DE2551911A1

DE2551911A1 - Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE2551911A1
Application number: DE19752551911
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Weidemann; Helmut Wulf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-11-19
Filing date: 1975-11-19
Publication date: 1977-06-02
Also published as: SE7612914L; US4140173A; DE2551911C2

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürkheim

- . Prim Io 885/4

13-11.75

Hei ζvorrich tung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung, insbesondere zum Beheizen eines Fahrgastraumes in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Wärmetauscher, der als wärmeaufnehmender Wärmetauscher an einer Wärmequelle, vorzugsweise am Abgasrohr anschließbar ist und als wärmeabgebender Wärmetauscher an beliebiger Stelle im Fahrgastraum vorgesehen sein kann.

lieizvorrxchtungen dieser Art sind insbesondere, wenn der U'ärmetransport durch Wärmerohre. (heat-pipes) erfolgt, etwas zu wenig träge. Es ist daher zweckmäßig, wenn bei geringerer Wärmezufuhr durch das Abgasrohr oder nach Abstellen des Motors weiterhin wenigstens für eine gewisse Zeit lang Wärme in den Fahrgastraum geliefert wird. Diese Aufgabe soll durch die vorliegende Erfindung gelöst werden, wobei sich außerdem eine Lösung für die Aufnahme der Relativbewegungen zwischen dem wärmeaufnehmenden Wärmetauscher am Motor und dem wärmeabgebenden Wärmetauscher am Fahr-

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zeupaufbau ergeben soll. Vorschläge, biegsame Wärnierohre zu verwenden, sind bekannt. Doch konnten diese Vorschläge bisher weder in der Funktion noch in der Haltbarkeit befriedigen.

Die genannte Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher in einem Gehäuse untergebracht ist und zum Wärmeübergang innerhalb dieses Gehäuses ein Medium vorgesehen ist, drs eine große Wärmespeicherfähigkeit aufweist und auch noch nach Beendigung der Wärmezufuhr oder bei geringerer Wärmezufuhr durch die Wärmequelle über einen längeren Zeitraum hinweg Wärme an das wärmeableitende Mittel überträgt. Das wärmeableitende Mittel ist für diese Heizvorrichtung zweckmäßigerveise ein Wärmerohr (heat-pipe). Im übrigen kann als Wärnieübertragungsniedium eine Flüssigkeit mit hoher Leitfähigkeit, gegebenenfalls auch Wärmespeicherfähigkeit, beispielsweise ein Flüssigparaffin, verwendet werden, das bei jeder in der Heizvorrichtung vorkommenden Temperatur flüssig bleibt.

Zur Aufnahme der Wärmedehnung des Wärmerohres kann dasselbe an den Wärmetauscher mit einem DaIg, vorzugsweise mit einem Netallbalg angeschlossen sein, der die Verbindung vom Gehäuse zum durch Wärmedehnung gegenüber dem Gehäuse beweglichen Wärmerohr herstellt und den von der Flüssigkeit ausgefüllten Raum teil\v^Teise umgibt, dessen anderer Teil von Wandungen des Wärmetauschers umgeben ist.

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Dps Wärmeübertragungsmedium l<ann aber auch ein Latentwärmespeicher, beispielsweise ein Paraffin sein, das bei Normaltemperatur in der festen Phase ist und bei höheren Temperaturen in die flüssige Phase übergeht. Zur Unterbringung des Lntentwärniespeichers weist das Gehäuse des Wärmetauschers
vorteilhaft Doppelwandungen auf, zwischen denen der Latentwärmespeicher untergebracht ist. Im übrigen kann der Wärmetauscher konstruktiv so ausgebildet sein, daß das Gehäuse
mit den Doppelwandungen einerseits einen Wärmeübergangsraum umgibt, in den das Ende des härnierohrs hineinragt und in
den der Wärmeübergang von den heißen Abgasen zum Ende des
härnierohres stattfindet, und andererseits in einem anschließenden Abschnitt einen Teil des Wärnierohrs selbst umgibt.

