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Verfahren und Wärmetauscheranordnung zur Temperierung
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bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung mittels eines
Wärmeübertragungsmediums bei Kraftfahrzeugen und eine Wärmetauscheranordnung zur
Durchführung des Verfahrens.
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Unter Temperierung wird dabei jede absichtliche Beeinflussung der
Temperatur in einem ausgewählten Bereich des Kraftfahrzeugs verstanden, insbesondere
die Beeinflussung der Motortemperatur und/oder die Fahrzeugheizung.
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Es ist bekannt, Abfallwärme des Motors zur Fahrzeugheizung einzusetzen.
Die Abfallwärme steht zur Verfügung, solange der Motor läuft, wobei jedoch bei der
üblichen Betriebsweise, bei der die Wärme des Kühlwassers zur Fahrzeugheizung eingesetzt
wird, nach dem Kaltstart des Motors geraume Zeit vergeht, bis das Kühlwasser seine
Betriebs temperatur erreicht hat. Dieser Vorgang verzögert sich zusätzlich durch
die Wärmeabführung für Zwecke der Fahrzeugheizung, außerdem ist in dieser Betriebsphase
der Kraftstoffverbrauch erhöht. Dieser erhöhte Kraftstoffverbrauch hat nicht nur
proportional zum verbrannten Kraftstoffvolumen einen erhöhten Ausstoß an schädlichen
Abgasen zur Folge, vielmehr ist nachgewiesen, daß der spezifische Abgasausstoß zunimmt,
je weiter die Betriebstemperatur
des Motors unter der optimalen
Betriebs temperatur liegt.
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Es ist auch bekannt, daß beim Betrieb des kalten Motors der mechanische
Verschleiß größer ist als bei-warmem Motor. Insbesondere bei Dieselmotoren ist die
Lärnentwicklung bei kaltem Motor wesentlich höher als bei optimaler Betriebstemperatur.
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Es besteht somit zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasbelastung,
zur Erhöhung der Lebensdauer des Motors, zur Verringerung der Betriebsgeräuschej
aber auch zur Verbesserung der Fahrzeugbeheizung der Wunsch, bereits beim Start
des Motors, zumindest aber relativ kurze Zeit nach dem Start, die optimale Betriebstemperatur
zu erreichen. Dieser Wunsch gewinnt besondere Bedeutung dadurch, daß in zunehmendem
Maße in dem Bestreben, den Energieverbrauch zu senken, Fahrzeuge in Verkehr gelangen,
welche im Vergleich zum Fahrzeuggewicht eine relativ geringe Motorleistung bei hohem
Wirkungsgrad aufweisen, insbesondere wenn sie mit Dieselmotoren ausgerüstet sind,
und bei welchen bei niedrigen Umgebungstemeperaturen die optimale Betriebstemperatur
-wenn überhaupt - meist erst mach längerer Betriebsdauer erreicht wird.
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Standheizungen sind zur wirtschaftlichen Lösung des Problems nicht
geeignet, weil sie in der Anschaffung zu teuer sind und außerdem zusätzliche Energie
verbrauchen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Abfallwärme der Abgase zur
zusätzlichen Erwärmung des Motorkühl-
wassers einzusetzen; dies
bringt den Motor zwar schneller auf die optimale Betriebstemperatur, löst aber nicht
das Problem, einen Kaltstart des Motors zu vermeiden.
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Es ergibt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Temperierung ausgewählter
Bereiche eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor zu schaffen, welches einerseits
besonders wirtschaftlich ist, d.h. bei seiner Durchführung möglichst geringe Betriebskosten
erfordert, wie auch hinsichtlich der zu seinem Betrieb erforderlichen technischen
Einrichtungen kostengünstig ist, sei es bei den Anschaffungs-, Montage- und Unterhaltskosten,
sei es hinsichtlich Gewicht und Raumbedarf, und welches andererseits in der Lage
ist, auch bei mehrstündigen Betriebsunterbrechungen, z.B. während der Nacht, das
Fahrzeug und insbesondere den Motor derart zu temperieren, daß ein für Verbrauch,
Verschleiß und Schadstoffemission besonders ungünstiger Kaltstart vermieden wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei dem eingangs erwähnten
Verfahren ein Latentwärmespeicher durch Motorabfallwärme aufgeheizt und von ihm
nach Bedarf Wärme über ein Leitungssystem für das Wärmeübertragungsmedium abgefuhrt
wird.
