DE69824330T2

DE69824330T2 - Wärmeerzeuger mit viskoser Flüssigkeit mit Mitteln zur Erhöhung des Wärmeaustausches

Info

Publication number: DE69824330T2
Application number: DE69824330T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya-shi Ban; Nobuaki Kariya-shi Hoshino; Hajime Kariya-city Ito; Shozo Kariya-city Tatematsu; Toshio Kariya-city Morikawa; Toshihiro Kariya-city Oshima; Shinji Kariya-city Aoki
Original assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: JP3442961B2; CA2231950C; EP0864825B1; EP0864825A2; US5881683A; JPH10250355A; CA2231950A1; EP0864825A3; DE69824330D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Visco-Wärmeerzeuger, bei dem ein viskoses Fluid einer Scherwirkung oder Scherspannung in einer Wärmeerzeugungskammer ausgesetzt wird, um Wärme zu erzeugen, die ihrerseits auf ein durch eine Wärmeaufnahmekammer zirkulierendes Wärmeaustauschfluid übertragen wird, um durch das Wärmeaustauschfluid zu einem gewünschten Bereich, der erwärmt werden soll, transportiert zu werden. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel als eine zusätzliche Wärmequelle verkörpert sein, welche in ein Fahrzeugheizungssystem eingebunden ist; es versteht sich jedoch, dass sie auch für andere Anwendungen geeignet ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Visco-Wärmeerzeuger, welche als eine zusätzliche Wärmequelle in ein Fahrzeugheizungssystem eingebunden sind, sind auf dem Fachgebiet bekannt. Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2-246823 (JP-A-2-246823) einen derartigen Visco-Wärmeerzeuger. Bei diesem Visco-Wärmeerzeuger sind ein vorderes Gehäuse und ein hinteres Gehäuse miteinander kombiniert und durch Bolzen fest miteinander verbunden, um darin eine Wärmeerzeugungskammer und eine Wärmeaufnahmekammer, welche außerhalb der Wärmeerzeugungskammer so angeordnet ist, dass sie dieselbe umschließt, zu definieren. Die Wärmeerzeugungskammer ist von der Wärmeaufnahmekammer durch eine Trennwand getrennt, durch welche ein Wärmeaustausch zwischen einem viskosen Fluid in der Wärmeerzeugungskammer und einem Wärmeaustauschfluid in der Wärmeaufnahmekammer stattfindet. Das Wärmeaustauschfluid wird so zirkulieren gelassen, dass es durch eine Einlassöffnung in die Wärmeaufnahmekammer eingeführt und durch eine Auslassöffnung aus der Wärmeaufnahmekammer heraus zu einem externen Heizkreis geführt wird.
Eine Antriebswelle ist durch ein Lager in dem vorderen Gehäuse drehbar gehalten, und an der Antriebswelle ist ein Rotorelement fest montiert, so dass es innerhalb der Wärmeerzeugungskammer rotieren kann. Das Rotorelement umfasst Außenflächen, welche Stirn zu Stirn mit den Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer angeordnet sind, um hierzwischen kleine Spalte in Form von Labyrinthrillen zu definieren. Das viskose Fluid, z. B. Siliconöl, wird in die Wärmeerzeugungskammer eingespeist, um die kleinen Spalte zwischen den Außenflächen des Rotorelementes und den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer zu füllen. Die als Labyrinthrillen gestalteten kleinen Spalte sind in einer Radialrichtung der Wärmeerzeugungskammer und des Rotorelements gleichmäßig definiert.
Wenn das Ausgangsdrehmoment des Fahrzeugmotors auf die Antriebswelle des obengenannten Visco-Wärmeerzeugers übertragen wird, um die Antriebswelle drehend anzutreiben, dreht sich auch das Rotorelement in der Wärmeerzeugungskammer. Dabei übt das rotierende Rotorelement eine Scherwirkung oder Scherspannung auf das in den kleinen Spalten zwischen den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer und den Außenflächen des Rotorelementes gehaltene viskose Fluid aus, wodurch das viskose Fluid Wärme erzeugt. Die erzeugte Wärme wird dann durch die Trennwand von dem viskosen Fluid auf das zirkulierende Wärmeaustauschfluid übertragen, und das Wärmeaustauschfluid transportiert die übertragene Wärme zu dem Heizkreis des Fahrzeugheizungssystems, um einen Fahrgastraum zu erwärmen.
Bei dem obenerwähnten konventionellen Visco-Wärmeerzeuger sind die kleinen Spalte zwischen den Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer und den Außenflächen des Rotorelementes als Labyrinthrillen gestaltet und dienen somit zur Vergrößerung einer Gesamtwärmeübertragungsfläche der Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer und – in gewissem Umfang – zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung durch die Trennwand zwischen der Wärmeerzeugungskammer und der Wärmeaufnahmekammer. Weil aber die als Labyrinthrillen gestalteten kleinen Spalte in Radialrichtung der Wärmeerzeugungskammer gleichmäßig definiert sind, kann die Wärme des viskosen Fluids, speziell des Fluids, welches in dem äußeren peripheren Bereich der kleinen Spalte gehalten ist und dazu neigt, zu der relativ hohen Temperatur anzusteigen, nicht ausreichend und effektiv durch die Trennwand auf das Wärmeaustauschfluid in der Wärmeaufnahmekammer übertragen werden. Eine Folge davon ist, dass die Temperatur des in den kleinen Spalten in der Wärmeerzeugungskammer gehaltenen viskosen Fluids zu dem außerordentlich hohen Niveau ansteigt, so dass die Degradation des viskosen Fluids beschleunigt wird, was wiederum zu einer Minderung der Wärmeerzeugung führt, die von dem konventionellen Visco-Wärmeerzeuger erzielt werden kann.
Aus der DE-A-196 35 338 sowie der US-A-5 573 184 sind Visco-Wärmeerzeuger bekannt geworden, welche ebenfalls eine Wärmeerzeugungskammer und eine Wärmeaufnahmekammer aufweisen, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Ein Rotorelement ist so montiert, dass es durch eine Antriebswelle drehend antreibbar ist zur Rotation innerhalb der Wärmeerzeugungskammer. Oberflächenvergrößernde Rippen sind in der Wärmeaufnahme kammer vorgesehen, wobei die oberflächenvergrößernden Rippen mit der Trennwand integral verbunden sind. Die Rippen dienen dazu, die Wärmeübertragung von der Trennwand auf das durch die Wärmeaufnahmekammer zirkulierende Wärmeaustauschfluid zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Visco-Wärmeerzeugers, welcher die Wirksamkeit einer Wärmeübertragung durch die Trennwand zwischen der Wärmeerzeugungskammer und der Wärmeaufnahmekammer verbessert und damit die Degradation des viskosen Fluids in der Wärmeerzeugungskammer infolge außerordentlich hohen Temperaturanstiegs des viskosen Fluids verhindert, um die Dauerhaftigkeit des viskosen Fluids zu verbessern.
In Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird ein Visco-Wärmeerzeuger bereitgestellt, umfassend eine Gehäuseanordnung, welche in sich definiert: eine Wärmeerzeugungskammer, in der Wärme erzeugt wird, wobei die Wärmeerzeugungskammer Innenwandflächen aufweist, und eine Wärmeaufnahmekammer, welche benachbart zu der Wärmeerzeugungskammer angeordnet ist über eine hierzwischen liegende Trennwand, wobei es die Wärmeaufnahmekammer einem Wärmeaustauschfluid ermöglicht, durch die Wärmeaufnahmekammer zu zirkulieren, um dadurch Wärme aufzunehmen, welche von der Wärmeerzeugungskammer durch die Trennwand übertragen wird; eine Antriebswelle, welche von der Gehäuseanordnung so gehalten ist, dass sie um eine Rotationsachse der Antriebswelle drehbar ist, wobei die Antriebswelle in Wirkverbindung mit einer externen Drehantriebsquelle steht; ein Rotorelement, welches so angeordnet ist, dass es von der Antriebswelle drehend antreibbar ist zur Rotation innerhalb der Wärmeerzeugungskammer, wobei das Rotorelement Außenflächen aufweist, welche den Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer über einen vorgegebenen Spalt, welcher hierzwischen definiert ist, gegenüberliegen; ein in dem zwischen den Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer und den Außenflächen des Rotorelementes definierten Spalt gehaltenes viskoses Fluid zur Wärmeerzeugung unter der Einwirkung von Scherspannung, welche durch die Rotation des Rotorelementes aufgebracht wird; und oberflächenvergrößernde Mittel zur Verbesserung der Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die Trennwand zwischen der Wärmeerzeugungskammer und der Wärmeaufnahmekammer, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenvergrößernden Mittel integral geformt an wenigstens einer der Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer angeordnet sind, um eine Gesamtwärmeübertragungsfläche der Innenwandflächen zu vergrößern, wobei ein Zuwachs an Wärmeübertragungsfläche in einem äußeren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche größer ist als ein Zuwachs an Wärmeübertragungsfläche in einem inneren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche.
Bei diesem Visco-Wärmeerzeuger ist es bevorzugt, dass die Gehäuseanordnung eine vordere und eine hintere Trennplatte aufweist, welche die Trennwand bilden, wobei die vordere und die hintere Trennplatte jeweils eine der Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer aufweisen, welche beide mit den oberflächenvergrößernden Mitteln ausgestattet sind.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die oberflächenvergrößernden Mittel eine Mehrzahl von Vertiefungen aufweisen, welche integral geformt an wenigstens einer der Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer angeordnet sind, wobei eine Anordnungsdichte der Vertiefungen in dem äußeren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche größer ist als eine Anordnungsdichte der Vertiefungen in dem inneren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche.
Bei dieser Anordnung können die Mehrzahl von Vertiefungen zwei Sätze von mehreren sich radial erstreckenden Nuten aufweisen, welche Seite an Seite in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jede der Nuten eines ersten Satzes von Nuten eine Länge aufweist, welche größer ist als eine Länge einer jeden der Nuten eines zweiten Satzes von Nuten, wobei der erste Satz von Nuten über im Wesentlichen den gesamten Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche angeordnet ist und der zweite Satz von Nuten nur in dem äußeren peripheren Bereich angeordnet ist.
Alternativ können die Mehrzahl von Vertiefungen einen Satz von mehreren sich radial erstreckenden Nuten aufweisen, welche Seite an Seite in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Satz von Nuten nur in dem äußeren peripheren Bereich vorgesehen ist.
Alternativ können die Mehrzahl von Vertiefungen einen Satz von mehreren ringförmigen Nuten aufweisen, welche konzentrisch angeordnet sind, wobei ein radialer Abstand zwischen benachbarten Nuten in dem äußeren peripheren Bereich kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen benachbarten Nuten in dem inneren peripheren Bereich.
Es ist weiter vorteilhaft, dass die oberflächenvergrößernden Mittel eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfassen, welche integral geformt an wenigstens einer der Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer angeordnet sind, wobei eine Anordnungsdichte der Vorsprünge in dem äußeren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche größer ist als eine Anordnungsdichte der Vorsprünge in dem inneren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche.
Bei dieser Anordnung können die Mehrzahl von Vorsprüngen einen Satz von mehreren erhabenen Bereichen umfassen, welche in einer bestimmten Verteilung angeordnet sind, wobei ein Abstand zwischen benachbarten erhabenen Bereichen in dem äußeren peripheren Bereich kleiner ist als ein Abstand zwischen benachbarten erhabenen Bereichen in dem inneren peripheren Bereich.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die obigen und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der beigefügten zeichnerischen Darstellung; in der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Visco-Wärmeerzeugers in Einklang mit der vorliegenden Erfindung;
2 eine Rückseitenansicht eines Teils einer vorderen Trennplatte, welche in einer ersten Ausführungsform des Visco-Wärmeerzeugers verwendet wird;
3 eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung, welche eine Strömungsrichtung eines viskosen Fluids in einer Wärmeerzeugungskammer gemäß der ersten Ausführungsform von 2 zeigt;
4 eine Rückseitenansicht eines Teils einer vorderen Trennplatte, welche in einer zweiten Ausführungsform des Visco-Wärmeerzeugers verwendet wird;
5 eine Rückseitenansicht einer vorderen Trennplatte, welche in einer dritten Ausführungsform des Visco-Wärmeerzeugers verwendet wird; und
6 eine Rückseitenansicht eines Teils einer vorderen Trennplatte, welche in einer vierten Ausführungsform des Visco-Wärmeerzeugers verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun auf die zeichnerische Darstellung Bezug genommen, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten gleiche Bezugsziffern tragen und gemäß welcher 1 einen erfindungsgemäßen Visco-Wärmeerzeuger zeigt und einen allge meinen Aufbau des Visco-Wärmeerzeugers in Einklang mit den verschiedenen Ausführungsformen, wie später beschrieben, verdeutlicht.
Der Wärmeerzeuger von 1 umfasst einen vorderen Gehäusekörper 1, eine vordere Trennplatte 2, eine hintere Trennplatte 3 und einen hinteren Gehäusekörper 4, welche wie nachstehend erwähnt zusammengefügt sind, um eine Gehäuseanordnung des Wärmeerzeugers zu bilden. Der vordere Gehäusekörper 1 umfasst einen hohlen zylinderförmigen zentralen Vorsprung 1a, der sich von einem basisseitigen Wandabschnitt 1b in Axialrichtung nach vorne erstreckt (in der Figur nach links), um eine zentrale Durchgangsbohrung in dem zentralen Vorsprung zu definieren, und eine äußere zylinderförmige periphere Wand 1c, welche sich von dem basisseitigen Wandabschnitt 1b nach hinten erstreckt (in der Figur nach rechts), um einen becherförmigen Rücksprung im Inneren der peripheren Wand 1c zu definieren. Der zentrale Vorsprung 1a ist dazu ausgebildet, mit einem Energieübertragungsmechanismus, z. B. mit einer Kupplungseinheit (nicht gezeigt), verbunden zu werden.
