DE2158408A1

DE2158408A1 - Anlage zum Heizen und Kühlen des Inneren von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2158408A1
Application number: DE19712158408
Authority: DE
Inventors: Nils Owe Trollhättan; Nilsson Sten Erling Sjuntorp; Pärsson (Schweden)
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1970-11-27
Filing date: 1971-11-25
Publication date: 1972-05-31
Also published as: SE357329B; FR2116114A5; IT940390B; GB1377617A

Description

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Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen

Patentanwälte ■ 4θοα Düsseldorf · Cecilienallee 76 · Telefon 43273a

Unsere Akte: 27 054 24. November 1971

SAAB-SCANIA AKTIEBOLAG, S-151 87 Södertäl.je, Schweden

"Anlage zum Heizen und Kühlen des Inneren von

Kraftfahrζ eugen"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Heizen und Kühlen des Inneren eines Fahrzeugs. Dabei handelt es sich insbesondere um Kraftfahrzeuge, deren Motor flüssigkeitsgekühlt ist.

Klimatisierung und Temperaturregelung des Innenraums eines Fahrzeugs wird üblicherweise durch einen Luftstrom bewirkt, der im Innenraum zirkuliert. Der Luftstrom tritt in das Fahrzeuginnere durch einen Einlaß für Frischluft ein und erzeugt eine Kühlwirkung, wenn die Temperatur im Fahrzeuginneren höher ist als die Temperatur der einströmenden Luft, dagegen eine Heizwirkung, wenn die Temperatur des Luftstroms höher ist als die Temperatur im Fahrzeuginnern. In diesem Zusammenhange ist es bekannt, Fahrzeuge sowohl mit Kühlsystemen als auch mit Heizsystemen auszurüsten, durch welche der Luftstrom fließt, bevor er in das Fahrzeuginnere geleitet wird. Solche Systeme sind kompliziert und setzen die Herstellungskosten des Fahrzeugs herauf. Daher werden normalerweise in Gegenden/ in denen ein kaltes oder gemäßigtes Klima herrscht, die Fahrzeuge nur mit Heizsystemen versehen, wobei dann nötigenfalls unbeheizte Frischluft als das Kühlmittel für das Fahrzeuginnere dient. Dabei ist es üblich, sofern es sich um Fahrzeuge mit flüssigkeitsgekühlten Motoren handelt, die Überschußwärme des

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Motors zum Beheizen des Fahr zeuginnern zu benutzen,,

In Gegenden mit extrem heißem Klima müssen die Fahrzeuge mit einem wirksamen Kühlsystem ausgerüstet werden, während in Gegenden, in denen sowohl mit sehr hohen als auch sehr niedrigen Temperaturen gerechnet werden muß, die Fahrzeuge sowohl ein Kühlsystem als auch eine Beheizung erfordern. In solchen Gegenden liegen aber gerade Länder mit ausgedehnter Industrie. Für diesen Zweck sind besondere Luftkühlsysteme entwickelt worden, die zur üblichen Ausrüstung des Fahrzeugs gehören, das normalerweise eine Heizanlage enthält. Dies bedeutet jedoch, daß Raum für eine Luftkühlanlage in der Ausrüstung des Fahrzeugs vorgesehen werden muß, ohne Rücksicht darauf, ob diese Anlage benutzt wird oder nicht. Aus der Art der Arbeitsweise einer solchen Anlage ergibt sich, daß sie in Nachbarschaft zu dem für den Motor vorgesehenen Raum angeordnet werden muß, also an einer Stelle, wo der Fahrzeuginnenraum besonders knapp ist. Außerdem bestehen bekannte Luftkühlsysteme aus vollständig getrennten Komponenten, die in keiner Weise mit der üblichen Heizanlage zusammenwirken. Werden im übrigen solche Kühlanlagen in das fertige Fahrzeug nachträglich eingebaut, so geschieht es oft, daß sie den Einbau und die Zugänglichkeit anderer Fahrzeugkomponenten in unerwünschter Weise beeinträchtigen,

Bs ist auch vorgeschlagen worden, Fahrzeuge mit einem kombinierten Heiz-Kühlsystem auszurüsten,, Eine derartige bekannte Anlage besteht aus einem geschlossenen, kompressorgetriebenen System mit einem eingebauten Wärmeaustauscher innerhalb des Fahrzeugs und einem Wärmeaustauscher außerhalb des Fahrzeugs. Durch Umkehrung der Richtung der Zirkulation und/oder Verwendung verschiedener Leitungen kann das Kühlmittel des Systems entweder kondensiert werden, wobei Wärme abgegeben wird, oder aber es wird verdampft,

