DE19937949C2

DE19937949C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums

Info

Publication number: DE19937949C2
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: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2019-08-12
Also published as: DE19937949A1

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 Hei zen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums, insbeson dere eines Innenraums eines Omnibusses, mit

- einem wenigstens einen Kälteerzeuger umfassenden Kältekreislauf,
- einem wenigstens einen Wärmeerzeuger umfassen den Heizkreislauf
- wenigstens einem Verbraucherkreislauf mit minde stens einem Wärmetauscher, dessen Wärmeträgerme dium, 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 Zentral kreislauf speisbar ist und ein Steuerorgan aufweist, welches ausgelegt oder einstellbar ist, einen aus dem Zentralkreislauf entnommenen Volumenstrom an Wär meträgermedium zu steuern, nach Patent 198 24 516

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 Fahrzeuginnen raums bereitgestellt wird,
- warmes Wärmeträgermedium mit einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur des Fahrzeuginnen raums bereitgestellt wird,
- warmes und/oder kaltes Wärmeträgermedium min destens einem wenigstens einen Verbraucher umfas senden Verbraucherkreislauf zugeleitet und in Wärme austausch mit Raumluft des Fahrzeuginnenraums ge bracht wird, wobei das kalte und/oder das warme Wär meträgermedium zunächst einen Zentralkreislauf spei sen, von dem ein Teilvolumenstrom des Wärmeträger mediums dem Verbraucherkreislauf zugeleitet wird, gemäß Patent 198 24 516

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 Vor richtung im Kühlmodus oder beim Betrieb der Vorrichtung im Heizmodus, ist demnach der Wärmeinhalt des in den ver schiedenen Kreisläufen befindlichen Wärmeträgermediums ebenfalls relativ hoch. Wird in diesem Zustand der Kühlmo dus 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 Wär meeintrag 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 ge löst, welche das Steuerorgan des Verbraucherkreislaufs so wie ein zentrales Steuerorgan steuert, welch letzteres ausge legt oder einstellbar ist, den Zentralkreislauf aus dem Kälte- und dem Heizkreislauf in beliebigen Mengenverhältnissen zu speisen, wobei die elektronische Steuervorrichtung der gestalt ausgelegt oder einstellbar ist, dass zu Beginn des Kühlmodus zunächst das zentrale Steuerorgan in eine Stel lung bringbar ist, in der im Wesentlichen nur der Kältekreis lauf in Strömungsverbindung mit dem Zentralkreislauf steht, wobei das Steuerorgan eines jeden Verbraucherkreis laufs eine Stellung einnimmt, in der die Strömungsverbin dung zwischen dem Verbraucherkreislauf und dem Zentral kreislauf im Wesentlichen gesperrt ist, und anschließend bei Erreichen einer vorbestimmten Solltemperatur im Zentral kreislauf das Steuerorgan eines ersten Verbraucherkreislaufs in eine Stellung bringbar ist, in welcher der erste Verbrau cherkreislauf in Strömungsverbindung mit dem Zentral kreislauf 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 Verbraucherkreis lauf erst dann Wärmeträgermedium aus dem Zentralkreis lauf zugeleitet wird, wenn letzterer eine vorbestimmte Soll temperatur erreicht hat.

