DE3019786A1

DE3019786A1 - Einrichtung zur waermespeicherheizung bei fahrzeugen

Info

Publication number: DE3019786A1
Application number: DE19803019786
Authority: DE
Inventors: Karl 8033 Planegg Panick
Original assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Current assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Priority date: 1980-05-23
Filing date: 1980-05-23
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE3019786C2

Description

Einrichtung zur Wärmespeicherheizung
bei Fahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff ds Anspruchs 1.
Es ist eine Vorrichtung zur Wärmespeicherung für Kraftfahrzeuge unter Verwendung der Abgase des Antriebsmotors bekannt (DE-PS 819 334), deren Wärmespeicher aus einem Wasservorrat besteht, der in den Umwälzkreislauf des Kühlwassers oder einer Warmwasserheizung einbezogen werden kann. Der Wärmedömmung nach außen dient eine Wärmeschutzisolierung. Der gesamte Wärmespeicher kann in der Abgasleitung zugleich den sonst üblichen Schalldämpfer ersetzen.
Dieser bekannte Wärmespeicher, bei dem das Wasser an seinen Leitungsrohren und an den die Abgase führenden Metallrohren anliegt und dadurch über Wärmebrücken nach außen abgekühlt wird, genügt nicht, um die gespeicherte Wärme bis zum nächsten Tag in nennenswerter Höhe aufrechtzuerhalten, zumal der Speicher die Siedetemperatur des Wassers nicht überschreiten kann. Erwünscht wäre indessen, beispielsweise am nächsten Morgen das Fahrzeug mit der gespeicherten Wärme vorzuheizen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmespeicherfähigkeit zu erhöhen und zu verbessern und zugleich die Möglichkeit einer externen Nachheizung des Wärmespeichers zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Durch die erfindungsgemöße Kombination wird für den durch die Abgase direkt aufheizbaren Wärmespeicher aus festem Material, das bis zu hoher Speichertemperatur aufgeheizt werden kann - die Abgase der Brennkraftmaschine haben eine Temperatur in der Größenordnung von 600 bis 8000C - und durch das für die Durchgangskanäle keine besonderen Rohre verlegt werden müssen, die als Wdrmebrücken nach außen dienen könnten, zusätzlich die Möglichkeit geschaffen, mit Hilfe billigen Nachtstroms den Speicherwörmeverlust auszugleichen oder sogar, falls das Fahrzeug seit längerer Zeit stillsteht, den Speicher vollständig extern aufzuheizen.
Der Wärmespeicher kann insbesondere nach Anspruch 2 aufgebaut sein, also mit einem hochaufheizbaren Speichermaterial hoher spezifischer Wärme, das als "Spezial-Magnesit" bekannt ist und aufgrund seiner günstigen Eigenschaften schon in relativ kleiner Menge ausreichend wirksam wird, so daß das Gewicht des Wärmespeichers nicht allzusehr stört.
Die Maßnahme nach Anspruch 3 ergibt einen guten Schutz der Heizwiderstände sowohl gegen aggressive Gase als auch gegen Rüttelkräfte, während die Maßnahme nach Anspruch 4 einen einfacheren Zusammenbau des Wärmespeichers ermöglicht und evtl. Reparaturen erleichtert.
Für den Wärmeabtransport aus dem Wärmespeicher kommen insbesondere nach Anspruch 5 ein Luftdurchsatz, nach Anspruch 6 ein Wasserwurmeübertrager und nach Anspruch 10 ein an sich bekanntes Wärmerohr in Frage (DE-AS 1 961 288). Außer einem einzelnen Wärmespeicher kommt auch die Verwendung einer Mehrzahl von Wärmespeichern nach Anspruch 7 in Frage, die beispielsweise an verschiedene Zylindergruppen angeschlossen, in verschiedene Abgaskanäle einbezogen usw.
