DE19908402C1 - Durchlauferhitzer für Fahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Durchlauferhitzer für insbesondere batteriebetriebene Fahrzeuge, mit einem Gehäuse, in welchem eine mit einem Wasserzulauf und einem Wasserauslauf kommunizierende Kammer ausgebildet und in der Kammer ein elektrischer Heizkörper angeordnet ist. Damit ein unzulässiges Aufheizen beispielsweise nach Ausfall der Wasserversorgung und gegebenenfalls bei Versagen der Steuerschaltung verhindert werden kann, ist in der Kammer um den Heizkörper herum ein am Boden mediumdichter Behälter zur Aufnahme eines wärmeabsorbierenden Mediums vorgesehen.
Description
Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer für insbesondere batteriebetriebene
Fahrzeuge, mit einem Gehäuse, in welchem eine mit einem Wasserzulauf und
einem Wasserauslauf kommunizierende Kammer ausgebildet und in der Kammer
ein elektrischer Heizkörper angeordnet ist.
Bei Fahrzeugen steht zur Beheizung des Fahrgastraumes dann genügend Wärme
zur Verfügung, wenn der Antrieb des Fahrzeuges ein üblicher Verbrennungsmotor
ist. Erfolgt dagegen der Antrieb des Fahrzeuges beispielsweise durch einen
Elektromotor, liegt eine Wärmequelle vor, deren Kapazität zur Beheizung des
Fahrgastraumes nicht ausreicht. Es ist daher erforderlich, im Fahrzeug eine
Zusatzheizung vorzusehen, die in einem Kreislauf geführtes Wasser etwa mittels
eines elektrischen Heizkörpers auf die zur Beheizung erforderliche Temperatur
erwärmt. Ein derartiger Heiz- und Kühlmittelkreislauf für ein Elektrofahrzeug
ist in DE 195 42 125 A1 beschrieben.
Bei solchen elektrischen Heizeinrichtungen etwa in Form des eingangs genannten
Durchlauferhitzers muß Sorge dafür getragen werden, daß bei Ausfall der
Wasserversorgung ein Durchbrennen des Heizkörpers sowie allgemein eine
Beschädigung des Heizaggregats durch erhöhte Temperaturen sicher vermieden
wird. Man bedient sich hierbei generell an eine Steuerschaltung angeschlossenen
Temperaturfühlern, die beim Anstieg der Temperatur im Durchlauferhitzer über
einen vorgegebenen Maximalwert den Heizstrom durch den Heizkörper abschalten.
Da durch den Heizkörper ein erheblicher Heizstrom fließt, sind zu dessen
Unterbrechung entsprechend ausgelegte Schalter, beispielsweise Thyristoren oder
Pyrosicherungen, erforderlich, die nach einer Sicherheitsunterbrechung des
Heizstromes einen Austausch des gesamten Durchlauferhitzers erforderlich
machen. Darüber hinaus ist selbst nach Unterbrechen des Heizstromes durch die
Steuerschaltung beispielsweise wegen fehlender Wasserversorgung in dem
Durchlauferhitzer noch erhebliche Restwärme vorhanden, die zu einem weiteren
Temperaturanstieg der Bauteile des Durchlauferhitzers führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs genannten
Durchlauferhitzer Maßnahmen vorzusehen, die ein unzulässiges Aufheizen
beispielsweise nach Ausfall der Wasserversorgung und gegebenenfalls bei
Versagen der Steuerschaltung verhindern können.
