DE10231395B4

DE10231395B4 - Kraftfahrzeug-Kühlsystem

Info

Publication number: DE10231395B4
Application number: DE10231395A
Authority: DE
Inventors: Stephan Vogt
Original assignee: Bertrandt Ingenieurbuero GmbH
Current assignee: Bertrandt Ingenieurbuero GmbH
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: DE10231395A1

Abstract

Kraftfahrzeug-Kühlsystem mit einem Kälteaggregat zum Kühlen der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug-Kühlsystem ein an der Decke der Fahrgastzelle montierbares Kühlelement umfaßt mit einer Leitungsanordnung, die mit dem Kälteaggregat gekoppelt ist und durch die eine Kühlflüssigkeit hindurchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (18) über eine Zulauf- und eine Ablaufleitung (42, 44) mit dem Kälteaggregat (34) in Strömungsverbindung steht und vom Kälteaggregat (34) verflüssigtes Kältemittel durch die Leitungsanordnung (18) hindurchströmt und daß das Kühlelement (28) modulartig ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Kühlsystem mit einem Kälteaggregat zum Kühlen der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug-Kühlsystem ein an der Decke der Fahrgastzelle montierbares Kühlelement umfaßt mit einer Leitungsanordnung, die mit dem Kälteaggregat gekoppelt ist und durch die eine Kühlflüssigkeit hindurch strömt.
Die Kühlung der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs erfolgt üblicherweise mittels eines Luftstromes, der in die Fahrgastzelle eingeleitet und zuvor gekühlt wird. Hierzu kommt ein Kälteaggregat zum Einsatz, das üblicherweise einen Kompressor aufweist, dem ein Kondensator nachgeschaltet ist, in welchem vom Kompressor komprimiertes Kältemittelgas verflüssigt wird. Anschließend wird das Kältemittel einem Expansionsventil zugeführt, in welchem das verflüssigte Kältemittel einer adiabatischen Expansion unterworfen wird. Das Expansionsventil steht mit einem Verdampfer in Strömungsverbindung, in dem das verflüssigte Kältemittel dadurch verdampft wird, daß der Umgebungsluft des Verdampfers Wärme entzogen wird, wodurch diese Luft gekühlt und dann als Kühlluft mittels eines Gebläses in die Fahrgastzelle geleitet wird. Das verdampfte Kältemittel wird dann dem Kompressor zur erneuten Verdichtung zugeführt.
Die Zuführung der Kühlluft in die Fahrgastzelle erfolgt meistens unter Einsatz mehrerer Ausströmer, die im Bereich der Frontscheibe sowie des Armaturenbrettes des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Das Einbringen der Kühlluft wird allerdings von den Insassen des Kraftfahrzeugs häufig als störend empfunden. Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, im Bereich des Armaturenbrettes perforierte Bereiche vorzusehen, damit die Einströmgeschwindigkeit der Kühlluft reduziert wird, so daß sich keine störende Zugluft ausbildet. Es hat sich allerdings gezeigt, daß die Ausbildung einer störenden Zugluftströmung nicht in allen Fällen vermieden werden kann.

Um die Wirkungsweise einer Fahrzeugklimaanlage zu verbessern, wurde bereits vorgeschlagen ( DE 91 16 338 U1 ), einen Verdampfer in der Fahrgastzelle unterhalb des Daches anzuordnen in Kombination mit einem zur zwangsweisen Durchströmung des Verdampfers erforderlichen Gebläse und mit zur Kaltluftverteilung erforderlichen Luftverteilungsschächte und Ausströmöffnungen. Die Ausgestaltung der Gebläse/Verdampfer/Luftführungseinheit erfolgt hierbei vorzugsweise so, daß diese Aggregate in einer bis auf die Ein- und Ausströmöffnungen geschlossenen flachen Kassette zusammengefaßt sind.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 581 126 A1 ist ein passives Klimakontrollsystem für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem die Wärmeabgabe der Karosserie an die Umgebung im Dach- und Scheibenbereich auf passivem Wege verstärkt und zugleich die Wärmeabstrahlung der Innenraumflächen des Kraftfahrzeugs auf die Insassen auf passivem Wege vermindert werden soll.

Um die Aufheizung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs durch Sonnenwärme zu vermindern, wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 21 616 A1 eine Vorrichtung zur Sonnenwärmeabführung vorgeschlagen. Hierzu werden im Kraftfahrzeug durchlüftbare Räume vorgesehen, die mindestens eine Öffnung ins Freie aufweisen, wobei die Durchlüftung durch den Fahrtwind oder durch ein Gebläse erfolgen kann.

Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 298 15 617 U1 ist ein Kraftfahrzeug-Kühlsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt, das mit Wasser als Kühlflüssigkeit arbeitet und zusätzlich zu einer herkömmlichen Klimaanlage zum Einsatz kommen soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug-Kühlsystem der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß die Fahrgastzelle wirkungsvoll gekühlt werden kann, ohne daß sich eine störende Zugluftströmung ausbildet, wobei das Kühlelement auf einfache Weise montierbar sein soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftfahrzeug-Kühlsystem der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitungsanordnung über eine Zulauf- und eine Ablaufleitung mit dem Kälteaggregat in Strömungsverbindung steht und vom Kälteaggregat verflüssigtes Kältemittel durch die Leitungsanordnung hindurch strömt und daß das Kühlelement modulartig ausgestaltet ist.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil, daß eine effektive Kühlung der Fahrgastzelle mittels eines verflüssigten Kältemittels erzielt werden kann, ohne daß in die Fahrgastzelle eine starke Kühlluftströmung eingeleitet werden muß. Das durch die Leitungsanordnung hindurch strömende verflüssigte Kältemittel bewirkt eine Kühlung insbesondere im Deckenbereich der Fahrgastzelle, das heißt vor allem in Kopfnähe der Fahrzeuginsassen. Dies wird als besonders angenehm empfunden. Es hat sich gezeigt, daß die Lufttemperatur in der Fahrgastzelle verglichen mit üblichen Kühlluftsystemen sogar um 2 bis 3° C höher sein kann, ohne daß dies die Behaglichkeit beeinflußt. Dies hat seine Ursache auch darin, daß die Kühlung der Fahrgastzelle mittels der an der Decke montierten Leitungsanordnung sowohl durch Konvektion als auch durch Strahlung erfolgt. Die Konvektion wird dadurch erzielt, daß sich die Luft innerhalb der Fahrgastzelle im Bereich der Decke abkühlt und anschließend nach unten absenkt. Zusätzlich wird von dem Kühlelement Wärmestrahlung absorbiert. Dies hat zur Folge, daß von den Insassen die Innentemperatur als besonders angenehm empfunden wird. Mit Hilfe des Kühlelements kann insbesondere in Kopfnähe der Fahrzeuginsassen ein sehr gleichmäßiges Tempe raturniveau erreicht werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Konzentrationsfähigkeit und damit zur Erhöhung der Verkehrssicherheit.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Kühlsystem weist eine besonders wirkungsvolle Kühlung der Fahrgastzelle auf, denn durch die Verbindung des Kühlelements über die Zulauf- und die Ablaufleitung mit dem Kälteaggregat werden thermische Verluste gering gehalten.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem hat außerdem den Vorteil, daß es einfach montierbar ist, da das Kühlelement modulartig ausgestaltet ist. Das Kühlelement kann in Form eines Dachmodules ausgebildet sein und kann beispielsweise mittels Rastelemente im Deckenbereich der Fahrgastzelle lösbar verbindbar gehalten sein.

Ein weiterer Vorteil der Kühldecke ist darin zu sehen, daß die zum Einsatz kommenden verflüssigten Kältemittel eine beträchtlich höhere Wärmekapazität aufweisen, als die üblicherweise zum Einsatz kommende Kühlluft. Außerdem wird durch den Einsatz der Kältemittel die Wärmeleitfähigkeit erhöht, wodurch der Wirkungsgrad der Kühlung wesentlich verbessert wird und folglich der zur Kühlung der Fahrgastzelle erforderliche Energieverbrauch vermindert werden kann. Da mittels des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Kühlsystems das Erfordernis einer starken Kühlluftzuführung entfällt, wird innerhalb der Fahrgastzelle auch kein Staub aufgewirbelt oder Pollen eingeführt, so daß vor allem Allergikern ein optimaler Komfort in der Fahrgastzelle bereitgestellt wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Kraftfahrzeug-Kühlsystem zusätzlich zu dem an der Decke der Fahrgastzelle montierbaren Kühlelement eine Lüftungsanordnung mit einem Gebläse zur Zuführung gekühlter Luft in die Fahrgastzelle. Die Kühlung der Fahrgastzelle erfolgt hierbei durch die kombinierte Wirkung der Kühlluft und des Deckenelements, wobei jedoch die Kühlluftströmung verglichen mit herkömmlichen Kühlluftsystemen erheblich reduziert werden kann, so daß eine unangenehme Zugluftströmung vermieden wird. Die Lüftungsanordnung ermöglicht einen Luftaustausch innerhalb der Fahrgastzelle, wobei die zugeführte Luft zusätzlich entfeuchtet oder befeuchtet werden kann. Die Kühlung der Luft kann hierbei mittels desselben Wärmetauschers erfolgen, der auch zur Kühlung der durch die Leitungsanordnung strömenden Kühlflüssigkeit herangezogen wird.

