DE2334619A1 - Heizeinrichtung fuer fahrzeuge mit verbrennungsmotor - Google Patents
Heizeinrichtung fuer fahrzeuge mit verbrennungsmotorInfo
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Description
-/- 1204 D
J. Eberspächer 73 Esslingen/N., den 30. 6. 1973
Eberspächerstr. 24 2334619
Heizeinrichtung für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, bestehend aus einem Heizteil mit Mitteln zur
Zuführung der Heizluft in den Fahrzeuginnenraum. Es sind bereits Heizeinrichtungen für Fahrzeuge bekannt, die als
Heizteile arbeiten. Hierunter versteht man Heizungen, die unabhängig
von dem Fahrzeugmotor, also auch bei abgeschaltetem und stehendem Fahrzeug den Innenraum beheizen können. Diese Heizungen
werden als Zusatzheizungen bezeichnet, da sie zusätzlich zu der fahrzeugeigenen Motorheizung betrieben werden können. Diese bekannten
Standheizungen bestehen aus einer Brennkammer, in der ein flüssiger Brennstoff nach Zufuhr von Verbrennungsluft und Zündung
des zündfähigen Gemisches verbrennt und einem diese Brennkammer umgebenden Wärmetauscher, in dem die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende
Heizluft erhitzt wird. Als Mittel zum Transport der Heizluft dient dabei ein Heizluftgebläse, das die Heizluft durch eine
Rohrleitung drückt oder saugt.
Es sind ferner bereits abgasbetriebene Heizteile bekannt. Bei diesen
erfolgt die Aufheizung nicht durch Vorbeistreichen der Heizluft an einer Brennkammer, sondern anstelle der Brennkammer tritt
die Abgasrohrleitung. Hierbei ist der von der Heizluft durchströmte Wärmetauscher konzentrisch zu einem Abschnitt der Abgasleitung
angeordnet.
Die erstbetriebene Heizeinrichtung hat trotz vieler Vorteile den
Nachteil, daß zusätzlich ein flüssiger Brennstoff, Benzin oder Dieselöl, zur Beheizung erforderlich ist, ferner, daß die Standheizung
über ein eigenes Abgassystem verfügen muß. Die Abgasheizung
hat den Nachteil, daß ein hoher Sicherheitsaufwand erforderlich ist. Sichergestelt sein muß, daß kein Abgas in das Heizluftsystem
und damit in das Fahrzeuginnere gelangen kann.
Aus der Technik der Wohnraumbeheizung ist das Prinzip der Wärmespeicherheizung
bekannt. Bei diesen Heizungen wird vorzugsweise mittels elektrischer Energie ein Wärmespeichermedium, z. B. Transformatorenöl
oder keramische Massen aufgeheizt und im Bedarfsfall mittels eines Gebläses die gespeicherte Wärme entnommen. Es ist
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ferner bekannt, daß auch in flüssigen Stoffen, z. B. Transformatorenöl
Wärme gespeichert v/erden kann. So wird z. B. bei Kernenergieanlagen flüssiges Natrium als Wärmeübertragungsmedium eingesetzt.
Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß es auf Grund gewisser Erkenntnisse aus der Technik der Wohnraumbeheizung mittels
Wärmespeicherheizung möglich ist, eine Heizeinrichtung für Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor zu entwickeln.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung für Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor aufzuzeigen,
die nach dem Wärmespeicherprinzip arbeitet und die Wärme dem Abgas entnimmt. Dabei soll von den Vorteilen der bekannten und bewährten
Techniken Gebrauch gemacht, deren Nachteile jedoch vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Ileizteil einer Fahrzeugheizeinrichtung ein Wärmespeicher, der
seine Wärme aus dem Abgas des Verbrennungsmotors erhält, angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, daß damit eine Heizeinrichtung
geschaffen werden kann, die bei relativ einfachem Aufbau ein Höchstmaß an Sicherheit bietet und praktisch ohne Betriebskosten
die Beheizung des Fahrzeuginnenraumes in ausreichendem Maße übernehmen kann. Um die Wärme des Abgases möglichst verlustfrei dem
Wärmespeicher im Inneren des Standheizteiles zuzuführen, hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß erfindungsgemäß zwischen dem
Abgasrohr und dem Wärmespeicher des Ileizteiles ein von dem Abgas beaufschlagtes Wärmerohr angeordnet ist. Dabei ist das Wärmerohr,
wie bekannt, ein allseitig geschlossenes evakuiertes und dann mit einer gewissen Menge von Flüssigkeit gefülltes Rohr, das rfauc
an seiner inneren Oberfläche eine kapillare Struktur aufweist und in Betrieb eine Wärmeleitung von ca. 10.000-fächer Güte von Kupfer
besitzt. Dabei hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, daß gemäß einer Weiterführung der Erfindung das die Wärme übertragende
Wärmerohr mit seiner Füllung derart abgestimmt ist, daß die Wärmeübertragung erst oberhalb 650° C erfolgt. Dieses kann z. B.