sind. Hierbei können die verschiedenen Wärmespeicher zur Heizung verschiedener Fahrzeugpartien, beispielsweise einerseits des Innenraums und andererseits des Kühlwassers tür eine Motorvorwärmung, verwendet werden, eine bevorzugte Ausnützung der mehrfachen Wärmespeicher ist jedoch deren selektive Zuschaltung je nach gewünschtem Wärmebedarf. Wird zum Wdrmeabtransport Luft verwendet, so können nach Anspruch 9 mehrere Wärmespeicher mit einem gemeinsamen Heizluftgebläse verbunden sein.
Die elektrische Zusatzheizung, die über den Steckkontakt in oder außerhalb der Garage anschließbar ist, wird zweckmäßigerweise gemäß den Ansprüchen 11 und 12 über einen Thermostaten und eine Zeitscholtuhr gesteuert. Der Thermostat schaltet bei Erreichen der ge.vünschten Temperatur ab, so daß der Wärmespeicher nicht auf eine Temperatur aurgeheizt wird, bei der der Wärmeverlust verhältnismäßig hoch wird oder die zulässige Temperatur überschritten wird.
Zweckmäßigerweise wird die Temperatur des Wärmespeichermeterials beispielsweise durch ein Thermoelement ferngemessen und erfolgt die Einstellung der Einschalttemperatur der elektrischen Zusatzheizung manuell oder in Abhängigkeit von der Außentemperatur automatisch so, daß sich eine zweckmäßige Speichertemperatur ergibt. Die Zeitscholtuhr kann dazu verwendet werden, die elektrische Zusatzheizung auf die Stunden des billigen Nachtstroms zu beschränken.
Vorzuasweise kan gemäß den Ansprüchen 13 und 14 auch die Wärmeabgabe duich eine Zeitschaltuhr und durch Thermostaten gesteuert werden. Die Zeitschaltuhr erlaubt das Einschalten automatisch eine gewisse Zeit vor der beebsicht guten Startzeit, während Thermostaten im Innenraum und/oder im Motor eine übererwärmung mit gleichzeitiger vorzeitiger Spe cnerentleerung vermeiden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer eingebauten erfindungsgemäßen Einrichtung zur Wärmespeicherheizung; Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Wärmespeicher der erfindungsgemäßen Einrichtung; Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch den Wärmespeicher in einer Ebene 111-1 II in Fig.2; Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt durch den Wärmespeicher; Fig. 5 im Schnitt die Ansicht einer Einzelheit zur Veranschaulichung des Aufbaus des Wa@@@espeichers; Fig. 6 drei in einer erfindungsgemäßen Einrichtung enthaltene Wärmespeicher; Fig. 7 eine zur Vorwärmung des Kühlwassers verwendbare erfindungsgemäße Einrichtung; Fig. 8 schematisch einen Lastkraftwagen, der mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Wavmespeicherheizung ausgestattet ist; Fig. 9 die erfindungsgemäße Einrichtung im Lastkrofiwagen nach Fig. 8 in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt an einem Kraftfahrzeug 1 mit einer Brennkraftmaschine 2 zwei in eiie Abgasleitung 3 einbezogene Wärmespeicher 4, die von den Abgasen der Brennkraftmaschine 2 durchsetzt werden, welche hierbei einen Teil ihrer Wärme an das Wärmespeichermuterial abgeben und ohne weiteren Schalldämpfer am Auspuff 5 nach außen abgegeben werden.
Die Wärmespeicher 4 befinden sich unter den Sitzbänken 6 des Kraftfahrzeugs 1 und können zv gegebener Zeit die darin gespeicherte Wärme in den Kraftfahrzeug-Innenraum 7 abgeben.
Die Fign. 2 bis 5 veranschaulichen den Aufbau der einzelnen Wärme speicher 4. Jeder Wärmespeicher hat die Form eines flachen Quaders und besteht als Hauptbestandteil aus Wärmespeichermaterial 11, das von einem isolierenden Gehäuse 12 umschlossen ist. Das Wärmespeichermaterial 11 füllt den Innenraum des Gehäuses 12 nicht vollständig aus, sondern weist verschiedene Durchgangskanäle auf, nämlich in seiner unteren Hälfte einen in der Draufsicht mäanderförmig verlaufenden Kanal 13, der von den durch Pfeile angedeuteten Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmt wird, und in der oberen Hälfte eine Mehrzahl paralleler, vorne und hinten wieder zusammensträmender Luftdurchsatzkanäle 14, durch die von einem Lüfter 15 durch Pfeile angedeutete Luft geblasen werden kann, die dann durch entsprechende Heizschlitze als Heizluft in den Kraftfahrzeug-Innenraum 7 gelangt. Ersichtlich befinden sich zwischen den Kanälen 13 und 14 überall ausreichend breite Rippen des Wärmespeichermaterials 11, um Uber die Grenzflächen des Kanals 13 Wärme in das Material 11 aufzunehmen, sie dort zu speichern und sie, wenn der Lüfter 15 eingeschaltet wird, über die Grenzflächen der Kanäle 14 an die durchgeblasene Luft wieder abzugeben.
Die Wand des isolierenden Gehäuses besteht aus einer Innenschicht 16 aus mit Asbestschaum belegter Folie, einer Isolierschicht 17 aus Tonerde-Silikalfasei und einer Aussenschicht 18, die wiederum aus mit Asbestschaum belegter Folie besteht. Das Wärmespeichermateriol selbst ist ein Spezialmaterial, nämlich Spezial-Magnesit für Wärmespeicherzwecke.
In die Wärmespeicher 4 sind Heizwiderstände 21 eingeführt, die über eine fahrzeuginterne Schaltung an eine am Fahrzeug zugängliche Steckvorrichtung angeschlossen sind, die wiederum über einen Steckkontakt in der Garage an das Stromnetz onschließbar ist. Die Heizwiderstände sind in Fig. 3 teilweise als in das Speichermaterial eingebettet und teilweise als in den Kanälen 13 verlegt dargestellt.
Damit sind diese beiden Verlegungsmöglichkeiten, die auch kombiniert anwendbar sind, veranschoulicht.
Gemäß Fig. 1 sind zwei Wärmespeicher 4 in Reihe geschaltet. Es können jedoch auch ein einziger Wärmespeicher, drei Wärmespeicher oder eine andere Zahl vorhanden sein.
Fig. 6 zeigt schematisch die Anordnung von drei Wärmespeichern 4, die sowohl hinsichtlich des Wirmeeinspeichern als auch hinsichtlich des Wdrmeausspeicherns in Reihe geschaltet sind. Der Lüfter 15 dient hierbei dem Luftstrom durch sämtliche drei Wärmespeicher.
Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist der Wärmespeicher 4 an den Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine 2 angeschlossen. Als Wärmeübertrager dienen Kanalschlanyen 2?.
Das dargestellte Schema zeigt eine Zeitschaltuhr 24, die eine Umwälzpumpe 25 und gegebenenfalls außerdem über einen Schalter 26 ein Heizluftgebläse 27 einschaltet, dessen Luftstrom durch ein vom Kühlwasser durchflossenes Heizgew röt 28 in den Kraftfahrzeug-Innenraum geblasen wird. Der Schalter 26 kann ein stufenlos einstellbarer Raumthermostat sein.
Die Fign. 8 und 9 veranschaulichen die Installation der Heizeinrichtung bei einem Lastkraftwagen. Die Wärmeabgabe in den Kraftfahrzeug-Innenraum erfolgt hierbei über zwei Wärmerohre 31. Hierbei handelt es sich um ein evakuiertes Rohr, das mit einer kleinen Menge einer verdampfbaren FlUssigkeit gefüllt ist, die bei Wärmezufuhr verdampft und durch Niederschlagung an der inneren Oberfläche des Wärmerohrs die Wärme dort wieder abgibt. Als verdampfbares Material kommt beispielsweise Natrium in Frage. Solche Wärmerohre besitzen im Betrieb eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und außer Betrieb eine gute Wärmeisolationsfähigkeit.
Die Auswahl des verdampfbaren Materials hängt von der zur Verfügung stehenden Speichertemperatur ab. Gegebenenfalls ist die verdampfbare Flüssigkeit zum Inbetriebsetzen des Wärmerohrs von einer externen Energiequelle aufzuheizen.
Die spezifische Wärme des Spezial-Magnesits, aus dem der -1 oC-1 Wärmespeicher besteht, beträgt etwa T,21 10 Jkg 1 Bei einer Speichertemperatur von 600°C lassen sich also je kg Speichermasse etwa 725 103 J und bei 2000C immer noch 230 i03 J speichern.

