DE10127339A1 - Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Verteilerkasten, in welchem zumindest zwei Luftströmungspfade (16, 17) hin zu einer Mischzone (20) definierbar sind und welcher über zumindest zwei Ausgänge (10, 11, 14, 15) verfügt, von denen zumindest einer (11, 14, 15) mit Luft aus der Mischzone (20) beschickt werden kann, wobei das Gerät eine der Mischzone strömungstechnisch nachgeschaltete Einrichtung umfaßt, die eine Wechselwirkung der aus der Mischzone tretenden Luft bezüglich der Luft, die sich in einer anderen Richtung bewegt, reduziert, insbesondere im wesentlichen ausschließt, indem z. B. jeweilige kanalartige Durchtritte (18, 19) ausgebildet sind, die eine entkoppelte Kreuzung von Luftströmen erlauben.

Description

Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät, welches insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug geeignet ist.

Solch ein Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät ist üblicherweise mit einem Verteilerkasten versehen, in welchem zumindest zwei Luftströmungspfade, üblicherweise für Warmluft und Kalt- oder Frischluft hin zu einer Mischzone definierbar sind. Üblicherweise wird die Warm­ luft dadurch erzielt, daß man sie durch einen Heiz-Wärmetauscher strömen läßt, welchem optional eine elektrische Heizeinrichtung nachgeschaltet sein kann. In dem Fall, daß eine Klimatisierung vorgesehen ist, wird die Kalt- oder Frischluft üblicherweise durch einen Ver­ dampfer geführt, in welchem sie abgekühlt wird. In den meisten derzeit verfügbaren Geräten, die mit einer Klimaanlage ausgestattet sind, tritt die zu erwärmende Luft vor dem Heiz- Wärmetauscher ebenfalls durch den Verdampfer des Klimakreises. In der Mischzone versucht man durch entsprechende luftseitige und/oder wärmetauscherseitige Steuerung eine ge­ wünschte Temperatur bereitzustellen, wie sie in den Fahrzeugraum auszugeben ist.

Die bekannten Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimageräte verfügen meist über zumindest zwei Ausgänge, von denen zumindest einer mit Luft aus der Mischzone beschickt werden kann. In den meisten Fällen ist jedoch eine Vielzahl an Austritten an dem Verteilerkasten vorgesehen, wie z. B. ein sogenannter Defrost-Ausgang, der zur Luftbeaufschlagung der Windschutzschei­ be dient, ein Personen-Anströmeraustritt sowie ein Fußbereichsaustritt und optional ein Aus­ tritt für z. B. den Fußbereich im Fond des Fahrzeugs.

Bei ausgefeilteren Systemen können unterschiedliche Klimazonen in dem Fahrzeug bereitge­ stellt werden, z. B. sind Lösungen bekannt, bei denen eine Unterteilung in rechts und links und/oder Fond und Frontbereich realisierbar sind. Eine permanente Anforderung an Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimageräte dieser Art besteht darin, sie möglichst kompakt auszubil­ den, wobei die Druckverluste in den Strömungspfaden möglichst gering sein sollten. Ferner trifft man das Problem an, daß der unmittelbar unter der Windschutzscheibe angeordnete Luftausströmer, der mit dem Defrost-Ausgang verbunden ist, mit warmer Luft versorgt wer­ den muß, während ein genereller Wunsch dahingehend besteht, daß Luft, die aus Ausströmern tritt, die die Personen direkt anströmen, relativ kühl sein sollte, wobei die im Fußbereich aus­ zugebende Luft meist wärmer gewünscht wird. Diese aerothermischen und benutzerspezifi­ schen Vorgaben stehen jedoch einer kompakten Ausbildung des Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimageräts diametral entgegen, da meist mehrere Mischzonen vorzusehen sind, die gegebe­ nenfalls mit spezifischen Beipaßkanälen beschickt werden können.

Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bekannte Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verteilerkasten, in wel­ chem zumindest zwei Luftströmungspfade hin zu einer Mischzone definierbar sind und wel­ cher über zumindest zwei Ausgänge verfügt, von denen zumindest einer mit Luft aus der Mischzone beschickt werden kann, in solch einer Weise weiterzubilden, daß eine gewünschte Temperaturschichtung bei minimaler Bauraumanforderung und möglichst kurzen Strömungs­ pfaden einfach dargestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Mischzone strömungstechnisch eine Einrichtung nachgeschaltet ist, die eine Wechselwirkung der aus der Mischzone treten­ den Luft bezüglich Luft, die sich in einer anderen Richtung bewegt, reduziert, insbesondere im wesentlichen ausschließt. Anders ausgedrückt wird erfindungsgemäß die gewünschte Temperaturschichtung dadurch erhalten, daß die aus der Mischkammer austretende Luft ge­ genüber anderer Luft entkoppelt wird. In äußerst überraschender Weise hat sich herausge­ stellt, daß hierdurch die Strömungsdynamik in dem gesamten Gerät deutlich einfacher hand­ zuhaben ist.

Vorteilhafterweise ist in dem erfindungsgemäßen Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät auch eine Einrichtung vorgesehen, die ein Abzweigung von Luft von einem der definierbaren Strömungspfade ermöglicht, um die Luft bereitzustellen, die sich in einer anderen Richtung bewegt als jene, die aus der Mischzone tritt. Bei einer insbesondere bevorzugten Ausfüh­ rungsform kann diese Einrichtung eine selektive und/oder einstellbare Abzweigung bereit­ stellen. Somit ist es z. B. möglich, Warmluft aus einem Strömungspfad abzuzweigen, die dazu vorgesehen ist, zur Windschutzscheibe geführt zu werden, wobei der verbleibende Anteil an Warmluft der Mischzone zugeführt werden kann.

Vorteilhafterweise umfaßt die der Mischzone nachgeschaltete Einrichtung zumindest ein Element, welchen einen oder mehrere kanalartige Durchtritte definiert. Somit kann z. B. ein Mischluftkanal dargestellt werden, der die Luft von der Mischzone unmittelbar zu dem Perso­ nenausströmer und/oder dem Fußaustritt liefert. Selbstverständlich sind auch mehrere kanal­ artige Durchtritte möglich, die gegebenenfalls auch über gemeinsame Abschnitte verfügen können.

Ferner ist es bevorzugt, daß die der Mischzone nachgeschaltete Einrichtung zumindest ein Element umfaßt, welches einen oder mehrere kanalartige Durchtritte definiert, in welche die Luft treten kann, die sich in einer anderen Richtung bewegt, als jene, die aus der Mischzone tritt. Durch das Bereitstellen solcher kanalartigen Durchtritte, die gegebenenfalls über ge­ meinsame Abschnitte verfügen können, ist es möglich, eine exakt definierbare Strömung be­ reitzustellen, z. B. eine Warmluftströmung hin zu dem Defrost-Ausgang mittels welchem die Windschutzscheibe beaufschlagt werden kann.

Der Querschnitt der kanalartigen Durchtritte kann jeweils konstant sein, oder sich auch mit dem Strömungsanforderungen verändern. Beispielhaft ist es möglich, daß sich die kanalarti­ gen Durchtritte in der Strömungsrichtung ausweiten und/oder verjüngen.

Die kanalartigen Durchtritte bilden vorteilhafterweise mit Bezug zueinander einen Winkel von zwischen 30 und 180°, insbesondere von in etwa 90° aus. Anders ausgedrückt ermögli­ chen es die kanalartigen Durchtritte, eine Kreuzung von Strömungspfaden definiert bereitzu­ stellen. Beispielhaft sei der Fall angegeben, in welchem die Mischluft in einem mittigen Ka­ nal hin zu dem Personen-Ausströmer und den Fußaustritten geführt wird, während reine Warmluft, die nicht durch die Mischzone getreten ist, beidseitig dieses Kanals und praktisch senkrecht diesbezüglich in zwei Kanälen hin zum Defrost-Austritt geführt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die kanalartigen Durchtritte aneinander angren­ zend ausgebildet, um eine möglichst effiziente Nutzung des Bauraums bereitzustellen.

