DE102009047184A1

DE102009047184A1 - Method for operating a vehicle heater for heating a liquid

Info

Publication number: DE102009047184A1
Application number: DE102009047184A
Authority: DE
Inventors: Michael Humburg
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-06-01

Abstract

The method involves detecting a variable i.e. temperature, standing in connection with viscosity of liquid, and controlling a liquid delivery arrangement (34) for adjusting delivery rate of the delivery arrangement such that the delivery rate decreases while decreasing viscosity. The temperature is detected within the regions of a liquid inlet (32) and/or a liquid outlet of a heat exchanger arrangement (30). Speed of a driving motor of the liquid delivery arrangement is changed for adjustment of the delivery rate of the liquid delivery arrangement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes zur Erwärmung einer Flüssigkeit.The present invention relates to a method for operating a vehicle heater for heating a liquid.

Aus der DE 44 46 829 A1 ist ein Fahrzeugheizgerät bekannt, wie es in 1 gezeigt ist. Das bekannte Fahrzeugheizgerät 10 umfasst einen Brennerbereich 12, welchem mittels einer Brennstoffförderanordnung 14, beispielsweise Dosierpumpe, Brennstoff zugeführt wird und vermittels einer Verbrennungsluftförderanordnung 16, beispielsweise Seitenkanalgebläse, Verbrennungsluft zugeführt wird. Im Brennerbereich 12 wird das Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft verbrannt. Die Verbrennungsabgase strömen über ein Flammrohr 18 und einen zwischen dem Flammrohr 18 und einem inneren Wärmetauschergehäuse 20 gebildeten Abgasströmungsraum 22 zu einem Abgasauslass 24. Das innere Wärmetauschergehäuse 20 und ein dieses außen umgebendes äußeres Wärmetauschergehäuse 26 begrenzen einen Flüssigkeitsströmungsraum 28 einer allgemein mit 30 bezeichneten Wärmetauscheranordnung. An einem Flüssigkeitseinlass 32 tritt die zu erwärmende Flüssigkeit in den Strömungsraum 28 ein, und zwar unter der Förderwirkung einer allgemein mit 34 bezeichneten Flüssigkeitsförderanordnung. Die Flüssigkeit strömt, nachdem sie den Strömungsraum 28 und auch die Flüssigkeitsförderanrodnung 34 durchströmt hat, durch eine Leitungsanordnung 36, beispielsweise zu einem Wärmetauscher, an welchem die in der Flüssigkeit transportierte Wärme auf die in einem Fahrzeuginnenraum zu leitende Luft übertragen wird. Die Flüssigkeit kann dann über die Leitungsanordnung 36 weiter und zurück zum Eintrittsbereich geleitet werden, um erneut Wärme aufzunehmen.From the DE 44 46 829 A1 is a vehicle heater known as it is in 1 is shown. The well-known vehicle heater 10 includes a burner area 12 , which by means of a fuel conveying arrangement 14 , For example, metering pump, fuel is supplied and by means of a combustion air conveying arrangement 16 For example, side channel blower, combustion air is supplied. In the burner area 12 The mixture of fuel and combustion air is burned. The combustion gases flow over a flame tube 18 and one between the flame tube 18 and an inner heat exchanger housing 20 formed exhaust gas flow space 22 to an exhaust outlet 24 , The inner heat exchanger housing 20 and an outer heat exchanger housing surrounding this outside 26 limit a fluid flow space 28 a general with 30 designated heat exchanger assembly. At a liquid inlet 32 the liquid to be heated enters the flow space 28 one, under the sponsorship of a general with 34 designated fluid delivery arrangement. The liquid flows after passing the flow space 28 and also the liquid handling attachment 34 flowed through, through a conduit arrangement 36 For example, to a heat exchanger to which the heat transported in the liquid is transferred to the air to be conducted in a vehicle interior. The liquid can then pass through the conduit 36 passed back and forth to the entrance area to again absorb heat.

