein Zweiwegeventil, das die Leitung 32 in seiner einen Stellung mit einer Leitung 36 und in seiner anderen Stellung mit einer Leitung 38 verbindet. Leitung 36 verläuft zum Einlaßende eines Tanks 40 eines 7/ärmeaustauschers 42, der im wesentlichen waagerecht an der Oberseite des Heckbords 16 angebracht ist und sich quer über das Heckbord 16 und längs über die Breite des Innenraums 6 erstreckt. Das Auslaßende des Tanks 40 des V/ärmeaustauschers 42 steht durch eine Leitung 44 mit der Leitung 33 in Verbindung, die zum 3inlaßende eines Tanks eines V/ärmeaustauschers 48 verläuft, der im wesentlichen waagerecht an der Oberseite des Spritzbords 14 angebracht ist. Der Wärmeaustauscher 48 erstreckt sich quer über das Spritzbord 14 und längs über die 3reite des Innenraums 6. Das Auslaßende des Tanks 46 des Wärmeaustauschers 48 ist durch eine Leitung 50 mit dem Sprühkopf 52 an der Oberseite bzw. am offenen Kopfende des zylindrischen Gehäuses 20 verbunden .

Die Einrichtung der Fig. 1 ist dazu bestimmt, den Innenraum 6 des Kraftfahrzeugs 2 zu kühlen, indem eine Flüssigkeit, die im Gehäuse 20 versprüht und durch Verdampfen gekühlt wird, nur durch den Wärmeaustauscher 48 oder durch beide Wärmeaustauscher 42 und 48 in Umlauf gesetzt \*ird. Das Ventil 34 kann von Hand umgestellt werden, um die gekühlte Flüssigkeit wahlweise durch den Wärmeaustauscher 48 oder durch beide Wärmeaustauscher 42 und 48 zu pumpen mittels einer der Pumpen 29 und 30, die durch einen Gleichstrom-Elektromotor für 12 Volt angetrieben werden können. Zwei Pumpen für 1,5 A haben sich hierfür als ausreichend erwiesen und sind die einzigen Bestandteile der Einrichtung, die Energie verbrauchen. Wenn die gekühlte Flüssigkeit durch die Wärmeaustauscher strömt, absorbiert sie Wärme und führt so Wärme aus dem Innenraum 6 ab. Die Flüssigkeit selbst wird durch Verdampfung im Gehäuse 20 rückgekühlt und erneut in Umlauf gesetzt. Für den Betrieb

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der Einrichtung nach der Erfindung hat sich Wasser, das schnell zu beschaffen ist, als geeignete Flüssigkeit mit den erforderlichen Verdampfungseigenschaften zum Umlauf im Kühl- und Austauschkreis erwiesen. Doch können andere Flüssigkeiten ebenfalls verwendet werden.

Die erfindungsgemä3e Einrichtung ist insbesondere zur Verwendung bei Sonnenlicht, wenn das Spritzbord und das Heckbord des Fahrzeugs durch die Windschutz- und die Heckscheibe hindurch der Sonnenstrahlung ausgesetzt sind und dabei Wärme absorbieren und im Innern des Wagens abstrahlen. Bei einer äußeren Lufttemperatur von 79 °F (= etwa 26 ⁰C) an einem sonnigen Tag kann im Innern eines mit geschlossenen Fenstern in der Sonne stehendes Kraftfahrzeug sich eine Temperatur von 117 ⁰F ( = 47 ⁰C) oder höher einstellen. Speziell für die Kühlung eines solchen Fahrzeugs ist die Einrichtung der vorliegenden Erfindung gedacht.

