DE8313987U1 - Motor vehicle with heating device - Google Patents
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Description
Dipl.-Phys., Dr.-Ing. Wolfgang Molt, Erlenweg 3, 7951 Biberach/Warthausen Dipl.-Phys., Dr.-Ing. Wolfgang Molt, Erlenweg 3, 7951 Biberach/Warthausen
Vorrichtung zur Vorwärmung von KraftfahrzeugenDevice for preheating motor vehicles
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorwärmung von Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Enteisung der Fensterscheiben von nicht-betriebswarmen Kraftfahrzeugen mittels eines Energiespeichers, der zumindest den durch den Wärmetauscher der Innenraumheizung zirkulierenden Teil des Kühlwassers aufheizt.The invention relates to a device for preheating motor vehicles, in particular for defrosting the windows of motor vehicles that are not at operating temperature by means of an energy storage device that heats at least the part of the cooling water circulating through the heat exchanger of the interior heating.
In der kalten Jahreszeit ist der Autofahrer beim morgendlichen Start einer Reihe von Unannehmlichkeiten und einem erhöhten Sicherheitsrisiko ausgesetzt. Bei Laternenparkern sind die Scheiben außen vereist oder verschneit. Sie müssen freigekratzt werden, vereisen aber oft nach kurzer Zeit von neuem. Außerdem beschlägt oder vereist auch die Innenseite der Scheiben aufgrund der ausgeatmeten Feuchtigkeit. Die normale Fahrzeugbeheizung wird erst nach einer Warmfahr-Phase wirksam, d. h. erst nach einer Fahrstrecke von etwa 4 km. Erst danach wird die Fahrzeugheizung voll wirksam.In the cold season, drivers are exposed to a number of inconveniences and an increased safety risk when starting their car in the morning. When people park under street lights, the outside windows are covered in ice or snow. They have to be scraped clear, but often ice up again after a short time. The inside of the windows also fogs up or ices up due to the moisture they breathe out. The normal vehicle heating only takes effect after a warm-up phase, i.e. only after driving about 4 km. Only then does the vehicle heating become fully effective.
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Für eine sofort wirksame Beheizung sind bereits zahlreiche Vorschläge gemacht worden. So ist es bekannt, das Kühlwasser über eine Motor-Einbauheizung vorzuwärmen, die beispielsweise über eine Zeitschaltuhr rechtzeitig vor Fahrtbeginn automatisch in Betrieb genommen wird. Bei elektrisch betriebener Motor-Einbauheizung bedarf es jedoch eines Netzanschlusses am jeweiligen Abstellort des Fahrzeuges, da der Energieverbrauch für die Fahrzeugbatterie zu"groß ist. Außerdem fallen beträchtliche Stromkosten an. Wird die Heizung durch Kraftstoffverbrennung vorgenommen, ergeben sich ebenfalls erhebliche Kosten und außerdem stellen die Abgase eine Umweltbelastung dar.Numerous suggestions have already been made for immediately effective heating. For example, it is known to preheat the cooling water using an engine heater, which is automatically activated in good time before the start of the journey, for example using a timer. However, an electrically operated engine heater requires a power connection at the location where the vehicle is parked, as the energy consumption is too high for the vehicle battery. In addition, considerable electricity costs are incurred. If the heating is carried out by burning fuel, this also results in considerable costs and the exhaust gases are also an environmental burden.
Des weiteren ist es durch die DE-OS 29 26 455 bekannt, Warmluft durch einen ve&eegr; der Batterie gespeisten Widerstandsheizer zu erzeugen. Dieses Prinzip ist aber für eine wirksame Enteisung ungeeignet, da der elektrische Leistungsbedarf durch die Batterie kaum gedeckt werden kann und insbesondere im Kurzstreckenbetrieb zu einer raschen Entladung der Batterie führen würde.Furthermore, it is known from DE-OS 29 26 455 to generate warm air using a resistance heater fed by the battery. However, this principle is unsuitable for effective de-icing, since the electrical power requirement can hardly be covered by the battery and would lead to rapid discharge of the battery, especially during short-distance operation.