Zur Verstärkung des Wärmeüberganges von den heißen Abgasen
auf dos Wärmerohr kann sein in den Wärmeaustauscher hineinragendes Ende mit Vvärmeübergangsrippen versehen sein.

Auch bei der Ausbildung der Wärmeübergangsrippen kann man
sich noch die Vorteile, die ein Latentwärmespeicher aufweist, dadurch zunutze machen, daß auch die Wärmeübergangsrippen doppelwandig ausgebildet sind und ihr Inneres mit
einem Medium hoher Wärniespeicherfähigkeit, vorzugsweise mit einem Latentwärmespeicher ausgefüllt ist.

Den Wärmeübergang selbst von den heißen Abgasen einerseits
und dem Wärmemedium im Inneren der Doppelwandung des Gehäuses andererseits kann man noch dadurch verbessern, daß im
Inneren des Gehäuses selbst ein vorzugsweise mit Rippenroh-

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ren versehener Behälter angeordnet ist, in den das Ende des Wärmerohres hineinragt und der mit einer Flüssigkeit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise mit Quecksilber angefüllt ist. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich sogar noch die Größe des Wärmeübergangs in gewissen Grenzen steuern, wenn der Behälter durch eine Leitung mit einem Verdrängungsraum verbunden ist, mit dessen Kolben der Füllungsgrad des Behälters und damit der Grad der Wärmeübertragung einstellbar ist.

Zur Erhöhung der Wirkung des Wärmetauschers kann neben dem Medium mit hoher Warmespexcherfahxgkeit auch noch das Gehäuse des Wärmetauschers dienen, wenn dieses von einem Werkstoff hoher Wärniespeicherfähigkeit gebildet ist. Damit die darin gespeicherte Wärme nicht nach außen abstrahlt, ist es zweckmäßig, das Gehäuse des Wärmetauschers mit einem Isoliermantel zu umgeben*

Zusätzlich kann zur Aufnahme der Wärmebewegungen das Gehäuse des Wärmetauschers wenigstens auf einer Seite durch flexible Leitungen, beispielsweise durch Metallbälge, mit den Abgasleitungen verbunden sein.

Unter den Latentwärmespeichern sind Ausführungen bekannt, die nach erfolgter Aufheizung in der Flüssigphase bleiben und erst durch eine Beeinflussung von außen in die feste Phase übergehen und dabei Wärme abgeben. Auch eine solche Einrichtung kann bei einem Wärmetauscher nach der Erfindung vorgesehen sein, so daß für eine Fahrzeugheizung die Möglich-

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keit besteht, die gespeicherte Wärme zu vorgegebener Zeit, z. D. kurz vor dem Start eines ausgekühlten Fahrzeugs an die Heizung abzugeben.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung entnommen werden können. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmetau

scher nach der Erfindung, der mit einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium hoher Wärmespexcherfähigkeit gefüllt ist,

Fig. 2 teilweise im Schnitt einen an einem Abgas

rohr angeschlossenen Wärmetauscher, der mit einem latenten Wärmeübertragungsmedium hoher Wärmespeicherfähigkeit gefüllt ist und an den ein Wärmerohr angeschlossen ist,

Fig. 3 das Ende eines Wärmerohres teilweise im

Schnitt, das mit Hohlrippen versehen ist t die von einem Wärmemedium hoher Wärmespeicherfähigkeit erfüllt sind,

Fig. k die Ansicht einer Brennkraftmaschine mit

einem Abgasrohr, in des ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher eingebaut ist,

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Fig. 5 ebenfalls die Ansicht einer Brennkraftma

schine mit einem Abgasrohr, in das ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher anderer Ausführung gemäß der Erfindung eingebaut ist, mit einem weiteren erfindungsgemäßen Wärmetauscher, der im Fahrgastraum untergebracht ist.

Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung zum Beheizen eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs weist gemäß Fig. 5 einen Wärmetauscher 1 auf, der als wärmeaufnehmender Wärmetauscher in das Abgassammeirohr 2 kurz nach Vereinigung der von den Zylindern einer Brennkraftmaschine 3 herkommenden einzelnen Abgasrohre h eingebaut ist. Den Wärmetransport von dem wärmeaufnehmenden Wärmetauscher 1 zu dem wärmeabgebenden Wärmetauscher 51 der an beliebiger Stelle im Fahrgastraum untergebracht sein kann, übernimmt ein Wärmerohr (heat-pipe) 6.

Ein Wärmerohr besteht aus einem Hohlkörper aus Kupfer, nichtrostendem Stahl oder auch aus feuerfestem Glas. Die Innenwandfläche des Hohlkörpers ist mit einer Kapillarschicht überzogen. Beide Enden des Wärmerohrs sind luftdicht abgeschlossen und im Innenraum befindet sich eine geringe Menge einer leichtverdampfbaren Flüssigkeit in einem Teilvakuum. Durch die Wärmeaufnahme am wärmeaufnehmenden Wärmetauscher wird die Flüssigkeit verdampft und das so entstandene Gas trägt die aufgenommene Wärme zu dem zweiter¹ im Fahrgastraum befindlichen wärmeabgebenden Wärmetauscher. Dort wird bei der Wärmeabgabe das Gas wieder verflüssigt und das Kondensat strömt durch die Kapillarschicht zum Ausgangspunkt in den wärmeaufnehmenden Wärmetauscher wieder zurück.

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Der Wärmetauscher 1 ist in einem Gehäuse 7 untergebracht, das aus einem Material hoher WärmeSpeicherfähigkeit hergestellt ist. Die Außenwandfläche des Gehäuses 7 ist von einer Isolierschicht 8 umgeben. Das Ende 9 des Wärmerohrs ragt in das Gehäuse 7 des Wärmetauschers 1 ein und ist im Inneren des Wärmetauschers 1 mit Wärmeaustauschrippen 11 versehen.

Das Gehäuse 7 des Wärmeaustauschers weist Doppelwandungen auf und in den dadurch gebildeten Hohlräumen befindet sich ein Medium 13 mit großer WärmeSpeicherfähigkeit. Dies Medium kann beispielsweise ein ^lüssigparaffin sein, das bei jeder der in der Heizvorrichtung vorkommenden Temperatur flüssig bleibt. Es kann aber auch ein Latentwärmespeicher, beispielsweise ein Paraffin sein, das bei Normaltemperatur in der festen Phase ist und bei höherer Temperatur in die flüssige Phase übergeht.

Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 ist dertWärmetauscher 1 im Kraftfahrzeug eingebaut. Damit bei Temperaturveränderungen die an dem Wärmetauscher 1 angeschlossenen Rohre einen Längenausgleich vornehmen können, ist das Abgasrohr 2 zu beiden Seiten des Wärmetauschers 1 durch Metallbälge lk mit diesem verbunden.

Durch die Aufnahme des Mediums 13 mit hoher Wärmespeicherfähigkeit kann auch noch nach Beendigung der Wärmezufuhr oder bei geringer Wärmezufuhr durch die Wärmequelle Abgas

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auch noch über einen längeren Zeitraum hinweg Wärme an das wärmeableitende Wärmerohr 6 übertragen werden, d. h. nach dem Abstellen des Motors wird die Heizung nicht sofort kalt.

