Dometic WTA S.R.L.
Via Virgilio n. 3 M ü n c h e n
47100 Forli 26. August 2004
Italien (GS/KR)
Verfahren zum Betrieb eines Klimagerätes sowie Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Klimagerätes gemäß dem Oberbe¬ griff des Anspruchs 1 sowie das Klimagerät selbst.
Heutzutage ist das Reisen in Fahrzeugen, beispielsweise Wohnwägen oder auch Camping¬ mobilen sehr beliebt. Um im Innenraum dieser Fahrzeuge insbesondere während der Reise¬ dauer aber auch im Stand eine angenehme Temperatur zu erreichen, werden Klimageräte, welche vorzugsweise an Außenwänden des Fahrzeuges befestigt sind, verwendet. Dabei wird insbesondere der Aufenthaltsraum im Inneren des Fahrzeuges auf eine angenehme vom Verwender definierte Temperatur temperiert. Dabei liefern die vorzugsweise auf dem Dach montierten Klimageräte im Sommer gekühlte frische und befeuchtete Luft sowie im Winter erwärmte Luft, ohne einen Austausch des jeweiligen Gerätes zu erfordern. In beiden Fällen ist die Temperatur jeweils durch den Verwender individuell einstellbar.
Aus dem Stand der Technik sind Klimageräte insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen bekannt, welche ein Klimasystem im wesentlichen bestehend aus einem Verdampfer, einer elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung, einem Kompressor und einem Kondensator bein¬ halten. Zwischen diesen Komponenten zirkuliert ein unter Druck gehaltenes Kältemittel, welches je nach physikalischem Zustand entweder flüssig oder gasförmig vorliegt und die
Komponenten erhitzt oder abkühlt, wenn es durch diese hindurchgeleitet wird. Im wesentli¬ chen beinhalten dabei die aus dem Stand der Technik bekannten Geräte zwei getrennte Luftkreisläufe, wobei der erste durch das Klimagerät und den zu temperierenden Innenraum zirkuliert und während des Durchdringens des betriebenen Verdampfers abgekühlt oder bei Durchdringen der alternativ betriebene elektrischen Heizeinrichtung erwärmt wird. Die Umwälzung erfolgt dabei durch einen im Klimagerät im ersten Luftkreislauf integrierten ersten Ventilator.
Ferner weisen diese aus dem Stand der Technik bekannten Geräte einen zweiten Luftkreis¬ lauf auf, welcher separat von dem ersten Luftkreislauf geführt wird und zur Abfuhr der in dem Klimagerät entstehenden Wärme in die Umgebung dient. Dabei ist bei den herkömmli¬ chen Geräten ein Ventilator vorgesehen, der in Strömungsrichtung gesehen vor dem Kon¬ densator angeordnet ist und durch entsprechende Gehäuseöffhungen Umgebungsluft zur Wärmeabfuhr vom Kondensator ansaugt und diese durch den Kondensator hindurch durch rückwärtig ausgerichtete Luftauslässe aus dem Gehäuse ausbläst. Dabei ist der Ventilator aufgrund der geringen Baugröße des Gerätes und der Ausmaße des relativ großen Ventila¬ tors selbst schräg im Inneren des Gehäuse angeordnet, um den nötigen Luftdurchsatz zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion der aus dem Stand der Technik bekannten Klimageräte, welche insbesondere zur Kühlung bzw. Erwärmung von Fahrzeu¬ ginnenräumen eingesetzt werden sowie deren Leistungsfähigkeit weiterzuentwickeln, wobei es insbesondere Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Geräuschemission des Klimagerä¬ tes zu reduzieren sowie die thermodynamische Effizienz des Gerätes während des Betriebes zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines Klimagerätes nach Anspruch 1 mit einer entsprechenden konstruktiven Ausgestaltung des Klimagerätes nach Anspruch 7 in vorteilhafter Weise gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der diesen Ansprüchen untergeordneten Unteransprüche. Dabei wird in vorteil¬ hafter Weise vorgeschlagen, dass das Verfahren zum Betrieb eines Klimagerätes, insbeson-
