DE2102877A1

DE2102877A1 - Heizvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2102877A1
Application number: DE19712102877
Authority: DE
Inventors: Michael 2400 Lübeck. B60s 1-34 Bonse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-01-22
Filing date: 1971-01-22
Publication date: 1972-08-10
Also published as: GB1371982A; FR2122867A5

Description

R. 169 ShAf . «_1fno„

Anlage zur

Anmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stut tp;art (Deutschland)

Heizvorrichtung;, insbesondere für ■ "

Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen, mit einem in einem geschlossenen Leitungssystem umlaufenden Wärmeübertragungsmittel, das in einem ersten Wärmetauscher Wärmeenergie der Abgase der Brennkraftmaschine aufnimmt und diese in einem zvjeiten Wärmetauscher an den Innenraum des Kraftfahrzeugs abgibt.

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Zur Regelung des Wärmeangebots im Kraftfahrzeuginnenraum ist bei einer bekannten Heizvorrichtung der genannten Art in der durch den ersten Wärmetauscher führenden Abgasleitung ein den Wärmetauscher umgehender Bypass vorgesehen. Mittels einer an der Abzweigstelle des Bypasses angeordneten Stellklappe kann die durch den Wärmetauscher strömende Abgasmenge geregelt werden. Der Wärmetauscher wird von einem Wärmeübertragungsmittel, vorzugsweise V/asser, durchströmt, das über ein Leitungssystem in einen zweiten Wärmetauscher gelangt, in dem es die im ersten aufgenommene Wärmeenergie an den zweiten Wärmetauscher durchströmende Luft abgibt, die unmittelbar dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird.

Bei einer anderen bekannten Heizvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit wassergekühlten Brennkraftmaschinen ist das Leitungssystem des Wärmeübertragungsmittels an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen. Hier durchströmt das von der Brennkraftmaschine erwärmte Kühlwasser den von den Abgasen beaufschlagten Wärmetauscher, wodurch seine Temperatur wesentlich erhöht wird, und fließt dann durch den zweiten Wärmetauscher zurück in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine. Ein unmittelbar am Ausgang des ersten Wärmetauschers im Strömungsweg des Wassers angeordneter Thermostat bewirkt eine Verstellung der Klappe des Bypasses in Abhängigkeit von der Wassertemperatur und regelt so automatisch die den Wärmetauscher durchströmende Wärmemenge.

Bei diesen Heizanlagen wird als Wärmeübertragungsmittel nicht reines Wasser, sondern ein V/asser-Glysanthin-Gemisch verwendet, um den Gefrierpunkt des Wassers herabzusetzen und so im Winter eine Beschädigung der Anlage durch gefrierendes V/asser zu vermeiden.

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Das ist jedoch insofern nachteilig, als die hohe Temperatur des Abgases, der das Wärmeübertragungsmittel im V/ärmetauscher ausgesetzt ist, eine Zersetzung des Glysanthins bewirkt, das nur bis 200⁰C beständig ist. Mit der Zersetzung des Glysanthins ist aber seine Frostschutzwirkung aufgehoben, so daß bei abgestelltem Fahrzeug die Heizanlage leicht einfrieren kann.

Außerdem ist die Regelung der Abgasmenge infolge der hohen Abgastemperatur mit einigen Schwierigkeiten verbunden. So sind A verschiedene Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, die bei einem eventuellen Hängenbleiben der Klappe im Schließzustand des Bypasses eine zu starke Erwärmung des Wärmetauschers verhindern; denn in diesem Fall würde die Erwärmung zu einer starken Druckerhöhung im Kreislauf des Wärmeübertragungsmittels führen, die unter Umständen eine Explosion der Anlage zur Folge haben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der sowohl eine Zersetzung des Frostschutzmittels im Heizkreislauf vermieden wird, als auch besondere Sicherheitsmaßnahmen gegen zu starke Erwärmung des Wärmetausehers überflüssig sind.

Diese'Aufgäbe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der erste Wärmetauscher a\is zwei hintereinandergeschalteten Strömungskammern besteht, deren eine mit dem Wärmeübertragungsmittel und deren andere mit den Abgasen in wärmeleitender Verbindung steht, und daß Kittel für einen regelbaren Luftumlauf zwischen den Kammern vorgesehen sind.

Besonders vorteilhaft ist es, zwischen den beiden Strömungskammern des Wärmetauschers ein Gebläse anzuordnen, das zusammen mit den Kammern ein geschlossenes Luftumlaufsystem bildet.

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Zur Regelung des über die Umluft erfolgenden Wärmeaustausche von den Abgasen zu dem Wärmeübertragungsmittel ist im Luftumlauf system eine verstellbare Klappe zur Ableitung der Umluft und Zuleitung von Frischluft vorgesehen.