mit einer Füllung aus Natrium als Flüssigkeit erreicht werden und es wird damit bewirkt, daß der Zu- und Rückfluß von Wärme unterhalb
dieser Temperatur gesperrt ist. Um die Wärmespeicherung optimal durchzuführen, insbesondere in dem Fall, daß es längere
Zeit dauert, bis die Wärme entnommen werden soll, hat es sich gemäß einer Weiterführung der Erfindung als zweckmäßig erwiesen,
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daß der Wärmespeicher von einem Wärmeübertragungsmantel derart umgeben ist, daß zwischen dem Wärmespeicher und dem Wärmeübertragungsmantel
ein evakuierter Wärmekontaktraum gebildet ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des WärmeSpeichers wird
erreicht, daß eine besonders gute Isolation des Speichers entsteht und daß damit die gespeicherte Wärme lange in dem Speicher
gehalten werden kann. Dabei hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, daß erfindungsgemäß der Wärmespeicher als ein mit einer
eutektischen Mischung aus Fluoriden der Alkali- und der Erdalkalimetallen gefüllter Behälter ausgebildet ist, in den die eine wärmeabgebende
- Seite des Wärmerohres ragt. Durch die erfindungsgemäße Füllung des Wärmepeichers mit einem Stoff hoher spezifischer
Wärme und hoher spezifischer Schmelzwärme wird erreicht, daß eine besonders hohe Wärmemenge gespeichert werden kann. Dabei
hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Wärmekapazität des Wärmespeic^hers
so ausgelegt ist, daß die gespeicherte Wärmemenge mindestens zum einmaligen Aufwärmen eines Fahrgastraumes oder
eines Verbrennungsmotores ausreicht. Dabei dürfte es sich um eine Wärmemenge in der Größenordnung von etwa 1000 kcl handeln. Schließlich
hat sich als besonders vorteilhaft entfiesen, daß der evakuierte Wärmekontaktraum über eine Leitung mit einem Verdampfungsraum, der von einem elektrischen Ileizwiderstand umgeben ist, und
in den eine verdampfbare Flüssigkeit gefüllt ist, in Verbindung steht. Dadurch, daß der zur Isolation des Wärmespeichergefäßes
um diesen herum angeordnete Wärmeübertragungsmantel mit dem Verdampfungsraum
in Verbindung gebracht wird, ist es möglich, daß dar Zwischenraum (der Wärmekoitaktraum) wahlweise wärmeleitend oder
wärmenichtleitend gemacht werden kann. Dazu wird in dem Verdampfungsraum
ein Übertragungsmedium eingefüllt, welches bei gewünschter Nichtwärme-Übertragung aus dem Wärmekontaktraum entfernt werden
kann durch Kondensation und Vakuumwirkug. Zur Übertragung der Wärme wird die verdampfbare Flüssigkeit mittels eines elektrischen
Heizwiderstandes oder dergl. aufgeheizt, so daß als Übertragungsmedium das durch Wärme zufuhr aus einer Flüssigkeit verdampfte Gas
vorgesehen ist. Durch die Umströmung des Wärmeübertragungsmantels wird dabei die Wärme an das aufzuheizende Medium, z. B. Luft oder
Wasser übertragen und so die Wärme dem Fahrzeuginnenraum zugeführt:
Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, daß der Verdampfungszwischenraum
mindestens teilweise z. B. mit Frigen ge-
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füllt ist, da Frigen sich als verdampfbare Flüssigkeit besonders gut eignet· Schließlich ist erfindungsgemäß in dem Ileizteil vor
dem Wärmespeicher ein Ileizluftgebläse angeordnet, so daß die über den Wärmeübertragungsmantel abgestrahlte Wärme dem Fahrzeuginnenraum
unmittelbar mit der durch das Ileizluftgebläse geförderte Luft zugeführt werden kann.
