DE2930747A1

DE2930747A1 - Einrichtung zur regulierung der heizleistung eines waermetauschers.

Info

Publication number: DE2930747A1
Application number: DE19792930747
Authority: DE
Inventors: Günther 7032 Sindelfingen Sigmund; Albert Dipl.-Ing. 7400 Tübingen Stolz; Wolfgang 7031 Magstadt Volz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-07-28
Filing date: 1979-07-28
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2930747B2; US4548355A; JPS6248619B2; JPS5625009A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daiw 12 542/4 Stuttgart-Untertürkheim 26. Juli 1979

"Einrichtung zur Regulierung der Heisleistung eines Wärmetauschers"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regulierung der Heizleistung eines Wärmetauschers in einem Kraftfahrzeug mit einem Stellglied zur Steuerung des Wärmeträgerstromes und einer das Stellglied betätigenden Regeleinrichtung mit Eingängen in Form eines hochbewerteten Innentemperatur- und eines niedriger bewerteten Heizlufttemperaturfühlers am Austritt des Wärmetauschers, sowie eines von Hand einstellbaren Sollwertgebers, wobei die Regeleinrichtung aus einem eine Dreiecksspannung konstanter Frequenz erzeugenden Impulsgeber, einem Differenzverstärker für die Signale des Innenraumtemperaturfiihlers, des Heizlufttemperaturfühlers und des Sollwertgebers besteht, sowie einen Komperator zur Erzeugung von Rechteckimpulsen entsprechend der Dreiecksspannungsfrequenz mit einer Impulsbreite entsprechend dem Temperatursignal des Differenzverstärkers umfaßt.

Eine derartige Regeleinrichtung ist aus der DE-OS 26 15 476 bekannt, wobei durch die Nichtlinearität der Dreiecksspannung ein Weg aufgezeigt ist, bei niedrigem Temperatursignal eine überaus starke Abnahme der Breite des Rechteckspannungsimpulses und dadurch eine quasi stetige Regelung der Heizung zu erreichen.

Im praktischen Betrieb hat es sich nun gezeigt, daß im Bereich stark reduzierter Heizleistung, wobei das Stellglied zur Steuerung des Wärmeträgerstromes entweder geschlossen oder nur sehr kurzzeitig geöffnet ist, Schwierigkeiten bei der Einhal-

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tung der vorgegebenen Temperatur auftreten können. Dies kommt daher, weil bei leistungsfähigen Wärmetauschern mit Wärmeträgerstronisteuerung zum einen eine Drosselung des durchschnittlichen Durchflusses bis auf ca I/5O des Maximalwertes erfolgen muß, damit der Sprung zwischen dem Zustand "nicht heizen" und dem Zustand "geringste Heizleistung" nicht zu groß wird, zum anderen aber bei Zugrundelegung üblicher Leitungslängen mindestens eine Öffnungszeit von 0,1 Sekunden nonie^Uig ist, damit der Wärmeträger überhaupt merklich in Bewegung gerät. Ist der Wärmeträger noch mit einem höheren Gasariteil versetzt , so muß die Mindestöffnungszeit wegen der nun ins Gewicht fallenden Komprimierbarkeit noch höher sein.

Es ergeben sich also mitunter bei kleinen Heizleistungen größere Abstände zwischen kurzzeitigen Wärmeträgerströmen, weil es vorkommen kann, daß das Temperatursignal außerhalb der Hüllkurve der Dreieckespannung liegt und somit einzelne Schaltintervalle ausgelassen werden.

Bei Wärmetauschern, die aufgrund ihres Aufbaues und ihrer Größe ein geringes Wärmeträger-Volumen aufweisen, kann der zum einwandfreien Betrieb erforderliche kurze Mindestwärmeträgerstrom bereits zu einem vollständigen Wäre»trägeraustausch im Wärmetauscher führen. Dadurch treten kurzzeitig hohe Luftausti-ittstemperaturen auf, die insbesondere bei aufgeheiztem Innenraum als lästig empfunden werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Temperaturverhalten der Einrichtung durch einfache Mittel so zu verbessern, daß insbesondere bei stark reduzierter Heizleistung noch eine als angenehm angesehene Temperaturschichtung erreicht werden kann, wobei gleichzeitig sichergestellt sein soll, daß auch nach längerer Betriebszeit die beim Schalten des Stellgliedes auftretenden Druckstöße nicht zu Undichtigkeiten des Wärmetauschers führen.

