EP3571068A1 - Wärmeübertrager für ein fahrzeug sowie ein klimagerät und zugehöriges verfahren - Google Patents

Wärmeübertrager für ein fahrzeug sowie ein klimagerät und zugehöriges verfahren

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Publication number
EP3571068A1
EP3571068A1 EP17822270.9A EP17822270A EP3571068A1 EP 3571068 A1 EP3571068 A1 EP 3571068A1 EP 17822270 A EP17822270 A EP 17822270A EP 3571068 A1 EP3571068 A1 EP 3571068A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stratification
air
heat exchanger
applicative
strand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17822270.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Willibald PFALLER
Sascha RÖS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP3571068A1 publication Critical patent/EP3571068A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00321—Heat exchangers for air-conditioning devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00021—Air flow details of HVAC devices
    • B60H1/00064—Air flow details of HVAC devices for sending air streams of different temperatures into the passenger compartment
    • B60H1/00071—Air flow details of HVAC devices for sending air streams of different temperatures into the passenger compartment the air passing only one heat exchanger
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00021—Air flow details of HVAC devices
    • B60H2001/00114—Heating or cooling details
    • B60H2001/00135—Deviding walls for separate air flows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, preferably for a vehicle, and an air conditioner. Furthermore, the invention relates to a method for spreading supply air in the heat exchanger or the air conditioner.
  • air conditioning units are used for cooling and / or heating the vehicle interior of a motor vehicle. It is known that the air conditioning units for each vehicle or the respective vehicle series are designed individually. It is also known to use for heating in an air conditioner, a heat exchanger, which heats the air flowing through it.
  • the heat exchanger is arranged for example in the air conditioner or designed as a separate component. As a separate component, the heat exchanger can form part of an air conditioner.
  • the air conditioners have so-called guide elements in order to divert air flows in an air conditioner can.
  • Guide elements can, for example, be designed as movable flaps.
  • the guide elements are designed to fit the respective air conditioner and arranged at predetermined locations in this.
  • the guide elements set by the arrangement of a desired temperature of the air flow first in the air conditioner by these air volumes / proportions mix appropriately or direct into each other. For example, it is possible to mix a heated air flow, which has been heated by means of a heat exchanger, with cold ambient air from the outside by position of the guide elements suitable for the vehicle interior in the air conditioner. For different temperatures of air currents then several guide elements are necessary, which then each individually mix the amounts of air for the outlets through their arrangement. The mixed shares are then each forwarded to the vehicle interior.
  • the heat exchanger always heats the supplied air at a certain temperature.
  • these guide elements allow the respective exiting air flow from the air conditioner via the respective outlets (outputs) of the air conditioner can be adjusted appropriately. So it is possible that by means of the guide elements at a departure a greater amount of heated air flow emerges as at another outlet, by dividing the air flow mix and / or redirect. Due to the escape of different amounts of warm air into the vehicle interior at the respective outlet air at different temperatures is also introduced into the vehicle interior. Thereby, the vehicle interior (i.e., the passenger compartment) is suitably heated.
  • DE 10 2007 014 835 A1 discloses vehicle air conditioning with means for cooling and heating of air, comprising a housing with at least three air outlets.
  • the means for heating the air is provided as at least one heating heat exchanger, which has at least one cold air passage in its vertical extent, wherein a cold air passage is arranged between two Schupfaden.
  • DE 198 1 1 967 A1 discloses a method for controlling a heating or air conditioning system of a motor vehicle, in which air is blown into horizontally stacked zones, such as footwell, upper body and head area separately and at different temperatures to obtain a temperature stratification and at least a left / right separation of the temperature control is provided for separate tempering of at least driver and passenger side.
  • the temperature stratification is automatically adjusted and readjusted as a function of a signal from a solar radiation sensor.
  • DE 101 42 512 A1 discloses an electric heating device preferably for motor vehicles, with a frame through which air flows, which holds a plurality of heating lamellas adjacent to one another in the transverse direction of the frame and extending in the longitudinal direction of the frame, wherein heating resistors are arranged between the heating lamellas such that a heating resistor is thermally conductively connected to two adjacent heating elements.
  • the frame forms a longitudinally extending temperature gradient in that the heating lamellae are formed such that the frame has at least two regions with different heat transfer.
  • the object of the invention is thus to provide an adjustable temperature distribution at the outlets of an air conditioner, regardless of a particular product series, such as. A vehicle series or a specific climate control philosophy.
  • a heat exchanger preferably for a vehicle, comprises an applicative layering, wherein the applicative layering comprises at least two stratification strands, wherein the applicative layering is configured such that, if supply air fed into the heat exchanger in the direction of the applicative layering is spread, the supply air by means of applicative stratification in the respective stratification in an associated exhaust air portion.
  • an exhaust air with certain properties sets in.
  • an associated Zu povertyanteil (which is then exhaust air portion) is heated or cooled to a certain temperature, so that when the respective Abluftanteile from the applicative stratification emerges a temperature stratification by means of Abluftanteile.
  • a heating or cooling circuit is formed in the respective stratification strand.
  • the term spreading means that flowing air is divided into fractions (air volume distribution) and / or deflected. A mixing of the exhaust air components does not take place in the respective stratification by the spreading. After the respective stratification strand, no further mixing of the spread-out exhaust air components should take place in one embodiment. In an alternative embodiment, a renewed at least partial mixing of the exhaust air fractions after the respective stratification strand is possible. By means of the deflection at least a deflection with respect to the original flow direction is possible. In the pure division there is no diversion, i. E. the spread proportion is continued in the same direction (deviation by 0 °).
  • a heat exchanger can be designed according to the invention as an electrical heater.
