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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Kraftfahrzeugklimaanlagen dienen dazu, die dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges zuzuführende Luft zu erwärmen und/oder zu kühlen und weisen ein Klimaanlagengehäuse und ein Gebläse auf. Mit einem zweizonigen, von Kühlmittel durchströmten, luftseitigen ersten Wärmeübertrager wird die von dem Gebläse geförderte Luft in zwei getrennten Zonen erwärmt. Das durch den ersten Wärmeübertrager geleitete Kühlmittel wird an einem zweiten Wärmeübertrager mit einer elektrischen Widerstandsheizeinrichtung erwärmt. Dadurch kann erwärmtes Kühlmittel in den ersten Wärmeübertrager eingeleitet und somit die den ersten Wärmeübertrager umströmende Luft an der Kraftfahrzeugklimaanlage erwärmt werden. Um unterschiedliche Temperaturen an den beiden Zonen des ersten Wärmeübertragers zu erreichen, ist es erforderlich, dass mittels zweier Regelventile die Durchströmung des Kühlmittels durch die beiden getrennten Zonen des ersten Wärmeübertragers gesteuert und/oder geregelt wird. Ist das Kraftfahrzeug nur mit einer Person besetzt, ist beispielsweise an einer zweiten Zone als Beifahrerseite des Kraftfahrzeuges ein deutlich reduzierter Wärmebedarf erforderlich. In nachteiliger Weise sind somit am ersten Wärmeübertrager zwei Regelventile erforderlich. Die beiden Regelventile sind in der Herstellung teuer und verursachen daher hohe Kosten bei der Herstellung der Kraftfahrzeugklimaanlage. Ferner können bei einer längeren Betriebsdauer auch Schäden an den Regelventilen auftreten.
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Die
EP 2 127 924 A1 zeigt eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse, in welchem eine Trennwand ausgebildet ist, die das Gehäuse in eine Heizkammer und eine ein Medium aufnehmende Zirkulationskammer, die von dem Medium durchströmt wird, unterteilt. Die Zirkulationskammer ist mit einer Ein- und Auslassöffnung zum Ein- und Ausführen des Mediums in die Zirkulationskammer versehen. PTC-Elemente als Heizelemente dienen zur Zuführung von Wärme.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Kraftfahrzeugklimaanlage zur Verfügung zu stellen, die in der Herstellung einfach und kostengünstig ist und im Betrieb zuverlässig arbeitet.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend ein Klimaanlagengehäuse, ein Gebläse, einen wenigstens zweizonigen, von Kühlmittel durchströmten, luftseitigen ersten Wärmeübertrager zum Erwärmen der von dem Gebläse geförderten Luft in wenigstens zwei getrennten Zonen, einen von Kühlmittel durchströmten zweiten Wärmeübertrager mit einer elektrischen Widerstandsheizeinrichtung zum Erwärmen des durch den zweiten Wärmeübertrager geleiteten Kühlmittels, wobei der zweite Wärmeübertrager wenigstens zwei unabhängig voneinander in der Heizleistung steuerbare und/oder regelbare elektrische Widerstandsheizeinrichtungen umfasst und die wenigstens zwei elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen hydraulisch bezüglich des Kühlmittels, insbesondere in wenigstens zwei Teilkammern, getrennt sind, so dass die wenigstens zwei Zonen des ersten Wärmeübertragers unabhängig voneinander mittels der wenigstens zwei elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen erwärmbar sind. Die Kraftfahrzeugklimaanlage benötigt daher nicht aufwendige und teure Regelventile, um die beiden Zonen des ersten Wärmeübertragers in unterschiedlicher Weise in der Erwärmbarkeit zu steuern und/oder zu regeln. Dies wird von den beiden hydraulisch getrennten Widerstandsheizeinrichtungen übernommen. Dadurch können Kosten eingespart und die Zuverlässigkeit der Kraftfahrzeugklimaanlage erhöht werden.
