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Dokumentenidentifikation DE102006012400A1 20.09.2007
Titel Der Mischklappe nachgeschalteter Kaltluftbypass
Anmelder Valeo Klimasysteme GmbH, 96476 Rodach, DE
Erfinder Derx, Siegfried, 96215 Lichtenfels, DE
Vertreter 24IP Law Group Sonnenberg Fortmann, 80331 München
DE-Anmeldedatum 17.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006012400
Offenlegungstag 20.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse B60H 1/00(2006.01)A, F, I, 20060317, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung beschreibt eine Heiz- und Lüftungsanlage bzw. eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, umfassend: einen Wärmetauscher, angeordnet zwischen einem ersten Volumen, geeignet zur Beaufschlagung des Wärmetauschers mit einem ersten Luftstrom, und einem Mischraum; ein zweites Volumen, strömungstechnisch parallel zu dem ersten Volumen und dem Wärmetauscher, angeordnet und geeignet, um einen Luftstrom an dem Wärmetauscher vorbei in den Mischraum zu führen; eine erste Luftstromsteuereinrichtung, dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen strömungstechnisch vorgeschaltet, zur Steuerung der das erste Volumen oder/und das zweite Volumen durchströmenden Luftmenge; wobei zwischen dem ersten Volumen und dem Mischraum ein der ersten Luftstromsteuereinrichtung strömungstechnisch nachgeschalteter Bypass angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Lüftungsanlage bzw. eine Klimaanlage für ein Fahrzeug. Im Speziellen betrifft die Erfindung eine Heiz- und Lüftungsanlage bzw. eine Klimaanlage mit einem zusätzlichen Frischluftbypass, so dass in Mischbetrieb ein Mischraum von einem von beiden Seiten mit Frischluftströmen flankierter Warmluftstrom beaufschlagt wird.

Bei Heiz- und Lüftungsanlagen bzw. bei Klimaanlagen, wie sie heute in modernen Kraftfahrzeugen gebräuchlich sind wird ein Frischluftstrom, der im Falle einer Klimaanlage z.B. von einem Verdampfer gekühlt werden kann, zur Erwärmung über einen Heizwärmetauscher geführt. Zur Regelung der Temperatur ist meist eine Klappenanordnung vorgesehen mit der die Luftstrommenge, die über den Wärmetauscher geführt wird und die Luftstrommenge, die an dem Wärmetauscher vorbei geführt wird, regelbar ist. Dadurch wird eine stufenlose Temperaturregelung ermöglicht.

Dazu sind Systeme bekannt, bei denen der im Wärmetauscher erwärmte Luftstrom und der Frischluftstrom aus dem Frischluftkanal in einem Mischraum zusammengeführt werden und zu verschiedenen Luftauslässen oder Düsen geführt wird. Dabei können weitere Klappen und Steuerelemente vorgesehen sein um die Luftverteilung auf die Klappen zu steuern.

Bei solch einer parallelen Anordnung von Wärmetauscher und Kaltluftkanal entsteht bei der Zusammenführung der erwärmten mit der am Wärmetauscher vorbeigeführten Frischluft eine Luftschichtung, d.h. im Mischbetrieb, wenn ein Teil des Luftstroms über den Wärmetauscher und ein andere Teil des Luftstroms an dem Wärmetauscher vorbei geführt wird, entsteht im Mischraum ein Abschnitt mit erwärmter und ein Abschnitt mit kalter Luft, die im Mischraum zusammengeführt werden. Ein derart geschichteter Luftstrom wird aufgeteilt und zu den verschiedenen Auslassöffnungen, wie beispielsweise Defrosterdüsen, Mannanströmdüsen, Fußraumdüsen geführt. Bei einem solchen System sind zumeist die Mannanströmer näher dem Abschnitt mit kalter Luft und die Fußraumdüsen bzw. die Defrosterdüsen nahe dem Abschnitt mit erwärmter Luft in dem Mischraum angeordnet. Solche Systeme haben allerdings den Nachteil, dass ein Teil der Düsen immer eher von Warmluft und ein andere Teil immer eher von Kaltluft angeströmt wird und eine Einstellung nach individuellen Wünschen nicht möglich ist. So wird vor allem der Auslass, der im Mischraum am weitesten entfernt von dem Kaltluftabschnitt ist, wie z.B. die Defrosterdüsen nur dann mit kalter Luft beaufschlagt, wenn die Heiz- und Lüftungsanlage in ihrer kältesten Stellung ist.

Alternativ sind auch so genannte Mehrzonenklimaanlagen bekannt, bei denen anstatt eines Mischraums, der Luftstrom in verschiede Kanäle aufgeteilt wird, um ihn an verschiedene Zonen zu führen. Diese Systeme bieten den Vorteil, dass unterschiedlich Zonen in der Fahrgastzelle mit unterschiedlichen Temperaturen individuell belüftet und/oder beheizt werden können, haben aber den imminenten Nachteil, dass dafür eine Vielzahl von Klappen und Kanälen notwendig ist, mit dem damit verbundenen hohen Kosten- und Konstruktionsaufwand.