Claims

Ansprüche Einrichtung zur Wärmespeicherheizung bei brennkraftmaschinenbetriebenen Fahrzeugen, mit einem Wärmespeicher für im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretende Abwärme, die vom Wärmespeicher durch wenigstens einen von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchflossenen Kanal aufnehmbar ist und zu einem späteren Zeitpunkt an zu wärmende Partien des Fahrzeugs abgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus festem Wärmespeichermaterial (11) bestehende Wärmespeicher (4) außerdem elektrische Heizwiderstande (21) enthält, die mit einer Steckvorrichtung zum externen Anschließen an das Stromnetz verbunden sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (4) aus Magnesiumoxid (MgO) als Speichermaterial (I1), das durch Schichten aus mit Asbestschaum belegter Folie (16, 18) und Tonerde-Silikalfaser (SiO5 und A1203) (17) isoliert ist, besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände (21) zwischen den Teilen des Abgaskanals bzw. der Abgaskanäle (13) in das Speichermaterial (11) eingebettet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände (21) im Abgaskanal bzw. in den Abgaskanälen (13) verlegt sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (4) ein isolierendes vorzugsweise quaderförmiges Gehäuse (12) aufweist, in dem sich außer dem Speichermoterial (11), dem Abgaskanal (13) und den Heizwiderstönden (21) noch wenigstens ein Luftdurchlaßkanal (14) für die Wärme abtransportierende Luft befindet.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (4) ein isolierendes vorzugsweise quaderförmiges Gehäuse aufweist, in dem sich außer dem Speichermaterial, dem Abgaskanal und den Heizwiderständen noch wenigstens ein Wasserwärmeübertrager (23) befindet, der an den Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine (2) anschließbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Wörmespeichern (4) vorhanden ist, deren Luftdurchsatzkanöle (14) bzw.

Wasserwärmbertrager (23) für den Wärmeabtransport in Reihe geschaltet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein im Gehäuse (12) des Wärmespeichers (4) befindliches Heizluftgebläse (15) im Zuge des Luftdurchsatzkanals (14).
9. Einrichtung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit den in Reihe geschalteten Luftdurchsatzkanälen (14) ein gemeinsames Heizluftgeblase (15) in Reihe geschaltet ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Wärmespeicher (4) mit den zu heizenden Partien jeweils ein Wärmerohr (31) verbindet.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Heizwiderstände (21) über einen von der Temperatur des Speichermaterials (11) gesteuerten Thermostaten an die Steckvorrichtung angeschlossen sind.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die eIeL-trschen Heizwiderstände (21) über eine Zeitschaltuhr an die Stecivorrichtung angeschlossen sind.
13. Einrichtung nach einem der Anspruch 7 bis 12, gekennzeichnet durch eine die Wärmabgabe ein- und ausschaltende Zeitschaltuhr (24).
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen oder mehrere die Wärmeabgabe ein- und ausschaltende Thermostaten (26).