Die vordere und die hintere Trennplatte 2 und 3 sind nacheinander angeordnet und in dem becherförmigen Rücksprung des vorderen Gehäusekörpers 1 untergebracht. Der vordere Gehäusekörper 1 ist an einem hinteren Öffnungsende der zylinderförmigen peripheren Wand 1c desselben durch den hinteren Gehäusekörper 4, der eine im Wesentlichen flache plattenartige Gestalt aufweist, geschlossen und umschließt die vordere und hintere Trennplatte 2, 3, welche nacheinander angeordnet sind, im Zusammenwirken mit dem hinteren Gehäusekörper 4. Der hintere Gehäusekörper 4 ist mit dem vorderen Gehäusekörper 1 in Axialrichtung und dichtend verbunden, und zwar mittels einer Mehrzahl von Schraubenbolzen und der Zwischenschaltung eines O-Rings S₁ zur hermetischen Abdichtung zwischen einem äußeren peripheren Bereich des hinteren Gehäusekörpers 4 und einer hinteren Endfläche der zylinderförmigen peripheren Wand 1c.
Die vordere Trennplatte 2 umfasst einen radial äußeren ringförmigen Teil und einen zentralen zylinderförmigen Teil, der sich in Axialrichtung nach vorne und integral geformt von einem inneren äußersten Ende des ringförmigen Teils erstreckt. Der ringförmige Teil der vorderen Trennplatte 2 weist einen äußeren peripheren Rand 2a auf, der in Axialrichtung nach vorne und integral geformt entlang einem äußeren äußersten Ende des ringförmigen Teils vorspringt, um in die zylinderförmige periphere Wand 1c des vorderen Gehäusekörpers 1 eingesetzt zu werden.
Die hintere Trennplatte 3 umfasst einen radial äußeren ringförmigen Teil und einen zentralen flachen Teil, der sich integral geformt von einem inneren äußersten Ende des ringförmigen Teils erstreckt. Der ringförmige Teil der hinteren Trennplatte 3 weist einen äußeren peripheren Rand 3a auf, der in Axialrichtung nach hinten und integral geformt entlang einem äußeren äußersten Ende des ringförmigen Teils vorspringt, um in die zylinderförmige periphere Wand 1c des vorderen Gehäusekörpers 1 eingesetzt zu werden. Die vordere und die hintere Trennplatte 2, 3 sind zwischen dem vorderen und dem hinteren Gehäusekörper 1, 4 durch die Anlage eines vorderen Endes des Randes 2a an dem basisseitigen Wandabschnitt 1b und die Anlage eines hinteren Endes des Randes 3a an dem hinteren Gehäusekörper 4 sicher gehalten.
Eine Hinterfläche der vorderen Trennplatte 2 ist mit einem darin gebildeten ringförmigen Rücksprung versehen. Eine ringförmige Bodenfläche 2c und eine zylinderförmige Umfangsfläche des in der vorderen Trennplatte 2 gebildeten ringförmigen Rücksprungs wirken mit der Vorderfläche 3c der hinteren Trennplatte 3 zusammen, um eine Wärmeerzeugungskammer 5 zu definieren, in die ein viskoses Fluid, z. B. ein Siliconöl, eingeführt wird. Die ringförmige Bodenfläche 2c und die zylinderförmige Umfangsfläche des ringförmigen Rücksprungs der vorderen Trennplatte 2 sowie die Vorderfläche 3c der hinteren Trennplatte 3 bilden also die Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer 5. Ein O-Ring S₄ ist zwischen sich gegenseitig berührenden Oberflächen der Trennplatten 2, 3, radial außerhalb der Wärmeerzeugungskammer 5 angeordnet, um dieselben hermetisch zu dichten.
Eine Antriebswelle 8, welche typischerweise im Wesentlichen horizontal angeordnet ist, ist von einem Paar von Lagern 9 und 10 gehalten, welche im Inneren des zentralen Vorsprungs 1a des vorderen Gehäusekörpers 1 angeordnet sind. Die Antriebswelle 8 durchgreift berührungslos eine in dem zentralen zylinderförmigen Teil der vorderen Trennplatte 2 gebildete zentrale Öffnung, um sich in den beiden inneren Räumen des zentralen Vorsprungs 1a und des zentralen zylinderförmigen Teils zu erstrecken. Ein axiales hinteres Ende der Antriebswelle 8 reicht bis zu der Wärmeerzeugungskammer 5, welche mit dem inneren Raum des zentralen zylinderförmigen Teils der vorderen Trennplatte 2 direkt kommuniziert. Eine Wellenabdichtungsvorrichtung 12 ist in dem inneren Raum des zentralen zylinderförmigen Teils so angeordnet, dass sie die Antriebswelle 8 umschließt, wodurch die Wärmeerzeugungskammer 5 sowie der innere Raum des zentralen zylinderförmigen Teils in fluiddichter Weise gegenüber dem Äußeren des Wärmeerzeugers abgedichtet sind.
Ein Rotorelement 11 in Gestalt einer flachen, kreisförmigen Scheibe ist an dem hinteren Ende der Antriebswelle 8 fest sitzend montiert. Das Rotorelement 11 ist in der Wärmeerzeugungskammer 5 derart angeordnet, dass es durch die Antriebswelle 8 um die im Wesentlichen horizontale Drehachse derselben drehbar ist. Das Rotorelement 11 weist in Axialrichtung einander gegenüberliegende kreisförmige Flächen und eine Umfangsfläche auf, welche die Außenflächen des Rotorelementes 11 bilden. Die Außenflächen des Rotorelementes 11 kommen zu keiner Zeit mit den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 in Kontakt und definieren also hierzwischen einen relativ kleinen Spalt zum Halten eines viskosen Fluids.
Der zentrale zylinderförmige Teil der vorderen Trennplatte 2 weist eine zylinderförmige Stütze 6 auf, welche in eine korrespondierende zylinderförmige Stütze 1d eingesetzt ist, welche sich nach hinten und integral geformt von einem im Wesentlichen inneren äußersten Ende des basisseitigen Wandabschnitts 1b des vorderen Gehäusekörpers 1 erstreckt. Ein O-Ring S₂ ist zwischen diesen zylinderförmigen Stützen 1d, 6 angeordnet, um hierzwischen hermetisch zu dichten und dabei gleichzeitig die geringfügige axiale Bewegung derselben relativ zueinander zuzulassen.