  • the heat exchanger preferably has at least one PTC
  • the PTC resistance element is a means of heating.
  • the heat exchanger is designed as a cooler, by means of which the respective exhaust air portion can be cooled.
  • This cooler is designed, for example, as an evaporator or Peltier element.
  • the heat exchanger according to the invention can be used in any form of a means of locomotion, in addition to a vehicle, for example in an aircraft, a ship, a gondola or the like.
  • the heat exchanger according to the invention can also be used in a caravan, trailer or the like.
  • the heat exchanger can also be used in a mobile device.
  • the heating or cooling capacity in the heat exchanger can be varied in regions without mechanical means such as.
  • Guide elements are necessary or at least reduced in number compared to the prior art due to the invention.
  • the temperature stratification is thus carried out in one embodiment alone by the stratification strands.
  • subsequent mixing according to the respective exhaust air portions of the stratification strands is possible, for example by at least one guide element, for example in the form of a guide flap.
  • the applicative layering makes it possible to divide an air stream into at least two parts, wherein a specific amount / a certain amount of air flows through each layer strand. Accordingly, it is possible by means of the applicative layering that in the particular stratification strand thereby a certain heating or cooling power is adjusted, so that the air flowing through this reaches a certain temperature. The spread air flow is then discharged from the respective outlet of the heat exchanger or air conditioner.
  • a heat exchanger or air conditioner can be used as appropriate respectively the amount of air and additionally the air temperature for the respective outlet can be adjusted by means of applicative layering.
  • an individual temperature at the respective outlets of the air conditioner up to the vent in the vehicle interior.
  • a mixing of the exhaust air components outside the heat exchanger still take place.
  • no structural adaptation of the heat exchanger is necessary because, for example, the stratification strands can be set individually for each vehicle or each vehicle series or climate control philosophy.
  • the setting also includes driving the term.
  • the individually set stratification strands thus produce a certain flow of air with certain temperature properties. It thus arises within the heat exchanger or air conditioner, a temperature stratification that can be adjusted to the particular situation in the vehicle interior or outside of the vehicle. This temperature stratification is then transferred via the outlets and the outlets with respect to each individual layer in the vehicle interior.
  • the energy distribution in addition to the air distribution, which can be adjusted, for example, via the outlets, the energy distribution can also be set, since each stratification strand can be set individually.
  • the range of electric vehicles or hybrid vehicles is advantageously increased by the individual adjustment of the temperature in the stratification strand, since tempered air in one embodiment of the invention no longer has to be subsequently mixed, which leads to a reduction of the effectiveness.
  • the scope of development of an air conditioner can be advantageously reduced since the coordination of the (temperature ) Base layers in the vehicle with the heat exchanger, that is, the applicative layering, can be realized.
  • the stratification strand has means for heating or for cooling the exhaust air fraction.
  • the heat exchanger is preferred only as a cooler, i. its stratification strands can only cool, or only as heaters, i. its stratification strands can only heat, executed.
  • the heat exchanger has means for reducing the amount of exhaust air from the respective stratification strand.
  • the volume flow can be regulated.
  • the heat exchanger has means for reducing the humidity in the respective stratification strand.
  • the stratification strands are stacked in the heat exchanger stacked.
  • the sighting strands are preferably arranged directly adjacent to each other. Alternatively, it is possible that additional components or a clearance between the stratification strands are present.
  • a plurality of stratification strands are arranged in series one behind the other and / or parallel to one another in the heat exchanger. This makes it possible to generate different exhaust air shares, each of which individual temperature shares exhibit. For example, it is possible for two stratification strands to be connected in series one behind the other and for a single stratification strand to be connected in parallel with them. These three stratification strands then form an applicative layering.
  • the stratification strands connected in series are preferably spaced apart with a spacing, and the strands of strands connected in parallel are directly adjacent to one another (that is, adjacent to one another). In the distance, a component or a free space may be present.
  • the stratification strands can also be arranged as an alternative or in addition to each other. This is possible in the series arrangement and / or in the parallel arrangement. Side by side includes directly next to each other or at a distance next to each other.
  • the properties of the respective stratification strand are different.
  • property is to be understood the volume, the net area and the achievement.
  • an air conditioner preferably for a vehicle, which comprises a heat exchanger according to one of claims 1 to 4, comprises at least one inlet for the supply of supply air and at least two outlets for the discharge of the exhaust air, which has been passed through the heat exchanger.
  • the supply air supplied to the air conditioner is spread in the heat exchanger in at least two portions of exhaust air. This is done by means of applicative layering. Due to the possibility that the exhaust air components can be heated individually in the respective stratification strand to a certain temperature, exits the respective stratification strand exhaust air at a certain temperature level. This results in a temperature stratification of the individual exhaust air components after the applicative layering of the heat exchanger in the air conditioner one.
  • the individual exhaust air components set at a specific temperature can then be supplied to one, preferably the associated, outlet, according to the invention.
  • the air conditioner comprises a control unit, wherein the respective stratification strand can be adjusted by means of the control unit.
  • the temperature in a vehicle interior can be measured at at least one location, for example two locations.
  • the temperature outside the vehicle interior is measured at at least one location.
  • the vehicle interior further comprises three adjustable outlets, which are fed by three outlets of the air conditioner.
  • a temperature stratification is produced by means of the stratification strands in the heat exchanger.
  • the respective shift is then forwarded to the respective and exactly one single outflow.
  • Ambient air and heated air of an air conditioner for the outflow from the air conditioner necessary to set certain temperatures.
  • the stratification strands have suitably tempered the exhaust air portions according to the invention.
