DE3031624C2 - Wärmerohranordnung zum Temperieren eines Fahrgast- oder Nutzraumes eines brennkraftgetriebenen Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmerohranordnung zum Temperieren eines Fahrgast- oder Nutzraumes eines brennkraftgetrieben?η Fahr^^uges nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 27 56 119 als bekannt r°rvorgeht.

Bei aus der Praxis bekannten Wärmerohren werden unter Ausnutzung des Phasenwechseis flüssig/gasförmig und der damit verbundenen Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme hohe Wärmeleistungen bei minimaler Temperaturdifferenz übertragen.

Es ist nun bekannt, mittels einer Stelleinrichtung — eines Kolbens oder Ausdehnungsbalges — das Wärmerohrvolumen zu verändern und damit das Wärmsrohr schalt- oder regelbar zu machen (DE-AS 27 39 199).

Es sind Temperiersysteme der in bezug genommenen Art bekannt, die mittels eines regelbaren Wärmerohres, das auf der einen Seite mit einem Kühlwasser- oder Abgaswärmetauscher wärmeleitend verbunden ist und auf der anderen Seite als Raumwärmetauscher ausgebildet ist, die Kühlwasser- oder Abgasenergie zum Heizen von Fahrgasträumen auszunutzen (DE-OS 28 00 265). Zwar enthält das Kühlwasser einer Brennkraftmaschine normalerweise genügend Wärme, um auch unter ungünstigen Bedingungen den Fahrgastraum ausreichend zu erwärmen, jedoch ist die zusätzliche Ausnützung der Abgasenergie deshalb vorgesehen, um die Luft für den Fahrgastraum rascher aufheizen zu können. Die Abgasenergie der Brennkraftmaschine steht nämlich frühzeitiger zur Verfügung. Dies ist insbesondere zum Abtauen einer zugefrorenen Windschutzscheibe wichtig. Das bekannte Heizsystem enthält in der Wärmeübertragung von den Abwärmequellen der Brennkraftmaschine zu dem Raumwärmetauscher im übrigen auch noch einen Wärmespeicher, um Wärmespitzen bzw. kurzzeitige Wärmelöcher im Wärmeangebot mit einem derartigen Speicher überbrücken zu können. Nachteilig an der bekannten Heizung ist, daß für den Fall einer Kühlung des Fahrgastraumes ein gesonderter Wärmetauscher vorgesehen werden müßte und daß außerdem bei Ausnutzung der Abgaswärme das Wärmerohr starr mit der schwingenden Abgasleitung verbunden ist, was das sehr empfindliche Wärmerohr zu Schwingungen anregen und mit der Zeit zu Rißbildungen führen würde. Ausreichend flexible Wärmerohre, die derartige Schwingungen überbrücken könnten, sind bis jetzt noch nicht bekannt.

