DE3819647A1 - Einrichtung zur temperierung des fahrgastraumes eines fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige, aus der DE-OS 21 01 955, B 60 H 3/04, bekannte Einrichtung bietet den Vorteil, daß der im Wege der dem Fahrgastraum zuzuführenden Frischluft oder der Umluft liegende Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher sowohl zum Aufheizen des Fahrgast­ raumes in der kalten Jahreszeit als auch zum Kühlen desselben in der heißen Jahres­ zeit benutzt werden kann. Ein Nachteil der bekannten Einrichtung ist darin zu sehen, daß sie nach dem Starten der Brennkraftmaschine erst mit Verzögerung wirksam wird. In der kalten Jahreszeit dauert es relativ lange, bis die Abwärme der Brennkraftma­ schine die Kühlflüssigkeit auf Temperaturwerte erhitzt hat, die zu einer merkbaren Wärmeabgabe im Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher führen, und in der warmen Jahreszeit muß nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine mittels des Kälteaggregats die Kühlflüssigkeitsmenge im kleinen Kühlflüssigkeitskreislauf erst auf niedrige Tempera­ turwerte gebracht werden, ehe durch Wärmeentzug im Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher eine Kühlung der für die Temperatur im Fahrgastraum verantwortlichen Luft erfolgt. Diese Verzögerung bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich: In der kalten Jahreszeit steht erst relativ lange Zeit nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine warme Luft zum Entfernen von Eis oder Beschlag auf den Scheiben zur Verfügung, und in der hei­ ßen Jahreszeit, in der bei stehendem Fahrzeug im Fahrgastraum desselben Temperatu­ ren über 70°C auftreten können, muß vor dem Einsteigen der Fahrzeuginsassen gege­ benenfalls einige Zeit gewartet werden, bis nach Öffnen von Türen, Fenstern und Schiebedach die Temperatur im Fahrgastraum auf erträgliche Werte abgesunken ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 unter Wahrung ihrer grundsätzlichen Vorteile dahingehend zu verbes­ sern, daß sofort beim Starten der Brennkraftmaschine, gegebenenfalls sogar kurz da­ vor, eine Temperierung der Luft im Fahrgastraum des Fahrzeugs erfolgt, wobei die hierzu erforderliche zusätzliche Energie die übliche Fahrzeugbatterie zumindest nicht in nennenswertem Maße belasten soll.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Un­ teransprüche.

Infolge der Verwendung eines für einen großen Temperaturbereich ausgelegten Spei­ chers als weiterer Wärmetauscher besteht die Möglichkeit, wahlweise Wärmeenergie der Kühlflüssigkeit, herrührend aus der letzten Betriebsphase der Brennkraftmaschine, oder "Kälteenergie" zu speichern, die mittels des Kälteaggregats unter Ausnutzung von So­ larenergie erzeugt worden ist. Als entsprechender Speicher kann ein Latentwärmespei­ cher verwendet werden, wie er gemäß der DE-OS 29 16 216, F 02 N 17/02, zur Erwär­ mung von Teilen einer Brennkraftmaschine vor dem Start Einsatz findet.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Ausnutzung der Solarenergie zum Be­ trieb einer Einrichtung zur Temperaturabsenkung im Fahrgastraum eines Kraftfahr­ zeugs an sich aus der DE-OS 29 52 080, B 60 H 3/0, bekannt ist. Dabei handelt es sich aber nicht um eine Einrichtung zur Temperierung im allgemeinen Sinne, also zur wahlweisen Erhöhung oder Absenkung der Temperatur, und an eine Speicherung von "Kälteenergie" im Sinne der Erfindung ist ebenfalls nicht gedacht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert.

Die nur schematisch angedeutete, da einen beliebigen bekannten Aufbau besitzende Brennkraftmaschine 1 treibt in üblicher Weise den Generator oder die Lichtmaschine 2 des Fahrzeugs an. Die kraftübertragenden Verbindungen der Brennkraftmaschine 1 zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs sowie zu Zusatzeinrichtungen sind nicht dar­ gestellt. Die Kühlmittelkanäle der Brennkraftmaschine 1 stehen über Leitungen 3 und 4 mit dem Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 5 in dem Frischluftzuführungskanal 6 zum Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs in Verbindung. Diesem Wärmetauscher 5 sind die Um­ lenkklappe 7 und der Ventilator 8 in Strömungsrichtung vorgeschaltet. Die Umlenkklappe 7 dient dazu, die mittels des Ventilators 8 und des Staudrucks im Fahrbetrieb zugeführte Frischluft wahlweise vollständig (ausgezogene Lage der Klappe 7), teilweise (Lage 7′ der Umlenkklappe) oder gar nicht über den Wärmetauscher 5 zu leiten; der verbleibende Teil der zugeführten Frischluft wird über den Kanal 9 dem Fahrzeuginnenraum als Kaltluft zugeführt.