  • this mechanical means for mixing proportions of ambient air and heated air may additionally comprise the air conditioning unit, so that mixing after the heat exchanger is also possible as an alternative.
  • An outlet can lead, for example, in a footwell of a vehicle.
  • the outlets are arbitrarily arranged in the air conditioner, so that a discharge from the outlets in any direction in space, eg. Right, left, up, down, side or the like can be done.
  • the control unit has software, by means of which the respective stratification strand can be set to a specific temperature level, after the software has been supplied, for example, a measured temperature value from the vehicle interior.
  • a temperature level is to be understood as meaning an energy level, that is to say that the exhaust air fraction is set to a specific temperature when the stratification strand is adjusted to a specific energy level.
  • the control unit can control or, alternatively, also regulate if, for example, there are no measured values or no adjustment is made.
  • the setting in the respective stratification strand during operation for example.
  • the control unit can automatically adjust the stratification strands of the heat exchanger appropriately by obtaining the at least one value from the vehicle interior, so that an optimal outlet temperature from the respective outlet takes place through the set temperature stratification. The vehicle occupant in the passenger compartment thus receives an adapted air flow into the vehicle interior depending on the present situation.
  • the method can additionally comprise the following step:
  • the method may additionally comprise the following step alone or in addition in combination with the preceding step:
  • the step cooling takes place in a cooler.
  • a suitable temperature stratification can be adjusted, which is suitable for the vehicle interior. It must be mixed according to the invention, no heated air fractions with unheated air fractions after the heat exchanger, since the temperature layers have an optimum temperature already. However, this can also be done according to the invention as described above.
  • the stratification strands are preferably adjusted to the respective temperature, so that the exiting exhaust air component does not have to be subsequently cooled. This can just in cold ambient conditions directly in the range increase of electrically powered vehicles have positive influence. By saving the electrical energy in the stratification strands, there is an increase in range. The same applies to a cooler according to the invention, in which no warm air quantity must be mixed in the cooler with excessive cooling.
  • FIG. 1 shows an air conditioner according to the invention.
  • Figure 1 shows an air conditioner 1 with three outlets 2a, 2b, 2c and an inlet opening 3, which are incorporated in a housing of the air conditioner.
  • a heat exchanger 4 is arranged in the form of a heater. This has three stratification strands 5a, 5b, 5c. These are arranged directly stacked in the heat exchanger 4 and together form the applicative layering. There is thus no distance between the stratification strands 5a, 5b, 5c.
  • the air conditioner 1 is exemplified installed in a vehicle.
  • supply air 6 which is not split, is fed to the three stratification strands 5a, 5b, 5c as part of the applicative stratification. Subsequently, this supply air 6 is spread by means of the applicative stratification in the respective stratification strand 5a, 5b, 5c in an associated exhaust air portion 7a, 7b, 7c.
  • the respective exhaust air portion 7a, 7b, 7c in the associated stratification strand 5a, 5b, 5c is heated to a certain temperature.
  • the exhaust air portion 7c has a higher temperature than the exhaust air portion 7a.
  • the exhaust air portion 7b has the lowest temperature compared to the two exhaust air portions 7a, 7c.
  • the three exhaust air portions 7a, 7b, 7c are each fed directly to an outlet 2a, 2b, 2c.
  • the exhaust air portion 7b is fed to the outlet 2b and the exhaust air portion 7c to the outlet 2c.
  • Necessary means for deflecting or the like are not shown in FIG. According to FIG. 1, there is no mixing of the exhaust air portions 7a, 7b, 7c between applicative layering and the outlets 2a, 2b, 2c.
  • the separate exhaust air portions 7a, 7b, 7c but are designed according to Figure 1 as a temperature stratification.
  • each layer has a specific property.
  • the exhaust air portions 7a, 7b, 7c have different temperatures.
  • the respective stratification strand a, b, c is set.
  • the heat exchanger 4 according to FIG. 1 can be replaced by a cooler, so that the respective stratification strand would cool the exhaust air portions in analogy to FIG.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (4), vorzugsweise für ein Fahrzeug, umfassend eine applikative Schichtung, wobei die applikative Schichtung zumindest zwei Schichtungsstränge (5a, 5b, 5c) umfasst, wobei die applikative Schichtung derart ausgestaltet ist, dass, wenn Zuluft (6) in den Wärmeübertrager (4) in Richtung der applikativen Schichtung zugeführt wird, die Zuluft (6) mittels der applikativen Schichtung in dem jeweiligen Schichtungsstrang (5a, 5b, 5c) in einen zugehörigen Abluftanteil (7a, 7b, 7c) aufgespreizt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Klimagerät (1) und ein zugehöriges Verfahren.

Description

Wärmeübertrager für ein Fahrzeug sowie ein Klimagerät und
zugehöriges Verfahren
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, vorzugsweise für ein Fahrzeug, sowie ein Klimagerät. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufspreizen von Zuluft in dem Wärmeübertrager oder dem Klimagerät. Generell ist es bekannt, dass Klimageräte zur Kühlung und/oder Beheizung des Fahrzeuginnenraumes eines Kraftwagens verwendet werden. Dabei ist es bekannt, dass die Klimageräte für das jeweilige Fahrzeug oder die jeweilige Fahrzeugreihe individuell konstruiert werden. Es ist ferner bekannt, für das Beheizen in einem Klimagerät einen Wärmeübertrager zu verwenden, der die durch diesen strömende Luft erwärmt. Der Wärmeübertrager ist beispielweise in dem Klimagerät angeordnet oder als separates Bauteil ausgeführt. Als separates Bauteil kann der Wärmeübertrager in Teilfunktionen ein Klimagerät bilden.