In Fig. 1 ist nun ein Wärmetauscher 15 dargestellt, dessen mit Rippen l6 versehenes Gehäuse 17 von einem Werkstoff hoher Wärmespeicherfähigkeit gebildet ist. Das Wärmerohr l8 ist mit einem Metallbalg 19 an das Gehäuse 17 des Wärmetauschers 15 angeschlossen. Das Ende 21 des Wärmerohrs l8 ist ebenfalls mit Rippen 22 versehen, die in ein Medium großer Wärmespeicherfähigkeit, beispielsweise flüssiges Paraffin eintauchen, das bei jeder in der Heizvorrichtung vorkommenden Temperatur flüssig bleibt. Bei Wärmedehnung des Wärmerohres hat dies die Möglichkeit, in die Flüssigkeit 23 und das Gehäuse 17 tiefer einzudringen und/oder Bewegungen des Motors aufzufangen, wobei der Metallbalg 19 den Bewegungen des Wärmerohres folgen kann. Zum Volumenausgleich ist ein Anschlußrohrstück 2k vorgesehen, das zu einem Ausgleichsbehälter führen kann.

In Fig. 2 ist eine weitere Variante für die Ausführung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung dargestellt. Im Abgassammeirohr 25 ist ein wärmeaufnehmender Wärmetauscher 26, in den ein Wärmerohr 27 mit sänem Ende 28 hineinragt, das mit Rippen 29 versehen ist. Das Gehäuse 3I ist mit Doppelwandungen 32 versehen, die mit einem Medium hoher Wärmespeicherfähigkeit 33 ausgefüllt sind. Die Doppelwandungen umgeben einerseits einen Wärmeübergangsraum ^k, in den das Ende 28 des Wärmerohrs 27 hineinragt und in dem der Wärme-

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übergang von den heißen Abgasen zum Ende 28 des Wärmerohrs mit den Rippen 29 stattfindet. Andererseits umgeben die Doppelwandungen mit einem an den Wärmeiibergangsraum J¹I anschlies· senden Abschnitt 35 einen an das Ende 28 des Wärmerohrs 27 anschließenden Teil desselben. Hier findet also der Wärmeübergang einerseits direkt über die heißen Abgase zum Wärmerohr

und andererseits indirekt über das Medium hoher Wärmespeicherfähigkeit auf das Wärmerohr statt. Das Gehäuse 31 ist von einer Isolierschicht 36 umgeben. Auch die Rippen 29 können mit Doppelwandungen versehen sein, wie Fig. 3 zeigt. Auch in diesem Falle wird der durch die Doppelwandungen der Rippen 29 gebildete Hohlraum mit einem Medium hoher Wärmespeicherfähigkeit ausgefüllt. Dieses Medium kann ein flüssiger Stoff oder ein Latentwärmespeicher sein, der aus der festen Phase bei Normaltemperatur in die flüssige Phase bei höherer Temperatur übergeht.

In Fig. 4 ist nun ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das außer den bisher beschriebenen Merkmalen noch eine Reguliermöglichkeit aufweist, durch die der Wärmeübergang von dem Wärmetauscher 37 zum Wärmerohr 3& willkürlich gesteuert werden kann. Die Fig. 4 zeigt wiederum einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 37» der zwischen zwei Abschnitte eines Abgasrohres 39 einer Brennkraftmaschine 4l eingebaut ist. Der Wärmetauscher 37 weist wiederum Doppelwandungen auf, in denen sich das Medium 42 hoher Wärmespeicherfähigkeit befindet. Außerdem ist im Inneren des Wärmetauschers 37 ein mit Rippen 43 versehener Behälter 44 angeordnet, in de; das Ende des Wärmerohrs 38 hineinragt. Der Behälter 46 des Wärmetauschers 37 ist mit einem Faltenbalg 47 mit dem Wärmerohr 38

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verbunden in ähnlicher Weise, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Das Innere des Behälters 44 ist mit einer Flüssigkeit hoher Wärmeleitfähigkeit, nämlich mit Quecksilber angefüllt. Der Behälter 44 ist durch eine Leitung 49 mit einem Verdrängungsraum 51 verbunden, mit dessen Kolben 52 der Füllungsgrad des Behälters 44 und damit der Grad der Wärmeübertragung willkürlich einstellbar ist.

