DE10337195A1 - Luftkonditionierungseinrichtung, insbesondere Heizungs- oder Klimaanlage, für Fahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftkonditionierungseinrichtung, insbesondere eine Heizungs- oder Klimaanlage, zum Belüften einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, die ein Gehäuse mit einem darin angeordneten Wärmetauscher und darin angeordneten Mitteln zum Aufteilen eines Luftstroms in einen im Wärmetauscher aufheizbaren Warmluftstrom und einen den Wärmetauscher umgebenden Kaltluftstrom, die in einer Luftmischkammer zusammengeführt sind, aufweist. Die Luftmischkammer besitzt Auslässe zum Belüften der Fahrgastzelle mit Mischluft, von denen obere Auslässe Mischluft in den mittleren und oberen Bereich der Fahrgastzelle und mindestens ein unterer Auslass Mischluft in den unteren Bereich der Fahrgastzelle führt. Zur Erzielung einer Temperaturschichtung in der Fahrgastzelle mit höher temperierter Temperatur im Fußraum auch im reinen Kühlbetrieb ist von dem Warmluftstrom ein getrennt steuerbarer Warmluftteilstrom abgezweigt und dem mindestens einen unteren Auslass der Luftmischkammer zugeführt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Luftkonditionierungseinrichtung, insbesondere eine Heizungs- oder Klimaanlage, zum Belüften einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Bei einer bekannten Klimaanlage für eine Fahrgastzelle, die. einen Frontraum und einen Fond mit jeweils einer rechten und linken Sitzzone aufweist, ist zur individuellen Temperatureinstellung in den Sitzzonen jeder Sitzzone eine im Gehäuse der Klimaanlage ausgebildete separate Luftmischkammer zugeordnet, die einen Einlass für einen Warmluftstrom, einen Einlass für einen Kaltluftstrom, im Bereich des Kaltlufteinlasses angeordnete obere Auslässe für die Zufuhr von Mischluft in die Mittelebene und in den Kopfbereich der jeweiligen Sitzzone und mindestens einen im Bereich des Warmlufteinlasses angeordneten unteren Auslass für die Zuführung der Mischluft in den Fußraum derselben Sitzzone ( DE 198 04 287 C1 ) aufweist. An den Einlässen ist jeweils ein Luftsteuerorgan in Form eines Jalousieverschlusses angeordnet. Durch entsprechende Einstellung des Warm- und Kaltluftstroms mittels der Luftsteuerorgane lässt sich die Temperatur der über die Auslässe ausströmenden Mischluft individuell in jeder Luftmischkammer und damit in jeder Sitzzone individuell einstellen. Den Auslässen in den Luftmischkammern sind Luftklappen zugeordnet, um die an den einzelnen Auslässen abströmende Mischluft mengenmäßig zu dosieren.
