DE4013043A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung unterschiedlich warmer teilstroeme mit nur einem waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen mehrerer in ihrer Intensität und Temperatur einstellbarer Ausgangsströme eines Fluids aus einem gemeinsamen Eingangsstrom, für den nur ein Beschleunigungselement zur Verfügung steht sowie nur ein Element zum Verändern der Temperatur.

Bei dem Fluidstrom kann es sich je nach Anwendungsfall um eine Flüssigkeit oder um ein Gas handeln, wobei ein zahlenmäßig sehr häufiger Anwendungsfall die Erwärmung von Luft für Luftheizungen ist.

Anstelle einer Heizungsanlage kann es sich dabei jedoch auch ohne weiteres um eine Kühlanlage handeln, in diesem Fall hätte der Eingangsstrom eine höhere Temperatur als die Ausgangsströme. Bei dem Element zur Temperaturveränderung wird es sich in aller Regel um einen Wärmetauscher handeln, der je nach Anwendungsfall - also Heizung oder Kühlung - von einem wärmeren oder kälteren Medium als der Eingangsstrom des Fluids durchflossen wird.

Handelt es sich bei dem Arbeitsmedium um Luft, so hält sich der bauliche Aufwand für die Handhabung der Eingangs- und Ausgangsströme in Grenzen, da diese gegenüber der Umgebung weder vollständig dicht noch übermäßig stabil ausgebildet sein müssen, um die Ausgangsströme der Luft an die gewünschten Stellen zu transportieren. Gegenüber diesen einfach zu gestaltenden Strömungskanälen ist jedoch der finanzielle Aufwand beispielsweise für Wärmetauscher relativ hoch, so daß man bestrebt sein wird, mit nur einem Wärmetauscher auszukommen und auch die Anzahl der anderen Komponenten eines solchen Heizungs- oder Kühlungssystems, die vergleichsweise kostenintensiv sind, gering zu halten. Es handelt sich dabei vor allem um das Beschleunigungselement, im Falle von Luft als Strömungsmedium meist ein Gebläse, und die notwendigen mechanisch einstellbaren Teile, wie einstellbare Klappen etc., mittels deren die Intensität des jeweiligen Stromes geregelt wird.

Schickt man den gesamten Eingangsstrom des Fluids durch den einzigen vorhandenen Wärmetauscher oder ein anderes Element zur Temperaturbeeinflussung, so wird der gesamte Massenstrom des Eingangsstromes hierdurch in seiner Temperatur verändert. Wird dieser in seiner Temperatur veränderte Eingangsstrom anschließend in Teilströme aufgeteilt, so läßt sich lediglich deren Intensität durch Öffnen oder Schließen von eingebauten Drosselstellen, den sogenannten Stellgliedern verändern, nicht jedoch deren Temperatur, die bereits vor dem Abzweigen verändert wurde.

Die Temperaturbeeinflussung des Eingangsstromes hängt natürlich von der Leistung des Wärmetauschers ab. Bei einem permanent mit gleicher Temperatur durchströmten Wärmetauscher läßt sie sich nur dadurch steuern, daß ein regelbarer Anteil des Eingangsstromes den Wärmetauscher durchläuft und der Rest des Eingangsstromes am Wärmetauscher unbeeinflußt vorbeifließt. Durch ein Mischen dieser beiden Anteile des Eingangsstromes hinter dem Wärmetauscher wird ein Mittelwert der Temperatur abhängig vom prozentualen Wert der Anteile erreicht, und diese resultierende Temperatur haben auch die in ihrer Intensität beeinflußbaren Ausgangsströme.

Oft stellt sich jedoch das Problem, daß trotz der beschriebenen Elementekonstellation bei den Ausgangsströmen nicht nur deren Intensität, sondern auch deren Temperatur separat einstellbar sein soll.

Handelt es sich bei der Anlage um eine Heizungsanlage, so ist selbstverständlich die maximale Temperatur eines Ausgangsstromes auf den Wert beschränkt, den man bei Durchlaufen des Eingangsstromes durch den Wärmetauscher erzielen kann, also ohne Zumischung nicht erwärmter Anteile des Eingangsstromes. Die unterste erreichbare Temperatur des Ausgangsstromes ist die Temperatur des Eingangsstromes selbst.

Umgekehrt sind die Verhältnisse bei einer Kühlungsanlage, wo die Maximaltemperatur die Temperatur des Eingangsstromes ist und die Minimaltemperatur die des Eingangsstromes nach Durchlaufen des Elements zur Wärmeveränderung.

