DE19701094A1 - Zusatzheizung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines verbrauchsoptimierten Motors, für Kraftfahrzeuge, sowie eine Vor­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zusatzheizungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere solche mit ver­ brauchsoptimierten Motoren, sind bekannt, z. B. aus der Firmenschrift der Firma Behr GmbH & Co. "Beheizung von Fahrzeugen mit verbrauchs­ optimierten Motoren" von Markus Flik, Michael Löhle und Harald Wil­ ken. Diese Firmenschrift gibt einen realativ vollständigen Überblick über die heute angebotenen Systeme, unter anderen den sogenannten Brennstoff-Zuheizer, der auch in der DE-A 44 35 693 veröffentlicht wurde. Danach wird die durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugte Wärme über einen Wärmetauscher in das Kühlmittel übertragen. In der erwähnten Firmenschrift sind auch elektrische Zusatzheizungen ange­ sprochen, und zwar luftseitige (über eine PTC-Heizung) und kühlmit­ telseitige (über Glühstifte). Letztere weisen den Nachteil auf, daß sie bei einer relativ hohen Temperatur arbeiten und das Kühlmittel daher schnell zum Sieden bringen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Behei­ zung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf von Kraftfahrzeugen zu schaffen sowie eine geeignete Heizvorrichtung.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß Patentanspruch 1 darin, daß das Kühlmittel mittels Mikrowellen erwärmt wird.

Die Erwärmung von verschiedenen Medien durch Mikrowellen, d. h. durch elektrische Energie im Frequenzbereich von Mikrowellen (z. B. 2450 MHz) ist an sich bekannt, z. B. durch den Aufsatz "Hochfrequenz- und Mikrowellenerwärmung in der industriellen Produktion" von Gerhard Orth in VDI-Zeitschrift 138 (1996), Nr. 11/12, Seite 39 bis 43. Insoweit sind bisher Anwendungen der Mikrowellenerwärmung nur im stationären Bereich bekanntgeworden.

Vorzugsweise erfolgt die Mikrowellen-Erwärmung kontinuierlich, d. h. beim Durchlaufen des Kühlmittels durch einen Durchlauferhitzer. Die­ ses Verfahren arbeitet mit einem günstigen Wirkungsgrad, da die elektrische Energie direkt in das Kühlmittel eingespeist wird, d. h. ohne zusätzlichen Wärmeübertrager. Die Energie zur Erwärmung kann relativ einfach durch handelsübliche Geräte erzeugt werden. Der Bau­ raum ist vergleichsweise gering. Vorzugsweise wird die Strömung des Kühlmittels verzögert, damit es der Mikrowellenbestrahlung für eine längere Verweilzeit ausgesetzt ist und damit eine kontrollierte Er­ wärmung erreicht wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen: Danach ist im Kühlmittelkreislauf, insbesondere im Heizkreislauf des ver­ brauchsoptimierten Motors ein Mikrowellendurchlauferhitzer angeord­ net. Das Kühlmittel strömt durch diesen Durchlauferhitzer und wird dabei durch die Mikrowellenstrahlung erwärmt. Das so erwärmte Kühl­ mittel strömt anschließend in den Heizungswärmetauscher des Fahrzeu­ ges, wo es seine Wärme an die in den Fahrzeuginnenraum geförderte Luft abgibt. Bei dieser Ausführung ist der Mikrowellendurchlaufer­ hitzer in Reihe mit dem Heizungswärmetauscher geschaltet, so daß das erwärmte Kühlmittel unmittelbar der Beheizung des Fahrgastraumes zu­ gute kommt. Darüber hinaus wird auch eine schnellere Aufwärmung des Motors erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Mikrowellen-Durchlauferhitzer und

Fig. 2 den Mikrowellen-Durchlauferhitzer im Kühlmittelkreis­ lauf eines Kraftfahrzeug-Motors.

Fig. 1 zeigt einen Behälter 1, der vorzugsweise aus einer Alumini­ umlegierung oder einer anderen leitfähigen Umhüllung besteht und als Erwärmungsraum für das zu erwärmende Fluid (Kühlmittel) dient. Auf der Oberseite des Behälters ist ein Mikrowellenleistungsoszillator 2 angeordnet, welcher im Handel, beispielsweise unter der Produktbe­ zeichnung "Magnetron" (z. B. Typ OM52S oder 2M213) erhältlich ist. Die Stromzufuhr zu dem Mikrowellenleistungsoszillator 2 erfolgt über ein Kabel 3. Innerhalb des Oszillators 2 befindet sich die Spannungs- und Frequenzaufbereitung, die auch an einem entfernteren Ort in der Zuleitung (Kabel 3) angeordnet sein kann. Die Zufuhr des Kühlmittels erfolgt über einen ebenfalls metallischen Rohrstutzen 4, und die Kühlmittelabfuhr über einen weiteren metallischen Rohrstutzen 5. Im Inneren des Behälters 1 sind kühlmitteldurchlässige Abschirmmittel 6 und 7 in Form von metallischen Lochblenden, Sieben oder Metallgazestrukturen angeordnet.