Die Klimageräte weisen sogenannte Leitelemente auf, um Luftströmungen in einem Klimagerät umlenken zu können. Leitelemente können bspw. als bewegliche Klappen ausgebildet sein. Die Leitelemente sind für das jeweilige Klimagerät passend ausgelegt und an vorgegebenen Stellen in diesem angeordnet. Die Leitelemente stellen durch deren Anordnung eine gewünschte Temperatur der Luftströmung zunächst im Klimagerät ein, indem diese Luftmengen/-anteile passend vermischen oder gezielt ineinander lenken. Beispielsweise ist es möglich, einen erwärmten Luftstrom, der mittels eines Wärmeübertragers erwärmt wurde, mit kalter Umgebungsluft von außen durch Stellung der Leitelemente passend für den Fahrzeuginnenraum in dem Klimagerät zu mischen. Für verschiedene Temperaturen von Luftströmungen sind dann mehrere Leitelemente notwendig, die dann jeweils die Luftmengen individuell für die Abgänge durch deren Anordnung zusammenmischen. Die gemischten Anteile werden dann jeweils dem Fahrzeuginnenraum zugeleitet. Dabei erwärmt der Wärmeübertrager die zugeführte Luft immer mit einer bestimmten Temperatur.
Somit ermöglichen diese Leitelemente, dass der jeweilige austretende Luftstrom aus dem Klimagerät über die jeweiligen Abgänge (Ausgänge) des Klimagerätes passend eingestellt werden kann. So ist es möglich, dass mittels der Leitelemente an einem Abgang eine größere Menge an erwärmten Luftstrom austritt als an einem anderen Abgang, indem diese den Luftstrom aufteilen, mischen und/oder umlenken. Durch den Austritt von unterschiedlich warmen Luftmengen in den Fahrzeuginnenraum an dem jeweiligen Abgang wird Luft mit unterschiedlicher Temperatur auch in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet. Dadurch ist der Fahrzeuginnenraum (d.h. dem Fahrgastraum) passend erwärmbar.
Die DE 10 2007 014 835 A1 offenbart Fahrzeugklimaanlage mit Mitteln zur Kühlung und Heizung von Luft, die ein Gehäuse mit mindestens drei Luftauslässen umfasst. Dabei ist das Mittel zur Heizung der Luft als mindestens ein Heizungswärmeübertrager vorgesehen, der in seiner vertikalen Erstreckung mindestens einen Kaltluftdurchlass aufweist, wobei ein Kaltluftdurchlass zwischen zwei Heizpfaden angeordnet ist.
Die DE 198 1 1 967 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung einer Heiz- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, bei dem Luft in horizontal übereinander angeordnete Zonen, wie Fußraum, Oberkörperbereich und Kopfbereich getrennt und mit unterschiedlicher Temperatur eingeblasen wird zum Erhalt einer Temperaturschichtung und bei dem wenigstens eine Links/Rechts- Trennung der Temperaturregelung vorgesehen ist zum getrennten Temperieren von wenigstens Fahrer- und Beifahrerseite. Dabei wird die Temperaturschichtung in Abhängigkeit eines Signals eines Sonneneinstrahlungssensors automatisch eingestellt und nachgeregelt. Die DE 101 42 512 A1 offenbart eine elektrische Heizvorrichtung vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, mit einem von Luft durchströmten Rahmen, der mehrere in Querrichtung des Rahmens nebeneinanderliegende und sich in Längsrichtung des Rahmens erstreckende Heizlamellen haltert, wobei Heizwiderstande so zwischen den Heizlamellen angeordnet sind, dass ein Heizwiderstand mit zwei benachbarten Heizelementen wärmeleitend verbunden ist. Dabei bildet der Rahmen einen in Längsrichtung verlaufenden Temperaturgradienten aus, indem die Heizlamellen so ausgebildet sind, dass der Rahmen zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichem Wärmeübergang aufweist.
Nachteilig ist, dass bei Veränderungen bspw. im Fahrgastraum eines Fahrzeuges oder einer Fahrzeugreihe jeweils neue Klimageräte und somit auch die Anordnung der Leitelemente neu entwickelt werden müssen, um eine gute Temperaturverteilung an den Auslässen des jeweiligen Fahrzeuges zu gewährleisten. Alternativ oder ergänzend zu der Veränderung im Fahrgastraum eines Fahrzeuges oder einer Fahrzeugreihe können auch Klimaregelungsphilosophien eine Neuentwicklung veranlassen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, unabhängig von einer bestimmten Produktreihe, wie bspw. einer Fahrzeugreihe oder einer bestimmten Klimaregelungsphilosophie, eine einstellbare Temperaturverteilung an den Abgängen eines Klimagerätes zu schaffen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Wärmeübertrager, vorzugsweise für ein Fahrzeug, eine applikative Schichtung umfasst, wobei die applikative Schichtung zumindest zwei Schichtungsstränge umfasst, wobei die applikative Schichtung derart ausgestaltet ist, dass, wenn Zuluft in den Wärmeübertrager in Richtung der applikativen Schichtung zugeführt wird, die Zuluft mittels der applikativen Schichtung in dem jeweiligen Schichtungsstrang in einen zugehörigen Abluftanteil aufgespreizt wird. Somit stellt sich beim Austritt aus der applikativen Schichtung eine Abluft mit bestimmten Eigenschaften ein. Gemäß der Erfindung wird beispielsweise in dem jeweiligen Schichtungsstrang ein zugehöriger Zuluftanteil (der dann Abluftanteil wird) auf eine bestimmte Temperatur erwärmt oder gekühlt, so dass beim Austritt der jeweiligen Abluftanteile aus der applikativen Schichtung eine Temperaturschichtung mittels der Abluftanteile entsteht. Es bildet sich somit im jeweiligen Schichtungsstrang ein Heiz- oder Kühlkreis aus.