Die der Mischzone nachgeschaltete Einrichtung kann vorteilhafterweise Luftstromsteuermit­ tel, z. B. Klappen oder dergleichen umfassen, welche insbesondere in zumindest einem, meh­ reren oder sämtlichen kanalartigen Durchtritten angeordnet sein können. Durch das Vorsehen weiterer Luftstromsteuermittel lassen sich die aerothermischen Parameter beliebig einstellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beaufschlagen die Luftströmungspfade derart die Mischzone, daß in dieser eine Temperaturschichtung oder ein Temperaturgradient besteht, der oder die in der der Mischzone nachgeschalteten Einrichtung zumindest teilweise aufrechter­ halten werden kann. Somit ist es z. B. möglich, relativ warme Luft im Fußbereich relativ kühle Luft im Personen-Ausströmerbereich und sehr warme Luft an den Defrost-Ausgang zu liefern, wobei anzumerken ist, daß die warme Luft für den Defrost-Ausgang nicht von der Mischzone herrührt.

Alternativ ist es auch möglich, die Mischzone durch die zwei Luftströmungspfade derart zu beaufschlagen, daß in dieser eine im wesentlichen homogene Mischluft vorliegt, wenn z. B. eine unterschiedliche Temperierung der Luft im Fußbereich und im Personen- Anströmerbereich nicht erforderlich oder vorgesehen ist.

Vorteilhafterweise umfaßt die der Mischzone nachgeschaltete Einrichtung zumindest eine Trennwandung, z. B. um eine Aufteilung der Mischluft in eine rechte und eine linke Fahr­ zeughälfte zu ermöglichen, wobei die Trennwandung insbesondere dazu dient, einen, mehrere oder sämtliche kanalartigen Durchtritte und/oder die Einrichtung, die eine Abzweigung von Luft ermöglicht zu stützen.

Schließlich ist es bevorzugt, daß sich die kanalartigen Durchtritte zumindest abschnittsweise in einer Draufsicht und/oder Seitenansicht überlappen. Somit ist es z. B. möglich, daß der ka­ nalartige Durchtritt zum Führen der aus der Mischzone tretenden Mischluft in einem Bereich im wesentlichen koaxial zu einem anderen kanalartigen Durchtritt vorliegt, in dem z. B. die Warmluft hin zum Defrost-Austritt geführt wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich ferner aus der le­ diglich beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform, in welcher auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen gilt:

Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der in Fig. 1 gezeigten Darstellung in perspektivischer Ansicht.

Fig. 3 zeigt die der Mischzone nachgeschaltete Einrichtung in einer mischzonenseitigen Auf­ sicht, einer zu Fig. 1 entgegengesetzten Seitenansicht und in einer Ansicht von hinten bezüg­ lich der Mischzone, jeweils leicht isometrisch.

Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 1 wird einer derzeit bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimageräts für ein Kraftfahrzeug be­ schrieben. Das Gerät umfaßt in an und für sich üblicher Weise einen Verdampfer 1, der zur Abkühlung von Luft dienend mit einem entsprechenden Klimakreis geschaltet ist. Strö­ mungstechnisch dem Verdampfer 1 vorgelagert ist ein nicht dargestelltes Gebläse vorgesehen, welches Frischluft und/oder Umluft beaufschlagen kann, um diese durch das Gerät zu fördern.

In einem unteren Abschnitt des Verdampfers 1 schließt sich strömungstechnisch ein Wärme­ tauscher 2 mit einem optional nachgeschalteten Elektroheizer 3 an. Oberhalb des Heizwär­ metauschers 2 kann Luft, die aus dem Verdampfer 1 tritt, unmittelbar in eine Mischzone 20 treten, die in der gezeigten Ausführungsform sich unmittelbar an den Verdampfer anschließt und oberhalb des Heizwärmetauschers 2 ausgebildet ist. Die aus dem unteren Abschnitt des Verdampfers 1 austretende Luft tritt somit entsprechend dem Strömungspfad 17 durch den Heiz-Wärmetauscher 2 und den elektrischen Heizer, z. B. einen PTC-Heizkörper 3, um an­ schließend nach oben gelenkt zu werden. Wie dargestellt ist austrittsseitig des Heizwärmetau­ schers 2 und leicht oberhalb davon eine Einrichtung 50 vorgesehen, die in der dargestellten Ausführungsform als Schalenklappe vorgesehen ist und welche es ermöglicht, einen variablen Anteil der Warmluft abzuzweigen und die verbleibende Warmluft hin zu der Mischzone 20 zu führen. Die Einrichtung 50 kann in der dargestellten Ausführungsform mittels eines radialen Fortsatzes die Mischkammer 20 austrittsseitig sperren, so daß die gesamte aus dem Verdamp­ fer 1 austretende Luft veranlaßt wird durch den Heiz-Wärmetauscher 2 und hin zu dem De­ frost-Ausgang und/oder der Mischkammer 20 zu treten. Dies entspricht einem Modus maxi­ maler Defrost bzw. "ganz warm".

