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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Steuerung bzw. Kontrolle
der Temperatur am Ausgang zumindest einer Verteilungsöffnung einer Durchgangskammer
eines Belüftungs-,
Heizungs- und ggf. Klimatisierungsanlage.
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Die
Erfindung findet eine besonders vorteilhafte Anwendung in dem Bereich
der Belüftungs-, Heizungs-
und Klimatisierungsanlagen von Kraftfahrzeugen, egal ob es sich
um Einzonen- oder
Mehrzonengeräte
oder -anlagen handelt, welche im Inneren (bspw. vorne oder hinten
im Fahrzeug), außerhalb (bspw.
im Bereich der Windschutzscheibe oder unter dem Bodenblech) der
Fahrgastzelle eine Fahrzeugs angeordnet sind.
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Im
Folgenden dieses Dokuments werden unter Verteilungsöffnungen/Verteilungsmündungen auch
Defrosteröffnungen
der Windschutzscheibe oder der Seitenfenster verstanden, wie Fußöffnungen/Fußauslässe oder
auch Auslässe
zur frontalen Belüftung/Mannanströmer oder
oberhalb des Armaturenbretts, ggf. auch Öffnungen zur Luftversorgung hinterer
Bereiche.
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Im
Allgemeinen sind Kraftfahrzeuge mit Heizungs- und Klimaanlagen bzw.
-geräten
ausgerüstet, welche
eine Durchgangskammer umfassen, häufig eine Mischkammer, welche
dazu bestimmt ist die warme Luft, welche vom Radiotor bzw. Kühler des Fahrzeugs
kommt, mit kalter Luft, welche von einer Kaltluftversorgung kommt,
entweder direkt von außerhalb
des Fahrzeugs oder nach dem Durchqueren eines Verdampfers, zu mischen.
Eine Mischklappe erlaubt es, die Mischtemperatur variieren zu lassen, indem
mehr oder weniger kalte Luft in die Mischkammer eingelassen wird.
Somit hat der Anwender die Möglichkeit,
die Temperatur der Luft, welche die Mischkammer bspw. über eine
Lüftungsöffnung verlässt, die
selbst mit einer Lufteinlassklappe ausgerüstet ist, zu steuern bzw. zu
kontrollieren.
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Es
kann jedenfalls beobachtet werden, dass bei dieser Art Anlagen (bspw.
die Patentanmeldung US-A-2002/01578 11) es nicht möglich ist,
die Temperatur der Luft, welche aus der Belüftungsöffnung austritt, unabhängig von
derjenigen zu regeln, die in der Mischkammer erhalten wurde.
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Daher
sind bei bestimmten Fahrzeugen, hauptsächlich höherer Qualität, Vorrichtungen
vorgesehen, die speziell dazu bestimmt sind, diese Funktionalität zu gewährleisten.
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In
dem Beispiel der 1, welche eine Seitenansicht
einer Heiz- und Klimaanlage zeigt, ausgerüstet mit einem bekannten System
zur Temperaturkontrolle, wird eine unabhängige Regelung der Temperatur
im Bereich des Ausgangs der Belüftungsöffnung 10 durch
die Hinzufügung
einer Leitung 20 erhalten, welche die kalte Luft parallel
zu der mittels der Mischkammer 30 produzierten Luft führt bzw.
kanalisiert. Eine Regelklappe 21 erlaubt es, die Menge
der zusätzlichen
kalten Luft, welche in den Bereich der Lüftungsöffnung 10 gelassen
wird variieren zu lassen, und somit gewissermaßen die Temperatur der durch
die Mischkammer 30 bereitgestellten Luft anzupassen.
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Dieses
bekannte System zur Temperaturkontrolle weist jedoch einige Nachteile
auf.
