DE19817483A1 - Heizgerät mittels viskosem Fluid - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugheizgeräte, die ein viskoses Fluid scheren, um Wärme zu erzeugen und die Wärme auf ein Kühlmittelfluid übertragen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Heizgerät mittels viskosem Fluid, das einen Rotor verwendet, der eine geneigte Scheroberfläche hat.

Heizgeräte mit viskosem Fluid werden als eine Hilfswärmequelle für Fahrzeuge verwendet und sie werden durch die Motorkraft angetrieben. Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung mit der Nr. 2-246823 beschreibt ein typisches Heizgerät mittels viskosem Fluid, das in einer Fahrzeugheizung eingebaut ist.

Das Heizgerät mittels viskosem Fluid hat ein Vordergehäuseelement und ein Rückgehäuseelement, die miteinander gekoppelt sind, um ein Gehäuse zu bilden. Eine Heizkammer und ein Wassermantel (Wärmetauscherkammer), der die Heizkammer umgibt, sind in dem Gehäuse ausgebildet. Eine Antriebswelle erstreckt sich durch das Vordergehäuseelement und ist durch ein Lager drehbar gelagert. Ein Rotor ist an einem Ende der Antriebswelle in der Heizkammer so befestigt, daß der Rotor und die Antriebswelle gemeinsam drehen. Wände stehen axial von den Vorder- und Rückseiten des Rotors vor. In den Heizkammerwänden sind Nuten ausgebildet, um die Rotorwände aufzunehmen. Ein Spielraum ist zwischen den Rotorwänden und den Heizkammernuten vorgesehen. Der Spielraum enthält eine vorbestimmte Menge an viskosem Fluid wie beispielsweise Silikonöl.

Wenn eine Motorleistung auf die Antriebswelle übertragen wird, wird der Rotor einstückig mit der Antriebswelle in der Heizkammer gedreht. Dies schert das viskose Fluid, das sich zwischen der Rotoroberfläche und den Heizkammerwänden befindet. Die Scherwirkung bewirkt eine Fluidreibung, die Wärme erzeugt. Das erwärmte Silikonöl tauscht Wärme mit dem Motorkühlmittel aus, das durch den Wassermantel zirkuliert. Das erwärmte Kühlmittel wird anschließend an einen externen Wärmekreislauf geleitet und zum Aufwärmen des Fahrgastraumes verwendet.

Bei herkömmlichen Heizgeräten wird das viskose Fluid durch den Rotor konstant geschert. Ferner ist die Drehgeschwindigkeit des Rotors (Schergeschwindigkeit) an Stellen, die von der Achse des Rotors weiter entfernt sind, höher. Somit ist die Schergeschwindigkeit am Umfang des Rotors höher. Dies kann in einer lokalen Überhitzung des viskosen Fluids, das sich nahe am Umfang befindet, resultieren. Ein solches Überhitzen führt zu einer frühen Verschlechterung des viskosen Fluids.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heizgerät mittels viskosem Fluid zu schaffen, das eine Bewegung des viskosen Fluids in der Heizkammer erlaubt, um eine lokale thermische Verschlechterung des viskosen Fluids zu verhindern oder zu verzögern und um somit eine höhere Heizfähigkeit aufrecht zu erhalten.

Um die obige Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung ein verbessertes Heizgerät mittels viskosem Fluid vor. Das Heizgerät umfaßt einen Stator, der eine stationäre Oberfläche hat, und einen Rotor, der eine sich drehende Oberfläche hat. Die Drehoberfläche steht der stationären Oberfläche gegenüber, im einen Spielraum dazwischen auszubilden, zur Unterbringung eines viskosen Fluids. Der Rotor dreht sich um seine Achse und schert das viskose Fluid, um Wärme zu erzeugen. Das Heizgerät umfaßt ferner eine Wärmetauscherkammer, durch die ein zirkulierendes Fluid strömt. Die Wärme wird von dem viskosen Fluid auf das zirkulierende Fluid übertragen. Die Drehoberfläche ist in Bezug zur Rotorachse geneigt und die stationäre Oberfläche ist konform zur Drehoberfläche geneigt.

Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die die Prinzipien der Erfindung beispielhaft erläutern, offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die für neu gehalten werden, sind im einzelnen in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt.

Die Erfindung, zusammen mit Zielen und Vorteilen davon kann am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsbeispielen zusammen mit den dazugehörigen Zeichnungen verstanden werden.

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht, die ein Heizgerät mittels viskosem Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 ist eine Querschnittansicht, die das viskose Fluid aus Fig. 1 entlang der Linie II-II aus Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 ist eine diagrammartige Ansicht, die die Dimensionen des konischen Rotors zeigt, der in Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 4 ist eine Querschnittansicht, die einen konischen Rotor zeigt, der in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes mittels viskosem Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 5 ist eine Querschnittansicht, die einen konischen Rotor zeigt, der in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes mittels viskosem Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 6 ist eine Querschnittansicht, die einen konischen Rotor zeigt, der in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes mittels viskosem Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 7 ist eine Querschnittansicht, die einen Wiedergewinnungsdurchlaß zeigt, der in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes mittels viskosem Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 8 ist eine Querschnittansicht, die einen konischen Rotor zeigt, der in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes mittels viskosem Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Heizgerätes mittels viskosem Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat das Heizgerät mittels viskosem Fluid ein Vordergehäuseelement 1, ein Rückgehäuseelement 2 und ein Statorelement 3, das in dem Rückgehäuseelement 2 angeordnet ist. Das Statorelement 3 ist hohl und hat eine konische innere Oberfläche (stationäre Oberfläche) und eine konische äußere Oberfläche. Das Rückgehäuseelement 2 hat ein konisches Inneres, um das Statorelement 3 unterzubringen. Das Rückgehäuseelement 2 und das Vordergehäuseelement 1 werden durch eine Vielzahl von Schraubenbolzen 5 (Fig. 2) aneinander befestigt, wobei eine Dichtung 4 dazwischen angeordnet ist. Eine Rückplatte 6 ist am hinteren Ende des Rückgehäuseelements 2 durch eine Vielzahl von Schraubenbolzen 8 befestigt, um eine Speicherkammer 19 in dem Rückgehäuseelement 2 zu bilden. Das Vordergehäuseelement 1, das Rückgehäuseelement 2, das Statorelement 3 und die Rückplatte 6 bilden ein Gehäuse, das als Stator dient.

Eine Heizkammer 7 wird zwischen dem hinteren Ende des Vordergehäuseelementes und der inneren Oberfläche des Statorelements 3 gebildet. Ein Wassermantel 8, der als Wärmetauscherkammer dient, ist zwischen der äußeren Oberfläche des Statorelements 3 und der inneren Oberfläche des Rückgehäuseelements 2 ausgebildet. Somit wird das Statorelement 3 von dem Wassermantel 8 umgeben.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat der Wassermantel 8 einen ringförmigen Querschnitt. Eine Einlaßöffnung 9A erstreckt sich durch den unteren rechten Abschnitt des Rückgehäuseelements 2, während sich eine Auslaßöffnung 9B durch den oberen linken Abschnitt des Rückgehäuses 2 erstreckt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Fluid (z. B. Motorkühlmittel) zirkuliert zwischen dem Wassermantel 8 und einem Heizkreislauf (nicht gezeigt). Genauergesagt wird das Fluid in dem Heizgerätekreislauf durch die Einlaßöffnung 9A in den Wassermantel 8 eingesaugt und durch die Auslaßöffnung 9B zu dem Heizgerätekreislauf zurückgeleitet. Die Einlaßöffnung 9A befindet sich unterhalb der Auslaßöffnung 9B, so daß das Fluid von dem unteren Abschnitt des Statorelements 3 zu dem oberen Abschnitt des Statorelements 3 zirkuliert, bevor es durch die Auslaßöffnung 9B abgegeben wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Antriebswelle 13 durch ein vorderes Lager 11 und ein hinteres Lager 12 drehbar gelagert, die in dem Vordergehäuse 1 untergebracht sind. Das hintere Lager 12 umfaßt eine Dichtung, um die Vorderseite der Heizkammer 7 abzudichten. Das hintere Ende 13a der Antriebswelle 13 erstreckt sich in die Heizkammer 7. Ein Rotor 14, der als Schervorrichtung dient, ist an dem hinteren Ende 13a der Antriebswelle 13 befestigt. Eine Riemenscheibe 16 ist an dem vorderen Ende der Antriebswelle 13 durch Schraubenbolzen 15 befestigt. Die Antriebswelle 13 ist mit einer externen Antriebsquelle wie einem Motor (nicht gezeigt) durch einen Leistungsübertragungsriemen (nicht gezeigt), der um die Riemenscheibe 16 herum befestigt ist, verbunden.

