DE4241384A1 - Vehicular heater with storage for power unit contact - incorporates jet pump delivering liq. with heat recovered from exhaust to heat exchanger in passenger space - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugheizung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Verwendet man als Wärmeträgermedium die Kühlflüssigkeit einer das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, so bieten derartige Fahrzeugheizungen, wie sie beispielsweise aus dem DE-GM 90 00 628, F02N 17/06, und der DE-OS 36 38 471, B60H 1/06, bekannt sind, den Vorteil, daß der Wärmeinhalt der Kühlflüs­ sigkeit beim Abstellen der Brennkraftmaschine nicht durch Wärmeab­ gabe an die Umgebung verloren geht, sondern zur Ausnutzung beim erneuten Starten der Maschine, und zwar sowohl für die schnelle Erwärmung der Maschine als auch für Zwecke der Heizung des Fahrgastraums des Fahrzeugs, gespeichert wird.

Die Erfindung bezieht sich jedoch auch auf die Verwendung anderer Wärmeträgermedien, z. B. bei Elektrofahrzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Fahr­ zeugheizung so auszubilden, daß der Wirkungsgrad des beschriebenen Speichervorgangs gegenüber bekannten Lösungen vergrößert wird, ohne daß insbesondere für den Heizwärmetauscher eine andere Auslegung erforderlich wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Bei der Erfindung wird in vorteilhafter Weise der Wirkungsgrad des beschriebenen Speichervorgangs dadurch erhöht, daß durch Verwendung einer Heizvorrichtung für die Menge des Wärmeträgermediums im Wärmetauscher die Speicherung mit höheren Druck und höherer Tempe­ ratur beispielsweise 200°C, erfolgt, wobei durch Vorsehen der Strahlpumpe in Strömungsrichtung vor dem Heizwärmetauscher eine Umsetzung von Druckenergie in Strömungsenergie und damit ein Druckabbau erfolgt, so daß die bisher eingesetzten Heizwärmetau­ scher ohne Verstärkungsmaßnahmen weiter verwendet werden können.

Zwar beschreibt die US-PS 23 67 197 bereits ein Kühlflüssigkeits­ kreislauf mit einer zusätzlichen elektrischen Heizung, deren An­ schlußleitungen in die kühlmittelführenden Verbindungsleitungen zwischen Brennkraftmaschine und üblichem Kühler im Bereich von Ven­ turidüsen einmünden, jedoch dienen diese dazu, Kreisläufe durch den Kühler und durch die elektrische Heizvorrichtung durch Thermo­ siphonwirkung sicherzustellen. Eine Umsetzung von Druckenergie in Strömungsenergie und damit ein Mitreißen von Kühlflüssigkeit aus der Brennkraftmaschine durch sich entspannende, aus dem Wärme­ speicher gelieferte heiße Kühlflüssigkeit tritt im Gegensatz zur Erfindung nicht ein.

Ergänzend sei bezüglich des Standes der Technik die DE-OS 21 63 769, F01P 11/20, angeführt, die einen Wärmespeicher für Kühlflüssigkeit mit einer Gummiblase offenbart, die in Strömungs­ verbindung mit einem Kompressor steht und für den Kühlmittel­ transport aus dem Wärmespeicher sorgt. Ein derartiger Kompressor findet sich bei der Erfindung nicht.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 den Fall einer abgasgespei­ sten Heizvorrichtung und deren Fig. 2 eine Ausführung mit elektri­ scher Heizvorrichtung betrifft.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man bei 1 eine Brenn­ kraftmaschine üblichen und daher nicht zu beschreibenden Aufbaus, deren Abgasleitung 2 bei 3 mit einer Abgasklappe versehen ist, der die Regelschaltung 4 zugeordnet ist. Bei geschlossener Abgasklappe 3 werden entsprechend den Pfeilen die beiden Leitungen 5 und 6 von Abgas durchströmt, die zu den Abgaswärmetauscher 7 in dem mit einer Wärmeisolation 8 versehenen Wärmespeicher 9 für Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine 1 führen. Der Wärmespeicher 9 wird von den Kühl­ mittelräumen und -kanälen der Brennkraftmaschine 1 her mittels der elektrisch betriebenen Kühlwasserpumpe 10 über die Leitung 11 mit Kühlmittel versorgt, sofern der Füllstandssensor 12 anzeigt, daß der Kühlflüssigkeitsstand im Wärmespeicher 9 unter einen ersten Wert 13 gesunken ist; sobald dagegen der höhere Pegelwert 14 er­ reicht ist, schaltet der Füllstandssensor 12 die Pumpe 10 wieder ab.