Durch die Vorrichtung und das Verfahren nach der vorlie genden Erfindung wird zu Beginn des Kühlmodus eine Kreislaufverriegelung zwischen dem Zentralkreislauf und dem mindestens einen Kühlkreislauf erreicht, so dass zu nächst 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 Kälte kreislauf 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 Wär metauschers handelt, dessen Primärseite von einem Ver dampfer einer Kompressionskältemaschine an sich bekann ter Bauart gekühlt wird, da es hierbei unter ungünstigen Be triebsbedingungen zu einer unerwünschten Rückwirkung des Kältekreislaufs auf einen den Verdampfer, einen Kom pressor und einen Kondensator aufweisenden Kältemittel kreislauf der Kompressionskältemaschine kommen kann: Bei hohem Temperaturniveau des zu kühlenden Wärmeträ germediums kommt es im Wärmetauscher zu einem intensi ven Wärmeübergang auf den Kältemittelkreislauf der Kom pressionskältemaschine. Ist überdies der Wärmeinhalt des insgesamt zu kühlenden Wärmeträgermediums relativ hoch, so kann die in den Kältemittelkreislauf der Kompressions kältemaschine eingebrachte Wärme zu Beginn des Kühlmo dus, d. h., beim Anfahren der Kompressionskältemaschine, unter Umständen so hoch sein, dass sie nicht mehr ausrei chend über den Kondensator an die Umgebung abgeführt werden kann, was letztendlich zu einer unzulässigen Druck erhöhung im Kältemittelkreislauf fuhren kann.

Bei dem Steuerorgan des mindestens einen Verbraucher kreislaufs sowie dem zentralen Steuerorgan, welches dem Zentralkreislauf zugeordnet ist, kann es sich um ein Vertei ler- oder ein Mischventil handeln, wobei sich das Verteiler ventil in einem Rücklauf des Verbraucher- bzw. Zentral kreislaufs und das alternativ verwendbare Mischventil in ei nem entsprechenden Vorlauf anordnen lässt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche.

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

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

Dadurch wird erreicht, dass, sofern mehrere Verbraucher kreisläufe vorhanden sind, zunächst nur ein erster Verbrau cherkreislauf in Strömungsverbindung mit dem Zentral kreislauf gebracht wird. Sobald dann der Zentralkreislauf wieder eine vorbestimmte Solltemperatur, die als Eingangs größe der elektronischen Steuervorrichtung zugeführt wird, erreicht hat, wird ein zweiter Verbraucherkreislauf in Strö mungsverbindung mit dem Zentralkreislauf gebracht. Da nach 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 Solltempe raturen abweicht, ein dritter Verbraucherkreislauf mit dem Zentralkreislauf verbunden. Dies wird vorzugsweise sooft wiederholt, bis sämtliche Verbraucherkreisläufe nacheinan der mit dem Zentralkreislauf verbunden sind.

Die Solltemperatur des Zentralkreislaufs vor der Zulei tung 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 Verbraucherkreis lauf zu kühlenden Wärmeträgermediums nicht zu einer un zulässig hohen Druckerhöhung in einem Kältemittelkreis lauf führt, der in Wärmeaustausch mit einem Kälteerzeuger des Kältekreislaufs steht.

Der Wärmeinhalt des zu Beginn des Kühlmodus zu küh lenden Wärmeträgermediums lässt sich weiter reduzieren, wenn das Volumen des vom Zentralkreislauf aufgenomme nen Wärmeträgermediums verringert wird und insbesondere geringer ist als das Volumen an Wärmeträgermedium, wel ches von wenigstens einem Verbraucherkreislauf aufgenom men ist.

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

Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, weist ein Heizkeis lauf 10 einen Vorlauf 12 auf, der von zwei Wärmeerzeugern 14 und 16 mit warmem Wärmeträgermedium versorgt wird.

Als Wärmeerzeuger 14 dient ein Antriebsmotor des Omni busses, der über seinen Kühlkreislauf in den Heizkreislauf 10 eingebunden ist. Der Wärmeerzeuger 16 wird von einem unabhängig von dem Antriebsmotor zu betreibenden Zu satzheizgerät üblicher Art gebildet.

Der Vorlauf 12 des Heizkreislaufs 10 mündet über einen Zentral-Mischpunkt 18 in einen Vorlauf 20 eines Zentral kreislaufs 22, welcher ferner eine Pumpe 26 und ein Vertei lerventil 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 wer den kann.

