WO2013102559A1

WO2013102559A1 - Heizeinrichtung in einem wasserführenden haushaltsgerät

Info

Publication number: WO2013102559A1
Application number: PCT/EP2012/075999
Authority: WO
Inventors: Peter Pszola
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-07-11
Also published as: IN2014KN01262A; DE102012200113A1; US20140360700A1; CN104023613A; RU2014131712A; DE202012012960U1; DE102012200113B4; CN104023613B; RU2592182C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zur Erwärmung einer Flüssigkeitsströmung (I) in einem wasserführenden Haushaltsgerät. Erfindungsgemäß weist die Heizeinrichtung ein Wärmerohr (1) mit einem wärmeaufnehmenden Verdampferabschnitt (23) und einem wärmeabgebenden Kondensatorabschnitt (25) auf, der in thermischer Verbindung mit der Flüssigkeitsströmung (I) ist.

Description

Heizeinrichtung in einem wasserführenden Haushaltsgerät

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zur Erwärmung einer Flüssigkeitsströmung in einem wasserführenden Haushaltsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein derartiges wasserführendes Haushaltsgerät nach dem Patentanspruch 14.

Allgemein ist in vielen Bereichen die Verwendung von Wärmerohren (Heatpipes) bekannt. Ein solches Wärmerohr enthält ein hermetisch gekapseltes Volumen, das mit einem Arbeitsmedium (zum Beispiel Wasser) gefüllt ist. Das Arbeitsmedium füllt das Volumen zu einem kleinen Teil in flüssigem, zum größeren Teil in dampfförmigem Zustand aus. Bei einem Wärmeeintrag in das Wärmerohr beginnt das Arbeitsmedium zu verdampfen. Dadurch wird über dem Flüssigkeitsspiegel der Druck im darüberliegenden Dampfraum lokal erhöht. Der entstandene Dampf strömt deswegen in Richtung einer Wärmeübertragungsfläche des Wärmerohres, wo er aufgrund niedriger Temperaturen kondensiert. Dadurch wird die zuvor aufgenommene Wärme wieder abgegeben. Das flüssige Arbeitsmedium kann dann durch Schwerkraft und/oder durch eine Kapillarkraft wieder zurück zum Verdampfer geführt werden.

Aus der DE 10 2007 060 193 A1 ist eine gattungsgemäße Heizeinrichtung zur Erwärmung einer Flüssigkeitsströmung in einem wasserführenden Haushaltsgerät bekannt. Die Heizeinrichtung ist dabei beispielsweise als ein Dickschichtelement an der Außenseite einer zylindrischen Gehäusewandung des Pumpengehäuses angeordnet. Die zylindrische Gehäusewandung radial innen eine Druckkammer, durch die die von einem Pumpenlaufrad geförderte Flüssigkeit unter Druckbeaufschlagung zu einem auslassseitigen Druckstutzen geführt wird. Die Anbringung der Dickschichtheizung an der Außenseite des Pumpengehäuse ist mit hohem Fertigungsaufwand verbunden. Zudem ist der zu überwindende Wärmewiderstand des aus Metall gefertigten Pumpengehäuses beträchtlich, wodurch im Heizbetrieb Wärmeverluste auftreten. Aus der DE 10 2004 055 926 A1 ist der Einsatz eines Wärmerohres (Heatpipe) in einer Geschirrspülmaschine bekannt. Demzufolge wird in einem, den Spülgang abschließenden Trocknungsschritt die zu trocknende Luft mit einem wärmeaufnehmenden Verdampferabschnitt des Wärmerohres in thermischen Kontakt gebracht, wodurch Wasser aus der zu trocknenden Luft kondensiert. Anschließend wird die getrocknete Luft in thermischen Kontakt mit dem wärmeabgebenden Kondensatorabschnitt des Wärmerohrs gebracht, um die getrocknete Luft zu erwärmen. Die so getrocknete sowie erwärmte Luft wird wieder in den Spülraum rückgeführt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Heizeinrichtung zur Erwärmung einer Flüssigkeitsströmung in einem wasserführenden Haushaltsgerät bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist und mit reduzierten Wärmeverlusten arbeitet. Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 14 gelöst. Bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zur Erwärmung einer Flüssigkeitsströmung in einem wasserführenden Haushaltsgerät. Die Heizeinrichtung weist erfindungsgemäß ein Wärmerohr auf, das einen wärmeaufnehmenden Verdampferabschnitt und einen wärmeabgebenden Kondensatorabschnitt aufweist. Zur Erwärmung der Flüssigkeitsströmung ist wärmeabgebende Kondensatorabschnitt in thermischer Verbindung mit der Flüssigkeitsströmung. Im Unterschied zum gattungsgemäßen Stand der Technik ist daher erfindungsgemäß das Wärmerohr unmittelbar im Hydraulikkreislauf des wasserführenden Haushaltsgerätes zum Beispiel als eine Wasserheizung integriert. Auf diese Weise wird die im Gerätebetrieb umgewälzte Flüssigkeit unmittelbar mit Hilfe des Wärmerohrs erwärmt.

