DE202010014869U1

DE202010014869U1 - Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen

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Publication number: DE202010014869U1
Application number: DE202010014869U
Authority: DE
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2020-11-03

Abstract

Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
ein Gehäuse (200) mit einem Kanalbereich und einem Mischbereich (600), wobei im Kanalbereich eine Trennwand angeordnet ist, durch die ein erster Fluidkanal und ein zweiter Fluidkanal ausgebildet sind, wobei der Mischbereich ausgebildet ist, um eine Vermischung von einem durch den ersten Fluidkanal strömenden Fluid, mit einem durch den zweiten Fluidkanal strömenden Fluid zu ermöglichen;
ein in dem ersten Fluidkanal angeordnetes Wärmeübertragungselement (302), das ausgebildet ist, um eine Temperatur des durch den ersten Fluidkanal strömenden Fluids zu verändern; und
ein Strömungswiderstandselement (306), das im zweiten Fluidkanal angeordnet ist und das ausgebildet ist, um einen Strömungswiderstand für das durch den zweiten Fluidkanal strömende Fluid zu erhöhen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen.
In heutigen Fahrzeugklimaanlagen besteht das Problem, dass oftmals eine suboptimale Luftführung bei der Vermischung von zwei Fluidströmen erfolgt, wobei ein erhöhter Strömungswiderstand in dieser Klimaanlage auftritt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen, sowie durch einen Temperatursteller für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Kanal mit einem Wärmeübertragungselement als ein zusätzliches Bauteil einen höheren Strömungswiderstand aufweist, als der gleiche Kanal ohne das Wärmeübertragungselement. Dadurch strömt ein Fluid unter gleichen Umgebungsbedingungen durch den Kanal ohne Wärmeübertragungselement schneller als durch den Kanal mit Wärmeübertragungselement. Nach Durchströmen des Kanals wird eine Vermischung des „schnellen” Fluids mit einem Fluid anderer Geschwindigkeit durch die Geschwindigkeitsdifferenz erschwert, da das schnelle Fluid als Strahl aus dem Kanal austreten kann und einen Mischbereich ohne Durchmischung wieder verlassen kann. Strömen die zu mischenden Fluide mit der gleichen Geschwindigkeit, so lässt sich einfacher eine Durchmischung erreichen. Deshalb ist es vorteilhaft bei zwei beispielsweise parallelen Kanälen, die Strömungsgeschwindigkeiten aus beiden Kanälen an den Austritten in den Mischbereich anzugleichen, indem im Kanal ohne Wärmetauscher durch ein Strömungswiderstandselement eine gezielte Erhöhung des Strömungswiderstands herbeigeführt wird.
Vorteilhafterweise kann durch eine gezielte Erhöhung oder Reduktion des Strömungswiderstands eine möglichst gleiche Austrittsgeschwindigkeit der beiden Fluide erreicht werden und die Fluide aus beiden Kanälen können besser durchmischt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: Ein Gehäuse mit einem Kanalbereich und einem Mischbereich, wobei im Kanalbereich eine Trennwand angeordnet ist, durch die ein erster Fluidkanal und ein zweiter Fluidkanal ausgebildet sind, wobei der Mischbereich ausgebildet ist, um eine Vermischung von einem durch den ersten Fluidkanal strömenden Fluid, mit einem durch den zweiten Fluidkanal strömenden Fluid zu ermöglichen. Ferner weist die Vorrichtung ein in dem ersten Fluidkanal angeordnetes Wärmeübertragungselement auf, das ausgebildet ist, um eine Temperatur des durch den ersten Fluidkanal strömenden Fluids zu verändern und die Vorrichtung weist ein Strömungswiderstandselement auf, das im zweiten Strömungskanal angeordnet ist und das ausgebildet ist, um einen Strömungswiderstand des durch den zweiten Fluidkanal strömenden Fluids zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen Temperatursteller für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug, wobei die Klimaanlage ein Wärmeübertragungselement in einem Kanalbereich aufweist, das ausgebildet ist, um eine Temperatur eines durch die Klimaanlage strömenden Fluids zu verändern, wobei der Temperatursteller die folgenden Merkmale aufweist: Eine Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß der vorangegangenen Beschreibung und eine Einrichtung zum Einstellen eines Strömungsverhältnisses zwischen den zwei Fluidströmen, die ausgebildet ist den Kanalbereich in einen variablen ersten und einen variablen zweiten Teilquerschnitt zu unterteilen, wobei eine erste Fläche des ersten Teilquerschnitts und eine zweite Fläche des zweiten Teilquerschnitts zusammen einem maximalen Strömungsquerschnitt entsprechen, wobei der erste Teilquerschnitt an den ersten Fluidkanal anschließt und der zweite Teilquerschnitt an den zweiten Fluidkanal oder den zweiten Fluidkanal und einen weiteren Fluidkanal anschließt.
