DE19937949A1

DE19937949A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums

Info

Publication number: DE19937949A1
Application number: DE19937949A
Authority: DE
Inventors: Georg Habbel
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2019-08-12
Also published as: DE19937949C2

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere eines Innenraums eines Omnibusses, wobei beim Verfahren DOLLAR A - kaltes Wärmeträgermedium mit einer Temperatur unterhalb einer Raumtemperatur des Fahrzeuginnenraums bereitgestellt wird, DOLLAR A - warmes Wärmeträgermedium mit einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur des Fahrzeuginnenraums bereitgestellt wird, DOLLAR A - warmes und/oder kaltes Wärmeträgermedium mindestens einem wenigstens einen Verbraucher (50, 68) umfassenden Verbraucherkreislauf (40, 42) zugeleitet und in Wärmeaustausch mit Raumluft des Fahrzeuginnenraums gebracht wird, wobei das kalte und/oder das warme Wärmeträgermedium zunächst einen Zentralkreislauf (22) speisen, von dem ein Teilvolumenstrom des Wärmeträgermediums dem Verbraucherkreislauf (40, 42) zugeleitet wird, nach Patentanmeldung 19824516.5-16. DOLLAR A Zu Beginn des Kühlmodus speist in einem ersten Schritt im Wesentlichen nur kaltes Wärmeträgermedium den Zentralkreislauf (22), wobei dem Verbraucherkreislauf (40, 42) im Wesentlichen kein Wärmeträgermedium zugeleitet wird, und in einem zweiten Schritt wird einem ersten Verbraucherkreislauf (40, 42) erst dann Wärmeträgermedium aus dem Zentralkreislauf (22) zugeleitet, wenn letzterer eine vorbestimmte Solltemperatur erreicht hat.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere eines Innenraums eines Omnibusses, mit

- einem wenigstens einen Kälteerzeuger umfassenden Kältekreislauf,
- einem wenigstens einen Wärmeerzeuger umfassenden Heizkreislauf
- wenigstens einem Verbraucherkreislauf mit mindestens einem Wärmetauscher, dessen Wärmeträgermedium, in Strömungsverbindung mit dem Kälte- und/oder dem Heizkreislauf bringbar ist, und
- einem von Verbrauchern freien Zentralkreislauf, der von dem Kälte- und/oder dem Heizkreislauf speisbar ist, wobei der Verbraucherkreislauf aus dem Zentralkreislauf speisbar ist und ein Steuerorgan aufweist, welches ausgelegt oder einstellbar ist, einen aus dem Zentralkreislauf entnommenen Volumenstrom an Wärmeträgermedium zu steuern, nach Patentanmeldung 198 24 516.5-16.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere eines Innenraums eines Omnibusses, wobei

- kaltes Wärmeträgermedium mit einer Temperatur unterhalb einer Raumtemperatur des Fahrzeuginnenraums bereitgestellt wird,
- warmes Wärmeträgermedium mit einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur des Fahrzeuginnenraums bereitgestellt wird,
- warmes und/oder kaltes Wärmeträgermedium mindestens einem wenigstens einen Verbraucher umfassenden Verbraucherkreislauf zugeleitet und in Wärmeaustausch mit Raumluft des Fahrzeuginnenraums gebracht wird, wobei das kalte und/oder das warme Wärmeträgermedium zunächst einen Zentralkreislauf speisen, von dem ein Teilvolumenstrom des Wärmeträgermediums dem Verbraucherkreislauf zugeleitet wird, gemäß Patentanmeldung 198 24 516.5-16.

Es ist bekannt, dass der Wärmeinhalt des zu kühlenden Wärmeträgermediums proportional zu seiner Masse (bzw. Volumen), seiner spezifischen Wärmekapazität sowie seiner Temperatur ist. Hat das Wärmeträgermedium eine relativ hohe Temperatur erreicht, sei es z. B. aufgrund längerer Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug ohne Betrieb der Vorrichtung im Kühlmodus oder beim Betrieb der Vorrichtung im Heizmodus, ist demnach der Wärmeinhalt des in den verschiedenen Kreisläufen befindlichen Wärmeträgermediums ebenfalls relativ hoch. Wird in diesem Zustand der Kühlmodus aktiviert, hat dies einen hohen Wärmeeintrag in den Kältekreislauf sowie in den den Kältekreislauf kühlenden Kälteerzeuger zur Folge, was zu unerwünschten Effekten führen kann.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wärmeeintrag in den Kältekreislauf zu Beginn des Kühlmodus zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch eine elektronische Steuervorrichtung gelöst, welche das Steuerorgan des Verbraucherkreislaufs sowie ein zentrales Steuerorgan steuert, welch letzteres ausgelegt oder einstellbar ist, den Zentralkreislauf aus dem Kälte- und dem Heizkreislauf in beliebigen Mengenverhältnissen zu speisen, wobei die elektronische Steuervorrichtung dergestalt ausgelegt oder einstellbar ist, dass zu Beginn des Kühlmodus zunächst das zentrale Steuerorgan in eine Stellung bringbar ist, in der im Wesentlichen nur der Kältekreislauf in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf steht, wobei das Steuerorgan eines jeden Verbraucherkreislaufs eine Stellung einnimmt, in der die Strömungsverbindung zwischen dem Verbraucherkreislauf und dem Zentralkreislauf im Wesentlichen gesperrt ist, und anschließend bei Erreichen einer vorbestimmten Solltemperatur im Zentralkreislauf das Steuerorgan eines ersten Verbraucherkreislaufs in eine Stellung bringbar ist, in welcher der erste Verbraucherkreislauf in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf steht.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 4 sieht vor, dass zu Beginn des Kühlmodus in einem ersten Schritt im Wesentlichen nur kaltes Wärmeträgermedium den Zentralkreislauf speist, wobei dem Verbraucherkreislauf im Wesentlichen kein Wärmeträgermedium zugeleitet wird, und in einem zweiten Schritt einem ersten Verbraucherkreislauf erst dann Wärmeträgermedium aus dem Zentralkreislauf zugeleitet wird, wenn letzterer eine vorbestimmte Solltemperatur erreicht hat.

