DE3203369C1

DE3203369C1 - Flächenheizkörper für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE3203369C1
Application number: DE3203369A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Andres; Helmut 7032 Sindelfingen Grantz; Wolf-Dietrich Dr. 7031 Ehningen Münzel; Wolfgang 7032 Sindelfingen Odebrecht
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1982-02-02
Filing date: 1982-02-02
Publication date: 1983-10-13
Also published as: SE8300456D0; SE8300456L; US4550774A; SE453324B

Description

Die Erfindung betrifft einen Flächenheizkörper für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 2, wie er beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung 55-152 388 als bekannt hervorgeht.

Diese Veröffentlichtung zeigt Wärmeabstrahier für wärmeentwickelnde Teile, von denen die Wärme abgeführt werden muß. Es kann sich dabei beispielsweise um Leistungstransistoren für Geräte der Unterhaltungselektronik handeln. Derartige Geräte werden in allen möglichen Lagen — stehend, liegend, seitlich oder nach vorne oder hinten schräg — benutzt und der Wärmeabstrahier soll in allen diesen Verwendungslagen wirksam sein. Zwar ist in der meist üblichen Verwendungslage des Gerätes eine definierte Vertikallage des Wärmeabstrahlers vorhanden, in der sich nicht nur eine Wärmeabstrahlung, sondern auch eine freie Konvektion optimal einstellen kann; in der Vertikallage arbeitet auch das im Wärmeabstrahler integrierte Wärmerohr-Kanalsystem optimal, weil dessen Wirkung von der relativen Richtung der Schwerkraft abhängt; die heiße Seite — dorthin soil das Kondensat zurückfließen — soll unten sein. Durch das Wärmerohr-Kanalsystem soll die punktuell anfallende Wärme auf die Fläche des Wärmeabstrahlers verteilt werden. Das zu kühlende Teil ist im Bereich der Unterkante des plattenförmigen Wärmeabstrahlers, und dort etwa mittig angeordnet Um seitliche Neigungen nach rechts oder links bis zu 90° oder mehr — der plattenförmige Wärmeabstrahler steht dabei nach wie vor vertikal — zulassen zu können, ist rechts und links von dem zu kühlenden Teil je ein gesondertes, jeweils aus kreuzweise verlaufenden Kanalabschnitten aufgebautes Wärmerohr-Kanalsystem vorgesehen. Bei seitlicher Neigung ist jeweils nur das geodätisch höher liegende Wärmerohr-Kanalsystem wirksam. Bei Neigung des Wärmeabstrahlers aus der Vertikallage heraus — nach vorne oder nach hinten — können Neigungen bis höchstens nahe an die horizontale Flachlage zugelassen werden. Bei über die Flachlage hinausgehender Neigung liegen beide Wärmerohr-Kanalsysteme geodätisch tiefer, als aas zu kühlende Teil und die Wärmeabfuhr ist unter der Voraussetzung, daß die den zu kühlenden Teil zunächstliegende Seitenkante des Wärmeabstrahlers angenähert horizonal liegt, unerbrochen oder zumindest sehr stark beeinträchtigt. Der horizontalen Flachlage angenäherte Lagen des Wärmeabstrahlers können daher nur bedingt zugelassen werden.

Ein außerdem aus der DE-OS 29 42 758 bekannter Flächenheizkörper steht in Einbaulage vertikal, wobei der Heizstab, der Heizkanal oder dergleichen entlang der Unterkante entlangläuft. Das im Wärmerohr-Kanalsystem sich bildende Kondensat läuft durch Schwerkrafteinfluß in den unten befindlichen Kondensatsammler zurück, von wo es durch äußere Wärmezufuhr wieder verdampft wird und sich im Innern des Wärmerohr-Kanalsystem ausbreiten kann. Derartige Flächenheizkörper dienen dazu, von einer linienförmig sich erstreckenden Wärmequelle die Wärme über eine größere Fläche in den angrenzenden Raum zu verteilen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Flächenheizkörper dahingehend auszugestalten, daß sie ohne Einschränkung auch für einen horizontalen Einbau in bewegte Objekte wie Fahrzeuge, Flugzeuge oder Schiffe geeignet sind, bei denen mit länger anhaltenden Neigungen und Beschleunigungs bzw. Verzögerungseinflüssen zu rechnen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.