Der konische Rotor 14 hat einen Scheitelpunkt 14a, eine Basis 14b und eine konische Oberfläche (Drehoberfläche). Der Scheitelpunkt 14a befindet sich auf der Drehachse C der Antriebswelle. Die Basis 14b liegt dem Scheitelpunkt 14a gegenüber. Die konische Oberfläche wird durch Linien gebildet, die den Scheitelpunkt 14a mit dem Umfang der Basis 14b verbinden. Deshalb wird der Durchmesser des Rotors 14 an den Stellen, die näher an der Basis 14b liegen, größer.

Die Basis 14b des konischen Rotors 14 und die hintere Endoberfläche des Vordergehäuses 1 liegen einander mit einem vorbestimmten ersten Abstand, oder einem Spielraum, der zwischen diesen vorgesehen ist, gegenüber. Jede Linie, die durch den Basisumfang und den Scheitelpunkt 14b geht, ist in Bezug zur Drehachse C um einen Winkel geneigt, der der Hälfte des den Scheitelpunkt bildenden Winkels entspricht, oder dem Winkel θ_H (Fig. 3). Die konische Oberfläche des Rotors 14 und die innere Oberfläche (auch konisch) des Statorelements 3 liegen einander mit einem vorbestimmten zweiten Abstand h oder einem zweiten Spielraum zwischen diesen gegenüber. Somit ist die konische Oberfläche des Rotors 14 in Bezug zur Drehachse C geneigt und von der inneren Oberfläche des Statorelements 3 beabstandet. Die konische Oberfläche des Rotors dient als eine Scheroberfläche. Der erste Abstand und der zweite Abstand h können gleich oder unterschiedlich sein.

Ein Versorgungsdurchlaß 21 erstreckt sich durch einen mittigen Abschnitt des hinteren Gehäuses 2 und eine Scheitelpunktregion des Statorelements 3. Die Speicherkammer 19 und die Heizkammer 7 stehen durch den Versorgungsdurchlaß 21 miteinander in Verbindung. Deshalb liegen die Scheitelpunktregion und die Speicherkammer 19 eng aneinander und stehen durch den Versorgungsdurchlaß 21 miteinander in Verbindung.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, erstreckt sich ein Vorderseitendurchlaß 22 durch das Vordergehäuseelement 1, während sich ein Hinterseitendurchlaß 23 durch das Rückgehäuseelement 2 erstreckt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Vorderseitendurchlaß 22 in dem Vordergehäuseelement 1 gebogen. Eine untere Öffnung des Vorderseitendurchlasses 22 befindet sich nahe an der äußeren Grenze der Vorderseite der Heizkammer 7. Der Rückseitendurchlaß 23 in dem Rückgehäuseelement 2 ist entlang des Wassermantels 8 geneigt. Eine Rückseitenöffnung des Rückseitendurchlasses 23 ist in der Speicherkammer 19 angeordnet, während die Vorderseitenöffnung des Rückseitendurchlasses 23 mit dem Vorderseitendurchlaß 22 an der Dichtung 4 verbunden ist.