dere eines auf der Außenseite eines Fahrzeuges angeordneten Klimagerätes, folgende Schritte beinhaltet. Zunächst wird in einem ersten Luftkreislauf durch einen ersten Ventila¬ tor eine Sogwirkung erzeugt, um die in einem zu kühlenden bzw. zu erwärmenden Raum zirkulierende Innenraumluft in das außerhalb des zu kühlenden bzw. zu erwärmenden Rau¬ mes angeordnete Klimagerät anzusaugen, um die Innenraumluft durch einen Verdampfer oder eine elektrische Heizeinrichtung durchzuleiten, um die Luft dadurch abzukühlen bzw. zu erwärmen bevor diese gekühlte bzw. erwärmte Luft aus dem Klimagerät ausgeführt und in den zu kühlenden bzw. zu erwärmenden Raum eingeleitet wird. Ferner beinhaltet das Verfahren zum Betrieb eines Klimagerätes einen zweiten Luftkreislauf, in welchem durch mindestens zwei weitere bezogen auf die Strömungsrichtung des Luftstroms im zweiten Luftkreislauf einem Kondensator nachgelagerte Ventilatoren eine weitere Sogwirkung er¬ zeugt wird, durch die Umgebungsluft in das Klimagerät angesaugt wird. Durch die Sogwir¬ kung der mindestens zwei dem Kondensator nachgelagerte Ventilatoren wird die Umge¬ bungsluft durch den Kondensator durchgeleitet, um diesen abzukühlen. Daraufhin erfolgt ein Auftrennen des Abluftstroms in eine der Anzahl der nachgelagerten Ventilatoren ent¬ sprechende Mehrzahl an separaten Teilabluftströmen, die durch Luftauslässe aus dem Kli¬ magerät in die Umgebung ausgeführt werden.
Vorteilhafterweise erfolgt dabei das Ansaugen der Innenraumluft und das Ausführen der gekühlten bzw. erwärmten Luft aus dem Klimagerät im ersten Luftkreislauf durch auf der Unterseite des Klimagerätes angeordnete mit dem zu kühlenden bzw. zu erwärmenden In¬ nenraum verbundene Luftein- und Luftauslässe. Das Ansaugen der Umgebungsluft in das Klimagerät im zweiten Luftkreislauf erfolgt dagegen durch auf den Seiten und/oder der Rückseite des Klimagerätes angeordnete Lufteinlässe. Dabei sind diese derart ausgestaltet, dass das Ansaugen der Umgebungsluft durch bei einem bewegten Fahrzeug entstehende Luftströmung derart unterstützt wird, dass der von vorne auf das Klimagerät treffende Luft¬ strom bzw. Teilströme davon durch die Lufteinlässe in das Gerät hineingedrückt werden.
Das Ausführen der Teilabluftströme im Luftkreislauf nach Durchdringen des Kondensators erfolgt durch eine der Anzahl der dem Kondensator nachgelagerten Ventilatoren entspre¬ chende Mehrzahl an seitlichen Luftauslässen aus dem Klimagerät. Dabei ist denkbar, die
Luftauslässe dahingehend zu gestalten, dass ebenfalls die bei einem bewegten Fahrzeug entstehende Luftströmung zu Hilfe genommen wird, um das Ausführen der Abluft derart zu unterstützen, dass zusätzlich außerhalb des Klimagerätes eine entsprechende Sogwirkung erzeugt wird.
Vorteilhafterweise wird dabei der erste Luftkreislauf, welcher im wesentlichen zur Kühlung bzw. zur Erwärmung des Innenraumes des Fahrzeuges dient und durch den Verdampfer bzw. durch die elektrische Heizeinrichtung geführt wird von dem zweiten Luftkreislauf, welcher zur Wärmeabfuhr durch den Kondensator geführt wird, räumlich sowie thermisch voneinander getrennt geführt.