Ferner weist der ringförmige Teil der vorderen Trennplatte 2 an einer Vorderfläche derselben drei C-förmige Rippen 2b auf, welche in Axialrichtung nach vorne und integral geformt von der Vorderfläche vorspringen. Die C-förmigen Rippen 2b erstrecken sich konzentrisch um die zylinderförmige Stütze 6 herum und im Inneren des äußeren peripheren Randes 2a. Zwischen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden jeder C-förmigen Rippe 2b ist eine Trennwand (nicht gezeigt) vorgesehen, welche in Axialrichtung nach vorne und integral geformt von der Vorderfläche vorspringt und sich radial auswärts von der zylinderförmigen Stütze 6 erstreckt.
Eine Hinterfläche des basisseitigen Wandabschnitts 1b des vorderen Gehäusekörpers 1 wirkt mit der Vorderfläche des ringförmigen Teils der vorderen Trennplatte 2 zusammen, umfassend die Flächen des äußeren peripheren Randes 2a, der C-förmigen Rippen 2b, der zylinderförmigen Stütze 6 und der Trennwand, um eine C-förmige vordere Wärmeaufnahmekammer 13 zu definieren, welche in der Nähe der Vorderseite der Wärmeerzeugungskammer 5 angeordnet ist und in welche ein Wärmeaustauschfluid eingeführt wird. Die vordere Wärmeaufnahmekammer 13 ist von der Wärmeerzeugungskammer 5 und von der umgebenden Atmosphäre durch die hierzwischen angeordnete vordere Trennplatte 2 und die O-Ringe S₁, S₂ in fluiddichter Weise getrennt.
Die vorderen Enden der C-förmigen Rippen 2b sind von der Hinterfläche des basisseitigen Wandabschnitts 1b beabstandet, und die C-förmigen Rippen 2b definieren einen im Wesentlichen kreisförmigen Durchlass für das Wärme austauschfluid in der vorderen Wärmeaufnahmekammer 13 im Zusammenwirken mit der Trennwand. Eine (nicht gezeigte) Einlassöffnung und eine (nicht gezeigte) Auslassöffnung sind in der zylinderförmigen peripheren Wand 1c des vorderen Gehäusekörpers 1 jeweils benachbart zu den einander gegenüberliegenden Seiten der Trennwand gebildet zur fluidischen Verbindung mit dem kreisförmigen Durchlass.
Das Wärmeaustauschfluid, welches durch einen Heizkreis (nicht gezeigt) eines Fahrzeugheizungssystems zirkuliert, wird also durch die Einlassöffnung in die vordere Wärmeaufnahmekammer 13 eingeführt und durch die Auslassöffnung aus der Wärmeaufnahmekammer 13 in den Heizkreis entlassen.
Andererseits weist der ringförmige Teil der hinteren Trennplatte 3 eine zylinderförmige Stütze 7 auf, welche sich in Axialrichtung nach hinten und integral geformt von einem inneren äußersten Ende des ringförmigen Teils erstreckt. Die zylinderförmige Stütze 7 ist außerhalb einer korrespondierenden zylinderförmigen Stütze 4a angeordnet, welche sich nach vorne und integral geformt von dem hinteren Gehäusekörper 4 erstreckt. Ein O-Ring S₃ ist zwischen diesen zylinderförmigen Stützen 4a, 7 angeordnet, um hierzwischen hermetisch zu dichten und dabei gleichzeitig die geringfügige axiale Bewegung derselben relativ zueinander zuzulassen.
Ferner weist der ringförmige Teil der hinteren Trennplatte 3 an einer Hinterfläche derselben zwei C-förmige Rippen 3b auf, welche in Axialrichtung nach hinten und integral geformt von der Hinterfläche vorspringen. Die C-förmigen Rippen 3b erstrecken sich konzentrisch um die zylinderförmige Stütze 7 herum und im Inneren des äußeren peripheren Randes 3a. Zwischen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden jeder C-förmigen Rippe 3b ist eine Trennwand (nicht gezeigt) vorgesehen, welche in Axialrichtung nach hinten und integral geformt von der Hinterfläche vorspringt und sich radial auswärts von der zylinderförmigen Stütze 7 erstreckt.
Ein Teil einer Vorderfläche des hinteren Gehäusekörpers 4, in dem Bereich radial außerhalb der zylinderförmigen Stütze 4a, wirkt mit der Hinterfläche des ringförmigen Teils der hinteren Trennplatte 3 zusammen, umfassend die Flächen des peripheren Randes 3a, der C-förmigen Rippen 3b, der zylinderförmigen Stütze 7 und der Trennwand, um eine C-förmige hintere Wärmeaufnahmekammer 14 zu definieren, welche in der Nähe der Hinterseite der Wärmeerzeugungskammer 5 angeordnet ist und in welche ein Wärmeaustauschfluid eingeführt wird. Die hintere Wärmeaufnahmekammer 14 ist von der Wärmeerzeugungskammer 5 und von der umgebenden Atmosphäre durch die hierzwischen angeordnete hintere Trennplatte 3 und den O-Ring S₁ in fluiddichter Weise getrennt.
Die hinteren Enden der C-förmigen Rippen 3b sind von der Vorderfläche des hinteren Gehäusekörpers 4 beabstandet, und die C-förmigen Rippen 3b definieren einen im Wesentlichen kreisförmigen Durchlass für das Wärmeaustauschfluid in der hinteren Wärmeaufnahmekammer 14 im Zusammenwirken mit der Trennwand. Die obenerwähnte Einlassöffnung und die obenerwähnte Auslassöffnung (nicht gezeigt) sind jeweils benachbart zu den einander gegenüberliegenden Seiten der Trennwand in der hinteren Wärmeaufnahmekammer 14 angeordnet zur fluidischen Verbindung mit dem kreisförmigen Durchlass darin. Das Wärmeaustauschfluid wird also durch die Einlassöffnung in die hintere Wärmeaufnahmekammer 14 eingeführt und ferner durch die Auslassöffnung aus der hinteren Wärmeaufnahmekammer 14 in den (nicht gezeigten) Heizkreis des Fahrzeugheizungssystems entlassen.
Ein weiterer Teil der Vorderfläche des hinteren Gehäusekörpers 4, in dem Bereich radial innerhalb der zylinderförmigen Stütze 4a, wirkt mit einer Hinterfläche des zentralen flachen Teils der hinteren Trennplatte 3 zusammen, um eine Fluidspeicherkammer 19 zu definieren, welche in der Nähe der Hinterseite der Wärmeerzeugungskammer 5 angeordnet ist. Die Fluidspeicherkammer 19 ist von der hinteren Wärmeaufnahmekammer 14 durch den O-Ring S₃ in fluiddichter Weise getrennt.
