DE9204152U1

DE9204152U1 - Wärmetransportvorrichtung

Info

Publication number: DE9204152U1
Application number: DE9204152U
Authority: DE
Original assignee: Poehlmann Anwendungstechnik & Co Kg 8650 Kulmbach De GmbH
Current assignee: Poehlmann Anwendungstechnik & Co Kg 8650 Kulmbach De GmbH
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2002-03-28

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wärmetransportvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Die bekannte Wärmetransportvorrichtung, von der die Erfindung ausgeht (DE-U 87 09 826), erlaubt eine Temperatursteuerung an der Wärmesenke durch Steuerung der Wärmetransportleistung des Wärmerohrs. Dazu dient ein als Steuerventil ausgeführtes Steuerorgan im Rücklaufkanal des Wärmerohrs. Das Steuerventil ist elektromagnetisch betätigt und von einer elektronischen Steuereinrichtung ansteuerbar.

Die bekannte Wärmetransportvorrichtung ist beispielsweise für die Heizungsanlage eines Kraftfahrzeugs einsetzbar, dann dient als Wärmequelle das Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs. Das obere Ende des Wärmerohrs an der Wärmesenke ist in einer Schleife geführt, zur Verbesserung der Wärmeübertragung finden sich dort am Wärmerohr Wärmetauscherbleche.

Es hat sich gezeigt, daß die zuvor erläuterte, bekannte Wärmetransportvorrichtung mit einem Wärmerohr noch nicht für alle Einsatzbereiche gleichermaßen gut geeignet ist. Insbesondere ist die Wärmeabgabe an der Wärmesenke noch zu ungleichmäßig und punktuell. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Wärmetransportvorrichtung so auszugestalten und weiterzubilden, daß eine gleichmäßige, möglichst großflächige Wärmeabgabe an der Wärmesenke erfolgt.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einer Wärmetransportvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird also als Wärmesenke ein flach-plattenförmiger Wärmetauscher eingesetzt, in den hinein das Wärmetransportmittel über einen Vorlaufverteiler verteilt und aus dem heraus das rücklaufende Wärmetransportmittel mittels eines Rücklaufsamm-

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lers gesammelt wird. Eine Mehrzahl paralleler Strömungskanäle bzw. ein davon letztlich wirkungsmäßig gebildeter flach-spaltförmiger Strömungsweg für das Wärmetransportmittel ist in diesem plattenförmigen Wärmetauscher gebildet. Dadurch ergibt sich eine großflächige Wärmesenke bzw. Wärmeabgabefläche und die gewünschte gleichmäßige Wärmeabgabe.

Besondere Bedeutung kommt im übrigen einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wärmetransportvorrichtung zu, für die gilt, daß die eingefüllte Menge des Wärmetransportmittels relativ größer ist als bei normalen Wärmerohren, nämlich bei einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur des Wärmetransportmittels ausreicht, die Strömungskanäle im Wärmetauscher mindestens zu einem Drittel, vorzugsweise mindestens zur Hälfte, zu füllen. Eine größere Menge an Wärmetransportmittel als normal für Wärmerohre führt dazu, daß in den Strömungskanälen des flach-plattenförmigen Wärmetauschers stets wieder verflüssigtes Wärmetransportmittel vorhanden ist. Dieses flüssige Wärmetransportmittel dient der gleichmäßigen Wärmeverteilung über die vollständige Fläche des Wärmetauschers, da das heiße, dampfförmige Wärmetransportmittel so im kühleren, schon wieder verflüssigten Wärmetransportmittel in den Strömungskanälen zurückkondensieren kann.

Weiter bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre dieser Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche. Im übrigen werden weitere Ausgestaltungen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht, stark schematisiert, ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmetransportvorrichtung in Form einer Bodenheizung für ein Kraftfahrzeug und

Fig. 2 im Schnitt den aus einer Mehrzahl von Strömungskanälen bestehenden Strömungsweg im plattenförmigen Wärmetauscher der Wärmetransportvorrichtung aus Fig. 1.