Unter dem Begriff Spreizen ist dabei im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass strömende Luft in Anteile aufgeteilt wird (Luftmengenaufteilung) und/oder umgelenkt wird. Eine Vermischung der Abluftanteile findet in dem jeweiligen Schichtungsstrang durch das Spreizen nicht statt. Nach dem jeweiligen Schichtungsstrang soll in einer Ausführung kein weiteres Vermischen der aufgespreizten Abluftanteile erfolgen. In einer alternativen Ausführung ist ein erneutes zumindest teilweises Vermischen der Abluftanteile nach dem jeweiligen Schichtungsstrang möglich. Mittels des Umlenkens ist zumindest eine Ablenkung gegenüber der ursprünglichen Strömungsrichtung möglich. Bei der reinen Aufteilung findet keine Umlenkung statt, d.h. der gespreizte Anteil wird in gleicher Richtung (Abweichung um 0 °) weitergeführt.
Ein Wärmeübertrager kann erfindungsgemäß als elektrischer Heizer ausgestaltet sein. Der Wärmeübertrager weist bevorzugt zumindest ein PTC-
Widerstandselement in einem Schichtungsstrang auf. Es ist möglich, dass ein Schichtungsstrang bspw. 2 oder 3 PTC-Widerstandelemente aufweist.
Das PTC-Widerstandselement stellt dabei ein Mittel zum Erwärmen dar.
Alternativ ist es möglich, dass der Wärmeübertrager als Kühler ausgestaltet ist, mittels dem der jeweilige Abluftanteil gekühlt werden kann. Dieser Kühler ist beispielsweise als Verdampfer oder Peltier-Element ausgestaltet. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager kann in jeder Form eines Fortbewegungsmittels eingesetzt werden, neben einem Fahrzeug beispielsweise auch in einem Flugzeug, einen Schiff, einer Gondel oder dergleichen. Alternativ kann der erfindungsgemäße Wärmeübertrager auch in einem Wohnwagen, Anhänger oder dergleichen eingesetzt werden. Alternativ kann der Wärmeübertrager auch in einem mobilen Gerät eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist, dass mittels der Erfindung durch die Aufspreizung die Heiz- oder Kühlleistung in dem Wärmeübertrager bereichsweise variiert werden kann, ohne dass mechanische Mittel wie bspw. Leitelemente notwendig sind oder aufgrund der Erfindung zumindest reduziert in deren Anzahl gegenüber dem Stand der Technik vorliegen. Die Temperaturschichtung erfolgt somit in einer Ausführung alleine durch die Schichtungsstränge. Eine nachträgliche Vermischung nach den jeweiligen Abluftanteilen der Schichtungsstränge ist aber möglich, bspw. durch zumindest ein Leitelement, bspw. in Form einer Leitklappe.
Die applikative Schichtung ermöglicht dabei eine Aufteilung eines Luftstromes in zumindest zwei Anteile, wobei durch jedem Schichtungsstrang eine bestimmte Menge/ein bestimmter Anteil an Luft strömt. Demzufolge ist es mittels der applikativen Schichtung möglich, dass in dem jeweiligen Schichtungsstrang dabei eine bestimmte Heiz- oder Kühlleistung eingestellt wird, so dass die durch diesen strömende Luft eine bestimmte Temperatur erreicht. Die aufgespreizte Luftströmung wird dann aus dem jeweiligen Abgang des Wärmeübertragers oder Klimagerätes ausgeleitet.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch das Aufspreizen unabhängig vom Fahrzeug oder von der Fahrzeugreihe oder Klimaregelungsphilosophie ein Wärmeübertrager oder Klimagerät verwendet werden kann, da jeweils passend die Luftmenge und ergänzend die Lufttemperatur für den jeweiligen Abgang mittels der applikativen Schichtung eingestellt werden kann. Dadurch ist es ferner möglich, an den jeweiligen Auslässen des Klimagerätes bis hin zum Ausströmer im Fahrzeuginnenraum eine individuelle Temperatur einzustellen. Es ist in einer Ausführung keine Mischung der Luftmengen nach der applikativen Schichtung oder innerhalb dieser notwendig. Alternativ kann bspw. mit zumindest eines Leitelementes eine Vermischung der Abluftanteile außerhalb des Wärmeübertragers noch stattfinden. Auch ist keine konstruktive Anpassung des Wärmeübertrager notwendig, da bspw. für jedes Fahrzeug oder jede Fahrzeugreihe oder Klimaregelungsphilosophie die Schichtungsstränge individuell eingestellt werden können. Das Einstellen umfasst auch den Begriff ansteuern.
Die individuell eingestellten Schichtungsstränge erzeugen somit eine bestimmte Strömung an Luft mit bestimmten Temperatureigenschaften. Es entsteht somit innerhalb des Wärmeübertragers oder Klimagerätes eine Temperaturschichtung, die auf die jeweilige Situation in dem Fahrzeuginneren oder außerhalb des Fahrzeuges eingestellt werden kann. Diese Temperaturschichtung wird dann über die Auslässe und die Ausströmer bezogen auf jede einzelne Schicht in den Fahrzeuginnenraum übertragen.
