DE10237420C1 - Heizungs- oder Klimaanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- oder Klimaanlage für einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei jeweils der individuellen Temperierung eines Raumbereichs des Fahrgastraums dienenden Wärmetauschern, die in Parallelzweigen eines Kreislaufs eines Wärmeübertragungsmediums angeordnet und von den Raumbereichen zuführbarer Luft durchströmbar sind. Die von den Wärmetauschern abgegebene Heizleistung wird bei dem einen Wärmetauscher luftseitig und bei dem anderen wärmeübertragungsmediumseitig geregelt. Zur Erreichung einer feinfühlig einstellbaren Temperatur auch in dem von dem luftseitig regelbaren Wärmetauscher beaufschlagten Raumbereich ist in dem den luftseitig regelbaren Wärmetauscher aufweisenden Parallelzweig eine Absperrvorrichtung mit einer Schließ- und zwei definierten Offenstellungen angeordnet. Die Offenstellungen sind dabei derart ausgebildet, daß in der einen Offenstellung ein maximaler Durchfluß und in der anderen Offenstellung ein auf ein vorbestimmtes Maß gedrosselter Durchfluß des Wärmeübertragungsmediums stattfindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- oder Klimaanlage für einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Heizungs- oder Klimaanlage für die ge­ trennte Temperaturregelung in vier Klimazonen des Fahrgast­ raums, und zwar getrennt in linke und rechte Hälfte des Fahr­ gastraums und in Fond und Front des Fahrgastraums (DE 196 46 123 A1) ist der Wärmetauscher in vier Wärmetauschersegmente aufgeteilt, von denen in Einbaulage des Wärmetauschers je­ weils zwei Wärmetauschersegmente vertikal übereinander und horizontal nebeneinander liegen. Jeweils einem Wärmetauscher­ segment ist eine der vier Klimazonen des Fahrgastraums zuge­ ordnet, und die in die entsprechenden Klimazonen führenden Luftleitkanäle sind an der Luftaustrittsfläche der vier ver­ schiedenen Wärmetauschersegmente des Wärmetauschers ange­ schlossen. Konstruktiv besteht der Wärmetauscher aus einem linken und rechten Teil. Die Zuführung des Wärmeübertragungs­ mediums erfolgt über eine zwischen diesen beiden Teilen ange­ ordnete, mittlere Eintrittsöffnung, die das als Wärmeübertra­ gungsmedium genutzte Kühlwasser der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs in einen mittleren Sammelkasten führt, von dem aus es durch waagerechte Rohre zu den äußeren, linken und rechten Sammelkästen geleitet wird. Eine von dem mittleren Sammelka­ sten bis in die äußeren Sammelkästen reichende Trennwand trennt jeweils das obere Wärmetauschersegment von dem unteren Wärmetauschersegment. Damit wird der dem Wärmetauscher zuge­ führte Kühlwasserstrom in vier parallele, jeweils eines der Wärmetauschersegmente durchströmende Teilströme aufgeteilt, die nach Durchströmen der Wärmetauschersegmente wieder zu ei­ nem Rücklaufstrom vereinigt werden. Die Heizleistung der obe­ ren Wärmetauschersegmente wird durch Regelung des die Wärme­ tauschersegmente durchströmenden Kühlwassers und die Heizlei­ stung der unteren Wärmetauschersegmente durch Regelung der die einzelnen Wärmetauschersegmente durchströmenden Luftmenge geregelt. Da die unteren Wärmetauschersegmente dem Fond zuge­ ordnet sind, läßt sich eine weitgehend unabhängige Tempera­ tureinstellung zwischen Frontraum einerseits und Fond ande­ rerseits ermöglichen.