Dazu ist bei dem genannten Durchlauferhitzer erfindungsgemäß vorgesehen, daß in
der Kammer um den Heizkörper herum ein am Boden mediumdichter Behälter zur
Aufnahme eines wärmeabsorbierenden Mediums ausgebildet ist. Damit wird
erreicht, daß die vom Heizkörper nach seinem "Trocken" gehen weiterhin
entwickelte Wärme von dem Medium, beispielsweise Wasser oder eine
Kühlwassermischung, aufgenommen werden kann und somit eine Beschädigung
des Gehäuses oder anderer Teile des Durchlauferhitzers vermieden wird. Die
Erfindung ermöglicht es insbesondere, daß das Gehäuse des Durchlauferhitzers
wenigstens teilweise, und zwar vornehmlich im Bereich des Heizkörpers, aus
einem thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise einem Polyamid, gefertigt
werden kann. Vor allem in diesem Fall verhindert die Erfindung, daß bei Ausfall
der Wasserversorgung jedoch voll funktionsfähigem Durchlauferhitzer die
Pyrosicherung anspricht und den Durchlauferhitzer zerstört. Ist bei Wasserausfall
auch die Steuerschaltung defekt, vermeidet die Erfindung ein Erweichen und
Abschmelzen der Kunststoffteile vor dem Ansprechen der Pyrosicherung und
damit eine nachhaltige Verschmutzung der Umgebung des Durchlauferhitzers.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der beigefügten Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Durchlauferhitzers;
Fig. 2 eine um einen rechten Winkel gedrehte Ansicht des Durchlauferhitzers nach
Fig. 1 mit gestrichelt angedeuteten inneren Bauteilen;
Fig. 3 die Seitenansicht eines in den Durchlauferhitzer eingebauten Rohrstückes;
Fig. 4 einen Axialschnitt durch einen Dichtring für das Rohrstück nach Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf den Durchlauferhitzer nach Fig. 1 und 2
nach Abnahme seines Deckels.
Das Gehäuse 1 des im wesentlichen zylindrischen Durchlauferhitzers besteht aus
einem im wesentlichen becherförmigen Unterteil 2 mit einem oben radial
erweiterten Kragen 3, auf welchen ein haubenförmiger Deckel 4 mittels mehrerer
über den Umfang verteilter Schrauben 5, 6, 7 aufgeschraubt ist. Aus der Oberseite
des Deckels 4 stehen zwei beabstandete Fahnen 8, 9 für den elektrischen Anschluß
einer im Deckel 4 beherbergten und im Ganzen mit 10 bezeichneten elektronischen
Steuerschaltung vor. Von dem Kragen 3 steht seitlich eine Lasche 15 ab, mit der
der Durchlauferhitzer an einem Fahrzeugteil befestigt werden kann. Das Unterteil 2
und der Deckel 4 bestehen aus einem festen thermoplastischen Kunststoff, das
Unterteil 2 beispielsweise aus einem Polyamid.
In die vom Kragen 3 umschlossene obere Öffnung des Unterteils 2 ist ein
plattenförmiger, metallischer und vom Deckel 4 umschlossener Einsatz 16
eingeschraubt und so mit dem Kragen 3 verbunden, daß das Innere des Deckels 4
zum hohlen Unterteil 2 flüssigkeits- insbesondere wasserdicht abgedichtet ist.
An das untere Ende des Unterteils 2 ist ein Zulaufstutzen 12 angeformt und am
Kragen 3 ist ein entsprechender, radialer Auslaufstutzen 14 ausgebildet. Mit dem
Zulaufstutzen 12 und dem Auslaufstutzen 14 kann der Durchlauferhitzer in einen
nicht dargestellten Wasserkreislauf in der Weise eingeschaltet werden, daß an den
Zulaufstutzen 12 und den Auslaufstutzen 14 je ein Wasserschlauchende
angeklemmt wird. Unter dem Begriff "Wasser" ist hier vornehmlich ein übliches
Kühlwassergemisch zu verstehen, welches zum Kühlen von Fahrzeugmotoren
verwendet wird. Das Wasser aus dem Kreislauf kann mithin in den
Durchlauferhitzer über den Zulaufstutzen 12 einströmen, und zwar in das eine
Kammer bildende Innere des Unterteils 2, und ihn über den seitlichen
Auslaufstutzen 14 verlassen.
An der Unterseite des Einsatzes 16 ist ein Rohrheizkörper 20 sowie ein
Temperaturfühler 22 befestigt, sodaß bei mit dem Kragen 3 verbundenem Einsatz
16 der Rohrheizkörper 20 im wesentlichen zentrisch in das Innere der Kammer ragt
und der Temperaturfühler 22 sich in den von den Schlangen des Rohrheizkörpers
20 umgebenen Raum erstreckt. Es versteht sich, daß in den Schlangen des
Rohrheizkörpers 20 wenigstens eine elektrische Heizwicklung enthalten ist, welche
mit der Steuerschaltung 10 elektrisch verbunden ist. Auch der Temperaturfühler 22
ist an die Steuerschaltung 10 angeschlossen.
Nicht dargestellt ist eine mit dem Einsatz 16 thermisch leitfähig verbundene
Schmelzsicherung, welche eine nachgeschaltete Pyrosicherung steuert. Die
Pyrosicherung dient zur sicheren und irreversiblen Unterbrechung des Stromflusses
durch die Heizwicklung des Rohrheizkörpers 20.