Unter einem Gehäuse kann eine Anordnung von fluiddichten Wänden mit fluiddurchlässigen Öffnungen verstanden werden. Die Wände können den Kanalbereich und den Mischbereich ausbilden. Der Kanalbereich kann durch das Gehäuse begrenzt sein. Die Trennwand kann fluiddicht ausgeführt sein. Der erste und der zweite Fluidkanal kann dazu ausgebildet sein ein Fluid zu leiten. Das Fluid kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. In beiden Fluidkanälen kann das gleiche Fluid strömen. Das Wärmeübertragungselement kann ein Wärmetauscher sein. Ebenso kann das Wärmeübertragungselement eine Wärmequelle oder Wärmesenke sein, beispielsweise kann es eine Anordnung von Widerstandsheizdrähten oder ein Peltier-Element sein. Das Wärmeübertragungselement kann eine Oberfläche aufweisen, die eine höhere oder tiefere Temperatur aufweist, als das Fluid, das die Oberfläche umströmt. Das Strömungswiderstandselement kann eine Struktur aufweisen, die dem strömenden Fluid einen Widerstand entgegensetzt.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann sich das Strömungswiderstandselement über die gesamte Ausdehnung oder den gesamten Querschnitt des zweiten Strömungskanals erstrecken. Dadurch kann das Strömungswiderstandselement das Fluid, das durch den zweiten Strömungskanal strömt vollkommen und gleichmäßig beeinflussen.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Strömungswiderstandselement einen gitterartigen Aufbau aufweisen. Dadurch kann eine gleichmäßige Verteilung der widerstandserzeugenden Struktur gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Strömungswiderstandselement ausgebildet sein, den Strömungswiderstand des Strömungswiderstandselements an einem Strömungswiderstand des Wärmeübertragungselements innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs anzugleichen. Dadurch kann das Fluid mit angeglichenem Impuls bzw. möglichst gleicher Geschwindigkeit durch beide Strömungskanäle strömen. Das kann zu einem besseren Mischungsverhalten im Mischbereich führen, da keiner der Fluidströme eine höhere Geschwindigkeit aufweist.
Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Strömungswiderstandselement eine Lamellenstruktur aufweisen, die dazu ausgebildet ist, einen Strömungsvektor des durch den zweiten Fluidkanal strömenden Fluids innerhalb der Lamellenstruktur zu ändern, und/oder den Strömungsvektor des durch den zweiten Fluidkanal strömenden Fluids, in Strömungsrichtung hinter der Lamellenstruktur, gegenüber dem Strömungsvektor des Fluids, in Strömungsrichtung vor der Lamellenstruktur, in Richtung des Mischbereichs zu ändern. Dadurch kann der Fluidstrom durch den zweiten Fluidkanal im Mischbereich mit dem Fluidstrom durch den ersten Fluidkanal verwirbelt werden und eine möglichst vollständige Durchmischung der Fluide aus den Fluidströmen erzielt werden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Kanalbereich zumindest eine weitere Trennwand angeordnet sein, durch die zumindest ein weiterer Fluidkanal ausgebildet ist, wobei der Mischbereich ausgebildet ist, um eine Vermischung der durch die Fluidkanäle strömenden Fluide zu ermöglichen, und wobei in dem zumindest einen weiteren Fluidkanal ein weiteres Strömungswiderstandselement angeordnet ist, das ausgebildet ist, um einen Strömungswiderstand des durch den weiteren Fluidkanal strömenden Fluids zu erhöhen. Dadurch kann ein Gesamtfluidstrom durch mehrere Fluidkanäle strömen und die Strömungswiderstände der Fluidkanäle vorteilhaft beeinflusst werden.
