DE19926302A1 - Fahrzeugheizung - Google Patents

Abstract

Eine Fahrzeugheizung, die einfach in einem Motorraum eingebaut werden kann, umfaßt ein Gehäuse (1, 2) und eine Heizkammer (3), die in dem Gehäuse (1, 2) untergebracht ist. Die Heizkammer (3) enthält viskoses Fluid. Ein Wassermantel (4) ist in dem Gehäuse (1, 2) um die Heizkammer (3) herum untergebracht. Zirkulierendes Fluid fließt durch den Wassermantel (4) hindurch. Ein Rotor (20) ist drehbar gestützt in dem Wassermantel (4). Der Rotor (20) schert das viskose Fluid zum Erzeugen von Wärme. Ein Durchflußkanal des zirkulierenden Fluids ist in dem Wassermantel (4) definiert. Der Durchflußkanal umgibt im wesentlichen den gesamten Rotor (20). Ein eintretender Kanal (33) verbindet das Äußere des Gehäuses (1, 2) mit dem Durchflußkanal. Das zirkulierende Fluid fließt durch den eintretenden Kanal (33) hindurch von dem Äußeren des Durchflußkanals. Ein austretender Kanal (34) verbindet den Durchflußkanal mit dem Äußeren. Das zirkulierende Fluid fließt durch den austretenden Kanal (34) hindurch von dem Durchflußkanal zu dem Äußeren. Der eintretende Kanal (33) und der austretende Kanal (34) erstrecken sich im wesentlichen parallel zu der Rotorachse. Die Struktur der Heizung erleichtert auch eine Bewegung des viskosen Fluids in der Heizkammer (3).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugheizung, die Wärme erzeugt durch Scheren eines viskosen Fluids mit einem Rotor in einer Heizkammer und die Wärme auf ein zirkulierendes Fluid überträgt, das durch eine Wärmeübertragungskammer hindurch fließt. Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einer Verbesserung des Durchflußkanals des zirkulierenden Fluids.

Die Offenlegungsschrift Nr. 7-52722 der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldung beschreibt eine Zusatzheizung (Wärmeerzeuger), die in eine Fahrzeugheizung eingebaut ist. Die Zusatzheizung umfaßt eine im allgemeinen zylindrische Ummantelung (Gehäuse), in der eine zylindrische Heizkammer untergebracht ist. Eine Vielzahl von äußeren Platten sind an der Wand ausgebildet, die die Heizkammer definiert. Eine Drehwelle ist drehbar gestützt in der Heizkammer. Eine Vielzahl von scheibenartigen inneren Platten sind an der Drehwelle fixiert. Jede äußere Platte ist zwischen einem entsprechendem Paar innerer Platten angeordnet. D.h., daß die inneren und die äußeren Platten abwechselnd angeordnet sind. Ein viskoses Fluid ist derart in der Heizkammer untergebracht, daß der Raum zwischen den inneren und äußeren Platten mit dem viskosen Fluid gefüllt ist. Darüber hinaus erstreckt sich ein Kühlmittelkreislauf (Wärmeübertragungskammer) um die Heizkammer herum. Eine Vielzahl von Wärmeübertragungsflügeln erstreckt sich entlang dem Kühlmittelkreislauf.

Die Leistung eines Motors wird auf die Drehwelle übertragen mittels einer elektromagnetischen Kupplung, um die inneren Platten einstückig mit der Drehwelle zu drehen. Die sich drehenden inneren Platten und die stationären äußeren Platten scheren das viskose Fluid und erzeugen Wärme. Die Flügel übertragen Wärme auf ein Motorkühlmittel (zirkulierendes Fluid), das durch den Kühlmittelkreislauf hindurch fließt. Die erzeugte Wärme wird verwendet zum Erwärmen des Fahrgastraums.

Die Offenlegungsschrift Nr. 10-35259 der japanischen ungeprüften Patentanmeldung beschreibt eine Viskosefluidheizung (Wärmeerzeuger), in der eine Heizkammer untergebracht ist, die durch eine zylindrische Wand definiert ist. Ein zylindrischer Rotor ist drehbar gestützt in der Heizkammer. Ein viskoses Fluid füllt den Spalt zwischen der Umfangsfläche des Rotors und der zylindrischen Wand der Heizkammer. Das viskose Fluid wird hauptsächlich durch die Umfangsfläche des Rotors abgeschert zum Erzeugen von Wärme. Eine Führungsnut (Übertragungseinrichtung) erstreckt sich entlang der Umfangsfläche des Rotors. Eine Drehung des Rotors bewegt zwangsweise das viskose Fluid in dem Spalt entlang der Führungsnut zu einem Ende des Rotors hin.