Die Funktion des Mikrowellendurchlauferhitzers ist die folgende: Das Kühlmittel tritt über den Eintrittsstutzen 4 in den sich erweitern­ den Behälter 1 ein, wo die Kühlmittelströmung verzögert wird. Der Behälter 1 weist ein bestimmtes Puffervolumen auf, welches das Kühl­ mittel für eine bestimmte Verweilzeit aufnimmt. In dieser Zeit ist das Kühlmittel bei Aktivierung des Mikrowellenleistungsoszillators 2 einer Mikrowellenbestrahlung ausgesetzt, die zu einer Erwärmung des Kühlmittels führt. Das Kühlmittel tritt dann durch den Austritts­ stutzen 5 aus dem Behälter 1 aus. Die im Inneren angeordneten Loch­ platten 6 und 7 gewährleisten eine Abschirmung der Mikrowellenstrah­ len, so daß diese nicht nach außen austreten können. Zusätzlich sind auch die Ein- und Austrittsstutzen 4 und 5 als Metallrohre ausgebil­ det, um somit ebenfalls eine Abschirmfunktion zu erfüllen.

Fig. 2 zeigt einen an sich bekannten Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine 21 für ein Kraftfahrzeug. Der Kühlmittelkreislauf weist folgende wesentlichen Komponenten auf: Einen sekundärseitig luftbeaufschlagten Kühlmittelkühler 22 und einen sekundärseitig luftbeaufschlagten Heizungswärmetauscher 23, den Mikrowellendurch­ lauferhitzer 24, eine Kühlmittelpumpe 25, ein Thermostatventil 26 und ein Mengenventil 27. Das aus dem Kühlmantel des Motors 21 aus­ tretende Kühlmittel verzweigt sich an der Stelle 28 in den Kühl­ kreislauf und den Heizungskreislauf, die hier parallel geschaltet sind. Der Kühlkreislauf besteht aus dem Kühlervorlauf 29 und dem Kühlerrücklauf 30 sowie aus dem über das Thermostatventil 26 gesteu­ erten Kurzschluß 31. Der Heizungskreislauf besteht aus dem Heizungs­ vorlauf 31 und dem Heizungsrücklauf 32 der vor der Kühlmittelpumpe 25 in den Kühlerrücklauf 30 mündet. Erfindungsgemäß ist nun im Hei­ zungsvorlauf 31 der Mikrowellendurchlauferhitzer 24 angeordnet, der von Kühlmittel durchströmt wird, wie oben bereits beschrieben. Vor dem Mikrowellendurchlauferhitzer 24 ist ein Mengenventil 27 zur Steuerung des Durchsatzes angeordnet, und parallel zu dem Mengenven­ til 27 und dem Mikrowellendurchlauferhitzer 24 ist ein Bypass 33 zur Umgehung des Mikrowellendurchlauferhitzers 24 vorgesehen. Diese Maß­ nahme dient dem Zweck, den Durchsatz und damit die Verweilzeit des Kühlmittels im Erwärmungsraum des Mikrowellendurchlauferhitzers zu kontrollieren und den Bedürfnissen an die Zusatzheizung anzupassen. Nach Erwärmung durch die Mikrowellen tritt das Kühlmittel dann in den Heizungswärmetauscher 23 ein, welcher sekundärseitig von Luft beaufschlagt wird - diese wird in bekannter Weise über ein Gebläse in den Fahrzeuginnenraum gefördert. Insofern tritt eine sofortige Heizwirkung ein, auch wenn der Motor noch nicht warmgelaufen ist.

Claims (11)

1. Verfahren zur Erwärmung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines verbrauchsopti­ mierten Motors für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel mittels Mikrowellen erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel bei kontinuierlicher Strömung durch einen Mikrowel­ lendurchlauferhitzer (24) erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im Durchlauferhitzer (24) verzögert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlmittel­ kreislauf (31, 32) des Motors (21) ein Mikrowellendurchlaufer­ hitzer (24) angeordnet ist, der vom Kühlmittel durchströmt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellendurchlauferhitzer (24) ein Puffervolumen und eine Querschnittserweiterung aufweist, die zu einer Verzögerung der Kühlmittelströmung und einer erhöhten Verweilzeit des Kühlmit­ tels im Bereich der Mikrowellenstrahlung führen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellendurchlauferhitzer (24) kühlmittelseitig in Reihe mit dem Heizungswärmetauscher (23) des Kraftfahrzeuges geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kühlmitteldurchsatz durch den Mikrowellen­ durchlauferhitzer (24) über ein Mengenventil (27) geregelt wird und daß parallel zum Mikrowellendurchlauferhitzer (24) eine Bypassleitung (33) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mikrowellendurchlauferhitzer (24) einen Metallbehälter (1), vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung und Mittel (6, 7) zur Abschirmung der Mikrowellenstrahlung nach außen aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel als metallische Lochplatten (6, 7) im Inneren des Behälters (1) ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbehälter (1) metallische Rohrstutzen (4, 5) für den Ein- und Austritt des Kühlmittels aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß auf der Oberseite (1a) des Behälters ein Mikrowellen­ leistungsoszillator (2) angeordnet ist, dessen Mikrowellen­ strahlung das Innere des Behälters (1) bestreicht.