Die DE-OS 25 51911 zeigt die wärmeleitende Ankoppelung des wärmeaufnehmenden Teiles eines Wärmerohres an die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, um deren Abgaswärme zu Heizzwecken ausnutzen zu können. Und zwar ragt der wärmeaufnehmende Teil des Wärmerohres in eine geschlossene Kammer hinein, die außenseitig verrippt ist und mit Abgas beaufschlagt ist Das Innere der Kammer ist mit einem Kontakt- und Speichermedium gefüllt, welches die Wärme durch freie Konvektion und Wärmeleitung von der Innenseite der Kammerwandung auf die Außenseite des Wärmerohres überträgt. Die Einführungsstelle des Wärmerohres in die Kammer ist mit einer weichen iviembran überbrückt, so daß Relativbewegungen zwischen dem Wärmerohr und der den Wärmetauscher bildenden Kammer möglich sind. Es kommt dadurch zu einer schwingungsmäßigen Abkoppelung zwischen dem schwingenden Abgasrohr und dem starr mit ihm verbundenen Wärmetauscher zum einen und dem Wärmerohr zum anderen. Auch das Kontaktmedium im Innern der Kammer erlaubt derartige schwingende Relativbewegungen: außerdem kennen durch das als Speichermedium dienende Kontaktmedium auch Wärmespitzen und Wärmelöcher im Angebot der Abgaswärme überbrückt werden. Darüber hinaus ist eine Möglichkeit vorgesehen, um das Kontakt- und Speichermedium aus der Kammer abzuziehen, so daß ein Wärmefluß zwischen Wärmetauscher und Wärmerohr unterbunden ist. Auch diese Schrift zeigt keine Möglichkeit, wie auf baulich einfache Weise ein Fahrgastraum auch über den Raumwärmetauscher gekühlt we>"den käiin. Im übrigen ist keine Regelungsmöglichkeit für das Wärmerohr vorgesehen; die Entleerung des Wärmetauschers von Kontaktmedium stellt lediglich eine Schwarz-Weiß-Steuerung ohne Zwischenstufen dar. Im übrigen ist das Abziehen von Flüssigkeit auf einen Raum und das Belüften und das anschließende Befluten und Entlüften nicht ganz unproblematisch, weil dadurch in unkontrollierbarer Weise Kontaktmedium verloren gehen kann.
Aus der eingangs zitierten Literaturstelle ist es schließlich bekannt, einen einzigen Raumwärmetauschur wechselweise für Heiz- oder für Kühlzwecke zu benutzen. Bei dieser Wärmerohranordnung ist der Raumwärmetauscher selber als regelbares Wärmerohr mit am unteren Ende wärmeleitend verbundenen Heizwärmetauscher und am oberen Ende wärmeleitend verbundenen Kühlwärmetauscher ausgebildet. Durch die doppelte Verwendung des Raumwärmetauschers /um Heizen oder zum Kühlen und durch den dadurch entstehenden großen Temperaturbereich ist eine über diesen ganzen Temperaturbereich wirksame Temperatur-Steuerung notwendig, die jedoch problematisch ist, Die Wärmeübertragung und damit die Wärmetninsporllcistung des Wärmerohres wird durch ändern der im Wärmerohr und dessen Kapillarstruktur enthaltenen Flüssigkeitsmenge mit Hilfe eines Ausdehnungsbalges, in welchem die Flüssigkeit teilweise speicherbar ist, geregelt. Durch äußeren Druck auf den nach außen hermetisch dicht geschlossenen, mit dem Wärmerohr durch

eine Leitung verbundenen Ausdehnungsbalg wird das Druckniveau und damit das Wärmerohrvolumen verändert und auf diese Weise die gewünschte Temperatur eingestellt. Es hat sich nun gezeigt, daß über einen großen Temperaturbereich hinweg eine spürbare Steue- s rungswirkung nur bei unvertretbar großer Dimensionierung des Balges eintritt, weil nicht nur Flüssigkeitsvolumen, sondern auch Dampfvolumen in dem Balg mit aufgenommen werden muß.

