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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugheizsystem mit einer Ventilanordnung, die dazu genutzt werden kann, in einem Wärmeträgermediumkreislauf eines Fahrzeugs die Strömung eines Wärmeträgermediums zwischen einem Antriebsaggregat, einer Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung und einer Heizgerät-Wärmetauscheranordnung eines beispielsweise brennstoffbetriebenen Heizgeräts einzustellen.
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Aus der
EP 1 835 142 A2 ist eine Ventilanordnung bekannt, die in den Wärmeträgermediumkreislauf eines Fahrzeugs integriert ist, um einerseits abhängig von der Temperatur des in diesem Wärmeträgermediumkreislauf zirkulierenden Wärmeträgermediums, im allgemeinen also der Kühlflüssigkeit eines als Brennkraftmaschine aufgebauten Antriebsaggregats, und andererseits in Abhängigkeit von in verschiedenen Leitungsabschnitten des Wärmeträgermediumkreislaufs vorherrschenden Drücken verschiedene Ventilstellungen zu erreichen. Dazu weist die Ventilanordnung drei Anschlussbereiche auf. Ein erster Anschlussbereich ist in Verbindung mit einem von einem Wärmeträgermediumaustritt eines Antriebsaggregats herführenden Leitungsabschnitt. Ein zweiter Anschlussbereich ist in Verbindung mit einem zu einem Wärmeträgermediumeintritt eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts führenden Leitungsabschnitt und ein dritter Anschlussbereich ist in Verbindung mit einem zu einer Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung führenden Leitungsabschnitt, mit welchem auch ein von einem Wärmeträgermediumaustritt des Heizgeräts herführender Leitungsabschnitt in Verbindung ist. Ein Wärmeträgermediumaustritt der Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung ist einerseits an einen Wärmeträgermediumeintritt des Antriebsaggregats angekoppelt und ist andererseits über ein Rückschlagventil an den zwischen dem zweiten Anschlussbereich der Ventilanordnung und dem Wärmeträgermediumeintritt des Heizgeräts verlaufenden Leitungsabschnitt angekoppelt.
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Die Ventilanordnung umfasst ein druckabhängig verstellbares erstes Ventilorgan und in dem ersten Ventilorgan ein temperaturabhängig verstellbares zweites Ventilorgan. Liegt am dritten Anschlussbereich im Vergleich zum ersten Anschlussbereich ein größerer Druck des Wärmeträgermediums an, so ist das erste Ventilorgan in einer ersten Absperrstellung, in welcher eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich dann, wenn die Temperatur des Wärmeträgermediums unter einer Schalttemperatur ist, unterbrochen ist. Ist die Temperatur des Wärmeträgermediums über der Schalttemperatur, so gelangt das zweite Ventilorgan bei in der ersten Absperrstellung positioniertem ersten Ventilorgan in eine Stellung, in welcher zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich eine Strömungsverbindung besteht. Ist der Druck des Wärmeträgermediums am ersten Anschlussbereich größer als am dritten Anschlussbereich, so gelangt das erste Ventilorgan in eine zweite Absperrstellung, in welcher eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem zweiten Anschlussbereich unabhängig von der Temperatur des Wärmeträgermediums freigegeben ist und insbesondere bei vergleichsweise hoher Temperatur des Wärmeträgermediums auch eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Anschlussbereich und dem dritten Anschlussbereich im Wesentlichen freigegeben ist.