Die hintere Trennplatte 3 weist in ihrem zentralen flachen Teil einen Fluidabzugsdurchlass 20 und einen Fluidzuführungsdurchlass auf, welche die Wärmeerzeugungskammer 5 mit der Fluidspeicherkammer 19 fluidisch verbinden. Der Fluidabzugsdurchlass 20 mündet in den oberen Bereich der Wärmeerzeugungskammer 5 und dient dazu, ein in dem Spalt in der Wärmeerzeugungskammer 5 gehaltenes viskoses Fluid zu der Fluidspeicherkammer 19 abzuziehen. Der Fluidzuführungsdurchlass, umfassend ein Loch 21 und einen Kanal 22, welche miteinander verbunden sind, mündet in den unteren Bereich der Wärmeerzeugungskammer 5 und dient dazu, ein in der Fluidspeicherkammer 19 gespeichertes viskoses Fluid zu der Wärmeerzeugungskammer 5 zu führen.
Solcherart bilden der zwischen den Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 und den Außenflächen des Rotorelementes 11 definierte Spalt und die Fluidspeicherkammer 19 eine fluiddichte Kammer, welche stets mit einem viskosen Fluid, z. B. einem Siliconöl, und einem gasförmigen Material gefüllt ist.
Der obenerwähnte Visco-Wärmeerzeuger in Einklang mit der vorliegenden Erfindung umfasst Mittel zum Verbessern der Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere und/oder die hintere Trennplatte 2, 3 zwischen der Wärmeerzeugungskammer 5 und der vorderen und/oder hinteren Wärmeaufnahmekammer 13, 14. 2 zeigt die Mittel zum Verbessern der Wirksamkeit der Wärmeübertragung, welche in den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 vorgesehen sind, wie sie in einer ersten Ausführungsform des Visco-Wärmeerzeugers verwendet werden.
Wie in 2 gezeigt, umfassen die verbessernden Mittel zwei Sätze von mehreren sich radial erstreckenden Nuten 23a und 23b, welche integral geformt an der ringförmigen Bodenfläche 2c des in der Hinterfläche der vorderen Trennplatte 2 gebildeten ringförmigen Rücksprungs gebildet und Seite an Seite in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Jede der Nuten 23a eines Satzes von Nuten weist eine Länge auf, die größer ist als die einer jeden der Nuten 23b eines anderen Satzes von Nuten. Die längeren Nuten 23a erstrecken sich radial über im Wesentlichen den gesamten Bereich der ringförmigen Bodenfläche 2c. Im Einzelnen erstreckt sich jede längere Nute 23a von einer Position nahe der inneren Peripherie der ringförmigen Bodenfläche 2c zu der äußeren Peripherie derselben.
Dagegen erstrecken sich die kürzeren Nuten 23b in Radialrichtung nur in dem äußeren peripheren Bereich der ringförmigen Bodenfläche 2c. Im Einzelnen erstreckt sich jede kürzere Nut 23b von einem radial mittleren Punkt an der ringförmigen Bodenfläche 2c, der an einer Position angeordnet ist, welche von einem Zentrum der Wärmeerzeugungskammer 5 im Wesentlichen um 4/5 × R entfernt ist (R repräsentiert einen Radius der Wärmeerzeugungskammer 5), zu der äußeren Peripherie der Bodenfläche 2c. Das heißt, die kürzere Nut 23b weist im Wesentlichen eine Länge von 1/5 × R auf.
Bevorzugt weisen sowohl die längere Nut 23a als auch die kürzere Nut 23b eine Breite von 0,5 mm und eine Tiefe von 0,5 mm auf. Die längeren Nuten 23a und die kürzeren Nuten 23b sind im Wechsel miteinander in Umfangsrichtung über den ganzen Bereich der ringförmigen Bodenfläche 2c angeordnet. Bevorzugt beträgt ein Winkel, welcher zwischen radialen Mittellinien von benachbarten kürzeren und längeren Nuten 23a, 23b definiert ist, 3°.
Die zwei Sätze von Nuten 23a, 23b mit unterschiedlichen Längen dienen dazu, die Gesamtoberfläche, welche als Wärmeübertragungsfläche an der ringförmigen Bodenfläche 2c in der vorderen Trennplatte 2 wirkt, zu vergrößern und können somit die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere Trennplatte 2 zwischen der Wärmeerzeugungskammer 5 und der vorderen Wärmeaufnahmekammer 13 verbessern. Im Besonderen ist bei der ersten Ausführungsform die Zahl und die Dichte der Anordnung der Nuten, d. h. der Zuwachs an Wärmeübertragungsfläche, in dem äußeren peripheren Bereich der ringförmigen Bodenfläche 2c größer als der in dem inneren peripheren Bereich derselben infolge des Vorhandenseins der kürzeren Nuten 23b.
Aus diesem Grund wird bei dem Wärmeerzeuger gemäß der ersten Ausführungsform die erzeugte Wärme, speziell in dem radial äußeren Bereich des Spaltes in der Wärmeerzeugungskammer 5, welche dazu neigt, zu der relativ hohen Temperatur anzusteigen, durch die vordere Trennplatte 2 wirksam übertragen. Dementsprechend ist es möglich, die Degradation des viskosen Fluids in der Wärmeerzeugungskammer 5 infolge außerordentlich hohen Temperaturanstiegs des viskosen Fluids zu verhindern und damit die Dauerhaftigkeit des viskosen Fluids zu verbessern.
Es wird erkennbar sein, dass, wenn die jeweiligen Tiefen der längeren und kürzeren Nuten 23a, 23b größer sind und wenn ferner die jeweiligen Breiten der längeren und der kürzeren Nuten 23a, 23b und der zwischen den Mittellinien von benachbarten längeren und kürzeren Nuten 23a, 23b definierte Winkel kleiner sind, um die Gesamtzahl der längeren und kürzeren Nuten 23a, 23b zu erhöhen, die Gesamtfläche, welche als Wärmeübertragungsfläche an der ringförmigen Bodenfläche 2c in der vorderen Trennplatte 2 wirkt, vergrößert wird, wodurch die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere Trennplatte 2 wirksamer verbessert werden kann. Im Hinblick auf die Produktivität oder mechanische Festigkeit der vorderen Trennplatte 2 ist es jedoch bevorzugt, die jeweiligen Nuten 23a, 23b so auszuführen, dass die Tiefen im Wesentlichen in einem Bereich von 0,3 mm bis 2,0 mm und die Breiten im Wesentlichen in einem Bereich von 0,3 mm bis 2,0 mm liegen und dass die benachbarten Nuten 23a, 23b einen Winkel definieren, der im Wesentlichen in einem Bereich von 1° bis 10° angesiedelt ist.