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Leerseite

Claims

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Ansprüche

Heizvorrichtung, insbesondere zum Beheizen eines Fahrgastraumes in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Wärmetauscher, der als wärmeaufnehmender Wärmetauscher an einer Wärmequelle, vorzugsweise am Abgasrohr anschließbar ist und als wärmeabgebender Wärmetauscher an beliebiger Stelle im Fahrgastraum vorgesehen werden kann, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmetauscher (l, 5» 15» 26, 37) in einem Gehäuse (7, 17» 3l) untergebracht ist und zum Wärmeübergang innerhalb dieses Gehäuses (7» 17, 31) ein Medium (13, 23, 33, 42) vorgesehen ist, das eine große Wärmespeicherfähigkeit aufweist und auch noch nach Beendigung der Wärmezufuhr oder bei geringer Wärmezufuhr durch die Wärmequelle über einen längeren Zeitraum hinweg Wärme an das wärmeableitende Mittel (6, l8, 27» 3^) überträgt.

Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das wärmeableitende Mittel ein Wärmerohr (6, l8, 27, 38) (heat-pipe) ist.

3- Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Wärmeübertragungs· medium eine Flüssigkeit (23) mit hoher Leitfähigkeit, vorzugsweise auch Wärmespeicherfähigkeit, beispielsweise ein Flüssigparaffin (23) ist, das bei jeder in der Heizvorrichtung (15 - 2k) vorkommenden Temperatur flüssig bleibt.

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ORIGINAL INSPECTED

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k. Heizvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Wärmerohr (l8) an den Wärmetauscher (15) mit einem Balg (19), vorzugsweise mit einem Metallbalg (I9) angeschlossen ist, der die Verbindung vom Gehäuse (17) zum durch Wärmedehnung und Motorbewegung gegenüber dem Gehäuse (17) beweglichen Wärmerohr (t8) herstellt und den von der Flüssigkeit (23) ausgefüllten Raum teilweise umgibt, dessen anderer Teil von Wandungen des Wärmetauschers (l7) umgeben ist.

5· Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Wärmeübertragungsmedium ein Latentwärmespeicher (33, Ί2), beispielsweise ein Paraffin ist, das bei Normaltemperatur in der festen Phase ist und bei höheren Temperaturen in die flüssige Phase übergeht.

6. Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse des Wärmetauschers Doppelwandungen (32) aufweist, zwischen denen sich der Latentwärmespeicher befindet .

7· Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (31) mit den Doppelwandungen (32) einerseits einen Wärmeübergangsraum (3^), in den das Ende (28) des Wärmerohres (27) hineinragt und in dem der Wärmeübergang von den heißen Abgasen zum Ende (28) des Wärmerohres (27) stattfindet, und anderseits in einem anschließenden Abschnitt (35) einen Teil des Wärmerohres (27 selbst umgibt,

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8. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in
den Wärmetauscher (15) hineinragende Ende (21) des
Uärnierohrs (l8) mit Wärmeübergangsrippen (22) versehen ist.

9. Heizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmeübergangsrippen (29) doppelwandig ausgebildet sind und ihr Inneres mit einem Medium (33) hoher Wärmespeicherfähigkeit
ausgefüllt ist.

10. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9» insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Wärmemedium (33) im Inneren der Doppelwandungen des Gehäuses (3l) und im Inneren
desselben selbst ein vorzugsweise mit Rippen (43) versehener Behälter (44) angeordnet ist, in den das Ende
des Wärmerohrs (38) hineinragt und der mit einer Flüssigkeit (48) hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise
Quecksilber, angefüllt ist.

11. Heizvorrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (44) durch eine Leitung (49) mit einem Verdrängungsraum (51) verbunden ist, mit dessen Kolben (52) der Füllungsgrad des Behälters (44) und damit der Grad der Wärmeübertragung einstellbar ist.

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Df>im Io

12. Heizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (7, 17, 31) des Wärmetauschers von einem Isoliermantel (8, 36) umgeben ist.

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