DE10049030A1 - Heizkörperblock - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkörperblock mit mehreren nebeneinanderliegenden Heizelementen, von denen ein erster Teil von einem oder mehreren fluiddurchströmbaren Rohren (1) und ein zweiter Teil von einem oder mehreren elektrischen, über zugehörige Ansteuereinrichtung angesteuerten Heizelementen (2) gebildet ist, und mit seitlich angeordneten, eintritts- und austrittsseitigen Sammelräumen (8, 9, 13), in welche das oder die fluiddurchströmbaren Rohre münden. DOLLAR A Erfindungsgemäß beinhaltet die Ansteuereinrichtung für die elektrischen Heizelemente eine Leistungselektronikbaueinheit (16), die an einer Seite des Heizblocks angeordnet ist. DOLLAR A Verwendung z. B. in Heizungs- oder Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkörperblock mit meh
reren nebeneinanderliegenden Heizelementen, von denen ein
erster Teil von einem oder mehreren fluiddurchströmbaren Roh
ren und zweiter Teil von einem mehreren elektrischen Heizele
menten gebildet ist, die über eine zugehörige Ansteuerein
richtung angesteuert werden, sowie mit seitlich angeordneten,
eintritts- und austrittsseitigen Sammelräumen, in welche das
oder die fluiddurchströmbaren Rohre münden.
Derartige Heizkörperblöcke werden beispielsweise für Heizkör
per von Heizungs- oder Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen ver
wendet, um einen über den Heizkörper hinweggeführten, in ei
nen Fahrzeuginnenraum eingeleiteten Zuluftstrom aufzuheizen.
Das oder die elektrischen Heizelemente dienen dazu, auch in
Situationen die gewünschte Heizleistung bereitstellen zu kön
nen, in denen selbige nicht allein von einem das oder die
Rohre durchströmenden Heizmedium aufgebracht werden kann.
Letzteres kann z. B. bei einer Heizungs- oder Klimaanlage ei
nes Kraftfahrzeugs, bei der als Heizmedium ein Motorkühlmit
tel dient, in Situationen mit relativ niedriger Motorkühlmit
teltemperatur der Fall sein, z. B. während eines Kaltstarts
des Fahrzeugmotors.
Ein in der Offenlegungsschrift DE 198 35 229 A1 beschriebener
Heizkörperblock beinhaltet einen Rohr-/Rippenblock mit ova
len, parallel nebeneinanderliegenden Flachrohren und zwi
schenliegenden Wellrippen, in den in gewissen Abständen elek
trische Heizelemente eingebracht sind. Letztere bestehen aus
einem rechteckigen, plattenförmigen Wärmeabgabekörper, beid
seits gegen diesen anliegenden Wellrippen und einem einfas
senden Rahmen. Der Wärmeabgabekörper beinhaltet ein sandwich
artig zwischen Elektrodenplatten angeordnetes Wärmeabgabeele
ment z. B. in Form eines sogenannten PTC-Elementes. Die fluid
durchströmbaren Rohre münden an ihren gegenüberliegenden En
den in jeweils einen von zwei Sammelräumen, die an zwei ge
genüberliegenden Blockseiten angeordnet sind. Die Ansteuerung
der elektrischen Heizelemente erfolgt über einen äußeren,
d. h. außerhalb des Heizkörperblocks angeordneten Regelkreis,
der z. B. bei Verwendung des Heizkörperblocks in einer Fahr
zeug-Klimaanlage von einer Fahrzeugbatterie gespeist wird.
Ein von der Firma Denso Corp. auf der IAA, Frankfurt, 1999
vorgestellter Heizkörperblock dieses Typs verfügte zur An
steuerung der elektrischen Heizelemente über Relais, die sich
außerhalb des Heizkörperblocks befinden und über einen Kabel
leitungssatz mit den elektrischen Heizelementen verbunden
sind.