Die Klappe wird in bekannter V/eise von einem im Strömungsweg des Wärmeübertragungsmittels angeordneten Wärmefühler gesteuert.

Dabei ist es vorteilhaft, den Wärmefühler als Dehnstoffelement auszubilden, dessen Verstellglied unmittelbar an der Klappe angreift.

In v/eiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Antrieb des Gebläses unmittelbar mit der Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Das hat den Vorteil, daß bei mit steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine zunehmender Abgasmenge, die den Wärmetauscher durchströmt, auch die die Wärme vom Wärmetauscher abführende Luftfördermenge des Gebläses zunimmt, so daß eine Überhitzung der mit den Abgasen beaufschlagten Kammer des Wärmetauschers vermieden wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die erfindungsge-Eiäße Heizvorrichtung in bekannter Weise an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen sein. Auch kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit einer der Kühlung des Kraftfahrzeuginnenraums dienenden Klimaanlage in der V/eise gekoppelt sein, daß der erste Wärme tausäier in den in bekannter V/eise aus Verdichter, Kondensator, Entspannungsventil und Verdampfer bestehenden Kreislauf des Wärmeübertragungsmittels der Klimaanlage eingeschaltet ist und daß durch Umsteuern der Umlaufrichtung des V/ärmeübertragungsmittels der Kreislauf zum Heizen verwendbar ist. Dabei kann der Wärmetauscher vorteilhaft gleichzeitig den Kondensator des Kühlkreislaufes der Klimaanlage bilden.

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In der Zeichnung ist ein Äusführungsbeispiel aer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der Vorrichtung,

Pig. 2 eine Einzelheit der Vorrichtung nach Fig. 1,

Pig. 3 die Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Pig. 2,

teilweise im Schnitt, ^

Fig. 4 die Ansicht in Richtung des Pfeiles B .j.n Fig. 2,

·' Fig. 5 eine Prinzipskizze der Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine und

Fig. 6 eine Prinzipskizze der Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Kühlkreislauf einer Klimaanlage.

Die Heizvorrichtung hat ein Leitungssystem 10, in dem ein ^ Wärmeübertragungsmittel, beispielsx^eise Wasser, durch eine ™ Pumpe 11 umgewälzt wird. In das Leitungssystem ist - in der Reihenfolge des Umlaufs des Värmeübertragungsmittels - ein erster Wärmetauscher 12, ein zweiter Wärmetauscher 13 und ein Vorratsbehälter 14 eingeschaltet. Am Värmetausiier 13/in den nichtdargestellten Innenraum des Kraftfahrzeuges bläst. Der Wärmetauscher 12 ist über die Abgasleitung 16 mit den Abgasen der Brennkraftmaschine 17 beaufschlagt, die durch den Auspuff 18 ins Freie gelangen.

Der Wärmetauscher 12. (Fig. 2 bis 4) enthält zwei nebeneinanderliegende Kammern 20 und 21, die durch einen Krümmer 22 mitein-

/ ist ein Ventilator 15 angeordnet, der Luft über _ g _ den Wärmetauscher 13

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ander verbunden sind. Auf der dem Krümmer gegenüberliegenden Seite ist zwischen dem Ausgang der Kammer 20 und dem Eingang der Kammer 21 ein Gebläse 23 angeordnet. Der Antrieb des Gebläses ist unmittelbar mit der von der Brennkraftmaschine 17 angetriebenen Lichtmaschine 19 des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Diese Kopplung kann mechanisch durch Anordnung des Gebläserades auf der Lichtmaschinenwelle oder elektrisch durch Anschluß des elektrischen Antriebsmotors des Motorgebläses unmittelbar am Spannungs-Ausgang der Lichtmaschine unter Umgehung ihres Spannungsreglers erfolgen.

Durch die Kammer 20 des Wärmetauschers 12 ist die Rohrleitung des Wärmeübertragungsmittels geführt. Unmittelbar hinter dem an den Krümmer 22 sich anschließenden Eingang der Kammer 20 hat der Mantel 12a des Wärmetauschers eine Öffnung 24. Die Öffnung ist mit einer Klappe 25 verschlossen, die um eine Achse 25a schwenkbar ist. Die Verstellung der Klappe wird durch ein Dehnstoff element 26 bewirkt, dessen Wärmefühler im Strömungsweg des Wärmeübertragungsmittel s am Ausgang des Wärmetau scher s liegt und dessen Betätigungsglied über einen Hebel 27 unmittelbar an der Klappe 25 angreift. Die Klappe ist in Abhängigkeit von der Temperatur des V/ärneübertragungsmittels in jede beliebige Stellung zwischen der völligen Abdichtung der Öffnung 24 und der in Fig. 2 gestrichelten Stellung des völligen Abschließens des Eingangs der Kammer 20 hinter der öffnung 24 schwenkbar. Bei ihrer Verstellung gibt die Klappe in dem Maße, in dem sie den Eingang der Kammer 20 abschließt, eine hinter der Schwenkachse der Klappe liegende Öffnung 24' frei, durch die das Gebläse Frischluft ansaugen kann.