Je nach Anwendungsfall wird es von den Ausgangsströmen einige geben, die mit der Temperatur des insgesamt temperaturveränderten Eingangsstromes betrieben werden sollen, und bei denen die Veränderung der Intensität ausreichend ist. Diese Ausgangsströme werden nach der insgesamten Temperaturveränderung vom Eingangsstrom abgezweigt und enthalten veränderbare Drosselstellen zur Einstellung der Intensität des Massenstromes dieser Ausgangsströme.

Bei einem Heizungssystem können diese Ausgangsströme die Ströme darstellen, die mit der höchsten Temperatur arbeiten müssen, so daß also die Erwärmung des gesamten Eingangsstromes auf die höchste, an den Ausgangsströmen gewünschte Temperatur eingestellt werden muß. Diejenigen Ausgangsströme, die mit niedrigeren Temperaturen betrieben werden sollen, werden mit Teilströmen des in seiner Temperatur noch nicht veränderten Eingangsstromes gemischt, wobei die Intensität dieses vor der Wärmebeeinflussung aus dem Eingangsstrom entnommenen Teilstromes beeinflußt werden kann, wodurch die Temperatur des jeweiligen Ausgangsstromes einstellbar ist. Dessen Intensität ist durch die Veränderung der beiden Teilströme des Ausgangsstromes, die vor bzw. nach der Temperaturveränderung aus dem Eingangsstrom abgezweigt wurden, regelbar.

Eine andere Lösung besteht darin, die insgesamte Erwärmung des Eingangsstromes nach der niedrigsten gewünschten Temperatur eines Ausgangsstromes zu regeln und den Ausgangsströmen, für die eine höhere Temperatur gewünscht ist, jeweils einen Teilstrom zu überlagern bzw. den Ausgangsstrom durch einen solchen Teilstrom zu ersetzen, der dem Anteil des Eingangsstromes entnommen wurde, welcher durch einen Wärmetauscher oder ein ähnliches Element in seiner Temperatur beeinflußt wurde.

Die beschriebene Vorgehensweise kehrt sich bei Betrieb einer Kühlungsanlage in ihren Vorzeichen entsprechend um.

Dabei ist es nebensächlich, durch welche Art von Bauelement die Temperaturbeeinflussung des Eingangsstromes bzw. eines Teilstromes des Eingangsstromes geschieht. Es kann sich dabei, wie beschrieben, um einen Wärmetauscher oder ein anderes Element mit gleicher Zielsetzung handeln. Falls der Wärmetauscher ständig mit einem Medium durchflossen wird, dessen Temperatur und Massenstrom nicht gesteuert werden kann, so geschieht die Temperaturregelung des Eingangsstromes dadurch, daß der Anteil des Eingangsstromes, der durch den Wärmetauscher beeinflußt wird, gesteuert wird, so daß sich nach Vermischen mit dem nicht-beeinflußten Anteil die gewünschte Endtemperatur des Eingangsstromes ergibt.

Ebenso kann natürlich der Wärmetauscher ständig vom gesamten Eingangsstrom durchlaufen werden, wobei dann allerdings Temperatur oder Massenstrom oder beides des den Wärmetauscher versorgenden Mediums gesteuert werden muß.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, bei dem ein Eingangsstrom, welcher mit nur einem Element zur Temperaturveränderung und einem Beschleunigungselement beaufschlagt wird, dennoch Ausgangsströme unterschiedlicher Intensität und Temperatur liefert.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 5 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß einerseits die kosten-, gewichts- und störungsintensiven Aggregate, wie Beschleunigungselement und Element zur Temperaturbeeinflussung minimiert werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die für die Realisierung notwendige Installation von zusätzlichen Strömungskanälen als Bypass mit entsprechenden, einstellbaren Drosselelementen in der Praxis fast immer auch nachträglich möglich ist, ohne die Gesamtkonzeption der Heizung oder Kühlung erneuern zu müssen.

Ein sehr häufiger Anwendungsfall eines solchen Verfahrens ist ein Heizungssystem für Kraftfahrzeuge, also PKWs und LKWs. Dieses wird mit Umgebungsluft als Fluid betrieben, welche durch ein Gebläse oder ein Druckgefälle von außen nach innen in der gewünschten Menge pro Zeiteinheit als Eingangsstrom angeliefert wird. Zum Aufheizen des Eingangsstromes steht aus den vorgenannten Gründen in aller Regel nur ein Wärmetauscher zur Verfügung, der von der heißen Kühlflüssigkeit des Antriebsaggregates durchströmt wird. Wird lediglich die Belüftung des Kraftfahrzeuges gewünscht, so durchströmt der Eingangsstrom den Wärmetauscher nicht, sondern wird ohne Temperaturveränderung in die einzelnen Ausgangsströme aufgeteilt.

