DE19908402C1 - Durchlauferhitzer für Fahrzeuge - Google Patents

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.