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Grundsätzlich weist die erfindungsgemäße Wärmetransportvorrichtung eine Wärmequelle 1 und eine Wärmesenke 2 auf, zwischen denen sich von der Wärmequelle 1 zur Wärmesenke 2 hin ansteigend ein Wärmerohr 3 als Wärmetransportelement erstreckt. Wie bei Wärmerohren üblich, ist in das Wärmerohr 3 eine geringe Menge flüssigen, aber verdampfbaren Wärmetransportmittels eingefüllt und das Wärmerohr 3 im übrigen teilevakuiert, so daß sich ein der Innentemperatur entsprechender Dampfdruck des Wärmetransportmittels im Wärmerohr 3 einstellt. Das ist allgemein üblicher Stand der Technik bei Wärmerohren, insoweit darf auf die Fachliteratur verwiesen werden. Lediglich beispielsweise wird verwiesen auf das Lexikon von Brockhaus "Naturwissenschaften und Technik", Stichwort "heat pipes".

Das Wärmerohr 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zweikanalig ausgeführt, weist nämlich einen primär eine Dampfströmung nach oben erlaubenden Vorlaufkanal 4 und einen primär eine Flüssigkeitsströmung nach unten erlaubenden Rücklaufkanal 5 auf. Die Wärmetransportleistung des Wärmerohrs 3 ist mittels eines Steuerorgans 6 steuerbar, das im dargestellten Ausführungsbeispiel und zweckmäßigerweise im Rücklaufkanal 5 eingebaut ist. Bei dem Steuerorgan 6 handelt es sich um ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil, im übrigen darf dazu für übliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen auf die eingetragenen Unterlagen DE-U 87 09 826 verwiesen werden. Der Inhalt dieser Unterlagen wird hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen.

Mittels des Steuerorgans 6 kann man den Rückfluß von wiederverflüssigtem Wärmetransportmittel zur Wärmequelle 1 hin steuern und ggf. auch ganz blokkieren. Dann sammelt sich das gesamte flüssige Wärmetransportmittel in der Wärmesenke 2, ein Wärmetransport von der Wärmequelle 1 zur Wärmesenke 2 über den Vorlaufkanal 4 kann dann praktisch nicht mehr erfolgen.

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Das Ende des Wärmerohrs 3 ist von einem die Wärmesenke 2 darstellenden Körper selbst gebildet. Dabei ist hier wesentlich, daß die Wärmesenke 2 einen flach-plattenförmigen Wärmetauscher 8 mit einem Vorlaufverteiler 8 an einem Ende und einem Rücklaufsammler 9 am anderen Ende aufweist und daß sich zwischen dem Vorlaufverteiler 8 und dem Rücklaufsammler 9 im Wärmetauscher ein flach-spaltförmiger, vorzugsweise in eine Mehrzahl von Strömungskanälen 10 aufgeteilter Strömungsweg für das Wärmetransportmittel erstreckt. In Fig. 1 erkennt man die Plattenform des Wärmetauschers 7 sehr gut, man erkennt auch, wie die Beschränkung der Dampfströmung auf den Vorlaufkanal 4 erfolgt. Das geschieht nämlich dadurch, daß der Vorlaufkanal 4 in einem
über das Niveau des Wärmetauschers 7 hinausreichenden Bogen zum Vorlaufverteiler 8 hin geführt ist, so daß auf diesem Wege eine Flüssigkeits-Rückströmung zur Wärmequelle 1 hin nicht erfolgen kann. Demgegenüber schließt der Rücklaufkanal 5 unten am Rücklaufsammler 9 an.

Aus Fig. 2 erkennt man den inneren Aufbau des flach-plattenförmigen Wärmetauschers 7 genauer. Man erkennt hier, daß nach bevorzugter Lehre der flachspaltförmige Strömungsweg im Wärmetauscher 7 durch eine Mehrzahl von Strömungskanälen 10, die aber nicht notwendig voneinander seitlich getrennt
sein müssen, gebildet ist. Die Strömungskanäle 10 verlaufen im dargestellten Ausführungsbeispiel aufgrund der später noch zu erläuternden Herstellungstechnik kreuz und quer durcheinander, so daß sich eine hervorragende Durchmischung des Wärmetransportmittels über die volle Fläche des Wärmetauschers 7 und damit eine optimal gleichmäßige Wärmeabgabe vom Wärmetauscher 7 ergibt.