Durch die Vorrichtung und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird zu Beginn des Kühlmodus eine Kreislaufvernegelung zwischen dem Zentralkreislauf und dem mindestens einen Kühlkreislauf erreicht, so dass zunächst im Wesentlichen nur der Zentralkreislauf über den Kältekreislauf gekühlt werden muss und ein unerwünscht hoher Wärmeeintrag mittels des Wärmeträgermediums in den Kältekreislauf und über letzteren in einen den Kältekreislauf kühlenden Kälteerzeuger vermieden wird, selbst wenn zu Beginn des Kühlmodus das Wärmträgermedium eine relativ hohe Temperatur aufweist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn es sich bei dem Kälteerzeuger - wie dies bevorzugt der Fall ist - um eine Sekundärseite eines Wärmetauschers handelt, dessen Primärseite von einem Verdampfer einer Kompressionskältemaschine an sich bekannter Bauart gekühlt wird, da es hierbei unter ungünstigen Betriebsbedingungen zu einer unerwünschten Rückwirkung des Kältekreislaufs auf einen den Verdampfer, einen Kompressor und einen Kondensator aufweisenden Kältemittelkreislauf der Kompressionskältemaschine kommen kann: Bei hohem Temperaturniveau des zu kühlenden Wärmeträgermediums kommt es im Wärmetauscher zu einem intensiven Wärmeübergang auf den Kältemittelkreislauf der Kompressions kältemaschine. Ist überdies der Wärmeinhalt des insgesamt zu kühlenden Wärmeträger mediums relativ hoch, so kann die in den Kältemittelkreislauf der Kompressionskältemaschine eingebrachte Wärme zu Beginn des Kühlmodus, d. h., beim Anfahren der Kompressionskältemaschine, unter Umständen so hoch sein, dass sie nicht mehr ausreichend über den Kondensator an die Umgebung abgeführt werden kann, was letztendlich zu einer unzulässigen Druckerhöhung im Kältemittelkreislauf fuhren kann.

Bei dem Steuerorgan des mindestens einen Verbraucherkreislaufs sowie dem zentralen Steuerorgan, welches dem Zentralkreislauf zugeordnet ist, kann es sich um ein Verteiler- oder ein Mischventil handeln, wobei sich das Verteilerventil in einem Rücklauf des Verbraucher- bzw. Zentralkreislaufs und das alternativ verwendbare Mischventil in einem entsprechenden Vorlauf anordnen lässt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So ist die elektronische Steuervorrichtung vorzugsweise ausgelegt oder einstellbar, Steuerorgane weiterer Verbraucherkreisläufe dergestalt zu steuern, dass nach Schaffung der Strömungsverbindung zwischen dem ersten Verbraucherkreislauf und dem Zentralkreislauf weitere Verbraucherkreisläufe einzeln nacheinander in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf bringbar sind, sobald jeweils der Zentralkreislauf eine vorbestimmte Solltemperatur erreicht hat.

Entsprechend kann das Verfahren dahingehend weiterentwickelt werden, dass nach dem zweiten Schritt des Beginns des Kühlmodus weiteren Verbraucherkreisläufen einzeln nacheinander Wärmeträgermedium aus dem Zentralkreislauf zugeleitet wird, sobald jeweils der Zentralkreislauf eine vorbestimmte Solltemperatur erreicht hat.

Dadurch wird erreicht, dass, sofern mehrere Verbraucherkreisläufe vorhanden sind, zunächst nur ein erster Verbraucherkreislauf in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf gebracht wird. Sobald dann der Zentralkreislauf wieder eine vorbestimmte Solltemperatur, die als Eingangsgröße der elektronischen Steuervorrichtung zugeführt wird, erreicht hat, wird ein zweiter Verbraucherkreislauf in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf gebracht. Danach wird wiederum die Temperatur im Zentralkreislauf überwacht und bei Erreichen einer Solltemperatur, die im Regelfall von den vor dem Speisen des ersten und/oder zweiten Verbraucherkreislaufs zu erreichenden Solltemperaturen abweicht, ein dritter Verbraucherkreislauf mit dem Zentralkreislauf verbunden. Dies wird vorzugsweise sooft wiederholt, bis sämtliche Verbraucherkreisläufe nacheinander mit dem Zentralkreislauf verbunden sind.

Die Solltemperatur des Zentralkreislaufs vor der Zuleitung von Wärmeträgermedium zu dem ersten oder einem weiteren Verbraucherkreislauf wird insbesondere jeweils so gewählt, dass der Wärmeinhalt des nach der Zuleitung von Wärmeträgermedium zu dem jeweiligen Verbraucherkreislauf zu kühlenden Wärmeträgermediums nicht zu einer unzulässig hohen Druckerhöhung in einem Kältemittelkreislauf führt, der in Wärmeaustausch mit einem Kälteerzeuger des Kältekreislaufs steht.

