DE19855309A1

DE19855309A1 - Zusätzliche Heizeinrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE19855309A1
Application number: DE1998155309
Authority: DE
Inventors: Florian Kauf; Juergen Wertenbach
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: DE19855309C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine zusätzliche Heizeinrichtung für Fahrzeuge, die zum Heizen den Klimatisierungskreislauf einer Klimaanlage benutzt, wobei der Klimatisierungskreislauf einen Wärmetauscher und eine Expansionseinrichtung aufweist, wobei die Expansionseinrichtung den Druck und damit die Temperatur des durch den Wärmetauscher strömenden Kältemittels regelt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß im Klimatisierungskreislauf zur Kühlung und Heizung unterschiedliche Wärmetauscheroberflächen vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine zusätzliche Heizeinrichtung für Fahrzeuge gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

In der DE 197 37 990 A1 wird eine zusätzliche Heizeinrichtung für Fahrzeuge beschrieben, die zur Heizung den vorhandenen Ku matisierungskreislauf benutzt. Hierzu strömt das Kältemittel in drei parallelen Strängen. Im Heizbetrieb zirkuliert das Kälte mittel des Klimatisierungskreislaufs in einem abgezweigten Strang unter Umgehung des Kondensators. Der Verdampfer dient im Kühlbetrieb als wärmeübertragende Komponente und im Heizbetrieb übernimmt der Verdampfer die Rolle eines Wärmetauschers, um die im Kompressor erzeugte Wärme abzugeben. Im Kühlbetrieb wird die dem Nutzraum zugeführte Luft abgekühlt und bei Unterschreiten der Taupunktstemperatur getrocknet. Im Heizbetrieb wird der als Wärmetauscher ausgelegte Verdampfer mit heißem Kältemittel durchströmt.

Bei dieser Art einen Klimatisierungskreislauf als Heizung zu benutzen ist nachteilig, daß das im Kühlbetrieb auf der luft seitigen Verdampferoberfläche abgesetzte Kondensat bei der Um stellung auf Heizbetrieb verdampft und in den Innenraum gelei tet wird. Die befeuchtete Luft kondensiert im kalten Innenraum und an kalten Oberflächen, wie insbesondere den Scheiben (sog. "flash fogging") und vermindert dadurch die Scheiben durchsicht.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher eine zusätzliche Heizein richtung, die den Klimatisierungskreislauf zur Heizung nutzt, so zu gestalten, daß das Beheizen eines Fahrzeugs unter allen Betriebsbedingungen effizient, schnell, komfortabel und ver kehrssicher ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen ist, daß sich bei einer zusätzlichen Heizeinrichtung, die den Klimatisie rungskreislauf zur Heizung nutzt, das im Kühlbetrieb auf der Verdampferoberfläche abgesetzte Kondensat bei Umstellung in den Heizbetrieb nicht verdampft und die zur Beheizung in den Innen raum geführte Luft nicht befeuchtet wird, so daß kein Beschla gen der Scheiben erfolgt.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver bindung mit Figurenbeschreibungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eine für Heizung und Küh lung unterschiedliche Wärmetauscheroberfläche;

Fig. 2 einen vereinfachten Klimatisierungskreislauf, der als zusätzliche Heizeinrichtung Verwendung findet;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Heizungswärmetau schers, der um die zur Heizung vorgesehene zusätzliche Wärmetauscheroberfläche ergänzt ist;

Fig. 4 einen vereinfachten Heizkreislauf, der den in Fig. 3 dargestellten zur Heizung vorgesehenen Wärmetauscher beinhaltet;

Fig. 5 einen vereinfachten Heizungskreislauf, wobei die zu sätzliche Wärmeabgabe der zusätzlichen Heizeinrichtung über die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberflä che direkt an das Kühlmittel erfolgt, wobei die zusätz liche Wärmeabgabe über die Pumpe 12 steuerbar ist, so wie

