DE19916488A1 - Heizungsanlage - Google Patents

Abstract

Bei einer Heizungsanlage für einen Fahrzeuginnenraum mit einem Heizkreislauf, in dem ein in der Brennkraftmaschine Wärme aufnehmendes und in einem Wärmetauscher wärmeabgebendes fluidisches Wärmetransportmittel umgewälzt wird, und mit einer Steuervorrichtung zum Einstellen der den Wärmetauscher zugeführten Heizleitung stellt die Steuervorrichtung zwecks Beibehaltung des Temperaturprofils des Wärmetauschers bei allen vorgegebenen Sollwerttemperaturen im Fahrzeuginnenraum durch Zumischen von mehr oder weniger großen Mengen des Wärmetransportmittels aus dem Rücklauf vom Wärmetauscher in den Vorlauf zum Wärmetauscher die Temperatur des Wärmeübertragungsmittels entsprechend der Wärmetauscher abgeforderten Heizleistung ein und hält dabei den durch den Wärmetauscher fließende Volumenstrom des Wärmetransportmittels annähernd konstant.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage für den Fahrgastraum eines mit einer Brennkraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Heizungsanlage dieser Art (DE 41 20 390 A1) weist die Steuervorrichtung ein im Heizkreislauf vor der Umwälzpumpe angeordnetes Absperrglied auf, das seine Durchlaßöffnung in Abhängigkeit von dem im Heizkreislauf vor und hinter der Durchlaßöffnung herrschenden Druck schließt oder freigibt. Der Druck und damit der durch den Heizkreislauf fließende Volumenstrom des fluiden Wärmetransportmittels wird durch die drehzahlregelbarer Umwälzpumpe vorgegeben und somit die vom Wärmetauscher abforderbare Heizleistung eingestellt.

Bei einer Heizungsanlage für stationäre Räume (AT 395 652 B) ist im Heizkreislauf vor der Umwälzpumpe ein Vierwegewischer angeordnet, der einerseits an dem Kesselein- und -auslaß und andererseits über die Umwälzpumpe an dem Vorlauf zum und an dem Rücklauf vom Wärmetauscher angeschlossen ist. Die Steuerung des Vierwegewischers erfolgt in der Weise, daß bei einer unter einem Minimalwert liegenden Einlauftemperatur des Kessels der Mischer lediglich den Kesselauslauf mit dem Kesseleinlauf verbindet, wobei eine Verbindung hin zum Wärmetauscher unterbrochen ist. Hierdurch wird der Kessel in kurzer Zeit auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt. Liegt die Einlaßtemperatur oberhalb dieses Minimalwerts, so wird der Mischer in der Weise angesteuert, daß der Kesselauslauf mit dem Vorlauf und der Rücklauf mit dem Kesseleinlauf verbunden ist. Dabei kann entsprechend der gewünschten Aufheizung des Wärmetauschers auch eine Verbindung zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf hergestellt werden, um einen Teil des aus dem Wärmetauscher rücklaufenden Wärmetransportmittels in üblicher Weise dem Vorlauf zum Wärmetauscher zuzumischen.

Bei Heizungsanlagen für Kraftfahrzeuge wird die vom Wärmetauscher erwärmte Luft über verschiedene Luftauslässe in den Fahrzeuginnenraum eingeblasen. Zur Erzielung eines hohen Klimakomforts wird dabei eine Einstellung von Temperaturdifferenzen zwischen verschiedenen Auslässen gewünscht, beispielsweise eine Temperaturschichtung zwischen den Luftauslässen in der Mittelebene des Fahrzeuginnenraums und den Luftauslässen im Fußraum des Fahrzeuginnenraums, in dem die Temperatur höher liegen soll. Um dieses zu bewerkstelligen, ist am Wärmetauscher ein Temperaturprofil eingestellt, d. h. der Wärmetauscher ist konstruktiv so ausgelegt, daß der Wärmeübergang zwischen Wärmetransportmittel und Luft in bestimmten Wärmeaustauschbereichen des Wärmetauschers niedriger oder höher ist als in anderen Wärmeaustauschbereichen. Dies wird beispielsweise durch Einbau von Strömungseinrichtungen in den das Wärmetransportmittel führenden Teil des Wärmetauschers erreicht, die durch Turbulenzen den Wärmeübergang erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art die Heizleistung des Wärmetauschers so einzustellen, daß sein konstruktiv vorgegebenes Temperaturprofil, also die Verteilung der Wärmeleistung über die von Luft durchströmte Wärmetauscherfläche, bei unterschiedlichem Wärmebedarf im Fahrzeuginnenraum erhalten bleibt.