In einer weiteren Ausführungsform können der zweite Strömungskanal und zumindest der weitere Strömungskanal an zumindest zwei Seiten des ersten Strömungskanals angeordnet sein. Dadurch kann beispielsweise eine symmetrische Anordnung der Fluidkanäle im Gehäuse erreicht werden. Dies kann zu einer gleichmäßigeren Durchmischung der Fluide aus den Fluidströmen führen und ein zuverlässigeres Mischergebnis ermöglichen.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Belüftungseinrichtung in Bezug auf eine Instrumententafel eines Fahrzeugs;
2 eine Explosionsdarstellung der Belüftungseinrichtung;
3 eine Darstellung eines Temperaturstellers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 eine Darstellung eines Temperaturstellers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5 eine Darstellung eines Temperaturstellers gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
6 eine Teildarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen;
7 eine Teildarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Teildarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 eine Teildarstellung einer Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine Prinzipskizze eines Temperaturstellers;
11 eine Funktionsdarstellung eines Temperaturstellers;
12 ein Diagramm zweier Volumenströme durch einen Temperatursteller;
13 eine Prinzipskizze eines Temperaturstellers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
14 ein Diagramm zweier Volumenströme durch einen Temperatursteller gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
1 zeigt eine Lüftungsanlage für ein Fahrzeug und darüber abgehoben eine zugehörige Instrumententafel 100 (I-Tafel) mit der Lüftungsanlage entsprechenden Luftauslassöffnungen. Dargestellt ist eine Linkslenker-Instrumententafel 100 mit angedeuteten A-Säulen und Anschluss an die Mittelkonsole. Zentral vor einer nicht dargestellten Windschutzscheibe befindet sich eine Defrosterdüse 102. Daran anschließend, in Richtung Fahrzeuginnenraum versetzt befindet sich ein Luftauslass für indirekte Belüftung 104. Rechts und links der Instrumententafel im Bereich der A-Säule befinden sich Defrosterdüsen für die Seitenscheiben 106. Daran anschließend in Richtung Fahrzeuginnenraum versetzt befinden sich rechts und links der Instrumententafel Seitenauslassdüsen 108. Zentral in der Mittelkonsole am Übergang zur Instrumententafel befindet sich ein Mitteldüsenauslass 110. Unterhalb der Darstellung der Instrumententafel befindet sich eine Darstellung der zugehörigen Lüftungsanlage. Zu jeder der Auslassöffnungen in der Instrumententafel korrespondiert ein Luftauslass in der Lüftungsanlage. Die Lüftungsanlage wird von einer Klimaanlage 112 mit Luft versorgt.
Mit anderen Worten wird im Folgenden eine Fahrzeug-Klimaanlage (KLA) betrachtet, wie diese auch den 1 bis 2 zu entnehmen ist. Das besondere Augenmerk gilt dem in 2 umkreisten Bereich. Aufgrund des immer kleiner werdenden Bauraums, welche in Fahrzeugen für eine Integration der KLA zur Verfügung steht, wird es immer schwieriger eine optimale Durchmischung der Luft zu erreichen.
2 zeigt eine Explosionsdarstellung der Lüftungsanlage aus 1. Die Einzelteile der Lüftungsanlage sind getrennt voneinander, jedoch mit Bezug zueinander angeordnet. Zentrales Element der Lüftungsanlage bildet der Verteilerkasten 200.