Von den Leitungen 3 und 4 zweigt über Leitungen 10 und 11 ein kleiner Kühlflüssig­ keitskreislauf 12 ab, der eine Seite des als Speicher ausgeführten weiteren Wärmetau­ schers 13, die elektromotorische Pumpe 14, das Ventil 15 und den bereits behandelten Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 5 beinhaltet. Die andere Seite des als Speicher aus­ geführten Wärmetauschers 13 wird im Betrieb des Kälteaggregats 16 von diesem mit einem gekühlten Kältemittel beliefert.

Die Ventile 15, 17 und 18, die als Elektromagnetventile ausgeführt sind - könnten auch handbetätigt sein -, ermöglichen eine Trennung des beschriebenen kleinen Kühl­ flüssigkeitskreislaufs 12 von den Kühlkanälen in der Brennkraftmaschine 1 und auch die Abschaltung des Speichers 13, wenn Temperaturfühler 19 und 20 zumindest annähernde Gleichheit der Temperaturen der den Speicher 13 und der die Brennkraftmaschine 1 verlassenden Kühlflüssigkeitsmengen signalisieren.

Das Kälteaggregat 16, das einen bekannten Aufbau als Absorptions- oder Kompressor­ einrichtung besitzen kann, wird über den Regler 21 entweder direkt vom Solargenera­ tor 22 oder von der Pufferbatterie 23 mit elektrischer Energie versorgt. Der Solargene­ rator ist zweckmäßigerweise auf einer horizontal verlaufenden Fahrzeugfläche, also dem Dach oder einer Haube, angeordnet. Die Pufferbatterie 23 dient dazu, vom Solar­ generator 22 abgegebene elektrische Energie zu speichern. Wie bei 24 angedeutet, be­ steht grundsätzlich auch die Möglichkeit, die Pufferbatterie 23 im Betrieb der Brenn­ kraftmaschine von der Lichtmaschine 2 derselben her aufzuladen.

Betrachtet man nun die Betriebsweise der Einrichtung in der heißen Jahreszeit, so be­ findet sich im Speicher 13 im Augenblick des Startens der Brennkraftmaschine bzw. da­ vor gekühlte Kühlflüssigkeit; außerdem kann der Speicher 13 mit einem geeigneten Käl­ temittel großer Wärmekapazität gefüllt sein. Im Falle eines Latentwärmespeichers han­ delt es sich um ein Kältemittel, dessen Umwandlungspunkt für den Aggregatzustand im Nutztemperaturbetrieb für die Kühlung liegt.

Soll eine Kühlung des Fahrgastraums erfolgen, so werden die Ventile 17 und 18 geschlos­ sen und Ventil 15 geöffnet, so daß einerseits der kleine Kühlflüssigkeitskreislauf 12 so­ wohl von der Brennkraftmaschine 1 getrennt, als auch durchgeschaltet wird, und es wird gegebenenfalls vor dem Einschalten der Brennkraftmaschine die Pumpe 14 ein­ geschaltet. Demgemäß wird der Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 5 von kalter Kühl­ flüssigkeit durchströmt, wobei die Menge der kalten Kühlflüssigkeit entweder durch die gespeicherte Kühlflüssigkeitsmenge oder durch die im Kältemittel des Speichers 13 vorgesehene Wärmekapazität gegeben ist.

Ist dieses Kältepotential des Speichers 13 erschöpft, muß eine erneute "Aufladung" desselben durch das Kälteaggregat erfolgen, wozu die in der Pufferbatterie 23 gespei­ cherte Energie dem Kälteaggregat 16 zugeführt wird. Normalerweise ist in der Puffer­ batterie 23 im Solargenerator 22 erzeugte elektrische Energie gespeichert; während des Betriebs der Brennkraftmaschine kann auch die Lichtmaschine 2 zum Aufladen der Pufferbatterie 23 bzw. zur Beschleunigung des Ladevorgangs herangezogen werden.

Der Regler 21 kann verständlicherweise auch so ausgelegt sein, daß er bei ausreichen­ der Sonnenstrahlung eine direkte Belieferung des Kälteaggregats mit Energie aus dem Solargenerator 22 zuläßt.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß die Pufferbatterie 23 und das Kälteaggregat 16 re­ lativ klein ausgeführt sein können, da sie primär die Aufgabe haben, einen bei Stillstand aufgetretenen Wärmestau im Fahrgastraum des Fahrzeugs zu beseitigen. Daher kann die gesamte Kühleinrichtung relativ klein bauen und demgemäß beispielsweise unter einem Fahrzeugsitz untergebracht werden.