• Es ist eine Heizungs- oder Klimaanlage für Fahrzeuge bekannt ( DE 198 16 332 C1 ), die zwei separate Luftmischkammern zur individuellen Temperierung der in die rechte und linke Hälfte der Fahrgastzelle einströmenden Mischluft aufweist. Jeder Luftmischkammer ist über einen Wärmetauscher, und einen Warmlufteinlass ein Warmluftstrom und über einen Kaltlufteinlass ein seitlich am Wärmetauscher vorbeigeführter Kaltluftstrom zugeführt, der am Kaltlufteinlass der Luftmischkammer durch zwei übereinander angeordnete Luftsteuerorgane in zwei Kaltluftteilströme aufgeteilt ist. Jede Luftmischkammer weist wiederum im Bereich der Kaltlufteinlässe angeordnete obere Luftauslässe für dem Kopfbereich und der Mittelebene der Fahrgastzelle zuzuführende Mischluft und mindestens einen unteren Luftauslass für dem Fußraum der Fahrgastzelle zuzuführende Mischluft auf. Zur Erzeugung einer Temperaturschichtung in der Fahrgastzelle derart, dass im Fußraum eine höhere Temperatur als im Kopfbereich und in der Mittelebene herrscht, wird in jeder Luftmischkammer eine Temperaturschichtung von dem mindestens einen unteren Auslass zu den oberen Auslässen dadurch erzeugt, dass die beiden Luftsteuerorgane zur Steuerung der beiden vertikal übereinanderliegenden Kaltlufteilströme so miteinander gekoppelt sind, dass der untere Kaltluftteilstrom, der dem mindestens einen unteren Auslass der Mischluft näher liegt, immer einen geringeren Volumenstrom aufweist als der obere Kaltluftteilstrom. Damit hat die Mischluft im unteren Bereich der Luftmischkammer immer eine höhere Temperatur als die Mischluft im oberen Bereich der Luftmischkammer. Diese Temperaturschichtung wird jedoch im Kühlbetrieb, in der die gekoppelten Luftsteuerorgane die Kaltluftteilströme maximal freigeben und der Warmlufteinlass völlig gesperrt ist, aufgehoben, so dass im Kühlbetrieb auch im Fußraum das gleiche Temperaturniveau erreicht wird wie in der Mittelebene und im Kopfbereich der Fahrgastzelle.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftkonditionierungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Luftkonditionierung für den Fußraum der Fahrgastzelle unabhängig von der Luftkonditionierung in der Mittelebene und im Kopfbereich der Fahrgastzelle individuell eingestellt werden kann.
• Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Luftkonditionierungseinrichtung hat den Vorteil, dass dem Wunsch der Fahrgastzelleninsassen nach individueller Temperierung von Fußbereich einerseits und Oberkörper- und Kopfbereich andererseits durch einen unabhängig steuerbaren, zusätzlichen Warmluftstrom im Fußbereich entsprochen werden kann. Dies ermöglicht neben der individuellen, von der Mischlufttemperatur unabhängigen Steuerung der Fußraumtemperatur auch eine ständige und zeitlich unabhängige Fußraumbelüftung mit Warmluft beim Kühlen, wenn durch gegenläufige Steuerung der Luftsteuerorgane für den Warm- und Kaltluftstrom der Warmluftstrom maximal gedrosselt bzw. ganz abgesperrt und der Kaltluftstrom maximal freigegeben ist, die in der Mischluftkammer sich einstellende Mischluft also letztendlich die Temperatur des Kaltluftstromes annimmt. So kann beispielsweise die durch Sonneneinstrahlung erhöhte Raumtemperatur in der Fahrgastzelle durch eine in der Temperatur sehr niedrig eingestellte Mischluft kompensiert werden (Solarausgleich), ohne dass im Fuß- und Beinbereich der Fahrgastzelleninsassen durch Kaltluft bedingte, als unangenehm empfundene Zugerscheinungen auftreten.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Luftkonditionierungseinrichtung mit zweckmäßigen Weiterbildun gen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
• Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die Zeichnung einen Längsschnitt eines Klimakastens einer Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, schematisch dargestellt.
• Eine Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs als Ausführungsbeispiel für eine allgemeine Luftkonditionierungseinrichtung zur Belüftung der Fahrgastzelle mit konditionierter Luft weist ein Gehäuse 11 auf, an dem eingangsseitig ein Gebläse 12 angesetzt ist, das Luft aus der Fahrgastzelle (Umluft) oder Luft aus der Fahrzeugumgebung (Frischluft) ansaugt und in das Gehäuse 11 einbläst. Im Gehäuse 11 ist ein in einem Kältemittelkreislauf angeordneter Verdampfer 13 und ein dem Verdampfer 13 im Luftstrom 16 nachgeordneter Wärmetauscher 14 angeordnet, der in einem Heizmittelkreislauf, z.B. dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, angeordnet ist. Im Verdampfer 13 wird die vom Gebläse 12 in das Gehäuse 11 eingeblasene Luft gekühlt und im Wärmetauscher 14 wieder aufgeheizt. Im Gehäuse 11 ist im Luftstrom 16 stromaufwärts des Verdampfers 13 noch ein Luftfilter 15 angeordnet.