Weiterhin ist in dem Wärmespeicher 9 der Temperaturfühler 15 ange­ ordnet, dessen Signale dem Steuer- oder Regelgerät 4 für die Abgas­ klappe 3 zugeführt werden. Ist ein vorgegebener maximaler Tempera­ turwert der Kühlflüssigkeit im Wärmespeicher 9 erreicht, wird die Abgasklappe 3 in ihre in Fig. 1 horizontale Stellung umgelegt, so daß der Abgaswärmetauscher 7 gleichsam kurzgeschlossen ist.

Die mit dem Rückschlagventil 16 bestückte Leitung 11 ist mit dem Überdruckventil 17 verbunden. Der Druck in der Leitung 11 kann zum Abschalten der Pumpe 10 und/oder zum Betätigen der Abgasklappe 3 im Sinne des Unwirksammachens des Abgaswärmetauschers 7 bei Erreichen eines vorgegebenen maximalen Druckwerts verarbeitet werden.

Mit der Kühlflüssigkeit wird der Heizungswärmetauscher 18 über die Zulaufleitung 19 gespeist; seine Rückleitung 20 mündet in die Saug­ seite der üblichen Kühlmittelpumpe 21 ein. Diese ist druckseitig wieder mit den Kühlräumen der Brennkraftmaschine 1 strömungsmäßig verbunden. Der Heizkreislauf für den Heizwärmetauscher 18 schließt sich also über die Kühlmittelräume der Brennkraftmaschine 1.

Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine befindet sich die Kühl­ flüssigkeit auf einer Temperatur, die zum Betrieb des Heizungswär­ metauschers 18 nicht ausreicht. Aus diesem Grunde mündet in seine Zulaufleitung 19 die Ausgangsleitung 22 des Wärmespeichers 9 über das Regelventil 23 ein, das diesen Zulauf nur bei niedrigen Kühl­ wassertemperaturen freigibt und dann bewirkt, daß heiße Kühlflüs­ sigkeit aus dem Wärmespeichel 9 der aus der Maschine 1 kommenden kalten Kühlflüssigkeit zugemischt wird. Bei genügend hoher Tempera­ tur im Wärmespeicher 9 ist die so erzielte Kühlwasser-Mischtempera­ tur hinreichend hoch zum Betrieb des Heizungswärmetauschers 18.

Bei der Erfindung wird jedoch noch ein weiterer Effekt zur Wärme­ speicherung in dem Behälter 9 ausgenutzt. Durch die zusätzliche Energiezufuhr über den Abgaswärmetauscher 7 wird im Wärmespeicher 9 die Kühlflüssigkeit nicht nur mit hoher Temperatur, sondern auch unter hohem Druck gespeichert. Die Einmündungsstelle der Leitung 22 in die Zulaufleitung 19 ist zur Entspannung dieser heißen Kühlflüs­ sigkeit bei 24 als Strahlpumpe ausgeführt, so daß dort eine Umset­ zung von Druckenergie in Strömungsenergie durch Mitreißen der aus der Maschine 1 kommenden Kühlflüssigkeit erfolgt. Zur Vermeidung einer Blasenbildung im Bereich des Regelventils 23 ist diese Ein­ mündungsstelle von dem Vorwärmetauscher 25 umgeben. Damit auch bei tieferen Temperaturen der Kühlflüssigkeit im Wärmespeicher 9 dieser Strahlpumpeneffekt sichergestellt ist, kann in dem Speicher 9 ein Gaspolster 26 vorgesehen sein, das auch von einer elastischen Hülle (Membran) begrenzt sein kann. Stattdessen kann auch ein zusätz­ licher Ausgleichsbehälter (z B. über die Leitung 11) mit dem Wärmespeicher 9 verbunden sein, der dann vollständig mit Kühlflüs­ sigkeit gefüllt ist. In diesem Falle käme der Füllstandsensor 12 in Fortfall bzw. er wäre in diesem Ausgleichsbehälter angeordnet.