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

Die erfindungsgemäße Heizanlage hat den Vorteil, daß infolge des von der gewünschten Temperatur unabhängigen konstanten Volumenstroms des Wärmetransportmittels durch den Wärmetauscher der Temperaturgradient über die Wärmetauscherfläche bei sich ändernder Innenraumtemperatur erhalten bleibt und sich lediglich das Temperaturniveau entsprechend der eingestellten Temperatur des Wärmetransportmittels ändert. Bei allen im Fahrzeuginnenraum vorgewählten Temperaturen wird somit die für einen hohen Klimakomfort erforderliche räumliche Temperaturschichtung im Fahrzeuginnenraum beibehalten.

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

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die Zeichnung ein Blockschaltbild einer Heizungsanlage für ein Kraftfahrzeug.

Die in der Zeichnung im Blockschaltbild dargestellte Heizungsanlage dient zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums 10 eines Kraftfahrzeugs, das mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 11 ausgerüstet ist. An dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine ist ein Heizkreislauf 12 zum Aufheizen eines dem Fahrzeuginnenraum 10 zugeordneten Wärmetauschers 13 angeschlossen. Im Heizkreislauf 12 wird ein Wärmetransportmittel, im vorliegenden Fall das Kühlwasser der Brennkraftmaschine 11, umgewälzt, das in der Brennkraftmaschine 11 Wärme aufnimmt und in dem Wärmetauscher 13 Wärme an Luft abgibt, die durch den Wärmetauscher 13 hindurchgeblasen wird und über Luftauslässe in den Fahrzeuginnenraum 10 eintritt. Im Heizkreislauf 12 ist eine Umwälzpumpe 14 und ein Vierwegemischer 15 angeordnet. Der von einer Steuereinheit 16 gesteuerte Vierwegemischer 15 weist vier Anschlüsse 151-154 auf, von denen der erste Anschluß 151 mit dem Maschinenauslauf 17, der zweite Anschluß 152 mit dem Vorlauf 18 zum Wärmetauscher 13, der dritte Anschluß 153 mit dem Rücklauf 19 vom Wärmetauscher 13 und der vierte Anschluß 154 mit dem Maschineneinlauf 20 verbunden ist. Die Umwälzpumpe 18, die von der Steuereinheit 16 ein- bzw. ausgeschaltet wird, ist im Vorlauf 18 angeordnet. Mit der Steuereinheit 16 ist noch ein Temperatur-Sollwerteinsteller 21 verbunden, der manuell eingestellt wird und die im Fahrzeuginnenraum 10 gewünschte Temperatur vorgibt.

Wie hier im einzelnen nicht dargestellt ist, ist der Vierwegemischer 15 so ausgebildet, daß in einer Mischerendstellung der erste Anschluß 151 mit dem vierten Anschluß 154 und gleichzeitig der zweite Anschluß 152 mit dem dritten Anschluß 153 verbunden ist, daß in einer weiteren Mischerendstellung der erste Anschluß 151 mit dem zweiten Anschluß 152 und gleichzeitig der dritte Anschluß 153 mit dem vierten Anschluß 154 verbunden ist und daß in allen anderen zwischen den beiden Mischerendstellungen möglichen Zwischenstellungen einerseits der erste Anschluß 151 mit dem zweiten Anschluß 152 und dem vierten Anschluß 154 und andererseits der dritte Anschluß 153 sowohl mit dem zweiten Anschluß 152 als auch mit dem vierten Anschluß 154 verbunden ist, wobei die Öffnungsquerschnitte zwischen den einzelnen Anschlüssen 151-154 variabel einstellbar sind.