Der Kühlmittelkreislauf der Zusatzheizung, die in der Offenlegungsschrift Nr. 7-52722 der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldung beschrieben ist, bildet einen Teil eines Kreislaufs, der sich zwischen dem Rotor und dem Heizungskern erstreckt. Diese Offenlegungsschrift diskutiert jedoch nicht die Verbindung der Zusatzheizung mit den anderen Teilen des Kühlmittelkreislaufes. Eine Auslaßleitung, durch die Kühlmittel abgegeben wird, erstreckt sich radial von dem vorderen oberen Abschnitt der Zusatzheizung, während sich eine Einlaßleitung, durch die Kühlmittel eingesaugt wird, radial von dem hinteren unteren Abschnitt der Zusatzheizung erstreckt. Die radial sich erstreckende Auslaß- und Einlaßleitung beschränken die Konstruktion der Heizungsleitungen in dem Motorraum und erschweren somit den Einbau der Zusatzheizung in dem Motorraum.

Des weiteren umfaßt der Rotor der Zusatzheizung die Drehwelle und die scheibenartigen inneren Platten, die an der Drehwelle fixiert sind. Obwohl der Rotor dem Abscheren des viskosen Fluids dient, wirkt der Rotor nicht, um das viskose Fluid in der Heizkammer zu bewegen. Bei der Viskosefluidheizung der Offenlegungsschrift Nr. 10-35259 der ungeprüften japanischen Patentanmeldung bewegt die Drehung des Rotors jedoch das viskose Fluid entlang der Umfangsfläche des Rotors.

Deshalb wurde an Rotorwärmeerzeugern geforscht, um die Bewegung des viskosen Fluids entlang der Umfangsfläche des Rotors zu steuern durch Verbessern des Durchflußkanals für das zirkulierende Fluid, der in die Wärmeübertragungskammer hinaus und aus dieser heraus führt.

Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Fahrzeugheizung, die einfach in Fahrzeuge eingebaut werden kann und die die Zirkulation des viskosen Fluids in der Heizkammer verbessert.

Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Fahrzeugheizung mit einem Gehäuse und einer Heizkammer, die in dem Gehäuse untergebracht ist. Die Heizkammer enthält viskoses Fluid. Eine Wärmeübertragungskammer ist in dem Gehäuse um die Heizkammer herum untergebracht. Zirkulierendes Fluid fließt durch die Wärmeübertragungskammer hindurch. Ein Rotor ist drehbar gestützt in der Wärmeübertragungskammer. Der Rotor schert das viskose Fluid zum Erzeugen von Wärme. Ein Durchflußkanal für das zirkulierende Fluid ist in der Übertragungskammer definiert. Der Durchflußkanal umschließt im wesentlichen den gesamten Rotor. Ein eintretender Kanal verbindet das Äußere des Gehäuses mit dem Durchflußkanal. Das zirkulierende Fluid fließt von außen über den eintretenden Kanal zu dem Durchflußkanal. Ein austretender Kanal verbindet den Durchflußkanal mit dem Gehäuseäußeren. Das zirkulierende Fluid fließt von dem Durchflußkanal über den austretenden Kanal nach außen. Der eintretende Kanal und der austretende Kanal erstrecken sich im wesentlichen parallel zu der Rotorachse.

Andere Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, die mittels eines Beispiels die Grundsätze der Erfindung darstellen.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Fahrzeugheizung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie 2-2 in Fig. 3 und zeigt das Innere des Rotors des Wärmeerzeugers von Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie 3-3 in Fig. 2; und

Fig. 4 zeigt einen Verlauf der Verteilung der Temperatur des zirkulierenden Fluids und der Viskosität des viskosen Fluids in der Seitenrichtung des Fluidkanals in der Wärmeaustauschkammer.

Eine Fahrzeugheizung 100 wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Die linke Seite des Wärmeerzeugers 100 ist die Vorderseite, während die rechte Seite die hintere Seite ist in der Ansicht von Fig. 1 und 2. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt der Wärmeerzeuger 100 ein vorderes Gehäuse 1 und ein hinteres Gehäuse 2. Das vordere Gehäuse 1 hat einen Flansch 1a, eine Nabe 1b, die sich nach vorne erstreckt von dem Flansch 1a, und einen Zylinder 1c, der sich von dem Flansch 1a nach hinten erstreckt. Das hintere Gehäuse 2 hat eine scheibenartige Platte 2a und eine Hülse 2b, die sich von der Platte 2a nach vorne erstreckt.

Das vordere und hintere Gehäuse 1, 2 sind aneinander befestigt durch eine Vielzahl von Bolzen 16 (Fig. 3). Wenn das vordere und hintere Gehäuse 1, 2 miteinander befestigt sind, wird der Zylinder 1c des vorderen Gehäuses 1 in die Hülse 2b des hinteren Gehäuses 2 gedrückt. Infolgedessen wird das hintere Ende (rechtes Ende in der Ansicht von Fig. 1) des Zylinders 1c gegen die Platte 2a des hinteren Gehäuses 2 gedrückt. Darüber hinaus wird das vordere Ende (linkes Ende in der Ansicht von Fig. 1) der Hülse 2b des hinteren Gehäuses 1 gegen den Flansch 1a des vorderen Gehäuses 1 gedrückt. Somit ist das offene Ende des Zylinders 1c durch die hintere Gehäuseplatte 2a gedichtet. Das definiert eine Heizkammer 3 in dem Zylinder 1c. Ein Wassermantel 4, der die Heizkammer 3 umgibt und als eine Wärmeübertragungskammer dient, ist zwischen dem Zylinder 1c des vorderen Gehäuses 1 und der Hülse 2b des hinteren Gehäuses 2 definiert.