Der Wärmeinhalt des zu Beginn des Kühlmodus zu kühlenden Wärmeträgermediums lässt sich weiter reduzieren, wenn das Volumen des vom Zentralkreislauf aufgenommenen Wärmeträgermediums verringert wird und insbesondere geringer ist als das Volumen an Wärmeträgermedium, welches von wenigstens einem Verbraucherkreislauf aufgenommen ist.

Nachfolgend ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Schema einer Heiz- und/oder Kühlvorrichtung für einen Innenraum eines Omnibusses zeigt.

Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, weist ein Heizkeislauf 10 einen Vorlauf 12 auf, der von zwei Wärmeerzeugern 14 und 16 mit warmem Wärmeträgermedium versorgt wird. Als Wärmeerzeuger 14 dient ein Antriebsmotor des Omnibusses, der über seinen Kühlkreislauf in den Heizkreislauf 10 eingebunden ist. Der Wärmeerzeuger 16 wird von einem unabhängig von dem Antriebsmotor zu betreibenden Zusatzheizgerät üblicher Art gebildet.

Der Vorlauf 12 des Heizkreislaufs 10 mündet über einen Zentral-Mischpunkt 18 in einen Vorlauf 20 eines Zentralkreislaufs 22, welcher ferner eine Pumpe 26 und ein Verteilerventil 28 als zentrales Steuerorgan umfasst, die beide in einem Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22 angeordnet sind. Ein Rückschlagventil 27 zwischen dem Vorlauf 20 und dem Rücklauf 24 verhindert, dass Wärmeträgermedium, bei welchem es sich um mit Frostschutzmittel versetztes Wasser handelt, vom Rücklauf 24 in den Vorlauf 20 gedrückt werden kann.

An dem Verteilerventil 28 sind eingangsseitig der Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22 sowie ausgangsseitig ein zum Wärmeerzeuger 14 führender Rücklauf 30 des Heizkreislaufs 10 und ein Rücklauf 32 eines Kältekreislaufs 34 angeschlossen. Das Verteilerventil 28 ist als 3- Wege-Motorventil ausgestaltet, welches eine Aufteilung des über den Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22 einströmenden Volumenstroms in zwei Volumenströme beliebiger Mengenverhältnisse ermöglicht. In Endlagestellung kann das Verteilerventil 28 den gesamten Volumenstrom aus dem Zentralkreislauf 22 entweder in den Rücklauf 30 des Heizkreislaufs 10 oder in den Rücklauf 32 des Kältekreislaufs 34 einspeisen.

Der Kältekreislauf 34 mündet über einen Vorlauf 38 in den Zentral-Mischpunkt 18 und umfasst einen Kälteerzeuger 36, bei dem es sich um eine Sekundärseite eines Wärmetauschers 104 handelt, dessen Primärseite von einem Verdampfer 100 einer Kompressionskältemaschine mit mehreren Leistungsstufen gekühlt wird. Der Verdampfer 100 ist Teil eines Kältemittelkreislaufs 92 der Kompressionskältemaschine, die in an sich bekannter Weise ferner einen Kompressor 94, eine Drossel 96 sowie einen Kondensator 98 umfasst.

Ab dem Zentral-Mischpunkt 18 steht im Vorlauf 20 des Zentralkreislaufs 22 ein Volumenstrom eines konditionierten Wärmeträgermediums zur Verfügung, der sich, wie oben geschildert, je nach Stellung des Verteilerventils 28 in einem beliebig vorwählbaren Mengenverhältnis aus den Volumenströmen zusammensetzt, die aus dem Vorlauf 12 des Heizkreislaufs 10 und dem Vorlauf 38 des Kältekreislaufs 34 stammen. Von dem Vorlauf 20 werden über Abzweigstellen 44 mehrere Verbraucherkeisläufe 40, von denen zwei dargestellt sind, sowie ein abgewandelter Verbraucherkreislauf 42 gespeist. Die Verbraucherkreisläufe 40 und 42 beinhalten je einen Mischpunkt 46 mit zwei Zuläufen und einem Ablauf. Ein Zulauf des Mischpunkts 46 ist an die Abzweigstelle 44 des Zentralkreislaufs 22 angeschlossen. Der Ablauf des Mischpunkts 46 steht über eine Pumpe 62 mit einem Vorlauf 48 des Verbraucherkreislaufs 40 bzw. 42 in Verbindung. Der Vorlauf 48 speist bei den Verbraucherkreisläufen 40 einen Wärmetauscher 50 und beim abgewandelten Verbraucherkreislauf 42 einen Wärmetauscher 68, wobei jedem Wärmetauscher 50, 68 ein Gebläse 52 zugeordnet ist. Von dem Wärmetauscher 50 bzw. 68 führt ein Rücklauf 54 zu einem als Verteilerventil 56 ausgebildeten Steuerorgan, welches, ebenso wie das Verteilerventil 28, ein 3-Wege-Motorventil ist und welches ausgangsseitig über eine Rückspeisestelle 60 mit dem Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22 in Verbindung steht. Eine Rückführleitung 58 zwischen dem Verteilerventil 56 und dem zweiten Zulauf des Mischpunkts 46 gestattet es, je nach Stellung des Verteilerventils 56 einen vom Rücklauf 54 abgezweigten Rückführvolumenstrom in beliebigem Mengenverhältnis mit einem von der Abzweigstelle 44 entnommenen Volumenstrom zu mischen und in den Vorlauf 48 des Verbraucherkreises 40 bzw. 42 einzuleiten. In Endlagestellung des Verteilerventils 56 kann der gesamte Volumenstrom des Rücklaufs 54 entweder in die Rückführleitung 58 oder in die Rückspeisestelle 60 geleitet werden.