Ein Teil mit großem Durchmesser (erster Teil) der Heizkammer 7 ist in einem Abstand M (Fig. 3) von dem Scheitelpunkt 14a angeordnet. M ist gleich der gesamten axialen Länge des Rotors 14. Ein Teil mit kleinem Durchmesser (zweiter Teil) der Heizkammer 7 ist nahe des Scheitelpunkts 14a angeordnet. Der erste Teil und der zweite Teil stehen durch einen Wiedergewinnungsdurchlaß 20 miteinander in Verbindung, der den Vorderseitendurchlaß 22, den Rückseitendurchlaß 23, die Speicherkammer 19 und den Versorgungsdurchlaß 21 umfaßt.

Die Heizkammer 7 und der Wiedergewinnungsdurchlaß 20 bilden in dem Heizgerätgehäuse einen abgedichteten Raum, der eine Schleife erzeugt. Der abgedichtete Raum enthält eine vorbestimmte Menge an Silikonöl, das als viskoses Fluid dient. Die Menge an Silikonöl (Vf) ist festgelegt, um 50% bis 90% des freien Raumvolumens Vc in dem abgedichteten Raum zu belegen. Das freie Raumvolumen wird durch Abziehen der Volumina, die von der Antriebswelle 13 und dem Rotor 14 in der Heizkammer 7 gelegt werden, von dem berechneten Innenraumvolumen der Heizkammer 7 und des Wiedergewinnungsdurchlasses 20 berechnet. Die minimale Menge an Silikonöl ist festgelegt, um 50% des freien Raumvolumens Vc zu belegen, so daß eine Wärmeerzeugung durch Scheren des viskosen Fluids effektiv wird. Die maximale Menge an Silikonöl ist festgesetzt, um 90% des freien Raumvolumens Vc zu belegen, unter Berücksichtigung der thermischen Ausdehnung einer erhöhten Temperatur des viskosen Fluids. Silikonöl ist in den Spielräumen zwischen dem Rotor 14 und den inneren Oberflächen der Heizkammer 7 und in der Speicherkammer 19 eingefüllt.

Die Funktion des Heizgerätes mittels viskosem Fluid wird nun beschrieben. Wenn die Motorleistung (externe Antriebsquelle) durch den Kraftübertragungsriemen auf die Riemenscheibe 16 übertragen wird, werden die Antriebswelle 13, der konische Rotor 14 und die Riemenscheibe 16 gemeinsam gedreht. Das in der Heizkammer 7 befindliche Silikonöl, hauptsächlich in dem Spielraum zwischen der inneren Statoroberfläche der Heizkammer 7, die stationär ist, und der konischen äußeren Oberfläche des Rotors 14, der sich bewegt, wird geschert und erzeugt Wärme. Das Scheren basiert auf der relativen Geschwindigkeit zwischen den stationären und den sich bewegenden Oberflächen. Die erzeugte Wärme wird durch das Statorelement 3 mit dem durch den Wassermantel 8 zirkulierenden Kühlmittelfluid ausgetauscht. Das Kühlmittelfluid, das erwärmt wird, wird zu dem Heizgerätekreislauf geleitet, um den Fahrgastraum zu erwärmen.

Wenn sich der Rotor 14 dreht, bewegt sich das Silikonöl, das sich in dem Spielraum zwischen der inneren Wand der Heizkammer 7 und der konischen Oberfläche des Rotors 14 befindet, in Schraubenform von dem Scheitelpunkt 14a zum Umfang der Basis 14b entlang der konischen Oberfläche des Rotors 14. Das Silikonöl neigt dazu, sich durch die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des Rotors 14 erzeugt wird, radial zu bewegen. Jedoch wird das sich radial bewegende Öl durch die geneigte innere Wand der Heizkammer 7 zum vorderen Ende oder dem Ende mit großen Durchmesser des Rotors 14 geleitet. Wenn sich der Rotor 14 dreht, wirken sowohl ein Vektor, der das Silikonöl in eine kreisförmige Richtung lenkt, als auch ein anderer Vektor, der das Öl zur Vorderseite (Basis 14b) des Rotors 14 leitet, deshalb auf das Silikonöl in dem Spielraum. Somit bewegt sich das Silikonöl schraubenförmig in dem Spielraum zwischen der inneren Wand der Heizkammer 7 und der konischen Oberfläche des Rotors 14.