Eine Antriebswelle 7 ist drehbar gestützt durch Lager 5, 6 in dem vorderen und hinteren Gehäuse 1, 2. Die Vorderseite der Heizkammer 3 ist durch ein Dichtelement 8 gedichtet, während die Hinterseite der Heizkammer 3 durch ein Dichtelement 9 gedichtet ist. Somit befindet sich die Antriebswelle 7 hauptsächlich innerhalb der gedichteten Heizkammer 3.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Rotor 20 an der Antriebswelle 7 in der Heizkammer 3 fixiert. Der Rotor 20 ist im allgemeinen zylindrisch und aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Vorzugsweise ist die axiale Länge L1 des Rotors 20 größer als der Radius R des Rotors 20.

Die Heizkammer 3 ist mit einer vorgegeben Menge (nicht gezeigtem) Silikonöl gefüllt, das als ein viskoses Fluid dient.

Jedes Medium, das Wärme erzeugt, wenn die Scherwirkung des Rotors 20 eine Fluidreibung erzeugt, kann als das viskose Fluid eingesetzt werden. Somit ist das viskose Fluid nicht auf Flüssigkeiten oder Semifluids beschränkt, die eine hohe Viskosität haben wie Silikonöl. Das Füllvolumen V_f des Silikonöls wird derart ermittelt, daß das wirksame Volumen V_c der Heizkammer 3, das erhalten wird durch eine Subtraktion des Volumens, das durch die Antriebswelle 7 und den Rotor 20 belegt wird, von dem Gesamtvolumen der Heizkammer 3, sich in dem Bereich von 50% bis 80% befindet bei normalen Temperaturen (V_f = 0,5 V_c-0,8 V_c). Das Füllvolumen ist niedriger eingerichtet als 100%, um eine Ausdehnung des Silikonöls beim Erwärmen zu tolerieren. Das Silikonöl hat eine Nominalviskosität von 10 000 cS (centistokes) oder mehr.

Eine Riemenrad 11 ist drehbar gestützt durch ein Lager 10 an der Nabe 1b des Gehäuses 1. Das Riemenrad 11 ist an dem vorderen Ende (äußeres Ende) der Antriebswelle 7 durch einen Bolzen 12 fixiert. Ein Riemen 13 verbindet das Riemenrad 11 betriebsfähig mit einem Fahrzeugmotor 14, um Kraft zu übertragen. Die Kraft des Motors 14, die durch den Riemen 13 übertragen wird, dreht das Riemenrad 11, die Antriebswelle 7 und den Rotor 20 einstückig miteinander. Das schert das Silikonöl, das in dem Kreisspalt enthalten ist, der zwischen der zylindrischen Fläche des Rotors 20 und der Wand der Heizkammer 3 ausgebildet ist (d. h. der inneren Fläche des Zylinders 1c des vorderen Gehäuses 1) und erzeugt Wärme. Die Wärme des Silikonöls wird dann auf das Kühlmittel übertragen (zirkulierendes Fluid), das durch den Wassermantel 4 hindurch fließt. Das erwärmte Kühlmittel fließt anschließend in einen Heizungskreislauf 15 (Fig. 3) und erwärmt den Fahrgastraum.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat der Rotor 20 einen Kopplungsabschnitt 21, der sich in der Nähe des Flansches 1a des vorderen Gehäuses 1 befindet und an der Antriebswelle 7 fixiert ist, und einen rohrförmigen Abschnitt 22, der sich zu der Hinterseite hin erstreckt von dem Umfangsteil des Kopplungsabschnitts 21. Der rohrförmige Abschnitt 22 erstreckt sich um die Achse Z des Rotors 20 herum.

Die innere Fläche des rohrförmigen Abschnitts 22 ist derart konisch, daß ihr Radius (Durchmesser) sich bei Positionen näher dem hinteren Ende des Rotors 20 erhöht. In anderen Worten ist die innere Fläche des Rotors 20 geneigt relativ zu der Rotorachse Z. Das Innere des rohrförmigen Abschnitts 22 bei der Hinterseite des Kopplungsabschnitts 21 dient als ein Reservoir 23 für viskoses Fluid in dem Rotor 20.

