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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugklimaanlage,
die ein Spiralgehäuse
eines Gebläses
mit einer Schneckenluftführung
und eine Wärmetauschereinheit
besitzt, und insbesondere auf eine optimale Klimaanlage für eine Kfz-Klimaanlage.
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Bezug
nehmend auf 4 gibt es
eine Klimaanlage 50 für
Fahrzeuge, die ein Spiralgehäuse 51 und
eine Wärmetauschereinheit 52 aufweist.
Eine Schneckenluftführung 53 ist
in dem Spiralgehäuse 51 ausgebildet.
Ein nach vorne gekrümmtes
Lüfterrad 54 der
Zentrilfugalbauart ist in dem Spiralgehäuse angeordnet. Das nach vorne
gekrümmte
Lüfterrad 54 besitzt
eine Drehwelle 55 und eine Anzahl an gekrümmten Flügeln 56,
die um die Drehwelle 55 herum angeordnet sind. Die aus
einer Luftansaugöffnung 57 des
Spiralgehäuses 51 angesaugte
Luft wird durch das nach vorne gekrümmte Lüfterrad 54 in Richtungen
radial nach außen
geleitet. Danach ist der Druck in der Luftführung 53 ausreichend
erhöht
und die Luft wird durch eine Auslaßöffnung 58 und eine
Einlaßöffnung 59 einer
Wärmetauschereinheit 52 in
das Innere der Wärmetauschereinheit 52 ausgestoßen. Anschließend erreicht
die Luft einen Wärmetauscher 60 und
es findet ein Wärmeaustausch
zwischen dem Wärmetauscher 60 und
der vorbeiströmenden
Luft statt.
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In
der Klimaanlage 50 arbeitet das nach vorne gekrümmte Lüfterrad 54 jedoch
unter einem weiten Bereich zwischen einem Hochdruckverlustbetrieb und
einem Niederdruckverlustbetrieb. Während des Hochdruckverlustbetriebes
wird die große
Menge der Luft in den Innenraum eines Fahrzeugs geleitet. Im Gegensatz
dazu wird in einem Niederdruckverlustbetrieb die geringe Menge der
Luft in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet. Somit kann der Strömungszustand
der Luft in der Klimaanlage 50 variieren. Insbesondere
während
des Hochdruckverlustbetriebes kann die Luft zu der Luftführung 53 zurückströmen, da
die Menge der Luft, die die Auslaßöffnung 58 des Spiralgehäuses 51 passiert,
zunimmt. Da eine Querschnittfläche
einer Einlaßöffnung 59 der
Wärmetauschereinheit 52 größer als
eine Öffnung
einer Auslaßöffnung 58 gebildet
ist, in einer schraffierten Fläche
in 4 (d. h. die Stellen,
die den radial einwärts gerichteten
Flächen
der Einlaßöffnung 59 und
der Auslaßöffnung 58 entsprechen),
kann eine turbulente Strömung
oder eine Stagnation der Luft auftreten. Als ein Ergebnis kann eine
Rückströmung oder
eine Zirkulation auftreten. Wenn die Rückströmung oder die Zirkulation auftritt,
kann Lärm
(insbesondere in einem niedrigen Frequenzbereich, beispielsweise
in einem Bereich zwischen 50 Hz und 2.000 Hz), ein pulsierender
Lärm und
die Abnahme des Gebläsewirkungsgrads
auftreten. Der Lärm,
der pulsierende Lärm
und die Abnahme des Gebläsewirkungsgrads
kann reduziert oder um ein bestimmtes Ausmaß beseitigt werden, indem das
Design des gekrümmten
Flügels 56 und
der Luftführung 53 verändert werden.
Jedoch besteht eine Grenze bei dieser Lösungsmethode. Darüber hinaus
kann eine Verkleinerung der Klimaanlage 50 nicht erreicht
werden, da bei dieser Lösungsmethode
eine Designfreiheit des gekrümmten
Flügels 56 und
der Luftführung 53 verringert
ist.
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Die
JP 11287471 offenbart den
Oberbegriff der Erfindung gemäß Anspruch
1. Die
US 6 178 764 entspricht
der
JP 11287471 , ist
jedoch nach dem Prioritätstag
der vorliegenden Erfindung ver öffentlicht. Die
FR 2781531 und die GB 2340550 offenbaren Klimaanlagen mit luftbegradigenden
Wänden.
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Es
ist demgemäß eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugklimaanlage bereitzustellen,
die verbesserte Lärmeigenschaften
und einen verbesserten Gebläsewirkungsgrad
in einem weiten Bereich zwischen einem Hochdruckverlustbetrieb und
einem Niederdruckverlustbetrieb besitzt, insbesondere in einem Hochdruckverlustbetrieb durch
Verhindern des Auftretens des Lärms
und einer Abnahme des Gebläsewirkungsgrads
im Vergleich zu bekannten Fahrzeugklimaanlagen:
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Die
Aufgabe wird durch die Fahrzeugklimaanlage des Anspruchs 1 gelöst.