Schließlich ist es durch die DE-OS 29 21 451, von der der Oberbegriff des enspruches 1 abgeleitet ist, bekannt, die Vorwärmung mittels eines Hydrid-Speichers durchzuführen. Dabei dient die in den Abgasen des Verbrennungsmotors enthaltene Abwärme als Energielieferant. Die Wärme wird dazu benutzt, um Viasserstoff aus einem Hochtemperaturhydrid-Speicher in einen Niedertemperaturhydrid-Speicher überzuführen. Beim Rücktransport des Wasserstoffes wird im Hochtemperatur-Speicher chemische Bindungswäre frei, die zum Vorwärmen des KraftfahrzeugesFinally, it is known from DE-OS 29 21 451, from which the generic term of claim 1 is derived, to carry out preheating using a hydride storage unit. The waste heat contained in the exhaust gases of the combustion engine serves as an energy supplier. The heat is used to transfer hydrogen from a high-temperature hydride storage unit to a low-temperature hydride storage unit. When the hydrogen is transported back, chemical bonding heat is released in the high-temperature storage unit, which is used to preheat the motor vehicle.
benutzt wird. Dieses Prinzip wurde bisher in der Praxis aufgrund der technischen Probleme und des hohen Aufwandes noch nicht realisiert. Neben einem zusätzlichen Abgaswärmetauscher sind zwei Hydrid-Speicher notwendig, wobei insbesondere der Hochtemperaturhydrid-Speicher vom Sicherheitsstandpunkt problematisch ist.This principle has not yet been implemented in practice due to technical problems and the high cost. In addition to an additional exhaust gas heat exchanger, two hydride storage units are required, with the high-temperature hydride storage unit in particular being problematic from a safety perspective.
Hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrundß, eine Vorwärmung zur Scheibenenteisung zu entwickeln, die zur Überbrückung der Warmfahr-Phase des Fahrzeuges dient und folgende Bedingungen erfüllt:Based on this, the present invention is based on the task of developing a preheating system for defrosting windows that serves to bridge the warm-up phase of the vehicle and meets the following conditions:
- sofort wirksam- effective immediately
- ohne Betriebskosten für Energie- without operating costs for energy
- umweltfreundlich- environmentally friendly
- niedriges Gewicht- low weight
- unabhängig (von Steckdosenbetrieb)- independent (of socket operation)
- kostengünstig- cost-effective
- sicher (z. B. bei Unfällen)- safe (e.g. in the event of accidents)
- für alle Fahrzeuge unabhängig vom verwendeten Kraftstoff geeignet.- suitable for all vehicles regardless of the fuel used.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil von ffiispruch 1 stehenden Merkmale gelöst. Der Hauptvorteil dieser Konstruktion besteht in dem geringen apparativen Aufwand: Der als Latentenergie-Speicher ausgebildete Speicher braucht lediglich an geeigneter Stelle in den Kühlwasserkreislauf integriert zu werden, so daß das Kühlwasser sowohl als WärmequelleThis object is achieved according to the invention by the features set out in the characterizing part of claim 1. The main advantage of this design is the low expenditure on equipment: The storage device designed as a latent energy storage device only needs to be integrated into the cooling water circuit at a suitable location so that the cooling water can be used both as a heat source
wie auch als Wärmesenke fungiert. Der Wärmeaustausch ist also in beiden Richtungen möglich, ohne daß es eines zweiten Wärmetauschers bedarf, der insbesondere bei Verwendung der Abgaswärme hohen Korrosionsbelastungen ausgesetzt und daher sehr aufwendig wäre.as well as acting as a heat sink. The heat exchange is therefore possible in both directions without the need for a second heat exchanger, which is exposed to high levels of corrosion, particularly when exhaust heat is used and would therefore be very expensive.