Es besteht daher Bedarf an einer Heiz- und Lüftungsanlage bzw. einer Klimaanlage, bei der im Mischbetrieb eine Luftschichtung in einem Mischraum ohne die Verwendung von zusätzlichen Zonenkanälen erreicht wird, mit der die gewünschte Temperatur an verschiedene Stellen der Fahrgastzelle geführt werden kann.

Des weiteren ist eine Heiz- und Lüftungsanlage bzw. eine Klimaanlage wünschenswert, bei der im Mischbetrieb geschichtete Luft an Defrosterdüsen geleitet werden kann, bzw. bei der Fußraumdüsen mit Warmluft beaufschlagt werden können, während Defroster und Mannanströmerdüsen mit Frischluft beaufschlagt werden.

Zur Lösung der oben genannten Probleme und Aufgaben, schlägt die Erfindung eine Heiz- und Lüftungsanlage für ein Fahrzeug gemäß dem Anspruch 1 vor wobei bevorzugte Ausführungsformen in den nebengeordneten Ansprüchen definiert sind.

Die erfindungsgemäße Heiz- und Lüftungsanlage für ein Fahrzeug umfasst dabei einen Wärmetauscher, angeordnet zwischen einem ersten Volumen, geeignet zur Beaufschlagung des Wärmetauschers mit einem ersten Luftstrom, und einem Mischraum, ein zweites Volumen, strömungstechnisch parallel zu dem ersten Volumen und strömungstechnisch parallel zu dem Wärmetauscher angeordnet und geeignet um einen zweiten Luftstrom an dem Wärmetauscher vorbei in den Mischraum zu führen, eine erste Luftstromsteuereinrichtung, dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen strömungstechnisch vorgeschaltet, zur Steuerung der das erste Volumen oder/und das zweite Volumen durchströmenden Luftmenge, wobei zwischen dem ersten Volumen und dem Mischraum, ein der ersten Luftstromsteuereinrichtung strömungstechnisch nachgeschalteter By-pass angeordnet ist.

Ein Volumen ist dabei ein zusammenhängender Raum durch den ein Luftstrom geführt werden kann. Das erste Volumen ist zumindest von dem Wärmetauscher, ein Heizwärmetauscher wie er üblicherweise in Fahrzeugen verwendet wird, der ersten Luftstromsteuereinrichtung, dem By-pass sowie Luftleitelementen oder Wänden begrenzt. Weitere Elemente können vorgesehen sein. Das zweite Volumen ist zumindest von der ersten Luftstromsteuereinrichtung und dem Mischraum begrenzt. Zusätzlich können weiter Elemente, wie Luftleitelemente oder Wände vorgesehen sein. Das zweite Volumen kann sich beispielsweise auch einfach in den Mischraum öffnen.

Die strömungstechnisch parallele Anordnung des zweiten Volumens zu dem ersten Volumen und zu dem Wärmetauscher bewirkt dabei, dass der Wärmetauscher parallel zu dem Luftstrom im ersten Volumen durchströmt wird, wodurch der Luftstrom aus dem Wärmetauscher und dem ersten Volumen in im Wesentlichen paralleler Strömungsrichtung in den Mischraum eintritt. Dies erlaubt eine gut zu kontrollierende Luftstromverteilung im Mischraum.

Durch den zusätzlichen By-pass ergibt sich eine weitere Verbindung von dem ersten Volumen zu dem Mischraum durch die ein Luftstrom an dem Wärmetauscher vorbei in den Mischraum geführt werden kann. Durch den By-pass ist ein weitere Bereich in dem Mischraum mit Frischluft beaufschlagt, wodurch in dem Mischraum ein geschichteter Luftstrom mit zwei Frischluftabschnitten und einem Warmluftabschnitt erreicht werden kann.

Mit der ersten Luftstromsteuereinrichtung kann dabei die Luftverteilung auf das erste Volumen und das zweite Volumen gesteuert werden. Die erste Luftstromsteuereinrichtung ist mit linearen Zwischenstellungen zwischen einer Warmstellung, in der der Luftstrom über das erste Volumen geführt wird, und einer Kaltstellung, in der der Luftstrom durch das zweite Volumen geführt wird, einstellbar. In der Kaltstellung ist dabei das vollständige Volumen des Mischraums mit Kaltluft beaufschlagt. In der Warmstellung hingegen ist das vollständige Volumen des Mischraums mit durch den Wärmetauscher erwärmter Luft beaufschlagt. In den Zwischenstellungen ergeben sich verschieden Verteilungen von Kalt- und Warmluft im Mischraum.