An dem Verteilerventil 28 sind eingangsseitig der Rück lauf 24 des Zentralkreislaufs 22 sowie ausgangsseitig ein zum Wärmeerzeuger 14 führender Rücklauf 30 des Heiz kreislaufs 10 und ein Rücklauf 32 eines Kältekreislaufs 34 angeschlossen. Das Verteilerventil 28 ist als 3-Wege-Motor ventil ausgestaltet, welches eine Aufteilung des über den Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22 einströmenden Volu menstroms in zwei Volumenströme beliebiger Mengenver hältnisse ermöglicht. In Endlagestellung kann das Verteiler ventil 28 den gesamten Volumenstrom aus dem Zentral kreislauf 22 entweder in den Rücklauf 30 des Heizkreislaufs 10 oder in den Rücklauf 32 des Kältekreislaufs 34 einspei sen.

Der Kältekreislauf 34 mündet über einen Vorlauf 38 in den Zentral-Mischpunkt 18 und umfasst einen Kälteerzeu ger 36, bei dem es sich um eine Sekundärseite eines Wärme tauschers 104 handelt, dessen Primärseite von einem Ver dampfer 100 einer Kompressionskältemaschine mit mehre ren Leistungsstufen gekühlt wird. Der Verdampfer 100 ist Teil eines Kältemittelkreislaufs 92 der Kompressionskälte maschine, die in an sich bekannter Weise ferner einen Kom pressor 94, eine Drossel 96 sowie einen Kondensator 98 um fasst.

Ab dem Zentral-Mischpunkt 18 steht im Vorlauf 20 des Zentralkreislaufs 22 ein Volumenstrom eines konditionier ten Wärmeträgermediums zur Verfügung, der sich, wie oben geschildert, je nach Stellung des Verteilerventils 28 in einem beliebig vorwählbaren Mengenverhältnis aus den Volumen strömen zusammensetzt, die aus dem Vorlauf 12 des Heiz kreislaufs 10 und dem Vorlauf 38 des Kältekreislaufs 34 stammen. Von dem Vorlauf 20 werden über Abzweigstellen 44 mehrere Verbraucherkeisläufe 40, von denen zwei darge stellt 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 Verbraucher kreislauf 42 einen Wärmetauscher 68, wobei jedem Wärme tauscher 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 Verbin dung steht. Eine Rückführleitung 58 zwischen dem Vertei lerventil 56 und dem zweiten Zulauf des Mischpunkts 46 ge stattet es, je nach Stellung des Verteilerventils 56 einen vom Rücklauf 54 abgezweigten Rückführvolumenstrom in belie bigem Mengenverhältnis mit einem von der Abzweigstelle 44 entnommenen Volumenstrom zu mischen und in den Vor lauf 48 des Verbraucherkreises 40 bzw. 42 einzuleiten. In Endlagestellung des Verteilerventils 56 kann der gesamte Volumenstrom des Rücklaufs 54 entweder in die Rückführ leitung 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 Ver bindung. Ein im Reheatkreislauf 64 befindlicher Reheatwär metauscher 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 Reheatwärmetau scher 66 fördert. Ein bevorzugt intermittierend arbeitendes Ventil 78 in dem Vorlauf 70 des Reheatkreislaufs 64 dient der Regulierung des Volumenstroms an Wärmeträgerme dium durch den Reheatkreislauf 64.

Da das Verteilerventil 56 die Mischung des von der Abzweigstelle 44 entnommenen Volumenstromes in beliebi gem Verhältnis mit dem Rückführvolumenstrom aus der Rückführleitung 58 ermöglicht und somit in jedem der Ver braucherkreisläufe 40 eine unterschiedliche Temperatur im Vorlauf 48 erzeugt werden kann, ist es möglich, jedem Ver braucherkreislauf 40 innerhalb des Omnibusses einer ande ren Klimatisierungszone zuzuordnen. Der abgewandelte Verbraucherkreislauf 42 und der Reheatkreislauf 64 werden dabei einer ausgewählten Klimatisierungszone, beispiels weise einer Frontbox im Frontbereich des Omnibusses, zu geordnet, 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 aus geschaltet und/oder das Verteilerventil 56 so gestellt wer den, dass der gesamte Volumenstrom des Rücklaufs 54 in den Mischpunkt 46 eingespeist wird.