Soll das Fahrzeug dagegen beheizt werden, so wird der Eingangsstrom teilweise oder ganz durch den Wärmetauscher geleitet und die Luft mit der resultierenden Temperatur als Ausgangsströme den Ausströmstellen zugeführt.

Bei den Ausgangsströmen handelt es sich dabei in aller Regel um drei Ströme, nämlich einen Strom durch den sogenannten Defrosterkanal zur Innenseite der Frontscheibe des Kraftfahrzeuges als Ausströmbereich, einen Ausgangsstrom durch den sogenannten Schalttafelkanal, der die Fahrgäste etwa in Brusthöhe vertikal anströmt und einen Ausgangsstrom durch den Fußraumkanal, welcher den Fußraum der Fahrgäste belüftet oder erwärmt. Durch die insgesamte Temperaturbeeinflussung des Eingangsstromes ist jedoch lediglich die Intensität dieser einzelnen Ausgangsströme durch die Fahrgäste einstellbar, nicht jedoch deren Temperatur separat regelbar.

Die Temperatur ist damit an den Ausströmstellen und damit in den Ausströmbereichen (bei geöffneten Stellgliedern) immer gleich und entspricht mindestens der Temperatur des nicht-beeinflußten Eingangsstromes und höchstens der Temperatur des durch den Wärmetauscher geleiteten Anteiles des Eingangsstromes.

Wünschenswert wäre es für die Fahrgäste jedoch, an den unterschiedlichen Ausströmstellen unterschiedliche Temperaturen zu erzielen, beispielsweise im Fußraum eine höhere Temperatur als im Ausströmbereich des Schalttafelkanals oder des Defrosterkanals, wobei gerade der an der Frontscheibe entlangströmende Luftanteil in Kopfhöhe der Fahrgäste oft als unangenehm warm empfunden wird. Bei stärkerer Erwärmung des Fußraumes und dem anschließenden selbständigen Aufsteigen dieser wärmeren Luft ergibt sich dagegen ein wesentlich angenehmerer Temperaturgradient innerhalb des Fahrzeugraumes.

Erfindungsgemäße Lösungen werden im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer KFZ-Heizung und -lüf­ tung, bei der die Temperatur am Austritt aus dem Defrosterkanal separat verändert werden kann,

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung, bei der dies für die Ausströmung an der Schalttafel möglich ist,

Fig. 3 eine Kombinationslösung aus Fig. 1 und Fig. 2, bei der die Temperatur an der Frontscheibe und an der Schalttafel.

Fig. 4 eine Lösung ähnlich der der Fig. 3, bei der die Temperaturregelung an diesen Ausströmstellen jedoch separat erfolgen kann,

Fig. 5 eine Lösung zur zusätzlichen Erwärmung des in den Fußraum geleiteten Ausgangsstromes,

Fig. 6 eine Lösung ähnlich der Fig. 5, wobei der Wärmetauscher von zwei getrennten Teilströmen der Eingangsluft durchströmt wird, und

Fig. 7 eine Lösung ähnlich der Fig. 4, jedoch mit einem hinsichtlich seiner Abgabeleistung veränderbaren Wärmetauscher.

Fig. 8 eine Lösung ähnlich Fig. 6, wobei die Abgabeleistung eines Teiles des Wärmetauschers veränderbar ist.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer KFZ-Heizung und -Lüftung, welche bis auf den Bypasskanal BK heute Stand der Technik ist und zunächst erläutert werden soll: Bei dem Eingangsstrom E handelt es sich um Umgebungsluft oder aus dem Innenraum des Fahrzeugs entnommene Luft, welche entweder durch einen vorhandenen Unterdruck im Fahrzeuginnenraum oder üblicherweise durch ein Gebläse G, welches meist in mehreren Stufen betrieben werden kann, auf den gewünschten Massenstrom gebracht wird. Dieser Eingangsstrom E wird über ein Wärmestellglied WS in zwei Anteile aufgeteilt, von denen der eine über einen Wärmetauscher WT, welcher von der Kühlflüssigkeit des Motors durchströmt wird, geleitet wird, während der andere Anteil ohne Erwärmung um den Wärmetauscher herumgeführt wird. Beide Anteile werden in dem hinter dem Wärmetauscher liegenden Mischraum MR wieder zusammengeführt, so daß sich dort eine Temperatur des Eingangsstromes E ergibt, welche von der Stellung des Wärmestellgliedes WS abhängt und zwischen der Temperatur des erwärmten Anteiles und der Temperatur des Eingangsstromes am Eintritt in das System liegt.

An den Mischraum MR schließt sich der Verteilerraum V an, von welchem der Defrosterkanal DK zur Frontscheibe, also zur Düse D1, der Schalttafelkanal SK zur Düse D2 und der Fußraumkanal FK zur Düse D3 abzweigen.