Verbindungskanäle 24 (vier bei diesem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 3 gezeigt ist) erstrecken sich durch den Kopplungsabschnitt 21 hindurch, um die vordere Seite des Kopplungsabschnitts 21 (d. h. den Raum zwischen dem vorderen Abschnitt des Rotors 20 und dem Flansch 1a des vorderen Gehäuses 1) und der hinteren Seite des Kopplungsabschnitts 21 zu verbinden (d. h. dem Reservoir 23). Jeder Verbindungskanal 24 ist derart geneigt, daß sich seine vordere Öffnung nahe der Antriebswelle 7 befindet und seine hintere Öffnung radial weiter von der Antriebswelle 7 entfernt ist. In anderen Worten ist jeder Verbindungskanal 24 geneigt relativ zu der Rotorachse Z.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erstreckt sich eine Führungsnut 25 schneckenförmig entlang der zylindrischen Fläche des Rotors 20 zwischen dem vorderen und hinteren Ende des Rotors 20. Obwohl es bevorzugt wird, daß eine einzelne Führungsnut 25 eingesetzt wird, können mehr als eine Führungsnut 25 ausgebildet sein entlang der Umfangsfläche des rohrförmigen Rotors 20. Eine Drehung des Rotors in der Richtung, die durch einen Pfeil A1 angedeutet ist, zwingt das Silikonöl in dem kreisförmigen Spalt zwischen der zylindrischen Fläche des Rotors 20 und der Wand der Heizkammer 3 zu einer Bewegung von dem hinteren Ende zu dem vorderen Ende des Rotors 20. Es ist bevorzugt, daß der Spalt C (Fig. 3) zwischen der zylindrischen Fläche des Rotors 20 und der Wand der Heizkammer 3 sich innerhalb dem Bereich von einigen zehn µm bis einigen hundert µm befindet.

Eine Teilung 31 steht radial von der Oberseite des vorderen Gehäusezylinders 1c in der Ansicht von Fig. 3 vor. Die Teilung 31 erstreckt sich axial entlang hauptsächlich dem Zylinder 1c. Die Oberseite der Teilung 31 befindet sich in Kontakt mit der inneren Fläche der hinteren Gehäusehülse 2b und trennt den oberen Teil des Wassermantels 4 in zwei Bereiche.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, erstreckt sich eine Vielzahl von Führungsflügeln 32 in der Umfangsrichtung entlang der zylindrischen Fläche des vorderen Gehäusezylinders 1c. Die Führungsflügel 32 sind gleichmäßig voneinander beabstandet und führen den Durchfluß des zirkulierenden Fluids in dem Wassermantel 4. Darüber hinaus bilden die Führungsflügel 32 einen Durchflußkanal für das zirkulierende Fluid in dem Wassermantel 4, der sich fast vollständig um die Rotorachse Z herum erstreckt. Die Führungsflügel 32 teilen den Durchflußkanal in eine Anzahl von Durchtrittswegen (N+1), wobei jeder Durchtrittsweg repräsentiert ist durch P₁, P₂, . . . P_N, P_N+1 (N repräsentiert die Anzahl der Führungsflügel 32). Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind 10 Führungsflügel 32 eingesetzt.

Die Höhe (vorstehender radialer Abstand) von jedem Führungsflügel 32 ist im wesentlichen gleich dem Spalt h zwischen benachbarten Führungsflügeln 32 (Fig. 1). Deshalb sind die Querschnittsform und die Fläche der Durchtrittswege P₁ bis PN₁ im wesentlichen dieselben.

Die Gesamtbreite W1 des Durchflußkanals in dem Wassermantel 4 (Wärmeübertragungskammer) ist ungefähr h ×(N+1) Darüber hinaus sind die Breiten W1 im wesentlichen gleich der Länge L1 des Rotors 20 eingerichtet (obwohl genau W1 < L1). Jeder Führungsflügel 32 dient der Wärmeleitung und überträgt die in der Heizkammer 3 erzeugte Wärme auf das zirkulierende Fluid.

Ein eintretender Kanal 33 und ein austretender Kanal 34 erstrecken sich durch den oberen Abschnitt der hinteren Gehäusehülse 2b hindurch an entgegengesetzten Seiten der Teilung 31 in der Ansicht in Fig. 3. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, sind der eintretende und austretende Kanal 33, 34 parallel zu der Achse Z des Rotors 20.

Der eintretende Kanal 33 hat einen Einlaß 33a, der zu der Hinterseite des hinteren Gehäuses 2 mündet, und eine sich axial erstreckende Öffnung 33b, durch die der eintretende Kanal 33 mit dem stromaufwärtigen Abschnitt des Durchflußkanals verbunden ist. Das zirkulierende Fluid von dem Motor 14 wird in den eintretenden Kanal 33 eingesaugt über den Einlaß 33a und in den stromaufwärtigen Abschnitt des Durchflußkanals hineingesandt über die Öffnung 33b. Der austretende Kanal 34 hat einen Auslaß 34a, der zu der Hinterseite des hinteren Gehäuses 2 mündet und eine sich axial erstreckende Öffnung 34b, durch die der austretende Kanal 34 mit dem stromabwärtigen Abschnitt des Durchflußkanals verbunden ist. Nach dem Durchfluß durch den Wassermantel 4 tritt das zirkulierende Fluid in den austretenden Kanal 34 ein. Das zirkulierende Fluid wird dann von dem Auslaß 34b abgegeben und zu dem Heizungskreislauf 15 hingesandt. Die Öffnung 33b des eintretenden Kanals 33 und die Öffnung 34b des austretenden Kanals 34 haben beide dieselben Längen (L2). Die Längen L2 der Öffnungen 33b, 34b sind im wesentlichen dieselben wie die Gesamtbreite W1 des Durchflußkanals in dem Wassermantel 4 (obwohl genau L2 < W1).