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Die Nutzung gespeicherter Wärme erlaubt es im Gegensatz zum Stand
der Technik durch die Nutzung gespeicherter Abfallwärme, ohne zusätzliche Energiekosten
bei Bedarf eine Vorwärmung, insbesondere eine Vorwärmung des Motor-
blocks,
durchzuführen. Es besteht außerdem damit die Möglichkeit, bei Betriebszuständen
des Kraftfahrzeugs mit hohem Anfall an Abfallwärme diese Abfallwärme zu speichern
und bei Betriebszuständen mit zu geringem Wärmeanfall diese Speicherwärme zur Aufrechterhaltung
der optimalen Betriebstemperatur einzusetzen, um damit stets die günstigsten Verbrauchs-
und Schadstoff-Emissionswerte einzuhalten.
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Die Latentwärmespeicherung in schmelzenden Salzgemischen oder auch
-lösungen ist bekannt; sie wird deshalb hier nicht besonders erläutert.
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Vorzugsweise wird die Motorabfallwärme durch ein wärmeübertragendes
Medium auf den Latentwärmespeicher übertragen.
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Eine besonders einfache Verfahrensweise besteht darin, daß das Kühlwasser
durch den Latentwärmespeicher geleitet wird und entsprechend dem jeweiligen Temperaturgefälle
Wärme vom Kühlwasser auf den Latentwärmespeicher oder vom Latentwärmespeicher auf
das Kühlwasser übertragen wird.
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Eine andere Verfahrensweise besteht darin, daß der Latentwärtiespeicher
durch ein erstes Wärmeübertragungsmedium beheizt und dem Latentwärmespeicher durch
ein zweites Wärmeübertragungsmedium Wärme entzogen und- dem wärmebedürftigen Bereich
zugeführt wird. Dabei kann in vorteilhafter Weise als erstes Wärmeübertragungsmedium
das
Motorabgas eingesetzt werden, während vorzugsweise als zweites Wärmeübertragungsmedium
das Motorkühlwasser eingesetzt wird.
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Da beim Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Otto-Motors,
die Abgastemperatur sehr viel höher ist als die zulässige Höchsttemperaturtemperatur
des Kühlwassers, hängt die Auswahl der einzusetzenden Verfahrensvariante davon ab,
auf welchem Niveau die Schmelztemperatur des Wärmespeichersalzes liegt, bzw.
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auf welchem Temperaturniveau die zur Auheizung des Latentwärmespeichers
einzusetzende Abfallwärme auf den Latentwärmespeicher übertragen wird. Bei Erwärmung
des Latentwärmespeichers durch das Motorabgas kann diese Schmelztemperatur z.B.
bei 2000C bis 220 G liegen, bei Erwärmung des Latentwärmespeichers durch das Kühlwasser
dagegen bei etwa 80°C. Die Abgastemperatur wird außerdem bei Otto-Motoren in der
Regel höher liegen als bei Dieselmotoren. Welches Niveau man wählt, wird auch davon
abhängen, auf welchem Niveau Salzkombinationen mit dem höchsten spezifischen Wärmespeichervermögen,
der günstigsten Dichte, den geringsten Korrosionsbelastungen und ähnlich guten,
aber bestimmenden Eigenschaften zur Verfügung stehen.