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Deshalb wird eine Einrichtung zur Regulierung der Heizleistung eines Wärmetauschers der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei erfindungsgeroäß als Wärmetauscher ein Rohrwärmetauscher rait einem großen Verhältnis von Wärmeträger-Volumen zu wärmeableitender Hohroberflache Verwendung findet und wobei das Stellglied von einem in nicht erregtem Zustand offenen Elektromagnetventil gebildet wird, dan stromab des Wärmetauschers angeordnet ist. Wegen des großen Wärmeträger-Volumens wird bei einem kurzzeitigen Öffnen des Stellgliedes nur ein Teilvolumen des Wärmetauschers verdrängt, so daß ein Restvolumen bereits abgekühlten Wärmeträgers erhalten bleibt. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, einen wärmeren und einen kälteren Teilluftstrom zu erzeugen, der gezielt bestimmten Teilen des Fahrgastraumes zugeführt wird. Aufgrund der auf das Wärmeträger-Volumen bezogenen geringen wänneableitenden Rohroberfläche kann auch bei kleinerem Luftdurchsatz die Luftaustrittetemperatur vergleichsweise gering gehalten werden. Das in erregtem Zustand offene Elektromagnetventil stellt auch bei seinem Ausfall sicher, daß die Heizung nicht ausfällt, wobei wegen der erfindungsgemäßen Anordnung der Ventile die im Schaltbetrieb auftretenden Druckstöße das Bestreben haben, die Wärmetauscherrohre aufzuweiten, so daß während dieser kritischen Belastungsphase in vorteilhafter Weise eine verstärkte Abstützung der Rohre am zugeordneten Rohrboden erfolgt.

Die Druckstöße können besonders weich abgefangen werden, wenn der Wärmetauscher eine elastische Einbettung der Rohrenden in den Rohrböden aufweist.

Der Fuß- und Kopfraum des Fahrzeuginnenraumes kann bei Bedarf stark unterschiedlich aufgeheizt werden, wenn der Wärmetauscher durch mindestens einen Zwiechentank in zwei aufeinanderfolgende Zonen mit unterschiedlich hohem Temperaturniveau aufgeteilt ist, wobei der Zwischentank, z. B. durch entsprechende Isolierung, nur einen geringen Wärmeaustausch zuläßt.

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Kino voitero erhöhung des unterschiedlich holien Tempernturnivoaus ist dann gegeben, vcnn vom Zivi sch ent a nk eine Iiückflußleitung wegführt, die-in Strömungsrichtung gesehen - vor <-?eni Stellglied in die Rücklaufleitung einmündet.

Es ist aber auch möglich, vom Zwischentank eine Hückflußleitung wegzuführen, in der ein zusammen mit dem Stellglied ansteuerbares Ventil sitzt, wobei die Rückflußleitung stromab des Stellgliedes an die Rücklaufleitung angeschlossen ist.

Bei einem bevorzugten, platzsparenden Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden das Stellglied und das Ventil eine Baueinheit.

Die Hückflußmenge bei offenem Ventil läßt sich leicht, z. B. auch an einzelne Betriebszustände, anpassen, wenn in der Rückflußleitung ein Mengenregler angeordnet ist.

Ist eine Aufteilung des Wärmeträgerstromes im Wärmetauscher zur getrennten Beheizung des linken und rechten Fahrgastraumteiles vorgesehen, so ist es zweckmäßig, wenn jedem Fahrgastraurateil eine Hegeleinrichtung zugeordnet ist, die ein separates Stellglied ansteuert.