Einzelheiten und Weiterbi!düngen der Erfindung sind anhand des
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Beispiel einer Wärmespeicherheizung und
Fig. 2 einen hierzu gehörigen Schaltplan.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Verbrennungsmotor dargestellt. 2 zeigt den Auspuffkrümmer des Motors 1. 3 ist ein Zwischenstück und
4 das Abgasrohr des Verbrennungsmotors 1. Mit dem Zwischenstück ist ein Wärmerohr 5 fest verbunden, welches auf seiner einen Seite
in das Zwischenstück 3 hineinragt und auf der anderen Seite mit einem zylindrischen Wärmespeicher 6 in !Wärmeleitender Verbindung
steht. Der Wärmespeicher 6 ist mit einem Wärmespekhermetall 7
angefüllt. Um den Wärme speieher 6 ist der Wärmeübertragungsmantel
8 angeordnet, der allseits dicht verschweißt und evakuiert ist. Zwischen dem Wärmespeicher 6 und dem Wärmeübertragungsmantel 8
ist der Wärmekontaktraum 9 gebildet, der über die Leitung 10 mit einem Verdampfungsraum 11 in Verbindung steht, welcher von einem
elektrischen Heizwiderstand 12 umschlossen ist. Um den Wärmeübertragungsmantel 8 ist ein weiterer konzentrischer Heizungsmantel
13 angeordnet, der das Standheizteil 20 umgfot und in den das Luftgebläse 14 eingebaut ist.
Das Wärmerohr 5 ist in bekannter Weise aufgebaut. Es ist evakuiert
und besitzt auf der inneren Oberfläche eine kapillare Struktur und ist für den obigen Anwendungsfall mit einer kleinen Menge
Natrium gefüllt, die bei Wärmezufuhr verdampft und die praktisch verlustfreie Wärmeübertragung bewirkt.
Der Wärmespeicher 6 ist mit einem Material hoher spezifischer Wärme und hoher Schmelzwärme 7 ausgefüllt, wie z. B. mit einer
eutektischen Mischung NaF / CaF2 / MgF2. 20
Der Wärmekontaktraum 9 ist evakuiert. In dem mit dem Heizteil/getrennten,
jedoch über die Leitung 10 mit dem Wärmekontaktraum 9 verbundenen Verdampfungsraum 11 befindet sich eine Verdampfunps-
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flüssigkeit, ζ. B. Frigen, die bei Erwärmung mittels des elektrischen
Heizwiderstandes 12 verdampft, in den Wärmekontakträum 9 gelangt
und die Wärme zum Wärmespeicher 6 an den Wärmeübertragungsmantel 8 überträgt. Die durch das Gebläse 14 angesaugte und geförderte
und durch den Heizungsmantel 13 geführte Ileizluft wird am Wärmeübertragungsmantel 8 vorbeigeführt, dort aufgeheizt und
tritt bei A aus dem Heizteil 20 aus und kann dem Fahrgastraum zugeführt werden.
In Fig. 2 ist der elektrische Schaltplan dieses Heizgerätes vereinfacht
dargestellt. Nach Betätigung des Schalters 15 erhält der Gebläsemotor 16, der Heizwiderstand 12 mit den Anschlüssen 17 gemäß
Fig. 1 und die Kontrollampe 18 elektrischen Strom. In die Leitung zum Gebläsemotor 16 ist zur Temperaturregelung ein NTC-Widerstand
19 in Reihe geschaltet, der einerseits in den von dem Gebläse 14 geförderten Warmluftstrom der Heizung angeordnet ist
und andererseits die Motordrehzahl des Gebläses 14 so regelt, daß am Austritt A der Heizung nahe'zu konstante Temperaturen eingehalten
werden können.
Wirkungsweise:
Wirkungsweise:
Beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 treten nach einiger Zeit durch den Auspuffkrümmer 2 Abgase von einer Temperatur von ca.
800 C aus. Hiermit wird im Zwischenstück 3 das Wärmerohr 5 beaufschlagt.
Das Abgas tritt sodann durch das Abgasrohr 4 und eine nicht dargestellte Schalldämpferanlage ins Freie.