Nahe dem Flüssigkeitseintritt 32 ist ein erster Temperatursensor 38 angeordnet, der ein Signal liefert, das im Zusammehang steht mit Temperatur der Flüssigkeit am Flüssigkeitseintritt 32. Ein zweiter Temperatursensor 40 kann die Temperatur der Flüssigkeit an anderer Position im Strömungsraum 28 messen, beispielsweise nahe dem in der 1 nicht erkennbaren Austrittsbereich derselben. Die Signale der beiden Temperatursensoren 38, 40 werden, ebenso wie andere für den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts 10 zu berücksichtigende Signale, einer Ansteuervorrichtung 42 zugeführt, um beruhend auf diesen Eingangsgrößen und verschiedenen darin abgespeicherten Routinen den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts 10 zu steuern/regeln.Near the liquid inlet 32 is a first temperature sensor 38 arranged, which provides a signal that is related to the temperature of the liquid at the liquid inlet 32 , A second temperature sensor 40 can change the temperature of the liquid at another position in the flow space 28 measure, for example, close to that in the 1 unrecognizable exit area of the same. The signals of the two temperature sensors 38 . 40 as well as others for the operation of the vehicle heater 10 to be considered signals, a drive device 42 supplied to operate the vehicle heater based on these inputs and various routines stored therein 10 to control.

So wird beispielsweise bei diesem bekannten Fahrzeugheizgerät 10 dann, wenn durch Vergleich der Signale der beiden Temperatursensoren 38, 40 erkannt wird, dass die Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit zu hoch ist oder die Gefahr einer Überhitzung besteht, vermittels der Ansteuervorrichtung 42 die Brennstoffförderanordnung 14 angesteuert, um die Heizleistung des Brennerbereichs 12 zu reduzieren oder diesen still zu setzen. Auch kann dann, wenn die Flüssigkeit ausreichend warm ist, durch in der 1 nicht dargestellte Ventile der Strömungsweg der Flüssigkeit so geschaltet werden, dass diese die Wärmetauscheranordnung 30 nicht durchströmt, um somit die Aufnahme von Wärme in der Flüssigkeit zu unterbinden.For example, in this known vehicle heater 10 then, if by comparing the signals of the two temperature sensors 38 . 40 It is recognized that the temperature of the liquid to be heated is too high or there is a risk of overheating, by means of the drive device 42 the fuel delivery assembly 14 controlled to the heating capacity of the burner area 12 to reduce or to put this down. Also, if the liquid is sufficiently warm, through in the 1 not shown valves of the flow path of the liquid are switched so that they are the heat exchanger assembly 30 does not flow through, thus preventing the absorption of heat in the liquid.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgeräts zur Erwärmung einer Flüssigkeit vorzusehen, mit welchem eine zuverlässige Erwärmung der Flüssigkeit bei verringertem Energieverbrauch ermöglicht wird.It is the object of the present invention to provide a method for operating a vehicle heater for heating a liquid, with which a reliable heating of the liquid is made possible with reduced energy consumption.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes zur Erwärmung einer Flüssigkeit, umfassend eine von zu erwärmende Flüssigkeit durchströmbare Wärmetauscheranordnung zur Übertragung von Wärme auf die Flüssigkeit, eine Flüssigkeitsleitungsanordnung zum Leiten von Flüssigkeit zu und von der Wärmetauscheranordnung, sowie eine Flüssigkeitsförderanordnung zum Fördern von Flüssigkeit durch die Wärmetauscheranordnung und die Leitungsanordnung, wobei das Verfahren die Maßnahmen umfasst:

a) Erfassen einer mit einer Viskosität der Flüssigkeit in Zusammenhang stehende Größe,
b) Ansteuern der Flüssigkeitsförderanordnung zum Einstellen der Förderleistung derselben derart, dass mit abnehmender Viskosität die Förderleistung abnimmt.

According to the invention, this object is achieved by a method for operating a vehicle heater for heating a liquid, comprising a liquid to be heated liquid flow through the heat exchanger arrangement for transferring heat to the liquid, a liquid line arrangement for conducting liquid to and from the heat exchanger assembly, and a liquid conveying arrangement for conveying fluid through the heat exchanger assembly and the conduit assembly, the method comprising the steps of:

a) detecting a quantity associated with a viscosity of the liquid,
b) driving the liquid conveying arrangement for adjusting the delivery rate of the same such that with decreasing viscosity, the delivery rate decreases.