Bei einer ebenfalls bekannten Heizungsanlage (DE 39 16 166 C2) ist der Wärmetauscher in drei Wärmetauschersegmente un­ terteilt, von denen zwei Wärmetauschersegmente in zwei Paral­ lelzweigen eines über die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs geführten Kreislaufs des hier wiederum als Wärmeübertragungs­ medium verwendeten Kühlwassers angeordnet sind. Zum Regeln des Durchfliusses des Kühlwassers ist in jedem Parallelzweig ein Taktventil in Reihe mit dem Wärmetauscher geschaltet. Das dritte Wärmetauschersegment ist so mit den beiden äußeren Wärmetauschersegmenten verbunden, das es immer dann vom Kühl­ wasser durchflossen wird, wenn mindestens eines der getrennt ansteuerbaren Taktventile geöffnet ist. Werden die Taktventi­ le mit gleicher Taktfrequenz gegensinnig gesteuert, so fließt das Kühlwasser stets während einer längeren Zeitdauer durch das dritte Wärmetauschersegment als durch die beiden anderen Wärmetauschersegmente, so daß hier ein höheres Temperaturni­ veau entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- oder Klimaanlage der eingangs genannten Art für die unabhängige Temperatureinstellung in mindestens zwei Raumbereichen des Fahrgastraums zu schaffen, mit der eine gewünschte Temperatur eines Raumbereichs mehr feinstufig eingestellt werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Heizungs- oder Klimaanlage hat den Vor­ teil, daß die luftseitige Temperaturregelung für den zugeord­ neten Raumbereich unterstützt wird durch eine gestufte Vorre­ gelung des Durchflusses des Wärmeübertragungsmediums durch den zugeordneten Wärmetauscher, so daß die Luftregelung auf Basis von zwei verschiedenen Durchflußmengen des Wärmeüber­ tragungsmediums durchgeführt werden kann. Damit läßt sich die Temperierung des zugeordneten Raumbereichs des Fahrgastraums sehr viel genauer an die Temperaturvorgaben des Fahrgastes anpassen. Durch das vollständige Sperren des Durchflusses des Wärmeübertragungsmediums durch den Wärmetauscher ist es zu­ sätzlich möglich, den zugeordneten Raumbereich auch mit Kalt­ luft unterschiedlicher Dosierung zu beaufschlagen, ohne daß ein zusätzlicher Kaltluftbypass am Wärmetauscher vorgesehen werden muß.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hei­ zungs- oder Klimaanlage mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentan­ sprüchen angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem luftseitig regelbaren Wärmetauscher ein Bypass zugeordnet, der synchron mit der Absperrvorrichtung derart steuerbar ist, daß er in der Schließstellung der Absperrvorrichtung geöffnet und in der Offenstellung der Absperrvorrichtung geschlossen ist. Durch das Vorsehen des Bypasses und dessen inverse Syn­ chronisation mit dem Absperrventil wird eine Rückwirkung der Sperrung oder Drosselung des Durchflusses des Wärmeübertra­ gungsmediums durch den Wärmetauscher auf den Durchfluß des anderen Wärmetauschers vermieden, so daß die Temperierung des vom wärmeübertragungsmediumseitig geregelten Wärmetauscher beaufschlagten Raumbereichs sich nicht ändert und damit nicht nachgeregelt werden muß.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem den wärmeübertragungsmediumseitig regelbaren Wärmetau­ scher enthaltenden Parallelzweig eine Regelvorrichtung zur Regelung des Durchflusses des Wärmeübertragungsmediums durch den Wärmetauscher angeordnet, wobei die Regelvorrichtung bei­ spielsweise als ein von einer Steuervorrichtung gesteuertes Taktventil ausgebildet ist. Durch das Verhältnis der Öff­ nungsdauer zur Schließdauer des Taktventils wird die Heizlei­ stung des Wärmetauschers bestimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auch diesem Wärmetauscher ein Bypass zugeordnet, der synchron mit dem Taktventil derart steuerbar ist, daß er in den Schließintervallen des Taktventils geöffnet und in den Öff­ nungsintervallen des Taktventils geschlossen ist. Durch die­ sen Bypass wird in gleicher Weise eine Rückwirkung auf die Durchflußmenge des Wärmeübertragungsmediums in dem luftseitig geregelten Wärmetauscher vermieden.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zei­ gen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 und 2 jeweils ausschnittweise eine Heizungs- oder Klimaanlage für einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs gemäß zweier Ausführungsbei­ spiele.