Es sei angemerkt, dass die obenerwähnten Mittel zum Verbessern der Wärmeübertragungswirksamkeit, d. h. die oberflächenvergrößernden Mittel, verkör pert durch die zwei Sätze von Nuten 23a, 23b mit verschiedenen Längen, auf dieselbe Weise wie in der vorderen Trennplatte 2 auch an der Vorderfläche 3c der hinteren Trennplatte 3 vorgesehen sein können. Der Bereich der Erfindung umfasst, dass die zwei Sätze von Nuten 23a, 23b mit verschiedenen Längen an der ringförmigen Bodenfläche 2c und/oder der Vorderfläche 3c vorgesehen sein können.
Wenn der Visco-Wärmeerzeuger gemäß der ersten Ausführungsform in ein Fahrzeugheizungssystem eingebunden ist und wenn die Antriebswelle 8 durch einen Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) über einen Energieübertragungsmechanismus, z. B. eine Riemenscheibe, eine elektromagnetische Kupplung etc., angetrieben wird, rotiert das Rotorelement 11 in der Wärmeerzeugungskammer 5. Somit wird das viskose Fluid, z. B. das Siliconöl, welches in dem Spalt zwischen den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 und den Außenflächen des Rotorelementes 11 gehalten ist, einer Scherwirkung oder einer Scherspannung infolge der Rotation des Rotorelementes 11 unterworfen. Dementsprechend erzeugt das viskose Fluid Wärme, welche an ein Wärmeaustauschfluid, typisch Wasser, welches durch die vordere und die hintere Wärmeaufnahmekammer 13 und 14 fließt, übertragen. Sodann wird die Wärme durch das Wärmeaustauschfluid zu einem Heizkreis des Heizungssystems transportiert, um einen interessieren Bereich des Fahrzeugs zu erwärmen, z. B. einen Fahrgastraum.
Hierbei wird in dem Falle, dass die zwei Sätze von Nuten 23a, 23b sowohl an der ringförmigen Bodenfläche 2c als auch an der Vorderfläche 3c gebildet sind, die Wärmeübertragungsoberfläche der Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 durch die Nuten 23a, 23b wirksam vergrößert und damit die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere und die hintere Trennplatte 2, 3 zwischen der Wärmeerzeugungskammer 5 (oder dem viskosen Fluid) und der vorderen und hinteren Wärmeaufnahmekammer 13, 14 (oder der Wärmeaustauschflüssigkeit) wirksam verbessert. Im Besonderen ist die Anordnungsdichte der Nuten, d. h. der Zuwachs an Wärmeübertragungsoberfläche, in den äußeren peripheren Bereichen der Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 größer als der in den inneren peripheren Bereichen derselben infolge des Vorhandenseins der kürzeren Nuten 23b.
Demnach wird die erzeugte Wärme, speziell in dem radial äußeren Bereich des Spaltes in der Wärmeerzeugungskammer 5, welche dazu neigt, zu der relativ hohen Temperatur anzusteigen, durch die vordere und die hintere Trennplatte 2, 3 wirksam übertragen. Dementsprechend ist es möglich, die Degradation des viskosen Fluids in der Wärmeerzeugungskammer 5 infolge außerordentlich hohen Temperaturanstiegs des viskosen Fluids zu verhindern und damit die Dauerhaftigkeit des viskosen Fluids zu verbessern.
Weiter: weil die längeren und kürzeren Nuten 23a, 23b, welche die Mittel zur Verbesserung der Wärmeübertragungswirksamkeit verkörpern, sich radial in der Wärmeerzeugungskammer 5 erstrecken und ferner zu einer teilweisen Vergrößerung des Spaltes zwischen den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 und den Außenflächen des Rotorelementes 11 an den Positionen der Nuten 23a, 23b beitragen, ermöglicht es dieser Wärmeerzeuger ferner, die Umlaufströmung des viskosen Fluids, speziell in Radialrichtung, in der Wärmeerzeugungskammer 5 zu verbessern.
Wie in 3 gezeigt, fließt bei der Rotation des Rotorelementes 11 in der Wärmeerzeugungskammer 5 ein Teil des in dem Spalt gehaltenen viskosen Fluids, welches sich benachbart zu den Außenflächen des Rotorelements befindet, von dem radial inneren Bereich des Spaltes zu dem radial äußeren Bereich desselben, wie durch die Pfeile gezeigt, infolge einer durch das rotierende Rotorelement 11 verursachten Zentrifugalkraft. Gleichzeitig fließt das in dem radial äußeren Bereich des Spaltes gesammelte viskose Fluid zurück zu dem radial inneren Bereich, wie durch Pfeile gezeigt, entlang den an den Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 gebildeten längeren und/oder kürze ren Nuten 23a, 23b. Dies ergibt sich, wenn die Zentrifugalkraft größer ist als der Weissenberg-Effekt, von dem festgestellt wurde, dass er den Fluss des viskosen Fluids in dem Spalt in der Wärmeerzeugungskammer 5 gemäß der Rotationsgeschwindigkeit des Rotorelementes 11 beeinflusst.
Wenn dagegen der Weissenberg-Effekt stärker ist als die Zentrifugalkraft, dann fließt ein Teil des in dem Spalt gehaltenen viskosen Fluids, welches sich benachbart zu den Außenflächen des Rotorelementes befindet, durch den von dem rotierenden Rotorelement 11 verursachten Weissenberg-Effekt von dem radial äußeren Bereich des Spaltes zu dem radial inneren Bereich desselben (nicht gezeigt). Gleichzeitig strömt das in dem radial inneren Bereich des Spaltes gesammelte viskose Fluid zurück zu dem radial äußeren Bereich entlang den längeren und/oder kürzeren Nuten 23a, 23b.
Auf diese Weise kann das viskose Fluid leicht und sicher zwischen dem radial inneren und äußeren Bereich in dem Spalt in der Wärmeerzeugungskammer 5 zirkulieren, da – speziell in der ersten Ausführungsform – die längeren Nuten 23a sich von den inneren peripheren Bereichen der Innenwandflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 bis zu den äußeren peripheren Bereich derselben erstrecken. Dementsprechend ist es möglich, die Temperatur des viskosen Fluids in dem Spalt in der Wärmeerzeugungskammer 5 zu vergleichmäßigen und damit den außerordentlich hohen Temperaturanstieg des in dem radial äußeren Spaltbereich befindlichen viskosen Fluids in der Wärmeerzeugungskammer 5 wirksam zu unterdrücken.