Bei Verwendung eines Gehäuses 20 von 8 Zoll (=etwa 20 cm) Durchmesser mit einer Seitenöffnung 26 von gleichfalls 8 Zoll (=etwa 20 cm) ist das Kühlvermögen der vorliegenden Einrichtung an einem Sonnentag bei einer Außentemperatur von 73 ⁰F (= etwa 23 ⁰C) und einer Psychrometer-Temperatur von 60 ⁰F (= etwa 15 ⁰C) getestet worden. Die Wassermenge im System betrug 240 oz. oder 15,88 Ib. (= etwa 7 kg). Das Wasser wurde von der Pumpe 30 durch die Einrichtung mit einer Geschwindigkeit von 2 Gallonen je Minute (= etwa 8 l/min) gefördert und das Kraftfahrzeug wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 Meilen Je Stunde (= etwa 50 km/h) angetrieben. Bei einer Wassertemperatur von 115 ⁰F (= etwa 46 ⁰C) zu Beginn des Tests hatte sich nach 10 min Wasserumlauf und Fahrzeit bei 30 Meilen/Stunde (= etwa 50 kn/h) Fahrgeschwindigkeit die Wassertemperatur auf 85 ⁰F (= etwa 30 ⁰C) und nach 20 min auf 75 °F (= etwa 24 ⁰C) gesenkt. In einem zweiten Test wurde bei der gleich

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bemessenen Einrichtung mit derselben Wassermenge und derselben Fahrgeschwindigkeit, jedoch bei einer Ausgangstemperatur des V/assers von 73 ⁰F (= etwa 23 °C) nach 10 min Fahrzeit die Wassertemperatur auf 67 ⁰F (= etwa 19,5 ⁰C) nach 20 min auf 64 ⁰F (= etv/a 17,8 ⁰C) und nach 30 min auf 61 ⁰F (= etwa 16 ⁰C) reduziert.

3ei der höheren Temperatur von 115 ⁰F (= etv/a 46 ⁰C), die im Sonnenschein bei der umgebenden Außentemperatur von 73 ⁰F (= etwa 23 ⁰C) die ungefähre Innentemperatur des geschlossenen Innenraums eines in der Sonne geparkten Fahrzeugs ist und die ungefähre Temperatur der Flüssigkeit in den Wärmeaustauschern der Einrichtung sowie die Temperatur, von der ausgehend der Innenraura bei der Fahrzeuggesclwindigkeit von 30 Meilen je Stunde (= etwa 50 km/h) zu kühlen ist, darstellen dürfte, besitzt die getestete Einrichtung ein Kühlvermögen von 2353 BTU (= etwa 715 kcal/h) für jedes zylindrische Gehäuse.

Wenn ein Wärmeaustauscher mit einer freiliegenden Oberfläche von 5,05 Quadratfuß (= etwa 0,5 m ) auf dem Spritzbord angeordnet ist und das Fahrzeug gegen die Sonne fährt, so daß die Sonnenstrahlen auf die Oberfläche des Wärmeaustauschers treffen, ergab sich eine Absorption von 1152 BTU/h (= etwa 288 kcal/h), wenn das Fahrzeug mit geschlossenen Fenstern, und von 1055 BTU/h (= etwa 264 kcal/h), wenn das Fahrzeug mit offenen Fenstern fuhr. Wenn Wärmeaustauscher von je etwa 5 Quadratfuß (= etwa 0,5 m ) freiliegender Oberfläche auf dem Spritzbord und dem Heckbord angeordnet waren, beide an ein Verdampfungsgehäuse von 0 Zoll (= etwa 20 cm) nach der Anordnung gemäß Fig. 1 angeschlossen, wie sie bei den beschriebenen Tests verwendet wurde, ist die Kapazität in Wärmeeinheiten des Verdampfungs-Kühisystems, nämlich von zwei Tanks mit einer Kapazität von je 1152 3TU (= etwa 238 kcal), mehr als ausreichend für die von den beiden Wärmeaustauschern aufgenommenen Wärmeeinheiten.