Über eine Abzweigstelle 74 und eine Rückspeisestelle 76 steht ein Vorlauf 70 bzw. ein Rücklauf 72 eines sogenannten Reheatkreislaufs 64 direkt mit dem Heizkreislauf 10 in Verbindung. Ein im Reheatkreislauf 64 befindlicher Reheatwärmetauscher 66 ist mit Bezug zum Wärmetauscher 68 des Verbraucherkreislaufs 42 dergestalt angeordnet, dass das Gebläse 52 Luft des Fahrzeuginnenraums zuerst durch den Wärmetauscher 68 und danach durch den Reheatwärmetauscher 66 fördert. Ein bevorzugt intermittierend arbeitendes Ventil 78 in dem Vorlauf 70 des Reheatkreislaufs 64 dient der Regulierung des Volumenstroms an Wärmeträgermedium durch den Reheatkreislauf 64.

Da das Verteilerventil 56 die Mischung des von der Abzweigstelle 44 entnommenen Volumenstromes in beliebigem Verhältnis mit dem Rückführvolumenstrom aus der Rückführleitung 58 ermöglicht und somit in jedem der Verbraucherkreisläufe 40 eine unterschiedliche Temperatur im Vorlauf 48 erzeugt werden kann, ist es möglich, jedem Verbraucherkreislauf 40 innerhalb des Omnibusses einer anderen Klimatisierungszone zuzuordnen. Der abgewandelte Verbraucherkreislauf 42 und der Reheatkreislauf 64 werden dabei einer ausgewählten Klimatisierungszone, beispielsweise einer Frontbox im Frontbereich des Omnibusses, zugeordnet, so dass die Frontbox entweder mit entfeuchteter Luft versorgt werden oder stärker beheizt werden kann, als dies die Temperatur im Vorlauf 20 des Zentralkreislaufs 22 gestatten würde. In letzterem Fall kann, insbesondere wenn das Temperaturniveau im Vorlauf 20 des Zentralkreislaufs 22 einem Kühlbetrieb der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 entspricht, die Pumpe 62 des Verbraucherkreislaufs 42 ausgeschaltet und/oder das Verteilerventil 56 so gestellt werden, dass der gesamte Volumenstrom des Rücklaufs 54 in den Mischpunkt 46 eingespeist wird.

Selbstverständlich können auch mehr als nur ein abgewandelter Verbraucherkreislauf 42 und nur ein Reheatkreislauf 64 vorgesehen sein, wobei durchaus auch ein Reheatwärmetauscher 66 ohne Kombination mit dem Wärmetauscher 68 des Verbraucherkreislaufs 42 einer Klimatisierungszone zugeordnet sein kann. Es versteht sich ferner, dass jeder der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 sowie auch der Reheatkreislauf 64 mehrere Wärmetauscher 50, 68 bzw. 66 umfassen kann.

Die dargestellte Vorrichtung zum Heizen- und/oder Kühlen erlaubt eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebszustände, von denen nachfolgend einige ausgewählte näher erläutert werden:

a) Maximales Heizen: Das Verteilerventil 28 befindet sich in einer Endlagestellung und leitet den gesamten Volumenstrom des Rücklaufs 24 des Zentralkreislaufs 22 in den Rücklauf 30 des Heizkreislaufs 10; der Kältemittelkreislauf 92 ist nicht in Betrieb, d. h., die Kompressionskältemaschine arbeitet nicht; die Verteilerventile 56 der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 befinden sich in einer Endlagestellung und leiten den gesamten Volumenstrom des Rücklaufs 54 in den Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22. Zusätzlich kann das Ventil 78 des Reheatkeislaufs 64 vollständig geöffnet sein. Optional kann das Zusatzheizgerät als Wärmeerzeuger 16 zugeschaltet werden.
b) Maximales Kühlen: Das Verteilerventil 28 befindet sich in einer Endlagestellung und leitet den gesamten Volumenstrom des Rücklaufs 24 des Zentralkreislaufs 22 in den Rücklauf 32 des Kältekreislaufs 34; der Kälteerzeuger 36 wird über den Verdampfer 100 der Kompressionskältemaschine gekühlt; die Kompressionskältemaschine arbeitet in der höchsten Leitungsstufe; die Verteilerventile 56 der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 befinden sich in einer Endlagestellung und leiten den gesamten Volumenstrom des Rücklaufs 54 in den Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22. Zusätzlich ist das Ventil 78 des Reheatkeislaufs 64 vollständig geschlossen oder erlaubt einen geringen Volumenstrom, wenn die durch den Wärmetauscher 68 geleitete gekühlte Luft nach Abscheidung von beim Abkühlen angefallenem Kondensat zum Entfeuchten wieder erwärmt werden soll.
c) Leichtes Heizen: Das Verteilerventil 28 befindet sich in einer Zwischenstellung und leitet den größten Teil des Volumenstroms des Rücklaufs 24 des Zentralkreislaufs 22 in den Rücklauf 32 des Kältekreislaufs 34; der Kältemittelkreislauf 92 ist nicht in Betrieb; die Verteilerventile 56 der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 befinden sich in einer Zwischenstellung und leiten nur einen geringen Teil des Volumenstroms des Rücklaufs 54 in den Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22. Je geringer der individuelle Heizleistungsbedarf des jeweiligen Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 ist, um so größer ist der Anteil des Volumenstroms, der über die Rückführleitung 58 wieder in den Mischpunkt 46 zurückgeführt wird. Zusätzlich kann das Ventil 78 des Reheatkeislaufs 64 einen Volumenstrom an warmem Wärmeträgermedium zulassen, falls die Klimatisierungszone, welcher der Reheatkreislauf 64 zugeordnet ist, einen höheren Heizleistungsenergiebedarf hat, als er über den Verbraucherkreislauf 42 gedeckt werden kann.
d) Leichtes Kühlen: Das Verteilerventil 28 befindet sich in einer Endlagestellung und leitet den gesamten Volumenstrom des Rücklaufs 24 des Zentralkreislaufs 22 in den Rücklauf 32 des Kältekreislaufs 34; der Kältemittelkreislauf 92 ist in Betrieb, wobei die Kompressionskältemaschine in der kleinsten Leistungsstufe arbeitet; die Verteilerventile 56 der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 befinden sich in einer Zwischenstellung und leiten nur einen geringen Teil des Volumenstroms des Rücklaufs 54 in den Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22. Je geringer der individuelle Kühlleistungsbedarf des jeweiligen Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 ist, um so größer ist der Anteil des Volumenstroms, der über die Rückführleitung 58 wieder in den Mischpunkt 46 zurückgeführt wird. Zusätzlich kann das Ventil 78 des Reheatkeislaufs 64 einen Volumenstrom an warmem Wärmeträgermedium zulassen, falls die durch den Wärmetauscher 68 geleitete Luft nach Abscheidung von beim Abkühlen angefallenem Kondensat zum Entfeuchten wieder erwärmt werden soll.
e) Vorwärmung des kalten Antriebsmotors: Das Zusatzheizgerät ist als Wärmeerzeuger 16 zugeschaltet; das Verteilerventil 28 befindet sich in einer Endlagestellung und leitet den gesamten Volumenstrom des Rücklaufs 24 des Zentralkreislaufs 22 in den Rücklauf 30 des Heizkreislaufs 10; die Pumpen 62 der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 sind ausgeschaltet, wobei sich zusätzlich die Verteilerventile 56 der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 in einer Endlagestellung befinden können, bei welcher der Rücklauf 54 vom Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22 getrennt ist; das Ventil 78 des Reheatkeislaufs 64 ist vollständig geschlossen. Auf diese Weise wird zwar auch der Zentralkreislauf 22 erwärmt, aber die Verbraucherkreisläufe 40 und 42 entnehmen keine Heizenergie aus diesem. Alternativ kann im Rücklauf 30 des Heizkreislaufs 10 ein 3/2-Wegeventil vorgesehen werden, dessen zweiter Eingang über eine Bypassleitung mit dem Vorlauf 12 des Heizkreislaufs 10 an einer Stelle stromab des Wärmeerzeugers 16 verbunden ist. Dieses optionale 3/2-Wegeventil würde zur Motorvorwärmung so geschaltet werden, dass der gesamte Volumenstrom erwärmten Wärmeträgermediums vom Wärmeerzeuger 16 über die Bypassleitung in das 3/2-Wegeventil und von dort zum Wärmeerzeuger 14, d. h. zum Antriebsmotor des Omnibusses, geleitet wird. In diesem Falle wird das Wärmeträgermedium von einer nicht dargestellten Pumpe gefördert, die beispielsweise in das Zusatzheizgerät (Wärmeerzeuger 16) integriert ist.

Die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung wird mittels einer elektronischen Steuervorrichtung 80 gesteuert, die einen Eingang 82 und einen Ausgang 84 aufweist, wobei sowohl der Eingang 82 als auch der Ausgang 84 - je nach Funktionsumfang der elektronischen Steuervorrichtung 80 bzw. gewünschtem Bedienungskomfort - mehrkanalig ausgebildet sein können. Dabei versteht sich, dass der Eingang 82 und der Ausgang 84 über Signalleitungen und/oder berührungslos über geeignete Sende-/Empfangsvorrichtungen mittels elektromagnetischer Wellen in einem Datenaustausch mit Elementen der Vorrichtung bzw. einem Bediener stehen können. Der Eingang 82 der elektronischen Steuervorrichtung 80 steht zum einen mit einem Temperatursensor, der die Temperatur des im Zentralkreislauf 22 befindlichen Wärmeträgermediums erfasst, und zum anderen mit einer Bedieneinheit in Signalverbindung, über welche letztere ein Bediener die gewünschte Temperatur oder, bei mehreren Temperaturzonen, die gewünschte Temperaturverteilung im Fahrzeuginnenraum vorgegeben kann. Am Eingang 82 können weitere Temperatursensoren angeschlossen sein, so z. B. Sensoren zur Erfassung der Lufttemperatur außerhalb des Fahrzeugs, der Lufttemperatur verschiedener Temperaturzonen im Innenraum des Fahrzeugs, der Temperatur des Wärmeträgermediums in den Verbraucherkreisläufen 40, 42 und/oder der Temperatur des Wärmeträgermediums in dem Reheatkreislauf 64. Vorzugsweise nimmt bei jedem Verbraucherkreislauf 40 und 42 jeweils ein nicht dargestellter Temperaturfühler die Ist- Temperatur der zugehörigen Klimatisierungszone in der Nähe des Wärmetauschers 50 bzw. 68 auf.