3 zeigt den Verteilerkasten entsprechend 2 mit einer Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dargestellt sind zwei Ansichten des Verteilerkastens als Drahtmodell, in dem ein Verdampfer 300, sowie ein Heizkörper 302 angeordnet sind. Luft, die durch den Verdampfer 300 strömt, durchfließt entweder den Heizkörper 302 oder den Kaltweg 304. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in einer dritten Ansicht in den Kaltweg 304 ein Gitter 306 eingebracht. Das Gitter 306 weist einen Strömungswiderstand auf, der beispielsweise dem Strömungswiderstand des Heizkörpers 302 entspricht. Dadurch verursachen beide Bauteile den gleichen Druckabfall im Fluid, und Luft die durch die Bauteile geströmt ist weist die gleiche Geschwindigkeit auf. Zwischen dem Verdampfer 300 und dem Heizkörper 302 befindet sich eine Verteilereinrichtung. Diese Verteilereinrichtung bestimmt über eine Öffnungsweite von Schmetterlingsklappen eine maximal mögliche Durchflussmenge von Luft durch den Kaltweg 306 oder den Heizkörper 302. Dadurch wird ein Mischungsverhältnis von Luft, die durch den Heizkörper 302 oder den Kaltweg 306 strömt vorgegeben. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der Kaltweg 306 unterhalb des Heizkörpers 302.
Die heutigen Anforderungen an einer Fahrzeugklimaanlage haben dazu geführt, dass der Verdampfer vor dem Heizkörper angeordnet ist und somit die gesamte Luft gezwungen wird den Verdampfer zu durchströmen. Der Hintergrund einer solchen Anordnung-„Verdampfer vor Heizkörper”- liegt darin, dass die Luft unabhängig der Klappenstellung, in dem Verdampfer getrocknet werden kann, so dass z. B. die Scheibenbeschlagfreiheit auch an sehr feuchten und kalten Tage gewährleistet werden kann. Die 3 bis 5 zeigen die möglichen Anordnungen von Heizkörper zu Verdampfer. Eine mögliche Ausführung von Klappen ist nur in gezeigt, weitere mögliche Ausführungsformen von Temperaturklappen werden nicht gezeigt.
4 zeigt den Verteilerkasten aus 2. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der Verdampfer 300 sowie der Heizkörper 302 ebenfalls innerhalb des Verteilerkastens 200. Das Gitter 306 ist oberhalb des Heizkörpers 302 angeordnet.
5 zeigt den Verteilerkasten aus 2. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der Verdampfer 300 sowie der Heizkörper 302 innerhalb des Verteilerkastens 200. Das Gitter 306 ist zweigeteilt und befindet sich rechts und links (seitlich) des Heizkörpers 302.
6 zeigt eine Draufsicht auf einen Verteilerkasten für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug. Da der Verteilerkasten symmetrisch ist, ist zur besseren Übersicht in der Draufsicht lediglich eine linke Hälfte des Verteilerkastens dargestellt. Luft die in den Verteilerkasten strömt fließt zunächst durch einen Verdampfer 300 um anschließend den Kaltweg oder den Heizkörper 302 zu durchfließen. In einem Mischbereich 600 sollen beide Teilströme wieder vereinigt werden und durch Mischen eine vorgewählte Temperatur erreichen. Da der Kaltweg einen geringeren Strömungswiderstand als der Heizkörper 302 aufweist, strömt ein größerer Anteil der Luft hindurch als durch den Heizkörper 302. Durch den größeren Volumenstrom weist dieser eine höhere Geschwindigkeit auf, was zu einer Behinderung der Durchmischung beider Ströme in Mischbereich 600 führt. Dadurch können verschiedene Auslässe aus dem Verteilerkasten unterschiedlich temperierte Luft führen.