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Heizung 100, der Motor 14 und der Heizungskreislauf 15 in einer Fahrzeugheizung eingesetzt. Das zirkulierende Fluid zirkuliert durch die Heizung 100, den Motor 14 und den Heizungskreislauf 15 hindurch. Der Heizungskreislauf 15 umfaßt eine Heizungseinheit, in der ein Heizungskern und andere Bestandteile untergebracht sind. Die Heizung 100 ist in dem Motorraum derart eingebaut, daß die Antriebswelle 7 und der Rotor 20 sich horizontal und parallel zu dem Boden erstrecken.

Der Betrieb der Heizung 100 wird nun beschrieben. Wenn der Rotor 20 sich nicht dreht, setzt sich das Silikonöl an dem unteren Abschnitt der Heizungskammer 3 ab. Bei der Übertragung von Kraft von dem Motor 14, beginnen das Riemenrad 11, die Antriebswelle 7 und der Rotor 20 eine einstückige Drehung. Infolgedessen veranlaßt die Viskosität des Silikonöls und die auf das Silikonöl aufgebrachte Zentrifugalkraft, daß das Silikonöl in dem Reservoir 23 in den kreisförmigen Spalt eingesaugt wird zwischen der zylindrischen Fläche des Rotors 20 und der Wand der Heizkammer 3. Somit wird der Spalt im wesentlichen mit Silikonöl gefüllt innerhalb einer kurzen Zeitperiode. Das Silikonöl in dem kreisförmigen Spalt wird mechanisch geschert und erwärmt.

Eine Drehung des Rotors 20 in eine Richtung A1 (Fig. 1) bewegt das Silikonöl schneckenförmig entlang der Führungsnut 25. Obwohl die Bewegung des Silikonöls hauptsächlich in der Führungsnut 25 stattfindet, wird das Silikonöl außerhalb der Nut 25 auch durch das Silikonöl in der Nut 25 bewegt. Deshalb bewegt sich das Silikonöl außerhalb der Führungsnut 25 auch schneckenförmig. Demgemäß bewegt ein schneckenförmiger Strom des Silikonöls das Silikonöl entlang dem Rotor 20 von der Hinterseite zu der Vorderseite. In anderen Worten wird das Silikonöl in dem kreisförmigen Spalt zwangsweise bewegt entlang dem Rotor 20 von der Hinterseite zu der Vorderseite.

Die Führungswirkung der Führungsnut 25 sendet kontinuierlich das Silikonöl in dem kreisförmigen Spalt zu der Vorderseite des Rotors 20 (der enge Spalt zwischen dem Rotor 20 und dem vorderen Gehäuse 1). Somit veranlaßt die Kraft des Silikonöls ein Sammeln des Silikonöls an der Vorderseite des Rotors 20, um in die Verbindungskanäle 24 einzutreten. Da die Verbindungskanäle 24 von der Antriebswelle 7 weg geneigt sind bei Positionen, die dem hinteren Ende des Rotors 20 näher sind, bewegt sich das Silikonöl in den Verbindungskanälen 24 einfach zu dem Reservoir 23 hin, wenn die Drehung des Rotors 20 eine Zentrifugalkraft erzeugt. Die Zentrifugalkraft bewegt dann das Silikonöl, das in das Reservoir 23 eintritt, zu dem hinteren Ende des Rotors 20 entlang der konischen inneren Fläche des rohrförmigen Abschnitts 22. Das Silikonöl, das das hintere Ende des Rotors 20 erreicht, tritt anschließend wieder in den kreisförmigen Spalt ein.

Demgemäß wird das Silikonöl in der Heizkammer 3 geschert und erwärmt in dem kreisförmigen Spalt während der Drehung des Rotors 20. Außerdem zirkuliert das Silikonöl kontinuierlich zwischen dem kreisförmigen Spalt und dem Reservoir 23 während der Drehung des Rotors 20.

Die in dem kreisförmigen Spalt der Heizkammer 3 erzeugte Wärme wird auf das zirkulierende Fluid übertragen, das durch die Durchtrittswege (P₁-P_N+1) in dem Wassermantel 4 fließt. Die Seitenrichtung des Durchflußkanals in dem Wassermantel 4 stimmt mit der axialen Richtung des Rotors 20 überein. Darüber hinaus erstrecken sich die Öffnung 33b des eintretenden Kanals 33 und die Öffnung 34b des austretenden Kanals 34 in der Seitenrichtung des Durchflußkanals.