Erfindungsgemäß wird weiter ein Klimagerät zur Ausführung des oben beschriebenen Ver¬ fahrens mit einem Gehäuse umfassend ein Klimasystem vorgeschlagen. Das Klimasystem besteht dabei im einzelnen aus einem Verdampfer, einer elektrischen Heizeinrichtung, ei¬ nem Kompressor und einem Kondensator, mit einem ersten Luftkreislauf durch den Ver¬ dampfer zur Erzeugung der Kühlwirkung oder durch die elektrische Heizeinrichtung zur Erzeugung von Warmluft und einem zweiten Luftkreislauf durch den Kondensator zur Wärmeabfuhr vom Kondensator. Wobei vorteilhafterweise vorgeschlagen wird, dass das Kühlsystem im zweiten Luftkreislauf mindestens zwei Ventilatoren für den Luftdurchsatz durch das Klimagerät aufweist, die bezogen auf die Richtung des Luftstroms des zweiten Luftkreislaufs dem Kondensator nachgelagert angeordnet sind.
Dabei weist das Gehäuse zur Versorgung des zweiten Luftkreislaufs mit der benötigten Umgebungsluft seitliche und/oder rückwärtig ausgerichtete Lufteinlässe auf. Zur Abfuhr der im zweiten Luftkreislauf durch den Kondensator erwärmten Abluft ist weiterhin eine der Anzahl der Ventilatoren entsprechende Mehrzahl an seitlichen Luftauslässen vorgesehen. Dabei sind vorteilhafterweise die seitlich angeordneten Lufteinlässe in einem Winkel derart zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet, dass das Einströmen der Luft während der Fortbewegung des Fahrzeugs durch die entstehende Luftströmung um das Fahrzeug herum unterstützt wird. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass das Gehäuse eine sich im wesentli¬ chen in Fahrtrichtung verjüngende Form aufweist und die Lufteinlässe in einer seitlichen
Aussparung des Gehäuses angeordnet sind. Dieses dient ebenfalls der Verbesserung der Strömungseigenschaflen des Gerätes sowie der Unterstützung der Zufuhr der Umgebungs¬ luft in den Luftkreislauf.
Der als im wesentlichen kastenförmige Baueinheit ausgestalte Kondensator ist dabei hin¬ sichtlich der inneren Bodenfläche des Gehäuses horizontal sowie quer zur Längsachse des Klimagerätes am hinteren Ende im Gehäuse angeordnet. Erfindungsgemäß sind dabei die mindestens zwei Ventilatoren des Luftkreislaufs auf der inneren Bodenfläche des Gehäuses unterhalb des Kondensators derart angeordnet, dass deren Rotationsachse im wesentlichen senkrecht zu der Bodenfläche des Gehäuses ausgerichtet sind. Dadurch wird eine bezogen auf die Strömungsrichtung des Luftkreislaufs dem Kondensator nachgelagerte Anordnung der Ventilatoren erreicht. Dabei ist ferner mindestens eine Trennwand vorgesehen, um die mindestens zwei Ventilatoren sowie die jeweiligen der Anzahl der Ventilatoren entspre¬ chenden Luftauslässe in Form von separaten Ventilatorschächten voneinander räumlich zu trennen. Die durch den Kondensator durchströmende Luft wird demnach nach Austritt aus dem Kondensator in die entsprechenden Teilabluftströme aufgeteilt, die dann separat aus dem Klimagerät über die Luftauslässe ausgeführt werden.
Um die beiden Luftkreisläufe isoliert voneinander zu führen, ist ferner eine Isolationsein¬ richtung vorgesehen, die den ersten Luftkreislauf von dem zweiten Luftkreislauf räumlich sowie thermisch trennt.
Um den ersten Luftkreislauf durch den Verdampfer zu erzeugen, ist ein weiterer Ventilator im Klimagerät vorgesehen. Dabei weist das Gehäuse des Klimagerätes zur Versorgung des ersten Luftkreislaufs mit zu kühlender bzw. zu erwärmender Luft aus dem Innenraum des Fahrzeuges einen Lufteinlass auf. Zur Abfuhr der gekühlten bzw. erwärmten Luft aus dem Klimagerät ist ferner ein Luftauslass vorgesehen. Dabei stehen Lufteinlass sowie Luftaus- lass in direktem Kontakt mit dem zu kühlenden bzw. zu erwärmenden Innenraum des Fahr¬ zeuges.