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Insbesondere weist der zweite Wärmeübertrager wenigstens zwei Auslassöffnungen für das Kühlmittel auf und durch die wenigstens zwei Auslassöffnungen ist das Kühlmittel getrennt je einer Zone des ersten Wärmeübertrager zuleitbar. Aus den wenigstens zwei Auslassöffnungen kann das Kühlmittel getrennt für jeweils eine Zone des ersten Wärmeübertragers aus dem zweiten Wärmeübertrager ausgeleitet werden. Der zweite Wärmeübertrager ist somit mit wenigstens zwei Teilkammern ausgestattet innerhalb denen das Kühlmittel getrennt von den wenigstens zwei elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen erwärmbar ist. Das in den wenigstens zwei Teilkammern getrennt erwärmte Kühlmittel kann anschließend aus jeweils einer, insbesondere nur einer, Auslassöffnung für jeweils eine Teilkammer getrennt ausgeleitet und jeweils einer Zone des ersten Wärmeübertrages zugeführt werden bzw. ist zuleitbar.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der zweite Wärmeübertrage eine, insbesondere nur eine, Einlassöffnung zum Einleiten des Kühlmittels in den zweiten Wärmeübertrager auf.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist der zweite Wärmeübertrager mit wenigstens zwei getrennten Kühlmittelleitungen mit dem ersten Wärmeübertrager verbunden und jede Kühlmittelleitung mündet in jeweils eine Zone des ersten Wärmeübertragers. Mit den wenigstens zwei getrennten Kühlmittelleitungen kann das getrennt in den wenigstens zwei Teilkammern erwärmte Kühlmittel von dem zweiten Wärmeübertrager getrennt zu jeweils einer Zone des ersten Wärmeübertragers geleitet werden.
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Vorzugsweise münden die wenigstens zwei Auslassöffnungen des zweiten Wärmeübertragers in jeweils eine der wenigstens zwei getrennten Kühlmittelleitungen.
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In einer Variante umfasst der zweite Wärmeübertrager eine elektrische Zusatzheizeinrichtung von dem wenigstens zwei Zonen des ersten Wärmeübertragers und wenigstens zwei Teilkammern des zweiten Wärmeübertragers gleichzeitig erwärmbar sind. Die elektrische Zusatzheizeinrichtung ermöglicht es somit, in den wenigstens zwei Zonen des ersten Wärmeübertragers eine ausreichende und konstante Grundtemperatur für wenigstens zwei Zonen, insbesondere sämtliche Zonen, des ersten Wärmeübertragers zu erreichen.
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Zweckmäßig sind mit einem der wenigstens zwei elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen wenigstens zwei Zonen des ersten Wärmeübertragers und wenigstens zwei Teilkammern des zweiten Wärmeübertragers gleichzeitig erwärmbar. Mit einer elektrischen Widerstandsheizeinrichtung kann somit überwiegend eine Zone und zu einem geringeren Anteil auch eine weitere Zone, insbesondere wenigstens eine weitere Zone, erwärmt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der erste Wärmeübertrager nur zwei Zonen und der zweite Wärmeübertrager nur zwei Teilkammern auf.
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Insbesondere sind mit Kühlmittelleitungen der erste Wärmeübertrager, der zweite Wärmeübertrager und eine Kühlmittelpumpe zu einem Kühlmittelkreislauf miteinander verbunden, so dass das Kühlmittel mit der Kühlmittelpumpe in dem Kühlmittelkreislauf umwälzbar ist und/oder die elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen sind als PTC-Heizeinrichtungen ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Kraftfahrzeugklimaanlage einen Kältemittelverdampfer und/oder einen Luftfilter und/oder einen Kanal.
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Zweckmäßig ist in dem Kühlmittelkreislauf ein Verbrennungsmotor integriert. Handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridkraftfahrzeug mit Elektro- und Verbrennungsmotorantrieb wird bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors der erste Wärmeübertrager von der Abwärme des Verbrennungsmotors erwärmt. Dabei steht ausreichend Abwärme zur Verfügung, so dass eine getrennte Erwärmung der beiden Zonen des ersten Wärmeübertragers nicht erforderlich ist. Bei einem abgeschalteten Verbrennungsmotor und bei einem eingeschalteten Elektromotorantrieb ist es erforderlich, die Erwärmung des Innenraumes des Kraftfahrzeuges mittels Wärme aus dem zweiten Wärmeübertrager auszuführen. Aufgrund der begrenzten zur Verfügung stehenden elektrischen Energie aus Batterien ist es erforderlich, die eingesetzte Energie im ersten Wärmeübertrager möglichst effizient einzusetzen und dabei auch die Erwärmung des Innenraumes an nur einer der wenigstens zwei Zonen des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt einer Kraftfahrzeugklimaanlage,
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2 einen Kühlmittelkreislauf mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines zweiten Wärmeübertragers,
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3 eine vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles des zweiten Wärmeübertragers und
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4 eine vereinfachte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles des zweiten Wärmeübertragers.