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Ein Fahrzeugheizsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 100 19 204 C1 und der US 2 300 011 A bekannt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugheizsystem mit einer Ventilanordnung zur Einstellung der Wärmeträgermediumströmung in einem Wärmeträgermediumkreislauf eines Fahrzeugs vorzusehen, welche bei einfachem Aufbau einerseits die Möglichkeit gibt, in einer ersten Phase nach Inbetriebnahme eines Fahrzeugheizgeräts zumindest einen Teil des Wärmeträgermediums schnell zu erwärmen und in einer zweiten Betriebsphase bei weiter fortgesetzter Erwärmung des Wärmeträgermediums die darin transportierte Wärmeenergie zur Erwärmung eines Fahrzeugs zu nutzen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeugheizsystem gemäß Anspruch 1. Dieses umfasst:
- - einen von einem Wärmeträgermediumaustritt eines Antriebsaggregats zu einem Wärmeträgermediumeintritt einer Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung führenden ersten Leitungsbereich,
- - einen von einem Wärmeträgermediumaustritt der Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung zu einem Wärmeträgermediumeintritt des Antriebsaggregats führenden zweiten Leitungsbereich,
- - ein Heizgerät mit einer Heizgerät-Wärmetauscheranordnung und einer Ventilanordnung, zur Einstellung einer Wärmeträgermediumströmung in einem das Heizgerät mit der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung umfassenden Wärmeträgermediumkreislauf eines Fahrzeugs, die Ventilanordnung umfassend:
- - einen Zuleitungsbereich zum Zuführen von Wärmeträgermedium zu einer Heizgerät-Wärmetauscheranordnung,
- - einen Ableitungsbereich zum Ableiten von Wärmeträgermedium von einer Heizgerät-Wärmetauscheranordnung, wobei der Zuleitungsbereich in einem ersten Ankoppelbereich und der Ableitungsbereich in einem zweiten Ankoppelbereich an den ersten Leitungsbereich oder den zweiten Leitungsbereich angekoppelt ist,
- - einen zwischen dem Zuleitungsbereich und dem Ableitungsbereich verlaufenden Kurzschlussleitungsbereich,
- - eine dem Kurzschlussleitungsbereich zugeordnete Ventileinheit, wobei die Ventileinheit in einem ersten Absperrzustand den Ableitungsbereich im Wesentlichen gegen Durchströmung absperrt und den Kurzschlussleitungsbereich zur Durchströmung freigibt und in einem zweiten Absperrzustand den Ableitungsbereich zur Durchströmung freigibt und den Kurzschlussleitungsbereich im Wesentlichen gegen Durchströmung absperrt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau ist die Ventilanordnung des Fahrzeugheizsystems grundsätzlich sehr einfach strukturiert. Sie umfasst lediglich zwischen einem Zuleitungsbereich und einem Ableitungsbereich für die Heizgerät-Wärmetauscheranordnung einen Kurzschlussleitungsbereich, welcher so eingestellt werden kann, dass bei eingerichteter Kurzschlussströmung eine vergleichsweise kleine Menge des Wärmeträgermediums im Bereich des Heizgeräts zirkuliert und somit sehr schnell erwärmt werden kann. Wird der Ableitungsbereich freigegeben und der Kurzschlussleitungsbereich abgesperrt, kann in einer dann folgenden Betriebsphase das bereits erwärmte Wärmeträgermedium in Richtung zu einer Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung geleitet werden und dort Wärme beispielsweise auf die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft übertragen. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ventilanordnung bestehen mit dem Zuleitungsbereich und dem Ableitungsbereich grundsätzlich nur zwei Anschlussbereiche, in welchen eine Ankopplung der Ventilanordnung und somit des damit ausgestatteten Heizgeräts an den Wärmeträgermediumkreislauf zu erfolgen hat, was bei einfachem Aufbau der Ventilanordnung eine einfache und somit kostengünstige Integration derselben in den Wärmeträgermediumkreislauf eines Fahrzeugs ermöglicht.
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Um den Absperrzustand der Ventilanordnung in geeigneter Weise an den thermischen Zustand des Wärmeträgermediums in einem Wärmeträgermediumkreislauf anpassen zu können, ist die Ventileinheit in Abhängigkeit von einer Temperatur des im Zuleitungsbereich oder/und im Ableitungsbereich strömenden Wärmeträgermediums zwischen dem ersten Absperrzustand und dem zweiten Absperrzustand verstellbar. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass dann, wenn die Temperatur des im Zuleitungsbereich oder/und im Ableitungsbereich strömenden Wärmeträgermediums unter einer Schalttemperatur ist, die Ventileinheit im ersten Absperrzustand ist, und dann, wenn die Temperatur des im Zuleitungsbereich oder/und im Ableitungsbereich strömendem Wärmeträgermediums über einer Schalttemperatur ist, die Ventileinheit im zweiten Absperrzustand ist. Somit wird gewährleistet, dass bei vergleichsweise niedriger Temperatur des Wärmeträgermediums durch Erzeugung einer Kurzschlussströmung eine sehr schnelle Erwärmung eines Teils des Wärmeträgermediums erreicht wird.
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Um die Einstellung der Ventileinheit in den beiden Absperrzuständen in einfacher Weise erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Ventileinheit ein in Abhängigkeit von einer Temperatur des im Zuleitungsbereich oder/und im Ableitungsbereich strömenden Wärmeträgermediums zwischen einer dem ersten Absperrzustand der Ventileinheit entsprechenden ersten Absperrstellung und einer dem zweiten Absperrzustand der Ventileinheit entsprechenden zweiten Absperrstellung verstellbares Ventilorgan umfasst, wobei in der ersten Absperrstellung das Ventilorgan den Ableitungsbereich im Wesentlichen gegen Durchströmung absperrt und den Kurzschlussleitungsbereich zur Durchströmung freigibt und in der zweiten Absperrstellung das Ventilorgan den Ableitungsbereich zur Durchströmung freigibt und den Kurzschlussleitungsbereich im Wesentlichen gegen Durchströmung absperrt.