Es wurde erkannt, dass beim Betrieb eines Fahrzeugheizgeräts nicht nur durch die unmittelbare Einspeisung von flüssigem Brennstoff Energie bzw. ein Energieträger verbraucht wird. Auch der Betrieb der verschiedenen, insbesondere elektrisch zu erregenden Förderanordnungen führt zu einem erheblichen Energiebedarf. So hat sich gezeigt, dass die Flüssigkeitsförderanordnung 34, also beispielsweise eine durch einen elektronisch kommutierten Elektromotor angetriebene Wasserpumpe, in einem Busheizgerät eine Leistungsaufnahme von etwa 210 W hat, um einen Durchsatz von 6000 l/Stunde gegen einen Druck von 0,2 bar zu erbringen. Bei einem Wirkungsgrad einer zur Bereitstellung der elektrischen Energie eingesetzten Lichtmaschine von etwa 20% bedeutet dies, dass der Brennkraftmotor allein zum Betreiben der Wasserpumpe Kraftstoff mit einem Energieäquivalent von etwa 1000 W verbrennen muss, was bei einer Stunde Betrieb einen Verbrauch von etwa 0,1 l Dieselkraftstoff entspricht.It has been recognized that the operation of a vehicle heater consumes energy or an energy source not only through the direct supply of liquid fuel. The operation of the various, in particular electrically excited conveyor arrangements leads to a significant energy demand. Thus, it has been shown that the liquid conveying arrangement 34 Thus, for example, a driven by an electronically commutated electric motor water pump, in a bus heater has a power consumption of about 210 W, to provide a throughput of 6000 l / hour against a pressure of 0.2 bar. With an efficiency of about 20% used for providing the electrical energy generator, this means that the internal combustion engine alone to operate the water pump must burn fuel with an energy equivalent of about 1000 W, which at one hour operation consumption of about 0.1 l Diesel fuel corresponds.

Gleichzeitig hat die vorliegende Erfindung jedoch erkannt, dass die dynamische Viskosität der durch die Wärmetauscheranordnung geförderten Flüssigkeit sich mit der Temperatur stark ändert. Diese Flüssigkeit ist im Allgemeinen die auch im Kühlkreislauf des Antriebsmotors eines Fahrzeugs strömende Flüssigkeit, also beispielsweise ein in einem Mischungsverhältnis 1/1 vorliegendes Gemisch aus Wasser und Glysantin. Die kinematische Viskosität einer derartigen Flüssigkeit liegt bei einer Temperatur von –40°C bei etwa 110 cSt. Bei einer Tempratur von 90°C, was der normalen Betriebstemperatur entspricht, liegt diese kinematische Viskosität bei etwa 0,9 cSt. Dies bedeutet, dass bei gleichem Druckgefälle bei 90°C ein um das Vielfache größerer Volumenstrom durch die Leitungsanordnung strömt, als bei –40°C.At the same time, however, the present invention has recognized that the dynamic viscosity the liquid conveyed by the heat exchanger assembly changes greatly with temperature. This liquid is generally the liquid which also flows in the cooling circuit of the drive motor of a vehicle, that is, for example, a mixture of water and glysantin present in a mixing ratio of 1/1. The kinematic viscosity of such a liquid is at a temperature of -40 ° C at about 110 cSt. At a temperature of 90 ° C, which corresponds to the normal operating temperature, this kinematic viscosity is about 0.9 cSt. This means that at the same pressure gradient at 90 ° C a much larger volume flow through the line arrangement flows, as at -40 ° C.

Gleichzeitig erhöht sich auch die spezifische Wärmekapazität dieser Flüssigkeit von etwa 2,9 J/gK bei –40°C auf 3,65 J/gK bei 90°C. Auch die Wärmeleitfähigkeit, also die Fähigkeit, Wärme aufzunehmen, steigt in diesem Temperaturbereich von etwa 0,345 W/mK auf etwa 0,435 W/mK.At the same time, the specific heat capacity of this liquid increases from about 2.9 J / gK at -40 ° C to 3.65 J / gK at 90 ° C. Also, the thermal conductivity, ie the ability to absorb heat increases in this temperature range from about 0.345 W / mK to about 0.435 W / mK.