4 zeigt die Mittel zum Verbessern der Wirksamkeit der Wärmeübertragung, welche in den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 vorgesehen sind, wie sie gemäß einer zweiten Ausführungsform des Visco-Wärmeerzeugers verwendet werden. Wie in 4 gezeigt, umfassen die verbessernden Mittel oder oberflächenvergrößernden Mittel einen Satz von mehreren sich radial erstreckenden Nuten 23b, welche integral geformt an der ringförmigen Bodenfläche 2c des ringförmigen Rücksprungs in der vorderen Trennplatte 2 und Seite an Seite in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Der Satz von Nuten 23b ist ähnlich dem Satz von kürzeren Nuten 23b gemäß der ersten Ausführungsform, und jede Nut 23b erstreckt sich in der Radialrichtung nur in dem äußeren peripheren Bereich der ringförmigen Bodenfläche 2c. Im Einzelnen ist der Satz von Nuten 23b gemäß der zweiten Ausführungsform gebildet durch Ersetzen aller längeren Nuten 23a gemäß der ersten Ausführungsform durch die kürzeren Nuten 23b oder nur durch Weglassen aller längeren Nuten 23a. Die Nuten 23b gemäß der zweiten Ausführungsform können auch an der Vorderfläche 3c der hinteren Trennplatte 3 vorgesehen sein. Die übrigen Merkmale der Nuten 23b gemäß der zweiten Ausführungsform sind im Wesentlichen identisch mit denen der ersten Ausführungsform.
Demnach ist es gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere und/oder hintere Trennplatte 2, 3 zwischen der Wärmeerzeugungskammer 5 und der vorderen und/oder hinteren Wärmeaufnahmekammer 13, 14, insbesondere in dem radial äußeren Bereich des Spaltes in der Wärmeerzeugungskammer 5, zu verbessern und damit die Dauerhaftigkeit des viskosen Fluids zu verbessern, indem die Degradation des viskosen Fluids infolge außerordentlich hohen Temperaturanstiegs verhindert wird, ohne den Prozess der Bildung der Nuten zu verkomplizieren.
5 zeigt die Mittel zum Verbessern der Wirksamkeit der Wärmeübertragung, welche in den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 vorgesehen sind, wie sie gemäß einer dritten Ausführungsform des Visco-Wärmeerzeugers verwendet werden. Wie in 5 gezeigt, umfassen die verbessernden Mittel oder oberflächenvergrößernden Mittel einen Satz von mehreren ringförmigen Nuten 24, welche integral geformt an der ringförmigen Bodenfläche 2c des ringförmigen Rücksprungs in der vorderen Trennplatte 2 und konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der radiale Abstand zwischen benachbarten Nuten 24, welche in dem äußeren peripheren Bereich der ringförmige Bodenfläche 2c angeordnet sind, ist kleiner als der in dem inneren peripheren Bereich derselben. Bevorzugt nimmt der radiale Abstand zwischen benachbarten Nuten 24 von dem inneren peripheren Bereich zu dem äußeren peripheren Bereich allmählich ab. Ferner ist es bevorzugt, dass jede Nut 24 eine Breite von 0,5 mm und eine Tiefe von 0,5 mm aufweist.
Der Satz von Nuten 24 dient zur Vergrößerung der Gesamtoberfläche, welche als Wärmeübertragungsfläche an der ringförmigen Bodenfläche 2c in der vorderen Trennplatte 2 wirkt, und kann somit die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere Trennplatte 2 zwischen der Wärmeerzeugungskammer 5 und der vorderen Wärmeaufnahmekammer 13 verbessern. Im Besonderen ist bei der dritten Ausführungsform die Zahl und die Dichte der Anordnung der Nuten, d. h. der Zuwachs an Wärmeübertragungsfläche, in dem äußeren peripheren Bereich der ringförmigen Bodenfläche 2c größer als der Zuwachs in dem inneren peripheren Bereich derselben. Die Nuten 24 gemäß der dritten Ausführungsform können auch an der Vorderfläche 3c der hinteren Trennplatte 3 vorgesehen sein.
Demnach ist es in der dritten Ausführungsform möglich, die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere und/oder hintere Trennplatte 2, 3 zwischen der Wärmeerzeugungskammer 5 und der vorderen und/oder hinteren Wärmeaufnahmekammer 13, 14, insbesondere in dem radial äußeren Bereich des Spaltes in der Wärmeerzeugungskammer 5, zu verbessern und damit die Dauerhaftigkeit des viskosen Fluids zu verbessern, indem die Degradation des viskosen Fluids infolge außerordentlich hohen Temperaturanstiegs verhindert wird.
Als eine Alternative zu der obigen Ausführungsform können an Stelle der Nuten 23a, 23b, 24 Vorsprünge oder Rippen (nicht gezeigt) mit derselben Anordnung wie in den obigen Ausführungsformen verwendet werden.
6 zeigt die Mittel zum Verbessern der Wirksamkeit der Wärmeübertragung, welche in den Innenwandoberflächen der Wärmeerzeugungskammer 5 vorgesehen sind, wie sie gemäß einer vierten Ausführungsform des Visco-Wärmeerzeugers verwendet werden. Wie in 6 gezeigt, umfassen die verbessernden Mittel oder oberflächenvergrößernden Mittel einen Satz von mehreren kleinen erhabenen Bereichen 25, welche integral geformt an der ringförmigen Bodenfläche 2c des ringförmigen Rücksprungs in der vorderen Trennplatte 2 und in einer regelmäßigen oder regellosen Verteilung angeordnet sind. Der Abstand zwischen benachbarten erhabenen Bereichen 25, welche in dem äußeren peripheren Bereich der ringförmigen Bodenfläche 2c angeordnet sind, kann kleiner sein als der in dem inneren peripheren Bereich derselben. Bevorzugt weist jeder erhabene Bereich 25 eine halbkugelförmige Gestalt mit einer Höhe von 0,15 mm und einem Durchmesser von 0,3 mm auf.
Der Satz von erhabenen Bereichen 25 dient zur Vergrößerung der Gesamtoberfläche, welche als Wärmeübertragungsfläche an der ringförmigen Bodenfläche 2c in der vorderen Trennplatte 2 wirkt, und kann somit die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere Trennplatte 2 zwischen der Wärmeerzeugungskammer 5 und der vorderen Wärmeaufnahmekammer 13 verbessern. Im Besonderen ist bei der vierten Ausführungsform die Zahl und die Dichte der Anordnung der erhabenen Bereiche, d. h. der Zuwachs an Wärmeübertragungsfläche, in dem äußeren peripheren Bereich der ringförmigen Bodenfläche 2c größer als der in dem inneren peripheren Bereich derselben. Die erhabenen Bereiche 25 gemäß der vierten Ausführungsform können auch an der Vorderfläche 3c der hinteren Trennplatte 3 vorgesehen sein.
Demnach ist es in der vierten Ausführungsform möglich, die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die vordere und/oder hintere Trennplatte 2, 3 zwischen der Wärmeerzeugungskammer 5 und der vorderen und/oder hinteren Wärmeaufnahmekammer 13, 14, insbesondere in dem radial äußeren Bereich des Spaltes in der Wärmeerzeugungskammer 5, zu verbessern und damit die Dauerhaftigkeit des viskosen Fluids zu verbessern, indem die Degradation des viskosen Fluids infolge außerordentlich hohen Temperaturanstiegs verhindert wird.