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Für einen Wagen mittlerer Größe ist anzunehmen, daß eine Wärmeabfuhr von etwa 4000 BTU/h (= etwa 1000 kcal/h) aus dem Innenraum genügen müßte, um in demselben eine vernünftige Klimatisierung zu erhalten. Bei dieser Kapazität wird der theoretische Wasserverbrauch infolge der kühlenden Verdampfung mit etwa A Ib. oder 1/2 Gallone je Stunde (= etwa 2 l/h) berechnet. Tatsächlich haben Tests gezeigt, daß der Verbrauch bei etwa 12 Ib. oder 1,5 Gallonen/h (= etwa 6 l/h) liegt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung, deren Aufbau und Testergebnisse vorstehend beschrieben sind, sind die Wärmeaustauscher auf dem Spritzbord und dem Heckbord angebracht. Stattdessen kann ein Wärmeaustauscher in dem Ventilationssystem, etwa bei 60 in Fig. 2 angeordnet sein. In dieser Anordnung strömt Außenluft durch eine Schlitzblende 62, die regelbar sein kann, und durch eine Kühlschlange 60. Durch Verstellen der Schlitzblende 62 kann die Kühlung des Innenraums 6 geregelt werden. Die Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 können jede als ein unabhängig betriebenes System in ein und demselben Fahrzeug vereint werden, um sie zu benutzen, wenn hohe Temperaturen vorherrschen oder wenn eine höhere Kühlkapazität insgesamt gefordert wird. Als einziger Leistungsaufwand waren hierbei vier Gleichstrom-Elektromotoren für 1,5 A und 12 V für den Pumpenantrieb erforderlich.

Die in der vorangehenden Beschreibung angegebenen Merkmale und Zahlenwerte betreffen lediglich ein Ausführungsbeispiel, das der Erläuterung der Erfindung dient, und haben keinerlei einschränkende Wirkung. Vielmehr sind mannigfache Abwandlungen und Änderungen ohne erfinderisches Zutun denkbar, ohne den Rahmen bzw. Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Pcdentaüwäll·

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel

Dipl-too· Woliüang Roichel 8868

6 Frankfurt a M. 1 27 A 2 6 1

Pcukettaße 13

PAUL KU und IRENE LAU KU, Woodside, N.Y., VStA

Patentansprüche

££} Kühleinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, die bei Vorwärtsfahrt des Wagens den Innenraum desselben zu kühlen vermag,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (20) zwischen einer unteren, dem Fahrwind ausgesetzten Lufteintrittsöffnung (26) und einer oberen LuftaustrittsÖffnung (2U) einen senkrechten Strömungskanal für die Luft aufweist und an der oberen Luftaustrittsöffnung (2A) mit einer Sprühvorrichtung (52) zum Einsprühen von verdampfbarer Flüssigkeit durch die aufsteigende Luft nach unten sowie am Boden mit einer Auffangvorrichtung (22) für die eingesprühte Flüssigkeit nach ihrem Durchgang durch die aufsteigende Luft versehen ist und eine Pumpanordnung (29, 30) die aufgefangene, durch Berührung mit der Luft und Tel!verdampfung im Gehäuse (20) abgekühlte Flüssigkeit durch eine Wänneaustauscheranordnung (42, 48) unter Wärmeabführung bzw. Luftabkühlung im Innenraum (6) zurück zur Sprühvorrichtung (52) in Umlauf zu setzen vermag.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennz e'i c h η e t , daß die Sprühvorrichtung als Verregnungskopf (52) ausgebildet ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verregnungskopf (52) die Flüssigkeit in einer Verteilung versprüht, die sich im wesentlichen über den vollen Querschnitt des senkrechten Strömungskanals im Gehäuse (20) erstreckt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheranordnung eine Rohrschlange (60) aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange in Form eines Tanks (48) im wesentlichen waagerecht auf der Oberseite des Spritzbords (14), der Sonnenstrahlung durch die Windschutzscheibe (10) des Innenraums,(6) des Fahrzeugs (2) ausgesetzt, angebracht ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange in Form eines Tanks (42) im wesentlichen waagerecht auf der Oberseite des Heckbords (16), der Sonnenstrahlung durch die Heckscheibe (12) des Innenraums (6) des Fahrzeugs (2) ausgesetzt, angebracht ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheranordnung einen ersten Tank (42) und einen zweiten Tank (48) einschließt, die im wesentlichen waagerecht auf dem Heckbord (16)'bzw. auf dem Spritzbord (14) des Fahrzeugs (2) angeordnet sind, und die Pumpanordnung so einzuschalten ist, daß sie die Flüssigkeit aus der Auffangvorrichtung (22) nacheinander durch den ersten und den zweiten Tank (42, 48) und von da zur Sprühvorrichtung (52) umpumpt. 809815/0591
8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine verstellbare Schlitzblende zum geregelten Durchtritt eines Luftstroms durch die Rohrschlange vorgesehen ist.

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