Selbstverständlich können auch mehr als nur ein abge wandelter Verbraucherkreislauf 42 und nur ein Reheatkreis lauf 64 vorgesehen sein, wobei durchaus auch ein Reheat wärmetauscher 66 ohne Kombination mit dem Wärmetau scher 68 des Verbraucherkreislaufs 42 einer Klimatisie rungszone 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 Küh len erlaubt eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebszu stände, von denen nachfolgend einige ausgewählte näher er läutert 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 Käl temittelkreislauf 92 ist nicht in Betrieb, d. h., die Kom pressionskältemaschine arbeitet nicht; die Verteiler ventile 56 der Verbraucherkreisläufe 40 und 42 befin den sich in einer Endlagestellung und leiten den ge samten Volumenstrom des Rücklaufs 54 in den Rück lauf 24 des Zentralkreislaufs 22. Zusätzlich kann das Ventil 78 des Reheatkeislaufs 64 vollständig geöffnet sein. Optional kann das Zusatzheizgerät als Wärmeer zeuger 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 Käl teerzeuger 36 wird über den Verdampfer 100 der Kom pressionskältemaschine gekühlt; die Kompressionskäl temaschine 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 geschlos sen oder erlaubt einen geringen Volumenstrom, wenn die durch den Wärmetauscher 68 geleitete gekühlte Luft nach Abscheidung von beim Abkühlen angefalle nem Kondensat zum Entfeuchten wieder erwärmt wer den soll.
c) Leichtes Heizen: Das Verteilerventil 28 befindet sich in einer Zwischenstellung und leitet den größten Teil des Volumenstroms des Rücklaufs 24 des Zentral kreislaufs 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 Rück laufs 54 in den Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22. Je geringer der individuelle Heizleistungsbedarf des je weiligen Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 ist, um so größer ist der Anteil des Volumenstroms, der über die Rückführleitung 58 wieder in den Mischpunkt 46 zu rückgeführt wird. Zusätzlich kann das Ventil 78 des Reheatkeislaufs 64 einen Volumenstrom an warmem Wärmeträgermedium zulassen, falls die Klimatisie rungszone, 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 Käl temittelkreislauf 92 ist in Betrieb, wobei die Kompres sionskältemaschine in der kleinsten Leistungsstufe ar beitet; die Verteilerventile 56 der Verbraucherkreis läufe 40 und 42 befinden sich in einer Zwischenstel lung und leiten nur einen geringen Teil des Volumen stroms des Rücklaufs 54 in den Rücklauf 24 des Zen tralkreislaufs 22. Je geringer der individuelle Kühllei stungsbedarf des jeweiligen Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 ist, um so größer ist der Anteil des Volumen stroms, der über die Rückführleitung 58 wieder in den Mischpunkt 46 zurückgeführt wird. Zusätzlich kann das Ventil 78 des Reheatkeislaufs 64 einen Volumen strom an warmem Wärmeträgermedium zulassen, falls die durch den Wärmetauscher 68 geleitete Luft nach Abscheidung von beim Abkühlen angefallenem Kon densat zum Entfeuchten wieder erwärmt werden soll.
e) Vorwärmung des kalten Antriebsmotors: Das Zu satzheizgerät ist als Wärmeerzeuger 16 zugeschaltet; das Verteilerventil 28 befindet sich in einer Endlage stellung und leitet den gesamten Volumenstrom des Rücklaufs 24 des Zentralkreislaufs 22 in den Rücklauf 30 des Heizkreislaufs 10; die Pumpen 62 der Verbrau cherkreisläufe 40 und 42 sind ausgeschaltet, wobei sich zusätzlich die Verteilerventile 56 der Verbraucherkreis läufe 40 und 42 in einer Endlagestellung befinden kön nen, bei welcher der Rücklauf 54 vom Rücklauf 24 des Zentralkreislaufs 22 getrennt ist; das Ventil 78 des Re heatkeislaufs 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 ver bunden ist. Dieses optionale 3/2-Wegeventil würde zur Motorvorwärmung so geschaltet werden, dass der ge samte Volumenstrom erwärmten Wärmeträgermedi ums 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 bei spielsweise 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 Funkti onsumfang der elektronischen Steuervorrichtung 80 bzw. gewünschtem Bedienungskomfort - mehrkanalig ausgebil det sein können. Dabei versteht sich, dass der Eingang 82 und der Ausgang 84 über Signalleitungen und/oder berüh rungslos über geeignete Sende-/Empfangsvorrichtungen mittels elektromagnetischer Wellen in einem Datenaus tausch mit Elementen der Vorrichtung bzw. einem Bediener stehen können. Der Eingang 82 der elektronischen Steuer vorrichtung 80 steht zum einen mit einem Temperatursen sor, der die Temperatur des im Zentralkreislauf 22 befindli chen Wärmeträgermediums erfasst, und zum anderen mit ei ner 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 kön nen weitere Temperatursensoren angeschlossen sein, so z. B. Sensoren zur Erfassung der Lufttemperatur außerhalb des Fahrzeugs, der Lufttemperatur verschiedener Tempera turzonen 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 Ver braucherkreislauf 40 und 42 jeweils ein nicht dargestellter Temperaturfühler die Ist-Temperatur des zugehörigen Kli matisierungszone in der Nähe des Wärmetauschers 50 bzw. 68 auf.