Alternativ können an die Stelle der erhabenen Bereiche 25 kleine Vertiefungen treten (nicht gezeigt). In beiden Fällen ist es bevorzugt, dass jeder erhabene Bereich 25 oder jede Vertiefung eine Höhe oder Tiefe aufweist, die im Wesentlichen in einem Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm liegt, und einen Durchmesser, der im Wesentlichen in einem Bereich von 0,05 mm bis 2,0 mm angesiedelt ist.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen derselben aufgezeigt und beschrieben; für den Fachmann wird jedoch erkennbar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Bereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

Visco-Wärmeerzeuger, umfassend: eine Gehäuseanordnung (1, 2, 3, 4), welche in sich definiert: eine Wärmeerzeugungskammer (5), in der Wärme erzeugt wird, wobei die Wärmeerzeugungskammer (5) Innenwandflächen (2c, 3c) aufweist, und eine Wärmeaufnahmekammer (13, 14), welche benachbart zu der Wärmeerzeugungskammer (5) angeordnet ist über eine hierzwischen liegende Trennwand (2, 3), wobei es die Wärmeaufnahmekammer (13, 14) einem Wärmeaustauschfluid ermöglicht, durch die Wärmeaufnahmekammer (13, 14) zu zirkulieren, um dadurch Wärme aufzunehmen, welche von der Wärmeerzeugungskammer (5) durch die Trennwand (2, 3) übertragen wird; eine Antriebswelle (8), welche von der Gehäuseanordnung (1, 2, 3, 4) so gehalten ist, dass sie um eine Rotationsachse der Antriebswelle (8) drehbar ist, wobei die Antriebswelle (8) in Wirkverbindung mit einer externen Drehantriebsquelle steht; ein Rotorelement (11), welches so angeordnet ist, dass es von der Antriebswelle (8) drehend antreibbar ist zur Rotation innerhalb der Wärmeerzeugungskammer (5), wobei das Rotorelement (11) Außenflächen aufweist, welche den Innenwandflächen (2c, 3c) der Wärmeerzeugungskammer (5) über einen vorgegebenen Spalt, welcher hierzwischen definiert ist, gegenüberliegen; ein in dem zwischen den Innenwandflächen (2c, 3c) der Wärmeerzeugungskammer (5) und den Außenflächen des Rotorelementes (11) definierten Spalt gehaltenes viskoses Fluid zur Wärmeerzeugung unter der Einwirkung von Scherspannung, welche durch die Rotation des Rotorelementes (11) aufgebracht wird; und oberflächenvergrößernde Mittel (23a, 23b, 24, 25) zur Verbesserung der Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch die Trennwand (2, 3) zwischen der Wärmeerzeugungskammer (5) und der Wärmeaufnahmekammer (13, 14), dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenvergrößernden Mittel (23a, 23b, 24, 25) integral geformt an wenigstens einer der Innenwandflächen (2c, 3c) der Wärmeerzeugungskammer (5) angeordnet sind, um eine Gesamtwärmeübertragungsfläche der Innenwandflächen (2c, 3c) zu vergrößern, wobei ein Zuwachs an Wärmeübertragungsfläche in einem äußeren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche (2c, 3c) größer ist als ein Zuwachs an Wärmeübertragungsfläche in einem inneren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche (2c, 3c).
Visco-Wärmeerzeuger nach Anspruch 1, wobei die Gehäuseanordnung (1, 2, 3, 4) eine vordere und eine hintere Trennplatte (2, 3) aufweist, welche die Trennwand bilden, wobei die vordere und die hintere Trennplatte (2, 3) jeweils eine der Innenwandflächen (2c, 3c) der Wärmeerzeugungskammer (5) aufweisen, welche beide mit den oberflächenvergrößernden Mitteln (23a, 23b, 24, 25) ausgestattet sind.
Visco-Wärmeerzeuger nach Anspruch 1, wobei die oberflächenvergrößernden Mittel eine Mehrzahl von Vertiefungen (23a, 23b, 24) aufweisen, welche integral geformt an wenigstens einer der Innenwandflächen (2c, 3c) der Wärmeerzeugungskammer (5) angeordnet sind, wobei eine Anordnungsdichte der Vertiefungen (23a, 23b, 24) in dem äußeren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche (2c, 3c) größer ist als eine Anordnungsdichte der Vertiefungen (23a, 23b, 24) in dem inneren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche (2c, 3c).
Visco-Wärmeerzeuger nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Vertiefungen zwei Sätze von mehreren sich radial erstreckenden Nuten (23a, 23b) aufweisen, welche Seite an Seite in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jede der Nuten eines ersten Satzes von Nuten (23a) eine Länge aufweist, welche größer ist als eine Länge einer jeden der Nuten eines zweiten Satzes von Nuten (23b), wobei der erste Satz von Nuten (23a) über im Wesentlichen den gesamten Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche (2c, 3c) angeordnet ist und der zweite Satz von Nuten (23b) nur in dem äußeren peripheren Bereich angeordnet ist.
Visco-Wärmeerzeuger nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Vertiefungen einen Satz von mehreren sich radial erstreckenden Nuten (23b) aufweisen, welche Seite an Seite in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Satz von Nuten (23b) nur in dem äußeren peripheren Bereich angeordnet ist.
Visco-Wärmeerzeuger nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Vertiefungen einen Satz von mehreren ringförmigen Nuten (24) aufweisen, welche konzentrisch angeordnet sind, wobei ein radialer Abstand zwischen benachbarten Nuten in dem äußeren peripheren Bereich kleiner ist als ein radialer Abstand zwischen benachbarten Nuten in dem inneren peripheren Bereich.
Visco-Wärmeerzeuger nach Anspruch 1, wobei die oberflächenvergrößernden Mittel eine Mehrzahl von Vorsprüngen (25) umfassen, welche integral geformt an wenigstens einer der Innenwandflächen (2c, 3c) der Wärmeerzeugungskammer (5) angeordnet sind, wobei eine Anordnungsdichte der Vorsprünge (25) in dem äußeren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche (2c, 3c) größer ist als eine Anordnungsdichte der Vorsprünge (25) in dem inneren peripheren Bereich der wenigstens einen Innenwandfläche (2c, 3c).
Visco-Wärmeerzeuger nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl von Vorsprüngen einen Satz von mehreren erhabenen Bereichen (25) umfassen, welche in einer bestimmten Verteilung angeordnet sind, wobei ein Abstand zwischen benachbarten erhabenen Bereichen (25) in dem äußeren peripheren Bereich kleiner ist als ein Abstand zwischen benachbarten erhabenen Bereichen (25) in dem inneren peripheren Bereich.