Bei normalem Betrieb des in den Wasserkreislauf eingeschalteten
Durchlauferhitzers heizt der Rohrheizköper 20 das die Kammer durchströmende
Wasser auf einen Solltemperaturbereich von etwa 80 bis etwa 85 Grad C auf,
wobei der Temperaturfühler 22 den Stromfluß durch den Rohrheizkörper 20
steuert.
Wenn der Wasserstrom durch den Durchlauferhitzer unterbrochen ist, weil
beispielsweise einer der Schläuche geplatzt ist, veranlaßt der Temperaturfühler 22
zwar ein Abschalten des Stromflusses (beispielsweise etwa 40A bei 300 V
Gleichspannung), weil er einen Temperaturanstieg auf 85 Grad C und mehr erfaßt.
Jedoch strahlt der nicht mehr von Wasser umspülte und sich daher gelegentlich bis
zur Dunkelrotglut aufheizende Rohrheizkörper 20 nach Unterbrechung des
Stromflusses noch so viel Restwärme ab, daß das Material des Unterteils 2,
insbesondere dessen dem Rohrheizkörper 20 benachbarter Wandabschnitt 24,
erweicht, fließfähig wird und damit seine Form verliert. Der Durchlauferhitzer wird
folglich unbrauchbar und muß ersetzt werden.
Es ist unter den erwähnten Umständen auch oder alternativ möglich, daß die auf
eine Ansprechtemperatur von beispielsweise 120 Grad C ausgelegte
Schmelzsicherung die Pyrosicherung auslöst, welche dann ebenfalls einen Ersatz
des Durchlauferhitzers erforderlich macht.
Um eine Zerstörung des nach Ausfall der Wasserversorgung zunächst noch voll
funktionsfähigen Durchlauferhitzers zu vermeiden ist vorgesehen, daß in einen
Behälter 33, der zwischen dem Rohrheizkörper 20 und dem ihn umgebenden
Wandabschnitt 24 ausgebildet ist, ein wärmeabsorbierendes Medium eingebracht
ist, welches die genannte Restwärme aufnehmen kann und daher den Werkstoff des
Unterteils 2 schützt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rohrheizkörper
20 dazu von einem zylindrischen Rohrstück 30 (Fig. 3) etwa aus Aluminium
umgeben, dessen offenes unteres Ende 32 in einer Ringnut 34 einer Ringdichtung
36 dichtend eingefangen ist. Das obere Ende 38 des Rohrstückes 30 liegt gegen die
Unterseite des Einsatzes 16 an, sodaß das Aufschrauben des Einsatzes 16 auf den
Kragen 3 das Rohrstück 30 in die Ringdichtung 36 eindrückt und diese gegen den
inneren Boden des Unterteils 2 flüssigkeitsdicht andrückt. In der Nähe des oberen
Endes 38 sind in den Mantel des Rohrstückes 30 eine oder mehrere über den
Umfang verteilte Durchgangsöffnungen 35 vorgesehen, die nach Einbau des
Rohrstückes 30 in das Unterteil 2 in axialer Höhe des Auslaufstutzens 14 liegen.
Der Behälter 33 wird also gebildet durch die Innenfläche des zylindrischen
Wandabschnittes 24, die Unterseite des Einsatzes 16, die Außenfläche des
Rohrstückes 30 und die Außenseite der Ringdichtung 16 und kann ein Volumen
von beispielsweise 100 ml haben.
Damit ergibt sich der Strömungsweg des von dem Rohrheizkörper 20
aufzuwärmenden Wassers aus dem Zulaufstutzen 12 durch das Innere der
Ringdichtung 36 und das Innere des Rohrstückes 30, in welchem es von dem in
ihm befindlichen Rohrheizkörper 20 auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt
wird, wonach das aufgeheizte Wasser das Rohrstück 30 durch die Öffnung 35
verläßt und durch den Auslaufstutzen 14 aus dem Durchlauferhitzer austritt. Ein
Teil des aus der Öffnung 35 ausströmenden Wassers wird in den Behälter 33
zwischen dem Gehäusewandabschnitt 24 des Unterteils 2 und der Außenseite des
Rohrstückes 30 einfließen und den Behälter 33 auffüllen. Das in dem Behälter 33
befindliche Wasser, das wegen der dichtenden Anlage der Ringdichtung 36 an der
Innenfläche des Unterteils 2 am Auslaufen nach unten gehindert ist, wird nicht
weiter aufgewärmt sondern verbleibt dort als das erwähnte Medium, welches bei
Nichtvorhandensein von Wasser innerhalb des Rohrstückes 30 die vom
Rohrheizkörper 20 abgegebene Wärme ohne weiteres aufnehmen kann.