• Im Gehäuse 11 sind Mittel in Form eines Wandstegs 17 zum Aufteilen des Luftstroms 16 in einen im Wärmetauscher 14 aufheizbaren Warmluftstrom 18 und einen den Wärmetauscher 14 umgehenden Kaltluftstrom 19, der seine Konditionierung beibehält, vorhanden. Beide Luftströme 18, 19 werden in einer stromabwärts liegenden Luftmischkammer 20 wieder zusammengeführt und gemischt, so dass eine Mischluft mit vorgebbarer Temperatur zur Belüftung der Fahrgastzelle entsteht. Die Luftmischkammer 20 weist hierzu einen Warmlufteinlass 21 für den Warmluftstrom 18 und einen Kaltlufteinlass 22 für den Kaltluftstrom 19 sowie mehrere Auslässe für die Mischluft auf. Von diesen Auslässen sind drei obere Auslässe 23 – 25 im Bereich des Kaltlufteinlasses 22 und ein unterer Auslass 26 im Bereich des Warmlufteinlasses 21 angeordnet. Die oberen Auslässe 23 – 25 dienen zur Zuführung der Mischluft in die Mittelebene und in den Kopfbereich der Fahrgastzelle und der untere Auslass 26 zur Zuführung der Mischluft in den Fußraum der Fahrgastzelle. Die Auslässe 23 – 26 sind über hier nicht dargestellte Luftleitungen mit Luftausströmdüsen in der Fahrgastzelle verbunden, so der Auslass 23 mit einer Entfrosterdüse, der Auslass 24 mit einer im Armaturenbrett mittig angeordneten Mitteldüse, der Auslass 25 mit zwei seitlich im Armaturenbrett angeordneten Seitendüsen und der Auslass 26 mit einer im Fußraum der Fahrgastzelle angeordneten Fußraumdüse. Jedem Auslass 23 – 26 ist eine Luftklappe 28 zugeordnet, mit der die über den zugeordneten Auslass 23 – 26 abströmende Luftmenge reguliert werden kann.
• Am Warmlufteinlass 21 ist ein Luftsteuerorgan 29 und am Kaltlufteinlass 22 ein Luftsteuerorgan 30 angeordnet, mit denen die in die Luftmischkammer 20 einströmenden Volumenströme von Warmluft und Kaltluft eingestellt werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Luftsteuerorgane 29, 30 als zweiflüglige Schwenkklappen ausgebildet, sie können jedoch auch als bauraumsparende Jalousieverschlüsse ausgeführt werden, wie sie beispielsweise in der DE 198 04 287 C1 beschrieben sind. Die Luftsteuerorgane 29, 30 sind gegenläufig gesteuert, und zwar derart, dass mit zunehmender Freigabe des Kaltlufteinlasses 22 der Warmlufteinlass 21 zunehmend geschlossen wird und umgekehrt mit zunehmend freigegebenem Warmlufteinlass 21 der Kaltlufteinlass 22 zunehmend gedrosselt wird.