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wobei dann Wärme im Innern des Wärmeaustauschers absorbiert wird. Die Verwendung von Systemen dieser Art ist jedoch relativ beschränkt. Sie werden daher nur in solchen Fahrzeugen verwendet, wo die Raumfrage und die Zugänglichkeit der Fahrzeugkomponenten kein so schwieriges Problem darstellt wie bei Fahrzeugen normaler Bauart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heiz- und Kühlanlage der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die in bezug auf die oben erwähnten Zwecke unter Benutzung der üblichen Fahrzeugausrüstung zum Heizen verwendbar ist und daher wesentlich weniger Raum beansprucht und wesentlich billiger ist als bekannte Systeme zum Bezeizen und Kühlen von Fahrzeugen. Dadurch ist es möglich, sowohl zum Kühlen wie zum Heizen Ventilatoren, Wärmeaustauscher, Durchlässe für die Luftverteilung, Drosselvorrichtungen, Luftaustritte, Steuereinrichtungen u„dgl. zu benutzen«, Ein erfindungsgemäß gestaltetes System läßt sich einfach einbauen und die zusätzlichen Komponenten, die das System braucht, um kühlend wirken zu können, können als Standardausrüstung oder auch als zusätzliche Ausrüstung gestaltet werden.

Die Heiz- und Kühlanlage nach der Erfindung enthält mindestens einen Wärmeaustauscher im Innern des Fahrzeugs. Ihr wesentliches Merkmal besteht darin, daß der Wärmeaustauscher so angeordnet ist, daß er entweder von einer durch die Motorwärme erhitzten, durch den Motor zirkulierenden Flüssigkeit oder von Flüssigkeit durchströmt wird, die durch den Verdampfer eines Kühlsystems bekannter Art fließt, so daß der Wärmeaustauscher nach Wahl entweder an die in das Fahrzeuginnere strömende Luft Wärme abgibt oder aus ihr Wärme absorbiert.

Ein System nach der Erfindung, das in ein Fahrzeug mit flüssigkeitsgekühltem Motor eingebaut ist, beispielsweise

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in Form einer Brennkraftmaschine, zeichnet sich dadurch aus, daß ein Heizsystem, das Wärme vom Motor erhält, in Verbindung mit dem Kühlsystem des Motors steht.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung gehören die Zufluß- und Abflußleitungen de& Wärmeaustauschers zugleich sowohl dem wärmeabsorbierenden System an, das mit dem Motor verbunden ist, als auch dem wärmeemittierenden System, das mit dem Verdampfer verbunden ist.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung eines Systems mit den Merkmalen der Erfindung_β

Das dargestellte System besteht im wesentlichen aus zwei getrennten Zirkulationssystemen, nämlich einem geschlossenen, eine Umlaufpumpe 8 enthaltenden Kühlsystem 1 für den Fahrzeugmotor 3 und einem geschlossenen Kühlsystem 2, das kompressorgetrieben ist»

Das Kühlsystem 1 enthält eine Zirkulationsleitung 4, in der Kühlflüssigkeit Überschußwärme vom Fahrzeugmotor 3 absorbiert. Die Leitung 4 ist an der Auslaßseite des Antriebsmotors 3 mit einem Thermostaten 6 angeordnet, der die Flüssigkeitszirkulation entsprechend der Flüssigkeitstemperatur steuert, während an der Einlaßseite ein Ausdehnungsgefäß 7 und die Umlaufpumpe 8 vorgesehen sind» Dieser Teil des Systems 1 ist bei flüssigkeitsgekühlten Antriebsmotoren üblich und bewirkt, daß in der Flüssigkeit enthaltene Wärme unter der Wirkung der Umlaufpumpe 8 in einen Kühler 5 gelangt, in welchem die Flüssigkeit in bekannter Weise durch einen Strom von Kaltluft gekühlt wird, bevor sie in gekühltem Zustand wieder in den Motor 3 gelangte