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Um das Ventilorgan zwischen seinen beiden Absperrstellungen hin und her bewegen zu können, wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Vorspannorgan, vorzugsweise Vorspannfeder, vorgesehen ist zum Vorspannen des Ventilorgans in seine erste Absperrstellung oder/und dass wenigstens ein thermisch aktivierbares Stellorgan vorgesehen ist zum Stellen des Ventilorgans in seine zweite Absperrstellung. Insbesondere kann das Stellorgan ein Formgedächtnislegierung-Stellelement umfassen, welches abhängig von der Temperatur desselben verschiedene Zustände einnehmen kann.
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Um durch Zusammenwirkung des Vorspannorgans mit dem Stellorgan in definierter Art und Weise die Verstellung des Ventilorgans erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Ventilorgan einen durch das Vorspannorgan zur Verschiebung in Richtung erste Absperrstellung beaufschlagten und durch das Stellorgan gegen die Vorspannwirkung des Vorspannorgans zur Verschiebung in Richtung zweite Abschlussstellung beaufschlagbaren Ventilschieber umfasst. Die verschiedenen Absperrzustände bzw. Absperrstellungen können bei einfachem Aufbau der Ventileinheit in definierter Art und Weise dadurch erreicht werden, dass das Ventilorgan einen in der ersten Absperrstellung in den Ableitungsbereich eingreifenden und diesen im Wesentlichen gegen Durchströmung absperrenden ersten Ventilabsperrbereich und einen in der zweiten Absperrstellung auf einem Ventilsitzbereich aufsitzenden und den Kurzschlussleitungsbereich im Wesentlichen gegen Durchströmung absperrenden zweiten Ventilabsperrbereich umfasst. Somit kann ein einziges beispielsweise einteilig ausgebildetes Ventilorgan mit den beiden daran vorgesehenen Absperrbereichen durch Hin- und Herbewegung den Ableitungsbereich oder den Kurzschlussleitungsbereich freigeben bzw. gegen Durchströmung absperren.
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Um auch dann, wenn die Ventileinheit im zweiten Absperrzustand ist und somit der Kurzschlussleitungsbereich durch diese gegen Durchströmung abgesperrt ist, zu gewährleisten, dass eine die Verstellung des Ventilorgans ermöglichende thermische Wechselwirkung des Stellorgans mit dem Wärmeträgermedium erreicht wird, wird vorgeschlagen, dass ein Bypassströmungsweg vorgesehen ist zum Herstellen einer Bypassströmungsverbindung zwischen dem Ableitungsbereich und dem Zuleitungsbereich bei in der zweiten Absperrstellung positioniertem Ventilorgan. Somit ist auch bei im zweiten Absperrzustand sich befindender Ventileinheit ein zumindest geringfügiger Strom vom Wärmeträgermedium durch den Kurzschlussleitungsbereich hindurch möglich, so dass Änderungen der Temperatur auch auf die vorzugsweise im Kurzschlussleitungsbereich vorgesehene Ventileinheit einwirken können.
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Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Bypassströmungsweg wenigstens eine Bypassöffnung im zweiten Ventilabsperrbereich oder/und im Ventilsitzbereich umfasst.
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Bei einer baulich sehr einfach zu realisierenden Ausgestaltung der erfindungsgemäß aufgebauten Ventilanordnung kann diese umfassen:
- - ein erstes Ventilanordnungsteil, wobei das erste Ventilanordnungsteil den Zuleitungsbereich, einen Teil des Kurzschlussleitungsbereichs und einen Ventilsitzbereich für das Ventilorgan umfasst,
- - ein zweites Ventilanordnungsteil, wobei das zweite Ventilanordnungsteil den Ableitungsbereich und einen Teil des Kurzschlussleitungsbereichs mit einem Ventilorganführungsbereich zum Führen des Ventilorgans bei Bewegung zwischen der ersten Absperrstellung und der zweiten Absperrstellung umfasst.