In einem Mischzustand Kalt-Warm, dass heißt ein Teil der Luft geht durch den Verdampfer und durch den Heizkörper (re-heat) und der andere Teil geht nur durch den Verdampfer ergeben sich unterschiedliche Druckabfälle für beide Luftpfade. Als Konsequenz ergeben sich daraus unterschiedliche Impulse des Kaltanteils und Warmanteils, was dann eine Mischung der beiden Teilluftströme erschwert, da der Kaltpfad einen höheren Impuls besitzt (aufgrund der geringeren Drosselung), und der Warmpfad einen geringeren Impuls hat, so dass die kalte Luft dazu neigt an der warmen Luft „vorbei zu Strömen” ohne sich zu mischen. Speziell bei einem nicht linearen Regelverhalten, insbesondere bei Anlagen mit nur einem Regelelement tritt ein deutlicher Nachteil bei der Durchmischung der beiden Luftströme auf. Hier wird am Ausführungsbeispiel des Kaltwegs seitlich vom Heizkörper die Problematik der unterschiedlichen Druckabfälle aufgezeigt. Die kalte Luft hat einen deutlich höheren Impuls, so dass ein Mischen im Mischbereich MB nur schwer zu stand kommt, einerseits, aufgrund der Richtung (Mischung von 2 parallelen Strahlen), anderseits hat die kalte Luft einen deutlich höheren Impuls (da diese nicht durch den Heizkörper gedrosselt wird) als die warme Luft. Die kalte Luft neigt dazu direkt, ohne Mischung aus dem nächsten Luftauslass auszuströmen.
Die hier vorgestellte Erfindung schafft einen Impulsausgleich zwischen Warm- und Kaltanteil. Eine Mischung der Luft wird gefördert, und eine Angleichung der Druckabfälle auf Kalt- und Warmweg für ein lineares Regelverhalten wird erreicht. Die folgenden Abbildungen zeigen mögliche Einsatzbereich und Ausgestaltungen eines solchen Gitters.
7 zeigt einen Verteilerkasten mit einer Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau dieses Verteilerkastens entspricht bis auf einige kleinere Änderungen dem Verteilerkasten aus 6. Entsprechend der Erfindung ist beispielsweise in den Kaltweg ein Gitter 306 eingebracht. Das erhöht den Strömungswiderstand des Kaltwegs auf das Niveau des Heizkörpers 302. Dadurch werden die Strömungsverhältnisse auf beiden Luftwegen angeglichen und durchströmende Luft verlässt beide Bauteile mit der gleichen Geschwindigkeit. Bei identischer Geschwindigkeit resultiert eine deutlich verbesserte Durchmischung beider Luftströme und die vorgewählte Temperatur kann erreicht werden.
Für ein Angleichen des luftseitigen Druckabfalls im Warm- und Kaltweg wird ein Drosselelement im Kaltweg eingebracht, welches in etwa denselben Luftwiderstandsbeiwert C_p wie der Heizkörper besitzt. Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen wie Waben-, Gitter, Lamellenstrukturen oder poröse Medien als Gitter bezeichnet (für mögliche Ausführungsformen siehe auch DE 103 17 784 ).
Hier wird die Möglichkeit eines solchen Ausgleiches mittels eines Gitters gezeigt.
8 zeigt einen Verteilerkasten wie in 7 beschrieben. Die Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Strömungswiderstandselement auf, das durchströmende Luft ablenkt und unter einem Winkel auf, durch den Heizkörper 302 strömende, Luft treffen lässt. Dadurch verbessert sich die Durchmischung beider Luftmassen erheblich.
Durch die Gestalt des Gittereinsatzes kann zudem noch die Teilluft gezwungen sich mit dem anderen Teilluftstrahls zu mischen. Mittels angestellter Gitterrippen wird die Luft Richtung Mitte umgelenkt.
9 zeigt eine Vorrichtung zum Mischen zweier Fluidströme gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Verteilerkasten. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Umlenkung des Luftstroms durch den Kaltweg mithilfe einer Anordnung des Gitters 306 unter einem Winkel zur einströmenden Luft. Entsprechend 8 kann durchströmende Luft im Mischbereich verbessert eine Mischtemperatur annehmen, da beide Luftströmungen ineinander gewirbelt werden.
Ein Einstellen des Gitters aus 7 oder 9 erzielt eine ähnliche Wirkung wie in 8.