Ausgehend vom Motor 3 ist eine Umlaufleitung 9 vorgesehen,

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die unter der Wirkung der Umlaufpumpe 8 die Überschußwärme des Motors 3 einem Wärmeaustauscher 10 zuführte Der Wärmeaustauscher 10 ist in einem nicht gezeichneten Lufteinlaßsystem angeordnet und darin abgeschirmt. Durch dieses System wird Luft in den nicht gezeichneten Innenraum des Fahrzeugs mittels eines Gebläses 11 gefördert, das aus einem oder mehreren Ventilatoren bestehen kann. Die vom Antriebsmotor 3 erzeugte Überschußwärme wird auf diese Weise zur Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs mittels des Wärmeaustauschers 10 benutzt. Die den Wärmeaustauscher 10 durchströmende Flüssigkeit wird gekühlt und in die Leitung 9 mittels der Umlaufpumpe 8 und damit zurück in den Motor geleitet, wo sie wieder erhitzt wird. Die Umlaufpumpe 8 ist somit den beiden UmIaufleitungen 4 und 9 gleichzeitig zugeordnet, die an den Antriebsmotor 3 angeschlossen sind₀ An der Auslaßseite des. Motors 3 ist die Leitung 9 mit einem Steuerorgan versehen, beispielsweise in Form eines Hahnes 12, der den Flüssigkeitsstrom zu regeln gestattet.

Das System 1 enthält noch eine dritte Umlaufleitung 13 für die Kühlflüssigkeit. Die Leitung 13 und die Leitung 9 sind gemeinsam an den Wärmeaustauscher 10 angeschlossen. Die durch die Leitung 13 strömende Flüssigkeit wird durch einen Verdampfer 14 im Kühlsystem 2 getrieben. Eine genauere Beschreibung dieses Systems folgt weiter unten. Die Flüssigkeitsströmung in der Leitung 13 wird durch eine Umlaufpumpe 15 bewirkt, die in dem Leitungszweig liegt, der sich von der Leitung 9 zum Verdampfer 14 erstreckt. Hinter dem Verdampfer 14 ist in der Leitung 13 ein Rückschlagventil angeordnet, das den Zweck hat, Wärme führende Flüssigkeit daran zu hindern, rückwärts in den Verdampfer 14 einzudringen.

Das eigentliche Kühlsystem 2 besteht aus einem in sich geschlossenen Umlaufsystem von Leitungen 17 für ein Kältemit-

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tel. Das Kältemittel zirkuliert in dem Leitungssystem 17 unter der Wirkung eines Kompressors 18 und strömt dabei durch einen Kondensator 19, einen Flüssigkeitsbehälter 20, ein Reduzierventil 21 mit Kapillarröhren 22 und schließlich den Verdampfer 14. In dem Kühlzyklus des Systems saugt der Kompressor 18 gasförmiges Kältemittel von niedriger Temperatur aus dem Verdampfer 14 an, worauf die gleiche Gasmenge auf ein kleines Volumen komprimiert wird. Die Temperatur steigt infolgedessen an und das so erzeugte heiße Gas wird unter Druck in den Kondensator 19 übergeführt, wo es in bekannter Weise durch einen Luftstrom gekühlt wird und wieder durch Kondensieren in den flüssigen Zustand zurückkehrte Das flüssige Kältemittel fließt dann durch den Flüssigkeitsbehälter 20 zum Ventil 21, einem sogenannten Drosselventil, in welchem das Kältemittel in bekannter Weise einen Druckabfall von solcher Größe erfährt, daß die Flüssigkeit verdampft. Die während des Prozesses der Verdampfung verbrauchte Wärme wird der Umgebung des Verdampfers 14 entnommen. Das Kältemittel wird aus dem Verdampfer 14 zurück zum Kompressor 18 gesaugt, worauf der Kühlzyklus wiederholt wird.

Um den Motor 3 zu kühlen, wird die Kühlflüssigkeit durch die Umlaufpumpe veranlaßt, lediglich durch die Leitung 4 zu strömen, wenn der Wärmehahn 12 geschlossen ist. Die Heizphase des Systems wird durch Öffnen des Wärmehahnes 12 eingeleitet. Ist dies geschehen, so wird die Kühlflüssigkeit zugleich veranlaßt, durch die Leitung 9 zu strömen, und im Lüfteinlaßsystem enthaltene Luft absorbiert Wärme aus dem Wärmeaustauscher 1O₀ Das Gebläse 11 fördert die erhitzte Luft sodann in das Fahrzeuginnere. Während der Heizphase verhindert das Rückschlagventil 16, daß Flüssigkeit rückwärts durch die Leitung 13 in den Verdampfer 14 gelangt, und die abgeschaltete Umlaufpumpe 15 verhindert, daß die für Kühlzwecke bestimmte Kühlflüssigkeit durch die