Jeder dieser drei Kanäle wird damit von Luft gleicher Temperatur durchströmt, deren Massenstrom durch eine in jedem Kanal vorhandene Klappe K einstellbar ist. Anstelle der Klappe K könnte auch jedes andere Stellglied als Drossel eingesetzt werden, etwa ein Schieber oder ähnliches. Die Klappe K verändert jeweils den maximalen freien Querschnitt des entsprechenden Kanals, wobei es sich um eine in der Mitte oder auch am Rand des Kanalquerschnitts gelagerte Schwenkklappe, aber auch einen Schieber oder ein ähnliches Element handeln kann. Beim Schalttafelkanal SK befindet sich die Klappe K üblicherweise direkt an der Düse D2, so daß die Klappe K direkt von den Fahrzeuginsassen ohne vermittelndes mechanisches Element betätigt werden kann.

Da dies beim Defrosterkanal DK und beim Fußraumkanal FK ungünstig ist, sind dort die Klappen an der Abzweigung vom Verteilerraum V angeordnet und meist auf mechanischem Wege von den Fahrzeuginsassen fernbedient.

Das Ziel besteht nun darin, an den einzelnen Düsen D1 bis D3 unterschiedliche Temperaturen der Ausgangsströme zu ermöglichen, insbesondere im Fußraum, also an der Düse D3 eine höhere Temperatur zu ermöglichen als an den oberen Düsen D1 und D2 bzw. an der Düse D1 des Defrosterkanals DK eine geringere Temperatur der ausströmenden Luft zu ermöglichen.

Bei der Darstellung der Fig. 1 wird dies dadurch erreicht, daß Schalttafelkanal SK und Fußraumkanal FK mit Luft gemäß der im Verteilerraum V vorhandenen Temperatur gespeist werden. Dem Defrosterkanal DK wird dagegen über einen Bypasskanal BK nicht-erwärmte Luft des Eingangsstromes E zugemischt, welche diesem noch vor dem Wärmstellglied WS, in aller Regel jedoch hinter dem Gebläse G entnommen wird. Die Menge der über den Bypasskanal BK zugemischten kalten Luft wird durch die Stellung des Bypass-Stellgliedes BS festgelegt, bei dem es sich ebenfalls wieder um eine fernbetätigte Klappe, einen Schieber oder ein ähnliches Element handelt. Je offener die Stellung des den freien Querschnitt des Bypasskanales BK reduzierenden Bypass- Stellgliedes BS, bzw. je stärker der Defrosterkanal-Strom vom Verteilerraum her gedrosselt ist, umso mehr wird im Ausströmbereich der Düse D1 des Defrosterkanales DK die Temperatur von der Temperatur im Mischraum V in Annäherung an die Temperatur der nicht-erwärmten Luft des Eingangsstromes E reduziert, dem der By-Pass-Kanal BK kann selbstverständlich statt im Defrosterkanal DK direkt, separat im Ausströmbereich mit einer eigenen Düse münden, was auch für alle folgenden Darstellungen gilt.

Die die Insassen aus der Düse D1 treffende Luft ist kühler und somit für den Kopfbereich angenehmer als die aus beispielsweise der Düse D3 im Fußraum austretende Warmluft.

Der Vorteil dieser wie auch der im folgenden dargestellten Lösungen liegt im geringen baulichen Zusatzaufwand gegenüber den herkömmlichen Heizungs- und Lüftungssystemen in Kraftfahrzeugen, da nach wie vor nur ein Wärmetauscher und ein Gebläse benötigt werden. Da die Heizung mit Umgebungsluft arbeitet, müssen die die Luft führenden Kanäle gegenüber der Umgebung nicht vollständig dicht sein, so daß der bauliche Aufwand für zusätzliche Kanäle äußerst gering ist.

Zusätzlich ist auch eine Nachrüstung eines bestehenden Heizungs- und Lüftungssystems in einem Kraftfahrzeug mit einem derartigen By-Pass-Kanal jederzeit möglich, was auch für die folgenden Lösungen gilt.

Fig. 2 zeigt eine der Fig. 1 ähnliche Lösung, bei der die nicht-erwärmte Luft, die dem Eingangsstrom E über den By- Pass-Kanal BK entnommen wird und die in ihrer Intensität über das By-Pass-Stellglied BS am Beginn (oder einem beliebigen Bereich) des Bypasskanals geregelt wird, statt dem Defrosterkanal DK dem Ausströmbereich des Schalttafelkanales SK vor oder neben dessen Düse D2 zugeführt wird.