Die in Fig. 1 ausschnittweise skizzierte Heizungs- oder Kli­ maanlage für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs weist - wie bekannt und daher nicht weiter dargestellt - einen im Vorbau des Kraftfahrzeugs angeordneten Klimakasten auf, in dem in Luftströmungsrichtung hintereinander ein Gebläse, ein Verdampfer und eine Wärmetauschereinheit angeordnet sind. Der Verdampfer ist in bekannter Weise in einem Kältemittelkreis­ lauf angeordnet und kühlt die vom Gebläse durch den Klimaka­ sten hindurchgeblasene Luft. Bei Ausbildung als Heizungsanla­ ge entfällt der Verdampfer. Die Wärmetauschereinheit umfaßt - wie in Fig. 1 dargestellt ist - zwei Wärmetauscher 11, 12, die in einen Kühlwasserkreislauf 15 einer Brennkraftmaschine 10 des Fahrzeugs eingebunden sind. Das Kühlwasser wird als Wärmeübertragungsmedium genutzt, das in den Wärmetauschern 11, 12 Wärmeenergie zur Verfügung stellt. Dabei liegen die beiden Wärmetauscher 11, 12 in Parallelzweigen 13, 14 des Kühlwasserkreislaufs 15, in dem mittels einer Wasserpumpe 16 das von der Brennkraftmaschine 10 aufgeheizte Kühlwasser über eine Vorlaufleitung 17 der Wärmetauschereinheit zugeführt wird, diese durchströmt und über eine Rücklaufleitung 18 an die Brennkraftmaschine 10 zurückgeführt wird. Dabei teilt sich der Kühlwasserstrom auf die beiden Parallelzweige 13, 14 auf, so daß jeder Wärmetauscher 11, 12 von einem Teilstrom durchflossen wird. Durch die solchermaßen aufgeheizten Wärme­ tauscher 11, 12 wird die die Wärmetauscher 11, 12 durchströ­ mende Gebläseluft erwärmt, die erwärmte Luft strömt über Luftleitkanäle, die im Innern des Fahrgastraums des Kraft­ fahrzeugs münden, und wird über Luftaustrittsöffnungen in verschiedene Raumbereiche des Fahrgastraums eingeblasen. Da­ bei wird jeweils ein Wärmetauscher 11, 12 für die Tempererie­ rung eines zugeordneten Raumbereichs verwendet, indem die von ihm erwärmte Luft ausschließlich diesem Raumbereich zugeführt wird. Sollen mehrere, z. B. viert Raumbereiche individuell temperierbar sein, so werden entsprechend viele Wärmetauscher in Parallelzweigen vorgesehen und die über jeweils einen Wär­ metauscher geführte Luft dem jeweiligen Raumbereich zuge­ führt.

Von den beiden Wärmetauschern 11, 12, von denen beispielswei­ se der Wärmetauscher 11 der Temperierung des Frontraums und der Wärmetauscher 12 der Temperierung des Fond des Fahrga­ straums dient, ist der Wärmetauscher 11 wasserseitig gere­ gelt, d. h., daß dessen abgegebene Heizleistung durch die Re­ gelung des den Wärmetauscher 11 durchfließenden Kühlwasser- Teilstroms bestimmt wird. Der Wärmetauscher 12 ist luftseitig geregelt, d. h., daß dessen abgegebene Heizleistung durch Do­ sierung der den Wärmtauscher 12 durchströmenden Luft bestimmt wird. Dem wasserseitig regelbaren Wärmetauscher 11 ist hierzu eine Regelvorrichtung 20 zur Regelung des Durchflusses des Kühlwassers durch den Wärmetauscher 11 zugeordnet, die im Parallelzweig 13 angeordnet ist. Die Regelvorrichtung 20 wird beispielsweise von einem Taktventil gebildet, das von einer Steuervorrichtung 19 gesteuert wird. Das Verhältnis der Öffnungsdauer zur Schließdauer des Taktventils bestimmt die mittlere Durchflußmenge des Kühlwassers durch den Wärmetau­ scher 11 und damit die im Wärmetauscher 11 an die ihn durch­ strömende Luft abgebbare Heizleistung.