Bei einem solchen Wärmerohr (Heatpipe) erfolgt die Energieabgabe nahezu ausschließlich an der Kondensationsfläche des Wärmerohrs. Das heißt, dass durch Kondensation des dampfförmigen Arbeitsfluids eine gezielte Energieabgabe an der Kondensationsfläche erfolgt. Im nicht gekühlten Wärmerohrbereich, an dem keine Kondensation des dampfförmigen Arbeitsfluids erfolgt, findet dagegen nur ein deutlich reduzierter Energieübertrag statt. Für den Energieübertrag können optional die zur Verfügung stehenden Flächen vollständig zur Kondensation genutzt werden. Dieser Umstand kann entweder zur Bauraumreduzierung oder zur Reduzierung der erforderlichen Energiedichte beim Energieübertrag genutzt werden. Der Hydraulikkreislauf des Haushaltsgerätes weist an sich bekannte Flüssigkeitsleitungen und/oder eine Umwälzpumpe auf, mit deren Hilfe beispielsweise Spülflüssigkeit umgewälzt und durch den Spülraum einer Geschirrspülmaschine geführt wird. Die Heizeinrichtung kann nach Art einer Wasserheizung unmittelbar in der Flüssigkeitsleitung integriert sein. Bevorzugt kann hierbei das Wärmerohr einen Flüssigkeitsdurchlass aufweisen, durch den die Flüssigkeit strömt. Das Wärmerohr begrenzt dabei einen fluiddicht geschlossenen Raum, in dem ein Arbeitsfluid vorgesehen ist, mit dem ein Wärmetransport vom wärmeaufnehmenden Verdampferabschnitt zum wärmeabgebenden Kondensatorabschnitt des Wärmerohrs erfolgt. Der wärmeabgebende Kondensatorabschnitt des Wärmerohrs kann dabei unmittelbar über lediglich eine Wärmeübertragungsfläche in thermischem Kontakt mit der durch den Flüssigkeitsdurchlass geführten Flüssigkeitsströmung sein. Zur weiteren Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Wärmerohr und der Flüssigkeitsströmung kann das flüssigkeitsdurchströmte Innenrohr innenseitig zusätzlich eine Strömungskontur und/oder Strömungsleitelemente aufweisen, beispielsweise ein Wellenprofil, das einen Wärmeübergang in die Flüssigkeitsströmung unterstützt.

Die Heatpipe ermöglicht zudem an dem, die Flüssigkeitsströmung begrenzenden Innenrohr eine freie Oberflächengestaltung. Mit einer solchen freien Oberflächengestaltung ergeben sich zusammengefasst die folgenden Vorteile: Zum Einen kann in einfacher Weise eine Oberflächenvergrößerung der Wärmeaustauschfläche am Innenrohr vorgenommen werden. Zudem kann eine strömungsmechanisch optimale Ausformung sowohl im Hinblick auf eine gesteigerte Wärmeübertragung als auch im Hinblick auf Strömungseffizienz erzielt werden. Zusätzlich können, wie bereits oben erwähnt, kleine Mikrowirbel in der Flüssigkeitsströmung erzeugt werden, die den Wärmeübertrag weiter steigern, ohne den Strömungswiderstand nennenswert zu erhöhen. Schließlich kann bei entsprechender Auslegung die Strömungskontur die Bauteilsteifigkeit des Innenrohrs erhöhen. Aufgrund der erhöhten Bauteilsteifigkeit kann wiederum Material eingespart werden, zum Beispiel Edelstahl, dessen Materialstärke bis zu einem Bereich von 0,2 oder 0,3 mm reduzierbar ist.