In der Kammer 21 des Wärmetauschers 12 sind in Axialrichtung mit Abstand nebeneinanderliegende Rohre 28 angeordnet, die zum

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Eingang und Ausgang der Kammer hin offen sind. Die Gesamtheit der Rohre ist in einem gasdichten Mantel 29 eingeschlossen, der mit drei Einlaßstutzen 30 und mit dem Auslaßstutzen Jl für die Abgase versehen ist.

Die Wirkungsweise der Heizvorrichtung ist wie folgt: Die heißen Abgase der Brennkraftmaschine 17 treten über die Abgasleitung 16 ■ und die Einlaßstutzen 30 in den im Innern der Kammer 21 angeordneten gasdichten Hantel 29 ein, umströmen hier die Außenwände der ä Rohre 28 und gelangen durch den Auslaßstutzen 31 und den Auspuff 18 ins Freie. Die vom Gebläse 23 geförderte Luft strömt in die Rohre 28, nimmt hier ein Teil der Wärmeenergie der Abgase auf, und gelangt bei geschlossener Klappe 25 über den Krümmer 22 in die Kammer 20 des Wärmetausebers und von hier zurück zum Gebläse.

Das in dem Leitungssystem 10 umlaufende Wärmeübertragungsmittel wird im Bereich der Kammer 20 des Wärmetauschers 12 von der in der Kammer 21 erhitzten Luft aufgewärmt, strömt in den Wärmetauscher 13 und gibt hier seine Wärme an die diesen durchstroner.de Luft des Gebläses 15 ab.

Das Dehnstoffelement 26 bewirkt eine Verstellung der Klappe 25 * in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeübertragungsnittels. Bei kalten Wärmeübertragungsmittel deckt die Klappe 25 clie Öffnung 24 völlig ab. Mit steigender Temperatur schließt die Klappe 25 mehr oder weniger den Eingang der Kammer 20 und leitet die Heißluft durch die Öffnung 24 ins Freie. Gleichzeitig saugt das Gebläse die entsprechend freigegebene Öffnung 24' Frischluft an.

Auf diese Weise wird also immer wärmeabführende Luft durch die Kenner 21 geblasen, so αε-ß hier eine Überhitzung der Kanner durch die Abgase vermieden wird. Die Aufheizung des Wärmeübertragungsmittels kann im Heizbetrieb durch die automatische Verstellung der Klappe 25 mittels des Dehnstoffelementes 26 auch bei unterschiedlichem Abgpsangebot annähernd konstant gehalten v/erden.

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In Fig. 5 ist die.erfindungsgemäße Heizvorrichtung an den Kühlkreislauf einer wassergekühlten Brennkraftmaschine angeschlossen. Dies hat den Vorteil, daß die Brennkraftmaschine durch die Heizvorrichtung schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden kann und daß di.e erfindungsgemäße Heizvorrichtung nur bereits von der Brennkraftmaschine aufgewärmtes V/asser zusätzlich zu erhitzen braucht, so daß der Wärmetauscher 12 kleiner als bei der Anlage nach Fig. 1 gehalten werden kann. Der Aufbau und die Wirkungsweise dieser Anlage entspricht im übrigen der nach Fig. 1, ^jedoch kann hier der Sammelbehälter 14, dessen Funktion von dem Kühler der Brennkraftmaschine 17 übernommen wird, und die Pumpe 11 entfallen, da im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine bereits eine Pumpe 33 vorhanden ist. In Fig. 5 sind deshalb gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen.

In Fig. 6 ist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit einer Klimaanlage kombiniert. Dies hat den Vorteil, daß die Klimaanlage im Sommer zur Kühlung des Kraftfahrzeuginnenraums und bei Heizbetrieb im Winter als zusätzliche Heizung verwendet werden kann.

Im Kühlbetrieb läuft im Leitungssystem 10' ein Kältemittel, vorzugsweise Frigen, um, das in einem Verdichter 34- komprimiert wird, über einen Schieber 35 zum Umsteuern der UmIaufrichtung des Frigens in das Leitungssystem 10' gelangt, dabei zunächst die Kammer 20 des Wärmetauschers 12 durchströmt, dann einen Kondensator 36 durchläuft, in dem das Kältemittel abkühlt und über ein Entspannungsventil 37 iⁿ einen Verdampfer 38 gelangt, der den zweiten, deren Fahrzeuginnenraum zugekehrten Wärmetauscher darstellt. Hier zieht es der den Verdampfer 38 durchströmenden Luft die zu seiner Verdampfung benötigte Wärmemenge ab und gelangt über den Schieber 35 wieder in den Verdichter 34-zurück. Die Klappe 25 in der Kammer 20 des Wärmetauschers 12

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ist bei Kühlbetrieb durch einen nicht dargestellten Hebel in ihrer in Fig. 2 gestrichelten Endstellung fixiert. Das Dehnstoffelement 26 ist wirkungslos.