Dank der zirkularsymmetrischen Anordnung von Kondensatsammler zum einen und den wärmeabgebenden Kanalabschnitten zum anderen innerhalb des Wärmerohr-Kanalsystems ist der Flächenheizkörper unabhängig von der Richtung der Resultierenden aus Massenkraft und Schwerkraft. Dadurch wird sichergestellt, daß sich Kondensat stets im Bereich der Wärmezufuhr durch den Heizstab, den Heizkanal oder dergleichen sammelt und durch die Wärmequelle verdampft wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung kön-

nen den Unteransprüchen entnommen werden. Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung verschiedener in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Oberansicht eines Flächenheiz Körpers mit kreuzweise verlaufenden wärmeabgebenden Kanalabschnitten,

F i g. 2 einen Teilquerschnitt durch den Flächenheizkörper nach F i g. 1 entlang der Schnittlinie H-H,

Fig. 3 und 4 Oberansicht (Fig. 3) und Teilschnitt (Fig.4) entbng der Schnittlinie IV-IV eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Flächenheizkörpers mit kreuzweise angeordneten, wärmeabgebenden Kanalabschnitten,

Fig. 5 und 6 Ausführungsvarianten zu dem Ausfüh- '5 rungsbeispiel nach F i g. 3 und 4 für die Anordnung des Heizkanales (F i g. 5) bzw. eines Heizstabes (F i g. 6),

Fig. 7 und 8 Oberansicht (Fig. 7) und Querschnitt (Fig. 8) eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Flächenheizkörpers mit sternförmig angeordneten wärmeabgebenden Kanalabschnitten,

Fig. 9 und 10 Teilschnitte durch abgeänderte Flächenheizkörper ähnlich wie die nach den F i g. 7 und 8 im Bereich des Kondensatsammlers, unterschiedliche Ausbildung des Heizkanales (F i g. 9) bzw. des Heizstabes (Fig. 10) zeigend und

Fig. 11 und 12 Oberansicht (Fig. 11) bzw. Teilquerschnitt (Fig. 12) eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Flächenheizkörpers mit sternförmig angeordneten Kanalbschnitten.

Die in den Zeichnungen dargestellten Flächenhei?- körper sind durchweg als geblähter mehrlagiger Teilverbundschichtkörper ausgebildet, die teils zweilagig und teils dreilagig sind. Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele von Flächenheizkörpern 1, Γ bzw. 1" weisen sich kreuzende Kanäle 5 auf, die in einen im Bereich des gesamten Außenrandes des Flächenheizkörpers durchgehend umlaufenden Ringkanal als Kondensatsammler 3 einmünden. Dieses aus Kreuzkanälen 5 und Kondensatsammler 3 bestehende Wärmerohr-Kanalsystem ist evakuiert und teilweise mit einem verdampfbaren bzw. kondensierbaren Wärmeträgermedium, beispielsweise einem Kältemittel gefüllt und anschließend hermetisch verschlossen. Die kreuzkanäle 5 verlaufen rechtwinklig zueinander und parallel zu den Seiten des in Oberansicht quadratisch verlaufenden ringkanalförmigen Kondensatsammlers 3. Es wären auch Ausführungen denkbar, bei denen die Kreuzkanäle unter drei verschiedenen Richtungen mit einem gegenseitigen Neigungswinkel von 60 Grad ⁵⁽⁾ angeordnet sind. Eine weitere Ausführungsvariante 1-önnte auch rechtwinklig zueinander verlaufende Kreuzkanäle haben, die parallel zu den Diagonalen des Flächenheizkörpers verlaufen. In jedem Fall wird durch die Kreuzkanäle zum einen und durch den am Außenumfang ringförmig entlang verlaufenden Kondensatsammler zum anderen sichergestellt, daß unabhängig von der Richtung der Resultierenden aus Schwerkrafteinfluß und Massenkraft das sich bildende Kondensat in jedem Fall an irgendeine Umfangsstelle des Kondensatsammlers 3 hinläuft und dort auf einen Teilabschnitt der Wärmequelle trifft.

Bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Flächenheizkörper 1 als zweilagiger geblähter Teilverbundschichtkörper ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der mit Heizwasser durchströmbare Heizkanal 9 radial außerhalb des ringförmigen Kondensatsammlers 3 angeordnet. Die Wärmezufuhr vom Heizkanal 9 zum Kondensatsammler 3 erfolgt durch den stegförmigen Abschnitt zwischen dem Heizkanal 9 und dem Kondensatsammler 3.