Weiterhin vorteilhaft gemäß der Erfindung ist, dass neben der Luftverteilung, die bspw. über die Ausströmer eingestellt werden kann, auch die Energieverteilung eingestellt werden kann, da jeder Schichtungsstrang individuell eingestellt werden kann. Ferner wird vorteilhaft die Reichweite von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen durch die individuelle Einstellung der Temperatur in dem Schichtungsstrang erhöht, da temperierte Luft in einer Ausführung der Erfindung nicht mehr nachträglich vermischt werden muss, was zu einer Reduzierung der Effektivität führt. Gemäß der Erfindung lässt sich vorteilhaft der Entwicklungsumfang eines Klimagerätes reduzieren, da die Abstimmung der (Temperatur- )Grundschichtungen im Fahrzeug mit dem Wärmeübertrager, das heißt dessen applikativen Schichtung, realisiert werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Schichtungsstrang Mittel zum Erwärmen oder zum Kühlen des Abluftanteils auf. Bevorzugt ist dabei gemäß der Erfindung der Wärmeübertrager nur als Kühler, d.h. dessen Schichtungsstränge können nur kühlen, oder nur als Heizer, d.h. dessen Schichtungsstränge können nur heizen, ausgeführt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Wärmeübertragers ist es möglich, dass der Wärmeübertrager Mittel zur Reduzierung der Abluftmenge aus dem jeweiligen Schichtungsstrang aufweist. Es kann somit der Volumenstrom geregelt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Wärmeübertragers ist es möglich, dass der Wärmeübertrager Mittel zur Reduzierung der Luftfeuchtigkeit in dem jeweiligen Schichtungsstrang aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Wärmeübertragers sind die Schichtungsstränge in dem Wärmeübertrager aufeinander gestapelt angeordnet. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass zwei Schichtungsstränge, die eine gleiche Abmessung haben, zwei Abluftanteile erzeugen, die sich von der Durchflussmenge entsprechen. Bei unterschiedlichen Abmessungen ist entsprechend die Durchflussmenge unterschiedlich. Die Sichtungsstränge sind dabei bevorzugt direkt aneinander angeordnet. Alternativ ist es möglich, dass weitere Bauteile oder ein Freiraum zwischen den Schichtungssträngen vorhanden sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere Schichtungsstränge in Reihe hintereinander und/oder parallel zueinander in dem Wärmeübertrager angeordnet. Dadurch ist es möglich, verschiedene Abluftanteile zu erzeugen, die jeweils individuelle Temperaturanteile aufweisen. So ist es beispielsweise möglich, dass zwei Schichtungsstränge hintereinander in Reihe geschaltet sind und parallel zu diesen ein einziger Schichtungsstrang geschaltet wird. Diese drei Schichtungsstränge bilden dann eine applikative Schichtung. Dabei sind bevorzugt die in Reihe geschalteten Schichtungsstränge mit einem Abstand beanstandet und die parallel geschalteten Schichtungsstränge direkt aneinanderliegend (das heißt aneinander angrenzend). In dem Abstand kann ein Bauteil oder ein Freiraum vorhanden sein. In einer weiteren Vorteilhaften Ausgestaltung können die Schichtungsstränge auch alternativ oder ergänzend nebeneinander angeordnet sein. Dieses ist bei der Reihenanordnung und/oder bei der parallelen Anordnung möglich. Nebeneinander umfasst direkt nebeneinander oder mit Abstand nebeneinander.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Eigenschaften des jeweiligen Schichtungsstranges unterschiedlich. Unter Eigenschaft ist dabei das Volumen, die Netzfläche und die Leistung zu verstehen.
Die oben bezeichnete Aufgabe wird ferner durch ein Klimagerät, vorzugsweise für ein Fahrzeug, gelöst, welches umfassend einen Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst, zumindest eine Eintrittsöffnung für die Zufuhr von Zuluft und zumindest zwei Abgänge für die Ableitung von den Abluftanteilen umfasst, welche durch den Wärmeübertrager geleitet worden ist. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass dem Klimagerät zugeführte Zuluft in dem Wärmeübertrager in zumindest zwei Anteile an Abluft aufgespreizt wird. Dieses erfolgt mittels der applikativen Schichtung. Aufgrund der Möglichkeit, dass die Abluftanteile in dem jeweiligen Schichtungsstrang individuell auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden können, tritt aus dem jeweiligen Schichtungsstrang Abluft mit einem bestimmten Temperaturniveau aus. Dadurch stellt sich eine Temperaturschichtung der einzelnen Abluftanteile nach der applikativen Schichtung des Wärmeübertragers in dem Klimagerät ein. Die einzelnen mit einer bestimmten Temperatur eingestellten Abluftanteile können dann erfindungsgemäß einem, vorzugsweise dem zugeordneten, Abgang zugeführt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Klimagerät ein Steuergerät, wobei mittels des Steuergerätes der jeweilige Schichtungsstrang eingestellt werden kann.
Gemäß der Erfindung kann beispielsweise die Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum an zumindest einer Stelle, beispielsweise zwei Stellen, gemessen werden. Alternativ oder ergänzend wird die Temperatur außerhalb des Fahrzeuginnenraumes an zumindest einer Stelle gemessen.
