DE3834387A1 - Einrichtung zum heizen und kuehlen des innenraumes von kraftfahrzeugen, insbesondere von bussen - Google Patents
Einrichtung zum heizen und kuehlen des innenraumes von kraftfahrzeugen, insbesondere von bussenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Heizen und
Kühlen des Innenraumes von Kraftfahrzeugen. Hierzu ist es
bekannt eine Einrichtung zum Kühlen und eine Einrichtung
zum Beheizen des Kraftfahrzeuginnenraumes voneinander
unabhängig anzuordnen. Die Kühlung erfolgt in der Regel
durch eine Kompressionskälteanlage, deren Verdampfer - einer
oder mehrere - so angeordnet sind, daß Kaltluft durch
Gebläse in den Innenraum geführt werden kann. Hierzu sind,
insbesondere bei Omnibussen, oft sehr lange, mit vielen
Verbindungen zu montierende Rohrleitungen für das flüssige
und das gasförmige Kältemittel erforderlich. Dies ist Anlaß
zu häufigen Undichtigkeiten, also zu Kältemittelverlust
und Funktionsunfähigkeit; oder es gibt Schwierigkeiten mit
der Ölrückführung zum Kompressor.
Die Heizung des Innenraumes erfolgt durch Wärmetauscher
- einen oder mehrere - durch die das Glykol-Wassergemisch
des Motorkühlwasserkreislaufes zirkuliert. Es ist eine
Eigenheit solcher Heizeinrichtungen, daß sich durch den
hohen Anteil von Glykol im Kühlwasser, das noch mit
antikorrosiven Zusätzen versehen ist, an den Innenwänden
der Wärmetauscherrohre nach einigen Stunden Betriebszeit
ein gallertartiger Belag bildet, der den Wärmeübergang
von Heizmedien an die Rohrinnenwand stark beeinträchtigt.
Leistungsmessungen an Heizungswärmetauschern für PKW haben
gezeigt, daß sich bereits nach 15 bis 20 Stunden Meßzeit
die zu Meßbeginn gemessenen Leistungen um 10-15%
verschlechtert haben. In dieser Zeit hat sich die
schleimige Schicht an den Rohrinnenwänden aufgebaut. Um
den Wärmeübergang zu verbessern, werden die Rohre des
Motorkühlers und des Heizungswärmetauschers bei PKWs
entweder mit so geringen Rohrinnendurchmesser oder sehr
flachen Profilrohren versehen, daß die Strömung des
Heizmediums in den Rohren die Ausbildung einer zu dicken
Gallertschicht verhindert.
Bei größeren Rohrinnendurchmessern werden zum gleichen
Zweck sogenannte Turbulatoren - Blechspiralen, Blechstreifen
mit abwechselnd seitlich abstehenden Zungen, etc. - in die
Rohre eingesetzt. Bei Bussen, bei denen stets mehrere
Heizkörper vorhanden sind, deren Rohrdurchmesser im
Vergleich zu PKW-Heizkörpern groß ist, können wegen der
Größe der Heizkörper keine Turbulatoren eingesetzt werden,
da sonst der wasserseitige Druckverlust für den
Motorkühlwasserkreislauf zu hoch wäre.
Es sind auch noch Ausführungen von Anlagen zum Heizen und
Kühlen bekannt, bei denen ein Wasserkreislauf unmittelbar
im Wärmeaustausch mit einem zum Kältemittelkreislauf
gehörenden Wärmetauscher steht. Beim Gegenstand der DE-A
22 33 947 wird im Heizbetrieb das im wassergekühlten
Kondensator vorhandene flüssige Kältemittel durch das durch
den Kondensator strömende Kühlwasser verdampft, in den
Verdampfer geleitet und dort unter Wärmeabgabe verflüssigt.
Es handelt sich, wie aus Seite 6 unten und Seite 7 oben
zu entnehmen ist, "um eine Kombination eines
Kältekreislaufs für die Kühlaufgabe und eines
Kondensationskreislaufs für die Heizaufgabe."
Beim Gegenstand der DE-A 23 64 020 ist zwar wiederum der
Kondensator wassergekühlt, zum Heizen wird jedoch dem
Verdampfer ein zusätzliches Heizregister zugeordnet.
Der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Heizen
und Kühlen des Kfz-Innenraumes der eingangs genannten Art
so zu verbessern, daß sie leistungsfähiger,
wartungsfreundlicher und sicherer gegen Störungen ist.