Aufgabe dei Erfindung ist es, das zugrunde gelegte Wärmerohrsystem zum Temperieren von Fahrgastoder Nutzräumen brennkraftgetriebener Fahrzeuge dahingehend auszugestalten, daß dieses auch bei Verwendung von kleinen Steuerungsbauteilen einfach und wirkungsvoll in der Temperatur steuerbar ist und welches darüber hinaus bei einer Ausnützung der Abgas-Abwärme eine Abkoppelung der unerwünschten mechanischen Schwingungen der Abgasleitung sowie der sehr starken zeitliehen Schwankungen der Abgastemperaturen ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Dank der gesonderten Anordnung eines steuerbaren Wärmerohrsystems auf der Wärmezufuhrr-eite, dessen Volumen nur klein zu sein braucht, ist die Temperatursteuerung mit einem kleinen Ausdehnungsbalg beherrschbar. Durch die Zwischenschaltung eines Wasserkreislaufes hinter dem Wärmerohr ist darüber hinaus eine Abkoppelung der Übertragung unerwünschter Schwingungen sowie der hohen Abgastemperaturen gegeben. Trotz höhrem appartivem Aufwand ist das Temperiersystem kostengünstiger als bisherige Systeme, da einfache und erprobte Lösungen anwendbar sind.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch kürz erläutert; dabei zeigt die einzige Figur die schematische Darstellung einer Wärmerohranordnung mit Entkoppelung des Wärmerohres vom Raumwärmetauscher.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Raumwärmetauscher 1 aus mehreren einzelnen nicht regulierbaren Wärmerohren 2. Die äußere Verrippung zur besseren Wärmeübertragung ist nicht gezeichnet. Die oberen Enden 5 der Wärmerohre 2 sind wärmeleitend mit einem Behälter 6, der das Kältemittel aufnimmt, verbunden. Die unteren Enden 3 der Wärmerohre 2 ragen wärmeleitend in einen Behälter 26, der Bestandteil einer Wärmeübei tragung vom Abgaskanal 21 her ist. Die hier gezeigte Anordnung für die Ausnutzung der Abgaswärme enthält noch einen zwischengeschalteten Wasserkreislauf. Da bei der Ausnutzung der Wärme aus den Abgasen höhere Temperaturen in dem im Abgaskanal 21 angeordneten Heizwärmetauscher 22 entstehen, es aber nicht vorteilhaft ist, diese hohen Temperaturen in den Raumwärmetauscher 1 einzuleiten, wurde der erwähnte Wasserkreislauf mit Zwischenwärmetauscher 23 zwischengeschaltet. Durch die Pumpe 27 wird Wasser oder ein anderes Wärmeübertragungsmedium flüssiger Art über die Leitungen 25 vom Behälter 24 zum Behälter 26, mit dem die unteren Enden 3 der Wärmrohre 2 wärmeleitend verbunden sind, gepumpt. Dabei wird die Wärme aus dem Wärmerohr 7 über den Zwischenwärmetauscher 23 an die unteren Enden 3der Wärmerohre 2 des Raumwärmetauschers 1 transpor-'eiert und steht für Heizzwecke im Fahrzeug zur Verfugung. Durch den zwischengeschalteten Wasserkreislauf werden unerwünschte Schwingungen der Abgasleitung von dem Raumwärmetauscher abgekoppelt; außerdem stellt der Wasserkreislauf auch einen Zwischenpuffer zur Überbrückung von kurzzeitigen abg&sseiügen Wärmespitzen oder Wärmelöchern dar. Von dem Wärmerohr 7 ragt die obere Seite — die Kühlzone oder dessen wärmeabgebender Teil — in den Zwischenwärmetauscher 23; mit der anderen, unteren Seite ragt das Wärmerohr 7 mit der Heizzone bzw. mit seinem wärmeaufnehmenden Teil in den Heizwärmetauscher 22 hinein. Zwischen beiden Enden des Wärmerohres 7 ist über eine Verbindungsleitung 14 ein Ausdehnungsbalg 8 angeschlossen. Diese Verbindungsleitung 14 ist nicht nach Art eines Wärmerohres, sondern lediglich als Transportweg des verdampften Wärmeübertragungsmediums innerhalb des Systems ausgebildet. Zur Einsteuerung eines bestimmten Druck- bzw. Temperaturniveaus auf das Temperierungssystem ist der Ausdehnungsbalg 8 hermetisch dicht in einer druckdichten Kapselung 29 angeordnet, die mit einer Druckflüssigkeit gefüllt ist. Die Kapselung ist über einen federbelasteten verschieb baren Kolben an eine Druckeinsteil· ,g 16 angeschlossen. Bei Einstellung des TemperieruTigjSystcrns zu Heizzwecken wird das Wärmerohr 7 über das Abgas am Heizwärmetauscher 22 beheizt und es verdampft im Innern ein Teil des vorhandenen Wärmeübertragungsmedium- und strömt dampfförmig nach oben. Der durch das Gebläse 11 bewegte Luftstrom kühlt die unteren Enden 3 der Wärmerohre 2 des Raumwärmetauschers 1 und gibt über den Wasserkreislauf dem Dampf im Wärmerohr 7 damit die Möglichkeit, zu kondensieren. Die durch diesen Umwandlungsprozeß freiwerdende Energie in Form von Wärme wird mittelbar über den Wasserkreislauf an die Luft abgegeben und heizt diese auf. Die kondensierte Flüssigkeit rinnt an den Wandungen des Wärmerohres 7 wieder zum Heizwärmetauscher 22 zurück und steht damit einem erneuten Verdampfungsprozeß zur Verfügung. Die Regelung des Kreislaufes geschieht mittels des Ausdehnungsbalges 8. Ist z. B. keine Erwärmung der durch den Raumwärmetausch :r 1 in den Luftkanal 12 streichenden Luft notwendig, so wird das Volumen 13 des Wärmerohres 7 durch den Ausdehnur.^sbalg 8 so vergrößert, daß der weitaus größte Teil des Wärmeübertragungsmediums im leicht gekühlten Ausdehnungsbalg 8 sowie in der Verbindungsleitung 14 kondensiert ist und damit keine Flüssigkeit für den Verdampfungsprozeß im Heizwärmetauscher 22 zur Verfügung steht. Eine Wärmeübertragung vom Heizwärmetauscher 22 zum Zwischenwärmetauscher 23 und somit zum Raumwärmetauscher 1 findet also nicht mehr statt. Bei der Einstellung des Temperierungssystems zu Kühlzwecken wird zum einen der Verdampfungs-/Kondensierungsprozeß des Wärmerohres 7 ebenfalls so geregelt, daß kein Wärmeübertragung vom Heizwärmetausc^ir 22 stattfindet; zum anderen ist der Kältemittelverdichter 18 antriebsmäßig an die Brennkraftmaschine 28 angekoppelt unJ verdichtet Kältemittel. Das Kältemittel wird über den Kondensator 17 verflüssigt und gelangt in den Behälter 6, in den die oberen Enden 5 der Wärmerohre 2 wärmeleitend hineinragen. Die durch das Gebläse 11 bewegte Luft strömt durch den Raumwärmetauscher 1 hindurch, erwärmt die Wärmerohre 2 und bringt damit das Arbeitsmedium in den Wäraierohren 2 zum Verdampfen. Der Dampf steigt zu den oberen Enden 5 der Wärmerohre 2, die durch das Kältemittel gekühlt sind und kondensieren. Durch Kapillarwirkung bzw. durch Schwerkraft gelangt das Kondensat zum warmen Teil der Wärmerohre 2 zurück, wo es erneut verdampft. Die erforderliche Verdampfungsensrgie