Anstelle des oben erwähnten Wellenprofils kann als Strömungskontur jegliche andere geeignete Oberflächenstruktur vorgesehen sein. Beispielhaft kann das oben erwähnte Wellenprofil eine längsgeriffelte gewellte Struktur oder eine quergeriffelte gewellte Struktur beziehungsweise eine schräggeriffelte gewellte Struktur sein. Auf diese Weise können an der die Flüssigkeitsströmung begrenzende Innenwandung Mikrowirbel erzeugt werden, mit deren Hilfe der Wärmeaustausch gesteigert wird. Die Strömungskontur kann gegebenenfalls auch eine zum Beispiel rautenförmige Beulenstruktur aufweisen.

Der Begriff Haushaltsgerät ist im Sinne der Erfindung weitgefasst, wobei insbesondere auch zum Beispiel fest installierte Durchlauferhitzer mit umfasst sein sollen. Darüberhinaus kann die Erfindung bei jeglichem anderen, wasserführenden Haushaltsgerät eingesetzt werden, zum Beispiel in Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen oder aber auch in Kaffeeautomaten beziehungsweise Kaffeemaschinen.

Das Wärmerohr im Sinne der Erfindung ist als solches nicht auf eine Rohr-Geometrie festgelegt. Vielmehr kann das Wärmerohr eine beliebige Form aufweisen, solange ein ausreichender thermischer Kontakt mit der zu erwärmenden Flüssigkeitsströmung gewährleistet ist. Im Hinblick auf eine Bauraum-Reduzierung ist es jedoch von Vorteil, wenn das Wärmerohr im Profil kreisförmig ausgeführt ist. In einer bauraumsparenden Ausführung kann die Heizeinrichtung als ein doppelwandiges Heizrohr ausgeführt sein. Das Heizrohr kann ein das Wärmerohr bildendes Außenrohr, ein den Flüssigkeitsdurchlass bildendes Innenrohr sowie einen zwischengeordneten Ringspalt aufweisen. Der Ringspalt kann zusammen mit einem später beschriebenen Sammelraum den oben erwähnten fluiddicht geschlossenen Raum des Wärmerohres ausbilden. Auf diese Weise dient die gesamte zylindrischen Außenfläche des Innenrohrs als Wärmeübertragungsfläche.

An dem wärmeabgebenden Verdampferabschnitt des Wärmerohrs erfolgt der Wärmeeintrag in das Wärmerohr. Für den Wärmeeintrag kann der Verdampferabschnitt ein insbesondere elektrisch betätigbares Heizelement aufweisen. Im Hinblick auf die Reduzierung von Wärmeverlusten kann das Heizelement, beispielsweise ein Rohrheizkörper, innerhalb des fluiddicht geschlossenen Raumes des Wärmerohrs angeordnet sein.

Das an der Kondensationsfläche (Wärmeübertragungsfläche) kondensierte Arbeitsfluid kann - je nach Auslegung des Wärmerohrs - durch Schwerkraft oder zum Beispiel durch Kapillarkraft zum Verdampferabschnitt zurückkehren. In einer erfindungsgemäß bevorzugten Auslegung ist das Wärmerohr als ein sogenanntes Zwei-Phasen- Thermosiphon beziehungsweise ein Gravitationswärmerohr ausgeführt. Bei einem solchen Gravitationswärmerohr ist der fluiddicht geschlossene Raum in einen, in Einbaulage bodenseitigen Sammelraum für das flüssige Arbeitsfluid und in einen darüber angeordneten Dampfraum aufgeteilt. Bei einem Wärmeeintrag in den Sammelraum wird das flüssige Arbeitsfluid verdampft und somit in den Dampfraum überführt. Das dampfförmige Arbeitsfluid kondensiert unter Wärmeabgabe an einer Wärmeübertragungsfläche und kehrt anschließend aufgrund der Schwerkraft selbsttätig in flüssiger Form wieder in den Sammelraum zurück. Zur Umwälzung des Arbeitsfluids benötigt daher das Wärmerohr keine zusätzliche Hilfsenergie zur Aktivierung einer Umwälzpumpe, mit der das Arbeitsfluid rückführbar ist. Dadurch minimieren sich sowohl der Wartungsaufwand als auch die Betriebskosten.