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Um bei diesem Aufbau eine Kurzschlussströmung vom zweiten Ankoppelbereich zum ersten Ankoppelbereich zu vermeiden, gleichwohl jedoch eine Fluidströmung vom Antriebsaggregat zur Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung zuzulassen, wird vorgeschlagen, dass zwischen dem ersten Ankoppelbereich und dem zweiten Ankoppelbereich ein eine Strömung vom zweiten Ankoppelbereich zum ersten Ankoppelbereich unterbindendes und eine Strömung vom ersten Ankoppelbereich zum zweiten Ankoppelbereich zulassendes Ventil, vorzugsweise Rückschlagventil, vorgesehen ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
- 1 in prinzipartiger Darstellung einen Wärmeträgermediumkreislauf eines Fahrzeugs mit einem Antriebsaggregat, einer Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung und einem Heizgerät;
- 2 das Heizgerät der 1 in vergrößerter Draufsicht;
- 3 das Heizgerät der 1 in vergrößerter Seitenansicht;
- 4 das Heizgerät der 1 in vergrößerter Frontansicht;
- 5 eine Schnittdarstellung einer mit der Linie V in 2 eingefassten Ventilanordnung für das Heizgerät bei in einer ersten Absperrstellung positioniertem Ventilschieber;
- 6 eine der 5 entsprechende Darstellung bei in einer zweiten Absperrstellung positioniertem Ventilschieber;
- 7 eine Seitenansicht des Ventilschiebers mit einem im Längsschnitt dargestellten oberen Bereich;
- 8 eine Querschnittansicht des Ventilschiebers der 7, geschnitten längs einer Linie VIII-VIII;
- 9 eine Querschnittansicht des Ventilschiebers der 7, geschnitten längs einer Linie IX-IX;
- 10 eine Frontansicht des Ventilschiebers in Blickrichtung X in 7.
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In 1 ist ein Wärmeträgermediumkreislauf 10 eines Fahrzeugs in schematischer Ansicht dargestellt. In diesem Wärmeträgermediumkreislauf 10 zirkuliert das auch zum Abtragen von Wärme aus dem Bereich eines als Brennkraftmaschine ausgebildeten Antriebsaggregats 12 genutzte Wärmeträgermedium, im Allgemeinen also die Kühlflüssigkeit des Fahrzeugs. Der Wärmeträgermediumkreislauf 10 umfasst einen ersten Leitungsbereich 14. Dieser führt von einem Wärmeträgermediumaustritt 16 des Antriebsaggregats zu einem Wärmeträgermediumeintritt 18 einer Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20. In dieser Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 kann in dem Wärmeträgermedium transportierte Wärme auf die beispielsweise in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft L übertragen werden. Ein zweiter Leitungsbereich 22 führt von einem Wärmeträgermediumaustritt 24 der Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 zu einem Wärmeträgermediumeintritt 26 des Antriebsaggregats 12. Das Antriebsaggregat 12 kann einer Wärmeträgermediumpumpe 28 zugeordnet sein, durch welche das im Wärmeträgermediumkreislauf 10 vorhandene Wärmeträgermedium durch den mit Strichlinie in 1 angedeuteten Wärmeträgermediummantel 30 des Antriebsaggregats 12 hindurch in den ersten Leitungsbereich 14, zur Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 und über den Leitungsbereich 22 zurück zum Antriebsaggregat 12 gefördert werden kann.
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Der Wärmeträgermediumkreislauf 10 umfasst ferner ein beispielsweise brennstoffbetriebenes Heizgerät 32. Dieses Heizgerät 32 umfasst einen Brennerbereich 34, welchem Brennstoff und Verbrennungsluft zugeführt werden, um durch Verbrennung eines daraus gebildeten Gemisches Wärme bereitzustellen. Zur Übertragung von im Verbrennungsprozess entstehender Wärme auf das Wärmeträgermedium umfasst das Heizgerät 32 ferner eine Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36.
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Dem Heizgerät 32 ist eine allgemein mit 38 bezeichnete Ventilanordnung zugeordnet. Über diese Ventilanordnung 38 ist das Heizgerät 32 an den ersten Leitungsbereich 14 des Wärmeträgermediumkreislaufs 10 angekoppelt. Insbesondere ist ein Wärmeträgermediumeintritt 40 der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 in einem ersten Ankoppelbereich 42 an den ersten Leitungsbereich 14 angekoppelt. Ein Wärmeträgermediumaustritt 43 der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 ist in einem zweiten Ankoppelbereich 44 an den ersten Leitungsbereich 14 angekoppelt. Dabei liegt in Strömungsrichtung vom Wärmeträgermediumaustritt 16 des Antriebsaggregats 12 zum Wärmeträgermediumeintritt 18 der Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 der erste Ankoppelbereich 42 stromaufwärts bezüglich des zweiten Ankoppelbereichs 44. Zwischen diesen beiden Ankoppelbereichen 42, 44 liegt ein als Rückschlagventil ausgebildetes Ventil 45, welches eine Durchströmung des ersten Leitungsbereichs 14 zwischen den beiden Ankoppelbereichen 42, 44 in Richtung vom Wärmeträgermediumaustritt 16 des Antriebsaggregats 12 zum Wärmeträgermediumeintritt 18 der Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 zulässt, eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung jedoch unterbindet, insbesondere eine Strömung vom zweiten Ankoppelbereich 44 zum ersten Ankoppelbereich 42 nicht zulässt.