Dem Mischraum strömungstechnisch nachgeschaltet sind Ausströmöffnungen, Luftauslässe oder Düsen, welche die Luft an verschiedene Stellen der Fahrgastzelle führen. So können Defrosterdüsen vorgesehen sein, um einen Luftstrom an die Fahrzeugverglasung, insbesondere an eine Windschutzscheibe zu führen. Es könne auch Mannanströmer-Düsen, beispielsweise im Armaturenbrett vorgesehen sein um einen Luftstrom auf die Insassen zur richten. Darüber hinaus können Fußraumdüsen zur getrennten Beaufschlagung des Fußraumes vorgesehen sein. Diese und weitere Düsen können z.B. über Kanäle mit dem Mischraum der Lüftungsanlage verbunden sein.

Jeder der Düsen kann zudem weitere Luftstromsteuereinrichtung aufweisen, um die Luftstrommenge und/oder Richtung des Luftstromes an jeder Düse einzeln zu steuern.

Entsprechend der Anordnung der Düsen bzw. der Auslässe zu den Düsen oder Kanälen wird die im Mischbetrieb geschichtete Luft im Mischraum mit unterschiedlicher Temperatur zu den verschiedenen Düsen geführt. Mittels der ersten Luftstromsteuereinrichtung und dem Bypass ist die Luftschichtung im Mischraum und die Luftverteilung steuerbar. Dabei hängt die Warm- und Kaltluftverteilung auch von der Anordnung des Wärmetauschers, des zweiten Volumens und des By-pass an dem Mischraum ab.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Heiz- und Lüftungsanlage ist dem By-pass eine zweite Luftstromsteuereinrichtung zugeordnet. Dadurch kann die den By-pass durchströmende Luftmenge präzise geregelt werden. Zudem kann damit die Regelung der Luftmenge unabhängig von der ersten Luftstromsteuereinrichtung vorgenommen werden. Je nach Einstellung der ersten Luftstromsteuereinrichtung und der zweiten Luftstromsteuereinrichtung kann auch das Verhältnis zwischen den drei verschiedenen Luftströmen frei eingestellt werden, wodurch die Luftschichtung in Mischraum besser steuerbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Heiz- und Lüftungsanlage ist der By-pass an einem von dem zweiten Volumen gegenüberliegenden Ende des Wärmetauschers angeordnet und in zumindest einer Stellung der Luftstromsteuereinrichtungen ist der durch den Wärmetauscher erwärmte Luftstrom in dem Mischraum an einer Seite von einem Luftstrom aus dem By-pass flankiert. Durch diese Anordnung entsteht im Mischraum eine kalt-warm-kalt Luftschichtung, wobei der jeweilige Anteil jeder Schicht mittels der ersten und der zweiten Luftstromsteuereinrichtungen steuerbar ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Luftstromsteuereinrichtung eine Klappe und so angeordnet, dass sie den By-pass in einer ersten Stellung verschließt und in einer zweiten Stellung öffnet. In einer Ausführungsform kann die zweite Luftstromsteuereinrichtung dabei über lineare Zwischenstellungen verfügen.

In einer alternativen Ausführungsform ist die zweite Luftstromsteuereinrichtung lediglich zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Stellung steuerbar. Dadurch ergibt sich bei geöffneter zweiter Luftstromsteuereinrichtung immer ein bestimmter, mittels der Anordnung und des Querschnitts des Bypass bzw. des Wärmetauschers festlegbarer Anteil von aus dem By-pass strömender Kaltluftschicht zu aus dem Wärmetauscher strömender Warmluftschicht im Mischraum.

In einer speziellen Ausführungsform ist die die zweite Luftstromsteuereinrichtung eine Klappe, insbesondere eine Schmetterlingsklappe, die in ihrer ersten Stellung den By-pass verschließt und ihn in der zweiten Stellung öffnet. Die Klappe kann dabei am Ende des By-pass, beispielsweise am Übergang zum Mischraum angeordnet sein. Die Klappe kann zudem so am Ausgang des By-pass angeordnet sein dass sie diesen gegenüber dem Mischraum derart verschließt, dass im Mischraum Verwirbelungen vermieden werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der By-pass eine Verjüngung auf, die einen geringeren Querschnitt hat, als ein Querschnitt, der von der zweiten Luftstromsteuereinrichtung verschließbar ist. Durch die Verjüngung wird der Luftstrom durch den By-pass mit einem Widerstand beaufschlagt, der mittels des Querschnitts der Verjüngung vorbestimmbar ist und der den Gesamtwiderstand des By-pass-Kanals bestimmt. Dadurch ist der Luftstromwiderstand des By-pass unabhängig von der Stellung der zweiten Luftstromsteuereinrichtung, solange diese nicht geschlossen ist. Auch somit wird gewährleistet, dass das Verhältnis der Kaltluftschicht aus dem By-pass zur Warmluftschicht aus dem Wärmetauscher konstant ist, solange der By-pass nicht gesperrt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmetauscher so zwischen dem ersten Volumen und dem Mischraum angeordnet, dass er von dem ersten Luftstrom in einem Winkel von 0° bis 60°, bevorzugterweise in einem Winkel von 0° bis 45°, beaufschlagt wird. Dadurch wird eine günstige Anströmung des Wärmetauschers und des By-pass erreicht und eine Erwärmung oder Verwirbelung des zu dem By-pass geführten Luftstromes vermieden. Zudem wird weniger Staudruck erzeugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Luftstromsteuereinrichtung und die zweite Luftstromsteuereinrichtung korreliert und beispielsweise von einem Bedienelement steuerbar. Beide Klappen können, beispielsweise über ein Hebel- und/oder Nockensystem, korreliert sein. Dadurch ergibt sich für einen Anwender der Heiz- und Klimaanlage der Vorteil, dass beide Luftstromsteuereinrichtungen so angesteuert werden können, dass immer der für den Anwender optimale Effekt erzielt wird ohne dass dieser über die Position oder Stellung der einzelnen Luftstromsteuereinrichtungen informiert sein müsste.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Luftstromsteuereinrichtung mit linearen Zwischenstellungen zwischen einer Warmstellung, in der der Luftstrom über das erste Volumen geführt wird, und einer Kaltstellung, in der der Luftstrom durch das zweite Volumen geführt wird, einstellbar, und die erste Luftstromsteuereinrichtung und die zweite Luftstromsteuereinrichtung sind so korreliert, dass jeweils in der Kaltstellung und der Warmstellung der ersten Luftstromsteuereinrichtung die zweite Luftstromsteuereinrichtung geschlossen ist und dass in den Zwischenstellungen der ersten Luftstromsteuereinrichtung die zweite Luftstromsteuereinrichtung geöffnet ist. Damit ergeben sich in vorteilhafter Weise verschiedene Stellungen der Heiz- und Lüftungsanlage.