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Wenn der Latentwärmespeicher durch das Motorabgas beheizt wird, der
wärmebedürftige Bereich aber durch das Motorkühlwasser oder ein anderes Wärmeübertragungsmedium
mit Wärme versorgt wird, das eine weit unter der Abgas temperatur liegende Höchsttemperatur
nicht
überschreiten soll, besteht eine vorteilhafte Ausführungsform
des Verfahrens darin, daß dem Latentwärmespeicher durch ein drittes Wärmeübertragungsmedium
Wärme entzogen wird und daß in einem Wärmetauscher Wärme von dem dritten Wärmeübertragungsmedium
auf das zweite, den wärmebedürftigen Bereich mit Wärme versorgende Wärmeübertragungsmedium
übertragen wird.
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Die Abfallwärme sollte zur Vermeidung von Verlusten möglichst nahe
am Entstehungsort, also am Verbrennungsmotor, von einem Wärmeübertragungsmedium
aufgenommen werden. Nun kann es insbesondere bei größerem Volumen des Latentwärmespeichers
erforderlich werden, den Latentwärmespeicher vom Verbrennungsmotor entfernt anzuordnen.
Es kann aber auch aus Gründen der Gewichtsverteilung erwünscht sein, den Latentwärmespeicher
entfernt vom Motor anzuordnen. Für diesen Fall kann das Verfahren so abgewandelt
werden, daß das erste Wärmeübertragungsmedium seine Wärme in einem Wärmetauscher
an ein viertes Wärmeübertragungsmedium abgibt und der Latentwärmespeicher durch
das vierte Wärmeübertragungsmedium beheizt wird.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß bei
laufendem Motor und optimaler Betriebstemperatur ein Teil des Kühlwassers in einem
Kühlwasserkreislauf zwischen deiii Motor und dem Heiz- und Kühlsystem und ein Teil
des Kühlwassers in einem Wärmeübertragungskreislauf zwischen einem durch Abfallwärme
des Motors beheizten Wärmetauscher und dem Latentwärmespeicher geführt wird und
daß bei Wärmebedarf im Kühl-
wasserkreislauf bei laufendem oder
stillstehendem Motor der Kuhlwasserkreislauf und der Wärmeübertragungskreislauf
zu einem Kreislauf verbunden werden. Wärmebedarf kann dabei sowohl beim Absinken
der Betriebstemperatur unter den optimalen Wert, als auch vor oder beim Start des
Motors gegeben sein und bis zum Erreichen der optimalen Betriebs temperatur anhalten.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand der
Erfindung auch eine Wärmetauscheranordnung an einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor
mit einem einen Wärmeübertragungsabschnitt zur Wärmeabgabe aufweisenden, durch Abfallwärme
des Motors beheizbaren Leitungssystem für ein wärmeabgebendes Wärmeübertragungsmedium
und einem einen Wärmeübertragungsabschnitt zur Wärmeaufnahme aufweisenden Leitungssystem
für ein wärmeaufnehmendes Wärmeübertragungsmedium, wobei erfindungsgemäß der wärmeabgebende
und der wärmeaufnehmende Wärmeübertragungsabschnitt in einem ihnen gemeinsam zugeordneten
Latentwärmespeicher angeordnet sind.
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Eine besonders einfache Ausführungsform besteht darin, daß für das
wärmeabgebende und für das wärmeaufnehmende Wärmeüber:ragungsmedium ein gemeinsames
Leitungs system mit einem gemeinsamen Wärmeübertragungsabschnitt den Latentwärmespeicher
durchquert, wobei bei wassergekühlten Verbrennung smo toren das Leitungssystem Teil
des Kühlwasserkreislaufsystems ist.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform besteht darin; daß das
Kühlwasserkreislaufsystem über den Motor, ein Heiz- und Kühlsystem, einen Latentwärmespeicher
und einen durch Motorabfallwärme beheizbaren Wärmetauscher ver-läuft und durch eine
wahlweise betätigbare Umschaltvorrichtung in einen über den Motor und das Eieiz-
und Kühlsystem geführten Kühlwasserkreislauf und einen über den Latentwärmespeicher
und den Wärmetauscher geführten Wärmeübertragungskreislauf aufteilbar ist.