• Es hat sich gezeigt, dass das Wohlbefinden der Fahrgastzelleninsassen sich wesentlich steigert, wenn die Belüftung der Füße und Beine der Fahrgastzelleninsassen mit höher temperierter Luft als der Oberkörper und der Kopf der Fahr gastzelleninsassen erfolgt. Dabei ist es auch wünschenswert, dass im Kühlbetrieb der Klimaanlage, also wenn das Luftsteuerorgan 29 für die Warmluft vollständig geschlossen und das Luftsteuerorgan 30 für die Kaltluft maximal geöffnet ist, eine längere oder ständige Fußraumbelüftung mit Warmluft erfolgt. So soll auch beispielsweise eine durch Sonneneinstrahlung erzeugte Überhitzung im Kopfbereich durch starkes Kühlen kompensiert werden können, ohne dass an den Beinen und Füßen unangenehme Zugerscheinungen durch Kaltluft auftreten. Um dies zu realisieren, ist vom Warmluftstrom 18 ein individuell steuerbarer Warmluftteilstrom 181 abgezweigt und dem unteren Auslass 26 der Luftmischkammer 20 zugeführt. Im Ausführungsbeispiel ist die Abzweigung des Warmluftteilstroms 181 hinter dem Wärmetauscher 14 durch einen dort angeordneten Wandsteg 31 vorgenommen, doch kann die Abtrennung des Warmluftteilstroms 181 auch vor dem Wärmetauscher 14 erfolgen. Die Zuführung des Warmluftteilstroms 181 ist im Ausführungsbeispiel über die Luftmischkammer 20 vorgenommen, doch kann der Warmluftteilstrom 181 auch dem Auslass 26 unter Umgehung der Luftmischkammer 20 zugeführt werden. Mittels eines Wandstegs 31 wird in der Luftmischkammer 20 ein weiterer Warmlufteinlass 32 gebildet, durch den der Warmluftteilstrom 181 im Bereich des unteren Auslasses 26 in die Luftmischkammer 20 einströmt. Dem weiteren Warmlufteinlass 32 ist ein weiteres Luftsteuerorgan 33 in Form einer zweiflügligen Schwenkklappe zugeordnet, mittels der die Luftmenge des in die Luftmischkammer 20 einströmenden und dann im wesentlichen direkt zu dem unteren Auslass 26 strömenden Warmluftteilstroms 181 eingestellt wird. Die Steuerung des weiteren Luftsteuerorgans 33 erfolgt unabhängig von den beiden Luftsteuerorganen 29, 30 für Warm- und Kaltluft, doch ist es auch möglich, das weitere Luftsteuerorgan 33 mit einem der beiden Luftsteuerorgane 29, 30 zu koppeln. Alternativ ist es auch möglich, auf den weiteren Warmlufteinlass 32 mit zugeordnetem weiteren Luftsteuerorgan 33 zu verzichten, und den Warmluftteilstrom mittels eines überlagerten, zusätzlichen Öffnens des Luftsteuerorgans 29 für die Warmluft zu generieren.
• Um auch die Belüftungstemperatur in der Mittelebene und im Kopfbereich der Fahrgastzelle durch Kaltluft zusätzlich manipulieren zu können, ist durch einen Wandsteg 34 des Gehäuses 11, der mit dem Gehäuse 11 einen Bypass bildet, von dem Kaltluftstrom 19 ein Kaltluftteilstrom 191 abgezweigt und so über einen weiteren Kaltlufteinlass 35 der Luftmischkammer 20 zugeführt, dass er im wesentlichen zu den beiden oberen Auslässen 23 und 24 gelangt und direkt in diese einströmt. Zur Regulierung dieses Kaltluftteilstroms 191 ist dem weiteren Kaltlufteinlass 35 ein weiteres Luftsteuerorgan 36 zugeordnet, das wiederum als zweiflügelige Schwenkklappe ausgebildet ist. Das weitere Luftsteuerorgan 36 ist unabhängig von den Luftsteuerorganen 29, 30 für Warm- und Kaltluft steuerbar.
• Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Klimaanlage beschränkt. Wird der Verdampfer 13 entfernt, so ergibt sich eine Heizungsanlage, bei der die nicht weiter konditionierte Kaltluft von der aus der Fahrzeugumgebung angesaugten Frischluft oder von der aus der Fahrgastzelle angesaugten Umluft gebildet ist.