In der kalten Jahreszeit unterbricht der Regler 21 die Energiezufuhr zum Kälteaggregat 16; im Speicher 13 wird dann während der letzten Betriebsphase der Brennkraftmaschi­ ne 1 erhitzte Kühlflüssigkeit bzw. aus der Abwärme der Maschine 1 gewonnene Wärme­ energie in einem Kältemittel gespeichert. Auch jetzt wird beim Starten der Brennkraft­ maschine oder gegebenenfalls davor (durch Betätigen der von der Brennkraftmaschine unabhängigen Pumpe 14) der kleine Kühlkreislauf 12 wirksam gemacht, also das Ventil 15 geöffnet, und von den Kühlkanälen in der Brennkraftmaschine durch Schließen der Ventile 17 und 18 getrennt. In diesem Heizbetrieb dient der weitere Speicher 13 im Höchstfalle dazu, die Zeitspanne bis zum Vorliegen hinreichend warmer Kühlflüssigkeit infolge des Abwärmeangebots der Brennkraftmaschine 1 zu überbrücken. Sobald daher die Temperaturfühler 19 und 20 signalisieren, daß die Temperaturen der den Speicher 13 verlassenden Kühlflüssigkeit und der die Brennkraftmaschine verlassenden Kühlflüs­ sigkeit etwa gleich hoch liegen, öffnet Ventil 17, während Ventil 15 schließt und Pumpe 14 abgeschaltet wird. Ventil 18 bleibt geschlossen, so daß ein die Brennkraftmaschine 1 und den Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 5 nebst den Leitungen 3 und 4 umfassender großer Kühlflüssigkeitskreislauf 25 mit der von der Brennkraftmaschine betriebenen Pumpe 26 durchgeschaltet wird.

Ventil 18 wird erst dann geöffnet, wenn durch entsprechende Temperatur der Kühl­ flüssigkeit angezeigt wird, daß die Brennkraftmaschine 1 ihre Betriebstemperatur er­ reicht hat. Dann gibt die erhitzte Kühlflüssigkeit nach Durchsetzen des Flüssigkeits- Luft-Wärmetauschers 5 im Speicher 13 an das in diesem enthaltene Kältemittel Wärme ab, die in der beschriebenen Weise beim erneuten Start der Brennkraftmaschine oder kurz davor zur Fahrgastraumheizung abgerufen wird.

Es ist zweckmäßig, durch zumindest teilweises Umlenken der vom Ventilator 8 geför­ derten Frischluft über den Kanal 9, das heißt Einschalten der Zwischenstellung 7′ der Umlenkklappe 7, dafür zu sorgen, daß der Kühlflüssigkeit im Flüssigkeits-Luft-Wärme­ tauscher 5 nicht zuviel Wärme entzogen wird, damit im Speicher 13 möglichst viel Wär­ meenergie gespeichert wird.

Mit der Erfindung ist also eine Einrichtung zur Temperierung des Fahrgastraumes eines mit einer Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugs geschaffen, die bei einfachem Aufbau praktisch ohne Belastung der üblichen Fahrzeugbatterie und damit bereits vor dem Starten der Brennkraftmaschine je nach den äußeren Temperaturverhältnissen eine schnelle und wirksame Aufheizung oder Kühlung des Fahrgastraumes zuläßt.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Temperierung des Fahrgastraumes eines mit einer flüssigkeitsgekühl­ ten Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugs mittels zumindest eines mit Kühl­ flüssigkeit gespeisten Flüssigkeits-Luft-Wärmetauschers, der zur Erwärmung Abwärme der Brennkraftmaschine zugeführt wird und die zur Abkühlung einen weiteren Wär­ metauscher durchsetzt, der einem Kälteaggregat zugeordnet ist, und mit Ventilen zur Bildung eines von der Abwärmezufuhr getrennten, den Flüssigkeits-Luft-Wärmetau­ scher, den weiteren Wärmetauscher und eine Pumpe enthaltenden kleinen Kühlflüs­ sigkeitskreislaufs, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wärmetauscher als ther­ mischer Speicher (13) für einen sich zwischen hoher Betriebstemperatur der Kühl­ flüssigkeit und im Kühlaggregat (16) erzeugter tiefer Temperatur erstreckenden Temperaturbereich ausgebildet ist und zur Energieversorgung des Kälteaggregats (16) eine von einem Solargenerator (22) gespeiste Pufferbatterie (23) dient.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferbatterie (23) über einen Regler (21) mit dem Generator (2) des Fahrzeugs verbindbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturfühler (19, 20) zur Erzeugung von Abschaltsignalen für den Speicher (13) bei zumindest annähernder Gleichheit der Temperaturwerte der ihn verlassenden Kühlflüssigkeit und der von der Brennkraftmaschine kommenden Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.