Eine von der Motordrehzahl unabhängige und gleichmüßige Beaufschlagung de· Wärmetauscher· durch den Wärmeträger ..,-ird erreicht, wenn im Wärmetriigcikreielauf eine zur Motor-Kühlmittelpunpe parallel oder in Reihe geschaltete Wäreeträgerpumpe angeordnet ist.

Weiterhin kann zur Erhöhung des Komforts ein den Wärmetauscher beaufschlagendes Gebläse vorgesehen sein, das beim Unterschreiten einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit selbsttätig zugeschaltet wird.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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Ks zeigen:

Tig. 1 eine Anordnung der erfindungsgemößen Einrichtung in einem schematisch dargestellten Personenkraftwagen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Hundrohrwärmetauseher mit elastischer Einbettung der Rohrenden und mit einem Zwischentank.

Liη xn Fig. 1 schematisch dargestellter Personenkraftwagen 1 weist einen Motorblock 2 auf, von dem eine Vorlaufleitung 3 zu einem Wärmetauscher Ί führt und eine von diesen abgehende Rücklaufleitung 5 unter Zwischenschaltung eines Stellgliedes in Form eines Elektromagnetventils wieder in den Motorblock 2 mündet. Ein Innenraumt empera tür fühler 7, ein Heizluftteraperaturi'üliler <°> und ein Sollwertgeber 9 stellen die Eingangsgrößen für einen in Fig. 1 nicht gezeigten Differenzverstärker dar. Ein Geblase 10, das beim Unterschreiten einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindikgeit selbsttätig zugeschaltet wird, beaufschlagt den Wärmetauscher k und sorgt selbst bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. im Stand für eine gleichmäßige Erwärmung des Innenraumes.

In Fig. 2 sind die einzelnen Komponenten der Regeleinrichtung in Form eines Blockschaltbildes aufgezeigt. Der Heizlufttemperaturfühler 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel den Innenraumtemperaturfühler 7 vorgeschaltet und das verknüpfte Signal bildet einen Eingang für einen Differenzverstärker 11, dem über einen zweiten Eingang das Signal de« Sollwertgebers zugeführt wird. Das den Differenzverstärker 11 verlassende Signal wird in einen Komperator 12 eingespeist, der weiterhin noch von einem Impulsgeber 13 beaufschlagt wird, der eine Dreieckspannung konstanter Frequenz erzeugt. Den Komperator 12 verlassen Hechteckimpulse entsprechend der Dreiecksspannungsfrequenz nit

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einer Impulsbreite entsprechend dem Temperatursignal des Differenzverstärkers 11. Das nachgeschaltete Stellglied 6 in Form eines in unerregtem Zustand offenen Elektromagnetventils wird entsprechend der anfallenden Rechteckimpulse geschlossen und geöffnet. In die Vorlaufleitung 3 ist parallel zur Motor-Kühl mit telpumpe Ik eine Wärmeträgerpumpe 15 eingefügt.

Eine nicht näher dargestellte Einrichtung l6, die ein Drehzahlsignal ζ. B. der Tachowelle verarbeitet, steuert dann ein nachgeschaltetes Relais 17 an, das auf das Gebläse 10 wirkt, wenn eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit unterschritten wird.

Wie die Fig. 3 zeigt, ist der Wärmetauscher 'i als Rundrohrwärmetauscher ausgebildet, dessen Rohrenden l8 unter Zwischenschaltung eines elastischen, wärmebeständigen Materials 19 sich am jeweils zugeordneten Rohrboden 20 abstützen, wodurch eine besonders weiche Aufnahme der Schaltstöße des Stellgliedes 6 erfolgt. Der in einen nicht dargestellten unteren Wasserkasten eintretende Warenträger fließt in Richtung der angegebenen Pfeile in einen Zwischentank 21 mit besonders geringer Wärmeabgabe und von dort in einen angedeuteten oberen Wasserkasten 22. Durch diesen Aufbau ist sichergestellt, daß bei stark reduzierter Heizleistung es mehrerer Öffnungszeiten des Stellgliedes 6 bedarf, bis der Wärmeträger vollständig ausgetauscht ist.

