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Warmwasser-Heizsystem für Fahrzeuge mit wassergekühltem Motor Die
Erfindung betrifft ein verbessertes Warmwasser-Heizsystem für Motorfahrzeuge mit
wassergekühltem, .als Wärmequelle dienendem Motor :sowie mit einer zusätzlichen,
vom Motor unabhängigen Wärmequelle.
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Die Erfindung betrifft speziell Warmwasser-Heizsysteme dieser Art,
deren motorunabhängige Wärmequelle sowohl zur Aufwärmung des kalten Motors, als
auch zur Beheizung des Fahrzeugraumes dient, wobei ihre Heizleistung im Betriebe
ganz oder teilweise durch die Abwärme dies Motors ersetzbar sein soll, sobald der
Motor ausreichend warm geworden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizsystem der gekennzeichneten
Art zu schaffen, bei dem die Umlenkung des Wärmestromes automatisch erfolgt und
sich selbsttätig dem wechselnden Wärmebedarf des Motors und des Fahrzeugraumes anpaßt.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht dabei in der Ausgestaltung
des Verbindungsstückes' über welches das aufgewärmte Wasser von der motorunabhängigen
Wärmequelle aus in den Kreislauf zwischen dem Motor und dem Heizkörper des Fahrzeugraumes
eintritt.
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Eine weitere spezielle Aufgabe besteht in der Anordnung der verschiedenen
Zweige und in einer neuartigen Bemessung des Verhältnisses der Strömungsgeschwindigkeiten
in diesen Zweigen des Kreislaufsystems.
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Es ist bereits bekannt, bei. Motorfahrzeugen mit wassergekühltem Motor
einen Teil des vom Motor aufgewärmten Kühlwassers zu .einem im Fahrzeugraum angeordneten
Heizkörper hinzuleiten. Weiterhin
ist es bekannt, an- Heizsysteme
dieser Art eine zusätzliche, motorunabhängige Wärmequelle über handgesteuerte Ventile
so anzuschließen, daß ihre Wärmeleistung nach Wunsch zur Aufwärmung des kalten Motors
oder zur zusätzlichen Beheizung des Fahrzeugraumes herangezogen werden kann. Man
hat auch schon versucht, hierbei die handgesteuerten Ventile durch tharmostatisch
gesteuerte Ventile zu ersetzen. In allen diesen Fällen ergaben sich jedoch ziemlich
komplizierte Anordnungen, welche aufmerksame Bedienung bzw. sorgsame Pflege erforderten.
Diesen Nachteil beseitigt die Erfindung.
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Nach der Erfindung wird bei Heizsystemen der beschriebenen Art die
motorunabhängige Wärmequelle in einen Brückenzweig des in an sich bekannter Weise
parallel zum Kühler liegenden und zum Heizkörper des Fahrzeuges führenden Warmwasserkreislaufes
eingeschaltet, wobei ihre Ausgangsleitung an den Saugstutzen einer oberhalb deter
Strahlrichtung in der vom Kühlwasserausschluß-T-Stück dienenden Strahlpumpe angeschlossen
ist, welche mit zum Heizkörper gewendeter Strahlrichtung in der vom Kühlwasserausgang
zum Heizkörper führenden Warmwasserleitung liegt.
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Es hat sich gezeigt, daß die erwähnte, als oberes Anschluß-T-Stück
für den Brückenzweig dienende Strahlpumpe in diesem Falle als Steuerglied wirkt,
welches auf Grund der hydrodynamischen Wirkungen der thermisch erzeugten Strömungen
selbsttätig die gewünschten Umschaltungen des Warmwasserkreislaufes herbeiführt.
Die Erfindung macht daher bewegte Steuerglieder der bisher üblichen Art überflüssig.
Um trotzdem die Temperatur im Fahrzeug raum von Hand nach Wunsch ändern zu können,
empfiehlt es sich, an sich bekannte Heizkörper mit Regelvorrichtung für die Wärmeabfuhr
(wie z. B. eine Regelvorrichtung für die Menge der im Fahr= zeugraum umgewälzten
Luft) zu verwenden.