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Bei wassergekühlten Motoren ist vorzugsweise der wärmeaufnehmende
Wärmeübertragungsabschnitt im Kühlwasserkreislauf angeordnet, er kann aber auch
in einem Wärmeübertragungskreislauf angeordnet sein, der über den Latentwärmespeicher
und einen im Kühlwasserkreislauf angeordneten Wärmetauscher geführt ist.
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Es besteht auch die Möglichkeit, den wärmeabgebenden Wärmeübertragungsabschnitt
in einem Wärmeübertragungskreislauf anzuordnen, der über einen durch Motorabfallwärme
beheizbaren Wärmetauscher und den Latentwärmespeicher geführt ist.
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Welche Ausführungsform gewählt wird, ist vor allem abhängig von der
Schmelztemperatur des Salzgemisches bzw. der Salzlösung im Latentwärmespeicher und
von der Art des wärmeabgebenden und des wärmeaufnehmenden Wärmeübertragungsmediums,
sowie von der Positionierungsmöglichkeit für den Latentwärmespeicher im Kraftfahrzeug
und von den relevanten Betriebszuständen.
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Das Leitungssystem für das wärmeabgebende Wärmeübertragungsniediutn
kann in die Abgasleitung oder den Ölkreislauf des Motors einbezogen sein oder einen
Wärmetauscher enthalten, der zugleich in die Abgasleitung oder den Ölkreislauf des
Motors einbezogen ist.
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Um eine unnötige Belastung des Kühlsystems zu vermeiden, kann die
Abgasleitung bzw. der Ölkreislauf einen den wärmeabgebenden Wärmeübertragungsabschnitt
bzw. den Wärmetauscher im Leitungssystem für das wärmeabgebende Medium umgehenden,
wahlweise zu- und abschaltbaren Bypass aufweisen.
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Zur Verhinderung unerwünschter Abkühlung des Latentwärmespeichers
kann das Leitungssystem für das wärmeaufnehmende Wärmeübertragungsmedium einen wahlweise
zu- und abschaltbaren, den Latentwärmespeicher umgehenden Bypass aufweisen.
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Vorzugsweise sind die Wärmeübertragungsabschnitte als Rohrschlangen
ausgebildet, um die Wärmeübertragung zu intensivieren, vor allem aber um die Ausdehnung
des Salzbades beim Schmelzen aufnehmen zu können und im Falle einer Fahrzeugkollision
durch Verformbarkeit einen Leitungsbruch zu vermeiden. Außerdem wird im Salzbad
bzw. Wasserbad eine intensive räumliche Belegung mit Wärmetauscherfläche erzielt,
und damit eine kompakte Bauweise.
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Gleichermaßen besitzt vorzugsweise der Latentwärmespeicher eine gewellte
Wandung, damit eine Ausdehnung des Salzbads aufgenommen und im Kollisionsfall ein
Bruch vermieden werden kann.
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Weitere zweckmäßige oder vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.
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In der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der
Erfindung wird diese näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 bis 6 schematische Darstellungen verschiedener Wärmetauscheranordnungen
bei wa s s ergekühlten Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge, Fig. 7 eine Variante
des in den Fig. 1 und 4 gezeigten Latentwärmespeichers und Fig. 5 eine Variante
des in den Fig. 2, 3, 5 und 6 gezeigten Latentwärmespeichers.
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Ein wassergekühlter Verbrennungsmotor ist mit einem über eine Kühlwasserpumpe
in Umlauf setzbaren Kühlwasserkreislauf, sowie einem damit verbundenen Heiz-und
Kühlsystem versehen. Dieser Bereich der üblichen Ausrüstung eines Kraftfahrzeugs
ist hier nur schematisch als Block 10 dargestellt. Bei der einfachsten, in Fig.
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1 dargestellten Ausführungsform ist in diesen Kühlwasserkreislauf
ein Latentwärmespeicher 18 einbeziehbar, wobei im Inneren des Latentwärmespeichers
18
der Kühlwasserkreislauf 14 eine Rohrschlange 20 enthält.