Zum Heizen wird der Schieber 35 in die in Fig. 6 gezeichnete Stellung gebracht, wodurch sich die UmIaufrichtung des Frigens in dem Leitungssystem 10' umkehrt. Das Ifrigen durchläuft nun den jetzt als Kondensator wirkenden V/armetauscher 38, in welchem es seine Wärmeenergie an die Luft des Fahrzeuginnenraums ^ abgibt. Dann gelangt es über ein zweites, parallel zu dem ersten Entspannungsventil 37 geschaltes Entspannungsven£il 39 in die Kammer 20 des Wärmetauschers 12, in dem es Wärmeenergie der Abgase aufnimmt, und von hier über den wirkungslosen Kondensator zurück zum Verdichter 34. Den Entspannungsventilen 37 und 39 sind in UmIaufrichtung des Frigens je ein Rückschlagventil 40 bzw. 41 nachgeordnet, die nur je eine UmIaufrichtung zulassen. Die Wirkungsweise der Anlage im Heizbetrieb entspricht der der Heizvorrichtung nach Fig. 1.

Wie in Fig. 6 gestrichelt angedeutet, können der Wärmetauscher und der Kondensator 36 zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden. J Dabei kann der Wärmtauscher 12 im Kühlbetrieb vollständig die Funktion des Kondensators übernehmen, die Klappe 25 iauß jedoch in der in Fig. 2 gestrichelten Endposition fixiert werden.

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Claims

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Stuttgart 2o.1.1971

Ansprüche

Heizvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen, mit einem in einem geschlossenen Leitungssystem umlaufenden Wärmeübertragungsmittel, das in einem ersten Wärmetauscher Wärmeenergie der Abgase der Brennkraftmaschine aufnimmt und diese in einem zweiten Wärmetauscher an den Innenraum des Kraftfahrzeugs abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher (12) aus zwei hintereinander geschalteten Strömungskammern (20, 21) besteht, deren eine mit dem Wärmeübertragungsmittel und deren andere mit den Abgasen in wärmeleitender Verbindung steht, und daß Mittel für einen regelbaren Luftumlauf zwischen den Kammern vorgesehen sind.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zxtfischen den beiden Strömungskammern (20, 21) des Wärmetauschers (12) ein Gebläse (23) angeordnet ist, das zusammen mit den Kammern ein geschlossenes TJmI auf system bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftumlaufsystem eine verstellbare Klappe (25) zur Ableitung der Umluft und Zuleitung von Frischluft vorgesehen ist.

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4-, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (23) in Luftumlaufrichtung zwischen dem Ausgang der ersten, vom Wärmeübertragungsmittel durchströmten Kammer (20) und dem Eingang der zweiten, von den Abgasen erwärmten Kammer (21) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4·, dadurch gekennzeichnet, % daß die Klappe (25) sm Eingang der ersten Strömungskammer

(20) schwenkbar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5i dadiirch gekennzeichnet, daß die Klappe (25) zwischen zwei Endpositionen, in denen sie den Eingang der ersten Strömungskammer (20) völlig freigibt bzw. abschließt, in jede beliebige Stellung schwenkbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (25) in dem Maße, in dem sie den Eingang der ersten Strömungskammer (20) abschließt, eine Luftansaugöffnung (24-¹) des Gebläses (23) freigibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 5 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (25) von einem im Strömungsweg des Wärmeübertragungsmittel angeordneten Wärmefühler gesteuert ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmefühler als Dehnstoffelement (26) ausgebildet ist, dessen Verstellglied unmittelbar an der Klappe (25) angreift.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4-, dadurch gekennzeichnet,

daß der Antrieb des Gebläses (23) mit der Lichtnaschine (19) der Brennkraftmaschine gekoppelt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläserad auf der Welle der Lichtmaschine sitzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Antriebsmotor des Gebläses (23) unter Umgehung des Spannungsreglers unmittelbar am Spannungs-Ausgang der Lichtmaschine (19) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehendenden Ansprüche, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit wassergekühlten Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem des v.^:ärmeübertragungsEiittels in bekannter V/eise an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß'der erste Wärmetauscher in den in bekannter V/eise aus Verdichter, Kondensator, Entspannungs-Tentil und Verdampfer bestehenden Kreislauf des Wärmeübertragungsmittel s einer der Kühlung des Kraftfahrzeug-. Innenraums dienenden Anlage eingeschaltet ist und daß durch Umsteuern der UmIaufrichtung des Wärmeübertragmittels der Kreislauf zum Heizen verwendbar ist.

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