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Um die Wärmeleistung der motorunabhängigen Wärmequelle günstig auszunutzen,
empfiehlt es sich, die Rohrquerschnitte so zu wählen, daß die Strömungsgeschwindigkeit
im Brückenzweig diejenige Strömungsgeschwindigkeit übersteigt, welche bei betriebswarmem
Motor in den vom unteren Anschlußpunkt des Brückenzweiges zum Kühlwassereingang
des Motors führenden Zweig der Kreislaufleitung herrscht. Diese Abstimmung kann
z. B. durch Einschaltung einer Drosselstelle (Düse) in den letzterwähnten Leitungszweig
'herbeigeführt werden. Sie bewirkt, daß an den beheizten Teilen der motorunabhängigen
Wärmequelle ein erhöhter Wärmeübergang entsteht und bei betriebswarmem Motor keine
Wärme von der motorunabhängigen Wärmequelle zum Kühler abfließt.
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Fig. I zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen
Heizsystems; in Fig.2 ist die als Anschluß-T-Stück verwendete Strahlpumpe vergrößert
im Schnitt dargestellt.
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Der in Fig. I schematisch dargestellte Motor I eines Kraftfahrzeuges
ist in üblicher Weise mit einem Kühler 2 ausgerüstet, dem das heiße Kühlwasser oben
über ein Thermostatventil 3 zuströmt, um nach erfolgter Abkühlung von unten über
die Leitung 4 im Kreislauf :in den Motor zurückzuströmen. Dieser thermische Kreislauf
kann in bekannter Weise durch eine Kühlwasserpumpe 5 unterstützt werden. Er kann
weiterhin in bekannter Weise durch einen parallel zu diesem Hauptkreislauf I-5 geschalteten
Nebenkreislauf, welcher über die Leitung 6, 6a den im Wagenraum angeordneten Heizkörper
7 und die Rückleitung 8 führt, zur Beheizung des Fahrzeugraumes verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung ist nun an diesen Nebenkreislauf 6-8 ein Brückenzweig
angeschlossen, welcher von den Rohren 9 und IO sowie der motorunabhängigen Wärmequelle
II gebildet wird, wobei das Ausgangsrohr II dieser Wärmequelle II an die Leitung
6 über ein T-Stück angeschlossen ist, welches aus einer Strahlpumpe II besteht.
Diese Strahlpumpe I2 ist nach Fig. 2 aus der Strähldüse 13, welche an die Leitung
6 angeschlossen ist, und aus der Auffangdüse I4 zusammengesetzt, welche an die zum
Heizkörper 7 führende Fortsetzung 6a der Leitung 6 angeschlossen ist. Ihr Sauganschluß
15 ist mit dem Ausgangsrohr IO der motorunabhängigen Wärmequelle II verbunden. Unten
ist die Wärmequelle II mit einem einfachen T-Stück 16 an die Leitung 8 angeschlossen.
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Die motorunabhängige Wärmequelle ist in Fig. I in der Gestallt eines
Heizgerätes .mit Ölbrenner dargestellt; an Stelle eines Ölbrenners kann jedoch im
Rahmen des erfindungsgemäßen Systems auch jede andersartige selbständige Wärmequelle
treten.
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Der Heizkörper 7 ist in Fig. I als Warmwasserheizkörper mit elektrischem
Ventilator dargestellt es kann jedoch auch jede andere Form eines Warmwasserheizkörpers
verwendet werden. Der elektrische Ventilator wird zweckmäßig über .einen von Hand
regelbaren Vorschaltwiderstand betrieben, mit dessen Hilfe man dann das Maß der
Wärmeabfuhr einregeln kann, welcher seine eingebaute (gestrichelt angedeutete) Warmwasserspirale
unterworfen ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Wird bei kaltem stechendem
Motar die Wärmequelle II in Betrieb gesetzt, so verteilt sich der von ihr erzeugte
thermische Wasserkreislauf in der zunächst nur als »T-Stück« wirkenden Strahlpumpe
II nach rechts und nach links, so daß sowohl der Heizkörper 7 im Simve der einigiezieidhneten
Pfeile als auch das Kühlwassersystem dies Motors i in d.er den eingezeichneten Pfeilen
entgegengesetzten Richtung von warmem Wasser durchflossen wird. Ist der elektrische
Ventilator des Heizkörpers 7 ausgeschaltet, so sinkt die Strömungsgeschwindigkeit
im Rohrkreislauf des Heizkörpers 7- wegen ungenügender Wärmeabfuhr sehr rasch ab,
so daß der überwiegende Teil der erzeugten Wärme dem Motor zuströmt, der hiierdurch
für den Start wirksam vorgewärmt wird. Der Kreislauf über den Kühler 2 ,ist hierbei
dur.dh das Thermostatventil 3 abgeschaltet.