Der luftseitig regelbare Wärmetauscher 12 wird permanent von dem Kühlwasser durchströmt und gibt eine konstante Heizlei­ stung an die ihn durchströmende Luft ab. Die Temperatur in dem dem Wärmetauscher 12 zugeordneten Raumbereich wird da­ durch eingestellt, daß entsprechend bemessene Luftmengen über den Wärmetauscher 12 geführt werden, die den Raumbereich er­ wärmen. Zusätzlich ist in dem Parallelzweig 14 noch eine Ab­ sperrvorrichtung 21 angeordnet, die mit einer Sperrstellung und zwei Offenstellungen ausgestattet ist. In der Sperrstel­ lung sperrt die Absperrvorrichtung 21 den Durchfluß des Kühl­ wassers durch den Wärmetauscher 12, in der einen Offenstel­ lung läßt sie den maximalen Durchfluß des Kühlwassers durch den Wärmetauscher 12 zu und in der anderen Offenstellung drosselt sie den Kühlwasserdurchfluß durch den Wärmetauscher 12 auf ein vorgegebenes Maß.

In Fig. 1 sind Regelvorrichtung 20 und Absperrvorrichtung 21 in jedem Parallelzweig 13 und 14 in Strömungsrichtung des Kühlwassers gesehen den Wärmetauschern 11, 12 vorgeordnet. Sie können aber auch den Wärmetauschern 11, 12 nachgeordnet sein.

Die in Fig. 2 ausschnittweise dargestellte Heizungs- oder Klimaanlage unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch, daß jedem Wärmetauscher 11, 12 im Kühlwasserkreis­ lauf 15 ein Bypass 22 bzw. 23 zugeordnet ist. Der dem wasser­ seitig regelbaren Wärmetauscher 11 zugeordnete Bypass 22 ist mit der von dem Taktventil gebildeten Regelvorrichtung 20 derart synchronisiert gesteuert, daß er in den Schließinter­ vallen des Taktventils geöffnet und in den Öffnungsinterval­ len des Taktventils geschlossen ist. Hierzu ist beispielswei­ se das Taktventil als Umschaltventil, hier als 3/2-Wegeventil 24, ausgebildet, von dessen drei Ventilanschlüssen ein Venti­ leinlaß an der Vorlaufleitung 17, ein Ventilauslaß an dem Wärmtauscher 12 und ein Ventilauslaß an dem Bypass 22 ange­ schlossen ist.

Der dem luftseitig regelbaren Wärmetauscher 12 zugeordnete Bypass 23 ist mit der Absperrvorrichtung 21 derart synchroni­ siert gesteuert, daß er bei in Sperrstellung sich befindli­ cher Absperrvorrichtung 21 geöffnet ist und in den Offenstel­ lungen der Absperrvorrichtung 21 geschlossen ist. Die Ab­ sperrvorrichtung 21 ist hierzu als Umschaltventil ausgebil­ det, das wechselweise den Durchlaß durch den Wärmetauscher 12 und den Bypass 23 sperrt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Umschaltventil mittels eines 3/3-Wegeventils 25 rea­ lisiert, von dessen drei Ventilanschlüssen ein Ventileinlaß mit der Vorlaufleitung 17, ein Ventilauslaß mit dem Wärmetau­ scher 12 und der andere Ventilauslaß mit dem Bypass 23 ver­ bunden ist. In der in Fig. 2 gezeigten mittleren Schaltstel­ lung des 3/3-Wegeventils 25 fließt aufgrund der im Ventil an­ geordneten Drossel 26 eine vorgegebene Kühlwassermenge durch den Wärmetauscher 12, so daß dessen Heizleistung reduziert ist. In der Basis-Schaltstellung des 3/3-Wegeventils 25 fließt die maximale Kühlwassermenge durch den Wärmetauscher 12, der damit die größte Heizleistung besitzt. In beiden Fäl­ len bleibt der Bypass 23 abgesperrt. In der dritten Schalt­ stellung des 3/3-Wegeventils 25 ist die Kühlwasserzufuhr zum Wärmetauscher 12 abgesperrt und die Vorlaufleitung 17 unmit­ telbar mit dem Bypass 23 verbunden, so daß der im Parallelz­ weig 14 fließende Kühlwasser-Teilstrom den Wärmetauscher 12 umgeht. Die beiden Wärmetauscher 11, 12 können baulich zu ei­ ner Einheit zusammengefaßt sein, wie sie durch die strichli­ nierte Umrahmung 27 in Fig. 1 symbolisiert ist. In diesem Fall bilden die Wärmetauscher 11, 12 Zonen eines gemeinsamen Wärmetauschers, die nach wie vor von separaten Teilströmen des Kühlwassers durchströmt werden. Die Wasserpumpe 10 kann statt in der Vorlaufleitung 17 auch in der Rücklaufleitung 18 angeordnet sein. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind das 3/2-Wegenventil 24 und das 3/3-Wegeventil 25 jeweils als Magnetventile mit Federrückstellung ausgebildet, wobei statt dessen auch eine andere Antriebsart in Betracht kommen kann.