Als ein Ergebnis wird der Öldruck in dem Spielraum nahe der Basis 14b des Rotors 14 höher als der Öldruck in dem Spielraum nahe des Scheitelpunkts 14a, da die Geschwindigkeit des Rotors 14 zunimmt. Dies bewirkt, daß Silikonöl zum Vorderseitendurchlaß 22 gedrängt wird. Das Silikonöl wird anschließend durch den Rückseitendurchlaß 23 zur Speicherkammer 19 übertragen. Das Silikonöl, das in der Speicherkammer 19 von der Heizkammer 7 wiedergewonnen wurde, verbleibt in der Speicherkammer 19 für einen bestimmten Zeitzyklus. Silikonöl, das in der Speicherkammer 19 gespeichert ist, das nicht geschert wird oder der Wärme für einen langen Zeitraum ausgeliefert ist, wird vor thermischer Verschlechterung geschützt.

Wenn der Fluidpegel des Silikonöls in der Speicherkammer 19 höher wird, wird der Druck, der Öl durch den Versorgungsdurchlaß 21 in die Heizkammer 7 drängt, stärker. Somit wird Silikonöl gleichmäßig und schnell in die Nähe des Scheitelpunktes 14a durch den Versorgungsdurchlaß 21 geliefert. Das zur Heizkammer 7 gelieferte Silikonöl füllt schnell den Spielraum zwischen der inneren Wand der Heizkammer 7 und der äußeren Oberfläche des Rotors 14 durch die Schraubenbewegung.

Die Heizfähigkeit des Heizgerätes mittels viskosem Fluid wird nun beschrieben. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wenn ein Abstand, der sich axial von dem Scheitelpunkt 14a des Rotors 14 erstreckt, willkürlich als m festgesetzt wird, wird ein Radius des Rotors 14, der sich in einem Abstand m von dem Scheitelpunkt 14a befindet, als r festgesetzt, die gesamte Länge des Rotors 14 wird als M festgesetzt, der Radius der Basis 14b des Rotors wird als R festgesetzt und die Hälfte des Scheitelwinkels des Querschnitts des Rotors 14 wird als θ_H festgesetzt, anschließend werden tanθ_H und eine infinitesimale Veränderung dm sind in den nachfolgenden Formeln 1 gezeigt:

Während, wenn ein Viskositätskoeffizient des Silikonöls (viskoses Fluid) als µ festgesetzt wird, eine Drehwinkelgeschwindigkeit des Rotors 14 als ω festgesetzt wird, eine Umfangsgeschwindigkeit in einem willkürlichen Abstand m als rω festgesetzt wird und der Spielraum zwischen der äußeren Oberfläche des Rotors 14 und der inneren Oberfläche des Statorelements 3 (Innenwand der Heizkammer 7) als h festgesetzt wird, wird anschließend die Scherbelastung τ in der nachfolgenden Formel 2 gezeigt:

µ: Viskositätskoeffizient des viskosen Fluids
rω: Umfangsgeschwindigkeit in einem willkürlichen Abstand m
rωh: Geschwindigkeitsgradient.

Basierend auf den Formeln 1 und 2 ist das gesamte Drehmoment T des Rotors 14 in der nachfolgenden Formel 3 gezeigt:

Da die Wärmemenge Q des Heizgerätes mittels viskosem Fluid proportional zur Antriebsleistung des Rotors 14 (L=Tω) ist, ist deshalb das Verhältnis zwischen der Wärmemenge Q und verschiedenen Parametern in der nachfolgenden Formel 4 gezeigt:

Wie von Formel 4 gesehen werden kann, ist die Wärmemenge Q proportional zur dritten Potenz des Radius R und ist ferner proportional zur gesamten Länge M des Rotors 14. Wenn eine größere Wärmemenge Q erforderlich ist, ist es möglich, die gesamte Länge M ohne Veränderung des Radius R zu erhöhen. Da eine Zunahme des Radius nicht wesentlich ist, wenn die Wärmemenge Q erhöht wird, ist ein breiter Spielraum bei der Festlegung der Dimensionen des Rotors 14 zulässig, wenn das Heizgerät konstruiert wird.