Der Ausgang 84 der elektronischen Steuervorrichtung 80 steht in Singalverbindung mit Steuereingängen 86 der Verteilerventile 56, mit einem Steuereingang 88 des Verteilerventils 28 sowie mit einem Steuereingang 90 des Ventils 78. Mittels der Steuereingänge 86 und 88 sind die Verteilerventile 56 bzw. 28 in eine beliebige, vorbestimmte Position zwischen ihren Endlagen, einschließlich derselben, bringbar. Über den Steuereingang 90 lässt sich das Ventil 78 öffnen und schließen und durch entsprechende Vorgabe des Verhältnisses der Öffnungs- zur Schließzeit der Volumenstrom im Reheatkreislauf 64 regulieren. Des weiteren ist der Kompressor 94 der Kompressionskältemaschine von der elektronischen Steuervorrichtung 80 über einen mit dem Ausgang 84 der elektronischen Steuervorrichtung 80 verbundenen Steuereingang 102 ein- und ausschaltbar sowie zwischen verschiedenen Leistungsstufen umschaltbar.

Die elektronische Steuervorrichtung 80 steuert zum einen im Wesentlichen stationäre Betriebszustände der Heiz- und/oder Kühlvorrichtung, bei denen sich, wie zum Beispiel im Fall der oben beschriebenen Betriebszustände c) und d) (leichtes Heizen bzw. leichtes Kühlen), die Vorrichtung nach längerem Betrieb im Wesentlichen in einem vorgegebenen Arbeitspunkt befindet und nur geringe Korrekturen an den Steuereingängen 86, 88, 90 und 102 nötig sind, um im Arbeitspunkt zu verbleiben. Zum anderen übernimmt die elektronische Steuervorrichtung 80 aber auch die Steuerung von im Wesentlichen instationären Betriebszuständen, wie sie insbesondere beim "Beginn des Kühlmodus" auftreten. Um zu verhindern, dass es zu Beginn des Kühlmodus, d. h., beim Anfahren des Kompressors 94, zu einem unerwünscht hohen Wärmeeintrag mittels des Kälteerzeugers 36 in den Kältemittelkreislauf 92 und damit zu einem unzulässigen Anstieg des Drucks im Kältemittelkreislauf 92 kommt, steuert die elektronische Steuervorrichtung 80 den Beginn des Kühlmodus wie folgt:

- Erster Zeitabschnitt: Über den Steuereingang 102 wird der Kompressor 94 in Betrieb genommen, der Steuereingang 88 wird derart angesteuert, dass das Verteilerventil 28 eine Endlagestellung einnimmt, in der der gesamte Volumenstrom des Rücklaufs 24 des Zentralkreises 22 in den Rücklauf 32 des Kältekreislaufs 34 eingespeist wird, und die Steuereingänge 86 der Verteilerventile 56 aller Verbraucherkreisläufe 40, 42 werden so angesteuert, dass jeweils der gesamte Rücklauf 54 der Verbraucherkreisläufe 40, 42 in den entsprechenden Vorlauf 48 geleitet wird. Somit wird in den Zentral-Mischpunkt 18 lediglich Wärmeträgermedium aus dem Kältekreislauf 34 eingespeist und keiner der Verbraucherkreisläufe 40, 42 steht in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf 22. In diesem ersten Zeitabschnitt wird demnach lediglich der Zentralkreislauf 22 mittels des Kältekreislaufs 34 gekühlt. Der erste Zeitabschnitt ist beendet, sobald die Temperatur des Wärmeträgermediums im Zentralkreislauf 22 einen vorbestimmten ersten Sollwert erreicht hat.
- Zweiter Zeitabschnitt: Nach Erreichen des ersten Temperatursollwerts des Wärmeträgermediums im Zentralkreislauf 22 wird über die elektronische Steuervorrichtung 80 der Steuereingang 86 des Verteilerventils 56 eines ersten Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 angesteuert und das Verteilerventil 56 in eine Stellung gebracht, in der der erste Verbraucherkreislauf 40 oder 42 in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf 22 steht. Lediglich dieser eine erste Verbraucherkreislauf 40 oder 42 wird gekühlt, während in die übrigen Verbraucherkreisläufe 40 oder 42 noch kein Wärmeträgermedium aus dem Zentralkreislauf 22 eingeleitet wird. Vorzugsweise besitzt der Zentralkreislauf 22 ein Volumen an Wärmeträgermedium, welches geringer ist als dasjenige des als Erstes aus dem Zentralkreislauf 22 gespeisten Verbraucherkreislaufs 40 oder 42. Der zweite Zeitabschnitt ist beendet, sobald die Temperatur im Zentralkreislauf 22 einen vorbestimmten zweiten Sollwert erreicht hat, der von dem ersten Temperatursollwert abweichen kann.
- Dritter Zeitabschnitt: Nach Erreichen des zweiten Temperatursollwerts wird mittels der elektronischen Steuervorrichung 80 der Steuereingang 86 des Verteilerventils 56 eines zweiten Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 angesteuert und der zweite Verbraucherkreislauf 40 oder 42 aus dem Zentralkreislauf 22 gespeist. Der dritte Zeitabschnitt ist beendet, wenn der Zentralkreislauf 22 einen dritten Temperatursollwert erreicht hat, der von den ersten beiden Temperatursollwerten abweichen kann.
- Vierter bis (n + 1)-ter Zeitabschnitt (bei n Verbraucherkreisläufen): Der im dritten Zeitabschnitt durchgeführte Verfahrensablauf wird wiederholt, d. h., die weiteren Verbraucherkreisläufe 40 oder 42 werden nacheinander in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf 22 gebracht, bis alle n Verbraucherkreisläufe 40 oder 42 aus dem Zentralkreislauf 22 gespeist werden.