Die temperaturabhängige Veränderung der kinematischen Viskosität, der spezifischen Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit berücksichtigend sieht die vorliegende Erfindung nunmehr vor, in Abhängigkeit von der sich mit der Temperatur stark ändernden kinematischen Viskosität die Förderleistung der Flüssigkeitsförderanordnung zu verringern, also beispielsweise die Drehzahl eines Pumpenantriebsmotors, wie z. B. elektronisch kommutierter Elektromotor, zu verringern. Da mit abnehmender Viskosität und entsprechend abnehmender innerer Reibung der Flüssigkeit eine geringere Förderleistung, also beispielsweise geringere Drehzahl eines Pumpenantriebsmotors, ausreicht, um die gleiche Menge der Flüssigkeit zu fördern, kann somit der Energieverbrauch in der Flüssigkeitsförderanordnung reduziert werden. Da auch bei geringerer Förderleistung durch die entsprechend auch geringere Viskosität gleichwohl ein ausreichend großer Volumenstrom sichergestellt wird, ist die Gefahr einer Überhitzung durch mangelnde Wärmeaufnahme in der Wärmetauscheranordnung nicht gegeben. Dazu trägt auch bei, dass mit der geringeren Viskosität, diese primär bedingt durch eine höhere Temperatur, sowohl die Fähigkeit, Wärme aufzunehmen, als auch die Fähigkeit, Wärme zu speichern, zunimmt, so dass die im Brennerbereich bereitgestellte Wärme durch die Flüssigkeit dann, wenn sie eine höhere Temperatur aufweist, im Bereich der Wärmetauscheranordnung auch besser aufgenommen werden kann.Taking into account the temperature-dependent change in the kinematic viscosity, the specific heat capacity and the thermal conductivity, the present invention now provides, depending on the temperature changing kinematic viscosity to reduce the capacity of the liquid conveyor assembly, so for example, the speed of a pump drive motor, such. B. electronically commutated electric motor to reduce. Since with decreasing viscosity and correspondingly decreasing internal friction of the liquid, a lower flow rate, that is, for example, lower speed of a pump drive motor, sufficient to promote the same amount of liquid, thus the energy consumption in the liquid conveyor assembly can be reduced. Since a sufficiently large volume flow is nevertheless ensured even with a lower delivery rate due to the correspondingly lower viscosity, there is no danger of overheating due to a lack of heat absorption in the heat exchanger arrangement. This is also due to the fact that with the lower viscosity, which is primarily due to a higher temperature, both the ability to absorb heat and the ability to store heat increases, so that the heat provided by the liquid in the burner region it has a higher temperature, in the region of the heat exchanger assembly can also be better absorbed.

Wie vorangehend bereits dargelegt, kann als eine Größe, welche mit der Viskosität und insbesondere der dynamischen Viskosität einer Flüssigkeit in sehr engem Zusammenhang steht, die Temperatur der zu erwärmenden und zu fördernden Flüssigkeit erfasst werden. Dies kann beispielsweise im Bereich eines Flüssigkeitseintritts oder/und im Bereich eines Flüssigkeitsaustritts der Wärmetauscheranordnung erfolgen. Wenn dabei Eintritts- und Austrittstemperatur erfasst werden, kann unter Berücksichtigung dieser Temperaturgrößen gleichzeitig auch sichergestellt werden, dass eine Überhitzung nicht auftreten wird, also ein bestimmter Mindestdurchsatz an Flüssigkeit nicht unterschritten wird. Hier kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass dann, wenn eine Temperaturdifferenzauswertung ergibt, dass eine bestimmte Temperaturdifferenz überschritten wird, eine bestimmte Mindestförderleistung, also beispielsweise Mindestdrehzahl eines Antriebsmotors der Flüssigkeitsförderanordnung, vorgegeben werden.As already stated above, as a variable which is very closely related to the viscosity and in particular the dynamic viscosity of a liquid, the temperature of the liquid to be heated and conveyed can be detected. This can be done, for example, in the region of a liquid inlet or / and in the region of a liquid outlet of the heat exchanger arrangement. If the inlet and outlet temperatures are detected, it can be ensured at the same time, taking into account these temperature parameters, that overheating will not occur, ie that a certain minimum flow rate of liquid will not be undershot. Here, for example, it may be provided that when a temperature difference evaluation results that a certain temperature difference is exceeded, a certain minimum delivery rate, ie, for example, minimum rotational speed of a drive motor of the liquid delivery system, will be specified.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches beispielsweise bei dem in der 1 dargestellten Fahrzeugheizgerät angewandt werden kann, kann also beispielsweise so vorgegangen werden, dass in der Ansteuervorrichtung 42 ein beispielsweise linearer Zusammenhang zwischen der Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit und der beispielsweise durch die Drehzahl repräsentierten Förderleistung der Flüssigkeitsförderanordnung 34 vorgegeben wird, in dem Sinne, dass mit ansteigender Temperatur die Förderleistung abnimmt. Beruhend auf dieser Vorgabe kann dann die Ansteuervorrichtung 42 temperatur- und somit auch viskositätsabhängig die Flüssigkeitsförderanordnung 34 ansteuern, um diese mit entsprechend angepasster Drehzahl zu betreiben, so dass auch in Anpassung an die dynamische Viskosität, die spezifische Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit ein Volumenstrom für die Flüssigkeit vorgegeben wird, der bei Minimierung der in der Flüssigkeitsförderanordnung 34 verbrauchten Energie eine ausreichende Aufnahme und Abfuhr von Wärme in/aus der Wärmetauscheranordnung 30 gewährleistet.In the inventive method, which, for example, in the in the 1 can be applied, for example, so that in the driving device 42 For example, a linear relationship between the temperature of the liquid to be heated and the example represented by the rotational speed of the liquid delivery system 34 is given, in the sense that with increasing temperature, the delivery rate decreases. Based on this specification can then the drive device 42 temperature and thus also viscosity-dependent, the liquid conveyor assembly 34 to control them to operate with appropriately adjusted speed, so that also in adaptation to the dynamic viscosity, the specific heat capacity and the thermal conductivity, a volume flow for the liquid is given, while minimizing the in the liquid conveyor assembly 34 consumed energy sufficient absorption and removal of heat in / from the heat exchanger assembly 30 guaranteed.