Sprudelndes Wasser oder sich entwickelnder Wasserdampf können den Behälter 33
durch die Öffnungen 35 verlassen, in den Strömungsweg des Wassers gelangen
und den Durchlauferhitzer durch den Auslaufstutzen 14 verlassen. Nach dem von
dem Temperaturfühler 22 veranlaßten Abschalten des Stromflusses durch den
Rohrheizkörper 20 nimmt daher das Wasser in dem Behälter 33 die Restwärme auf
und verhindert einerseits einen Temperaturanstieg im Material des
Wandabschnittes 24 in den Erweichungsbereich desselben und andererseits ein
Ansprechen der Schmelzsicherung, weil deren Ansprechtemperatur nicht erreicht
wird.
Wenn die Wasserströmung durch das Unterteil 2 wie erwähnt unterbrochen ist und
zusätzlich die Steuerschaltung 10 in der Weise defekt sein sollte, daß sie den
Stromfluß durch den Rohrheizkörper 20 trotz überhöhter Temperatur nicht
unterbricht, zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß sie auch hier eine
Verschmutzung der Umgebung des Durchlauferhitzers durch erweichten und
abgetropften Werkstoff des Wandabschnittes 24 verhindert. Die von dem weiter
stromdurchflossenen und sich stärker aufheizenden Rohrheizkörper 20 abgegebene
Wärme wird zunächst von dem Wasser in dem Behälter 33 aufgenommen, und
zwar mindestens solange, bis die Schmelzsicherung anspricht und die
Pyrosicherung auslöst. Die Temperatur des Wandabschnittes 24 erreicht daher
nicht die Erweichungs- oder jedenfalls nicht die Abtropftemperatur ihres
Werkstoffes, sodaß der Wandabschnitt 24 in Gänze Bestandteil des
Durchlauferhitzers bleibt.
Claims (8)
1. Durchlauferhitzer für insbesondere batteriebetriebene Fahrzeuge, mit einem
Gehäuse (1), in welchem eine mit einem Wasserzulauf (12) und einem
Wasserauslauf (14) kommunizierende Kammer (2) ausgebildet und in der
Kammer (2) ein elektrischer Heizkörper (20) angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Kammer (2) um den Heizkörper (20) herum ein am
Boden (32) mediumdichter Behälter (33) zur Aufnahme eines
wärmeabsorbierenden Mediums ausgebildet ist.
2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter
(33) ein den Heizkörper (20) umgebendes Rohrstück (30) aufweist, welches
unten und oben oberhalb des Wasserauslaufs (14) mit dem Gehäuse (1)
mediumdicht abschließt und zu dem dem Heizkörper (20) benachbarten
Gehäusewandabschnitt (24) einen mit dem Medium füllbaren Zwischenraum
läßt.
3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rohrstück (30) unten in einer am Gehäuse (1) anliegenden Ringdichtung (36)
sitzt.
4. Durchlauferhitzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Behälter (30) in der axialen Höhe des Wasserauslaufs
(14) wenigstens eine Auslauföffnung (35) aufweist.
5. Durchlauferhitzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Medium Wasser, insbesondere ein
Kühlwassergemisch ist.
6. Durchlauferhitzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) im wesentlichen aus einem
thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise einem Polyamid, besteht.
7. Durchlauferhitzer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus einem becherförmigen Unterteil (2),
an dessen unterem Ende der Wasserzulauf (12) und an dessen oberen Ende
seitlich der Wasserauslauf (14) ausgebildet sind, und einem auf dem Unterteil
(2) befestigbaren Deckel (4) besteht, an dessen Einsatz ein Rohrheizkörper (20)
befestigt ist und der eine elektrische Steuerschaltung (10) für den
Rohrheizkörper beherbergt.
8. Durchlauferhitzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter
(33) von der Innenseite des zylindrischen Gehäusewandabschnittes (24), der
Unterseite des Einsatzes (16), der Außenseite des Rohrstückes (30) und der
Außenseite der Ringdichtung (36) gebildet ist.
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- 1999-02-26 DE DE19908402A patent/DE19908402C1/de not_active Expired - Fee Related
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