10 zeigt einen vereinfachten Klimaanlagenaufbau mit einem Regelelement. Ein Luftstrom strömt durch einen Verdampfer 300 und wird dort abgekühlt und getrocknet. Der Luftstrom wird durch ein Regelelement 1000 in zwei Teilströme aufgeteilt. Ein Teilstrom 1002 durchströmt den Kaltweg und gelangt ohne weitere Temperaturänderung in einen Mischbereich. Ein Teilstrom 1004 durchströmt die Heizung 302 und wird dort erwärmt. Anschließend erreicht auch der Teilstrom 1004 den Mischbereich. Das Regelelement 1000 ist beweglich. Durch seine Position innerhalb des Luftkanals gibt es jeweils anteilig den Kaltweg oder den Weg durch die Heizung frei. Eine gesamte Öffnungsfläche bleibt dabei konstant.
11 zeigt in drei Abbildungen den vereinfachten Aufbau einer Klimaanlage aus 10, jeweils mit einer anderen Position des Regelelements 1000. In der ersten Abbildung verschließt das Regelelement 1000 den Kaltweg vollständig und gibt den Weg durch den Heizkörper vollständig frei. In der zweiten Abbildung befindet sich das Regelelement 1000 in einer Mittelposition und gibt den Kaltweg zu X Prozent frei. Der Weg durch die Heizung wird von dem Regelelement 1000 zu 100 Prozent minus X Prozent freigegeben. In der dritten Abbildung verschließt das Regelelement 1000 den Weg durch die Heizung vollständig und gibt den Kaltweg vollständig frei.
12 zeigt ein Diagramm eines Durchflussverhaltens einer Klimaanlage wie sie in 10 und 11 abgebildet ist. Auf der Abszisse ist ein Öffnungsverhältnis in Prozent von 0% bis 100% angetragen. Auf der Ordinate ist ein Volumenstrom angetragen. Eine durchgezogene Kurve repräsentiert den Volumenstrom durch den Kaltweg. Eine strichpunktierte Kurve repräsentiert den Volumenstrom durch den Heizkörper. Beide Kurven weisen eine nichtlineare Form auf. Beide Kurven weisen eine näherungsweise quadratisch ansteigende bzw. abfallende Krümmung auf. Dieser quadratische Anstieg bzw. Abfall beruht auf der Funktion des Regelelements als Drossel innerhalb des jeweiligen Luftkanals. Da in Strömungsrichtung hinter dem Regelelement ein niedrigerer Druck als vor dem Regelelement herrscht steigt der Volumenstrom quadratisch zur Öffnungsweite an, entsprechend einer Öffnungsfläche.
Gezeigt ist in der 12 daher ein Regelverhalten dieser KLA-Anordnung ohne Gitterausgleich.
13 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Klimaanlage 200 mit einer Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich zu der Darstellung der Klimaanlage aus 10 weist die Klimaanlage in 13 ein Strömungswiderstandselement 1300 auf. Das Strömungswiderstandselement 1300 ist im Kaltweg angeordnet. Das Strömungswiderstandselement 1300 erhöht den Strömungswiderstand im Kaltweg entsprechend einem Strömungswiderstand im Heizkörper 302. Dadurch fällt am Regelelement ein geringerer Druck ab, und der Luftstrom durch den Kaltweg und der Luftstrom durch den Heizkörper weisen im Mischbereich die gleiche Geschwindigkeit auf. Das führt zu einem verbesserten Regelverhalten am Regelelement und einem verbesserten Mischverhalten im Mischbereich 600.
14 zeigt ein Diagramm eines Durchflussverhaltens durch einen Temperatursteller gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Auf der Abszisse ist ein Öffnungsverhältnis des Regelelements von 0% bis 100% angetragen. Auf der Ordinate ist ein durch das Regelelement in den Kaltweg oder Heizungsweg strömender Volumenstrom angetragen. Eine durchgezogene Linie repräsentiert den Volumenstrom über die Öffnungsweite durch den Kaltweg und eine strichpunktierte Linie repräsentiert den Volumenstrom über die Öffnungsweite durch den Heizungsweg. Beide Linien weisen einen linearen Verlauf auf. Durch den geringen Druckabfall an dem Regelelement verliert das Regelelement seine Drosselwirkung und der strömende Volumenstrom teilt sich entsprechend dem Verhältnis der Öffnungsweiten von Warmweg und Kaltweg.