Es ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anders konfigurierten Fahrzeugheizgeräten eingesetzt werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Flüssigkeitstemperatur an anderer Positionierung zu erfassen. Auch ist die Zuordnung der beiden Temperatursensoren 38, 40 zum Eintritt und zum Austritt der Flüssigkeit nicht so zu verstehen, dass diese Temperatursensoren exakt am Eintritt oder exakt am Austritt positioniert sein müssen. Beispielsweise könnte der im Wesentlichen der Austrittstemperatur zugeordnete zweite Temperatursensor 40 auch in dem dem offenen Ende des Flammrohrs 18 gegenüberliegenden oder nahe liegenden Bereich der Wärmetauscheranordnung 30 positioniert sein, ohne dass in diesem Bereich notwendigerweise auch die Austrittsöffnung für die Flüssigkeit vorgesehen ist.It should be noted that, of course, the inventive method can also be used in differently configured vehicle heaters. In particular, it is possible to detect the liquid temperature at a different position. Also, the assignment of the two temperature sensors 38 . 40 to the entrance and exit of the liquid not to be understood that these temperature sensors must be positioned exactly at the inlet or exactly at the outlet. For example, the second temperature sensor associated essentially with the outlet temperature could be used 40 also in the open end of the flame tube 18 opposite or near region of the heat exchanger assembly 30 be positioned without necessarily in this area, the exit opening for the liquid is provided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4446829 A1 [0002]

Claims

Method for operating a vehicle heating device for heating a liquid, comprising a heat exchanger arrangement through which liquid to be heated can flow ( 30 ) for transferring heat to the liquid, a liquid line arrangement ( 36 ) for conducting liquid to and from the heat exchanger arrangement ( 30 ) as well as a liquid conveying arrangement ( 34 ) for conveying liquid through the heat exchanger arrangement ( 30 ) and the line arrangement ( 36 ), the method comprising the steps of: a) detecting a quantity associated with a viscosity of the liquid, b) activating the liquid conveying arrangement ( 34 ) For adjusting the flow rate of the same so that decreases with decreasing viscosity, the flow rate.

A method according to claim 1, characterized in that the size of the temperature of the liquid is detected.

A method according to claim 2, characterized in that the temperature in the region of a liquid inlet ( 32 ) and / or a liquid outlet of the heat exchanger arrangement ( 30 ) is detected.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for adjusting the delivery rate of the liquid conveying arrangement ( 34 ) the rotational speed of a drive motor of the liquid conveying arrangement ( 34 ) is changed.