Der Ausgang 84 der elektronischen Steuervorrichtung 80 steht in Singalverbindung mit Steuereingängen 86 der Ver teilerventile 56, mit einem Steuereingang 88 des Verteiler ventils 28 sowie mit einem Steuereingang 90 des Ventils 78. Mittels der Steuereingänge 86 und 88 sind die Verteilerven tile 56 bzw. 28 in eine beliebige, vorbestimmte Position zwi schen ihren Endlagen, einschließlich derselben, bringbar. Über den Steuereingang 90 lässt sich das Ventil 78 öffnen und schließen und durch entsprechende Vorgabe des Ver hältnisses der Öffnungs- zur Schließzeit der Volumenstrom im Reheatkreislauf 64 regulieren. Des weiteren ist der Kom pressor 94 der Kompressionskältemaschine von der elektro nischen 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 Ar beitspunkt zu verbleiben. Zum anderen übernimmt die elek tronische 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, steu ert 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 Ver teilerventil 28 eine Endlagestellung einnimmt, in der der gesamte Volumenstrom des Rücklaufs 24 des Zen tralkreises 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 Rück lauf 54 der Verbraucherkreisläufe 40, 42 in den ent sprechenden Vorlauf 48 geleitet wird. Somit wird in den Zentral-Mischpunkt 18 lediglich Wärmeträgerme dium aus dem Kältekreislauf 34 eingespeist und keiner der Verbraucherkreisläufe 40, 42 steht in Strömungs verbindung mit dem Zentralkreislauf 22. In diesem er sten Zeitabschnitt wird demnach lediglich der Zentral kreislauf 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 Steuer vorrichtung 80 der Steuereingang 86 des Verteilerven tils 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 Verbraucherkreis lauf 40 oder 42 wird gekühlt, während in die übrigen Verbraucherkreisläufe 40 oder 42 noch kein Wärmeträ germedium 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 Temperatur sollwert abweichen kann.
- Dritter Zeitabschnitt: Nach Erreichen des zweiten Temperatursollwerts wird mittels der elektronischen Steuervorrichung 80 der Steuereingang 86 des Vertei lerventils 56 eines zweiten Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 angesteuert und der zweite Verbraucherkreis lauf 40 oder 42 aus dem Zentralkreislauf 22 gespeist. Der dritte Zeitabschnitt ist beendet, wenn der Zentral kreislauf 22 einen dritten Temperatursollwert erreicht hat, der von den ersten beiden Temperatursollwerten abweichen kann.
- Vierter bis (n + 1)-ter Zeitabschnitt (bei n Verbrau cherkreisläufen): Der im dritten Zeitabschnitt durchge führte Verfahrensablauf wird wiederholt, d. h., die wei teren Verbraucherkreisläufe 40 oder 42 werden nach einander in Strömungsverbindung mit dem Zentral kreislauf 22 gebracht, bis alle n Verbraucherkreisläufe 40 oder 42 aus dem Zentralkreislauf 22 gespeist wer den.