Beispielhaft weist der Fahrzeuginnenraum ferner drei einstellbare Ausströmer aus, die durch drei Abgänge des Klimagerätes gespeist werden. Um in dem Fahrzeuginnenraum eine individuelle Anströmung angepasst an die Temperatur in dem Fahrzeuginnenraum einzustellen, wird mittels der Schichtungsstränge in dem Wärmeübertrager eine Temperaturschichtung erzeugt. Die jeweilige Schicht wird dann dem jeweiligen und dabei genau einem einzigen Abgang zugeleitet. Es erfolgt somit eine Zuleitung bauteilseitig in Form einer Hardware. Es sind aber keine mechanischen Mittel zum Mischen von Anteilen aus bspw. Umgebungsluft und erwärmter Luft eines Klimagerätes für die Ausströmung aus dem Klimagerät notwendig, um bestimmte Temperaturen einzustellen. Die Schichtungsstränge haben die Abluftanteile gemäß der Erfindung passend temperiert. Diese mechanischen Mittel zum Mischen von Anteilen aus Umgebungsluft und erwärmter Luft kann aber ergänzend das Klimagerät umfassen, so dass ein Vermischen nach dem Wärmeübertrager auch alternativ möglich ist. Ein Abgang kann beispielsweise in einen Fußraum eines Fahrzeuges führen. Die Abgänge sind dabei beliebig in dem Klimagerät angeordnet, so dass ein Abführen aus den Abgängen in jede Raumrichtung, bspw. nach rechts, nach links, nach oben, nach unten, seitlich oder dergleichen erfolgen kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Steuergerät eine Software auf, mittels der der jeweilige Schichtungsstrang auf ein bestimmtes Temperaturniveau eingestellt werden kann, nachdem der Software beispielsweise ein gemessener Temperaturwert aus dem Fahrzeuginneren zugeführt worden ist. Unter einem Temperaturniveau ist dabei ein Energieniveau zu verstehen, das heißt, dass der Abluftanteil auf eine bestimmte Temperatur eingestellt wird, wenn der Schichtungsstrang auf ein bestimmtes Energieniveau eingestellt wird. Erfindungsgemäß kann dabei das Steuergerät steuern oder alternativ auch regeln, wenn beispielsweise keine Messwerte vorliegen oder keine Einstellung vorgenommen wird.
Es ist somit mittels der Erfindung möglich, dass die Einstellung in dem jeweiligen Schichtungsstrang während des Betriebs bspw. eines Fahrzeuges angepasst und somit verändert wird. Dadurch ist es möglich, auf die Einflüsse in dem Fahrzeuginnenraum (und/oder der Fahrzeugumgebung) individuell zu reagieren. Dieses kann durch den Insassen erfolgen, der durch Wahl einer bestimmten Temperatur in dem Fahrzeuginnenraum das Steuergerät ansteuert, so dass dieses die Schichtungsstränge des Wärmeübertragers passend einstellt. Alternativ oder ergänzend kann das Steuergerät automatisch durch Erhalt des zumindest einen Wertes aus dem Fahrzeuginnenraum die Schichtungsstränge des Wärmeübertragers passend einstellen, so dass eine optimale Austrittstemperatur aus dem jeweiligen Ausgang durch die eingestellte Temperaturschichtung erfolgt. Der Fahrzeuginsasse in dem Fahrgastraum erhält somit eine angepasste Luftströmung in den Fahrzeuginnenraum je nach vorliegender Situation.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Zuluft Umgebungsluft von außen oder Luft aus dem Fahrzeuginnenraum oder eine Mischung aus beiden ist.
Die oben bezeichnete Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Aufspreizen von Zuluft in einem Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einem Klimagerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Zuführen von Zuluft in die applikative Schichtung,
- Aufspreizen der Zuluft in zumindest zwei Anteile mittels der Schichtungsstränge der applikativen Schichtung,
- Ausleiten von Abluftanteilen aus den Schichtungssträngen, so dass die Abluftanteile eine Abluftschichtung nach der applikativen Schichtung ausbilden. Vorteilhaft kann das Verfahren folgenden Schritt ergänzend umfassen:
- Erwärmen zumindest eines Abluftanteils mittels des zugehörigen Schichtungsstranges nach dem Aufspreizen in dem jeweiligen Schichtungsstrang. Dieses findet in einem Heizer statt. Vorteilhaft kann das Verfahren folgenden Schritt ergänzend alleine oder ergänzend in Kombination mit dem vorhergehenden Schritt Erwärmen, umfassen:
- Kühlen zumindest eines Abluftanteils mittels des zugehörigen Schichtungsstranges nach dem Aufspreizen in dem jeweiligen Schichtungsstrang. Der Schritt Kühlen findet in einem Kühler statt.
Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Heizers mit applikativer Schichtung kann eine passende Temperaturschichtung eingestellt werden, die passend für den Fahrzeuginnenraum ist. Es müssen gemäß der Erfindung keine erwärmten Luftanteile mit nicht erwärmten Luftanteilen nach dem Wärmeübertrager gemischt werden, da die Temperaturschichten eine optimale Temperatur schon haben. Dieses kann aber gemäß der Erfindung wie oben beschrieben auch erfolgen. Die Schichtungsstränge sind bevorzugt auf die jeweilige Temperatur passend eingestellt, so dass der austretende Abluftanteil nachträglich nicht mehr gekühlt werden muss. Dieses kann gerade bei kalten Umgebungsbedingungen direkt in die Reichweitenerhöhung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einen positiven Einfluss haben. Durch die Einsparung der elektrischen Energie in den Schichtungssträngen kommt es zu einer Reichweitenerhöhung. Entsprechendes gilt für einen erfindungsgemäßen Kühler, bei dem keine warme Luftmenge bei zu starker Abkühlung im Kühler zugemischt werden muss.
Nachfolgend wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Klimagerät gemäß der Erfindung.
Figur 1 zeigt ein Klimagerät 1 mit drei Abgängen 2a, 2b, 2c und einer Eintrittsöffnung 3, die in einem Gehäuse des Klimagerätes eingebracht sind. In dem Klimagerät 1 ist ein Wärmeübertrager 4 in Form eines Heizers angeordnet. Dieser weist drei Schichtungsstränge 5a, 5b, 5c auf. Diese sind direkt übereinander gestapelt angeordnet in dem Wärmeübertrager 4 und bilden zusammen die applikative Schichtung. Zwischen den Schichtungssträngen 5a, 5b, 5c ist somit kein Abstand vorhanden. Das Klimagerät 1 ist beispielhaft in einem Fahrzeug verbaut.