Bei Erreichen einer Temperatur von ca. 650° C in dem Zwischenstück
3 und damit auf der xiärmeführenden Seite des Wärmerohres 5
beginnt die Verdampfung des Natriums in dem Wärmerohr in akuter Weise bis zu einer Umlaufgeschwindigkeit, die der Schallgeschwindigkeit
entspricht. Dieser Flüssigkeitsdampf überträgt die Wärme auf das Wärmespeichermetall 7 des Wärmespeichers 6 mit einer
10,000-fachen Leitfähigkeit von Kupfer.
Die Wärme wird im Wärmespachermetall 7 des WärmespeidBrs 6 gespeichert,
gegen Abstrahlung und Wärmeabfuhr sorgt das Vakuum des Wärmekontaktraumes 9. Erst wenn durch den elektrischen Heizwiderstand
12 die Verdampfungsflüssigkeit 11 den Wärmekont^aktraum
als Gas ausfüllt und somit ein Wärmedurchgang hergestellt ist, wird die Wärme an den Wärmekontaktmantel 8 weitergegeben und
von dort an die mit Hilfe des Gebläses 14 geförderte Ileizluft übertragen.
Nach einem Betrieb des Verbrennungsmotors von ca. 10 Min. ist der 73 06 28 -6-
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Wärmespeicher auf die maximal mögliche Wärmemenge gespeichert und nimmt keine höhere Wärmemenge mehr auf bei ca. 750 - 800° C. Wird
nun der Verbrennungsmotor abgestellt, z. B. durch Beendigung der Fahrt, fließt die Wärme vom Wärmespeicher wieder über das Wärmerohr
duxh Abstrahlung der Wärme im Zwischenstück 3 zurück. Dieser
Vorgang findet jedoch nur so lange statt, bis das Wärmerohr ca. 650° C erreicht hat und dann nicht mehr wärmeleitend ist.
Dann übertragen nur noch die dünnen Querschnitte des Wärmerohrmantels durch Wärmeleitung die Wärme, die relativ geringfügig ist,
so daß die hauptsächliche Wärmemenge 10 oder 20 Stunden lang wie in einer Thermosflasche gespeichert bleibt. Bei Einschalten der
Heizung, d. h. bei UnteÄromsetzung des Gebläses und des Vorheizwiderstandes,
kann die gespeicherte Wärme aus dem Heizgerät entnommen werden.
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Claims (8)
1.) Heizeinrichtung für Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor,
v_y bestehend aus einem Heizteil mit Mitteln zur Zuführung der
Heizluft in den Fahrzeuginnenraum, dadurch gekennzeichnet. daß in dem Heizteil (20) ein Wärmespeicher (6), der seine
Wärme aus dem Abgas des Verbrennungsmotors (1) erhält, angeordnet ist.
2.) Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgasrohr (4) und dem Wärmespeicher(6) des Heizteiles
(20 ein von dem Abgas beaufschlagtes Wärmerohr (5) angeordnet ist.
3.) Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß de: Wärmespeicher (6) von einem Wärmeübertragungsmantel
(8) derart umgeben ist, daß zwischen dem Wärmespeicher (6) und dsm Wärmeübertragungsmantel (8) ein evakuierter Wärmekontaktraum
(9) gebildet ist.
4.) Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr (5) mit seiner Füllung derart abgestimmt ist,
daß die Wärmeübertragung erst oberhalb 600° C erfolgt.
5.) Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmespeicher (6) als ein mit einer eufektischen Mischung aus Fluoriden der Alkali- und der Erdalkali-Metallen
gefüllter Behälter ausgebildet ist, in den die eine - wäraeabgebende - Seite des Wärmerohres (5) ragt.
6.) Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der evakuierte Wärmekontaktraum (9) über eine Leitung (10)
mit einem Verdampfungsraum (11), der von einem elektrischen Heizwiderstand (12) umgeben ist, und in den eine verdampfbare
Flüssigkeit gefüllt ist, in Verbindung steht.
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7.) Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungsraum (H) mindestens teilweise mit
Frigen gefüllt ist.
8.) Heizeinrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Heizteil (20) vor dem Wärmespeicher (6) ein Heizluft· gebläse (14) angeordnet ist.
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| DE2334619C2 DE2334619C2 (de) | 1985-04-18 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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