Zur Ausbildung des bodenseitigen Sammelraums kann das Außenrohr ein radial nach außen abragendes Wärmerohr-Gehäuse aufweisen, das den Sammelraum begrenzt. Das Innenrohr und das Außenrohr des doppelwandigen Heizrohrs können an ihren axial gegenüberliegenden Seiten jeweils fluiddicht miteinander verbunden sein. Beispielhaft können die ineinander verschachtelten Innen- und Außenrohre an jeder der axial gegenüberliegenden Stirnseiten zu einem doppelwandigen Ringbund zusammengefügt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Heizeinrichtung als Wasserheizung in einer Umwälzpumpe integriert sein, mit der die Flüssigkeit zum Beispiel in einem Hydraulikkreislauf zwangsumgewälzt wird. Bevorzugt kann das Wärmerohr innerhalb eines Pumpengehäuses in einer Strömungskammer der Umwälzpumpe angeordnet. Als Strömungskammer kann die Umwälzpumpe einlassseitig eine Schaufelradkammer mit einem die Flüssigkeit fördernden Schaufelrad aufweisen. Auslassseitig kann die Umwälzpumpe eine Druckkammer aufweisen, die stromab von der Schaufelradkammer angeordnet ist und in die die vom Schaufelrad geförderte Flüssigkeit mit hoher Strömungsgeschwindigkeit einströmt. Der Druckkammer kann in der Strömungsrichtung in einem Strömungskanal übergehen, der die Flüssigkeit zu einem auslassseitigen Druckstutzen führt. Bevorzugt kann das Wärmerohr mit seiner Wärmeübertragungsfläche der Druckkammer zugewandt sein. Die Druckkammer erstreckt sich bevorzugt ringförmig um eine Mittelachse der Umwälzpumpe. Zudem kann die Druckkammer radial nach außen durch das Innenrohr des doppelwandigen Heizrohrs begrenzt sein. Die Flüssigkeitsströmung bewegt sich dabei in der Druckkammer in einer Rotationsbewegung, das heißt tangential zur Innenseite des Innenrohrs. Auf diese Weise ergibt sich eine vergleichsweise hohe Verweildauer der Flüssigkeitsströmung in der Druckkammer.

Wie oben erwähnt, kann das Innenrohr des Wärmerohrs radial außenseitig die Druckkammer der Umwälzpumpe begrenzen. Das Außenrohr des Wärmerohres kann dagegen über einen zwischengeordneten Luftspalt beabstandet von einer zylindrischen, äußeren Gehäusewandung des Pumpengehäuses angeordnet sein. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das dampfförmige Arbeitsfluid weitgehend nicht am Außenrohr, sondern alleine am Innenrohr kondensiert und somit Wärme an die durchströmende Flüssigkeit abgibt. In der zylindrischen Gehäusewandung des Pumpengehäuses kann eine Aussparung vorgesehen sein, durch die das den Sammelraum des Wärmerohrs begrenzende Wärmerohr-Gehäuse ragt. Gegebenenfalls am Wärmerohr-Gehäuse befindliche Anschlußbuchsen des Heizelements sind somit von außen zugänglich. Die zylindrische äußere Gehäusewandung des Pumpengehäuses stirnseitig über eine Kammerwand in eine radial innere zylindrische Pumpenwand über. Die innere zylindrische Pumpenwand begrenzt zusammen mit dem Innenrohr des doppelwandigen Heizrohrs die Druckkammer. Bevorzugt ist das doppelwandige Heizrohr an den axial gegenüberliegenden stirnseitigen Kammerwänden der Druckkammer festgelegt. Hierzu ist jeder stirnseitige Ringbund des doppelwandigen Heizrohrs jeweils in einer Ringnut der zugewandten Kammerwand unter Zwischenlage eines Dichtmittels eingesetzt. Eine der beiden axial beabstandeten Kammerwände bildet einen Übergang zwischen der äußeren und der inneren Pumpengehäusewand, während die andere, axial gegenüberliegende Kammerwand eine abnehmbare Abdeckung sein kann, durch die eine Antriebswelle des Schaufelrades zum elektrischen Antriebsmotor der Pumpe geführt ist. Anstelle der oben erwähnten, zu erwärmenden Flüssigkeitsströmung kann jegliche Art von Fluidströmung unabhängig vom Phasenzustand verwendet werden. Die Fluidströmung kann in Abkehr von den obigen Ausführungsformen von der Heatpipe auch gekühlt werden. Beispielhaft kann der Kühlraum eines Kältegeräts mit Hilfe des Wärmerohrs gekühlt werden. Hierzu kann anstelle der zu erwärmenden Flüssigkeitsströmung mit Hilfe eines Gebläses ein zu kühlender Luftstrom durch das Wärmerohr geführt werden. Bei einem Kühlbetrieb wirkt zum Beispiel der Ringspalt der Heatpipe als wärmeaufnehmender Verdampferabschnitt der Heatpipe, während das Wärmerohr-Gehäuse als wärmeabgebender Kondensatorabschnitt wirkt. In dem Wärmerohr-Gehäuse ist - im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen - kein Heizkörper, sondern ein geeignet gestaltetes Kühlelement angeordnet.