Von Vorteil ist es, wenn das Kühlelement ein an der Decke der Fahrgastzelle montierbares Halteelement aufweist, an dem die Leitungsanordnung gehalten ist. Das Halteelement ist vorzugsweise rahmenartig ausgebildet. Günstig ist es, wenn die Leitungsanordnung mit dem Halteelement lösbar verbindbar ist. Hierzu kommen bei einer bevorzugten Ausführungsform Halteclipse zum Einsatz.

Die Leitungsanordnung erstreckt sich bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Kühlsystems zumindest über die halbe Länge der Fahrgastzellendecke. Ein besonders ausgeglichenes Temperaturniveau innerhalb der Fahrgastzelle kann dadurch erzielt werden, daß sich die Leitungsanordnung praktisch über die gesamte Länge der Fahrgastzellendecke erstreckt.

Günstig ist es, wenn sich die Leitungsanordnung über mindestens die halbe Breite der Fahrgastzellendecke erstreckt. Es kann vorgesehen sein, daß die Leitungsanordnung in Querrichtung der Fahrgastzellendecke mittig an dieser montierbar ist.

Eine besonders effektive Kühlung läßt sich dadurch erzielen, daß die Leitungsanordnung praktisch die gesamte Breite der Fahrgastzellendecke einnimmt.

Die Effektivität der Kühlung kann dadurch verbessert werden, daß das Kühlelement eine Abdeckung umfaßt, die die Leitungsanordnung auf der dem Innenraum der Fahrgastzelle zugewandten Seite zumindest bereichsweise überdeckt und die unter Einsatz eines wärmeleitenden Materials gefertigt sind. Durch die Abdeckung wird die im Sinne einer Kühlung wirksame Oberfläche des Kühlelements vergrößert, so daß das Kühlelement eine hohe Effektivität aufweist. Die Abdeckung kann beispielsweise aus einem Metall gefertigt sein oder auch aus einem Kunststoffmaterial, das eine metallische Oberfläche aufweist.

Von Vorteil ist es, wenn die Abdeckung als Flachmaterial ausgebildet ist, insbesondere als Folie.