Da im ersten Zeitabschnitt des Beginns des Kühlkreis laufs nur der Zentralkreislauf 22 mit dem Kältekreislauf 34 in Strömungsverbindung steht, ist - auch bei zunächst rela tiv hoher Temperatur des Wärmeträgermediums im Zentral kreislauf 22 - aufgrund des begrenzten Volumens der Wär meinhalt des zu kühlenden Wärmeträgermediums ver gleichsweise gering und die in den Kältemittelkreislauf 92 eingebrachte Wärme kann problemlos vom Kondensator 98 abgeführt werden, ohne dass der Druck im Kältemittelkreis lauf 92 auf unzulässig hohe Werte ansteigt. Der das Ende des ersten Zeitabschnitts markierende erste Temperatursoll wert für den Zentralkreislauf 22 wird so gewählt, dass das zu Beginn des zweiten Zeitabschnitt erfolgende Zumischen des ersten Verbraucherkreislaufs 40 oder 42 zu einem Wärmein halt des jetzt um das Volumen des ersten Verbraucherkreis laufs 40 oder 42 vermehrten, zu kühlenden Wärmeträgetme diums führt, der von der Kompressionskältemaschine noch ohne die oben beschriebenen Probleme beherrscht werden kann, d. h., insbesondere, ohne dass über den Wärmetau scher 104 mehr Wärme in den Kältemittelkreislauf 92 ein gebracht wird, als über den Kondensator 98 ohne unzuläs sige Druckerhöhung im Kältemittelkreislauf 92 an die Um gebung abgeführt werden kann. Gleiches gilt auch hinsicht lich des prinzipiellen Vorgehens für die Wahl des zweiten und der übrigen Temperatursollwerte, wobei es sich ver steht, dass zur Festlegung der tatsächlich für ein gegebenes Gesamtsystem sinnvollen Temperatursollwerte am Ende der jeweiligen Zeitabschnitte auf thermodynamische Berech nungen 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 Zentral kreislauf 22 gespeist wird, ist die Steuerung des "Beginns des Kühlmodus" abgeschlossen und die elektronische Steu ervorrichtung 80 schaltet in einen im Wesentlichen stationä ren 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 Abküh len durch eine Zuspeisung aus dem Zentralkreislauf 22 be nötigt wird. Insofern stellt es eine äquivalente Lösung dar, wenn die Begriffe "bei Erreichen einer vorbestimmten Soll temperatur" in den Ansprüchen 1 und 4 ersetzt wird durch "nach Ablauf einer vorbestimmten oder berechneten Zeit".