Zur Montage des Klimagerätes, insbesondere auf einem Fahrzeugdach, weist das Gehäuse Befestigungseinrichtungen auf. Das Gehäuse des Klimagerätes ist vorzugsweise aus Kunst¬ stoff gefertigt sowie mehrteilig ausgebildet, wobei das Gehäuse insbesondere eine trennbare Ober- und Unterschale aufweist. Ein schneller Zugang zu den einzelnen im Inneren des Klimagerätes befindlichen Baugruppen für Wartungszwecke oder Reparaturarbeiten wird dadurch gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Halterung zur Aufnahme des Kompressors vorgeschla¬ gen, um diesen auf der Innenseite der Unterschale entsprechend zu fixieren. Dabei ist die Halterung zur Aufnahme des Kompressors aus einer Grundplatte mit zur Aufnahme einer Mehrzahl an Dämpfungselementen ausgestalteten schrägen Montageflächen gebildet. Der Kompressor ist dabei auf den diagonal ausgerichteten Dämpfungselementen gelagert, was vorteilhafterweise die Vibrationen, denen der Kompressor während der Bewegung des Fahrzeuges ausgesetzt minimiert und Beschädigungen des Bauteiles selbst verhindert.
Durch die besondere Führung der Luftströme durch das Klimagerät sowie die konstruktive Ausgestaltungen des Gerätes selbst, insbesondere der Verwendung von mindesten zwei dem Kondensator im zweiten Luftkreislauf nachgelagerten Ventilatoren wird dabei eine erhebli¬ che Reduzierung der Geräuschemission erreicht. Insbesondere die Aufteilung der Ventilati¬ on des Kondensators in mindestens zwei verschiedene Richtungen ist dabei als besonders vorteilhaft anzusehen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den bei¬ gefügten Figuren beschriebenen Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des Klimagerätes sowie des Klimagerätes selbst ersichtlich, bei welchen zei¬ gen:
Fig. 1 eine perspektivische Außenansicht des erfindungsgemäßen Klimageräts,
Fig. 2 eine Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Klimageräts mit den einzelnen Bau¬ gruppen,
Fig. 3 eine perspektivische Schrägansicht mit geöffnetem Gehäuse des erfindungsgemäßen Klimageräts;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der beiden erfindungsgemäßen Luftkreiskreisläufe durch das Klimagerät, und
Fig. 5 die erfindungsgemäße Lagerung des Kompressors.
Das in Fig. 1 dargestellte Klimagerät 1 ist in der gezeigten Ausführungsform zur Montage auf einem Fahrzeugdach 20 vorgesehen. Dabei weist das Klimagerät 1 ein Gehäuse 2 mit einer separierbaren Oberschale 21 und einer die einzelnen Baugruppen aufnehmenden Un¬ terschale 22 auf, welches auf den parallel zur Fahrtrichtung X ausgerichteten Längsseiten jeweils seitliche Aussparungen 19 aufweist. Dabei sind einem Winkel zur Fahrtrichtung X ausgerichtete Lufteinlässe 10 in den seitlichen Aussparungen 19 sowie parallel zur Fahrt¬ richtung X seitlich angeordnete Luftauslässe 11 vorgesehen. Zur Unterstützung der Luftzu¬ fuhr sind ferner auf der Rückseite des Gerätes (nicht gezeigt) zusätzliche Lufteinlässe vor¬ gesehen.