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Aufgrund
der Anordnung der Belüftungsöffnung in
den Geräten/Anlagen
ist es beinahe immer notwendig die unabhängige Kaltluftleitung mit einer oder
mehreren Verteilungsöffnungen
(wie die Defrosteröffnung 11 in
der 1) zu kreuzen, bevor der Ausgang der Belüftungsöffnung 10,
für den
die kanalisierte Kaltluft bestimmt ist, erreicht wird. Dieses Kreuzen
ist eine physikalische Überlagerung,
welche es für
einen gegebenen Gesamtquerschnitt notwendig macht, entweder den
Querschnitt der unabhängigen
Kaltluftleitung zu reduzieren oder den Querschnitt der betreffenden
Verteilungsöffnung
zu reduzieren. Dies ruft eine kritische Einschränkung bspw. der Verteilungsöffnung hervor,
mit der Konsequenz der Unmöglichkeit
die für
den Komfort des Anwenders notwendigen Luftdurchsätze zu erhalten.
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Andererseits
bewirkt die Positionierung/Anordnung der unabhängigen Kaltluftleitung an einer der
Seiten des Gehäuses
der Geräte/Anlagen
eine ungünstige
Anordnung der Eingangsöffnung
der Kaltluft bezüglich
dem Haupt-Luftkreislauf. In der Tat müssen, um von einer ausreichenden
Kaltluftmenge zu profitieren, das Eingangsvolumen wie auch der innere
Querschnitt der Leitung dementsprechend vorgesehen sein. Daraus
ergibt sich, dass das Gesamtvolumen, welches freigehalten werden
muss um die gewünschte
Funktion zu realisieren, erheblich ist und einer günstigen
Dimensionierung der anderen Elemente und Abschnitte des Geräts/der Anlage
abträglich
ist.
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Genauso
ergibt sich die Anordnung der Kaltluftleitung in dem Gehäuse eines
Apparats/einer Anlage aus der Position der anderen Öffnungen
und aus dem für
die Gehäuse
gewählten
Formungsprinzip, mit der Konsequenz, dass die Anordnung der Leitung nicht
immer ideal ist um perfekt die Funktion zu erfüllen. Diese Leitung ist also
zur selben Zeit wie das Gehäuse
der Anlage geformt, mit der Konsequenz, dass sie notwendigerweise
an einer Seitenwand des Gehäuses
platziert ist. Darüber
hinaus muss, selbst wenn die Leitung richtig dimensioniert ist,
um den gewünschten
Temperaturabstand bzw. -unterschied herzustellen, die kalte Luft
in die Belüftungsöffnung derart
eingebracht werden, dass eine perfekte Homogenität am Ausgang der Öffnung garantiert
wird, was offensichtlich nicht der Fall ist, wenn die Leitung an
der Seitenwand des Gehäuses
ausgeformt ist. Der Endanwender fühlt bei seinem Lüfter Temperaturgradienten,
welche dem Komfort abträglich
sind, insbesondere kälter
in dem Bereich, welcher die Verteilungsöffnung im Wesentlichen ausgerichtet
bezüglich
der Leitung säumt,
und warmer in dessen zentralem Bereich.
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Schließlich erfordert
die Konzeption der aktuellen Lösungen
in bestimmten Fällen
vielzahlige Teile zu verwenden um die Kontroll- bzw. Steuerungsfunktion
unabhängig
von der Temperatur zu realisieren, darunter mehrere Klappen zur
Regelung der Kaltluft. Diese Anordnung ist nachteilig für die Realisierungskosten
der Funktion, aufgrund des Preises der Komponenten und einer längeren Zusammenbauzeit.
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Es
ist auch das durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu
lösende
technische Problem, ein System zur Temperaturkontrolle bzw. -steuerung
am Austritt bzw. Ausgang zumindest einer Verteilungsöffnung einer
Durchgangskammer einer Heiz- und Klimaanlage bzw. -geräts vorzuschlagen, wobei
das System es erlaubt, die konzeptionellen Überlagerungen im Bereich der
Verteilungsöffnungen/Verteileröffnungen
zu vermeiden, wobei sie eine optimale Positionierung bzw. Anordnung
der Leitung, wie auch eine gute Homogenität der Temperatur am Austritt
der Verteilungsöffnung
und reduzierte Realisierungskosten aufweist.
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Die
Lösung
zu dem gestellten technischen Problem besteht gemäß der vorliegenden
Erfindung darin, dass das System eine Vielzahl/Mehrzahl von Luftleitungen
umfasst, welche die Durchgangskammer bis in die Verteilungsöffnung queren.