Erfindungsgemäß wird hierzu ein gemeinsamer Heiz- und
Kühlkreislauf verwendet, der einen Verdampfer und einen
Heizungswärmetauscher enthält, welche nacheinander von
einem flüssigen Heiz/Kühlmittel durchströmt werden, das
auch bei tiefen Umgebungstemperaturen frostsicher ist. Das
flüssige Heiz/Kühlmittel wird vorzugsweise in einem als
Kompaktanlage vormontierten Aggregat temperaturmäßig
aufbereitet, - geheizt oder gekühlt -, das den
Kältekompressor Kondensator, Verdampfer,
Heizungswärmetauscher, sowie die Regeleinrichtungen des
Kälte- und des Heizkreislaufs und die Umwälzpumpe für das
Heiz/Kühlmittel enthält. Das flüssige Heiz/Kühlmittel ist
vorzugsweise eine Sole, die auch Korrosionsschutzmittel
enthält. Hierdurch wird es möglich, den
Heizungswärmetauscher, der primär vom Glykol-Wassergemisch
des Motorkühlwasserkreislaufs und sekundär vom
Heiz/Kühlmittel (Sole) durchströmt wird, so zu gestalten,
daß der gallertartige Belag an den Rohrinnenwänden
wirkungsvoll verringert wird. Die Wärmeübertragung vom
Motorkühlwasserkreislauf auf den Heiz/Kühlmittel-Kreislauf
ist zwar mit Verlusten verbunden, jedoch werden diese
Verluste durch die Einrichtung gemäß der Erfindung mehr als
kompensiert, nämlich
- - erstens durch die erwähnte wirkungsvolle Konstruktion des Heizungswärmetauschers, bei dem in diesem Falle Turbulatoren oder geeignete Rohrquerschnitte verwendet werden können,
- - zweitens dadurch, daß alle Wärmetauscher im Innenraum des Kraftfahrzeuges von Sole durchströmt werden, wodurch sich an den Rohrinnenwänden kein gallertartiger Belag bildet, welcher den Wärmeübergang sonst stark vermindern würde,
- - drittens dadurch, daß - weil der Heiz/Kühl-Kreislauf von Sole durchströmt wird - auch keine Vereisungsgefahr des Verdampfers besteht, wie bei bisherigen von Luft durchströmten Lamellenverdampfern, bei denen zusätzliche Standzeiten der Kälteanlage erforderlich sind, wenn der Verdampfer zuviel Eis angesetzt hat und
- - viertens dadurch, daß wegen drittens mit tieferer Verdampfungstemperatur gearbeitet werden kann, so daß die größere Temperaturdifferenz zwischen Verdampfungstemperatur und Soletemperatur zu einer höheren Wärmeübertragung führt.
Sowohl der Verdampfer als auch der Heizungswärmetauscher
werden vorzugsweise als Doppelrohr-Gegenstrom-Wärmetauscher
ausgeführt, die in einer platzsparenden Weise, z.B.
spiralförmig, verformt sind. Selbstverständlich sind auch
andere geeignete Wärmetauscherkonstruktionen möglich.
Es ist vorteilhaft, wenn diese beiden Wärmetauscher in eine
Isolierung eingebettet werden, die z.B. ein
geschlossenporiger Polyurethan-Schaumstoff sein kann.
Das Aggregat zur temperaturmäßigen Aufbereitung des
Heiz/Kühlmittels kann z.B. im Heck-Motorraum eines Busses
neben dem Motoraggregat angeordnet werden, wobei der
Kältekompressor über Keilriemen vom Motor angetrieben wird,
meist unter Verwendung einer Keilriemenscheibe mit
Magnetkupplung. Der Heizungswärmetauscher wird vorzugsweise
so auf dem Aggregat angeordnet, daß er möglichst nahe am
Motoraggregat plaziert ist, um Wärmeverluste durch lange
Rohrleitungen zu vermeiden.
Bei Kraftfahrzeugen, bei denen es aus Platzgründen nicht
möglich ist, ein kompaktes, vormontiertes Aggregat zur
temperaturmäßigen Aufbereitung des Heiz/Kühlmittels
unterzubringen, werden die Komponenten entsprechend den
Platzverhältnissen eingebaut, was jedoch nichts am Konzept
der Einrichtung gemäß der Erfindung ändert.
Bei langen Zuleitungen vom Aggregat zur
Temperaturaufbereitung bis zu den Wärmetauschern im
Fahrgastraum, wie es bei Bussen der Fall sein kann, ist
es vorteilhaft, diese Leitungen zu isolieren, um
Wärmeverluste zu vermeiden und im Kühlbetrieb bei hoher
relativer Luftfeuchte ein "Schwitzen" der Rohre zu
verhindern.
An Hand der Zeichnungen sind Erfindungsgedanke und ein
Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt und erläutert:
Fig. 1 Ein Kreislaufschema der gemäß der Erfindung,
Kreisläufe der verschiedenen Strömungsmedien und
der wichtigsten Kreislaufelemente,
Fig. 2 den Aufbau eines kompakten Aggregates zur
Temperaturaufbereitung,
Fig. 3 die mögliche Anordnung der Heiz- und
Kühleinrichtung gemäß der Erfindung in einem Bus.