Zum Erzeugen einer Temperaturschichtung in dem Klimagerät 1 wird Zuluft 6, die nicht aufgeteilt ist, den drei Schichtungssträngen 5a, 5b, 5c als Teil der applikativen Schichtung zugeleitet. Nachfolgend wird diese Zuluft 6 mittels der applikativen Schichtung in dem jeweiligen Schichtungsstrang 5a, 5b, 5c in einen zugehörigen Abluftanteil 7a, 7b, 7c aufgespreizt. Dabei wird der jeweilige Abluftanteil 7a, 7b, 7c in dem zugehörigen Schichtungsstrang 5a, 5b, 5c auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. So hat beispielsweise gemäß Figur 1 der Abluftanteil 7c eine höhere Temperatur als der Abluftanteil 7a. Der Abluftanteil 7b weist gegenüber den beiden Abluftanteilen 7a, 7c die geringste Temperatur auf. Die drei Abluftanteile 7a, 7b, 7c werden gemäß Figur 1 jeweils direkt einem Abgang 2a, 2b, 2c zugeleitet. So wird beispielsweise der aus dem Schichtungsstrang 5a kommende Abluftanteil 7a direkt dem Abgang 2a zugeleitet. Entsprechend wird der Abluftanteil 7b dem Abgang 2b sowie der Abluftanteil 7c dem Abgang 2c zugeleitet. Notwendige Mittel zum Umlenken oder dergleichen sind dafür in Figur 1 nicht eingezeichnet. Es findet gemäß Figur 1 kein Vermischen der Abluftanteile 7a, 7b, 7c zwischen applikativer Schichtung und den Abgängen 2a, 2b, 2c statt. Die separaten Abluftanteile 7a, 7b, 7c sind aber gemäß Figur 1 als Temperaturschichtung ausgestaltet.
Dieses ist auch dadurch möglich, da sich durch die applikativen Schichtung eine voneinander getrennte Abluftsichtung ergibt, wobei jede Schicht eine bestimmte Eigenschaft hat. Gemäß Figur 1 weisen die Abluftanteile 7a, 7b, 7c unterschiedliche Temperaturen auf.
Mittels des nicht in Figur 1 dargestellten Steuergerätes wird der jeweilige Schichtungsstrang a, b, c eingestellt.
Der Wärmeübertrager 4 gemäß Figur 1 kann durch einen Kühler ersetzt werden, so dass der jeweilige Schichtungsstrang in Analogie zu Figur 1 die Abluftanteile aber kühlen würde.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Wärmeübertrager (4), vorzugsweise für ein Fahrzeug, umfassend eine applikative Schichtung, wobei die applikative Schichtung zumindest zwei Schichtungsstränge (5a, 5b, 5c) umfasst, wobei die applikative Schichtung derart ausgestaltet ist, dass, wenn Zuluft (6) in den Wärmeübertrager (4) in Richtung der applikativen Schichtung zugeführt wird, die Zuluft (6) mittels der applikativen Schichtung in dem jeweiligen Schichtungsstrang (5a, 5b, 5c) in einen zugehörigen Abluftanteil (7a, 7b, 7c) aufgespreizt wird.
Wärmeübertrager (4) nach Anspruch 1 , wobei der Schichtungsstrang (5a, 5b, 5c) Mittel zum Erwärmen oder zum Kühlen des Abluftanteils (7a, 7b, 7c) aufweist.
Wärmeübertrager (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtungsstränge (5a, 5b, 5c) in dem Wärmeübertrager (4) aufeinander gestapelt angeordnet sind.
Wärmeübertrager (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Schichtungsstränge (5a, 5b, 5c) in Reihe hintereinander und/oder parallel zueinander in dem Wärmeübertrager (4) angeordnet sind.
Klimagerät (1 ), vorzugsweise für ein Fahrzeug, umfassend einen Wärmeübertrager (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend zumindest eine Eintrittsöffnung (3) für die Zufuhr von Zuluft (6) und zumindest zwei Abgänge (2a, 2b, 2c) für die Ableitung von den Abluftanteilen (7a, 7b, 7c), welche durch den Wärmeübertrager (4) geleitet worden sind. Klimagerät (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimagerät (1 ) ein Steuergerät umfasst, wobei mittels des Steuergerätes der jeweilige Schichtungsstrang (5a, 5b, 5c) eingestellt werden kann.
Verfahren zum Aufspreizen von Zuluft (6) in einem Wärmeübertrager (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einem Klimagerät (1 ) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Zuführen von Zuluft (6) in die applikative Schichtung,
- Aufspreizen der Zuluft (6) in zumindest zwei Anteile mittels der Schichtungsstränge (5a, 5b, 5c) der applikativen Schichtung,
Ausleiten von Abluftanteilen (7a, 7b, 7c) aus den Schichtungssträngen (5a, 5b, 5c), so dass die Abluftanteile (7a, 7b, 7c) eine Abluftschichtung nach der applikativen Schichtung ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren des Weiteren folgenden Schritt umfasst:
- Erwärmen zumindest eines Abluftanteils mittels des zugehörigen Schichtungsstranges (5a, 5b, 5c) nach dem Aufspreizen in dem jeweiligen Schichtungsstrang (5a, 5b, 5c).
Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das Verfahren des Weiteren folgenden Schritt umfasst:
- Kühlen zumindest eines Abluftanteils mittels des zugehörigen Schichtungsstranges (5a, 5b, 5c) nach dem Aufspreizen in dem jeweiligen Schichtungsstrang (5a, 5b, 5c).
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