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Die 2 bis 4 zeigen das Heizgerät 32 mit der zur Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärmeträgermedium in die bzw. aus der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 vorgesehenen Ventilanordnung 38. Die Ventilanordnung 38 umfasst einen Zuleitungsbereich 46 mit einem rohrartigen Leitungsabschnitt 48, der einerseits als Anschlussstutzen genutzt werden kann, und der andererseits zu einer Wärmeträgermediumpumpe 50 führt, welche das in der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 zu erwärmende Wärmeträgermedium über einen weiteren rohrartigen Leitungsabschnitt 52 zum Wärmeträgermediumeintritt 40 der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 führt. Ein durch einen z. B. winkelartig ausgebildeten Leitungsabschnitt 54 bereitgestellter Ableitungsbereich 56 führt vom Wärmeträgermediumaustritt 43 der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 weg und kann gleichermaßen als Anschlussstutzen der Ventilanordnung 38 genutzt werden. An die Leitungsabschnitte 48, 54 können in 1 erkennbare Leitungsabschnitte 58, 60 angekoppelt werden, um den ersten Ankoppelbereich 42 mit dem Zuleitungsbereich 46 zu verbinden und den Ableitungsbereich 56 mit dem zweiten Ankoppelbereich 44 zu verbinden.
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Zwischen den beiden Leitungsabschnitten 48, 54, also zwischen dem Zuleitungsbereich 46 und dem Ableitungsbereich 54, erstreckt sich ein allgemein mit 62 bezeichneter Kurzschlussleitungsbereich. Dessen Aufbau und Funktionalität wird nachfolgend mit Bezug auf die 5 bis 10 detaillierter beschrieben.
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Wie die 5 dies zeigt, ist die Ventilanordnung 38 mit einem ersten Ventilanordnungsteil 64 und einem zweiten Ventilanordnungsteil 66 aufgebaut. Das erste Ventilanordnungsteil 64 umfasst den Leitungsabschnitt 48 des Zuleitungsbereichs 46, einen von diesem seitlich abzweigenden Leitungsabschnitt 68 und einen den Leitungsabschnitt 68 umgebenden Flanschbereich 70. Das zweite Ventilanordnungsteil 66 umfasst den Leitungsabschnitt 54 des Ableitungsbereichs 56, einen seitlich davon abzweigenden Ventilorganführungsbereich 72 und an den Ventilorganführungsbereich 72 anschließend einen Leitungsabschnitt 74 mit bezüglich des Ventilorganführungsbereichs 72 vergrößerter Innenabmessung. An einem vom Leitungsabschnitt 54 entfernten Endbereich des Leitungsabschnitts 74 ist dieser mit dem Flanschbereich 70 des ersten Ventilanordnungsteils 64 beispielsweise durch Materialschluss, z. B. Verkleben oder dergleichen, fest verbunden. Der Leitungsabschnitt 68 mit seinem Flanschbereich 70 und der Leitungsabschnitt 74 sowie der Ventilorganführungsbereich 72 stellen im Wesentlichen den Kurzschlussleitungsbereich 62 bereit, über welchen grundsätzlich der Zuleitungsbereich 46 und der Ableitungsbereich 56 in Fluidaustauschverbindung miteinander sind bzw. stehen können. Im Kurzschlussleitungsbereich 62 ist eine allgemein mit 76 bezeichnete Ventileinheit angeordnet. Die Ventileinheit 76 umfasst einen in Richtung einer Längsachse L des Kurzschlussleitungsbereichs 62 verschiebbaren und allgemein ein Ventilorgan 78 bereitstellenden Ventilschieber 80. Der Ventilschieber 80 ist in einem seiner beiden Endbereiche mit einem z. B. rohrsegmentartig ausgebildeten ersten Ventilabsperrbereich 82 und in seinem anderen Endbereich mit einem z. B. ringscheibenartigen zweiten Ventilabsperrbereich 84 ausgebildet. Der erste Ventilabsperrbereich 82 ist über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt liegenden Verbindungsstegen 86 mit dem zweiten Ventilabsperrbereich 84 verbunden. Beispielsweise in einem zentralen Bereich des zweiten Ventilabsperrbereichs 84 ist eine Bypassöffnung 88 ausgebildet, welche in nachfolgend nach beschriebener Art und Weise einen Bypassströmungsweg durch den Kurzschlussleitungsbereich 62 hindurch bereitstellt, wenn der zweite Ventilabsperrbereich 84 auf dem einen Ventilsitzbereich 92 bereitstellenden Leitungsabschnitt 68 aufliegt.