Infolge Speisung des Wärmespeichers 9 über die Leitung 11 nebst Pumpe 10 aus der Brennkraftmaschine 1 ist die Möglichkeit gegeben, nach Abschalten der Brennkraftmaschine unter verzögerter Abschal­ tung der Kühlflüssigkeitspumpe 10 den Speicherbehälter 9 vollstän­ dig mit heißer Kühlflüssigkeit zu füllen, so daß bei einem erneuten Kaltstart heiße Kühlflüssigkeit in großer Menge zur Verfügung steht.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 liegt der Heizwärmetauscher 30 in einem selbständigen Wärmeträgerkreislauf 31. Auch hier ist ein Wärmespeicher 32 vorgesehen, der analog dem Wärmespeicher 9 in Fig. 1 aufgebaut ist, jetzt aber über den elektrischen Heizeinsatz 33 mit Wärme versorgt wird. Diese Ausführungsform ist besonders ge­ eignet für Fahrzeuge mit Elektroantrieb. Die Einmündungsstelle der vom Wärmespeicher 32 kommenden Leitung 34 ist bei 35 wiederum als Strahlpumpe ausgebildet, so daß der Druckabbau des durch die Lei­ tung 34 zugeführten heißen Wärmeträgermediums umgesetzt wird in Strömungsenergie der Strömung in dem Kreislauf 31. In diesem Falle ist ein zusätzlicher Ausgleichsbehälter 36 im Bereich des Wärmetau­ schers 30 angeordnet, aus dem die Elektropumpe 37 Wärmeträgermedium - wiederum über ein Rückschlagventil 38 - in den Speicher 32 lie­ fert.

Die Speisung der Heizvorrichtung 33 über den Regler 39, der Tempe­ ratur- und/oder Drucksignale verarbeitet, erfolgt entweder über die Fahrzeugbatterie oder bei stehendem Fahrzeug über eine fahrzeug­ fremde elektrische Energiequelle.

Die von der Pumpe 37 in den Wärmespeicher 32 führende Leitung 40 mündet bei 41 im wesentlichen horizontal und bodennah in den Speicher 32 ein, damit eine Wärmeschichtung innerhalb desselben erzielt wird. Dadurch wird sichergestellt, daß durch den hoch­ gelegenen Abfluß 42, also das obere Ende der Leitung 34, heißes Wärmeträgermedium abgeführt wird.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Fahrzeugheizung hohen Wirkungsgrads geschaffen.

Claims (10)

1. Fahrzeugheizung mit zumindest einem mit einem strömenden Wärme­ trägermedium gespeisten Heizwärmetauscher in einem Heizkreis­ lauf, der mit einem Wärmespeicher für das Wärmeträgermedium über eine Ausgangsleitung desselben verbindbar ist, die in eine Zu­ laufleitung des Heizwärmetauschers einmündet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmespeicher (9) mit einer Heizvorrichtung (7) versehen sowie als Druckspeicher ausgelegt ist und die Ein­ mündung seiner Ausgangsleitung (22) in die Zulaufleitung (19) als Druckenergie in Strömungsenergie umsetzende Strahlpumpe (24) ausgebildet ist.

2. Fahrzeugheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung einen von einer Abgasleitung (2) einer das Fahr­ zeug antreibenden Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von der Stellung einer Abgasklappe (3) in dieser gespeisten Abgaswärme­ tauscher (7) enthält, die in Abhängigkeit von Temperatur und/ oder Druck des Wärmeträgermediums im Wärmespeicher (8) steuerbar ist.

3. Fahrzeugheizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elek­ trische Heizvorrichtung (33), die in Abhängigkeit von Temperatur und/oder Druck des Wärmeträgermediums im Wärmespeicher (32) steuerbar ist.

4. Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strahlpumpe (24) in einem dem Heizwärme­ tauscher im Zuge seiner Zulaufleitung (19) vorgeschalteten Vor­ wärmetauscher (25) liegt.

5. Fahrzeugheizung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Einmündungsende der Ausgangsleitung (22) des Wärmespeichers (9) ein Regelventil (23) angeordnet ist.

6. Fahrzeugheizung nach einen der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine über ein Rückschlagventil (16) in den Wärmespeicher (9) liefernde Pumpe (10) für das Wärmeträgermedium, die über Pegelsensoren (12) im Wärmespeicher (9) angesteuert ist.

7. Fahrzeugheizung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Kühlflüssigkeitspumpe (10) ist und saugseitig mit der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.

8. Fahrzeugheizung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (37) saugseitig mit einem im Bereich des Heizwärmetau­ schers (30) angeordneten Ausgleichsbehälter (36) verbunden ist.

9. Fahrzeugheizung nach einen der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pumpe (37) im wesentlichen waagerecht (41) in einen unteren Bereich des Wärmespeichers (32) liefert.

10. Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Gaspolster (26) im Wärmespeicher (9) zur Sicherstel­ lung des Betriebs der Strahlpumpe (24) auch mit abgekühltem Wärmeträgermedium.