DE4305395C1 - Vorrichtung zur Wärmeabführung von der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Bauteilen in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeabführung von der Sonneneinstrahlung besonders ausgesetzten Bauteilen, insbesondere Instrumententafel oder Hutablage, in Kraftfahrzeugen mit Klimaanlage, die mindestens einen Verdampfer aufweist.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE 40 28 986 A1) verläuft im Armaturenbrett oder der Instrumententafel ein Belüftungskanal parallel zu dessen bzw. deren Oberfläche, der außerhalb des Fahrgastraums in der Umgebung mündet und mit klimatisierter Luft beaufschlagt ist. Zur Verbesserung des Wärmeabtransports ist der Belüftungskanal mit wärmeleitenden Partikeln, z. B. Keramikkugeln oder luftdurchlässigem Keramikschaum, gefüllt.

Bei einer ebenfalls bekannten Vorrichtung dieser Art (DE 37 21 616 A1) sind mehrere durchlüftbare Räume unter den besonnten Bauteilen an Front- und Heckscheibe im Kraftfahrzeug angeordnet. Der Lufteintritt in diese Räume erfolgt entweder aus dem Freien oder, wenn eine Klimaanlage vorhanden ist, aus dem Kühlsystem der Klimaanlage.

Der Vorteil dieser Vorrichtungen zur Wärmeabfuhr besteht darin, daß die von den besonnten Bauteilen absorbierte Wärmeenergie abgeführt wird und dadurch diese Bauteile während der Fahrt weniger stark aufgeheizt werden. Als Wärmetransportmittel wird in beiden bekannten Vorrichtungen klimatisierte Luft verwendet, die von der Klimaanlage des Fahrzeugs abgezapft wird. Diese Vorrichtungen benötigen daher einen Teil der von der Klimaanlage abgegebenen Luft, die damit für die Klimatisierung des Fahrgastraumes verlorengeht. Die Funktion der Vorrichtungen ist nur während des Betriebs der Klimaanlage, also im wesentlichen nur während der Fahrt, gegeben. Beim Parken des Kraftfahrzeugs wird wegen fehlender Luftdurchströmung die Wärme aus den besonnten Bauteilen nicht abgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß für einen effektiven Wärmeabtransport von dem besonnten Bauteil nicht auf klimatisierte Luft der Klimaanlage zurückgegriffen werden muß und die Funktion der Vorrichtung zumindest beim Kurzzeitparken erhalten bleibt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die vom besonnten Bauteil absorbierte Wärme durch Wärmeleitung in den kühleren Bereich des Verdampfers der Klimaanlage geleitet. Der durch den Betrieb der Klimaanlage außen kalte Verdampfer besitzt eine solch große Masse, daß die Wärmeleitung auch nach Abschalten der Klimaanlage noch stattfindet und so die wärmeabführende Funktion der Vorrichtung für eine gewisse Dauer nach Abstellen des Kraftfahrzeugs erhalten bleibt, die üblicherweise ausreicht, um ein starkes Aufheizen des besonnten Bauteils während des Kurzzeitparkens zu verhindern. Zum Betreiben der Vorrichtung ist weder klimatisierte Luft der Klimaanlage notwendig, die damit vollständig zur Klimatisierung des Fahrgastraumes zur Verfügung steht, noch ist ein Eingriff in die Klimaanlage erforderlich, so daß in dieser keine gesonderten Luftabzweigkanäle mit Stellklappen integriert werden müssen. Die Vorrichtung ist vielmehr sehr einfach an der Außenwand des Verdampfers der unveränderten Klimaanlage anzuschließen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmeabtransport von dem besonnten Bauteil zu dem kalten Verdampfer einmal durch eine Kühlflüssigkeit und zum anderen durch Wärmeleitung in Festkörpern erfolgen.

Im ersten Fall weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Flächenradiator eine Vielzahl von kühlflüssigkeitdurchströmten Kanälen auf, die jeweils über einen Ein- und Auslaß des Flächenradiators miteinander verbunden sind. Die Wärmebrücke zwischen dem Flächenradiator und dem Verdampfer wird von einem auf dem Außenmantel des Verdampfers in Flächenkontakt mit diesem angebrachten Rohr gebildet, das endseitig mit Ein- und Auslaß des Flächenradiators verbunden ist. Zur Erzeugung eines Kreislaufs der hier als Wärmetransportmittel verwendeten Kühlflüssigkeit ist an sich die Wärmedifferenz zwischen dem besonnten Bauteil und dem kalten Verdampfer ausreichend, doch kann zur Erzielung einer höheren Wärmetransportleistung in mindestens einem der das Rohr und den Flächenradiator miteinander verbindenden Schläuche eine Umwälzpumpe für die Kühlflüssigkeit eingeschaltet werden.

Ein Flächenradiator, wie er hier verwendet werden kann, ist beispielsweise aus der DE 39 23 687 A1 bekannt und dient dort der Vermeidung des Festsetzens von Schnee und Eis in einem für die Aufnahme der Scheibenwischer vorgesehenen Schacht zwischen Frontscheibe und Motorhaube. Der Flächenradiator ist aus zwei Metallplatinen zusammengesetzt, wobei die eine Metallplatine Strömungskanäle bildende Rillen trägt.