Oberhalb der Einrichtung 50 ist ein kanalartiger Durchtritt 18 ausgebildet, der, wie dargestellt, Luft von der Mischzone 20 hin zu dem Personenanströmerauslaß 11 sowie zu anderen Aus­ lässen 14, 15, z. B. für den Fußbereich im Fonds und den Luftkanal für die Mittelkonsolenbe­ lüftung führt.

Praktisch senkrecht dazu ist ein kanalartiger Durchtritt 19 ausgebildet, der es ermöglicht, den Warmluftpfad 17 hin zu dem Defrost-Austritt 10 zu führen.

Wie sich aus der perspektivischen Detailansicht, von Fig. 2 ergibt, ist die Einrichtung 50 an einer Trennwandung 52 angelenkt, an welcher die kanalartigen Durchtritte 18 und 19 jeweils für Mischluft und Warmluft festgelegt sind. Es ist anzumerken, daß in der Darstellung von Fig. 2 lediglich die dem Beobachter zugewandte Hälfte des Kanalsystems dargestellt ist. An­ ders ausgedrückt ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine entsprechende symmetri­ sche Ausbildung vorgesehen.

Wie man es deutlich erkennen kann, wird ein Teil der aus der Mischzone 20 tretenden Luft in dem kanalartigen Durchtritt vorbeigeführt an der Warmluft, die in dem kanalartigen Durchtritt 19 trennwandungsnäher geführt wird.

Die exaktere Konfiguration und Anordnung der kanalartigen Durchtritte 18, 19 ergibt sich aus der Detaildarstellung von Fig. 3. In Fig. 3 ist im linken Abschnitt die der Mischzone 20 nach­ geschaltete Einrichtung 100 praktisch in mischzonenseitiger Aufsicht dargestellt. Wie man es erkennen kann, liegt an der Trennwandung 52 der kanalartige Durchtritt 19 für die Warmluft an, während dieser eingefaßt ist von dem kanalartigen Durchtritt 18 zur Evakuierung von Mischluft aus der Mischzone 20. Wie sich aus der Darstellung mittig von Fig. 3 ergibt, erlaubt es somit die Einrichtung 100 aus der Mischzone 20 tretende Kalt- oder Mischluft in solch einer Weise zu führen, daß eine Beeinflussung durch Warmluft nicht stattfindet, da diese in entsprechenden kanalartigen Durchtritten 19 geführt wird. Es läßt sich also erfindungsgemäß eine entkoppelte Luftströmungskreuzung darstellen.

Im rechten Abschnitt von Fig. 3 ist schließlich eine Ansicht der Einrichtung 100 gezeigt, in der man den Eintritt des kanalartigen Durchtritts 19 und den Austritt des kanalartigen Durch­ tritts 18 erkennen kann. Wie dargestellt, überlappen sich somit die kanalartigen Durchtritte 8, 19 zumindest abschnittsweise sowohl in Seitenansicht (siehe mittlere Darstellung von Fig. 3) als auch in einer Aufsicht von oben, wie sich aus dem Vergleich der Darstellungen im rechten und linken Teil von Fig. 3 ergibt.