Dieser Vorgang wird noch dadurch unterstützt, daß vom Zwischentank 21 eine Rückflußleitung 23 wegführt, die - wie Fig. 2 zeigt entweder vor dem Stellglied 6 in die Rücklaufleitung 5 mündet, oder - wie in stricbptsktierten Linien angedeutet - unter Zwischenschaltung eines zusammen mit dem Stellglied 6 angesteuerten Ventils 2.k stromab des Stellgliedes an die Rücklauf leitung 5 angeschlossen ist. Ein weiterhin bei Bedarf in der Rückflußleitung 23 eingebauter Mengenregler 25 dient der Abstimmung der Rückflußmenge.

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 5h2/h

Stuttgart-Untertürkheim 26. Juli 1979

Ansprüche

1.J Einrichtung zur Regulierung der Heizleistung eines Wärme- \^_J tauschere in einem Kraftfahrzeug mit einem Stellglied zur Steuerung des Würmeträgerstromes und einer das Stellglied betätigenden Regeleinrichtung mit Eingängen in Form eines hochbewerteten Innentemperatur- und eines niedriger bewerteten Heizlufttemperaturfühlers am Austritt des Wärmetauschers, sowie eines von Hand einstellbaren Sollwertgebers, wobei die Hegeleinrichtung aus einem eine Dreiecksspannung konstanter Frequenz erzeugenden Impulsgeber, einem Differenzverstärker für die Signale des Innenraumtemperaturfühlers, des Heizlufttemperaturfühlers und des Sollwertgebers besteht, sowie einen Komperator zur Erzeugung von Rechteckimpulsen entsprechend der Dreiecksspannungsfrequenz mit einer Impulsbreite entsprechend dem Temperatursignal des Differenzverstärkers umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmetauscher Ct) ein Rohrwärmetauscher mit einem großen Verhältnis von Wärmeträger-Volumen zu wärmeableitender Rohroberfläche Verwendung findet, und daß das Stellglied (6) von einem in nicht erregtem Zustand offenen Elektromagnetventil gebildet wird, das stromab des Wärmetauschers Ci) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher Cl) eine elastische Einbettung der Rohrenden (19) in den Rohrböden (20) aufweist

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3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß der Wärmetauscher (4) durch mindestens einen Zwischentank (21) in zwei aufeinanderfolgende Zonen mit unterschiedlich hohem Temperaturniveau aufgeteilt ist, und daß der Zwischentank (21), z.B. durch entsprechende Isolierung, nur einen geringen Wärmeaustausch zuläßt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zwischentank (21) eine Rückflußleitung (23) wegführt, die - in Strömungsrichtung gesehen vor dem Stellglied (6) in die Rücklaufleitung (5) einmündet.

5. Einrichtung nach Anspruch 3· dadurch gekennzeichnet, daß vom Zwischentank (21) eine Rückflußleitung (23) wegführt, in der ein zusanmen mit dem Stellglied (6) ansteuerbares Ventil (24) sitzt, und daß die Rückflußleitung (23) stromab des Stellgliedes (6) an die Rücklaufleitung (5) angeschlossen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzei c h η e Ii daß das Stellglied (6) und das Ventil (s4) eine Baueinheit bilden.

7· Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzei c h η · t, daß in der Rückflußleitung (23) ein Mengenregler (25) angeordnet ist.

ß. Einrichtung nach einen oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche mit einer Aufteilung des Wärmeträgerstromes im Wärmetauscher zur getrennten Beheizung des linken und rechten Fahrgastraumteiles, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Fahrgastraumteil eine Regeleinrichtung zugeordnet ist, die ein separates Stellglied (6) ansteuert.

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9· Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärraetrngerkreislauf eine zur Motor-Kühlmittelpumpe (14) parallel oder in Reihe geschaltete Värmeträger pumpe (15) angeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem oder* mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Wärmetauscher Cl) beaufschlagendes Gebläse (lO) vorgesehen ist, das beim Unterschreiten einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit selbsttätig zugeschaltet wird.

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