Damit entströmt im Falle der Fig. 2 den Düsen D1 und D3 des Defrosterkanales und des Fußraumkanales Luft mit einer Temperatur entsprechend der Einstellung des Wärmstellgliedes WS, während die Temperatur an der Düse D2 durch Veränderung der Stellung des By-pass-Stellgliedes BS demgegenüber reduziert werden kann.

Fig. 3 zeigt im wesentlichen eine Kombination der Lösungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2, so daß also sowohl der Defrosterkanal als auch der Schalttafelkanal über separate By-Pass-Kanäle BK mit nicht erwärmter Luft zusätzlich versorgt werden können.

Damit strömt lediglich aus der Düse D3 des Fußraumkanales FK Luft mit der im Verteilerraum V herrschenden Temperatur, während die Temperatur an den Düsen D1 und D2 demgegenüber reduziert werden kann.

Ist bei der Lösung gemäß Fig. 3 die Temperatur an den Düsen D1 und D2 nicht ganz unabhängig voneinander regelbar, da für die beiden By-Pass-Kanäle BK nur ein gemeinsam wirkendes By-Pass-Stellglied BS angeordnet ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich dabei um eine Klappe, welche so angeordnet ist, daß sie zunächst den Querschnitt des zur Düse D2, also an der Schalttafel, führenden By- Pass-Kanales mehr und mehr freigibt und erst bei vollständiger Öffnung dieses By-Pass-Kanales mit zunehmender Verstellung auch den Querschnitt des zum Defrosterkanal DK führenden By-Pass-Kanales.

Dabei muß es wenigstens in dem Kanal, in den der By-Pass- Kanal BK, dessen Querschnitt zuerst freigegeben wird, eine Klappe oder ein anderes Drosselelement angeordnet sein, um die Massenstromverteilung auf die beiden By-Pass-Kanäle zu regeln. Im vorliegenden Fall mündet der zuerst öffnende By­ Pass-Kanal im Schalttafelkanal SK noch vor dessen Klappe K, welche die beschriebene Funktion deshalb miterfüllt.

Auf diese Art und Weise liegt die Temperatur an der geöffneten Düse D2 immer unter der oder auf gleicher Temperatur der Düse D1, jedoch ist nur ein einziges fernbetätigtes By-Pass-Stellglied, also um eine Klappe, ein Schieber oder ähnliches, zusätzlich zu montieren und anzusteuern.

Ebenso könnte die Anordnung des By-Pass-Stellgliedes BS im vorliegenden Fall auch so erfolgen, daß zunächst der Querschnitt des zum Defrosterkanal DK führenden By-Pass- Kanales BK freigegeben wird und anschließend der des By- Pass-Kanales, welcher zur Düse D2 führt.

Natürlich kann in diesem Fall das gemeinsame By-Pass- Stellglied BS auch so angeordnet sein, daß die Querschnitte der beiden betroffenen By-Pass-Kanäle BK parallel im gleichen Verhältnis freigegeben werden, was dann bewirken würde, daß an den beiden Düsen D1 und D2 immer die gleiche Temperatur vorherrscht, jedoch nie höher sein kann als die an der Düse D3 des Fußraumes.

Sobald jedoch gewünscht wird, daß an den Düsen D1 und D2 Temperaturen herrschen sollen, die unabhängig voneinander eingestellt werden können, muß wenigstens ein separates By- Pass-Stellglied BS, also eine Drossel, eine Klappe, ein Schieber oder ähnliches angeordnet werden, welche üblicherweise wieder am Beginn der By-Pass-Kanäle BK, also am Eingangsluftstrom E angeordnet sein werden.

Dies erhöht nicht nur den Montageaufwand für das zusätzliche By-Pass-Stellglied BS, sondern auch für dessen mechanische Ansteuerung.

Da es das Ziel ist, vor allem im Fußraum, also an der Düse D3, eine Temperatur zu erzielen, die die höchste Temperatur unter den drei Düsen D1, D2 und D3 ist, kann anstelle der Zumischung von Kaltluft in den Defrosterkanal DK und/oder den Schalttafelkanal SK auch dem Fußraumkanal FK sehr warme Luft zusätzlich beigemischt werden.

Dies geschieht bei der Lösung gemäß Fig. 5 dadurch, daß dem durch den Wärmetauscher erwärmten Anteil des Eingangsstromes, also der Frischluft bzw. der Umluft, unmittelbar hinter der Wärmetauscher, also noch vor dem Vermischen mit dem nicht erwärmten Anteil im Mischraum, über einen By-Pass-Kanal BK sehr warme Luft entnommen und dem Fußraum zugemischt wird. Auch hier ist wiederum die Intensität des durch den By-Pass-Kanales BK geführten Luftstromes durch ein den freien Querschnitt des By-Pass- Kanales BK veränderndes By-Pass-Stellglied BS einstellbar, wobei es sich im vorliegenden Fall um eine am Beginn des By-Pass-Kanales an dessen Rand gelagerte, schwenkbare Klappe handelt, die gegen den durch den Wärmetauscher strömenden Anteil des Eingangsstromes aufgestellt werden kann. Natürlich ist auch jedes andere Stellglied, welches den Durchlaß drosselt, hierfür geeignet.

Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß dem Fußraumkanal FK nur dann Warmluft zugeführt werden kann, wenn das die Erwärmung des Eingangsstromes E insgesamt regelnde Wärmestellglied WS den Zugang des Eingangsstromes E zum Wärmetauscher WT nicht ganz oder doch weitgehend verschließt. Dies ist immer dann der Fall, wenn an den oberen Düsen D1 und D2 von den Fahrgästen eine Temperatur gemäß der Temperatur der Außenluft oder Umluft gewünscht wird, denn dann wird der Eingangsluftstrom mit Hilfe des Wärmestellgliedes vollständig um den Wärmetauscher herumgeführt, so daß trotz geöffnetem By-Pass-Stellglied BS keine Warmluft durch den By-Pass-Kanal BK strömt bzw. nur durch vorhandenen Unterdruck Warmluft angesaugt wird. Damit entweicht auch aus der Düse D3 lediglich Luft mit Umgebungstemperatur. Der Vorteil liegt jedoch darin, daß mit nur einem und zumeist auch sehr kurzen By-Pass-Kanal und nur einem By-Pass-Stellglied, also einer Klappe oder einem Schieber, die an der Düse D3 ausströmende Luft maximal bis auf die Temperatur des durch den Wärmetauscher erwärmten Anteiles des Eingangsstroms E gebracht werden kann.

Dieser Nachteil der Lösung gemäß Fig. 5 kann bei der Lösung gemäß Fig. 6 dadurch vermieden werden, daß die dem Fußraumkanal über den By-Pass BK zugeführte Luft dem Eingangsstrom E bereits vor dessen Aufspaltung in einen zu erwärmenden und einen nicht zu erwärmenden Anteil durch das Wärmestellglied WS entnommen wird. Allerdings muß dann die durch den By-Pass-Kanal BK entnommene und in ihrem Massenstrom durch ein By-Pass-Stellglied BS gesteuerte Luft über einen abgegrenzten Teil des gleichen Wärmetauschers WT geführt werden, um eine Erwärmung zu ermöglichen. Da eine solche Abtrennung jedoch durch einfache Zerteilungen des Raumes vor und hinter dem Wärmetauscher aus Blech oder Kunststoff möglich ist, ist der hierfür zu treibende Aufwand ebenfalls gering.

Selbstverständlich ist dann die für den Rest des Eingangsstromes zur Verfügung stehende Durchströmungsfläche des Wärmetauschers geringer, jedoch muß dann auch im Mischraum in aller Regel auch nur eine geringere Temperatur erzielt werden, da die Maximaltemperatur, die an der Düse D3 im Fußraum erzielt werden soll, nicht der Temperatur im Mischraum MR entsprechen muß, sondern erst durch Zumischen der über den By-Pass-Kanal BK angelieferten, relativ heißen Luft erzielt wird.

Diese Lösung gemäß Fig. 6 erfordert zwar einen etwas höheren Montageaufwand wegen der separaten Hindurchführung der Luft des By-Pass-Kanales durch einen abgetrennten Bereich des Wärmetauschers, jedoch kann dann an der Düse D3 eine Maximaltemperatur entsprechend der Temperatur im By- Pass-Kanal nach dem Wärmetauscherdurchtritt erreicht werden, und gleichzeitig an den Düsen D1 und D2 die niedrige Lufttemperatur der Umgebung eingestellt werden. Dies ist möglich, wenn das Wärmestellglied WS für den Eingangsstrom E diesen vollständig um den Wärmetauscher herumführt und zusätzlich zumindest die Klappe, die den Durchtritt vom Verteilerraum in den Fußraumkanal FK steuert, vollständig geschlossen wird, während die des By- Pass-Stellgliedes BS vollständig geöffnet wird.