entzieht es der durch den Raumwärmetauscher 1 hindurchgeleiteten Umgebungsluft und kühlt diese dabei
ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wärmerohranordnung zum Temperieren eines Fahrgast- oder Nutzraumes eines brennkraftgetriebenen Fahrzeuges, mit einem von der Abwärme der Brennkraftmaschine gespeisten steuerbaren Heizwärmetauscher und mit einem von einem Kälteaggregat speisbaren, steuerbaren Verdampfer, wobei sowohl der Heizwärmetauscher als auch der Verdampfer wärmeübertragend Ober Wärmeaustauschflachen mit einem gemeinsamen, jedoch strömungsmäßig gegenüber beiden abgetrennten, der Temperierung des Fahrgast- oder Nutzraumes dienenden Raumwärmetauschers verbunden sind, wobei ein mittels eines angeschlossenen steuerbaren Ausdehnungsbalges steuerbares Wärmerohrsystem an der Wärmeflußsteuerung beteiligt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Wärmerohrsystem (7,8,13,14) zwischen dem im Abgaskanal (21) der BreBTi-craftmaschine (28) angeordneten Heizwärmetauscher (22) und dem Raumwärmetauscher (1) angeordnet ist und daß zwischen dem Wärmerohr (7) und dem Raumwärmetauscher (1) ein geschlossener, zwangskonvektiver Wärmekreislauf (25) mit Zwischenwärmetauscher (23) enthalten ist.