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1 zeigt eine Kraftfahrzeugklimaanlage 1. In einem Klimaanlagengehäuse 3 mit einer Bodenwandung 4 und einem Austrittsabschnitt 6 ist ein Gebläse 2, ein Luftfilter 7, ein Kältemittelverdampfer 8 zum Kühlen der Luft und ein ersters Wärmeübertrager 12 als Heizung 11 zum Erwärmen der Luft angeordnet. Das Klimaanlagengehäuse 3 bildet somit einen Kanal 9 zum Durchleiten der Luft. Gehäusewandungen 5 des Klimaanlagengehäuses 3 weisen an der Innenseite eine Oberfläche 10 auf, welche den Kanal 9 begrenzen. Die Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges wird mittels des Gebläses 2 durch den Luftfilter 7, den Kältemittelverdampfer 8 sowie den ersten Wärmeübertrager 12 geleitet. Der erste Wärmeübertrager 12 ist ein von Kühlmittel durchströmt. Die durch die Kraftfahrzeugklimaanlage 1 geleitete Luft wird mittels des ersten Wärmeübertragers 12 erwärmt und die Luft um- und durchströmt den ersten Wärmeübertrager 12.
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Der innerhalb des Klimaanlagengehäuses 3 angeordnete erste Wärmeübertrager 12 als Heizung 11 weist eine erste Zone 18 und eine zweite Zone 19 (2) auf. Mit der ersten Zone 18 kann beispielsweise die linke Hälfte eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges mit einem Fahrersitz und mit der zweiten Zone 19 eine rechte Hälfte eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges mit einem Beifahrersitz getrennt und unabhängig voneinander in der Temperatur gesteuert und/oder geregelt werden bzw. erwärmt werden. Das durch den ersten Wärmeübertrager 12 geleitete Kühlmittel wird mittels eines Kühlmittelkreislaufes 28 an einem zweiten Wärmeübertrager 13 erwärmt und durch eine Kühlmittelpumpe 29 durch Kühlmittelleitungen 27 sowie eine erste getrennte Kühlmittelleitung 25 und eine zweite getrennte Kühlmittelleitung 26, wobei die beiden ersten und zweiten Kühlmittelleitungen 25, 26 den zweiten Wärmeübertrager 13 hydraulisch mit dem ersten Wärmeübertrager 12 verbinden.
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Der zweite Wärmeübertrager 13 weist zwei getrennte Widerstandsheizeinrichtungen 14, 15 auf, d. h. eine erste Widerstandsheizeinrichtung 14 und eine zweite Widerstandsheizeinrichtung 15, die jeweils als PTC-Heizeinrichtung 17 ausgebildet sind. Ein fluiddichtes Gehäuse 20 des zweiten Wärmeübertragers 13 weist eine Einlassöffnung 22 zum Einleiten des Kühlmittels aus der Kühlmittelleitung 27 auf und eine erste Auslassöffnung 23 zum Ausleiten des Kühlmittels in die erste getrennte Kühlmittelleitung 25 und eine zweite Auslassöffnung 24 zum Einleiten des Kühlmittels in die zweite getrennte Kühlmittelleitung 26. Innerhalb des Gehäuses 20 ist eine Trennwand 21 angeordnet, welche die beiden elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen 14, 15 hydraulisch bezüglich des Kühlmittels abtrennt, so dass dadurch eine erste Teilkammer innerhalb des ersten Wärmeübertragers 12 mit der ersten Widerstandsheizeinrichtung 14 entsteht und eine zweite Teilkammer mit der zweiten Widerstandsheizeinrichtung 15.
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Die erste und zweite Widerstandsheizeinrichtung 14, 15 sind in der elektrischen Heizleistung getrennt steuerbar und/oder regelbar. Dadurch kann das durch die beiden Teilkammern des ersten Wärmeübertragers 12 geleitete Kühlmittel getrennt erwärmt werden und mit unterschiedlichen Temperaturen aus der ersten Auslassöffnung 23 in die erste getrennte Kühlmittelleitung 25 und in analoger Weise aus der zweiten Auslassöffnung 24 in die zweite Kühlmittelleitung 26 eingeleitet werden. Aus der ersten Kühlmittelleitung 25 wird das Kühlmittel getrennt in die erste Zone 18 des ersten Wärmeübertragers 12 eingeleitet und aus der zweiten Kühlmittelleitung 26 in die zweite Zone 19 des ersten Wärmeübertragers 12 eingeleitet. Dadurch können die beiden Zonen 18, 19 des ersten Wärmeübertragers 12 unterschiedlich erwärmt werden. Die beiden Zonen 18, 19 sind dadurch getrennt voneinander in der Erwärmbarkeit steuerbar und/oder regelbar. Sitzt in dem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) nur ein Fahrer auf dem Fahrersitz, so ist beispielsweise nur in der ersten Zone 18 eine Erwärmung erforderlich und in der zweite Zone 19 im Wesentlichen keine oder keine Erwärmung erforderlich. Mit einer nicht dargestellten Steuerungseinheit wird deshalb nur die erste Widerstandsheizeinrichtung 14 erwärmt und die zweite Widerstandsheizeinrichtung 15 im Wesentlichen nicht erwärmt. Dadurch sind die Zonen 18, 19 getrennt voneinander in der Erwärmbarkeit steuerbar und/oder regelbar. Nach dem Durchleiten des Kühlmittels durch den ersten Wärmeübertrager 12 wird das durch die beiden Zonen 18, 19 getrennt durchgeleitete Kühlmittel wieder zusammengeführt und gemeinsam durch die Kühlmittelleitung 27 der Kühlmittelpumpe 29 als Umwälzpumpe zugeführt.