Dabei beinhaltet das Gehäuse 2 des erfmdungsgemäßen Klimageräts 1 wie in Fig. 2 gezeigt, die einzelnen Bauteile bzw. Baugruppen des Klimageräts 1. Deutlich wird hier die Anord¬ nung der einzelnen Bauteile zueinander. Dabei weist das Klimagerät 1 ein Klimasystem 3 bestehend aus einem Kompressor, einem Verdampfer 4 und einer elektrischen Heizeinrich¬ tung 25 (vgl. Fig. 4) sowie einem Kondensator 6 auf. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind ferner zwei Ventilatoren 7 und 8 vorgesehen, welche direkt auf dem inneren Boden der Unterschale 22 derart angeordnet sind, dass ihre Achsen senkrecht zu der Ebene der Unterschale 22 stehen. Entsprechende Trennwände 12 und 17 (vgl. Fig. 3) grenzen dabei die beiden Ventilatoren 7 und 8 aufnehmende Ventilatorschächte 19 sowohl zueinander als auch hinsichtlich des rest¬ lichen Innenraums des Gehäuses 2 voneinander ab. Ferner weist die Unterschale 22 des Ge¬ häuses 2 einen nach unten weisenden Lufteinlass 14 sowie ebenfalls nach unten weisenden
Luftauslass 15 auf. Diese sind mit entsprechenden Öffnungen vorzugsweise im Fahrzeug¬ dach (nicht gezeigt) übereinstimmend ausgerichtet.
Der vordere Bereich der Unterschale 22 ist dabei zur Aufnahme des Verdampfers 4 und der elektrischen Heizeinrichtung 25 ausgestaltet. Dabei ist die elektrische Heizeinrichtung un¬ mittelbar neben dem Verdampfer angeordnet, so dass je nach Bedarf entweder der Ver¬ dampfer 4 zur Erzeugung einer Kühlwirkung oder die elektrische Heizeinrichtung 25 zur Erzeugung einer Heizwirkung in Betrieb genommen und der Luft durchströmt werden kann. Durch eine haubenartige Isolationseinrichtung 13 wird dabei eine räumliche sowie thermi¬ sche Abgrenzung des Verdampfers 4 sowie der elektrischen Heizeinrichtung 25 zum restli¬ chen Innenraum des Gehäuses 2 erreicht.
Ferner weist das Klimagerät eine Halterung 24 zur Montage des Kompressors 5 auf, welche zur Fixierung des Kompressors 5 an der Unterschale 22 befestigt wird. Der Kompressor 5 ist dabei vorteilhafterweise über eine Halterung 24 auf der inneren Bodenfläche der Unter¬ schale 22 fixiert. Dabei weist diese eine Grundplatte 26 mit zwei schräg nach oben weisen¬ den Montageflächen auf. Der im wesentlichen zylinderförmige Kondensator 5 ist dabei über entsprechend an den Montageflächen vorgesehenen diagonal ausgerichteten Dämpfungs¬ elemente 27 gelagert.
Wie weiter in Fig. 2 ersichtlich, ist der Kondensator 6 als rechteckiger Kasten ausgebildet, der mit seiner Längsachse quer zur Längsachse des Klimagerätes ausgerichtet und im we¬ sentlichen horizontal zur Unterschale angeordnet ist. Deutlich ist dabei die Anordnung des Kondensators 6 über den Ventilatoren 7 und 8 gezeigt. Über den seitlichen Aussparungen 19 angeordneten, in einem Winkel zur Längsachse X ausgerichteten Lufteinlässe 10 strömt dabei die Umgebungsluft in das Gehäuse 2 des Klimageräts 1. Über eine entsprechende Ab¬ dichtplatte 26 erfolgt letztendlich die Aufteilung des durch den Kondensator 6 durchge¬ führten Luftstroms in zwei Teilluftströme, welche durch den jeweiligen Ventilator 7 oder 8 angetrieben durch den jeweiligen Ventilatorschacht 18 über die Luftauslässe 11 das Klima¬ gerät 1 in die Umgebung verlassen.
Wie in Fig. 3 ersichtlich, sind dabei durch die weiteren Trennwände 17 in Verbindung mit der Trennwand 12 die Ventilatorschächte 18, welche über die Luftauslässe mit der Umge¬ bung in Verbindung stehen definiert. Die Isolationseinrichtung 13 ist in dem in Fig. 3 ge¬ zeigten Ausftihrungsbeispiel auf der Unterschale 22 montiert und überdeckt dabei die zur Erzeugung der Kühlwirkung bzw. Heizwirkung benötigten Bauelemente Verdampfer 4 und elektrische Heizeinrichtung 25 (vgl. Fig. 4).