Fig. 6 einen vereinfachten Heizungskreislauf, wobei die zu sätzliche Wärmeabgabe über die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche direkt an das Kühlmittel er folgt, wobei die Kühlmittelmenge über einen Bypass steuerbar ist.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers 3, der zur Heizung und zur Kühlung unterschiedliche Wärmetau scheroberflächen 3a, 3b aufweist, die als Innenraumwärmeübertra ger 10 vorgesehen sind. Der Innenraumwärmeübertrager 10 ist ein im Klimatisierungskreislauf 2 einer Klimaanlage wie in Fig. 2 gezeigt angeordnet, wobei der Klimatisierungskreislauf 2 als zusätzliche Heizeinrichtung 1 verwendet wird. Der Innenraumwär meübertrager 10 weist zur Kühlung und Heizung unterschiedliche Wärmetauscheroberflächen 3a, 3b auf. Hierbei wird im Kühlbetrieb der Anlage die zur Kühlung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3b mit kaltem Kältemittel 5b durchströmt und mit der dem Nutz raum zuzuführenden Luft 11 beaufschlagt. Die warme Luft 11 kühlt sich ab. Bei Unterschreiten der Taupunktstemperatur la gert sich Kondensat auf der zur Kühlung vorgesehenen Wärmetau scheroberfläche 3b ab. Im Heizbetrieb der Anlage wird die troc kene zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3a von heißem Kältemittel 5a durchströmt und mit kalter Luft beauf schlagt. Um wenige Störeinflüsse zu erhalten und da warme Luft nach oben steigt, ist die zur Kühlung vorgesehene Wärmetau scheroberfläche 3b unterhalb der zur Heizung vorgesehenen Wär metauscheroberfläche 3a angeordnet. Jede andere Art der Anord nung ist aber möglich. Der Luftmassenstrom durch den Innenraum- Wärmeübertrager 10 erfolgt selektiv zum Kühlen durch die zur Kühlung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3b und zur Heizung durch die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3a. Aber auch Mischformen der Durchströmung, etwa zur Minderung des Druckabfalles in der Komponente sind möglich.

In Fig. 2 ist ein vereinfachter Klimatisierungskreislauf 2 ge zeigt, der als zusätzliche Heizeinrichtung 1 benutzt werden kann. Zur Heizung wird das Kältemittel 5a mit Hilfe eines Kom pressors 9 verdichtet, wobei sich das Kältemittel 5a erhitzt. Zur Kühlung läßt man das Kältemittel 5b über eine Expansions einrichtung 4 expandieren, wobei sich das Kältemittel 5b ab kühlt. Die Wärmeübertragung erfolgt bei Kühlung über die zur Kühlung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3b und bei Heizung über die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3a. Die Temperatur des Kältemittels 5a, 5b wird so geregelt, daß das Kältemittel 5a, 5b immer überhitzt in den Kompressor 9 gelangt. Eine umgekehrte Durchströmung ist ebenfalls möglich.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizungswärme tauschers 6, der um die zur Heizung vorgesehene zusätzliche Wärmetauscheroberfläche 3a ergänzt ist. Es ist nur die als zu sätzliche Heizeinrichtung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3a dargestellt, die als zusätzliche Heizeinrichtung 1 am Hei zungswärmetauscher 6 des normalen Heizkreislaufes 7 angeordnet ist. Im Kühlbetrieb wird der Heizungswärmetauscher 6 entweder nicht oder mit heißem Kühlmittel 8 durchströmt. Er wird mit trockener Luft 11 beaufschlagt und gibt bei Bedarf im "Reheat- Betrieb" Wärme an die Luft 11 ab. Im Heizbetrieb wird der Hei zungswärmetauscher 6 mit heißem Kühlmittel 8 und die zur Hei zung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3a mit heißem Kälte mittel 5a durchströmt und mit der dem Nutzraum zuzuführenden Luft 11 beaufschlagt. Die Erwärmung der Luft 11 erfolgt erst im Heizungswärmetauscher 6 und anschließend in der zur Heizung vorgesehenen Wärmetauscheroberfläche 3a.

In Fig. 4 ist eine Verschaltung dargestellt, die die Anordnung einer zur Heizung vorgesehenen Wärmetauscheroberfläche 3a an einen Heizungswärmetauscher 6 wie in Fig. 3 beschrieben auf zeigt. Der Kompressor 9 verdichtet das Kältemittel 5a auf ein hohes Druckniveau. Nach der Drosselung durchströmt das Kälte mittel 5a im Heizungswärmetauscher 6 die für Heizzwecke vorge sehenen Kältemittelleitungen. Der Austrittszustand des Kälte mittels 5a aus dem Heizungswärmetauscher 6 wird so gewählt, daß das Kältemittel 5a überhitzt in den Kompressor 9 gelangt. Die Erwärmung der Luft 11 erfolgt erst im Heizungswärmetauscher 6 und anschließend in der zur Heizung vorgesehenen Wärmetau scheroberfläche 3a.