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Es
versteht sich somit, dass mit dem erfindungsgemäßen System es kein Kreuzen
der Luftströmungskanäle in mittelbarer
Nähe zu
anderen Verteilungsöffnungen
gibt. Da die Austrittsabschnitte dieser Öffnungen nicht betroffen sind,
ergibt sich eine große
Breite zur Positionierung und eine Einfachheit der Konzeption und
Integration der Anlage in das Cockpit bzw. Armaturenbrett des Fahrzeugs.
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Unter „die Durchgangskammer
queren" versteht
man Leitungen, welche unabhängig
von den Gehäusewänden vorteilhaft
in der Form eines separaten Moduls organisiert sind, welches in
die Durchgangskammer integriert wird.
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Für den Fall
einer Mischkammer kann diese groß dimensioniert werden, um
eine ausreichende Luftmischung zu erlauben und einen geringen Leistungsverlust
in den verschiedenen Luftkreisläufen
zu gewährleisten.
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Die
Einschränkungen
zur Positionierung für die
Luftleitungen zu den zugeordneten Verteilungsöffnungen sind somit reduziert.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform der
Erfindung sind die Luftleitungen zumindest teilweise Kaltluft- und/oder
Warmluftleitungen.
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In
diesem Fall hat es gemäß der Erfindung den
Vorteil, dass der Eintritt bzw. der Eingang der Kaltluftleitung
oder der Warmluftleitung ausgerichtet bzw. direkt gegenüber eines
Kaltluft- oder eines Warmluftversorgungsflusses
der Mischkammer ist. Auf diese Art wird eine optimale Versorgung
der Luftleitungen erhalten.
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Es
wird zudem beobachtet, dass die Anordnung der Ausgänge bzw.
Austritte der Kaltluftleitungen in den Verteilungsöffnungen
gut dazu angepasst ist, eine zufriedenstellende Homogenität der Lufttemperatur
am Austritt der Verteilungsöffnung
zu gewährleisten.
In der Tat können
jede der Leitungen, welche das System darstellen, über die
ganze Länge der
Verteilungs öffnung
münden,
im Gegensatz zum Stand der Technik, wo die Leitung nur in der Nähe der Wand
der Anlage mündet.
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Schließlich sieht
die Erfindung auch vor, dass die Kaltluftleitungen oder die Warmluftleitungen in
der Anordnung bzw. dem Ensemble der aerothermischen Steuerung der
Anlage bzw. des Apparats integriert sind. Diese Integration kann
durch Formen bzw. Gießen
mit der Anordnung der aerothermischen Steuerung realisiert sein.
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In ökonomischer
Hinsicht weist diese Form der Integrierung den Vorteil auf, keine
zusätzlichen Kosten
zu generieren, wobei gleichzeitig die technischen Nachteile der
Gesamtheit bzw. der Anordnung der aerothermischen Steuerung ausgenutzt
werden.
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Insbesondere
und betreffend die Leistungsverluste ist diese Konfiguration ideal,
da die Kaltluftleitungen die bereits in der aerothermischen Steuerungsanordnung
angeordneten Formen zur Blockierung der Warmluft überlagern,
um das Durchqueren bzw. Durchführen
der Kaltluft zu schützen.
Es versteht sich, dass diese Konfiguration für eine aerothermische Steuerungsanordnung
in Betracht gezogen werden kann, welche zugleich die Kaltluftleitungen und
die Warmluftleitungen umfasst.
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In
einer besonderen Ausführungsform
ist die aerothermische Steuerungsanordnung ein Kreuzflussmischer
(„cross
flow baffle"). Es
ist somit möglich in
Betracht zu ziehen, dass die Kanäle
des Kaltluftflusses des Mischers kürzer sind als die Kaltluftleitungen.
Diese Besonderheit ist insbesondere vorteilhaft dadurch, dass die
Dimensionen des Kreuzflussmischers an die Mischkammer angepasst
sind, während
durch die Leitungen geführte
Warm- oder Kaltluftzufuhr weiter flussabwärts in der Leitung oder der Verteilungsöffnung abgegeben
wird.