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Während des Betriebs des Motors wird wird bei ausreichender Kühlwassertemperatur
Wärme an den Latentwärmespeicher 18 abgegeben und von diesem gespeichert solange
die Kühlwassertemperatur über der Temperatur des Latentwärmespeichers 18 liegt.
Sinkt die Kühlwassertemperatur während des Betriebs unter die Temperatur des Latentwärmespeichers
18, so wird von diesem Wärme an das Kühlwasser abgegeben, um nach Möglichkeit stets
die optimale Betriebstemperatur einzuhalten.
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Nach dem Stillsetzen des Motors hält der Latentwärmespeicher 18 die
Wärme über einen längeren Zeitraum, z.B. über Nacht, gespeichert, so daß beim Starten
des Motors die Kühlwasserpumpe 12 alsbald Wärme aus dem Latentwärmespeicher 18 zum
Motor fördert und damit sehr rasch eine Erwärmung des Motors bis auf die optimale
Betriebstemperatur stattfindet. Zugleich wird sehr rasch das Heizungssystem in der
Lage sein, den Innenraum des Kraftfahrzeugs angenehm zu temperieren.
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Da beim Start eines kalten Motors die Erwärmung des Kühlwassers geraume
Zeit in Anspruch nimmt, während sofort heiße Abgase zur Verfügung stehen, wird bei
der Ausführungsform nach Fig. 2 die Motorabfallwärme der Abgase der Abgasleitung
22 entnommen, welche einen Latentwärmespeicher 24 in Form einer Rohrschlange 26
durchquert. Zugleich durchquert der Kühlwasserkreislauf 14 den Latentwärmespeicher
24 mit einer Rohr-
schlange 28. Die Rohrschlange 26 in der Abgasleitung
22 und die Rohrschlange 28 im Kühlwasserkreislauf wirken innerhalb des Latentwärmespeichers
24 als Wärmetauscher zusammen. Damit kann bei laufendem Motor die alsbald nach dem
Start zur Verfügung stehende, vom Abgas abgeführte Verlust- oder Abfallwärme sofort
auf das Kühlwasser übertragen werden, außerdem wird die Abfallwärme im Latentwärmespeicher
24 gespeichert.
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Um das Kühl system im Kühlwasserkreislauf 14 nicht unnötig zu belasten,
d.h. im Kühlsystem Wärme vernichten zu müssen, die zunächst vom Abgas auf das Kühlwasser
übertragen worden ist, wird das Abgas über eine Umgehungsleitung bzw. einen Bypass
30 durch Umstellen eines Dreiwegeventils 32 am Latentwärmespeicher 24 vorbeigeführt,
sobald das Kühlwasser seine optimale Betriebstemperatur erreicht hat und der Latentwärmespeicher
24 geladen ist. Dabei muß der Latentwärmespeicher 24 mit einem Salz, einem Salzgemisch
oder einer Salzlösung gefüllt sein, deren Schmelztemperatur im Bereich der optimalen
Betriebs temperatur des Kühlwassers, also im Bereich von etwa 800C bis 90 C liegt.
