DE19855309C2 - Zusätzliche Heizeinrichtung für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zusätzliche Heizeinrichtung für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE 197 37 990 A1 wird eine zusätzliche Heizeinrichtung für Fahrzeuge beschrieben, die zur Heizung den vorhandenen Kli­ matisierungskreislauf benutzt. Hierzu strömt das Kältemittel in drei parallelen Strängen. Im Heizbetrieb zirkuliert das Käl­ temittel 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 Scheibendurchsicht.

Die Aufgabe der Erfindung ist eine zusätzliche Heizeinrichtung, die den Klimatisierungskreislauf zur Heizung nutzt, so zu ge­ stalten, daß das Beheizen oder Kühlen eines Fahrzeugs unter allen Betriebsbedingungen effizient, schnell, komfortabel und verkehrssicher 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. Außerdem wird unter nahezu allen Be­ triebszuständen des Fahrzeuges, in ausreichendem Maße und in einem weiten Bereich präzise regelbar Heiz- und Kälteleistung zur Verfügung gestellt.

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 zusätzliche 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 vorgesehenen 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 (4)

1. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) für Fahrzeuge, die zum Hei­ zen den Klimatisierungskreislauf (2) einer Klimaanlage benutzt, wobei der Klimatisierungskreislauf (2) einen Wärmetauscher (3), einen Kompressor (9) und wenigstens eine Expansionseinrichtung (4) aufweist, wobei der Kompressor (9) und die Expansionsein­ richtung (4) den Druck und damit die Temperatur des durch den Wärmetauscher (3) strömenden Kältemittels (5) regeln, wobei zur Kühlung und Heizung unterschiedliche Wärmetauscheroberflächen (3a, 3b) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck oder die Menge des durch den Wärmetauscher (3a, 3b) strömenden Kältemittels (5a, 5b) derart geregelt ist, daß über die Wärmetauscheroberflächen (3a, 3b) soviel Wärme ab­ gegeben wird, daß das Kältemittel (5a, 5b) überhitzt vom Kom­ pressor (9) angesaugt wird.

2. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Heizung vorgesehene Wärmetauscheroberfläche (3a) an einem mit Kühlmittel (8) betriebenen Heizungswärmetauscher (6) angeordnet ist, wobei zur Regelung der Überhitzung des Käl­ temittels am Eintritt des Kompressors mindestens einer der Mas­ senströme von Kältemittel und/oder Kühlmittel geregelt wird.

3. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach Anspruch 1 und 2, 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, wobei zur Regelung der Überhitzung des Kältemittels am Eintritt des Kom­ pressors der Kältemittelmassenstrom geregelt wird.

4. Zusätzliche Heizeinrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, 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, wobei zur Regelung der Überhitzung des Kältemittels am Eintritt des Kompressors mindestens einer der Massenströme von Kältemittel und/oder Kühlmittel geregelt wird.