Die Temperatur des zirkulierenden Fluids, das durch den hintersten Durchtrittsweg P₁ hindurch fließt, ist niedriger als die des zirkulierenden Fluids, das durch den vorderen Durchtrittsweg P_N+1 hindurch fließt (Fig. 4). Diese Temperaturdifferenz tritt auf, da der hinterste Durchtrittsweg P₁ näher dem eintretenden Kanaleinlaß 33a und dem austretenden Kanalauslaß 34a ist als die anderen Durchtrittswege P_N+1. Das erhöht die Menge des zirkulierenden Fluids, das durch den Durchtrittsweg P₁ hindurch fließt, was wiederum die Wärmeübertragung relativ erhöht. Andererseits ist die Menge des zirkulierenden Fluids relativ klein, die durch den vordersten Durchtrittsweg P₁ fließt, der am entferntesten ist von dem Einlaß 33a und dem Auslaß 34a. Das vermindert die Menge der übertragenen Wärme relativ.

Die Anzahl der Wege, die das zirkulierende Kühlmittel nehmen kann zwischen dem Einlaß 33a und dem Auslaß 34a, ist dieselbe wie die Anzahl der Durchtrittswege (N+1). Der Durchtrittsweg P₁ bildet den kürzesten Weg, während der Durchtrittsweg P_N+1, der am entferntesten von dem Einlaß 33a und dem Auslaß 34a ist, den längsten Weg bildet. Ein längerer Weg erhöht den Durchflußwiderstand und vermindert die Menge des fließenden zirkulierenden Fluids. Das vermindert relativ die Menge der übertragenen Wärme. Somit ist die Temperaturverteilung des zirkulierenden Fluids in Durchtrittswegen P₁-P_N+1 proportional zu der des Silikonöls bei entsprechenden Stellen in dem Spalt der Heizkammer 3.

Die Temperatur des Silikonöls ist umgekehrt proportional zu seiner Viskosität. Somit ist die Viskositätsverteilung des Silikonöls durch die gestrichelte Linie in dem Verlauf von Fig. 4 aufgetragen. Deshalb steigt die Viskosität des Silikonöls in dem kreisförmigen Spalt bei Positionen, die näher sind dem hinteren Ende des Rotors 20 und vermindert sich bei Positionen, die näher sind dem vorderen Ende des Rotors 20. Das beeinflußt die Bewegungseigenschaft des Silikonöls in der Heizkammer 3.

Wenn die Führungsnut 25 von der zylindrischen Fläche des Rotors 20 beseitigt wäre und zehn Führungsflügel 32 entlang der äußeren Fläche des vorderen Gehäusezylinders 1c ausgebildet wären, um elf Durchtrittswege zu definieren, würden sich die sechs Durchtrittswege P₆ bei der Mitte des Durchflußkanals befinden. Dabei wäre die Viskosität des Silikonöls in dem Spalt hinter den sechs Durchtrittswegen P₆ höher als die vor den sechs Durchtrittswegen 6. Wenn somit das Volumen des erwärmten Silikonöls expandiert bei einer Position in Übereinstimmung mit den sechs Kanälen P₆, bewegt sich das hochviskose Silikonöl zu dem niederviskosen Silikonöl hin. In anderen Worten bewegt sich das Silikonöl zu der Vorderseite des Rotors 20, wo sich das Silikonöl einfacher bewegt, wenn es erwärmt ist.

Diese Phänomen findet nicht nur bei der Position in Übereinstimmung mit den sechs Kanälen P₆ statt, sondern auch bei dem gesamten kreisförmigen Spalt. Demgemäß zwingt die Viskositätsverteilung des in dem kreisförmigen Spalt erwärmten Silikonöls, die in Fig. 4 gezeigt ist, das Silikonöl zu einer Bewegung von der Hinterseite zu der Vorderseite des Rotors 20. D.h., daß die Viskositätsdifferenz des Silikonöls das Öl in derselben Richtung bewegt wie es die Führungsnut 25 tut. Demgemäß wird der zwangsweisen Bewegung des Silikonöls, die durch die Führungsnut 25 verursacht wird, durch die Temperaturverteilung des zirkulierenden Fluids in dem Wassermantel geholfen.

Das bevorzugte und dargestellte Ausführungsbeispiel hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile. Während der Drehung des Rotors 20 zirkuliert das Silikonöl in der Heizkammer 3 zwischen dem Reservoir 23 und dem kreisförmigen Spalt. Das verhindert, daß das Silikonöl für eine lange Zeitperiode in dem kreisförmigen Spalt verbleibt, der der Hauptbereich ist, in dem das Öl erwärmt wird. Demgemäß wird eine übermäßige lokale Erwärmung des Silikonöls vermieden, die verursacht werden kann, wenn das Silikonöl bei derselben Stelle verbleibt und einer mechanischen Scherung über eine lange Zeitperiode ausgesetzt wird. Das erhält die Heizungsfähigkeit des Silikonöls und verlängert die Lebensdauer des Öls. Folglich wird die Heizungsfähigkeit der Heizung 100 für eine lange Zeitperiode aufrechterhalten.