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Wird der Motor angelassen, so beginnt die Kühlwasserpumpe 5 zu ambeit.en,
und @es @ent.steht zunächst - solange sich das Thermostatventil 3
noch
nicht geöffnet hat - ein Kreislauf, der in Richtung der eingezeichneten Pfeile vom
Motor I über das Rohr 6, die Strahlpumpe I2, das Rohr 6a, den Heizkörper 7 und die
Rückleitung 8 zurück zur Kühlwasserpumpe 2 führt. Hierbei übt die Strahlpumpe 12
einen Sog auf die Ausgangsleitung IO der Wärmequelle II aus, so daß letztere mit
:erhöhtem Wärmeentzug arbeitet. Es entsteht also eine beschleunigte Aufwärmung des
laufenden Motors, bis dieser seine normale Betriebstemperatur :erreicht hat und
das Thermostatventil 3 sich öffnet.
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Sobald hierdurch der normale Kühlwasserkreislauf über den Kühler 2
.in Betrieb kommt, entsteht an der Abzweigungsstelle, welche die Rückleitungen 4
und 8 mit der Kühlwasserpumpe 5 verbindet, ein Stau zwischen den in Richtung der
eingezeichneten Pfeile gegeneinander verlaufenden beiden Kreislaufströmungen; bemißt
man durch passende Wahl der Querschnitte die Strömungsgeschwindigkeit in dem vom
T-Stück I6 zum Anschluß der Kühlwasserpumpe 5 verlaufenden Teil des Rücklaufröhres
8 kleiner als die Strömungsgeschwindigkeit im Brückenzweig 9-II, so wird :der weitere
Wärmezufluß von der Wärmequelle II zum Motor I durch diesen Stau praktisch unterbunden.
Vielmehr bleibt dann neben dem normalen Kühlwasserumlauf über den Kühler 2 nur noch
der thermische Kühlwasserumlauf :im Nebenkreis 6-8 bestehen, dessen Strömungsgeschwindigkeit
vom Wärmeentzug abhängt, dem man die Heißwasserspirale des Heizkörpers 7 aussetzt.
Je stärker man diesen Wärmeentzug mittels des gezeichneten Ventilators einstellt,
desto mehr heißes Wasser wird gleichzeitig vom Injektor I2 über den Brückenzweig
9-IO aus der Wärmequelle II angesaugt. Man erhält also nunmehr eine sehr rasche
Aufheizung des Fahrzeugraumes.
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Wird hingegen der Wärmeentzug am Heizkörper 7 durch Abschalten des
Ventilators gedrosselt, so sinkt die Strömungsgeschwindigkeit des thermischen Umlaufes
6-6a in der Strählpumpe I2 sehr rasch ab, so daß ihre Saugwirlkung verschwindet
und nur noch ein schwacher thermischer Kreislauf im Kreise II-IO-I2-6a-7-8-9 bestehenbleibt.
Unter dem Einfluß dieser Umlaufdrosselung steigt die Wassertemperatur innerhalb
der Wärmequelle II ; ist diese in bekannter Weise mit selbsttätiger thermischer
Ein- und Ausschaltung ausgerüstet, so schaltet sich die Wärmequelle II nach einiger
Zeit selbsttätig aus und tritt erst dann wieder automatisch in Tätigkeit, wenn die
Abwärme des Motors nicht mehr ausreicht, um den jeweils eingestellten Wärmebedarf
des Heizkörpers 7 zu decken.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung entsteht also .eine selbsttätige
Verteilung der anfallenden Wärme auf Motor I und Heizkörper, welche alle Bedürfnisse
des praktischen Fahrbetriebes mit kleinstem Aufwand an Steuerungsmitteln erfüllt.