Der Latentenergie-Speicher wird während des Fahrzeugbetriebes automatisch durch das Kühlwasser mit Wärme aufgeladen. Zum Entfrosten kehrt sich der Wärmefluß um, indem der Speicher seine Wärme an das Kühlwasser abgibt. Das aufgewärmte Kühlwasser gibt dann in an sich bekannter Weise seine Wärme in dem vorhandenen Luft-Kühlwasserwärmetauscher der Fahrzeugheizung an die Luft ab, die mit einem elektrischen Gebläse an die Scheiben herangeführt wird. Da der Schmelzpunkt des Speichermediums zwischen 35 und 700C liegt, ist die Isolierung des Speichers gegenüber der Umgebung problemlos durchzuführen und es steht ein ausreichendes Temperaturgefälle gegenüber dem kalten Kühlwasser zur Verfügung.The latent energy storage unit is automatically charged with heat by the cooling water when the vehicle is in operation. When defrosting, the heat flow is reversed, with the storage unit giving off its heat to the cooling water. The warmed cooling water then gives off its heat in the air-cooling water heat exchanger of the vehicle heating system to the air in a known manner, which is then drawn to the windows by an electric fan. Since the melting point of the storage medium is between 35 and 70 0 C, the storage unit can be easily insulated from the environment and there is a sufficient temperature gradient compared to the cold cooling water.
Zweckmäßig ist der Speicher im Kühlwasserzulauf nahe vor dem neizungswärmetauscher eingebaut, um die Wärmetransportwege kurz zu halten. Zur Verhinderung der Selbst-Entladung bietet es sich an, den Speicher im höchsten Punkt des Kühlwasserkreislaufes zu positionieren oder ihn in einem durch Ventile absperrbaren Bypass des Kühlwasserkreislaufes anzuordnen.It is advisable to install the storage tank in the cooling water inlet close to the heating heat exchanger in order to keep the heat transport paths short. To prevent self-discharge, it is advisable to position the storage tank at the highest point of the cooling water circuit or to arrange it in a bypass of the cooling water circuit that can be shut off with valves.
Die Auswahl des Phasenwechselmaterials erfolgt nach folgenden Kriterien:The phase change material is selected according to the following criteria:
- hohe Speicherkapazität bei niedrigem Gewicht- high storage capacity with low weight
- Temperaturbeständigkeit im Bereich von -200C bis + 130°C- Temperature resistance in the range of -20 0 C to + 130°C
- Langzeitbeständigkeit bei vielfachem Phasenwechsel- Long-term stability during multiple phase changes
- reproduzierbares Schmelz- und Erstarrungsverhalten- reproducible melting and solidification behaviour
- nicht korrosiv in Kombination mit Aluminiumlegierungen- non-corrosive in combination with aluminium alloys
- Aufladung bei Kühlwassertemperaturen ab 60°C bis 8O0C- Charging at cooling water temperatures from 60°C to 8O 0 C
- Entladung bei Kühlwassertemperaturen unter 200C bis 6O0C.- Discharge at cooling water temperatures below 20 0 C to 6O 0 C.
Besonders geeignet sind folgende Stoffe:The following materials are particularly suitable:
Eine Unterkühlung der Schmelze ist durchaus zulässig und sogar wünschenswert, sofern sichergestellt ist, daß bei tiefen Kühlwassertemperaturen die Kristallisation zuverlässig und schnell eintritt. Dadurch bleibt bei den unvermeidlichen Isolationswärmeverlusten die volle latente Speicherkapazität erhalten. Zn(NO,)*6H2O mit niedrigem Schmelzpunkt und hoher Unterkühlung eignet sich besonders für Fahrzeuge mit langen Standzeiten und kurzen Fahrstrecken, Palmitinsäure und Stearinsäure fürUndercooling of the melt is perfectly permissible and even desirable, provided that it is ensured that crystallization occurs reliably and quickly at low cooling water temperatures. This means that the full latent storage capacity is retained despite the unavoidable insulation heat losses. Zn(NO,)*6H 2 O with a low melting point and high undercooling is particularly suitable for vehicles with long idle times and short travel distances, palmitic acid and stearic acid for
Fahrzeuge, bei denen zwischen den Standzeiten längere Fahrstrecken liegen. Para^.n- und Myristinsäure stellen einen guten Kompromiß für gemischten Fahrbetrieb dar.Vehicles where there are longer driving distances between downtimes. Para^.n- and myristic acid represent a good compromise for mixed driving.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung; dabei zeigt:Further features of the invention emerge from the following description of two embodiments based on the drawing; in which:
Fig. 1 einen Latentwärme-Speicher im Schnitt undFig. 1 a latent heat storage in section and
Fig. 2 zwei Schaltungsmöglichkeiten eines solchen Latentwärme-Speichers.Fig. 2 shows two possible circuits for such a latent heat storage system.