Der eintretende und austretende Kanal 33, 34 des zirkulierenden Fluids sind im wesentlichen parallel zu der Rotorachse 20. Die Kanäle 33, 34 sind mit dem Wassermantel 4 durch Öffnungen 33b, 34b jeweils verbunden, so daß sich die Öffnungen 33b, 34b im wesentlichen über die gesamte Breite (W1) des Wassermantels 4 erstrecken. Daß führt zu der Temperaturverteilung des zirkulierenden Fluids und der Temperaturverteilung des Silikonöls, die in Fig. 4 gezeigt ist. Demgemäß wird der Zwangsbewegung des Silikonöls mit den Führungsnuten 25 geholfen durch die Bewegungsneigung des Silikonöls, die verursacht wird durch die Viskosität und Temperaturverteilung des Silikonöls. Das zirkuliert das viskose Fluid gleichmäßig in der Heizkammer 3.

Da darüber hinaus der eintretende Kanal 33 und der austretende Kanal 34 sich parallel zu der Rotorachse Z erstrecken, kann der Einlaß 33a und der Auslaß 34b nebeneinander angeordnet werden und in dieselbe Richtung zeigen (zu der Hinterseite des hinteren Gehäuses 2 hin). Das reduziert die Konstruktionsbeschränkungen der Heizung 100 in dem Motorraum und erleichtert die Konstruktion der Heizungsleitungen. Demgemäß wird der Einbau der Heizung 100 vereinfacht.

Der eintretende und austretende Kanal 33, 34 sind einstückig mit dem hinteren Gehäuse 2 vorgesehen. Das verringert die Anzahl der Bestandteile und vereinfacht die Struktur der Heizung 100.

Für den Fachmann sollte ersichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Gestalten ausgeführt werden kann ohne vom Kern und Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere sollte verständlich sein, daß die vorliegende Erfindung in den folgenden Gestalten ausgeführt werden kann.

Das bevorzugte und dargestellte Ausführungsbeispiel kann abgewandelt werden durch Beseitigen der Führungsflügel 32. Dabei wird sich noch eine Temperaturverteilung des zirkulierenden Fluids und eine Viskositätsverteilung des Silikonöls ähnlich jener, die in Fig. 4 gezeigt ist, ergeben solange wie der eintretende und austretende Kanal 33, 34 mit dem Wassermantel 4 wie vorstehend beschrieben verbunden sind.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das bevorzugte und dargestellte Ausführungsbeispiel derart abgewandelt werden, daß die Führungsflügel 32 an der inneren Fläche der hinteren Gehäusehülse 2b ausgebildet sind. Die Führungsnut 25 kann auch beseitigt sein. Alternativ kann die Führungsnut 25 durch eine Führungsnut ersetzt werden, die sich entlang der Wand erstreckt, die die Heizkammer 3 umgibt. Eine derartige Führungsnut würde auch das viskose Fluid bewegen. Das kommt aufgrund des engen Spalts C zwischen der Umfangsfläche des Rotors 20 und der Wand der Heizkammer 3. D.h., daß die relative Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Umfangsfläche des Rotors 20 und der Wand der Heizkammer 3 dieselbe ist ungeachtet, ob sich die Führungsnut entlang der Rotorumfangsfläche oder der Kammerwand erstreckt. Als eine andere Option können die Führungsnuten sowohl an der Rotorumfangsfläche als auch an der Heizkammerwand ausgebildet sein.

Die Fahrzeugheizung, die einfach in einem Motorraum eingebaut werden kann, umfaßt das Gehäuse 1, 2 und die Heizkammer 3, die in dem Gehäuse 1, 2 untergebracht ist. Die Heizkammer 3 enthält viskoses Fluid. Der Wassermantel 4 ist in dem Gehäuse 1, 2 um die Heizkammer 3 herum untergebracht. Zirkulierendes Fluid fließt durch den Wassermantel 4 hindurch. Der Rotor 20 ist drehbar gestützt in dem Wassermantel 4. Der Rotor 20 schert das viskose Fluid zum Erzeugen von Wärme. Der Durchflußkanal des zirkulierenden Fluids ist in dem Wassermantel 4 definiert. Der Durchflußkanal umgibt im wesentlichen den gesamten Rotor 20. Der eintretende Kanal 33 verbindet das Äußere des Gehäuses 1, 2 mit dem Durchflußkanal. Das zirkulierende Fluid fließt durch den eintretenden Kanal 33 hindurch von dem Äußeren des Durchflußkanals. Der austretende Kanal 34 verbindet den Durchflußkanal mit dem Äußeren. Das zirkulierende Fluid fließt durch den austretenden Kanal 34 hindurch von dem Durchflußkanal zu dem Äußeren. Der eintretende Kanal 33 und der austretende Kanal 34 erstrecken sich im wesentlichen parallel zu der Rotorachse. Die Struktur der Heizung erleichtert auch eine Bewegung des viskosen Fluids in der Heizkammer 3.