In der Warmstellung wird der komplette Luftstrom mittels der ersten Luftstromsteuereinrichtung in das erste Volumen geleitet und von dort, da in dieser Stellung der By-pass mittels der zweiten Luftstromsteuereinrichtung geschlossen ist vollständig über den Wärmetauscher geführt. Dadurch wird eine maximale Erwärmung erreicht und der Mischraum vollständig mit warmer Luft beaufschlagt, so dass an jedem Auslass bzw. an jeder Düse maximal erwärmte Luft bereit steht.

Wird die Temperatursteuerung etwas reduziert, kann zuerst durch entsprechende Einstellung der ersten Luftstromsteuereinrichtung ein kleiner Luftanteil durch das zweite Volumen dem Mischraum zugeführt werden. Der By-pass kann dabei zunächst gesperrt bleiben. Dabei entstehen im Mischraum eine Schicht mit warmer Luft und eine Randschicht mit Frischluft bzw. kühler oder kalter Luft. Bevorzugterweise sind in dem Bereich der kalten Luft im Mischraum die Mannanströmdüsen angeordnet, so dass diese mit kühlerer Luft beaufschlagt werden, als die restlichen Auslässe, wie z.B. Fußraum- und Defrosterdüsen.

Wird die Temperatursteuerung weiter auf ein vorbestimmtes Niveau abgesenkt, beispielsweise auf 80% der Maximaltemperatur, wird zusätzlich zur Luftverteilung auf das zweite Volumen mittels der ersten Luftstromsteuerelementes, wie zuvor beschrieben, der Bypass mittels des zweiten Luftstromsteuerelementes geöffnet. Dadurch wird ein vorbestimmter Anteil des in das erste Volumen geführten Luftstrom am Wärmetauscher vorbei an eine andere Seite des Mischraums geführt. Der Mischraum ist in dieser Konfiguration mit einem Warmluftabschnitt und zwei distinkten Kaltluftabschnitten beaufschlagt. Somit kann zusätzlich zu, wie oben beschrieben, der Mannanströmdüsen auch z.B. die Defrosterdüsen zumindest teilweise mit Kaltluftbeaufschlagt werden. Die Fußraumdüsen werden auch in dieser Konfiguration vornehmlich mit Warmluft beaufschlagt. Fachleuten ist dabei ersichtlich, dass mit einer anderen Anordnung der Auslässe bzw. Düsen an dem Mischraum eine andere Verteilung der Warm- und Kaltluftströme erreicht werden kann. Fachleuten ist ebenfalls ersichtlich, dass das Niveau der Temperatursteuerung, an dem die zweite Luftstromsteuerung den By-pass öffnet, frei konfigurierbar ist und den Anforderungen der Heiz- und Lüftungsanlage angepasst werden kann.

Wird das Temperaturniveau der Temperatur weiter abgesenkt, wird die erste Luftstromsteuereinrichtung so konfiguriert, dass mit weiterem Absenken ein immer größerer Anteil des Luftstromes in das zweite Volumen geführt wird, während folglich der das erste Volumen durchströmende Anteil entsprechend kleiner wird. Dadurch wird der Kaltluftanteil im Mischraum, der über das zweite Volumen geführt wird, entsprechend größer. Warmluftanteil und der Kaltluftanteil, der über den By-pass geführt wird, wird entsprechen kleiner, wobei, wenn die Position der zweiten Luftstromsteuereinrichtung nicht verändert wird, das Verhältnis von Warmluftanteil und Kaltluftanteil aus dem By-pass konstant bleibt.