Ferner weiß der Fachmann auch, daß anstelle einer Tem peratur des Zentralkreislaufes 22 auch der Druck im Kälte mittelkreislauf 92 als maßgebliches Kriterium zum Zuschal ten 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 Strömungs verbindung mit dem Kälte- und/oder dem Heiz kreislauf (34; 10) bringbar ist, und
einem von Verbrauchern freien Zentralkreislauf (22), der von dem Kälte- und/oder dem Heizkreis lauf (34; 10) speisbar ist, wobei der Verbraucher kreislauf (40, 42) aus dem Zentralkreislauf (22) speisbar ist und ein Steuerorgan (56) aufweist, welches ausgelegt oder einstellbar ist, einen aus dem Zentralkreislauf (22) entnommenen Volu menstrom an Wärmeträgermedium zu steuern, nach Patentanmeldung 198 24 516.5-16,
gekennzeichnet durch eine elektronische Steuervor richtung (80), welche das Steuerorgan (56) des Ver braucherkreislaufs (40, 42) sowie ein zentrales Steuer organ (28) steuert, welches letzteres ausgelegt oder ein stellbar ist, den Zentralkreislauf (22) aus dem Kälte- und dem Heizkreislauf (34; 10) in beliebigen Mengen verhältnissen zu speisen, wobei die elektronische Steu ervorrichtung (80) dergestalt ausgelegt oder einstellbar ist, dass zu Beginn des Kühlmodus zunächst das zen trale 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 Verbrau cherkreislaufs (40, 42) eine Stellung einnimmt, in der die Strömungsverbindung zwischen dem Verbraucher kreislauf (40, 42) und dem Zentralkreislauf (22) im Wesentlichen gesperrt ist, und anschließend bei Errei chen einer vorbestimmten Solltemperatur im Zentral kreislauf (22) das Steuerorgan (56) eines ersten Ver braucherkreislaufs (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 gekenn zeichnet, dass die elektronische Steuervorrichtung (80) ausgelegt oder einstellbar ist, Steuerorgane (56) weite rer Verbraucherkreisläufe (40, 42) dergestalt zu steu ern, dass nach Schaffung der Strömungsverbindung zwischen dem ersten Verbraucherkreislauf (40, 42) und dem Zentralkreislauf (22) weitere Verbraucherkreis läufe (40, 42) einzeln nacheinander in Strömungsver bindung mit dem Zentralkreislauf (22) bringbar sind, sobald jeweils der Zentralkreislauf (22) eine vorbe stimmte Solltemperatur erreicht hat.

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

4. Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahr zeuginnenraums, insbesondere eines Innenraumes ei nes Omnibusses, wobei
kaltes Wärmeträgermedium mit einer Tempera tur unterhalb einer Raumtemperatur des Fahrzeu ginnenraums bereitgestellt wird,
warmes Wärmeträgermedium mit einer Tempe ratur oberhalb der Raumtemperatur des Fahrzeu ginnenraums bereitgestellt wird,
warmes und/oder kaltes Wärmeträgermedium mindestens einem wenigstens einen Verbraucher (50, 68) umfassenden Verbraucherkreislauf (40, 42) zugeleitet und in Wärmeaustausch mit Raum luft des Fahrzeuginnenraums gebracht wird, wo bei das kalte und/oder das warme Wärmeträger medium zunächst einen Zentralkreislauf (22) speisen, von dem ein Teilvolumenstrom des Wär meträgermediums dem Verbraucherkreislauf (40, 42) zugeleitet wird, nach Patentanmeldung 198 24 516.5-16,
dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Kühlmo dus
in einem ersten Schritt im Wesentlichen nur kaltes Wärmeträgermedium den Zentralkreislauf (22) speist, wobei dem Verbraucherkreislauf (40, 42) im Wesentli chen kein Wärmeträgermedium zugeleitet wird, und in einem zweiten Schritt einem ersten Verbraucher kreislauf (40, 42) erst dann Wärmeträgermedium aus dem Zentralkreislauf (22) zugeleitet wird, wenn letzte rer eine vorbestimmte Solltemperatur erreicht hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass nach dem zweiten Schritt weiteren Verbrau cherkreisläufen (40, 42) einzeln nacheinander Wärme trägermedium aus dem Zentralkreislauf (22) zugeleitet wird, sobald jeweils der Zentralkreislauf (22) eine vor bestimmte Solltemperatur erreicht hat.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, da durch gekennzeichnet, dass die Solltemperatur des Zentralkreislaufs (22) vor der Zuleitung von Wärme trägermedium zu dem ersten oder einem weiteren Ver braucherkreislauf (40, 42) jeweils so gewählt wird, dass der Wärmeinhalt des nach der Zuleitung von Wär meträgermedium zu dem jeweiligen Verbraucherkreis lauf (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.