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Es
wird angemerkt, dass die Erfindung auch den Fall betrifft, in dem
die Luftleitungen zumindest teilweise Warmluftleitungen sind, dies
in Kombination oder auch nicht mit Kaltluftleitungen oder mit der
aerothermischen Steuerungsanordnung.
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Die
Umsetzung und Vorteile der Warmluftleitungen sind identisch zu denjenigen,
welche aus der Integration bzw. dem Einsatz von Kaltluftleitungen
resultieren.
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Die
Beschreibung, welche in Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen folgt, angegeben
als lediglich nicht einschränkendes
Beispiel, wird deutlich verständlich
machen, worin die Erfindung besteht und wie sie realisiert werden
kann.
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Die 1 ist
eine Darstellung einer bekannten Belüftungs-, Heizungs- und ggf.
Klimatisierungsgeräts.
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Die 2 ist
eine Seitenansicht eines Belüftungs-,
Heizungs-, ggf. Klimatisierungsgeräts, ausgerüstet mit einem System zur Temperaturkontrolle
gemäß der Erfindung.
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Die 3a ist
eine perspektivische Ansicht einer Kreuzflussmischeranordnung, ausgerüstet mit Kaltluftleitungen
gemäß der Erfindung.
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Die 3b ist
eine perspektivische Ansicht einer Kreuzflussmischeranordnung, ausgerüstet mit Kaltluftleitungen
und Warmluftleitungen gemäß der Erfindung.
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Die 3c ist
eine perspektivische Ansicht der Mischeranordnung der 3b,
welche kürzere Kaltluftkanäle als Kaltluftleitungen
zeigt.
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Die 4 ist
ein Graph der Temperatur in Abhängigkeit
der Versetzung der Mischklappe für das
Kontrollsystem der 2.
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Die 5 ist
eine Seitenansicht einer ersten Variante des Heizungs- und Klimatisierungsgerätes der 2.
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Die 6a ist
ein Graph der Temperaturen in Abhängigkeit der Versetzung der
Mischklappe für das
Kontrollsystem der 5 in dem Fall eines vollständigen Verschlusses
der Kaltluftleitungen durch die Mischklappe.
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Die 6b ist
ein Graph der Temperaturen in Abhängigkeit von der Versetzung
der Mischklappe für
das Kontrollsystem der 5 in dem Fall eines teilweisen
Verschlusses der Kaltluftleitungen durch die Mischklappe.
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Die 7a ist
eine Seitenansicht einer zweiten Variante des Heizungs- und Klimatisierungsgerätes der 2.
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Die 7b ist
eine Ansicht des Geräts
der 7a entlang des Pfeils F1.
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Die 8a ist
eine Seitenansicht einer dritten Variante des Heizungs- und Klimatisierungsgerätes der 2.
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Die 8b ist
eine Ansicht des Gerätes
der 8a entlang der Achse A-A.
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Die 9a ist
eine Seitenansicht einer vierten Variante des Heizungs- und Klimatisierungsgeräts der 2.
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Die 9b ist
eine Ansicht des Geräts
der 9a entlang der Achse A-A.
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In
der 2 ist eine Belüftungs-,
Heiz- und ggf. Klimatisierungsanlage bzw. -gerät dargestellt, insbesondere
für Kraftfahrzeuge,
ausgerüstet
mit einem System zur Temperaturkontrolle bzw. -steuerung am Austritt
bzw. Ausgang einer Verteilungsöffnung 10,
hier eine Belüftungsöffnung,
einer Durchgangskammer 30, welche in dem Ausführungsbeispiel
der 2 eine Mischkammer ist, welche dazu bestimmt ist,
die von dem Kühler
des Fahrzeugs kommende Warmluft 31 mit der von einem Kaltlufteinlass
kommenden Kaltluft 32 zu mischen.
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Die
Temperatur der aus der Mischkammer 30 austretenden und
mittels der Belüftungsöffnung 10 verteilten
Luft kann gesteuert bzw. kontrolliert werden, indem die Kaltluftmenge 32,
welche in die Kammer eintritt, mittels einer Mischklappe 33 geregelt wird.