In der Kaltstellung schließlich, wir der gesamte Luftstrom über das zweite Volumen in den Mischraum geführt und das erste Volumen ist an der ersten Luftstromsteuereinrichtung versperrt, wodurch sowohl der By-pass, als auch der Wärmetauscher nicht mehr mit Frischluft beaufschlagt werden. Zusätzlich kann in dieser Einstellung der Temperatursteuerung der Bypass mittels der zweiten Luftstromsteuereinrichtung gesperrt werden um einen Rückfluss aus dem Mischraum zu verhindern um zu vermeiden, dass über den Bypass und den Wärmetauscher Luft zirkuliert und dadurch erwärmt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei die erste Luftstromsteuereinrichtung eine Klappe, insbesondere eine Trommelklappe. Eine Trommelklappe kann beispielsweise mittig in dem Luftstrom angeschlagen sein und den Luftstrom entweder zum ersten Volumen, hin zu dem Wärmetauscher und zu dem By-pass, oder zum zweiten Volumen führen. Der Gesamtquerschnitt der Öffnung bleibt dabei nahezu gleich so dass unabhängig von der Stellung der Klappe bzw. Veränderungen der Klappenstellung der Luftdurchsatz gleich hoch bleibt. Zudem kann die Trommelklappe die Abdichtung des nicht mit Luftstrom beaufschlagten Volumens gewährleisten.

Eine Trommelklappe erlaubt hier eine günstige Luftverteilung auf das erste Volumen und/oder das zweite Volumen mit linearen Zwischenstellungen. Der Luftstromwiderstand bleibt dabei in allen Positionen gleich, so dass ein gleichmäßiger Luftstrom gewährleistet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Heiz- und Lüftungsanlage ist strömungstechnisch vor der ersten Luftstromsteuereinrichtung ein Verdampfer einer Klimaanlage angeordnet, wobei der Verdampfer und der Wärmetauscher unter Ausbildung eines Winkels von etwa 45 bis 135 Grad, insbesondere senkrecht zueinander, angeordnet sind. Die oben aufgeführten Merkmale der Erfindung bezüglich einer Heiz- und Lüftungsanlage können in vorteilhafter Weise auch in einer Klimaanlage verwendet werden. Dabei kann ein Verdampfer strömungstechnisch der ersten Luftstromsteuereinrichtung vorschaltbar sein, so dass von dem Verdampfer gekühlte Luft in dem erste Volumen und/oder dem zweiten Volumen entsprechend der Position der ersten Luftstromsteuereinrichtung zugeführt werden kann.

Bevorzguterweise sind der Verdampfer und der Wärmetauscher räumlich einander zugeordnet Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Zu- und Ableitungen des fluidbeaufschlagten Wärmetauschers und des Verdampfers kostengünstig, platzsparend und montagefreundlich parallel geführt werden können. Zudem bietet die Anordnung in einem Winkel von 45 bis 135 Grad den Vorteil, dass die Klimaanlage besonders platzsparend ausgeführt werden kann, was bei den beengten Platzverhältnissen in modernen Armaturenbrettern von großem Vorteil ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Verdampfer zumindest teilweise, insbesondere insgesamt in einem Projektionsvolumen, lotrecht zu einer Hauptfläche des Wärmetauschers angeordnet ist. Eine Lateralfläche des Verdampfers kann dabei der Eintrittsfläche des Wärmetauschers gegenüberstehen, wobei dazwischen beispielsweise eine Luftleitvorrichtung oder eine Trennwand angeordnet sein kann. Eine solche Anordnung verringert den Platzbedarf eine Klimaanlage erheblich bei gleichzeitiger Minimierung der Zuleitungen und der Produktionskosten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist strömungstechnisch vor dem Verdampfer ein Luftfilter angeordnet ist, wobei der Verdampfer und der Luftfilter unter Ausbildung eines Winkels von etwa 45 bis 135 Grad angeordnet sind und wobei der Luftfilter und der Wärmetauscher zueinander versetzt und in vertikaler und/oder horizontaler Richtung gegenseitig überlappend angeordnet sind. Zwischen dem Luftfilter und dem Verdampfer kann dabei beispielsweise ein handelsübliches Gebläse angeordnet sein, das den Luftstrom dem Luftfilter entnimmt und dann in abgelenkter Richtung an den Verdampfer abgibt. Mit dieser Anordnung können die Abstände zwischen den einzelnen Einheiten auf ein Minimum reduziert werden. Durch die versetzte und überlappende Anordnung von Luftfilter und Wärmetauscher werden die platzverbrauchenden Elemente einer Fahrzeugklimaanlage auf engen Raum gepackt. Durch diese Anordnung kann der Platzbedarf der ganzen Klimaanlageneinheit noch weiter verringert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher beim Lesen der folgenden, lediglich beispielhaften und nicht einschränkend angeführten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, welcher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt. Darin zeigt:

1, eine erfindungsgemäße Heiz- und Klimaanlage mit einem in einem dem ersten Luftstromsteuerelement strömungstechnisch nachgeschaltetem, mit einer zweiten Luftstromsteuereinrichtung steuerbaren By-pass, wobei die Lufstromsteuereinrichtungen in ihren Bewegungsmöglichkeiten gezeigt sind;

2, die Heiz- und Klimaanlage aus 1 in Warmstellung mit dem entsprechenden Luftstrom;

3, die Heiz- und Klimaanlage aus 1 in einer Zwischenstellung zwischen Warm- und Kaltstellung mit den entsprechenden Luftströmen; und

4, die Heiz- und Klimaanlage aus 1 in Kaltstellung mit dem entsprechenden Luftstrom;

In den Figuren und der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen werden gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die in den Figuren gezeigte erfindungsgemäße Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlage für ein Fahrzeug umfasst eine Lufteintrittsöffnung 58, eine Luftfilter 52, die einem Gebläse 54 strömungstechnische vorgeschaltet sind. Strömungstechnisch hinter dem Gebläse ist ein Verdampfer bzw. Kühlwärmetauscher 56 angeordnet. Die im Verdampfer gekühlte, bzw. die zugeführte Außenluft, wenn der Verdampfer abgeschaltet ist, wird der Trommelklappe 24 zugeführt. Diese kann den Luftrom stufenlos auf ein erstes Volumen 22 und ein zweites Volumen 26 verteilen.

Dem ersten Volumens strömungstechnisch nachgeschaltet ist ein (Heiz-)Wärmetauscher 20 sowie ein By-pass 36 mit einer Verengung bzw. Verjüngung 34, dem eine zweite Klappe 32 zugeordnet ist. Die Klappe 32 ist dabei strömungstechnisch am Ende des By-pass angeordnet.

Es versteht sich aber, dass die Klappe auch an andere Stelle des By-pass angeordnet sein kann um diesen in geeigneter Weise zu versperren.

Der Klappe 32 und dem Wärmetauscher 20 ist ein Mischraum 30 strömungstechnisch nachgeschaltet. Der Mischraum ist zudem mit dem ersten Volumen 26 verbunden und verfügt über mehrere Luftauslässe (38, 39, 40, 42). Die Luftauslässe können dabei zu Anströmung verschiedener Zonen der Fahrgastzelle verwendet werden. Der Auslass 40 kann eine oder mehrere Defrosterdüsen sein zur Belüftung der Fahrzeugscheiben, insbesondere der Windschutzscheibe und kann über eine weitere Klappe zur selektiven Luftstromsteuerung verfügen.

Der Luftauslass 38 kann, beispielsweise über weitere Kanäle (nicht gezeigt), zu Fußraum düsen führen. Der Luftauslass 39 kann, beispielsweise ebenfalls über weitere Kanäle (nicht gezeigt), zu weiteren Düsen bzw. Auslässen, z.B. im Fondbereich der Fahrgastzelle führen. Fachleuten wird dabei ersichtlich sein, dass diese Auslässe ebenfalls über Klappen zur Steuerung des Luftstromes verfügen können.

Der Luftauslass 42, in den Figuren ebenfalls mit eigener, zugeordneter Klappe dargestellt, kann beispielsweise eine Mannanströmdüse sein, die den Luftstrom, wenn die entsprechende Klappe geöffnet ist beispielsweise durch Öffnungen im Armaturenbrett auf die Fahrgäste führt.

Den Auslässen bzw. Düsen können weiter Luftleitmittel umfassen mit denen die Luft an bestimmte Stellen der Fahrgastzelle geführt werden kann.

Für Fachleute versteht es sich, dass darüber hinaus weiter Auslässe beliebig am Mischraum angeordnet werden können. Außerdem sind die hier dargestellten Auslässe repräsentativ für mehrere parallel angeordnete Auslässe, z.B. an jeder Seite des Fußraums oder/und des Armaturenbrettesanzusehen.

1 zeigt dabei die erfindungsgemäße Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlage mit den Klappen in jeweils einer Position, wobei der Bewegungsbereich der Klappen mit gestrichelten Linien angedeutet ist.

2 zeigt die erfindungsgemäße Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlage in der Warmstellung mit maximaler Heizleistung. Um eine maximale Heizleistung zu erreichen, ist dabei der Verdampfer 56 abgeschaltet. Der Luftstrom wird dabei aus dem Verdampfer mittels der Klappe 24 vollständig in das erste Volumen geführt. Da der By-pass mittels der zweiten Klappe 32 versperrt ist wird der gesamte Luftstrom im Wärmetauscher 20 erwärmt und in den Mischraum 30 geführt. In dieser Warmstellung ist der ganze Mischraum mit Warmluft beaufschlagt die dann je nach Position der Auslassklappen zu den gewünschten Auslässen geführt wird. In der hier dargestellten Positionen beispielsweise, sind die Mannanströmdüsen 42 offen während die Defrosterdüse 40 geschlossen ist.