In einem solchen Kühlbetrieb wird dem entlang des Innenrohrs strömenden Luftstrom Wärme entzogen, die auf das im Ringspalt befindliche Arbeitsmedium übertragen wird. Das Arbeitsmedium wird durch den Energieeintrag vom Luftstrom von der flüssigen Phase in die dampfförmige Phase übergeführt. Das dampfförmige Arbeitsmedium wird wiederum am Kühlelement kondensiert.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen, vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 in jeweils unterschiedlichen Ansichten eine erfindungsgemäße

Heizeinrichtung in Alleinstellung;

Fig. 4 eine Seitenschnittdarstellung einer, in einem Hydraulikkreislauf eines wasserführenden Haushaltsgerätes verwendeten Umwälzpumpe; und Fig. 5 unterschiedliche Varianten eines Innenrohrs der Heizeinrichtung.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Heizeinrichtung zur Erwärmung einer Flüssigkeitsströmung I (Fig. 1 oder 3) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Heizeinrichtung kann beispielhaft eine im Hydraulikkreislauf einer Geschirrspülmaschine eingebaute Wasserheizung sein, die in einer in der Fig. 1 angedeuteten Flüssigkeitsleitung 3 integriert ist. Die Heizeinrichtung weist gemäß den Fig. 1 bis 3 ein doppelwandiges Heizrohr 5 auf, bei dem das Außenrohr 1 als ein Wärmerohr bzw. als eine Heatpipe ausgeführt ist. Zudem weist das doppelwandige Heizrohr 5 ein flüssigkeitsdurchströmtes Innenrohr 7 sowie einen zwischengeordneten Ringspalt 9 (Fig. 3) auf. Die beiden Innen- und Außenrohre 1 , 7 sind gemäß den Fig. 1 bis 3 koaxial zueinander angeordnet, wodurch der Ringspalt 9 entlang des Umfangs eine konstante Spaltbreite aufweist. Der Ringspalt 9 ist zusammen mit einem später beschriebenen bodenseitigen Sammelraum 13 Bestandteil eines fluiddicht sowie druckdicht geschlossenen Raums 8 zwischen dem Innen- und dem Außenrohr 1 , 7. Zur fluiddichten Abkapselung sind die Innen- und Außenrohre 1 , 7 an ihren in der Axialrichtung gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils zu einem doppelwandigen Ringbund 1 1 zusammengefügt, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist. Jeder Ringbund 1 1 des Heizrohrs 5 ist in nicht näher dargestellter Weise an der Flüssigkeitsleitung 3 angeschlossen. In der Fig. 3 ist das doppelwandige Heizrohr 5 in der Einbaulage gezeigt. Demzufolge weist dessen Außenrohr 1 bodenseitig ein radial nach außen abragendes Gehäuse 17 auf, das einen Wärmerohr-Sumpf beziehungsweise den bereits oben genannten Sammelraum 13 begrenzt. In dem Sammelraum 13 ist ein Rohrheizkörper 15 angeordnet, dessen elektrische Anschlüsse 19 durch das Wärmerohr-Gehäuse 13 nach außen geführt sind.

Innerhalb des fluiddicht geschlossenen Raums 8 ist ein Arbeitsfluid 14 vorgesehen, das sich bei deaktivierter Heizeinrichtung zum großen Teil in flüssiger Phase bodenseitig im Sammelraum 13 sammelt. Ein kleinerer Teil des Arbeitsfluids ist in dampfförmiger Phase im darüber angeordneten Ringraum 9 verteilt, der den Dampfraum des Wärmerohrs 1 bildet. Bei Aktivierung des im Sammelraum 13 angeordneten Heizkörpers 15 wird das flüssige Arbeitsfluid unter Wärmeeintrag in den darüber angeordneten Ringraum 9 verdampft. Das dampfförmige Arbeitsfluid kondensiert dabei auf der Außenfläche 21 des Innenrohrs 7 und wird aufgrund der Schwerkraft selbsttätig wieder in den Sammelraum 13 zurückgeführt. Der Sammelraum 13 bildet somit einen wärmeaufnehmenden Verdampferabschnitt 23, während der darüber angeordnete Ringraum 9 mit der Wärmeübertragungsfläche 21 einen wärmeabgebenden Kondensatorabschnitt 25 des Wärmerohrs 1 bildet.

Zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit vom Innenrohr 7 auf die durchströmende Flüssigkeit I weist das Innenrohr 7 innenseitig beispielhaft ein Wellenprofil 29 auf. Die sich daraus ergebenden Verwirbelungen in der Flüssigkeitsströmung I steigern die Wärmeleitfähigkeit speziell im Randbereich der Flüssigkeitsströmung I.

In der Fig. 4 ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel das doppelwandige Heizrohr 5 nicht in der Flüssigkeitsleitung 3 angeordnet, sondern vielmehr innerhalb eines Pumpengehäuses einer Umwälzpumpe 30 angeordnet. Der Aufbau und die Funktionsweise des Heizrohrs 5 ist identisch mit der des ersten Ausführungsbeispiels. Von daher wird auf die Beschreibung der Fig. 1 bis 3 verwiesen.

Wie in der Fig. 4 angedeutet, ist eine Flüssigkeitsleitung 31 mit ihrem Leitungsende auf einen Ansaugstutzen 33 der Umwälzpumpe 30 geschoben, der hier koaxial zu einer Mittelachse 35 der Umwälzpumpe 30 verläuft. Die Umwälzpumpe 30 weist ein um die Mittelachse 35 drehbares Schaufelrad 37 auf, das in einem Schaufelradraum 38 innerhalb des Pumpengehäuses 40 vorgesehen ist. Das Schaufelrad 37 ist über eine Antriebswelle 40 mit einem nicht angedeuteten Elektromotor in Antriebsverbindung. Der Schaufelradraum 38 ist an seiner radial äußeren Seite über einen Ringspalt 42 mit einem ringförmigen Druckraum 43 in Strömungsverbindung. Der Druckraum 43 erstreckt sich rotationssymmetrisch um die Mittelachse 35 sowie radial außerhalb über den Ansaugstutzen 33. Zwischen dem Schaufelradraum 38 und dem Druckraum 43 ist in dem Ringspalt 42 ein ortsfestes Leitrad 44 vorgesehen, das drehfest auf einem Lagersitz des Pumpengehäuses 40 sitzt. Die Leitwände des Leitrades 44 sind steil angestellt, so dass die einströmende Flüssigkeitsströmung I in hoher Strömungsgeschwindigkeit sowie in radialer Umfangsrichtung die Druckkammer 33 durchströmt. Die Druckkammer 33 ist radial nach außen durch das Innenrohr 7 des doppelwandigen Heizrohrs 5 begrenzt. Das heißt, dass die Flüssigkeitsströmung nahezu tangential entlang des Innenrohrs 7 strömt. Diese Tangentialströmung wird zudem durch das Wellenprofil 29 am Innenrohr unterstützt. Entsprechend hoch ist auch die Verweildauer der Flüssigkeitsströmung I innerhalb der Druckkammer 43. Zudem wird der Flüssigkeitsströmung I mittels des Leitrads 44 eine geringe Geschwindigkeitskomponente in der Axialrichtung in Richtung auf den stromab anschließenden Strömungskanal 46 aufgeprägt. Durch den Strömungskanal 46 wird die Flüssigkeitsströmung I tangential in einen auslassseitigen Druckstutzen 47 und weitere in die Flüssigkeitsleitung 31 gefördert.

In der, in der Fig. 4 gezeigten Einbaulage begrenzt das Innenrohr 7 des Wärmerohrs 1 radial außenseitig den Druckraum 43 der Umwälzpumpe 30. Zudem ist das Außenrohr 1 radial nach außen unter Zwischenlage eines Luftspaltes 49 von der äußeren zylindrischen Gehäusewandung 39 des Pumpengehäuses 40 beabstandet. Mit Hilfe des Luftspalts 49 wird eine Wärmeabgabe über das Außenrohr 1 reduziert, und zwar zugunsten einer Wärmeabgabe über das Innenrohr 7 an die Flüssigkeitsströmung I.