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Dies gilt für alle Ausführungsformen der Wärmetauscheranordnung, bei
welchen das Kühlwasser direkt durch den Latentwärmespeicher geführt wird, während
der Motor in Betrieb ist; also z.B. auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 enthält der Kühlwasserkreislauf
14 als Wärmeübertragungsabschnitt einen
Wärmetauscher 34, in dem
eine in einem Wärmeübertragungskreislauf 36 angeordnete Rohrschlange 37 die Wärmeübertragungsfläche
bildet. Dieser Wärmeübertragungskreislauf 36 ist außerdem mit einer den Kreislauf
erzeugenden Pumpe 38 versehen und über die Rohrschlange 28 im Latentwärmespeicher
24 geführt. Der Wärmeübertragungskreislauf kann als Wärmeübertragungsmedium ein
Ö1 enthalten, welches im Gegensatz zum Kühlwasser auf höhere Temperaturen aufgeheizt
werden kann, so daß der Latentwärmespeicher 24 vom Abgas z.B. auf Temperaturen von
z.B. 200°C bis 220°C aufgeheizt werden kann und dann mit einem Speichermedium gefüllt
ist, dessen Schmelzpunkt in diesem Bereich liegt Die Ausführungsform nach Fig. 4
zeigt den bereits bekannten, das Wärmespeichersystem an das Kühlwassersystem im
Block 10 anschließenden Kühlwasserkreislauf 14, der eine Kühlwasserpumpe 12 enthält,
die bei Wärmebedarf Wasser aus dem Kühlwasserkreislauf 14 in das System im Block
10 fördern kann. Die Abgas leitung 22 enthält wie bei den beiden vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 eine Rohrschlange 26, die in einem Wärmetauscher
40 angeordnet ist, der in einen Wärmeübertragungskreislauf 42 einbezogen ist. Dieser
Wärmeübertragungskreislauf 42 besitzt einen vom Wärmetauscher 40 zum Latentwärmespeicher
18 führenden Leitungsabschnitt 44, in Fig. 4 der obere Abschnitt, und einen vom
Latentwärmespeicher 18 zum Wärmetauscher 40 führenden, die Kühlwasserpumpe 12 enthaltenden
Leitungsabschnitt 46, in Fig. 4 der untere
Abschnitt. Im Latentwärmespeicher
18 ist der Wärmeübertagungskreislauf 42 über die Rohrschlange 20 geführt.
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Dieser Latentwärmespeicher wird wie der Latentwärmespeicher in Fig.
1 von nur einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt und ist deshalb mit dem gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Vor dem Latentwärmespeicher 18 ist der Kühlwasserkreislauf 14 mit
einem Zulaufabschnitt 48 über ein Dreiwegeventil 50 an den Wärmeübertragungskreislauf
42 angeschlossen, also an den Leitungsabschnitt 44, während ein Rücklaufabschnitt
52 nach der Kühlwasserpumpe 12 an den vom Latentwärmespeicher 18 zum Wärmetauscher
40 führenden Leitungsabschnitt 46 angeschlossen ist.
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Solange im Block 10 kein Wärmebedarf besteht, ist das Dreiwegeventil
50 so eingestellt, daß es die Verbindung aus dem Zulaufabschnitt 48 zum Wärmeübertragungskreislauf
42 sperrt und die direkte Verbindung zwischen Wärmetauscher 40 und Latentwärmespeicher
18 über den Leitungsabschnitt 44 freigibt. Im Wärmeübertragungskreislauf 42 befindet
sich ebenfalls Wasser, das durch die Wärme des Abgases bis auf die zulässige Kühlwassertemperatur
erhitzt wird und durch die Kühlwasserpumpe 12 gefördert den Latentwärmespeicher
18 auflädt. Wenn dies erreicht ist, wird das Abgas über den Bypass 30 geleitet.
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Tritt im Kühlwasser ein Wärmebedarf auf, sei es, weil die Kühlwassertemperatur
unter den optimalen Wert absinkt, sei es, daß vor dem Start des kalten Motors
vorgewärmt
werden soll, wird das Dreiwegeventil 50 umgeschaltet, so daß es den Zulaufabschnitt
46 öffnet, den direkten Zufluß vom Wärmetauscher 40 zum Latentwärmespeicher 18 aber
unterbricht. Es wird dannedas Kühlwasser vom System 10 über den Zulaufabschnitt
46 und das Dreiwegeventil 50 zum Latentwärmespeicher 18 befördert, wo es Wärme aufnitnt
und dann von der Kühlwasserpumpe 12 ohne durch den Wärmetauscher 40 zu strömen,
direkt in den Rücklaufabschnitt 52 und von diesem zurück zum System 10 befördert
wird, so daß die Temperatur des im System 10 umlaufenden Motorkühlwassers entsprechend
angehoben wird.