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Die
Anlage ist nicht auf die Verwendung eines Verdampfers 60,
wie in der 2 dargestellt, beschränkt. In
der Tat ist der durch die Erfindung gewünschte technische Effekt nicht
daran gebunden, dass die Luft gekühlt ist. Das erfindungsgemäße System
kann auch mit kalter Luft funktionieren, welche direkt von außerhalb
des Fahrzeugs kommt.
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Wie
es die 2 zeigt, umfasst das System zur Temperatursteuerung
bzw. Temperaturkontrolle parallele Kaltluftleitungen 20,
welche die Mischkammer 30 bis zu der Belüftungsöffnung 10 queren.
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Der
Apparat bzw. das Gerät
ist mit einer Regelklappe 21 zum Einlass von Kaltluft ins
Innere der Leitungen 20 ausgerüstet. Somit kann die Menge
der Kaltluft, welche sich in dem von der Mischkammer 30 hervorgehenden
Luftstrom mischt, in Abhängigkeit der Öffnung der
Regelungsklappe 21 moduliert bzw. angepasst werden, was
es erlaubt die Temperatur der Luft, welche aus der Belüftungsöffnung 10 austritt,
zu kontrollieren bzw. zu steuern.
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Die
Tatsache, dass der Ausgang der Kaltluftleitungen 20 selbst
innerhalb und über
die ganze Länge
der Belüftungsöffnung 10 angeordnet
ist, führt zu
einer exzellenten Homogenität
der Lufttemperatur in dem Fahrzeug und zu einem erhöhten Komfort
für den
Anwender.
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Die 2 zeigt
auch, dass der Eingang bzw. Einlass der Kaltluftleitungen 20 direkt
gegenüber
zu dem Kaltluftversorgungsfluss 32 der Mischkammer 30 angeordnet
ist, was die Versorgung der Leitungen 20 mit Kaltluft extrem
einfach macht.
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Schließlich kann
an der 2 das Vorhandensein von Warmluftleitungen 50 angemerkt
werden, deren Warmlufteinlass mittels einer Klappe 51 gesteuert
wird. Diese Leitungen 50 sind in dem Beispiel der 2 dazu
vorgesehen, die Temperatur am Ausgang bzw. Austritt einer Defrosteröffnung 11 zu kontrollieren
bzw. zu steuern.
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In
den 2, 3a, 3b und 3c wird
eine besondere Form der Erfindung deutlich, in welcher eine Vielzahl
von Kaltluftleitungen 20 sowie ggf. eine Vielzahl von Warmluftleitungen 50 integriert sind,
bspw. mittels Formen/Gießen,
in einer aerothermischen Steuerungsanordnung des Geräts/der Anlage,
welche einen Kreuzflussmischer 34 („cross flow baffles") umfasst. Es handelt
sich dabei um ein unabhängiges
Teil der Anlage bzw. Gerätes,
welches in die Mischkammer in der Art eines Racks bzw. Gestells
integriert sein kann.
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In
der 3a sind lediglich Kaltluftleitungen 20 in
den Mischer 34 integriert worden. Die 3b zeigt
eine gleichzeitige Integration von Kaltluftleitungen 20 und
Warmluftleitungen 50 in dem Mischer 34. Schließlich kann
man in der 3c eine Ausführungsform sehen, bei welcher
die Kaltluftkanäle 341 des
Mischers 34 kürzer
sind als die Kaltluftleitungen 20. Es versteht sich, dass
dies dasselbe sein könnte für die Warmluftkanäle 342 bezüglich der
Warmluftleitungen 50.
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Diese
Figuren zeigen zudem, dass die Hauptversorgungsströme mit Kaltluft
der Mischkammer 30 und die Kaltluftleitungen 20 überlagert
sind.
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In
der Ausführungsform
der 2 ist die Mischklappe 33 außerhalb
der Kaltluftleitungen 20, so dass die Bewegung der Mischklappe
ohne Einfluss bzw. Effekt auf die in die Leitungen eingelassene
Menge ist. Diese Konfiguration übersetzt
sich mittels des Graphen der 4, welcher
die Veränderungen
verschiedener Temperaturen in Abhängigkeit der Öffnung der
Mischklappe 33 zeigt. Das hier angenommene Beispiel ist
das einer zweistufigen Regelung („bilevel"), d. h. die Regelung der Temperatur
(T° Füße) im Bereich
der Füße des Anwenders
und die Reglung der Lüftungstemperatur
(T° Lüftung),
welche diejenige ist, die mittels des Systems der 2 am
Austritt der Belüftungsöffnung 10 bereitgestellt wird.