Da im ersten Zeitabschnitt des Beginns des Kühlkreislaufs nur der Zentralkreislauf 22 mit dem Kältekreislauf 34 in Strömungsverbindung steht, ist - auch bei zunächst relativ hoher Temperatur des Wärmeträgermediums im Zentralkreislauf 22 - aufgrund des begrenzten Volumens der Wärmeinhalt des zu kühlenden Wärmeträgermediums vergleichsweise gering und die in den Kältemittelkreislauf 92 eingebrachte Wärme kann problemlos vom Kondensator 98 abgeführt werden, ohne dass der Druck im Kältemittelkreislauf 92 auf unzulässig hohe Werte ansteigt. Der das Ende des ersten Zeitabschnitts markierende erste Temperatursollwert für den Zentralkreislauf 22 wird so gewählt, dass das zu Beginn des zweiten Zeitabschnitt erfolgende Zumischen des ersten Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 zu einem Wärmeinhalt des jetzt um das Volumen des ersten Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 vermehrten, zu kühlenden Wärmeträgermediums führt, der von der Kompressionskältemaschine noch ohne die oben beschriebenen Probleme beherrscht werden kann, d. h., insbesondere, ohne dass über den Wärmetauscher 104 mehr Wärme in den Kältemittelkreislauf 92 eingebracht wird, als über den Kondensator 98 ohne unzulässige Druckerhöhung im Kältemittelkreislauf 92 an die Umgebung abgeführt werden kann. Gleiches gilt auch hinsichtlich des prinzipiellen Vorgehens für die Wahl des zweiten und der übrigen Temperatursollwerte, wobei es sich versteht, dass zur Festlegung der tatsächlich für ein gegebenes Gesamtsystem sinnvollen Temperatursollwerte am Ende der jeweiligen Zeitabschnitte auf thermodynamische Berechnungen bzw. Simulationen und/oder auf Ergebnisse von Testfahrten und Klimakammerversuchen zurückgegriffen wird.

Sobald der letzte (d. h., der n-te) Verbraucherkreislauf 40, 42 am Ende des (n + 1)-ten Zeitabschnitts aus dem Zentralkreislauf 22 gespeist wird, ist die Steuerung des "Beginns des Kühlmodus" abgeschlossen und die elektronische Steuervorrichtung 80 schaltet in einen im Wesentlichen stationären Kühlmodus, in dessen weiteren Verlauf unzulässig hohe Drücke im Kältemittelkreislauf 92 nicht mehr vorkommen können, da der Wärmeeintrag in das Wärmeträgermedium durch die Wärmetauscher 50, 68 und die Wärmeabgabe des Kältemittelkreislaufs 92 über den Kondensator 98 an die Umgebung im Wesentlichen im Gleichgewicht stehen.

Für den Fachmann ist klar, daß zumindestens ein Teil der temperaturabhängigen Schaltschwellen für das Zuschalten von Verbraucherkreisläufen zum Zentralkreislauf auch in Form einer zeitabhängigen Schleife ausgeführt sein kann. So kann beispielsweise zum Einschaltzeitpunkt der Anlage die Temperatur in jedem der Kreisläufe ermittelt werden, wobei dann die elektronische Steuervorrichtung 80 aus der Masse des in den jeweiligen Teilkreisläufen enthaltenen Wärmeträgers, dessen spezifischer Wärmekapazität und der ermittelten Temperatur eine Zeit berechnet, die zum Abkühlen durch eine Zuspeisung aus dem Zentralkreislauf 22 benötigt wird. Insofern stellt es eine äquivalente Lösung dar, wenn die Begriffe "bei Erreichen einer vorbestimmten Solltemperatur" in den Ansprüchen 1 und 4 ersetzt wird durch "nach Ablauf einer vorbestimmten oder berechneten Zeit".

Ferner weiß der Fachmann auch, daß anstelle einer Temperatur des Zentralkreislaufes 22 auch der Druck im Kältemittelkreislauf 92 als maßgebliches Kriterium zum Zuschalten der Kreisläufe 40, 42 dienen kann.

Bezugszeichenliste

10

Heizkreislauf

12

Vorlauf (von

10

)

14

Wärmeerzeuger

16

Wärmeerzeuger

18

Zentral-Mischpunkt

20

Vorlauf (von

22

)

22

Zentralkreislauf

24

Rücklauf (von

22

)

26

Pumpe (von

22

)

27

Rückschlagventil

28

Verteilerventil (von

22

)

30

Rücklauf (von

10

)

32

Rücklauf (von

34

)

34

Kältekreislauf

36

Kälteerzeuger

38

Vorlauf (von

34

)

40

Verbraucherkreislauf

42

Verbraucherkreislauf

44

Abzweigstelle

46

Mischpunkt

48

Vorlauf (von

40

,

42

)

50

Wärmetauscher (von

40

)

52

Gebläse

54

Rücklauf (von

40

,

42

)

56

Verteilerventil (von

40

,

42

)

58

Rückführleitung

60

Rückspeisestelle

62

Pumpe (von

40

,

42

)

64

Reheatkreislauf

66

Reheatwärmetauscher

68

Wärmetauscher (von

42

)

70

Vorlauf (von

64

)

72

Rücklauf (von

64

)

74

Abzweigstelle

76

Rückspeisestelle

78

Ventil (von

65

)

80

elektronische Steuervorrichtung

82

Eingang (von

80

)

84

Ausgang (von

80

)

86

Steuereingang (von

56

)

88

Steuereingang (von

28

)

90

Steuereingang (von

78

)

92

Kältemittelkreislauf

94

Kompressor

96

Drossel

98

Kondensator

100

Verdampfer

102

Steuereingang (von

94

)