Wenn eine sehr geringe Menge flüssigen Wärmetransportmittels in das Wärmerohr 3 eingefüllt wird, kann es passieren, daß sich über weite Strecken des Betriebs nur sehr wenig flüssiges Wärmetransportmittel im Wärmetauscher 7 befindet. Das ist für eine gleichmäßige Wärmeverteilung über die Fläche
des Wärmetauschers 7 unzweckmäßig, da bekanntlich die Wärmekapazität von flüssigem Wärmetransportmittel wesentlich höher ist als von dampfförmigem

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Wärmetransportmittel. Für die Lehre empfiehlt sich also als besonders wesentliche Ergänzung, daß die eingefüllte Menge des Wärmetransportmittels relativ größer ist als bei normalen Wärmerohren, nämlich bei einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur des Wärmetransportmittels ausreicht, die Strömungskanäle 10 im Wärmetauscher 7 mindestens zu einem Drittel, vorzugsweise mindestens zur Hälfte, zu füllen. Wird beispielsweise bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetransportvorrichtung mit ca. 15 ml Wasser als Wärmetransportmittel gearbeitet, so könnte man hier mit 30 bis 100 ml Wasser arbeiten, wenn man etwa gleiches Volumen des Wärmerohrs voraussetzt. Das sind natürlich nur ganz grobe Anhaltspunkte, ein Fachmann kann sich anhand der gegebenen allgemeinen Richtlinien die passende Füllung mit Wärmetransportmittel schnell errechnen bzw. mit wenigen einfachen Versuchen bestimmen.

Wenn die Strömungskanäle 10 im Wärmetauscher 7 wegen der Verwendung einer großen Menge von flüssigem Wärmetransportmittel ganz gefüllt sind, ergibt sich das Problem, daß eine Wärmeübertragung von dampfförmigem Wärmetransportmittel hoher Temperatur in das flüssige Wärmetransportmittel auf schon niedrigerer Temperatur nur am Ende des VorlaufVerteilers 8 durch Re-Kondensation des dampfförmigen Wärmetransportmittels im flüssigen Wärmetransportmittel bzw. an den Wandungen des Wärmetauschers 7 erfolgen kann. Die Folge wäre eine ungleichmäßige Erwärmung des Wärmetauschers 7. Folglich empfiehlt es sich, daß der Querschnitt der Strömungskanäle 10 ausreichend groß ist, um oberhalb des wieder verflüssigten Wärmetransportmittels noch eine Strömung von dampfförmigem Wärmetransportmittel zuzulassen. Alternativ oder kumulativ kann es sich auch empfehlen, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, daß zwischen dem Vorlaufverteiler 8 und dem Rücklaufsammler 9 mindestens ein Strömungskanal 11 mit erweitertem, eine Strömung von dampfförmigem Wärmetransportmittel oberhalb des verflüssigten Wärmetransportmittels erlaubenden Strömungsquerschnitt verläuft. Das erkennt man in Fig. 2 besonders deutlich. Mit dem Strömungskanal 11 bzw. Strömungskanälen 11 wird eine

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Art "Umwegleitung" für dampfförmiges Wärmetransportmittel vom Vorlaufende zum Rücklaufende des Wärmetauschers 7 geschaffen und so auch bei jedenfalls zum Teil gefüllten Strömungskanälen 10 ein Wärmeausgleich bewirkt.

Fig. 1 der Zeichnung macht in Verbindung mit Fig. 2 der Zeichnung deutlich, daß der plattenförmige Wärmetauscher 7 aus im Rollbondverfahren gegeneinander gepreßten und verformten Blechen besteht. Durch die Herstellung im Rollbondverfahren ergeben sich die weiter oben schon erläuterten, ineinander seitlich verlaufenden Strömungskanäle 10. Das ist eine besonders zweckmäßige und verläßliche Herstellungsweise für plattenförmige Wärmetauscher 7. An den beiden Längsrändern des Wärmetauschers 7 befinden sich die zuvor erläuterten Umweg-Strömungskanäle 11, nur einen zeigt Fig. 1.