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Wie die 5 und 6 dies zeigen, ist das Ventilorgan 78 bzw. der Ventilschieber 80 zwischen zwei Absperrstellungen in Richtung der Längsachse L verschiebbar. In 5 ist der Ventilschieber 80 in einer ersten dieser Absperrstellungen, in welcher der erste Ventilabsperrbereich 82 in den Leitungsabschnitt 54 eingreift und diesen in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums von der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 weg stromabwärts des Kurzschlussleitungsbereichs 62 gegen Durchströmung im Wesentlichen absperrt. Wie die 5 dies weiter zeigt, ist in diesem Zustand der zweite Ventilabsperrbereich 84 axial entfernt vom Ventilsitzbereich 92, so dass unter Umströmung bzw. Durchströmung des Ventilschiebers 80 Wärmeträgermedium vom Ableitungsbereich 56 durch den Kurzschlussleitungsbereich 62 hindurch in den Zuleitungsbereich 46 strömen kann. Diese Strömung wird dann erzeugt, wenn die Wärmeträgermediumpumpe 50 in Betrieb ist, um Wärmeträgermedium aus dem Zuleitungsbereich 46 anzusaugen und durch die Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 hindurch zu fördern, so dass das in der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 erwärmte Wärmeträgermedium in den Ableitungsbereich 56 strömt, diesen jedoch nicht durchströmen kann, sondern wieder in den Kurzschlussleitungsbereich 62 umgelenkt wird. Bei in der ersten Absperrstellung positioniertem Ventilorgan 78 ist die Ventilanordnung 38 allgemein in einem ersten Absperrzustand, in welchem der vorangehend beschriebene Kurzschlussströmungskreislauf eingerichtet ist.
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In 6 ist der Ventilschieber 80 in seiner zweiten Absperrstellung positioniert gezeigt. Unter anderem auch geführt durch den Ventilorganführungsbereich 72 gelangt bei Bewegung des Ventilschiebers 80 in Richtung seiner zweiten Absperrstellung der zweite Ventilabsperrbereich 84 in Anlage an den Ventilsitzbereich 92, während der erste Ventilabsperrbereich 82 sich im Wesentlichen vollständig aus dem Leitungsabschnitt 54 herausbewegt. In diesem Zustand ist also der Ableitungsbereich 56 zur Durchströmung freigegeben, so dass über den Zuleitungsbereich 46 herangefördertes und die Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 durchströmendes Wärmeträgermedium über den Ableitungsbereich 56 in Richtung zum zweiten Ankoppelbereich 44 strömen kann. In diesem Zustand ist durch den Ventilschieber 80 der Kurzschlussleitungsbereich 62 im Wesentlichen gegen Durchströmung abgesperrt. Lediglich durch die im zweiten Ventilabsperrbereich 84 vorgesehene Bypassöffnung 88 kann ein geringer Anteil des die Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 verlassenden Wärmeträgermediums unter Durchströmung bzw. Umströmung des Ventilschiebers 80 in Richtung zum Zuleitungsbereich 46 zurückströmen. Bei in dieser zweiten Absperrstellung positioniertem Ventilschieber 80 ist die Ventilanordnung 38 in einem zweiten Absperrzustand, in welchem über den ersten Leitungsbereich 14 und den Leitungsabschnitt 58 herangefördertes Fluid die Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 durchströmen, dort Wärme aufnehmen und in Richtung zur Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 weiter gefördert werden kann.
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Um die Verstellung des Ventilorgans 78 zwischen den vorangehend beschriebenen Absperrstellungen zu erreichen, umfasst die Ventileinheit 76 ein z. B. als Schraubenfeder, vorzugsweise Stahlfeder, ausgebildetes Vorspannorgan 94, welches sich einerseits am Flanschbereich 70 des ersten Ventilanordnungsteils 64 und andererseits am zweiten Ventilabsperrbereich 84 des Ventilorgans 78 abstützt. Das Vorspannorgan 94 spannt den Ventilschieber 80 in Richtung zu seiner in 5 dargestellten ersten Absperrstellung vor.