Das Pumpengehäuse 40 ist in der Fig. 4 im Wesentlichen zweiteilig ausgeführt, wobei ein in der Fig. 4 linkes Gehäuseteil 51 die zylindrische äußere Gehäusewandung 39 aufweist, die einstückig über eine vertikale Kammerwand 53 in eine radial innere zylindrische Pumpenwand 54 übergeht. Auf der, der Druckkammer 43 zugewandten Seite weist die Kammerwand 53 eine Ringnut 55 auf, in die unter Zwischenlage eines Dichtelementes ein stirnseitiger Ringbund 1 1 des doppelwandigen Heizrohrs 5 eingeschoben ist. Der axial gegenüberliegende Ringbund 1 1 ist dagegen in eine korrespondierende Ringnut 56 des zweiten Gehäuseteils 57 fluiddicht eingeschoben, das die Druckkammer 43 in der Fig. 4 nach rechts fluiddicht verschließt.

In der Fig. 5 sind unterschiedliche Varianten des Innenrohrs 7 dargestellt, wonach zusätzliche Strömungsleitelemente 59 innenseitig am Innenrohr 7 angeformt sind, mit deren Hilfe der Flüssigkeitsströmung I eine für die Wärmeübertragung unterstützenden Strömungsbild aufgeprägt werden kann.

Anstelle der oben erwähnten Flüssigkeitsströmung I kann jegliche Art von Fluidstromung unabhängig vom Phasenzustand verwendet werden. Die Fluidstromung I wird in den oben angegebenen Ausführungsbeispielen zwar durch Anwendung der Heatpipe erwärmt. In Erweiterung der gezeigten Ausführungsbeispiele kann jedoch die Heatpipe auch zur Kühlung einer Fluidstromung verwendet werden. Beispielhaft kann der Kühlraum eines Kältegeräts mit Hilfe des Wärmerohrs 1 gekühlt werden. Hierzu kann anstelle der in der Fig. 3 beschriebenen Flüssigkeitsströmung I mit Hilfe eines Gebläses ein zu kühlender Luftstrom I durch das Wärmerohr 1 geführt werden. Bei einem Kühlbetrieb wirkt der Ringspalt 9 der Heatpipe als wärmeaufnehmender Verdampferabschnitt der Heatpipe, während das Wärmerohr-Gehäuse 17 als wärmeabgebender Kondensatorabschnitt wirkt. In dem Wärmerohr-Gehäuse 17 ist - im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen - kein Heizkörper 15, sondern ein geeignet gestaltetes Kühlelement angeordnet.

Im Kühlbetrieb wird dem entlang des Innenrohrs 7 strömenden Luftstrom I Wärme entzogen, die auf das im Ringspalt 9 befindliche Arbeitsmedium 14 übertragen wird. Das Arbeitsmedium 14 wird durch den Energieeintrag vom Luftstrom I von der flüssigen Phase in die dampfförmige Phase übergeführt. Das dampfförmige Arbeitsmedium 14 wird wiederum am Kühlelement 15 kondensiert.

BEZUGSZEICHENLISTE

Wärmerohr

3 Flüssigkeitsleitung

5 doppelwandiges Heizrohr

7 Innenrohr

8 fluiddicht geschlossener Raum

9 Ringspalt

Ringbund

13 Sammelraum

14 Arbeitsfluid

15 Heizelement

17 Wärmerohr-Gehäuse

21 Wärmeübertragungsfläche

23 wärmeaufnehmender Verdampferabschnitt

25 wärmeabgebender Kondensatorabschnitt

29 Strömungskontur

30 Umwälzpumpe

31 Flüssigkeitsleitung

33 Anschlussstutzen

38 Schaufelradraum

40 Pumpengehäuse

42 Ringspalt

43 Druckkammer

44 Leitrad

47 Druckstutzen

51 Pumpengehäuseteil

53 Kammerwand

55, 56 Ringnut

57 Pumpengehäuseteil

59 Strömungsleitelemente

I Flüssigkeitsströmung

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Heizeinrichtung zur Erwärmung einer Fluidströmung, insbesondere einer Flüssigkeitsströmung (I) in einem wasserführenden Haushaltsgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung ein Wärmerohr (1 ) mit einem wärmeaufnehmenden Verdampferabschnitt (23) und einem wärmeabgebenden Kondensatorabschnitt (25) aufweist, der in thermischer Verbindung mit der Flüssigkeitsströmung (I) ist.

Heizeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (1 ) einen von der Flüssigkeit (I) durchströmten Flüssigkeitsdurchlaß (7) aufweist, der sich durch das radial äußere Wärmerohr (1 ) erstreckt, und/oder das Wärmerohr (1 ) einen fluiddicht geschlossenen Raum (8) begrenzt, in dem ein Arbeitsfluid (14) vorgesehen ist, mit dem ein Wärmetransport vom wärmeaufnehmenden Abschnitt (23) zum wärmeabgebenden Abschnitt (25) des Wärmerohrs (1 ) erfolgt.

Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeabgebende Abschnitt (25) des Wärmerohrs (1 ) eine Wärmeübertragungsfläche (21 ) zur Wärmeübertragung vom fluiddicht geschlossenen Raum (8) des Wärmerohrs (1 ) zur Flüssigkeitsströmung (I) aufweist.

Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als ein doppelwandiges Rohr (5) ausgeführt ist, mit einem das Wärmerohr (1 ) bildenden Außenrohr, einem den Flüssigkeitsdurchlaß (7) bildenden Innenrohr (7) und einem zwischengeordneten Ringspalt (9), der Bestandteil des fluiddicht geschlossenen Raums (8) des Wärmerohrs (1 ) ist.

Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeaufnehmende Verdampferabschnitt (23) des Wärmerohrs (1 ) ein insbesondere elektrisch betätigbares Heizelement (15) aufweist, das insbesondere innerhalb des fluiddicht geschlossenen Raums (8) des Wärmerohrs (1 ) angeordnet ist.

Heizeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssigkeitsdurchströmte Innenrohr (7) in freier Oberflächengestaltung eine Strömungskontur (29), insbesondere zum Beispiel ein Beulenprofil oder Wellenprofil, und/oder Strömungsleitelemente (59) aufweist.

Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (1 ) als ein Zwei-Phasen-Thermosiphon beziehungsweise ein Gravitationswärmerohr ausgeführt ist, bei dem der fluiddicht geschlossene Raum (8) aufgeteilt ist in einen in Einbaulage bodenseitigen Sammelraum (13) für das flüssige Arbeitsmedium (14) und in einen Dampfraum (9), in den hinein das flüssige Arbeitsmedium (14) unter Wärmeeintrag verdampft sowie an der im Dampfraum (9) angeordneten Wärmeübertragungsfläche (21 ) unter Wärmeabgabe kondensiert und aufgrund der Schwerkraft selbsttätig wieder in den Sammelraum (13) rückströmt.

Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Sammelraums (13) das Außenrohr (1 ) ein radial nach außen abragendes Wärmerohr-Gehäuse (17) aufweist, das den Sammelraum (13) begrenzt.

Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (7) und das Außenrohr (1 ) an ihren axial gegenüberliegenden Seiten fluiddicht miteinander verbunden sind, insbesondere jeweils stirnseitig zu einem doppelwandigen Ringbund (1 1 ) zusammengefügt sind.

0. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (1 ) in einer Strömungskammer einer Pumpe (30) angeordnet ist, und dass insbesondere die Pumpe (30) als Strömungskammer eine Schaufelradkammer (38) mit einem die Flüssigkeit fördernden Schaufelrad (37) und einer stromab davon angeordneten Druckkammer (43) aufweist.

1 1. Heizeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (43) der Pumpe (30) radial außenseitig vom Innenrohr (7) des des doppelwandigen Heizrohrs (5) begrenzt ist, und/oder dass das Außenrohr (1 ) des Heizrohrs (5) insbesondere unter Zwischenlage eines Luftspalts (49) innerhalb einer äußeren zylindrischen Gehäusewandung (39) des Pumpengehäuses (40) angeordnet ist.

12. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Gehäusewandung (39) des Pumpengehäuses (40) eine Aussparung (55) aufweist, durch die das den Sammelraum (13) des Wärmerohrs (1 ) begrenzende Gehäuse (17) ragt.

13. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Gehäusewandung (39) des Pumpengehäuses (40) in eine radial innere zylindrische Pumpenwand (54) übergeht, die zusammen mit dem Innenrohr (7) des doppelwandigen Heizrohrs (5) die Druckkammer (43) begrenzt.

14. Pumpe mit einer Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.