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Aufgaben,
Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele
dieser Erfindung werden dem Fachmann anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
der Erfindung und der beigefügten Zeichnungen
offensichtlich.
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In
den Zeichnungen:
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ist 1 eine vertikale Schnittansicht
einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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ist 2 eine vergrößerte Querschnittansicht
eines luftbegradigenden Lüfterflügels, der
in 1 abgebildet ist;
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ist 3 ein Diagramm, das ein
Verhältnis zwischen
der Frequenz und dem Lärmpegel
der Fahrzeugklimaanlage der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen
Fahrzeugklimaanlage zeigt; und
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ist 4 eine vertikale Schnittansicht
einer bestehenden Fahrzeugklimaanlage.
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1 zeigt eine Fahrzeugklimaanlage
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 1 enthält eine Klimaanlage 1 ein
Spiralgehäuse 2 und
eine Wärmetauschereinheit 3.
Eine Schneckenluftführung 8 ist
in dem Spiralgehäuse 2 ausgebildet.
In dem Spiralgehäuse 2 ist
ein vorwärts
gekrümmtes
Lüfterrad 6 der Zentrifugalbauart
angeordnet. Das nach vorne gekrümmte
Lüfterrad 6 besitzt
eine Anzahl an gekrümmten
Flügeln 5,
die um eine Drehwelle 4 herum angeordnet sind. Eine Innenlufteinführungsöffnung 7 ist
in der oberen Oberfläche
des Spiralgehäuses 2 ausgebildet.
Die Luft, die aus der Einlaßöffnung 7 angesaugt
wird, wird durch das nach vorne gekrümmte Lüfterrad 6 radial nach
außen
geleitet und in eine Luftführung 8 eingeführt. Die
Luftströmung
zu der Luftführung 8 wird
durch eine Lufteinführungsöffnung 11 in
die Wärmetauschereinheit 3 eingeführt, die
mit einer Luftausstoßöffnung 9 des
Spiralgehäuses 2 in Verbindung
steht. Anschließend
erreicht die Luft einen Wärmetauscher 10,
beispielsweise einen Verdampfer, und ein Wärmeaustausch wird zwischen dem
Wärmetauscher 10 und
der vorbeiströmenden Luft
ausgeführt.
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Eine
luftbegradigende Wand 12 ist an der Position der Lufteinführöffnung 11 der
Wärmetauschereinheit 3 angeordnet,
die einer radial einwärts gerichteten
Fläche
der Luftausstoßöffnung 9 des
Spiralgehäuses 2 entspricht.
Eine luftbegradigende Wand 12 erstreckt sich zum Wärmetauscher 10 hin. Wie
in 1 gezeigt ist, ist
eine luftbegradigende Wand 12 so konstruiert, daß sie die
Ungleichung θ1 ≥ θ2 erfüllt, wenn
ein Winkel θ1 als
ein Winkel zwischen einer Ebene A (durch eine horizontale Linie
in 1 ausgedrückt), die
durch eine Mittelachse der Drehwelle 4 geht und senkrecht
zu einer Luftausstoßöffnungsebene 9a (aus 1) steht, und einer Ebene
B, die sich von einem Ende der Außenwand des Spiralgehäuses 2 in
die Richtung des Endabschnittes der Außenwand erstreckt, definiert
wird, und wenn ein Winkel θ2
als ein Winkel definiert wird, zwischen der Ebene A und einer Ebene
C, die sich von einer Oberfläche 12a der
luftbegradigenden Wand 12 entlang dieser Richtung erstreckt.
Unter Bezugnahme auf 2 steht
eine Oberfläche 12a der
luftbegradigenden Wand 12 kontinuierlich mit einer radial
einwärts
gerichteten Oberfläche 14 der
Luftausstoßöffnung 9 in
Verbindung, und erstreckt sich quer zur Luftausstoßöffnungsebene 9a in
einer Breitenrichtung der Vorrichtung (senkrecht zum Papier). Des weiteren
ist die Oberfläche 12a der
luftbegradigenden Wand 12 so ausgebildet, daß sie einen
gut definierten Winkel θ2
in bezug zur Ebene A besitzt. Deshalb ist ein Anfangsabschnitt 12b der
Oberfläche 12a an
einer Seite eines Spiralgehäuses 2 in
bezug auf die Luftausstoßöffnungsebene 9a angeordnet.
Wenn ein Verhältnis
zwischen dem Winkel θ1
und dem Winkel θ2
gleich θ1 < θ2 ist und
die Differenz zwischen dem Winkel θ1 und dem Winkel θ2 groß wird,
wird eine Öffnung
der Luftausstoßöffnung 9 kleiner
oder eine Luftströmung
an der Luftausstoßöffnung 9 nimmt
rapide zu. Als ein Ergebnis kann die Gebläsewirksamkeit aufgrund eines
Druckverlustes abnehmen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist eine Luftbegradigungswand 12 an
einer Fläche
angeordnet, an der die Rückströmung oder
dergleichen in Verbindung mit der Stagnation der Luft insbesondere
im Hochdruckverlustbetrieb auftreten kann, das heißt, die
Luftbegradigungswand 12 ist an der Position der Lufteinführungsöffnung 11 der
Wärmetauschereinheit 3 angeordnet,
die einer radial einwärts
gerichteten Fläche
der Luftausstoßöffnung 9 des
Spiralgehäuses 2 entspricht.