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Zur Verstellung des Ventilorgans 78 bzw. des Ventilschiebers 80 in seine zweite Absperrstellung umfasst die Ventileinheit 76 ferner ein temperaturabhängig wirksames Stellorgan 96. Dieses Stellorgan 96 kann ein mit der Gestalt einer Schraubenfeder ausgebildetes Formgedächtnislegierung-Stellelement 98 umfassen, welches sich an einer Stirnseite des Ventilorganführungsbereichs 72 einerseits und am Ventilschieber 80, beispielsweise dem zweiten Ventilabsperrbereich 84 desselben, andererseits abstützen kann. Liegt die Temperatur des Wärmeträgermediums, das auch im Bereich des Kurzschlussleitungsbereichs 62 vorhanden ist, unter einer Schalttemperatur von z. B. etwa 67 °C, kann das Formgedächtnislegierung-Stellelement 98 auch durch die Vorspannwirkung des Vorspannorgans 94 in seinen in 5 dargestellten komprimierten Zustand gebracht werden. Steigt die Temperatur des Wärmeträgermediums über die Schalttemperatur, also beispielsweise eine Temperatur von etwa 67 °C an, so nimmt das Formgedächtnislegierung-Stellelement 98 seine in 6 dargestellte ausgedehnte Stellung an, wodurch der Ventilschieber 80 entgegen der Vorspannwirkung des Vorspannorgans 94 in seine in 6 dargestellte zweite Absperrstellung gelangt. Um dieses temperaturabhängige Schaltverhalten zu erreichen, kann das Formgedächtnislegierung-Stellelement 98 mit einer Ni-Ti-Formgedächtnislegierung aufgebaut sein, durch welche ein derartiges Umschaltverhalten bei einer Temperatur im Bereich von etwa 67 °C erreicht werden kann.
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Mit dem vorangehend beschriebenen Aufbau der Ventilanordnung 38 bzw. der Ventileinheit 76 derselben wird es möglich, das im Wärmeträgermediumkreislauf 10 vorhandene, allgemein flüssige Wärmeträgermedium insbesondere bei Inbetriebnahme des Wärmeträgermediumkreislaufs 10 zur Erwärmung eines Fahrzeugs bzw. eines Fahrzeuginnenraums sehr schnell in einen Zustand zu bringen, in welchem es durch die in der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 aufgenommene Wärme die die Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 durchströmende Luft erwärmen kann. Es sei hierzu zunächst angenommen, dass bei nicht in Betrieb gesetztem Fahrzeug bzw. Wärmeträgermediumkreislauf 10 die Temperatur des darin enthaltenen Wärmeträgermediums vergleichsweise gering ist. Wird in diesem Zustand zunächst das Heizgerät 32 in Betrieb gesetzt, also im Brennerbereich 34 desselben durch Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemisches Wärmeenergie bereitgestellt, und wird in diesem Zustand dann auch die Wärmeträgermediumpumpe 50 des Heizgeräts 32 in Betrieb gesetzt, so ist aufgrund der vergleichsweise niedrigen Temperatur des Wärmeträgermediums die Ventilanordnung 38 in ihrem in der 5 dargestellten ersten Absperrzustand, in welchem das Ventilorgan 78 bzw. der Ventilschieber 80 desselben in seiner ersten Absperrstellung das Abströmen von Wärmeträgermedium aus dem Ableitungsbereich 56 verhindert. Wie vorangehend dargestellt, wird eine Kurzschlussströmung generiert, so dass eine vergleichsweise kleine Menge des Wärmeträgermediums wiederholt durch die Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 und den Kurzschlussleitungsbereich 62 hindurch gefördert wird.
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Diese vergleichsweise kleine Menge des Wärmeträgermediums kann somit schnell erwärmt werden, insbesondere so weit erwärmt werden, dass die Schalttemperatur des Stellorgans 96 überschritten wird und dieses zum Einstellen des zweiten Absperrzustands der Ventilanordnung 38 den Ventilschieber 80 in seine in 6 dargestellte zweite Absperrstellung bringt. Infolgedessen wird das die Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 verlassende Wärmeträgermedium durch den Leitungsabschnitt 60 hindurch in Richtung zur Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 gefördert und kann dort die in den Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft erwärmen. Da in diesem Zustand jedoch aus dem ersten Leitungsbereich 14 bzw. dem Leitungsabschnitt 58 kälteres Wärmeträgermedium nachströmen wird, wird allmählich die Temperatur des den Wärmeträgermediumaustritt 43 der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 verlassenden Wärmeträgermediums abnehmen. Da im zweiten Absperrzustand ein geringer Teil dieses Wärmeträgermediums auch den Kurzschlussleitungsbereich 62 durchströmen wird, wird auch die Temperatur des Stellorgans 96 abnehmen, bis dessen Temperatur wieder unter die Schalttemperatur fällt und durch die Vorspannwirkung des Vorspannorgans 94 der Ventilschieber 80 wieder in seinen ersten Absperrzustand gebracht wird. Daraufhin wird wieder eine vergleichsweise kleine Menge des Wärmeträgermediums im Kurzschlussströmungskreislauf erwärmt, bis wieder die Schalttemperatur überschritten wird und die Ventilanordnung 38 in den zweiten Absperrzustand gelangt.