3 zeigt die erfindungsgemäße Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlage in einer Zwischensstellung zwischen Warmstellung und Kaltstellung. Der Verdampfer 56 kann hierbei, je nach gewünschter Betriebsart ab bzw. zugeschaltet sein. Die Klappe 24 befindet sich in einer Mittelstellung, es wird somit ein erster Teil des Luftstromes in das erste Volumen 22 und ein zweiter Teil des Luftstromes in das zweite Volumen 26 geführt. Der in das zweite Volumen geführte Anteil wird direkt in den Mischraum 30 weitergeführt während der in das erste Volumen geführte Teil auf den Wärmetauscher 20 und den in dieser Zwischenstellung geöffneten By-pass 36 aufgeteilt wird. Vom Wärmetauscher 20 und dem By-pass 36 wird der Luftstrom weiter in den Mischraum 30 geführt. Die zweite Klappe 32 am Ende des By-pass ist dabei vollständig geöffnet.

Der By-pass verfügt zudem über eine Verjüngung bzw. Verengung 34 deren Querschnitt geringer ist als der Querschnitt des By-pass an der Klappe 32. Damit ergibt sich der Luftstromwiderstand des By-pass aus dem Querschnitt der Verjüngung und ist unabhängig von der Stellung der zweiten Klappe 32, wenn diese nicht vollständig verschlossen ist. Die Aufteilung des mittels der ersten Klappe 24 in das erste Volumen 22 geführten Luftstroms auf die Wärmetauscher und By-pass 36 ist daher im Verhältnis gleich bleibend sobald die zweite Klappe 32 geöffnet ist.

Im Mischraum 30 entsteht dadurch eine Luftschichtung mit einem ersten Kaltluftabschnitt am By-pass und nahe der Defrosterdüse 40, einem Warmluftabschnitt oberhalb des Wärmetauschers 20 und damit in der Nähe der Auslässe 38 und 39 sowie einem zweiten Kaltluftabschnitt nahe dem zweiten Volumen 26 und den Mannanströmern 42. Die Verteilung der drei Abschnitte ist dabei über die Stellung, vornehmlich der ersten Klappe 24 steuerbar.

4 schließlich zeigt die erfindungsgemäße Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlage in der Kaltstellung bei der Klappe 24 das erste Volumen 22 verschließt und der gesamte Luftstrom, der gegebenenfalls vom Verdampfer gekühlt wurde, in das zweite Volumen 26 und weiter in den Mischraum 30 geführt wird. In dieser Kaltstellung ist der ganze Mischraum mit Kaltluft beaufschlagt, die dann je nach Position der Auslassklappen zu den gewünschten Auslässen geführt wird. In den hier dargestellten Positionen beispielsweise, sind die Mannanströmdüsen 42 offen während die Defrosterdüse 40 geschlossen ist.

Weiter Zwischenstellung sind Fachleuten dabei ersichtlich.

Es ist zudem offensichtlich, dass die hier anhand der Figuren beschriebene Ausführungsform der Erfindung lediglich beispielhafter Art ist und andere Ausführungsformen möglich sind.

So kann beispielsweise der By-pass und oder das zweite Volumen in andere Weise bezüglich des Wärmetauschers angeordnet sein, um eine andere Schichtung oder sonstige Art der Luftverteilung im Mischraum zu erreichen. Insbesondere ist dabei auch eine räumliche Anordnung anstatt der bezüglich der Figuren beschriebenen Schichtung möglich.

Zudem wird der Fachmann auch andere Ausführungsformen des Mischraums erkennen sowie weitere Möglichkeiten zur Anordnung bzw. Erweiterung der Auslässe. Zudem können weitere Auslässe, denen zusätzliche Luftstromsteuermittel, wie Klappen und/oder Luftleitelemente zugeordnet sein können, beispielweise dem ersten Volumen oder/und dem By-pass zugeordnet sein um eine Belüftung geeigneter Stellen im Fahrzeug zu ermöglichen.

Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Lüftungs- bzw. Klimaanlage bereit die in vorteilhafterweise eine Luftschichtung von Kalt und Warmluftbreichen im Mischraume erreicht, so dass verschiedene Zonen im Fahrgastraum mit verschieden temperierter Luft beaufschlagte werden können. Dabei wird erfindungsgemäß die bei Zonenklimaanlagen übliche Verwendung von einer Vielzahl von Kanälen mit weitere Klappen hinter dem Wärmetauscher vermieden.