Das bevorzugte und erläuterte Ausführungsbeispiel hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile.

Der Rotor 14 ist konisch. Der Radius nimmt an Stellen zu, die näher an der Basis 14b liegen. Das Silikonöl befindet sich in dem Spielraum zwischen der konischen äußeren Oberfläche des Rotors 14 und der inneren Oberfläche der Heizkammer 7. Wenn sich der Rotor 14 dreht, bewegt sich das Silikonöl von dem Scheitelpunkt 14a des Rotors 14 zum Umfang der Basis 14b des Rotors 14 auf einem schraubenförmigen Pfad. Dies verhindert ein lokales Überhitzen des Silikonöls. Somit wird das Silikonöl vor einer übermäßigen Wärmeaussetzung geschützt. Als ein Ergebnis wird eine thermische Verschlechterung verhindert und eine bessere Heizung aufrechterhalten.

Wenn sich der Rotor 14 dreht, beginnt das Silikonöl, sich in der Heizkammer 7 zu bewegen. Dies bewirkt einen Öldruckunterschied oder es ruft einen Druckgradienten entlang der Axialrichtung in dem Spielraum hervor. Der Öldruck wird an den Stellen höher, die näher am Umfang der Basis 14b liegen. Dies bewirkt, daß Silikonöl in den Wiedergewinnungsdurchlaß 20 gedrängt wird, der an einer Stelle geöffnet ist, die nahe an dem vorderen Umfangsbereich der Heizkammer 7 liegt, und um zum hinteren Endbereich der Heizkammer 7 mittels des Wiedergewinnungsdurchlasses 20 voreilt. Deshalb wird das Silikonöl gleichmäßig zwischen der Heizkammer 7 und dem Wiedergewinnungsdurchlaß 20 zirkuliert. Die Zirkulation von Öl verhindert eine thermische Verschlechterung des Öls, hervorgerufen durch eine lokale Überscherung des Öls.

Da Silikonöl zum Speicher 19 geliefert wird, wird eine ausreichende Menge an Öl zum Scheren gewährleistet. Wenn sich der Rotor 14 dreht, zirkuliert Silikonöl zwischen der Heizkammer 7 und dem Speicher 19 mittels des Wiedergewinnungsdurchlasses 20. Dies verhindert ein lokales Überscheren des Öls und erlaubt es dem in dem Speicher 19 gespeicherten Öl, sich vom Scheren auszuruhen. Somit wird eine thermische Verschlechterung des Öls verhindert.

Wie von der Berechnung der Wärmemenge Q gesehen wird, nimmt die gesamte Wärmemenge Q durch Zunahme der Gesamtlänge M des Rotors 14 zu, anstelle der Vergrößerung des Radius R der Basis 14b. Deshalb wird die Wärmemenge Q durch Regelung des Basisradius R und der Gesamtlänge M des Rotors 14 bestimmt. Somit ist ein breiter Spielraum bei der Gestaltung der Form des Heizgerätes mittels viskosem Fluid erlaubt.