Des weiteren erstreckt sich die Luftbegradigungswand 12 zu
dem Wärmetauscher 10 hin.
Durch diese Konstruktion wird die Luft, die von der Luftausstoßöffnung 9 ausgestoßen wird,
durch die Luftbegradigungswand 12 begradigt und die Ausrichtung
der Luftströmung
zu dem Wärmetauscher 10 wird
durch die Luftbegradigungswand 12 gegeben. Folglich kann
die Stagnation der Luft verhindert werden und eine Rückströmung oder
Zirkulation kann unterdrückt werden.
Als ein Ergebnis können
Lärm, pulsierender Lärm und die
Abnahme der Gebläsewirksamkeit
der Klimaanlage 1 wirksam reduziert oder beseitigt werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Luftbegradigungswand 12 so
gestaltet, daß sie
der Ungleichung θ1 ≥ θ2 genügt. Deshalb
kann der Druckverlust der Luft, die aus der Luftausstoßöffnung 9 ausgestoßen wird,
zu einem großen
Ausmaß unterdrückt werden.
Als ein Ergebnis kann die Abnahme der Gebläsewirksamkeit der Klimaanlage 1 wirksam
verhindert werden.
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3 ist ein Diagramm, das
ein Verhältnis zwischen
der Frequenz und dem Lärmpegel
des Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung der Fahrzeugklimaanlage und einer bekannten
Fahrzeugklimaanlage zeigt. Unter Bezugnahme auf 3 wird das Diagramm erläutert.
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Ausführungsbeispiel 1
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Die
Luftbegradigungswand 12 ist in der Klimaanlage angeordnet.
Die Luftbegradigungswand 12 wurde so angeordnet, daß sie die
folgenden Gleichungen erfüllt
und der Lärmpegel
wurde gemessen.
Winkel θ1
= 31,3°
Winkel θ2 = 27,8°
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Vergleichsbeispiel 1
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Der
Lärmpegel
der bekannten Klimaanlage wurde gemessen. Die Differenz zwischen
dem Ausführungsbeispiel
1 und dem Vergleichsbeispiel 1 ist mit oder ohne Luftbegradigungswand 12 und
alle übrigen
Bedingungen des Ausführungsbeispiels
1 und des Vergleichsbeispiels 1, wie eine Konfiguration des Spiralgehäuses 2,
ein Lüftermotor
und die Lüftermotorspannung
werden in der gleichen Art und Weise festgelegt.
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Wie
in 3 gezeigt ist, beträgt jeder
der Spitzenpunkte des Lärmpegels
des Ausführungsbeispiels
1 und des Vergleichsbeispiels 1 jeweils ungefähr 200 Hz, wobei der Lärm aufgrund
des Niederdruckverlustbetriebs unübersehbar in (a) bei ungefähr 2.100
Hz liegt, wobei der Lärm
aufgrund der Luft, die durch die gekrümmten Flügel 5 geht, und unübersehbar
in (b) bei ungefähr
175 Hz und 500 Hz liegt, wobei der Lärm aufgrund des Hochdruckverlustbetriebs
unübersehbar
ist (c, d). Jeder der Spitzenwerte des Lärmpegels des Ausführungsbeispiels
1 ist niedriger als derjenige des Vergleichsbeispiels 1. Deshalb
ist der Lärm
des Ausführungsbeispiels
1 im Vergleich zu demjenigen des Vergleichsbeispiels 1 reduziert.
Des weiteren ist der Spitzenwert des Lärmpegels im Ausführungsbeispiel
1 bei ungefähr
2.100 Hz niedriger als derjenige des Vergleichsbeispiels 1. Der Grund
hierfür
ist, daß die
Luft an der Luftausstoßöffnung 9 durch
die Luftbegradigungswand 12 gleich gerichtet wird. Dies
zeigt den Gleichrichtungsdefekt der Begradigungswand 12.
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Wie
oben beschrieben wurde, können
in bezug auf ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung der Fahrzeugklimaanlage das Auftreten
einer Rückströmung, einer
Zirkulationsströmung
und ein Lärm
wirksam reduziert oder beseitigt werden, da die Luftbegradigungswand 12,
die die Luft, die von der Luftausstoßöffnung 9 ausgestoßen wird,
begradigt, in der Klimaanlage 1 angeordnet ist.
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In
der Praxis kann der Winkel θ1
im Bereich von 30° bis
32° liegen
und der Winkel θ2
kann im Bereich von 26° bis
28° liegen.