In der vorstehend genannten ersten Mischerendstellung ist der Wärmetauscher vom Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 11 abgeschaltet. Gleichzeitig mit Überführung des Vierwegemischers 15 in diese Schaltstellung schaltet die Steuereinheit 16 die Umwälzpumpe 14 ab. In der zweiten genannten Mischerendstellung fließt das fluide Wärmetransportmittel, also das Kühlwasser der Brennkraftmaschine, bei eingeschalteter Umwälzpumpe 14 über Maschinenauslauf 17, Vorlauf 18, Wärmetauscher 13, Rücklauf 19 und Maschineneinlauf 20. Das auf Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 11 aufgeheizte Kühlwasser gibt im Wärmetauscher 13 maximal Wärme ab und der Wärmetauscher 13 liefert die größtmögliche Heizleistung.

In den Zwischenstellungen zwischen diesen beiden Mischerendstellungen wird infolge entsprechender Ansteuerung des Vierwegewischers 15 durch die Steuereinheit 16 in Abhängigkeit von der am Sollwerteinsteller vorgegebenen Temperatur mehr oder weniger große Mengen des Wärmetransportmittels bzw. Kühlwassers aus dem Rücklauf 19 in den Vorlauf 18 zugemischt, wodurch die Temperatur des den Wärmetauscher 13 durchfließenden Kühlwassers mehr oder weniger abgesenkt wird. Auf diese Weise wird die im Wärmetauscher 13 zum Wärmeaustausch mit der Luft zur Verfügung stehende Wärmekapazität des Kühlwassers an die vom Sollwerteinsteller 21 vorgegebene Fahrzeuginnenraumtemperatur angepaßt und zugleich sichergestellt, daß in jedem Fall ein konstanter Volumenstrom des Kühlwassers durch den Wärmetauscher 13 fließt. Dadurch werden die im Wärmetauscher 13 vorhandenen Strömungseinrichtungen zur Erzeugung von Turbulenzen zwecks unterschiedlichem Wärmeübergang zwischen Kühlwasser und Luft in verschiedenen Wärmeübergangsbereichen des Wärmetauschers 13 zur Einstellung eines Temperaturprofils über die Wärmetauscherfläche immer gleichmäßig angeströmt, und das Temperaturprofil bleibt erhalten.

Claims (2)

1. Heizungsanlage für den Fahrzeuginnenraum (10) eines mit einer Brennkraftmaschine (11) ausgestatteten Kraftfahrzeugs, mit einem Heizkreislauf (12) zum Umwälzen eines in der Brennkraftmaschine Wärme aufnehmenden und in einem Wärmetauscher (13) Wärme abgebenden, fluidischen Wärmetransportmittels, der einen zu dem Eingang des Wärmetauschers führenden Vorlauf (18) und einen von dem Ausgang des Wärmetauschers (13) abführenden Rücklauf (19) umfaßt, mit einer im Heizkreislauf (12) angeordneten Umwälzpumpe (14) für das Wärmetransportmittel und mit einer Steuervorrichtung (15, 16) zum Einstellen der dem Wärmetauscher (13) zugeführten Heizleistung, . dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (15, 16) durch Zumischen von mehr oder weniger großen Mengen des Wärmetransportmittels aus dem Rücklauf (19) in den Vorlauf (18) die Temperatur des Wärmeübertragungsmittels entsprechend der vom Wärmetauscher (13) abgeforderten Heizleistung einstellt und dabei den durch den Wärmetauscher (13) fließenden Volumenstrom des Wärmetransportmittels annähernd konstant hält.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (15, 16) einen Vierwegewischer (15) mit vier Anschlüssen (151-154) aufweist, von denen der erste Anschluß (151) mit dem Maschinenauslauf (17), der zweite Anschluß (152) mit dem Vorlauf (18), der dritte Anschluß (153) mit dem Rücklauf (19) und der vierte Anschluß (154) mit dem Maschineneinlauf (20) verbunden ist, und daß der Vierwegemischer (15) so ausgebildet ist, daß in zwei Mischerendstellungen zum einen der erste Anschluß (151) mit dem vierten Anschluß (154) und der zweite Anschluß (152) mit dem dritten Anschluß (153) und zum anderen der erste Anschluß (151) mit dem zweiten Anschluß (152) und der dritten Anschluß (153) mit dem vierten Anschluß (154) verbunden ist und in allen anderen Zwischenstellungen einerseits der erste Anschluß (151) mit dem zweiten Anschluß (152) und dem vierten Anschluß (154) sowie andererseits der dritte Anschluß (153) mit dem vierten Anschluß (154) und dem zweiten Anschluß (152) über einstellbar große Öffnungsquerschnitte verbunden ist.