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In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des zweiten Wärmeübertragers 13 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 beschrieben. Innerhalb des Gehäuses 20 des ersten Wärmeübertragers 12 ist eine Zusatzheizeinrichtung 16 angeordnet. Die Zusatzheizeinrichtung 16 ist dabei außerhalb der beiden Teilkammern, die von der Trennwand 21 abgetrennt sind, angeordnet und in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor den beiden Teilkammern positioniert. Dadurch werden von der Zusatzheizeinrichtung 16 beide Teilkammern des zweiten Wärmeübertragers 13 in gleicher Weise erwärmt und dadurch auch die beiden Zonen 18, 19 des ersten Wärmeübertragers 12 gleichzeitig erwärmt. Die Zusatzheizeinrichtung 16 kann dabei dazu dienen, um eine Grundtemperatur an den beiden Zonen 18, 19 unabhängig von der getrennten Steuerbarkeit und/oder Regelbarkeit der Erwärmung mit der ersten und zweiten Widerstandsheizeinrichtung 14, 15 zu gewährleisten.
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In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des zweiten Wärmeübertragers 13 dargestellt. Ein Teil der zweiten Widerstandsheizeinrichtung 15 ist außerhalb der Teilkammer mit der zweiten Widerstandsheizeinrichtung 15 angeordnet, so dass dadurch mit der zweiten Widerstandsheizeinrichtung 15 auch die Teilkammer des zweiten Wärmeübertragers 13 mit der ersten Widerstandsheizeinrichtung 14 erwärmbar ist. Bei einer eingeschalteten zweiten Widerstandsheizeinrichtung 15 wird somit in einem größeren Umfang die zweite Zone 19 des ersten Wärmeübertragers 12 erwärmt und in einem geringeren Umfang auch der ersten Zone 18 des ersten Wärmeübertragers 12 Wärme zugeführt. Sitzt beispielsweise nur an der zweiten Zone eines Innenraumes eine Person auf einem Fahrersitz, so wird im Wesentlichen oder überwiegend die zweite Zone des Innenraumes erwärmt und in einem nur sehr geringen Umfang die erste Zone des Innenraumes. Auch bei einer abgeschalteten ersten Widerstandsheizeinrichtung 14 wird somit aufgrund der geometrischen Anordnung der zweiten Widerstandsheizeinrichtung 15 auch in einem geringeren Umfang der ersten Zone Wärme zugeführt.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugklimaanlage 1 wesentlich Vorteile verbunden. Mittels einer nicht dargestellten Steuerungseinheit können die erste und zweite Widerstandsheizeinrichtung 14, 15 getrennt voneinander ein- und ausgeschaltet werden und sind in der Heizleistung getrennt voneinander steuerbar und/oder regelbar. Dadurch können die beiden Zonen 18, 19 des ersten Wärmeübertragers 12 getrennt voneinander erwärmt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeugklimaanlage
- 2
- Gebläse
- 3
- Klimaanlagengehäuse
- 4
- Bodenwandung
- 5
- Gehäusewandung
- 6
- Austrittsabschnitt
- 7
- Luftfilter
- 8
- Kältemittelverdampfer
- 9
- Kanal
- 10
- Oberfläche
- 11
- Heizung
- 12
- erste Wärmeübertrager
- 13
- zweite Wärmeübertrager
- 14
- erste Widerstandsheizeinrichtung
- 15
- zweite Widerstandsheizeinrichtung
- 16
- Zusatzheizeinrichtung
- 17
- PTC-Heizeinrichtung
- 18
- Erste Zone
- 19
- Zweite Zone
- 20
- Gehäuse des ersten Wärmeübertragers
- 21
- Trennwand
- 22
- Einlassöffnung des ersten Wärmeübertragers
- 23
- Erste Auslassöffnung des ersten Wärmeübertragers
- 24
- Zweite Auslassöffnung des zweiten Wärmeübertragers
- 25
- Erste von zwei getrennten Kühlmittelleitung
- 26
- Zweite von zwei getrennten Kühlmittelleitung
- 27
- Kühlmittelleitung
- 28
- Kühlmittelkreislauf
- 29
- Kühlmittelpumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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