Das in den F i g. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel des Flächenheizkörpers Γ ist als geblähter dreitägiger Teilverbundschichtkörper ausgebildet. Zwar ist hier der Materialeinsatz größer, jedoch hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß der von Heizwasscr durchströmbare Heizkanal 8 breitflächig dem ringförmigen Kondensatsammler 3 gegenüberliegt und eine wesentlich größere Wärmeübergangsfläche zwischen beiden Kanälen besteht, so daß sich ein Wärmeübergang bei geringerem Temperaturgefälle und weniger Wärmeverlust ergibt Außerdem ist der Flächenbedarf des Flächenheizkörpers geringer. Insgesamt kann also unter Umständen trotz eines höheren Materialeinsatzes durchaus die gleiche Wärmemenge, bezogen auf das Einsatzgewicht des Flächenwärmetauschers, übertragen werden.

In den F i g. 5 und 6 sind noch Varianten des Flächenheizkörpers nach Fig. 3 und 4 dargestellt, bei denen jedoch der Flächenheizkörper 1" als zweilagiger Teilverbundschichtkörper mit geringerem Materialaufwand ausgebildet ist. Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Heizkanal 10 gut wärmeleitend an die Dache Unterseite des Flächenheizkörpers angelötet bzw. mittels eines gut wärmeleitenden Klebers angeklebt. Die F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein elektrischer Heizstab 11 wärmeleitend im Bereich des Kondensatsammlers 3 angebracht ist. Es kann sich hierbei um Heizwendeln handeln, die wärmeleitend in eine wärmebeständige Gummimatte eingebettet sind, die ihrerseits wärmeleitend und hitzebeständig an die flache Unterseite des Flächenheizkörpers 1" anvulkanisiert ist.

Zur Begünstigung des Kondensatrücklaufs von den wärmeabgebenden Kreuzkanälen zum Kondensatsammler 3 hin kann vorgesehen sein, daß der Flächenheizkörper uhrenglasfömig oder leicht pyramiden- bzw. kegelförmig gewölbt ist. Hierbei ist in Einbaulage die Wölbung in Schwerkraftrichtung nach oben vorzusehen, so daß der ringförmige Kondensatsammler geodätisch an die tiefste Stelle zu liegen kommt.

Die Fig. 7 bis 12 zeigen ebenfalls als geblähte mehrlagige Teilverbundschichter ausgebildete Flächenheizkörper 2, 2' bzw. 2", bei denen die wärmeabgebenden Kanalabschnitte des Wärmerohr-Kanalsystems als sternförmig angeordnete Kanäle 6 bzw. 6' ausgebildet sind. Und zwar ist bei diesen Flächenheizkörpern der Kondensatsammler 4 bzw. 4' etwa zentral innerhalb des Flächenheizkörpers angeordnet und die Sternkanäle 6 bzw. 6' erstrecken sich nach allen Richtungen hinweg. Zur Begünstigung des Druckausgleichs zwischen den einzelnen Sternkanälen sind diese an ihrem radial äußeren Ende alle durch einen ebenfalls mit zum Wärmerohr-Kanalystem gehörenden Ringkanal 7 verbunden. Die Wärmezufuhr erfolgt hier ebenfalls im Bereich des Kondensatsammler;; 4, 4', so daß der Heizkanal 8', Heizstab oder dergleichen ebenfalls zentrisch innerhalb des Flächenheizkörpers angeordnet ist.

Dc- in den F i g. 7 und 8 dargestellte Flächenheizkörper 2 ist als dreilagiger Teilverbundschichtkörper ausgebildet. Der Kondensatsammler 4 ist als kleines Kreuzkanal-Sysiem mit einem am Außenumfang rechteckig umlaufenden Kanal ausgebildet. Es wäre

auch denkbar, einen scheibenförmigen Hohlraum als Kondensatsammler vorzusehen, bei dem lediglich zur Abstützung der beiden gegenüberliegenden Wände flächenmäßig kleine Kontaktstellen vorgesehen sind. Die Kreuzkanäle innerhalb des Kondensatsammlers 4 dienen einem sicheren und raschen Kondensataustausch bei Wechsel der Schwerkraftrichtung bzw. der Massenkraftrichtung. Der durch die dritte Lage des dreilagigen Teilverbundschichtkörpers gebildete Heizkanal 8' verläuft ringförmig-rechteckig entlang der äußeren Ringleitung des Kondensatsammlers 4 und steht breitflächig und gut wärmeleitend mit ihm in Verbindung.