Zusammenfassend läßt sich somit feststellen, daß die Erfindung eine Temperaturschichtung entsprechend den Anforderungen ermöglicht, ohne daß ein komplexer Aufbau oder erhöhte Raumanforderungen bestehen würden. Durch die sich kreuzenden Luftströme werden auch praktisch keine Druckverluste oder Verwirbelungen generiert.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig unter Bezugnahme auf einer der­ zeit bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, sollte verstanden werden, daß die Er­ findung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist, sondern vielmehr beliebige Varian­ ten umfaßt, wie sie in den Ansprüchen definiert sind. So ist es z. B. möglich, ergänzend Luft­ stromsteuermittel in einem oder mehreren kanalartigen Durchtritten vorzusehen. Auch ist es nicht zwingend erforderlich, daß die Anordnung der kanalartigen Durchtritte symmetrisch zu der Trennwandung ist, noch ist die Anordnung der Ein- und Austritte in die jeweiligen kanal­ artigen Durchtritte als einschränkend anzusehen. Lediglich beispielhaft sei angegeben, daß es ebenfalls möglich ist, die Eintritte in das kanalartige Durchtrittssystem 19 äußerlich zu den kanalartigen Durchtritten 18 vorzusehen.

Claims (11)

1. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verteilerkasten, in welchem zumindest zwei Luftströmungspfade (16, 17) hin zu einer Mischzone (20) definierbar sind und welcher über zumindest zwei Ausgänge (10, 11, 14, 15) verfügt, von denen zumindest einer (11, 14, 15) mit Luft aus der Mischzone (20) be­ schickt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischzone (20) strömungstech­ nisch eine Einrichtung (100) nachgeschaltet ist, die eine Wechselwirkung der aus der Mischzone (20) tretenden Luft bzgl. Luft, die sich in einer anderen Richtung bewegt redu­ ziert, insbesondere im wesentlichen ausschließt.

2. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (50) vorgesehen ist, die eine Abzweigung von Luft von einem der defi­ nierbaren Strömungspfade (16, 17), insbesondere selektiv und/oder einstellbar ermöglicht, um die Luft bereitzustellen, die sich in einer anderen Richtung bewegt als jene, die aus der Mischzone (20) tritt.

3. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die der Mischzone (20) nachgeschaltete Einrichtung (100) zumindest ein Ele­ ment umfaßt, welches einen oder mehrere kanalartige Durchtritte (18) definiert.

4. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die der Mischzone (20) nachgeschaltete Einrichtung zumindest ein Element umfaßt, welches einen oder mehrere kanalartige Durchtritte (19) definiert, in welche die Luft treten kann, die sich in einer anderen Richtung bewegt als jene, die aus der Mischzone 20 tritt.

5. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die jeweiligen kanalartigen Durchtritte (18, 19) mit Bezug zueinander einen Winkel von zwischen 30 und 180°, insbesondere von in etwa 90° ausbilden.

6. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach Anspruch 3 und 4 oder nach Anspruch 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß an jeden kanalartigen Durchtritt (18, 19) zumindest ein entsprechend für andere Luft vorgesehener kanalartiger Durchtritt (19, 18) angrenzt.

7. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die der Mischzone (20) nachgeschaltete Einrichtung (100) Luftstrom­ steuermittel umfaßt, insbesondere in zumindest einem, mehreren oder sämtlichen kanalar­ tigen Durchtritten (18, 19).

8. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zumindest zwei Luftströmungspfade (16, 17) derart die Mischzone (20) beaufschlagen, daß in dieser eine Temperaturschichtung oder ein Temperaturgradient besteht, der oder die in der der Mischzone nachgestalteten Einrichtung (100) zuminde­ stens teilweise aufrechterhalten wird.

9. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zwei Luftströmungspfade (16, 17) derart die Mischzone beauf­ schlagen, daß in dieser eine im wesentlichen homogene Mischluft vorliegt.

10. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die der Mischzone (20) nachgeschaltete Einrichtung (100) zumindest eine Trennwandung (52) umfaßt, insbesondere ausgebildet als Stützkörper für einen, meh­ rere oder sämtliche kanalartigen Durchtritte (18, 19) und/oder die Einrichtung (50).

11. Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimagerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, wenn abhängig von den Ansprüche 3 und 4 oder nach den Ansprüchen 3 und 4, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die kanalartigen Durchtritte (18, 19) zumindest ab­ schnittsweise in einer Draufsicht und/oder Seitenansicht überlappen.