Da das beschriebene Verfahren und die Vorrichtungen zu dessen Anwendung sich auch gut zur Nachrüstung eignen, ist in Fig. 7 ein nachgerüstetes Heizungssystem dargestellt, welches der Lösung gemäß Fig. 4 entspricht, jedoch mit den früher verwendeten regelbaren Wärmetauschern ausgestattet ist. Dabei wird das Maß der Erwärmung des Eingangsstromes E der Heizluft nicht dadurch ermöglicht, daß mittels eines Wärmestellgliedes WS der Anteil des den Wärmetauscher durchströmenden Eingangsstromes E festgelegt wird. Vielmehr durchströmt der gesamte Eingangsstrom E permanent den Wärmetauscher WT, jedoch ist dessen Temperatur dadurch regelbar, daß über ein Wärmestellglied WS die Zufuhr von heißem Kühlwasser durch den Wärmetauscher und damit dessen Temperatur und Wärmeabgabekapazität geregelt wird. Da jedoch der durch den Wärmetauscher laufende Kühlkreislauf des Motors unter Überdruck steht, haben hier Dichtigkeitsprobleme weitaus stärkere Auswirkungen als im mit Luft betriebenen Heizungssystem, so daß das als Drossel im Kühlkreislauf wirkende Wärmestellglied WS eine zusätzliche Störungsquelle für das Fahrzeug bedeutet. Weiterhin setzt bei Öffnung des Wärmestellgliedes WS das Ausströmen warmer Heizungsluft aus den Düsen erst verzögert, nämlich nach Erwärmung der meist metallischen Teile des Wärmetauschers WT, ein. Aus diesen Gründen wurde von dieser Art der Temperaturregelung für die Heizungsluft zu dem unter den Fig. 1 bis 6 beschriebenen Prinzip der Aufteilung des Eingangsstromes in einem zu erwärmenden und einem nicht zu erwärmenden Anteil sowie einem permanent vom Kühlwasser durchströmten Wärmetauscher übergegangen.

Unabhängig davon, kann auch bei dieser früheren Lösung, die nach wie vor - vor allem in LKW′s - ihren Dienst tut, durch zusätzliche Installation von By-Pass-Kanälen BK und wenigstens einem bzw. wie in der Fig. 4 zwei unabhängig voneinander arbeitenden By-Pass-Stellgliedern BS den gewünschten Kanälen nicht erwärmte Umgebungsluft zugemischt werden. Im vorliegenden Fall werden - ähnlich wie in Fig. 4 - dem Defrosterkanal DK und dem Schalltafelkanal SK auf diese Art und Weise Kaltluft zugemischt.

Ferner zeigt Fig. 8 eine Lösung ähnlich der Fig. 6, bei der wiederum der Wärmetauscher WT hinsichtlich seiner Durchströmung mit Kühlwasser gesteuert werden kann. Allerdings ist dieser Wärmetauscher im Gegensatz zur Lösung der Fig. 7 zweigeteilt, wobei nur ein Teil des Wärmetauschers hinsichtlich seiner Kühlwasserdurchströmung gesteuert werden kann, der andere Teil dagegen permanent voll vom Kühlwasser durchströmt wird und über einen gedrosselten Kurzschluß mit dem Rücklauf zum Motor verbunden ist.

Dieser permanent durchströmte Teil des Wärmetauschers kann nun dazu benutzt werden, ebenso wie in der Lösung der Fig. 6 hinter dem Gebläse einen Teil des Eingangsstromes der Luft, dessen Menge über das By-Pass-Stellglied BS regelbar ist, abzuzweigen und durch diesen nicht gesteuerten Teil des Wärmetauschers zu erwärmen. Anschließend wird diese relativ warme Luft entweder direkt dem Fußraum zugeführt oder dem bereits vorhandenen Fußraumkanal FK zugeführt, so daß jedoch in jedem Fall der Ausströmbereich, also in diesem Fall der Fußraum, mittels des By-Pass-Kanales BK zusätzlich erwärmt werden kann.

Zwar wird in diesem Fall die durch den By-Pass-Kanal BK geleitete Luft - ebenso wie in Fig. 6 - durch einen Teil des Wärmetauschers erwärmt, jedoch kann die Temperaturänderung nicht direkt gesteuert werden, da ja der entsprechende Teil des Wärmetauschers keiner gezielten Steuerung hinsichtlich seiner Abgabeleistung unterliegt. Lediglich die durch den By-Pass-Kanal BK fließende Luftmenge kann durch das By-Pass-Stellglied BS reguliert werden.

Gemeinsam mit den bisherigen Ausführungsformen ist auch hier, das nach wie vor weder ein zusätzliches Gebläse noch ein zusätzlicher Wärmetauscher installiert werden müssen. Auch hier sind also die Vorteile geringer zusätzlicher Investitionskosten sowie auch einer einfachen Nachrüstbarkeit voll gegeben.

Claims (14)

1. Verfahren zum Erzeugen mehrerer Ausgangsströme eines Fluids aus nur einem Eingangsstrom, welcher in seiner Temperatur und in seinem Massenstrom verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Ausgangsstrom jeweils ein Teilstrom des Eingangsstromes zugemischt wird, wobei die Teilströme nur in ihren Massenströmen, nicht jedoch in ihren Temperaturen gegenüber der Eintrittstemperatur veränderbar sind.