Gezeigt ist somit in der 14 ein Regelverhalten mit Gittereinsatz.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10317784 [0043]

Claims

Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: ein Gehäuse (200) mit einem Kanalbereich und einem Mischbereich (600), wobei im Kanalbereich eine Trennwand angeordnet ist, durch die ein erster Fluidkanal und ein zweiter Fluidkanal ausgebildet sind, wobei der Mischbereich ausgebildet ist, um eine Vermischung von einem durch den ersten Fluidkanal strömenden Fluid, mit einem durch den zweiten Fluidkanal strömenden Fluid zu ermöglichen; ein in dem ersten Fluidkanal angeordnetes Wärmeübertragungselement (302), das ausgebildet ist, um eine Temperatur des durch den ersten Fluidkanal strömenden Fluids zu verändern; und ein Strömungswiderstandselement (306), das im zweiten Fluidkanal angeordnet ist und das ausgebildet ist, um einen Strömungswiderstand für das durch den zweiten Fluidkanal strömende Fluid zu erhöhen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungswiderstandselement die Luftströmung in Richtung auf den aus dem ersten Fluidkanal austretenden Luftstrom lenkt, so dass eine bessere Homogenität der Luftströmung erreicht wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei sich das Strömungswiderstandselement (306) über den gesamten Querschnitt des zweiten Fluidkanals erstreckt.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strömungswiderstandselement (306) einen gitterartigen Aufbau aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strömungswiderstandselement (306) ausgebildet ist, den Strömungswiderstand des Strömungswiderstandselements an einem Strömungswiderstand des Wärmeübertragungselements (302) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs anzugleichen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strömungswiderstandselement (800) eine Lamellenstruktur aufweist, die ausgebildet ist, um einen Strömungsvektor des durch den zweiten Fluidkanal strömenden Fluids innerhalb der Lamellenstruktur zu ändern, und/oder den Strömungsvektor des durch den zweiten Fluidkanal strömenden Fluids, in Strömungsrichtung hinter der Lamellenstruktur, gegenüber dem Strömungsvektor des Fluids, in Strömungsrichtung vor der Lamellenstruktur, in Richtung des Mischbereichs (600) zu ändern.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Kanalbereich zumindest eine weitere Trennwand angeordnet ist, durch die zumindest ein weiterer Fluidkanal ausgebildet ist, wobei der Mischbereich (600) ausgebildet ist, um eine Vermischung der durch die Fluidkanäle strömenden Fluide zu ermöglichen, und wobei in dem zumindest einen weiteren Fluidkanal ein weiteres Strömungswiderstandselement (306) angeordnet ist, das ausgebildet ist, um einen Strömungswiderstand des durch den weiteren Fluidkanal strömenden Fluids zu erhöhen.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Fluidkanal und zumindest der weitere Fluidkanal an zumindest zwei unterschiedlichen Seiten des ersten Fluidkanals angeordnet sind.
Temperatursteller für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug, wobei die Klimaanlage ein Wärmeübertragungselement (302) in einem Kanalbereich aufweist, das ausgebildet ist, um eine Temperatur eines durch die Klimaanlage strömenden Fluids zu verändern, mit folgenden Merkmalen: einer Vorrichtung zum Mischen von zwei Fluidströmen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; und einer Einrichtung (1000) zum Einstellen eines Strömungsverhältnisses zwischen den zwei Fluidströmen, die ausgebildet ist, um den Kanalbereich in einen variablen ersten und einen variablen zweiten Teilquerschnitt zu unterteilen, wobei eine erste Fläche des ersten Teilquerschnitts und eine zweite Fläche des zweiten Teilquerschnitts zusammen einem maximalen Strömungsquerschnitt entsprechen, wobei der erste Teilquerschnitt an den ersten Fluidkanal anschließt und der zweite Teilquerschnitt an den zweiten Fluidkanal oder den zweiten Fluidkanal und einen weiteren Fluidkanal anschließt.