104

Wärmetauscher

Claims

1. Vorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere eines Innenraums eines Omnibusses, mit

- einem wenigstens einen Kälteerzeuger (36) umfassenden Kältekreislauf (34),
- einem wenigstens einen Wärmeerzeuger (14, 16) umfassenden Heizkreislauf (10),
- wenigstens einem Verbraucherkreislauf (40, 42) mit mindestens einem Wärmetauscher (50, 68), dessen Wärmeträgermedium in Strömungsverbindung mit dem Kälte- und/oder dem Heizkreislauf (34; 10) bringbar ist, und
- einem von Verbrauchern freien Zentralkreislauf (22), der von dem Kälte- und/oder dem Heizkreislauf (34; 10) speisbar ist, wobei der Verbraucherkreislauf (40, 42) aus dem Zentralkreislauf (22) speisbar ist und ein Steuerorgan (56) aufweist, welches ausgelegt oder einstellbar ist, einen aus dem Zentralkreislauf (22) entnommenen Volumenstrom an Wärmeträgermedium zu steuern, nach Patentanmeldung 198 24 516.5-16,

gekennzeichnet durch eine elektronische Steuervorrichtung (80), welche das Steuerorgan (56) des Verbraucherkreislaufs (40, 42) sowie ein zentrales Steuerorgan (28) steuert, welches letzteres ausgelegt oder einstellbar ist, den Zentralkreislauf (22) aus dem Kälte- und dem Heizkreislauf (34; 10) in beliebigen Mengenverhältnissen zu speisen, wobei die elektronische Steuervorrichtung (80) dergestalt ausgelegt oder einstellbar ist, dass zu Beginn des Kühlmodus zunächst das zentrale Steuerorgan (28) in eine Stellung bringbar ist, in der im Wesentlichen nur der Kältekreislauf (34) in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf (22) steht, wobei das Steuerorgan (56) eines jeden Verbraucherkreislaufs (40, 42) eine Stellung einnimmt, in der die Strömungsverbindung zwischen dem Verbraucherkreislauf (40, 42) und dem Zentralkreislauf (22) im Wesentlichen gesperrt ist, und anschließend bei Erreichen einer vorbestimmten Solltemperatur im Zentralkreislauf (22) das Steuerorgan (56) eines ersten Verbraucherkreislaufs (40, 42) in eine Stellung bringbar ist, in welcher der erste Verbraucherkreislauf (40, 42) in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf (22) steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuervorrichtung (80) ausgelegt oder einstellbar ist, Steuerorgane (56) weiterer Verbraucherkreisläufe (40, 42) dergestalt zu steuern, dass nach Schaffung der Strömungsverbindung zwischen dem ersten Verbraucherkreislauf (40, 42) und dem Zentralkreislauf (22) weitere Verbraucherkreisläufe (40, 42) einzeln nacheinander in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf (22) bringbar sind, sobald jeweils der Zentralkreislauf (22) eine vorbestimmte Solltemperatur erreicht hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des vom Zentralkreislauf (22) aufgenommenen Wärmeträgermediums geringer ist als das Volumen an Wärmeträgermedium, welches von wenigstens einem Verbraucherkreislauf (40, 42) aufgenommen ist.

4. Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere eines Innenraumes eines Omnibusses, wobei

- kaltes Wärmeträgermedium mit einer Temperatur unterhalb einer Raumtemperatur des Fahrzeuginnenraums bereitgestellt wird,
- warmes Wärmeträgermedium mit einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur des Fahrzeuginnenraums bereitgestellt wird,
- warmes und/oder kaltes Wärmeträgermedium mindestens einem wenigstens einen Verbraucher (50, 68) umfassenden Verbraucherkreislauf (40, 42) zugeleitet und in Wärmeaustausch mit Raumluft des Fahrzeuginnenraums gebracht wird, wobei das kalte und/oder das warme Wärmeträgermedium zunächst einen Zentralkreislauf (22) speisen, von dem ein Teilvolumenstrom des Wärmeträgermediums dem Verbraucherkreislauf (40, 42) zugeleitet wird, nach Patentanmeldung 198 24 516.5- 16,

dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Kühlmodus
in einem ersten Schritt im Wesentlichen nur kaltes Wärmeträgermedium den Zentralkreislauf (22) speist, wobei dem Verbraucherkreislauf (40, 42) im Wesentlichen kein Wärmeträgermedium zugeleitet wird, und
in einem zweiten Schritt einem ersten Verbraucherkreislauf (40, 42) erst dann Wärmeträgermedium aus dem Zentralkreislauf (22) zugeleitet wird, wenn letzterer eine vorbestimmte Solltemperatur erreicht hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Schritt weiteren Verbraucherkreisläufen (40, 42) einzeln nacheinander Wärmeträgermedium aus dem Zentralkreislauf (22) zugeleitet wird, sobald jeweils der Zentralkreislauf (22) eine vorbestimmte Solltemperatur erreicht hat.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Solltemperatur des Zentralkreislaufs (22) vor der Zuleitung von Wärmeträgermedium zu dem ersten oder einem weiteren Verbraucherkreislauf (40, 42) jeweils so gewählt wird, dass der Wärmeinhalt des nach der Zuleitung von Wärmeträgermedium zu dem jeweiligen Verbraucherkreislauf (40, 42) zu kühlenden Wärmeträgermediums nicht zu einer unzulässig hohen Druckerhöhung in einem Kältemittelkreislauf (92) führt, der in Wärmeaustausch mit einem Kälteerzeuger (36) des Kältekreislaufs (34) steht.