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Die Ausführungsform nach Fig. 5 stellt eine Vereinfachung der Wärmetauscheranordnung
nach Fig. 4 dar, wobei statt des nur von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmbaren
Latentwärmespeichers 18 der von zwei verschiedenen Wärmeübertragungsmedien nach
Art eines Wärmetauschers durchströmbare Latentwärmespeicher 24 verwendet wird, der
auch bei den Beispielen nach den Fig. 2 und 3 benutzt wird. Dabei ist der Kühlwasser-Ireislauf
14 und der Wärmeübertragungskreislauf 42 über den Latentwärmespeichet 24 geführt,
dessen Temperatur wieder wie beim vorhergehenden Beispiel dadurch auf der optimalen
Betriebs temperatur gehalten wird, daß das Abgas entweder durch den Wärmetauscher
40 oder über den Bypass 30 geleitet wird. Es ist somit gewährleistet, daß das Kühlwasser
stets die optimale Betriebstemperatur aufweist. Zum Vorwärmen vor dem Kaltstart
ist lediglich die Kühlwasserpumpe 12 in
Betrieb zu setzen, wobei
dann ein relativ kurzer Weg für den Wärmetransport besteht; allerdings ist diese
Variante weniger geeignet, wenn der Latentwärmespeicher in größerer Entfernung vom
Motor angeordnet werden muß, weil dabei der normale Kühlwasserkreislauf relativ
lang werden würde.
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Die Ausführungsform nach Fig. 6 zeigt eine Wärmetauscheranordnung,
bei der zwischen verschiedenen Betriebsweisen und räumlichen Anordnungen, aber auch
zwischen verschiedenen Schmelzpunkten des Speichermediums im Latentwärmespeicher
gewählt werden kann.
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Im Kühlwasserkreislauf 14 liegt ein Wärmetauscher 34 der aus Fig.
3 bekannten Bauform, der über einen Wärmeübertragungskreislauf 36 mit einem Latentwärmespeicher
24 in Verbindung steht. Als Wärmeübertragungsmedium kann in diesem Kreislauf 36
mittels der Umlaufpumpe 38.Ö1 in Umlauf gesetzt werden, so daß der vom Kühlwasserkreislauf
14 getrennte Latentwärmespeicher 24 auch über der zulässigen Kühlwassertemperatur
liegende Schmelzpunkte des in ihm enthaltenen Speichermediums aufweisen kann. Dieser
Latentwärmespeicher 24 ist seinerseits über einen Wärmeübertragungskreislauf 42
mit dem Wärmetauscher 40 in der Abgas leitung 22 verbunden, in welchem ebenfalls
Ö1 als Wärmeübertragungsmedium durch die Umlaufpumpe 44 in Umlauf gesetzt werden
kann. Je nach den gegebenen Verhältnissen oder Wünschen kann der Latentwärmespeicher
24 nahe dem Wärmetauscher 40 oder nahe dem Wärmetauscher 34 angeordnet werden. Er
kann auch mit einem Speichermedium
betrieben werden, dessen Schmelzpunkt
im Bereich der optimalen Kühlwassertemperatur oder beliebig hoher liegt.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, daß im Rahmen
der Erfindung sehr unterschiedliche Wärmetauscheranordnungen entsprechend den jeweils
bestehenden Bedürfnissen möglich sind. Trotzdem sind diese Beispiele nur schematisch
zu verstehen, d.h. es sind noch weitere Anpassungen an unterschiedliche Anforderungen
bzw. Betriebsverhältnisse möglich. So kann man beispielsweise bei der in Fig. 3
gezeigten Ausführungsform den Wärmetauscher 34 über dem Latentwärmespeicher 24 anordnen.