Der in der Zeichnung dargestellte plattenförmige Wärmetauscher 7 eignet sich in besonderer Weise für etwa horizontalen Einbau. Dann gibt es die zuvor erläuterte zweckmäßige und gleichmäßige Verteilung des Wärmetransportmittels auf die Strömungskanäle 10. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt dabei die bevorzugte Ausgestaltung der Wärmetransportvorrichtung als Fußbodenheizung für den Rückraum eines Kraftfahrzeugs. Es gilt dann, daß der plattenförmige Wärmetauscher 7 am Boden einer Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet ist und als Wärmequelle 1 vorzugsweise das Auspuffrohr des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs dient. Es liegt auf der Hand, daß auch andere Elemente des Kraftfahrzeugs als Wärmequelle 1 dienen können, beispielsweise eine Motor-Kühlwasserleitung. Das Konzept der Fußbodenheizung im Rückraum ist aber gerade dadurch beeinflußt, daß bei modernen Motoren zunehmend weniger Abwärme am Motor selbst entsteht, so daß die Notwendigkeit besteht, auf andere Wärmequellen, eben beispielsweise das Auspuffrohr des Kraftfahrzeugs zurückzugreifen.

Claims

1. Wärmetransportvorrichtung mit einer Wärmequelle (1) und einer Wärmesenke (2) und einem von der Wärmequelle (1) zur Wärmesenke (2) hin ansteigend geführten Wärmerohr (3), wobei in das Wärmerohr (3) eine geringe Menge flüssigen, aber verdampfbaren Wärmetransportmittels eingefüllt und das Wärmerohr (3) im übrigen teilevakuiert ist, so daß sich ein der Innentemperatur entsprechender Dampfdruck des Wärmetransportmittels im Wärmerohr (3) einstellt, wobei das Wärmerohr (3) zweikanalig ausgeführt ist, nämlich einen primär eine Dampfströmung nach oben erlaubenden Vorlaufkanal (4) und einen primär eine Flüssigkeitsströmung nach unten erlaubenden Rücklaufkanal (5) aufweist, wobei die Wärmetransportleistung des Wärmerohrs (3) mittels eines, vorzugsweise im Rücklaufkanal (5) eingebauten Steuerorgans (6) steuerbar ist und wobei das Ende des Wärmerohrs (3) von einem die Wärmesenke (2) darstellenden Körper gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (2) einen flach-plattenförmigen Wärmetauscher (7) mit einem Vorlaufverteiler (8) an einem Ende und einem Rücklaufsammler (9) am anderen Ende aufweist und daß sich zwischen dem Vorlaufverteiler (8) und dem Rücklaufsammler (9) im Wärmetauscher (7) ein flach-spaltförmiger, vorzugsweise in eine Mehrzahl von Strömungskanälen (10) aufgeteilter Strömungsweg für das Wärmetransportmittel erstreckt.

2. Wärmetransportvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingefüllte Menge des Wärmetransportmittels relativ größer ist als bei normalen Wärmerohren, nämlich bei einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur des Wärmetransportmittels ausreicht, die Strömungskanäle (10) im Wärmetauscher (7) mindestens zu einem Drittel, vorzugsweise mindestens zur Hälfte, zu füllen.

3. Wärmetransportvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strömungskanäle (10) ausreichend groß ist, um ober-

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halb des verflüssigten Wärmetransportmittels noch eine Strömung von dampfförmigem Wärmetransportmittel zuzulassen.

4. Wärmetransportvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorlaufverteiler (8) und dem Rücklaufsammler (9) mindestens ein Strömungskanal (11) mit erweitertem, eine Strömung von dampfförmigem Wärmetransportmittel oberhalb des verflüssigten Wärmetransportmittels erlaubenden Strömungsquerschnitt verläuft.

5. Wärmetransportvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Wärmetauscher (7) aus im Rollbondverfahren gegeneinander gepreßten und verformten Blechen besteht.

6. Wärmetransportvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Wärmetauscher (7) etwa horizontal angeordnet ist.

7. Wärmetransportvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Wärmetauscher (7) am Boden einer Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet ist und als Wärmequelle (1) vorzugsweise das Auspuffrohr des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs dient.