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Wie
in der 4 ersichtlich ist, kann die Lüftungstemperatur in einem Bereich
P der vollständigen
Regelungen zwischen den Temperaturen To und Tf eingestellt werden,
entsprechend den Positionen offen bzw. geschlossen der Regelungsklappe 21,
wie auch immer die Position der Mischklappe 33 ist. Als Referenz
wurde die Temperatur Tp im Bereich der Füße des vorderen Passagiers
des Fahrzeugs angegeben.
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Dahingegen
zeigt die 5 eine Variante, in welcher
die Mischklappe 33, welche flussaufwärts der Regelungsklappe 21 platziert
ist, dazu geeignet ist, die Leitungen 20 vollständig oder
teilweise zu blockieren bzw. zu verschließen.
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In
dem Fall, in dem die Mischklappe 33 dazu geeignet ist die
Leitungen 20 vollständig
zu verschließen,
sind die Veränderungen
der Lüftungstemperatur diejenigen,
die in der 6a angegeben sind, wo der Regelungsbereich
P sich mit dem Verschließungsgrad
der Mischklappe 33 reduziert, um Null zu werden, wenn das
Verschließen
vollständig
ist, bis zu dem Moment an dem die Regelungsklappe 21 ohne Effekt
ist, wobei dann kein Kaltluftstrom die Leitungen 20 quert.
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Es
ist dadurch möglich
eine vollständige
Verriegelung jeder Kaltlufteinbringung in das Fahrzeug für eine Auswahl
der Temperatur „maximal
heiß" zu erhalten.
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Eine
Zwischensituation ist in der 6b dargestellt,
in der die Mischklappe 33 die Leitungen 20 maximal
nur teilweise verschließen
kann. Der Einstellbereich P der Temperatur befindet sich also zwischen
den in den 5 und 6a definierten.
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Die 7a und 7b stellen
eine Ausführungsvariante
dar, welche zeigen, dass die Mischklappe 33 verschiedene
Formen annehmen kann, insbesondere diejenige einer Schmetterlingsklappe.
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Aus
Gründen
des Platzbedarfes in der Richtung der Achse z, d. h. in der Richtung
zwischen unten der Figur und oben der 8a kann
es sich als schwierig erweisen die Hauptströme der Versorgungskaltluft
der Mischkammer 30 und der Kaltluftleitungen 20 entlang
dieser Achse zu überlagern,
wie dies in den 2 und 3 dargestellt
ist. In diesem Fall kann eine andere Anordnung verwendet werden,
in der die Hauptströme
und die Leitungen lateral platziert werden, wie es die 8a und 8b illustrieren.
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Schließlich kann
in bestimmten besonderen Fällen
die Anordnung der Kaltluftleitungen 20 unabhängig von
jeder zusätzlichen
Anordnung zur aerothermischen Steuerung sein.
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Diese
Anordnung findet Anwendung bspw. bei Heiz- und Klimatisiergerätekonzepten,
bei denen es nicht notwendig ist, auf die Verwendung dieser Anordnung
zurückzugreifen,
um die in der Spezifikation des Apparates geforderten Leistungen
zu erhalten.
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Sie
kann auch auf andere Anlage-/Gerätekonzepte
angewendet werden, wobei ein anderes Prinzip zur Temperaturregelung
als mittels Luftmischung verwendet wird. Diese Situation ist in
den 9a und 9b gezeigt,
wo der Hauptstrom, welcher aus der Belüftungsöffnung 10 austritt,
ein Warmluftstrom ist, dessen Temperatur mittels eines Regelungsventils 41 zum
Einlass der Flüssigkeit
in den Kühler 40 eingestellt
wird und nicht mittels der Versorgung mit Kaltluft und Mischung
mit Warmluft in der Kammer 30.