Claims (10)

1. Heizungs- oder Klimaanlage für einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs, mit mindestens zwei jeweils der individuellen Temperierung eines Raumbereichs des Fahrgastraums dienen­ den Wärmetauschern (11, 12), die in Parallelzweigen (13, 14) eines Kreislaufs (15) eines Wärmeübertragungsmediums angeordnet und von den Raumbereichen zuführbarer Luft durchströmbar sind und mit denen die Temperatur in dem dem einen Wärmetauscher (12) zugeordneten Raumbereich luftseitig und in dem dem anderen Wärmetauscher (11) zu­ geordneten Raumbereich wärmeübertragungsmediumseitig re­ gelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den luftseitig regelbaren Wärmetauscher (12) aufweisenden Parallelzweig (14) eine Absperrvorrichtung (21) mit einer Schließstellung und zwei definierten Of­ fenstellungen angeordnet ist und daß die Offenstellungen derart ausgebildet sind, daß in der einen Offenstellung ein maximaler Durchfluß und in der anderen Offenstellung ein auf ein vorgegebenes Maß gedrosselter Durchfluß des Wärmeübertragungsmediums durch den Wärmetauscher (12) freigegeben ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem luftseitig regelbaren Wärmetauscher (12) im Kreislauf (15) des Wärmeübertragungsmediums ein Bypass (23) zugeordnet ist, der mit der Absperrvorrichtung (21) derart synchron gesteuert ist, daß er in Schließstellung der Absperrvorrichtung (21) geöffnet und in den Offen­ stellungen der Absperrvorrichtung (21) geschlossen ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrvorrichtung (21) als Umschaltventil ausge­ bildet ist, das wechselweise den Durchfluß durch den Wär­ metauscher (12) und den Bypass (23) sperrt.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil als 3/3-Wegeventil (25 ausgebildet ist, von dessen drei Ventilanschlüssen ein Ventileinlaß mit einer Zuführleitung (17) für das Wärmeübertragungsme­ dium, ein Ventilauslaß mit dem Wärmetauscher (12) und ein Ventilauslaß mit dem Bypass (23) verbunden ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den wärmeübertragungsmediumseitig regelbaren Wärmetauscher (11) aufweisenden Parallelzweig (13) eine Regelvorrichtung (20) zur Regelung des Durchflusses des Wärmeübertragungsmediums durch den Wärmetauscher (11) an­ geordnet ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (20) ein von einer Steuervor­ richtung (19) gesteuertes Taktventil ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem wärmeübertragungsmediumseitig regelbaren Wärme­ tauscher (11) im Kreislauf (15) des Wärmeübertragungsme­ diums ein Bypass (22) zugeordnet ist, der mit dem Takt­ ventil derart synchron gesteuert ist, daß er in den Schließintervallen des Taktventils geöffnet und in den Öffnungsintervallen des Taktventils geschlossen ist.

6. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Taktventil als 3/2-Wegeventil (24) ausgebildet ist, von dessen drei Ventilanschlüssen ein Ventileinlaß mit einer Zuführleitung (17) für das Wärmeübertragungsme­ dium, ein Ventilauslaß mit dem Wärmetauscher (11) und ein Ventilauslaß mit dem Bypass (22) verbunden ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium das Kühlwasser einer Brennkraftmaschine (10) ist, das in einem Heizkreislauf (15) umläuft und daß die beiden Wärmetauscher (11, 12) in parallelen Zweige des Heizkreislaufs (15) angeordnet sind.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmetauscher (11, 12) konstruktiv zu ei­ ner baulichen Einheit (27) zusammengefaßt sind.