Entsprechend der schematischen Darstellung in Fig. 4 werden erfindungsgemäß zwei sepa¬ rate Luftkreisläufe A und B durch das Klimagerät 1 geführt. Luftkreislauf A dient dabei der je nach Bedarf durch den Verwender voreingestellten Abkühlung bzw. Erwärmung des In¬ nenraums des Fahrzeuges. Dabei wird über einen ersten Ventilator 16 der Luftkreislauf A im wesentlichen gesteuert. Während des Betriebes des Klimagerätes wird Innenraumluft Ai durch den nach unten weisenden Lufteinlass 14 in das Klimagerät eingesogen, welche dar¬ aufhin durch die elektrische Heizeinrichtung 25 bzw. den Verdampfer 4 gesogen wird. Da¬ bei ist je nach Einstellung durch den Verwender entweder der Verdampfer 4 zur Kühlung des Luftstromes A1 oder die elektrische Heizeinrichtung 25 zur Erwärmung des Luftstromes A1 in Betrieb. Nach Durchführung des Luftstromes Ai durch den Verdampfer 4 bzw. die elektrische Heizeinrichtung 25 gelangt der nunmehr gekühlte bzw. erwärmte Luftstrom A2 in den Ventilator 16 und wird durch diesen durch den Luftauslass 15 als Luftstrom A3 in den zu kühlenden bzw. zu erwärmenden Innenraum des Fahrzeuges eingeleitet. Der erste Luftkreislauf A zur Kühlung bzw. Erwärmung der durchströmenden Luft ist damit ge¬ schlossen. Der erste Luftkreislauf A ist ferner über die Isolationseinrichtung 13 (vgl. Fig. 2 und 3) von dem übrigen Innenraum des Gehäuses 2 des Klimageräts 1 räumlich sowie ther¬ misch getrennt.
Ferner wird über einen zweiten Luftkreislauf B die Kühlung des Kondensators 6 sowie des Kompressors 5 während des Kühlbetriebes des Klimagerätes 1 erreicht. Dabei strömt Um¬ gebungsluft Bi durch die in den seitlichen Aussparungen 19 vorgesehenen Lufteinlässe 10 in den Innenraum des Gehäuses 2. Bei stehendem Fahrzeug wird die Zuführung der Luft im wesentlichen über die beiden eine erhebliche Sogwirkung erzeugenden dem Kondensator 6 nachgelagerten Ventilatoren 7 und 8 (vgl. Fig. 2 und 3) erzeugt. Während der Fortbewegung
des Fahrzeugs und des Klimagerätes 1 wird diese Sogwirkung über die Einströmung des durch den bei einem bewegten Fahrzeug entstehenden Luftstrom zusätzlich unterstützt. Fer¬ ner ist ein Ansaugen von Umgebungsluft durch auf der Rückseite angeordnete Lufteinlässe (nicht gezeigt) zusätzlich realisiert. Die in das Gehäuse eintretenden Umgebungsluftströme B] werden dann durch die Sogwirkung der Ventilatoren 7 und 8 als Luftströme B2 in den hinteren Gehäuseinnenraum um dem Kondensator 5 herum geleitet, um durch die Sogwir¬ kung der beiden Ventilatoren 7 und 8 letztendlich durch den Kondensator 6 gesogen zu werden.
Nach Wärmeaufnahme vom Kondensator 6 verlassen die nunmehr warmen Abluftströme B3 über die seitlichen Luftauslässe 11 das Gehäuse 2 des Klimageräts 1. Der zweite Luftkreis¬ lauf B zur Wärmeabfuhr vom Kondensator ist damit geschlossen. Die strömungsgünstige keilförmige sich nach vorne verjüngende Ausgestaltung des Gehäuses 2 sowie die spezielle Ausgestaltung der seitlichen Aussparungen 19 und der darin schräg angeordneten Luftein¬ lässe 10 unterstützen dabei einerseits die Zuführung von Umgebungsluft in den Luftkreis¬ lauf B sowie das Abführen der erwärmten Abluft aus dem Gehäuse.