Der Latentwärme-Speicher 1 besteht aus einem allseits von einer hochwirksamen Wärmedämmung 2, beispielsweise Polyurethanschaum, umgebenen dichten Gehäuse 3. Im Inneren befindet sich ein beripptes Rohrbündel 4, dessen Wasserzulauf 5 und Wasserablauf 6 über an beiden Enden angeordnete Sammelrohrc 7, 8 erfolgt. Der Behälter 3 wird so weit mit Speichermaterial gefüllt, daß eventuelle thermische Volumenänderungen beim Phasenwechsel zu keiner unzulässig hohen Beanspruchung führen. Der Behälter 3 kann zylindrisch oder auch rechteckig aufgebaut sein, so daß übliche Standardteile aus dem Wärmetauscherbau bei Kraftfahrzeugen verwendet werden können.The latent heat storage device 1 consists of a sealed housing 3 surrounded on all sides by highly effective thermal insulation 2, for example polyurethane foam. Inside there is a finned tube bundle 4, the water inlet 5 and outlet 6 of which are via collecting tubes 7, 8 arranged at both ends. The container 3 is filled with storage material to such an extent that any thermal volume changes during the phase change do not lead to an unacceptably high level of stress. The container 3 can be cylindrical or rectangular, so that standard parts from the heat exchanger construction in motor vehicles can be used.
In Abv/eichung zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Speicher auch so aufgebaut sein, daß sich das Speichermaterial in einzelnen Speicherelementen, vorzugsweise Kugeln oder an den Enden verschlossenen Rohrstücken befindet, die dann von dem Kühlwasser umströmt werden.In contrast to the embodiment shown, the storage can also be constructed in such a way that the storage material is located in individual storage elements, preferably balls or pipe sections closed at the ends, around which the cooling water then flows.
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Bei dem oberen Ausführungsbeispiel a) ist der Speicher 1 im Zulauf 9 zum Heizungswärmetauscher 10 angeordnet. Durch das Ventil 11 wird der Durchfluß durch den Heizungswärmetauscher 10 und damit die Heizleistung in an sich bekannter Weise eingestellt. Die den Heizung^- wärmetauscher 10 überbrückende Umgehungsleitung 12 stellt sicher, daß der Latentwärme-Speicher 1 auch bei geschlossener Heizung durchströmt und damit aufgeladen wird.In the above embodiment a), the storage tank 1 is arranged in the inlet 9 to the heating heat exchanger 10. The flow through the heating heat exchanger 10 and thus the heating output is adjusted by the valve 11 in a manner known per se. The bypass line 12 bridging the heating heat exchanger 10 ensures that the latent heat storage tank 1 flows through and is thus charged even when the heating is closed.
Beim Entladevorgang des Speichers strömt das kalte Kühlwasser durch den Speicher, wird dort aufgewärmt und gibt diese Wärme im Heizungswärmetauscher 10 an die kalte Luft, die von einem elektrischen Gebläse 13 gefördert wird, ab. Das erwärmte Kühlwasser strömt in den Motorkreislauf zurück. Dadurch ergibt sich je nach Kapazität des Speichers zugleich noch eine gewisse Motorvorwärmung. When the storage tank is being discharged, the cold cooling water flows through the storage tank, is heated there and releases this heat in the heating heat exchanger 10 to the cold air, which is conveyed by an electric fan 13. The heated cooling water flows back into the engine circuit. Depending on the capacity of the storage tank, this also results in a certain amount of engine preheating.