In Fig. 5 wird eine schematische Darstellung eines Heizungs kreislaufes 7 in seiner einfachsten Art und Weise dargestellt, der die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3a als zusätzliche Heizeinrichtung 1 dazu benutzt, das Kühlmittel 8 des konventionellen Heizkreislaufes 7 zu erwärmen. Das Kühlmit tel 8 wird von einer Pumpe 12 durch die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3a gepumpt. Die vom Kühlmittel 8 aufge nommene Wärme wird am Heizungswärmetauscher 6 an die hier vor beiströmende Luft 11 abgegeben. Die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche 3a wird, wie in den vorherigen Figuren beschrieben, von heißem Kältemittel 5a durchströmt. Das heiße Kältemittel 5a wird hierzu vom Kompressor 9 verdichtet. Die Strömungsmenge wird von einem regelbaren Ventil 4 so geregelt, daß das Kältemittel 5a nach Wärmeabgabe wieder überhitzt in den Kompressor 9 gelangt. Der dargestellte Heizkreislauf 7 ist in der beschriebenen Art nutzbar oder wird in die bestehenden Hei zungskreisläufe in Fahrzeugen integriert und unterstützt somit wirkungsvoll die üblichen Fahrzeugheizeinrichtungen.

Fig. 6 beschreibt einen Heizungskreislauf 7 wie in Fig. 5 be schrieben, wobei im Unterschied hierzu, die Menge des die zur Heizung vorgesehenen Wärmetauscheroberfläche 3a durchfließenden und damit die Wärme aufnehmenden Kühlmittels 8 mit Hilfe eines Bypass 14 erfolgt, wobei über ein regelbares Ventil 13 die Men ge des von der Pumpe 12 geförderten Kühlmittels 8 geregelt wird.

Als besonders geeignetes Kältemittel hat sich Kohlendioxid er wiesen, das gute Wärmeübertragungseigenschaften und eine hohe volumetrische Kälteleistung auch bei geringen Temperaturen und Drücken besitzt. Hierdurch ist es möglich, die gleichen Wärme mengen bei geringeren Kältemittelmassenströmen zu übertragen. Es ist umweltverträglich, nicht brennbar und nicht giftig.

Claims

1. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) für Fahrzeuge, die zum Hei zen den Klimatisierungskreislauf (2) einer Klimaanlage benutzt, wobei der Klimatisierungskreislauf (2) einen Wärmetauscher (3) und eine Expansionseinrichtung (4) aufweist, wobei die Expansi onseinrichtung (4) den Druck und damit die Temperatur des durch den Wärmetauscher (3) strömenden Kältemittels (5) regelt, dadurch gekennzeichnet, daß im Klimatisierungskreislauf (2) zur Kühlung und Heizung un terschiedliche Wärmetauscheroberflächen (3a, 3b) vorgesehen sind.

2. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wärmetausch an die Innenraumluft (11) die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche (3a) oberhalb der zur Küh lung vorgesehenen Wärmetauscheroberfläche (3b) angeordnet ist.

3. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wärmetausch an die Innenraumluft (11) die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche (3a) getrennt von der zur Kühlung vorgesehenen Wärmetauscheroberfläche (3b) angeordnet ist.

4. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche (3a) an einem mit Kühlmittel (8) betriebenen Heizungswärmetauscher (6) angeordnet ist.

5. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche (3a) im Heizkreislauf (7) integriert ist und nur bei Bedarf im Heizbe trieb mit heißem Kältemittel (5a) durchströmt wird und Wärme an die Innenraumluft (11) abgibt.

6. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Heizung im Heizkreislauf (7) integrierte Wärmetau scheroberfläche (3a) nur bei Bedarf im Heizbetrieb mit heißem Kältemittel (5a) durchströmt wird und Wärme an das Kühlmittel (8) abgibt.

7. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des durch die Wärmetauscheroberflächen (3a, 3b) strömenden Kältemittels (5a, 5b) derart geregelt ist, daß durch die Wärmetauscheroberflächen (3a, 3b) soviel Wärme abgegeben wird, daß das Kältemittel (5a, 5b) überhitzt vom Kompressor (9) angesaugt wird.

8. Zusatzheizung (1) nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durch die Wärmetauscheroberflächen (3a, 3b) strömenden Kühlmittels (5a, 5b) derart geregelt ist, daß durch die Wärmetauscheroberflächen (3a, 3b) soviel Wärme vom Kältemit tel (5a, 5b) abgegeben wird, daß das Kältemittel (5a, 5b) über hitzt vom Kompressor (9) angesaugt wird.