Im zweiten Fall besteht der unter dem besonnten Bauteil sich erstreckende Flächenradiator aus einer Metallplatte. Dabei kann als Metallplatte das ohnehin vorhandene Trägerteil der Instrumententafel, das z. B. aus Aluminium besteht, dienen. Die Wärmebrücke zwischen dem Flächenradiator und dem Verdampfer wird von mindestens einer Vollkernstange aus gut wärmeleitendem Material gebildet, die auf dem Außenmantel des Verdampfers in Flächenkontakt mit diesem angebracht und mit der Metallplatte verbunden ist.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Rohr bzw. der Vollkernstange und der Außenhaut des Verdampfers ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Anlagebereich des Rohrs bzw. der Vollkernstange am Außenmantel des Verdampfers eine Wärmeleitpaste aufgebracht.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Vorrichtung zur Wärmeabführung aus der Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 bei einer modifizierten Vorrichtung.

In Fig. 1 ist mit 10 schematisch die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs und mit 11 die längs der Frontscheibe 10 sich erstreckende Instrumententafel, auch Armaturenbrett genannt, des Kraftfahrzeugs dargestellt. Im Raum unterhalb der Instrumententafel 11 ist der Klimakasten 12 einer Klimaanlage angeordnet, bei welchem mit 13 der Verdampfer der Klimaanlage und mit 14 das Luftverteilergehäuse bezeichnet ist.

Die in Fig. 1 im Querschnitt schematisch skizzierte Vorrichtung zur Wärmeabführung aus der der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Instrumententafel 11 weist einen großflächigen Radiator auf, im folgenden Flächenradiator 15 genannt, der sich unterhalb der der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Oberfläche 111 der Instrumententafel 11 erstreckt. Der Flächenradiator 15 ist dabei der Form der Instrumententafel 11 angepaßt und liegt unmittelbar an der Unterseite 112 der Instrumententafel 11 mit gutem Wärmeübergang an, so daß er die durch Sonneneinstrahlung in der Instrumententafel 11 hervorgerufenen Wärme gut aufnehmen kann, die über mindestens eine Wärmebrücke 16, die mit dem Außenmantel 131 des Verdampfers 13 im Klimakasten 12 verbunden ist, an den Verdampfer 13 abgegeben wird.

Bei der in Fig. 1 und 2 skizzierten Vorrichtung wird der Flächenradiator 15 von zwei Metallplatinen 17, 18 (Fig. 2) gebildet, die aufeinander gelegt und miteinander flüssigkeitsdicht verbunden sind. In der Metallplatine 18 ist eine Vielzahl von Rillen eingeprägt, die mit einer Kühlflüssigkeit 20 gefüllte Strömungskanäle 19 bilden. Die Strömungskanäle 19 verlaufen hier rechtwinklig zur Frontscheibe 10, können sich aber auch parallel zur Frontscheibe 10 im Flächenradiator 15 erstrecken. Endseitig münden die Strömungskanäle 19 in hier nicht dargestellte Sammelkanäle, die jeweils zu einem Einlaß 21 und einem Auslaß 22 des Flächenradiators 15 führen. Die Wärmebrücke 16 wird hier von einem Aluminiumrohr 23 gebildet, das auf dem Außenmantel 131 des Verdampfers 13 in Flächenkontakt mit diesem angebracht ist. Um die Wärmeübertragung großflächig zu gestalten, ist zwischen dem Aluminiumrohr 23 und dem Außenmantel 131 Wärmeleitpaste 24 aufgebracht. Das Aluminiumrohr 23 ist am Verdampfer 13 so angebracht, daß in Einbaulage des Klimakastens 12 im Kraftfahrzeug das eine Rohrende an der Oberseite und das andere Rohrende an der Unterseite des Klimakastens 12 liegt. Das obere Rohrende ist mit dem Auslaß 22 und das untere Ende mit dem Einlaß 21 des Flächenradiators 15 verbunden, wobei der Auslaß 22 an dem der Frontscheibe 10 zugekehrten Ende des Flächenradiators 15 und der Einlaß 21 an dem von der Frontscheibe 10 abgekehrten Ende des Flächenradiators 15 liegt. Die Verbindung von Aluminiumrohr 23 und Flächenradiator 15 wird durch Schläuche 25, 26 hergestellt. Neben den Strömungskanälen 19 und den Sammelleitungen im Flächenradiator 15 sind auch das Aluminiumrohr 23 und die Schläuche 25, 26 mit Kühlflüssigkeit 20 gefüllt.