2. Verfahren zum Erzeugen mehrerer Ausgangsströme eines Fluids aus nur einem Eingangsstrom, welcher in seiner Temperatur und in seinem Massenstrom verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Ausgangsstrom jeweils ein Teilstrom des Eingangsstromes zugemischt wird, wobei die Teilströme nur in ihren Massenströmen, nicht jedoch in ihren Temperaturen direkt steuerbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenstrom jedes Teilstromes separat veränderbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Teilströme um mindestens eins geringer ist als die Anzahl der Ausgangsströme und die Abnahme der Teilströme vor der Zuführung des Eingangsstromes zur Temperaturveränderung erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß genau ein Teilstrom dem Eingangsstrom nach dessen Erwärmung entnommen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einem Heizungs- und Lüftungssystem für Kraftfahrzeuge mit jeweils mindestens

• - einem Defrosterkanal (DK),
• - einem Schalttafelkanal (SK) und
• - einem Fußraumkanal (FK) als Ausgangsströme,
• - einem Gebläse (G) als Beschleunigungselement des Eingangsstromes (E) der Luft,
• - einem vom heißen Kühlwasser des Motors des KFZ durch­ strömten Wärmetauscher (WT),
• - einem Wärmestellglied (WS) z. B. in Form einer Klappe, zur Festlegung des durch den Wärmetauscher (WT) erwärmten Anteiles des Eingangsstromes (E) gegenüber dem nicht erwärmten Anteil,
• - einem Mischraum (MR) für den erwärmten und den nicht erwärmten Anteil und
• - Stellglieder (K) in den vom Mischraum (MR) abgehenden Kanälen der drei Ausgangsströme, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmbereiche des Defrosterkanales (DK) und/oder des Schalttafelkanales (SK) über jeweils einen By-Pass-Kanal (BK), der vor dem Wärmestellglied (WS) abzweigt und eine querschnittsverändernde Klappe (K) aufweist, mit dem Eingangsstrom (E) der Luft verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß jeder By-Pass-Kanal (BK) eine eigenes Stellglieder (K) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die By-Pass-Kanäle für den Defrosterkanal (DK) und den Schalttafelkanal (SK) am Beginn eine gemeinsames Stellglied (K) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die By-Pass-Kanäle für den Defrosterkanal (DK) und den Schalttafelkanal (SK) eine gemeinsames Stellglied (K) aufweisen, die zuerst den Querschnitt des By-Pass-Kanales des Defrosterkanales (DK) und anschließend den des anderen By-Pass-Kanales freigibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß due By-Pass-Kanäle für den Defrosterkanal (DK) und den Schalttafelkanal (SK) eine gemeinsamesStellglied (K) aufweisen, die die Querschnitte der beiden By-Pass-Kanäle immer im gleichen Maß freigeben.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einem Heizungs- und Lüftungssystem für Kraftfahrzeuge mit

• - einem Defrosterkanal (DK)
• - einem Schalttafelkanal (SK) und
• - einem Fußraumkanal (FK) als Ausgangsströme,
• - einem Gebläse (G) als Beschleunigungselement des Eingangsstromes der Luft,
• - einem vom heißen Kühlwasser des Motors des KFZ durch­ strömten Wärmetauscher (WT),
• - einem Wärmestellglied (WS) z. B. in Form einer Klappe, zur Festlegung des durch den Wärmetauscher (WT) erwärmten Anteiles des Eingangsstromes (E) gegenüber dem nicht erwärmten Anteil,
• - einem Mischraum (MR) für den erwärmten und den nicht erwärmten Anteil und
• - Stellglieder (K) in den vom Mischraum (MR) abgehenden Kanälen der drei Ausgangsströme, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausströmbereich des Fußraumkanales (FK) über einen By-Pass- Kanal (BK), der vor dem Mischraum (MR) abzweigt und ein querschnittsveränderndes Stellglied (K) aufweist, mit dem Eingangsstrom (E) der Luft verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r ch gekennzeichnet, daß der By-Pass-Kanal (BK) vor dem Wärmetauscher (WT) vom Eingangsstrom (E) abzweigt und die abgezweigte Luft durch einen abgetrennten Teil des Wärmetauschers (WT) hindurch geführt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmung des abgetrennten Teiles des Wärmetauschers (WT) mit Kühlwasser nicht steuerbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der By-Pass-Kanal (BK) hinter dem Wärmetauscher (WT) vom Eingangsstrom (E) abzweigt.