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Leitung 13 strömt»

Die Kühlphase des Systems wird durch Schließen des Wärmehahns 12 eingeleitet, der die Zirkulation in der Leitung 9 unterbricht. Dies kann zweckmäßig gleichzeitig mit dem Einschalten der Umlaufpumpe 15 geschehen. Der Kompressor 18 und der Kühlzyklus im Kühlsystem 2 sollten gleichzeitig in Betrieb genommen werden, sofern das letztere nicht bereits geschehen ist. Während dieser Phase wird Kühlflüssigkeit unter der Wirkung der Umlaufpumpe 15 durch den Verdampfer 14 geleitet, wo sie Wärme abgibt, Weiter strömt sie über | das Rückschlagventil 16 durch den Wärmeaustauscher 10, wo sie Wärme aus der im Lufteinlaßsystem des Fahrzeuginneren aus der in diesem System befindlichen Luft absorbiert. Die gekühlte Luft wird durch das Gebläse 11 in das Fahrzeuginnere gefördert. Dieses System dient daher sowohl zur Zufuhr warmer Luft als auch kalter Luft,

Somit wird die Flüssigkeit, die in der hier als Beispiel dargestellten, erfindungsgemäß gestalteten Anlage in der Hauptsache dazu dient, Wärme aus dem Motor 3 abzuführen und das Fahrzeuginnere zu heizen, außerdem dazu benutzt, Wärme aus der Luft zu absorbieren, die in das Fahrzeuginnere einströmt, "

Zufolge der Tatsache, daß diese Flüssigkeit in der Kühlphase im Verdampfer 14 mittels eines im Umlauf teils flüssigen, teils gasförmigen Kältemittels gekühlt wird, ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung im Aufbau des Verdampfers 14, verglichen mit üblichen Verdampfern, die dazu dienen, die umgebende Luft direkt zu kühlen. Aufgrund dieser Tatsache können die Abmessungen des Verdampfers wesentlich kleiner gewählt werden, als es sonst möglich ist.

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Claims

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SMB-SCANIA AKTIEBOLAG, S-151 87 Södertäl.ie. Schweden

Patentansprüche;

Anlage zum Heizen und Kühlen von Kraftfahrzeugen mit flüs-

igkeitsgekühltem Motor, bestehend aus einem Heizsystem mit mindestens einem im Fahrzeuginnern angeordneten Wärmeaustauscher, der beim Heizen von der den Motor durchströmenden Kühlflüssigkeit durchflossen wird und dabei Überschußwärme vom Motor an Luft abgibt, die dem Fahrzeuginnern durch ein Gebläse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an das Heizsystem (9, 10) eine geschlossene Umlaufleitung (13) angeschlossen ist, die den Wärmeaustauscher (10) und einen Verdampfer (14) eines Kühlsystems enthält, daß ferner Schaltmittel (12) vorgesehen sind, die den Heizkreislauf (9) abzusperren gestatten und die Kühlflüssigkeit zwingen, durch die Umlaufleitung (13) und den Verdampfer (14) zu strömen und an diesen Wärme abzugeben und zugleich beim Durchströmen des Wärmeaustauschers (10) Wärme aus der durch diesen geblasenen heißen Luft zu absorbieren«,
2. "Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen und Ableitungen des Wärmeaustauschers (10) sowohl dem an den Motor (3) angeschlossenen Heizsystem (1) als auch der Umlaufleitung (13) angehören, welche die Kühlflüssigkeit durch den Verdampfer (14) leitet.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabsorbierende System auf der Auslaßseite des Motors (3) einen Wärmehahn (12) od„dgl. und auf der Einlaßseite eine Umlaufpumpe (8) enthält, und daß die den Verdampfer (14) enthaltende Umlaufleitung (13)

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auf der Einlaßseite des Verdampfers (14) eine Umlaufpumpe (15) und auf der Auslaßseite des Verdampfers (14) ein Rückschlagventil (16) enthält, das Zirkulation der Kühlflüssigkeit lediglich in Richtung vom Verdampfer (14) fort gestattet.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufpumpe (8) als Mittel zur Förderung von Kühlflüssigkeit sowohl im Heizkreis (9, 10) als auch im Motor (3) geschaltet ist.

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