Während des Betriebs der Klimaanlage ist der Außenmantel 131 des Verdampfers 13 relativ kühl. Durch die Sonneneinstrahlung wird die Instrumententafel 11 aufgeheizt. Die Kühlflüssigkeit in dem Flächenradiator 15 wird erwärmt und durch die Wärmedifferenz zwischen der Kühlflüssigkeit 20 im Flächenradiator 15 und der Kühlflüssigkeit 20 im Aluminiumrohr 23 entsteht ein Kühlflüssigkeitskreislauf, der die erwärmte Kühlflüssigkeit 20 aus dem Flächenradiator 15 über das Aluminiumrohr 23 zurück in den Flächenradiator 15 führt. Beim Durchgang durch das Aluminiumrohr 23 wird dabei Wärme aus der Kühlflüssigkeit 20 über das Aluminiumrohr 23 und die Wärmeleitpaste 24 in den Außenmantel 131 des Verdampfers 13 abgeleitet. Die im Aluminiumrohr 23 abgekühlte Flüssigkeit 20 strömt zurück in den Flächenradiator 15 und nimmt ihrerseits wieder Wärme von der Instrumententafel 11 auf. Insgesamt wird dadurch die Temperatur der Instrumententafel 11 trotz Sonneneinstrahlung niedrig gehalten.

Da der Verdampfer 13 eine recht große Masse besitzt, bleibt dieser Kühleffekt auch nach Abschalten der Klimaanlage noch für eine gewisse Dauer erhalten. Diese Zeitspanne reicht aus, um beim Kurzzeitparken ein Aufheizen der Instrumententafel 11 zu verhindern.

Soll die Kühlleistung der Wärmeabführvorrichtung verbessert werden, also die Temperatur der Instrumententafel 11 bei Sonneneinstrahlung auf einem tieferen Wert gehalten werden, so kann in einem der Schläuche 25, 26 noch eine Umwälzpumpe vorgesehen werden, welche die Kühlflüssigkeit 20 zwischen Flächenradiator 15 und Aluminiumrohr 23 zum schnelleren Wärmeaustausch umwälzt.

In einer modifizierten Ausführungsform der beschriebenen Wärmeabführvorrichtung ist auf den Einsatz von Kühlflüssigkeit 20 verzichtet und der Flächenradiator 15′ als Metallplatte 27 ausgebildet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Wärmebrücke 16 zwischen Flächenradiator 15′ und Verdampfer 13 wird in diesem Fall von mindestens einer Vollkernstange aus gut wärmeleitendem Material gebildet, die einerseits mit der Metallplatte 27 und andererseits, in gleicher Weise wie das Aluminiumrohr 23 in Fig. 1, mit dem Außenmantel 131 des Verdampfers 13 verbunden ist. Auch hier ist wiederum ein guter Wärmeübergang zwischen Außenmantel 131 und Vollkernstange durch die Verwendung von Wärmeleitpaste sichergestellt.

Bei dieser modifizierten Ausführung der Wärmeabführvorrichtung wird die Wärmeleitung in Festkörpern ausgenutzt, so daß die vom Flächenradiator 15 aufgenommene Wärmeenergie in den kühleren Verdampfer 13 abgeführt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann die Vorrichtung auch zur Wärmeabführung aus der Hutablage oder aus dem Kofferraumdeckel des Kraftfahrzeugs oder aus sonstigen der Sonneneinstrahlung besonders ausgesetzten Bauteilen verwendet werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Wärmeabführung von der Sonneneinstrahlung besonders ausgesetzten Bauteilen, insbesondere Instrumententafel und Hutablage, in Kraftfahrzeugen mit Klimaanlage, die mindestens einen Verdampfer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Sonneneinstrahlung abgewandten Unterseite (112) des Bauteils (11) ein großflächiger Radiator (15) aus gut wärmeleitendem Material angeordnet ist, der über mindestens eine Wärmebrücke (16) mit dem Außenmantel (131) des Verdampfers (13) der Klimaanlage verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenradiator (15) an die Form des Bauteils (11) angepaßt ist und unmittelbar an der Unterseite (112) des Bauteils (11) mit gutem Wärmeübergang anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenradiator (15) eine Vielzahl von mit Kühlflüssigkeit (20) durchströmten Kanälen (19) aufweist, die jeweils über einen Ein- und Auslaß (21, 22) miteinander verbunden sind, und daß die Wärmebrücke (16) zwischen dem Verdampfer (13) und dem Flächenradiator (15) von einem auf dem Außenmantel (131) des Verdampfers (13) in Flächenkontakt mit diesem angebrachten Rohr (23) gebildet ist, das endseitig mit Ein- und Auslaß (21, 22) des Flächenradiators (15) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der das Rohr (23) und den Flächenradiator (15) miteinander verbindenden Leitungen, z. B. Schläuche (25, 26), eine Umwälzpumpe für die Kühlflüssigkeit (20) eingeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (23) aus Aluminium hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenradiator (15′) von einer Metallplatte (27) und die Wärmebrücke (15) zwischen dem Verdampfer (13) und dem Flächenradiator (16) von mindestens einer Vollkernstange aus gut wärmeleitendem Material gebildet ist, die auf dem Außenmantel (131) des Verdampfers (13) in Flächenkontakt mit diesem angebracht und mit der Metallplatte (27) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkernstange aus Aluminium hergestellt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß im Anlagebereich des Rohrs (23) bzw. der Vollkernstange am Außenmantel (131) des Verdampfers (13) Wärmeleitpaste (24) aufgebracht ist.