Bei dem unteren Ausführungsbeispiesl gemäß Schaltung b) kann das vom Wärmespeicher 1 kommende Kühlwasser nach dem Durchstömen des Heizungswärmetauschers 10 im kurzen Kreislauf, also ohne Durchströmung des Motorblockes, wieder unmittelbar vor dem Wärmespeicher 1 zurückgespeist werden, und zwar mittels einer elektrisch betriebenen Kühlwasserpumpe 14. Dadurch funktioniert die Zusatzheizung über den Latentwärme-Speicher auch bei stehendem Motor. Die Verbindung zum Motorkühlkreislauf kann durch ein Ventil 15, das am Zufluß 9 oder am Abfluß 16 angeordnet ist, unterbrochen werden.In the lower embodiment example according to circuit b), the cooling water coming from the heat accumulator 1 can, after flowing through the heating heat exchanger 10, be fed back in a short circuit, i.e. without flowing through the engine block, immediately in front of the heat accumulator 1, using an electrically operated cooling water pump 14. This means that the additional heating via the latent heat accumulator also works when the engine is not running. The connection to the engine cooling circuit can be interrupted by a valve 15, which is arranged on the inlet 9 or the outlet 16.
Nimmt man für ein konkretes Ausführungsbeispiel an, daß der Speicher mit Myristinsäure als Phasenwechselmaterial fünf Minuten (300 Sekunden) eine Heizung Von ' 1 KW liefern soll, so ergibt sich die zu speichernde Energiemenge zuIf one assumes for a concrete example that the storage with myristic acid as phase change material should provide a heating of ' 1 KW for five minutes (300 seconds), the amount of energy to be stored is
300 s · 1000 W = 300 KJ.300 s · 1000 W = 300 KJ.
Für diese Energiemenge in Form von latenter Wärme beträgt die erforderliche Menge an MyristinsäureFor this amount of energy in the form of latent heat, the required amount of myristic acid is
300 KJ/198 KJ/Kg « 1,5 Kg.300 KJ/198 KJ/Kg « 1.5 Kg.
Da die Kühlwassertemperatur höher als die Phasenumwandlungstemperatur der Myristinsäure liegt, ergibt sich automatisch auch eine Speicherung an fühlbarer Wärme. Diese fühlbare Wärme wurde im Berechnungsbeispiel nicht berücksichtigt. Sie kann näherungsweise die Wärmeverluste des Speichers bei Fahrzeugstillstand ausgleichen. Since the cooling water temperature is higher than the phase transition temperature of the myristic acid, sensible heat is automatically stored. This sensible heat was not taken into account in the calculation example. It can approximately compensate for the heat losses of the storage unit when the vehicle is stationary.
Zusammenfassend bietet die Erfindung den Vorteil, daß man mit geringem konstruktivem Aufwand eine sofort wirksame Fahrzeugvorwärraung erhält, die eine zuverlässige Scheibenenteiüung ermöglicht. Bei nicht vereisten Scheiben bietet der Energiespeicher den Vorteil, daß auch bei betriebskaltem Motor der Innenraum sofort beheizt werden kann und daß sich die Warmfahr-Phase das Motors verkürzt.In summary, the invention offers the advantage that with little design effort, an immediately effective vehicle preheating system is achieved, which enables reliable window defrosting. If the windows are not icy, the energy storage device offers the advantage that the interior can be heated immediately even when the engine is cold and that the warm-up phase of the engine is shortened.
Claims (5)
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|---|---|---|---|
| DE8313987U DE8313987U1 (en) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | Motor vehicle with heating device |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE8313987U DE8313987U1 (en) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | Motor vehicle with heating device |
Publications (1)
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| DE8313987U1 true DE8313987U1 (en) | 1988-11-17 |
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE8313987U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2675745A1 (en) * | 1991-04-26 | 1992-10-30 | Imra Europe Sa | Heat generating device for vehicles |
-
1983
- 1983-05-11 DE DE8313987U patent/DE8313987U1/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2675745A1 (en) * | 1991-04-26 | 1992-10-30 | Imra Europe Sa | Heat generating device for vehicles |
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