Anspruch[de]
Heiz- und Lüftungsanlage für ein Fahrzeug umfassend,

– einen Wärmetauscher (20), angeordnet zwischen einem ersten Volumen (22), geeignet zur Beaufschlagung des Wärmetauschers mit einem ersten Luftstrom, und einem Mischraum (30),

– ein zweites Volumen (26), strömungstechnisch parallel zu dem ersten Volumen und strömungstechnisch parallel zu dem Wärmetauscher angeordnet und geeignet um einen zweiten Luftstrom an dem Wärmetauscher vorbei in den Mischraum (30) zu führen,

– eine erste Luftstromsteuereinrichtung (24), dem ersten Volumen (22) und dem zweiten Volumen (26) strömungstechnisch vorgeschaltet, zur Steuerung der das erste Volumen oder/und das zweite Volumen durchströmenden Luftmenge,

– wobei zwischen dem ersten Volumen und dem Mischraum (30), ein der ersten Luftstromsteuereinrichtung strömungstechnisch nachgeschalteter By-pass (36) angeordnet ist.
Heiz- und Lüftungsanlage gemäß Anspruch 1, wobei dem By-pass (36) eine zweite Luftstromsteuereinrichtung (32) zugeordnet ist. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der By-pass (36) an einem dem zweiten Volumen (26) gegenüberliegendem Ende des Wärmetauschers (20) angeordnet ist und in zumindest einer Stellung der Luftstromsteuereinrichtungen der durch den Wärmetauscher erwärmte Luftstrom in dem Mischraum (30) an einer Seite von einem Luftstrom aus dem By-pass flankiert ist. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Auslass (40) nahe einem bezüglich der ersten Luftstromsteuereinrichtung distalen Endabschnitt des Wärmetauschers angeordnet ist, insbesondere unter räumlicher Zuordnung des By-pass. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die zweite Luftstromsteuereinrichtung (32) eine Klappe ist und so angeordnet ist, dass sie den Bypass in einer ersten Stellung verschließt und in einer zweiten Stellung öffnet. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die zweite Luftstromsteuereinrichtung (32) eine Schmetterlingsklappe ist. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Bypass (36) eine Verjüngung (34) aufweist, die einen geringeren Querschnitt hat, als ein Querschnitt, der von der zweiten Luftstromsteuereinrichtung (32) verschließbar ist. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (20) so zwischen dem ersten Volumen (22) und dem Mischraum (30) angeordnet ist, dass er von dem ersten Luftstrom in einem Winkel von 0° bis 60°, bevorzugterweise in einem Winkel von 0° bis 45°, beaufschlagt wird. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die erste Luftstromsteuereinrichtung (24) und die zweite Luftstromsteuereinrichtung (32) korreliert sind und von einem Bedienelement steuerbar sind. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die erste Luftstromsteuereinrichtung (24) mit linearen Zwischenstellungen zwischen einer Warmstellung, in der der Luftstrom über das erste Volumen geführt wird, und einer Kaltstellung, in der der Luftstrom durch das zweite Volumen geführt wird, einstellbar ist, und wobei die erste Luftstromsteuereinrichtung und die zweite Luftstromsteuereinrichtung (32) so korreliert sind, dass in der Warmstellung der ersten Luftstromsteuereinrichtung die zweite Luftstromsteuereinrichtung (32) geschlossen ist und dass in den Zwischenstellungen der ersten Luftstromsteuereinrichtung die zweite Luftstromsteuereinrichtung geöffnet ist. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die erste Luftstromsteuereinrichtung (24) mit linearen Zwischenstellungen zwischen einer Warmstellung, in der der Luftstrom über das erste Volumen geführt wird, und einer Kaltstellung, in der der Luftstrom durch das zweite Volumen geführt wird, einstellbar ist, und wobei die erste Luftstromsteuereinrichtung und die zweite Luftstromsteuereinrichtung (32) so korreliert sind, dass in der Kaltstellung der ersten Luftstromsteuereinrichtung die zweite Luftstromsteuereinrichtung (32) geschlossen ist und dass in den Zwischenstellungen der ersten Luftstromsteuereinrichtung die zweite Luftstromsteuereinrichtung geöffnet ist. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Luftstromsteuereinrichtung (24) eine Klappe, insbesondere eine Trommelklappe ist. Heiz- und Lüftungsanlage gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei strömungstechnisch vor der ersten Luftstromsteuereinrichtung (24) ein Verdampfer (56) einer Klimaanlage angeordnet ist, wobei der Verdampfer und der Wärmetauscher (20) unter Ausbildung eines Winkels von etwa 45 bis 135 Grad, insbesondere senkrecht zu einander angeordnet sind. Heiz- und Klimaanlage gemäß Anspruch 13, wobei der Verdampfer (56) und der Wärmetauscher (20) so angeordnet sind, dass der Verdampfer zumindest teilweise, insbesondere insgesamt in einem Projektionsvolumen, lotrecht zu einer Hauptfläche des Wärmetauschers angeordnet ist. Heiz- und Klimaanlage gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei strömungstechnisch vor dem Verdampfer (56) ein Luftfilter (52) angeordnet ist, wobei der Verdampfer (56) und der Luftfilter unter Ausbildung eines Winkels von etwa 45 bis 135 Grad angeordnet sind und wobei der Luftfilter und der Wärmetauscher (20) zueinander versetzt und in vertikaler und/oder horizontaler Richtung gegenseitig überlappend angeordnet sind.






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