Betreibt man den Wärmeübertragungskreislauf 36 damit Wasser, so wird das Wasser
wegen der hohen Temperatur im Latent speicher 24 verdampfen und in einer bis zum
oberen Ende des Wärmetauschers 34 geführten Leitung des Kreislaufs 36 nach oben
steigen; innerhalb des Wärmetauschers 34 kühlt sich der Dampf ab und das Wärmeübertragungsmedium
läuft als Wasser unter dem Einfluß der Schwerkraft wieder zum Latentwärmespeicher
24, sofern es nicht durch ein in diese Rücklaufleitung eingefügtes Ventil daran
gehindert wird. Das Ventil ist geschlossen, wenn keine Wärme vom Latentwärmespeicher
24 abgenommen werden soll. Andernfalls besteht die Gefahr, daß im Wärmetauscher
34 Temperaturen auftreten, die über der Siedetemperatur des Kühlwassers im Kreislauf
14 liegen.
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Insbesondere sind auch bei der Ausbildung des Latentwärmespeichers
konstruktive Varianten möglich und die
Darstellungen in der Zeichnung
sind lediglich schematisch zur Erläuterung des grundlegenden Erfindungsgedankens
zu verstehen. So kann z.B. beim Latentwärmespeicher 18 (Fig. 1 und 4) die Rohrschlange
20 entfallen, welche von dem wärmespeichernden Medium umgeben ist. Man kann das
Kühlwasser aus dem Kreislauf 14 in das Gehäuse 56 (Fig. 7) des Latentwärmespeichers
18a leiten, so daß also das Kühlwasser dieses Gehäuse 56 ausfüllt. Das wärmespeichernde
Medium wird in eine Vielzahl von Volumeneinheiten aufgeteilt, die von dünnwandigen
Hüllen aus korrosionsbeständigem Metall oder Kunststoff eingeschlossen sind und
im Inneren des Latentwärmespeichers 18a als kissen- oder streifenförmige Gebilde
58 vom Kühlwasser umspült werden. Diese Gebilde 58 können Volumenänderungen beim
Erstarren oder Verflüssigen des Speichermediums unbeschädigt mitvollziehen, wobei
gegebenenfalls Wasser aus dem Latentwärmespeicher verdrängt wird. Auch beim Stauchen
oder Quetschen des Gehäuses 56, welches z.B. durch eine gewellte Wandung verformbar
ausgeführt ist, kann kein Schaden entstehen, weil das Wasser aus dem Gehäuse 56
herausgepreßt wird, ohne daß die Teilvolumina des Speichermediums aus ihren Hüllen
gedrückt werden.
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Entsprechend kann auch der Latentwärmespeicher 24 ohne' die Rohrschlange
28 für das Kühlwasser ausgebildet sein, die Konstruktion nach den Fig. 2, 3, 5 und
6 kann durch die in Fig. 8 gezeigte ersetzt werden, die zwar noch eine das Gehäuse
60 durchquerende Leitung 62 für das Abgas aufweist, die aber im Gehäuse 60 vom Wärmeüber-
tragungsmedium
umspült wird, in welchem wieder Teilvolumina des Speichermediums von Hüllen umgeben
und vom Wärmeübertragungsmedium umspült sind. Dabei können die Teilvolumina als
ringförmige Gebilde 64 umschlossen sein, die im Gehäuse 60 die Leitung 62 umgeben
und gegebenenfalls auch durch Distanzhalter im Gehäuse 60 positioniert sein können,
wie auch weitere Varianten der Aufteilung des Gesamtvolumens des Wärmespeichermediums
möglich sind.
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Die Abfallwärme kann auf jede geeignete Weise auf den Latentwärmespeicher
übertragen werden, wobei die Verwendung des Kühlwassers oder der Abgase als Wärmeübertragungsmedium
nur beispielsweise zu verstehen ist. So könnte die Wärme auch aus dem Motoröl oder
der Kühlluft gewonnen werden, oder aber es könnte Strahlungswärme nutzbar gemacht
werden.
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Wird ein gasförmiges, wärmeabgebendes Medium eingesetzt, kann zur
Verbesserung der Wärmeüvertragung in dem den wärmeabgebenden Wärmeübertragungsabschnitt
enthaltenden Bereich des Leitungssystems für das wärmeabgebende Medium eine Drosselstelle
oder Stauvorrichtung vorgesehen werden, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
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