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Dieses intermittierende Hin- und Herschalten zwischen den beiden Absperrzuständen dauert z. B. mit abnehmender Umschaltfrequenz so lange an, bis das gesamte im Wärmeträgermediumkreislauf 10 zirkulierende Wärmeträgermedium eine über der Schalttemperatur des Stellorgans 96 liegende Temperatur aufweist und infolgedessen der zweite Absperrzustand aufrecht erhalten bleibt. Es wird dann das in der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 erwärmte Wärmeträgermedium durch die Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 und den Wärmeträgermediummantel 30 des Antriebsaggregats 12 hindurchgefördert. Da in diesem Zustand bei noch betriebener Wärmeträgermediumpumpe 50 der Druck im Bereich des zweiten Ankoppelbereichs 44 größer ist, als der Druck im Bereich des ersten Ankoppelbereichs 42, ist das Ventil 45 in seinem Sperrzustand.
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Beispielsweise dann, wenn auch das Antriebsaggregat 12 in Betrieb gesetzt wird, wird auch die diesem zugeordnete Wärmeträgermediumpumpe 28 aktiviert. Dies hat zur Folge, dass der Druck im ersten Ankoppelbereich 42 ansteigt. Infolgedessen kann das Ventil 45 in seinen Freigabezustand gelangen, und das den Wärmeträgermediumaustritt des Antriebsaggregats 12 verlassende Wärmeträgermedium wird im ersten Leitungsbereich 14 zur Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 strömen. Wird in diesem Zustand die Wärmeträgermediumpumpe 50 des Heizgeräts 32 weiterhin betrieben, wird ein Teil des im ersten Leitungsbereich 14 strömenden Wärmeträgermediums über die Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 geleitet und dort zusätzlich zu der auch im Antriebsaggregat 12 stattfindenden Erwärmung miterwärmt. Ist dies nicht mehr erforderlich, kann das Heizgerät 32 und mit diesem auch die Wärmeträgermediumpumpe 50 deaktiviert werden. Das den Wärmeträgermediumaustritt 16 des Antriebsaggregats 12 verlassende Wärmeträgermedium kann dann im Wesentlichen vollständig über den ersten Leitungsbereich 14 zur Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 strömen, ohne dass das Heizgerät 32 einen die Strömung im Wesentlichen behindernden Drosseleffekt erzeugt.
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Mit dem vorangehend beschriebenen Aufbau der Ventilanordnung 38 wird es möglich, in einfacher Art und Weise eine sehr schnelle Erwärmung des Wärmeträgermediums auf eine ausreichend hohe Temperatur zu gewährleisten, so dass entsprechend schnell auch die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft L in der Fahrzeug-Wärmetauscheranordnung 20 Wärme aufnehmen und in den Fahrzeuginnenraum transportieren kann. Es sind zum Eingliedern dieser Ventilanordnung 38 bzw. eines damit ausgestatteten Heizgeräts 32 für ein Fahrzeug lediglich zwei Anschlussbereiche der Ventilanordnung 38 selbst bzw. des ersten Leitungsbereichs 14, nämlich die beiden Ankoppelbereiche 42, 44, erforderlich.
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Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich bei dem vorangehend beschriebenen Aufbau verschiedenste Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Grundprinzip der Erfindung abzuweichen. So könnte selbstverständlich der Ventilschieber 80 mit anderer Formgebung ausgebildet sein. Auch könnte beispielsweise die Bypassöffnung 88 alternativ oder zusätzlich in dem auch den Ventilsitzbereich 92 bereitstellenden Leitungsabschnitt 68 vorgesehen sein. Die Verstellung des Ventilschiebers 80 zwischen seinen beiden Absperrstellungen könnte beispielsweise auch unterstützt sein durch ein parallel zum Stellorgan 96 wirkendes Vorspannorgan, so dass die vom Stellorgan 96 aufzubringende Kraft zum Komprimieren des Vorspannorgans 94 entsprechend geringer sein kann. Die beiden Ventilanordnungsteile 64, 66 können beispielsweise als Kunststoffteile bereitgestellt sein, wobei insbesondere das erste Ventilanordnungsteil 64 auch einen Pumpengehäusebereich aufweisen kann, in welchen die Wärmeträgermediumpumpe 50 integriert werden kann. Die Ventilanordnung 38 kann dann mit den beiden Ventilanordnungsteilen 64, 66 in zugehörige Öffnungen der Heizgerät-Wärmetauscheranordnung 36 fluiddicht eingepasst werden.