Wahlweise kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel modifiziert oder betrieben werden, wie nachstehend beschrieben wird.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann der Rotor 14 eine quadratische Kurve haben, die zur Achse hin gebogen ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann der Rotor 14 eine quadratische Kurve haben, die von der Achse weggebogen ist. Der Rotor 14 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Konus, der durch Linien gebildet wird, die den Scheitelpunkt 14a mit dem Umfang der Basis 14b verbinden (ein Kreis). Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann der Rotor 14 eine konische Oberfläche mit Stufen haben. Bei allen oben beschriebenen Konstruktionen bewegt sich Silikonöl gleichmäßig in dem Spielraum zum Umfang der Basis 14b hin. Jeder Rotor 14 in den Fig. 4 bis 6 hat einen Radius, der allmählich zu der Rotorbasis 14b hin zunimmt.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, ist eine Speicherkammer 19 in dem Wiedergewinnungsdurchlaß 20 vorgesehen. Es ist möglich, die Speicherkammer 19 zu entfernen. Sogar bei einer solchen Konstruktion zirkuliert das Silikonöl zufriedenstellend zwischen der Heizkammer 7 und dem Wiedergewinnungsdurchlaß 20. Somit wird die thermische Verschlechterung des Silikonöls, die durch Überhitzung hervorgerufen wird, verzögert.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, sind der Scheitelpunkt und die Basisregionen des Rotors 14 durch einen Zirkulationsdurchlaß (Wiedergewinnungsdurchlaß 20) miteinander verbunden. Es ist möglich, den Zirkulationsdurchlaß so einzurichten, daß irgendwelche zwei Punkte, die zwischen dem Scheitelpunkt und den Basisregionen angeordnet sind, verbunden werden. Bei einer solchen Konstruktion zirkuliert das Silikonöl zufriedenstellend und die thermische Verschlechterung des Silikonöls, die durch Überhitzung hervorgerufen wird, wird verzögert. Es ist jedoch notwendig, daß der Radius des Rotors 14 am Ausgang des Wiedergewinnungsdurchlasses 20 kleiner als der Radius des Rotors 14 am Einlaß des Wiedergewinnungsdurchlasses 20 ist.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, ist der Wiedergewinnungsdurchlaß 20 in dem Heizgerätegehäuse angeordnet. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, kann der Wiedergewinnungsdurchlaß 20 im Inneren des Rotors 14 angeordnet sein. Bei einer solchen Konstruktion bewegt sich das erwärmte Silikonöl im Inneren des Rotors 14 vom vorderen Ende zum hinteren Ende und vermindert einen Temperaturunterschied zwischen irgendwelchen zwei Punkten, die axial ausgewählt werden. (Die Temperatur neigt an Positionen, die näher am vorderen Ende liegen, höher zu sein.) Dies wird den Temperaturunterschied des Silikonöls in dem Spielraum vermindern, und die Verschlechterung, die durch Überhitzung eines Teils des Silikonöls hervorgerufen wird, verzögern.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann der Rotor 14 wie ein kegelstumpfförmiger Kegel ohne den Scheitelpunkt 14a geformt sein. Bei einer solchen Konstruktion ist es für das Silikonöl möglich, sich in dem Spielraum schraubenförmig zu bewegen und durch den Wiedergewinnungsdurchlaß 20 zu zirkulieren. Es ist notwendig, daß der Auslaß des Wiedergewinnungsdurchlasses 20 gegenüber der konischen Oberfläche des Rotors 14 angeordnet ist, vorzugsweise nahe an dem Abschnitt des Rotors 14 mit dem kleinsten Durchmesser.

Bei dem Heizgerät mittels viskosem Fluid, das in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, kann eine elektromagnetische Kupplung zwischen der Riemenscheibe 16 und der Antriebswelle 13 vorgesehen werden. Bei einer solchen Konstruktion wird die Antriebskraft wahlweise auf die Antriebswelle 13 übertragen. Dies wird die Übertragung der Antriebskraft zu jeder erforderlichen Zeit stoppen und die Scherwirkung des Silikonöls in der Heizkammer 7 regeln. Somit wird die thermische und mechanische Verschlechterung des Silikonöls, die durch Überscheren hervorgerufen wird, verzögert werden.

Die Bezeichnung "viskoses Fluid" bezieht sich auf irgendeinen Typ von Medium, das Wärme basierend auf Fluidreibung erzeugt, wenn es durch einen Rotor geschert wird. Die Bezeichnung ist deshalb nicht auf viskoses Fluid oder Semi-Fluid, das eine hohe Viskosität hat, und noch viel weniger auf Silikonöl beschränkt.

Es sollte dem Fachmann klar sein, daß die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen Formen verkörpert werden kann, ohne den Gedanken oder Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als Erläuterung gedacht und nicht als Einschränkung und die Erfindung darf nicht auf die hier angegebenen Details beschränkt werden, sondern sie kann innerhalb des Schutzumfangs und des Äquivalenzbereiches der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.