In Fig. 1 ist der gemeinsame Heiz/Kühl-Kreislauf mit 1
bezeichnet. Dieser Kreislauf ist ein Solekreislauf. Die
Sole kann in einem Verdampfer 2 gekühlt und in einem
Heizungswärmetauscher 3 erhitzt werden. Der Verdampfer 1
ist in einem Kältekreislauf angeordnet, in dem sich der
Kältekompressor 4 der Kondensator 5 und die Drosselstelle
6 befinden, die aus einem thermostatischen Einspritzventil
oder einer sogenannten "fix-orifice" bestehen kann. Der
Heizungswärmetauscher 3 befindet sich zusätzlich in einem
Kreislauf 17, der vom flüssigen Kühlmittel des Motors
abgezweigt ist und in der Regel ein Wasser-Glykol-Gemisch
enthält. Bei 8 ist der Anschluß an das Motor-Aggregat
angedeutet. Bei 7 führt der Heiz/Kühl-Kreislauf zu dem oder
den Wärmetauschern im Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges.
Wie Fig. 2 zeigt, können ggf. alle Komponenten, die zur
Erzeugung der im Fahrgastraum gewünschten Temperaturen
erforderlich sind, in einem als Kompaktanlage vormontierten
Aggregat 15 zusammgefaßt werden. Dieses Aggregat enthält
den Verdampfer, den Heizungswärmetauscher 3, den
Kältekompressor 4, den Kondensator 5 mit einem
Elektro-Ventilator 10, die Drosselstelle 6 des
Kältekreislaufes (hier als Blockventil angedeutet), den
kombinierten Kältemittelsammler-Trockner 9, ein
Magnetventil 11, einen Durchflußmengenregler 12 im
Wasser-Glykol-Kreislauf der Motorkühlung und eine
elektronisch gesteuerte Regeleinheit 13, sowie eine
Umwälzpumpe 27 für den Heiz/Kühl-Kreislauf 1. Der
Kompressor des Kältekreislaufs wird über einen
Keilriemen 16 vom daneben angeordneten Motor-Aggregat,
eventuell unter Verwendung einer Keilriemenscheibe mit
Magnetkupplung angetrieben. Der Verdampfer 2 und der
Heizungswärmetauscher 3 sind vorzugsweise als
Doppelrohr-Gegenstrom-Wärmetauscher ausgeführt, welche in
einer geeigneten platzsparenden Weise verformt sind, z.B.
in Form einer Spirale. Beide Wärmetauscher 2 und 3 sind
in eine Isolierung 14 eingebettet, welche z.B. ein
geschlossenporiger Polyuretha-Schaumstoff sein kann. Sie
werden nacheinander, und zwar in der Reihenfolge 3-2 von
der Sole im Kreislauf 1 durchströmt, wobei sich der
Wärmetauscher 3 näher am Motor-Aggregat befindet.
Fig. 3 zeigt eine mögliche Anordnung der erfindungsgemäßen
Heiz- und Kühl-Einrichtung in einem Bus mit im Heck
angeordnetem Motor-Abteil (mit 16 ist die Fahrtrichtung
"vorwärts" bezeichnet). Neben dem Aggregat 15 zur
Temperaturaufbereitung ist das Motor-Aggregat 25
angeordnet. Zwischen beiden zirkuliert der Kreislauf 17.
Der Kreislauf 1 führt, falls erforderlich, in einen
Verteiler 19, von den Rohrleitungen zu den einzelnen
Wärmetauschern im Innenraum (Fahrgastraum), z.B. 20 und
21 auf der rechten Fahrzeugseite, 23 und 24 auf der linken
Seite, sowie 22 im Bug (Bugheizer) geführt sind. Die
Wärmetauscher 20 bis 24 dienen sowohl der Heizung als auch
der Kühlung des Fahrgastraumes. Durch gleichzeitiges und
entsprechend dosiertes Betreiben der Wärmetauscher 2 und
3 können auch alle Temperaturen zwischen max. Heizen und
max. Kühlen eingestellt werden.
Claims (5)
1. Einrichtung zum Heizen und Kühlen des Innenraumes
von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Bussen, dadurch
gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer
Heiz/Kühl-Kreislauf (1) vorhanden ist, der einen
Kältemittelverdampfer (2) und einen Heizungswärmetauscher
(3) enthält, welche nacheinander von einem flüssigen
Heiz/Kühlmittel durchströmt sind, das auch bei tiefen
Temperaturen frostsicher ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das flüssige
Heiz/Kühlmittel eine Sole ist, die insbesondere ein
Korrosionsschutzmittel enthält.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
temperaturmäßige Aufbereitung des Heiz/Kühlmittels
vorzugsweise in einem vormontierten Aggregat (15) erfolgt,
das den Kältekompressor (4), den Kondensator (5), den
Verdampfer (2), den Heizungs-Wärmetauscher (3), alle
Regeleinrichtungen für Heizung und Kühlung (6), (11), (12),
(13) sowie die Umwälzpumpe (27) für das gemeinsame
Heiz/Kühlmittel enthält.
4. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl
der Verdampfer (2) als auch der Heizungs-Wärmetauscher (3)
als Doppelrohr-Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet sind.
5. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Verdampfer (2) und der Heizungs-Wärmetauscher (3) in eine
Isolierung (14) eingebettet sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GEA HAPPEL KLIMATECHNIK GMBH, 4690 HERNE, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8330 | Complete disclaimer |