Die F i g. 9 und 10 zeigen Flächenheizkörper 2', die als zweilagige Teilverbundschichtkörper ausgebildet sind und die demgemäß leichter sind als der Flächenheizkörper nach den F i g. 7 und 8. Im übrigen sollen jedoch die Flächenheizkörper nach den Fig.9 und 10, was die Form des Wärmerohr-Kanalsystems anlangt, dem Flächenheizkörper nach den Fig. 7 und 8 entsprechen. Bei dem Flächenheizkörper 2' nach F i g. 9 ist ein gesonderter als Rechteckrohr ausgebildeter Heizkanal 10' breitflächig und gut wärmeleitend mit dem Ringkanal des Kondensatsammlers 4 verbunden. Die in Fig. 10 gezeigte Variante sieht hierfür einen Heizstab 1Γ ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 vor.

Der in den Fig. 11 und 12 dargestellte Flächenheizkörper 2" ist als zweilagiger Teilverbundschichtkörper ausgebildet, bei dem der Kondensatsammler 4' lediglich durch einen Ringkanal gebildet ist. Im Innern der von diesem Ringkanal eingeschlossenen Fläche liegt — durch die beiden gleichen Lagen des zweilagigen Teilverbundschichtkörpers gebildet — der U-förmige Heizkanal 9', der über einen schmalen Zwischensteg seine Wärme an den Ringkanal des Kondensatsammlers 4' abgibt. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil

ίο einer rationellen Fertigung beider Kanalsysteme bei gleichzeitig relativ geringem Materialeinsatz.

Um den zentripetalen Rücklauf des Kondensats zum Kondensatsammler zu begünstigen, kann auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7 bis 12 eine uhrenglasförmige bzw. leicht pyramiden- bzw. kegelförmige Wölbung des Flächenheizkörpers vorgesehen sein, wobei jedoch bei diesen Ausführungsbeispielen die Wölbung nach unten weisen muß, so daß ebenfalls der Kondensatsammler 4 bzw. 4' an die geodätisch tiefste Stelle zu liegen kommt. Zwar ist bei dieser Ausführungsvariante die Wölbung noch wichtiger als bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 bis 6, jedoch haben die Flächenheizkörper mit zentrisch angeordnetem Kondensatsammler den Vorteil, daß die zu beheizende Fläche kleiner ist und das Kondensat richtungsunabhängig auf einer relativ kleinen Fläche gesammelt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flächenheizkörper für Fahrzeuge, mit einem hermetisch verschlossenen, flächig verteilt angeordneten zusammenhängenden Wärmerohr-Kanalsystern, welches einen als Kondensatsammler dienenden Kanalabschnitt im Randbereich des Wärmerohr-Kanalsystems enthält, ferner mit einem an den Kondensatsammler wärmeleitend angekoppelten und an ihm entlanglaufenden Heizstab, Heizkanal oder dergleichen, wobei das Wärmerohr-Kanalsystem sich kreuzende Kanäle in wenigstens zwei winklig zueinander verlaufenden Richtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr-Kanalsystem einen im Bereich des gesamten Außenrandes des Flächenheizkörpers durchgehend umlaufenden Ringkanal als Kondensatsammler (3) enthält und daß der Heizstab, Heizkanal oder dergleichen (8, 9, 10, 11) durchgehend am gesamten Umfang des Flächenheizkörpers (1,1', 1") entlang verläuft.

2. Flächenheizkörper für Fahrzeuge, mit einem hermetisch verschlossenen, flächig verteilt angeordnetes, zusammenhängendes Wärmerohr-Kanalsystem, welches einen als Kondensatsammler dienenden Kanalabschnitt im Randbereich des Wärmerohr-Kanalsystems enthält, ferner mit einem an den Kondensatsammler wärmeleitend angekoppelten und an ihm entlanglaufenden Heizstab, Heizkanal oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ringkanal, Kreuzkanalsystem, scheibenförmiger Hohlraum oder dergleichen ausgebildete Kondensatsammler (4, 4') etwa zentral im Flächenheizkörper (2, 2', 2") angeordnet ist, daß die Kanäle (6, 6') des Wärmerohrkanalsystems sternförmig vom Kondensatsammler (4, 4') nach allen Richtungen weg verlaufen und daß der Heizstab, Heizkanal oder dergleichen (8\ 9', 10', IV) U-, ring- oder mäanderförmig über den zentralen Kondensatsammler (4,4') verläuft.

3. Flächenheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er (1, V, 1", 2, 2', 2") uhrenglasförmig oder leicht kegel- oder pyramidenförmig gewölbt und in Einbaulage derart horizontal angeordnet ist, daß der Kondensatsammler (3, 4, 4') geodätisch an der tiefsten Stelle liegt.

4. Flächenheizkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er (1, V, 1", 2,2', 2") als geblähter mehrlagiger Teilverbundschichtkörper ausgebildet ist.