Ein Heizgerät mittels viskosem Fluid umfaßt einen Stator 3, der eine stationäre Oberfläche hat, und einen Rotor 14, der eine Drehoberfläche hat. Die Drehoberfläche steht der stationären Oberfläche gegenüber, um einen Spielraum dazwischen zu bilden, zur Unterbringung eines viskosen Fluids. Ein Zirkulationsfluid strömt durch eine Wärmetauscherkammer 8. Der Rotor 14 dreht sich um seine Achse und schert das viskose Fluid, um Wärme zu erzeugen. Die Wärme wird von dem viskosen Fluid auf das zirkulierende Fluid übertragen. Die Drehoberfläche ist in Bezug zur Rotorachse geneigt. Die stationäre Oberfläche ist konform zur Drehoberfläche geneigt.

Claims (12)

1. Heizgerät mittels viskosem Fluid, das einen Stator (3) aufweist, der eine stationäre Oberfläche hat, einen Rotor (14), der eine Drehoberfläche hat, wobei die Drehoberfläche der stationären Oberfläche gegenüberliegt, um einen Spielraum dazwischen zu bilden, zur Unterbringung von einem viskosem Fluid, und eine Wärmetauscherkammer (8), durch die ein zirkulierendes Fluid strömt, wobei der Rotor (14) um seine Achse dreht und das viskose Fluid schert, um Wärme zu erzeugen, und wobei die Wärme von dem viskosem Fluid auf das zirkulierende Fluid übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehoberfläche in Bezug zur Rotorachse geneigt ist und daß die stationäre Oberfläche konform zur Drehoberfläche geneigt ist.

2. Heizgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (3) ein Gehäuse zur Unterbringung einer Heizkammer (7) umfaßt, wobei die Heizkammer (7) eine Wandoberfläche hat, die als stationäre Oberfläche dient, wobei der Rotor (14) in der Heizkammer (7) angeordnet ist, und der Rotor (14) eine äußere Oberfläche hat, die als Drehoberfläche dient, und der Heizkammerwandoberfläche gegenüberliegt, um den Spielraum zu bilden.

3. Heizgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (14) ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende hat, wobei der Rotor (14) einen Durchmesser hat, der sich vom ersten Ende zum zweiten Ende hin erhöht.

4. Heizgerät gemäß den Ansprüchen 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Wiedergewinnungsdurchlaß (20), der es dem viskosen Fluid erlaubt, weg von und zu der Heizkammer (7) zu strömen.

5. Heizgerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiedergewinnungsdurchlaß (20) mit der Heizkammer (7) in Verbindung steht und wobei ein Stator (3) vorgesehen ist, um die Wärmetauscherkammer (8) von dem Wiedergewinnungsdurchlaß (20) abzutrennen.

6. Heizgerät gemäß den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wiedergewinnungsdurchlaß (20) durch den Rotor (14) hindurch erstreckt.

7. Heizgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine Speicherkammer (19), die mit der Heizkammer (7) und dem Wiedergewinnungsdurchlaß (20) in Verbindung steht, um hilfsweise viskoses Fluid zu beherbergen, wobei die Speicherkammer (19) einen Teil des Wiedergewinnungsdurchlasses (20) bildet.

8. Heizgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Rotors (14). konkav ist.

9. Heizgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Rotors konvex ist.

10. Heizgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Rotors (14) eine Vielzahl an Stufen umfaßt.

11. Heizgerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (14) eine konische Gestalt hat.

12. Heizgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Rotors (14) eingerichtet ist, um zwangsweise eine Zentrifugalkraft auf das viskose Fluid aufzubringen, basierend auf einer Drehung des Rotors (14), wodurch das viskose Fluid gezwungenermaßen in eine Richtung strömt, und die innere Wand der Heizkammer (7) eingerichtet ist, um das viskose Fluid, das in der Richtung gemäß der Zentrifugalkraft strömt, aufzunehmen und die Richtung des viskosen Fluids zu ändern.