Die vorliegende Beispiele und Ausführungsbeispiele sind als darstellend und nicht als beschränkend zu betrachten, und die Erfindung ist nicht auf die hier angegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb dem Umfang und der Äquivalenz der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden.

Claims (15)

1. Fahrzeugheizung mit:
einem Gehäuse (1, 2);
einer Heizkammer (3), die in dem Gehäuse (1, 2) untergebracht ist, wobei die Heizkammer (3) viskoses Fluid enthält;
einer Wärmeübertragungskammer (4), die in dem Gehäuse (1, 2) um die Heizkammer (3) herum untergebracht ist, wobei zirkulierendes Fluid durch die Wärmeübertragungskammer (4) hindurch fließt;
einem Rotor (20), der drehbar gestützt ist in der Heizkammer (3), wobei der Rotor (20) das viskose Fluid zum Erzeugen von Wärme schert; wobei die Fahrzeugheizung gekennzeichnet ist durch:
einen Durchflußkanal für das zirkulierende Fluid in der Wärmeübertragungskammer (4), wobei der Durchflußkanal im wesentlichen den gesamten Rotor (20) umgibt;
einem eintretenden Kanal (33), der das Äußere des Gehäuses (1, 2) mit den Durchflußkanal verbindet, wobei das zirkulierende Fluid von dem Äußeren über den eintretenden Kanal (33) zu dem Durchflußkanal fließt;
einem austretenden Kanal (34), der den Durchflußkanal mit dem Äußeren des Gehäuses (1, 2) verbindet, wobei das zirkulierende Fluid von dem Durchflußkanal über den austretenden Kanal (34) nach außen fließt, und wobei der eintretende Kanal (33) und der austretende Kanal (34) sich im wesentlichen parallel zu der Rotorachse erstrecken.

2. Heizung nach Anspruch 1, wobei der eintretende Kanal (33) einen Einlaß (33a) hat, durch den das zirkulierende Fluid eintritt, und wobei der der austretende Kanal (34) einen Auslaß (34a) hat, durch den das zirkulierende Fluid austritt, wobei der Einlaß (33a) und der Auslaß (34a) auf derselben Seite der Heizung angeordnet sind.

3. Heizung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal eine Breite hat, die im wesentlichen gleich der Länge des eintretenden und austretenden Kanals (33, 34) ist, wobei der Durchflußkanal einen stromaufwärtigen Abschnitt, der mit dem eintretenden Kanal (33) verbunden ist, und einen stromabwärtigen Abschnitt hat, der mit dem austretenden Kanal (34) verbunden ist, wobei im wesentlichen die gesamte Breite des stromaufwärtigen Abschnitts zu dem eintretenden Kanal (33) mündet, und im wesentlichen die gesamte Breite des stromabwärtigen Abschnitts zu dem austretenden Kanal (34) mündet.

4. Heizung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Durchflußkanals im wesentlichen dieselbe wie die axiale Länge des Rotors (20) ist.

5. Heizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Führung (32), die in dem Durchflußkanal angeordnet ist, um das zirkulierende Fluid in der Umfangsrichtung um den Rotor (20) herum zu führen.

6. Heizung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Führung eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Flügeln (32) umfaßt, wobei die Flügel (32) im wesentlichen senkrecht zu der Rotorachse sind.

7. Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eintretende und austretende Kanal (33, 34) einstückig mit dem Gehäuse (1, 2) sind.

8. Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (3) eine Wand hat und der Rotor (20) im allgemeinen zylindrisch ist, wobei die Rotorfläche und die gegenüberliegende Heizkammerwand einen kreisförmigen Raum dazwischen definieren.

9. Heizung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine zweite Führung (25) zum Bewegen des viskosen Fluids zu einem Ende des Rotors (20) hin, wobei die zweite Führung (25) entweder an der zylindrischen Rotorfläche oder der Heizkammerwand angeordnet ist.

10. Heizung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußrichtung des zirkulierenden Fluids in dem eintretenden Kanal (33) dieselbe ist wie jene, in der die zweite Führung (25) das viskose Fluid bewegt, und wobei die Durchflußrichtung des zirkulierenden Fluids in dem austretenden Kanal (34) entgegengesetzt ist zu der des eintretenden Kanals (33).

11. Heizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Führung eine schneckenförmige Nut (25) umfaßt, die sich entlang der Fläche des Rotors (20) erstreckt.

12. Heizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) ein Reservoir (23) zum Unterbringen von viskosen Fluid im Inneren und einen Verbindungskanal hat, der das Reservoir (23) mit einem Ende des Rotors (20) verbindet.

13. Heizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) einen rohrförmigen Abschnitt (22) hat, wobei die Dicke des rohrförmigen Abschnitts (22) in der Durchflußrichtung des viskosen Fluids ansteigt.

14. Heizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) einen Durchmesser hat, der geringer ist als die axiale Länge des Rotors (20).

15. Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das viskose Fluid eine Nominalviskosität von 10 000 centistokes oder mehr hat.