Claims (14)

1. Luftkonditionierungseinrichtung, insbesondere Heizungs- oder Klimaanlage, zum Belüften einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, mit einem einen Wärmetauscher (14) aufweisenden Gehäuse (11), mit im Gehäuse (11) angeordneten Mitteln zum Aufteilen eines Luftstroms (16) in einen im Wärmetauscher (14) aufheizbaren Warmluftstrom (18) und einen den Wärmetauscher (14) umgehenden Kaltluftstrom (19), mit einer Luftmischkammer (20), die einen Warmlufteinlass (21) für den Warmluftstrom (18) und einen Kaltlufteinlass (22) für den Kaltluftstrom (19) sowie mindestens einen im Bereich des Kaltlufteinlasses (22) angeordneten oberen Auslass (23 – 25) für in den mittleren und oberen Bereich der Fahrgastzelle geführter Mischluft und mindestens einen im Bereich des Warmlufteinlasses (21) angeordneten unteren Auslass (26) für in den unteren Bereich der Fahrgastzelle geführte Mischluft aufweist, und mit je einem den Einlässen (21, 22) zugeordneten Luftsteuerorganen (29, 30) zum Steuern der in die Luftmischkammer (20) einströmenden Luftströme (18, 19), dadurch gekennzeichnet, dass von dem Warmluftstrom (18) ein steuerbarer Warmluftteilstrom (181) abgezweigt und dem mindestens einen unteren Auslass (26) der Luftmischkammer (20) zugeführt ist.
2. Luftkonditionierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigung des Warmluftteilstrom (181) in Strömungsrichtung hinter dem Wärmetauscher (14) vorgenommen ist.
3. Luftkonditionierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Warmluftteilstroms (181) zu dem unteren Auslass (26) über die Luftmischkammer (20) vorgenommen ist.
4. Luftkonditionierungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmischkammer (20) einen weiteren Warmlufteinlass (32) für den Warmluftteilstrom (181) aufweist.
5. Luftkonditionierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 4 , dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Luftsteuerorgan (33) zum Steuern des Warmluftteilstroms (181) vorgesehen ist.
6. Luftkonditionierungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Luftsteuerorgan (33) an dem weiteren Warmlufteinlass (32) für den Warmluftteilstrom (181) angeordnet ist.
7. Luftkonditionierungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Luftsteuerorgan (33) unabhängig von den beiden anderen Luftsteuerorganen (30, 31) für den Warm- und Kaltluftstrom (18, 19) steuerbar ist.
8. Luftkonditionierungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Luftsteuerorgan (33) mit einem der beiden Luftsteuerorgane (29, 30) für den Warm- und Kaltluftstrom (29, 30) gekoppelt ist.
9. Luftkonditionierungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmluftteilstrom (181) mittels eines überlagerten zusätzlichen Öffnens des Luftsteuerorgans (29) am Warmlufteinlass (21) der Luftmischkammer (20) steuerbar ist.
10. Luftkonditionierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftsteuerorgane (29, 30) für den Warm- und Kaltluftstrom (18, 19) gegenläufig steuerbar sind.
11. Luftkonditionierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Kaltluftstrom (19) ein Kaltluftteilstrom (191) abgezweigt und so in die Luftmischkammer (20) eingeleitet ist, dass er im wesentlichen zu dem mindestens einen oberen Auslass (23, 24) geführt ist und dass ein weiteres Luftsteuerorgan (36) zum Steuern des Kaltluftteilstroms (191) vorgesehen ist.
12. Luftkonditionierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftstrom (16) stromaufwärts des Wärmetauschers (14) ein in einem Kältemittelkreislauf angeordneter Verdampfer (13) ins Gehäuse (11) eingesetzt ist.
13. Luftkonditionierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Luftstroms an das Gehäuse (11) ein Gebläse (12) angesetzt ist, das Luft aus der Umgebung oder dem Innern der Fahrgastzelle ansaugt.
14. Luftkonditionierungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftstrom (16) stromabwärts des Gebläses (12) ein Luftfilter (15) angeordnet ist.