Vorzugsweise ist in das Kühlelement zumindest ein Lichtleiter integriert zur Innenbeleuchtung der Fahrgastzelle. Der Lichtleiter kann beispielsweise bandförmig ausgestaltet sein und sich bevorzugt über die gesamte Länge des Kühlelements erstrecken. Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Kühlelement zwei parallel zueinander ausgerichtete Lichtleiter umfaßt, die jeweils entlang eines Seitenrandes des Kühlelements verlaufen. Die Lichtleiter ermöglichen eine Innenbeleuchtung der Fahrgastzelle, ohne daß dies vom Fahrer des Kraftfahrzeugs als störend empfunden wird.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.
In der Zeichnung ist schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Kühlsystem dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegt. Es kommt zur Kühlung einer Fahrgastzelle 12 eines Kraftfahrzeugs 14 zum Einsatz und umfaßt eine innenseitig an einer Decke 16 der Fahrgastzelle 12 montierte Leitungsanordnung 18, die aus einem schleifenförmig gebogenen metallischen Kühlrohr 20 gefertigt ist und sich über den gesamten Bereich der Decke 16 erstreckt. Die Leitungsanordnung 18 ist mit Hilfe von Halteclipsen 22 an einem rahmenartigen Halteelement 24 lösbar gehalten und trägt auf ihrer dem Innenraum der Fahrgastzelle 12 zugewandten Unterseite eine Abdeckfolie 26.
Die Leitungsanordnung 18 bildet in Kombination mit dem Halteelement 24 und der Abdeckfolie 26 ein modulartig ausgestaltetes Kühlelement 28, das mittels Befestigungselemente 30 an der Decke 16 lösbar verbindbar gehalten ist. In das Kühlelement 28 integriert sind zwei an sich bekannte Lichtleiter 32, die in der Zeichnung nur ausschnittsweise dargestellt sind und die Leitungsanordnung 18 in Umfangsrichtung vollständig umgeben.
Das Kühlelement 28 ist mit einem an sich bekannten und deshalb in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Kälteaggregat 34 gekoppelt, das in üblicher Weise einen Kompressor, einen diesem nachgeschalteten Kondensator und ein Expansionsventil (Drossel) sowie einen Verdampfer umfaßt. Das Kälteaggregat 34 ist im Motorraum des Kraftfahrzeugs 14 angeordnet und steht über eine Kältemittelleitung 36 mit einem Wärmetauscher 38 in Strömungsverbindung.
Durch den Wärmetauscher 38 hindurchgeführt ist eine Verbindungsleitung 40, die über eine Zulaufleitung 42 und über eine Ablaufleitung 44 mit der Leitungsanordnung 18 in Strömungsverbindung steht. Außerhalb des Wärmetauschers 38 sind in die Verbindungsleitung 40 in Reihe zueinander eine Umwälzpumpe 46 sowie ein elektromagnetisch betätigbares Absperrventil 48 geschaltet. Letztere stehen über elektrische Steuerleitungen 50 bzw. 52 mit einer elektronischen Steuereinheit 54 in elektrischer Verbindung, die über weitere Steuerleitungen 56 und 58 mit dem Kälteaggregat 34 sowie mit einem Gebläse 60 verbunden ist.
Mit Hilfe des Gebläses 60 kann Umgebungsluft durch den Wärmetauscher 38 hindurchgeführt werden, von dem aus die innerhalb des Wärmetauschers 38 gekühlte Luft über Strömungskanäle 62, 63, 64 der Fahrgastzelle 12 zugeführt werden kann.
Zur Vorgabe einer gewünschten Innenraumtemperatur ist einer Windschutzscheibe 66 des Kraftfahrzeugs 14 benachbart an der Decke 16 ein Eingabeelement, beispielsweise ein Wahlschalter 68 gehalten, der über eine in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Steuerleitung mit der Steuereinheit 54 verbunden ist. Zur Verminderung der unmittelbaren Sonneneinstrahlung sind im Bereich der Windschutzscheibe 66 Sonnenblenden 67 gehalten.
Durch die Leitungsanordnung 18 hindurch strömt eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, die im Bereich des Wärmetauschers 38 auf eine Vorlauf temperatur von ca. 18° C gekühlt wird und mittels der Umwälzpumpe 46 über die Zulaufleitung 42 zum Kühlelement 28 geführt wird. Nach Durchströmen der Leitungsanordnung 20 wird die Kühlflüssigkeit über die Ablaufleitung 44 wieder in den Bereich des Wärmetauschers 38 zurückgeführt. Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Zulaufleitung 42 sowie die Ablaufleitung 44 unmittelbar mit der Kältemittelleitung 36 des Kälteaggregats 34 verbunden sind, so daß zumindest ein Teil des vom Kälteaggregat 34 bereitgestellten Kältemittels unmittelbar der Leitungsanordnung 18 zugeführt wird. Eine derartige Ausführungsform ist in der Zeichnung strichpunktiert dargestellt.
Mittels der Leitungsanordnung 18 läßt sich der Innenraum der Fahrgastzelle 12 kühlen, wobei insbesondere in Kopfnähe der Insassen des Kraftfahrzeugs 14 ein gleichmäßiges Temperaturniveau erzielt wird. Zusätzlich erfolgt mittels der vom Gebläse 60 bereitgestellten Kühlluftströmung ein Luftaustausch und eine Befeuchtung der Fahrgastzelle. Vom Gebläse 60 wird hierbei nur eine schwache Kühlluftströmung erzeugt, so daß sich innerhalb der Fahrgastzelle 12 keine störende Zugluftströmung ausbildet.

Claims

Kraftfahrzeug-Kühlsystem mit einem Kälteaggregat zum Kühlen der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug-Kühlsystem ein an der Decke der Fahrgastzelle montierbares Kühlelement umfaßt mit einer Leitungsanordnung, die mit dem Kälteaggregat gekoppelt ist und durch die eine Kühlflüssigkeit hindurchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (18) über eine Zulauf- und eine Ablaufleitung (42, 44) mit dem Kälteaggregat (34) in Strömungsverbindung steht und vom Kälteaggregat (34) verflüssigtes Kältemittel durch die Leitungsanordnung (18) hindurchströmt und daß das Kühlelement (28) modulartig ausgestaltet ist.
Kraftfahrzeug-Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfahrzeug-Kühlsystem (10) eine Lüftungsanordnung (62, 63, 64) umfaßt mit einem Gebläse (60) zur Zuführung gekühlter Luft in die Fahrgastzelle (12).
Kraftfahrzeug-Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement (28) ein an der Decke (16) der Fahrgastzelle (12) montierbares Halteelement (24) aufweist, an dem die Leitungsanordnung (18) gehalten ist.
Kraftfahrzeug-Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitungsanordnung (18) über mindestens die halbe Länge der Decke (16) der Fahrgastzelle (12) erstreckt.
Kraftfahrzeug-Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitungsanordnung (18) über mindestens die halbe Breite der Decke (16) der Fahrgastzelle (12) erstreckt.
Kraftfahrzeug-Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement (28) eine Abdeckung (26) umfaßt, die die Leitungsanordnung (18) auf der dem Innenraum der Fahrgastzelle (12) zugewandten Seite zumindest bereichsweise überdeckt und die unter Einsatz eines wärmeleitenden Materials hergestellt ist.
Kraftfahrzeug-Kühlsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (26) als Folie ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug-Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kühlelement (28) zumindest ein Lichtleiter (32) integriert ist zur Innenbeleuchtung der Fahrgastzelle (12).