Alternativ zur vorliegenden Art von Heizkörperblöcken mit so
wohl wenigstens einem fluiddurchströmbaren Rohr als auch we
nigstens einem elektrischen Heizelement ist es bekannt, einen
Heizkörperblock ausschließlich mit elektrischen Heizelementen
aufzubauen. Eine solche elektrische Heizeinrichtung ist in
der Offenlegungsschrift DE 197 38 318 A1 beschrieben. Dort
sind die elektrischen Heizelemente zu einem Heizblock zusam
mengesetzt, der in einem Rahmen gehalten ist. Zur Ansteuerung
der elektrischen Heizelemente dient eine Ansteuereinrichtung
mit einer Ansteuerlogik und einer Leistungselektronik. Die
Ansteuereinrichtung bildet mit dem Heizblock eine bauliche
Einheit und ist zu diesem Zweck bevorzugt als Steckmodul aus
gebildet, das an den Heizblock über elektrische Anschlüsse
seitlich ansteckbar ist. Die Leistungselektronik beinhaltet
wärmeabgebende Komponenten, wie Leistungstransistoren oder
dergleichen, denen Kühlkörper zugeordnet sind, die von einem
durch die Heizeinrichtung zu erwärmenden Luftstrom angeströmt
und dadurch gekühlt werden.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel
lung eines Heizkörperblocks der eingangs genannten Art
zugrunde, der relativ einfach in der Herstellung ist und sich
kompakt bauen lässt, keine Relaisgeräusche verursacht und ei
ne gute Heizenergienutzung aufweist.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung
eines Heizkörperblocks mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Er
findungsgemäß dient zur Ansteuerung des oder der elektrischen
Heizelemente eine Leistungselektronik, die als Baueinheit an
einer Seite des Heizblocks angeordnet ist. Durch die Verwen
dung einer Leistungselektronik mit entsprechenden Leistungs
halbleiterschaltern, insbesondere Leistungstransistoren, kann
auf Ansteuerrelais verzichtet werden. Durch die direkte An
bindung der Leistungselektronik seitlich an den Heizkörper
block steht ein Heizkörperblock mit integrierter elektrischer
Heizelement-Ansteuereinrichtung zur Verfügung, das sich ins
gesamt vergleichsweise kompakt bauen lässt und mit dement
sprechend geringem Bauraum auskommt. Zudem lässt sich durch
das Anordnen der Leistungselektronikbaueinheit am Heizkörper
block von der Leistungselektronik im Betrieb erzeugte Abwärme
zusätzlich für den Heizzweck des Heizkörperblocks nutzen,
z. B. zur Aufheizung eines über den Heizkörperblock hinwegge
führten, aufzuheizenden Luftstroms bei Verwendung des Heiz
körperblocks in einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraft
fahrzeugs.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach An
spruch 2 sind die eintritts- und austrittsseitigen Sammelräu
me beide an einer ersten Blockseite angeordnet, während sich
auf der gegenüberliegenden Blockseite die Leistungselektro
nikbaueinheit befindet und für eine Fluidumlenkung gesorgt
ist, um das vom eintrittsseitigen Sammelraum durch das oder
die fluiddurchströmbaren Rohre zur zweiten Blockseite geführ
te, flüssige oder gasförmige Heizmedium zur ersten Blockseite
in den austrittsseitigen Sammelraum zurückzuleiten. Da somit
an der zweiten Blockseite kein Sammelraum benötigt wird, läßt
sich dort die Leistungselektronikbaueinheit ohne signifikante
Erhöhung der Abmessungen verglichen mit einem herkömmlichen
Heizkörperblock mit auf gegenüberliegenden Blockseiten vorge
sehenen Sammelräumen anordnen. Eine konstruktionstechnisch
vorteilhafte Ausgestaltung sieht gemäß Anspruch 3 die Verwen
dung von Mehrkanal-Flachrohren mit in Blocktiefenrichtung
mehreren parallelen Kanälen und eine Fluidumlenkung in Block
tiefenrichtung für das die Flachrohre durchströmende Heizme
dium vor. Daher sind die Flachrohre an der zweiten Blockseite
geschlossen, was problemlos das dortige Anbringen der Leis
tungselektronikbaueinheit ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine Perspektivdarstellung eines
Heizkörperblocks für einen Heizkörper einer Heizungs- oder
Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
Der gezeigte Heizkörperblock beinhaltet eine Folge von neben
einanderliegenden Heizelementen, die zum einen von fluid
durchströmbaren Flachrohren 1 und zum anderen von Rohren 2
mit darin aufgenommenen elektrischen Heizelementen gebildet
sind. Im gezeigten Beispiel sind die elektrischen Heizelemen
te von sogenannten PTC-Elementen gebildet. Die Rohre zur Auf
nahme der elektrischen Heizelemente werden im folgenden PTC-
Rohre genannt. Die PTC-Rohre 2 sind jeweils einzeln mit einem
vorgebbaren, vorzugsweise gleichmäßigen Abstand in die Heiz
elementfolge eingebracht, so dass zwischen je zwei PTC-Rohren
2 eine bestimmte Anzahl von z. B. fünf Flachrohren 1 liegen.
Seitlich ist die Heizelementfolge durch zwei Seitenbleche 3,
4 abgeschlossen. Zwischen je zwei Flachrohre 1 sowie zwischen
einem jeweiligen PTC-Rohr 2 und die beidseits angrenzenden
beiden Flachrohre sind vorzugsweise Wellrippen in herkömmli
cher, der Übersichtlichkeit halber nicht näher gezeigter Art
eingebracht.
Ein Sammelkasten 5 erstreckt sich über die in der Figur obere
Blockseite hinweg. Über die gesamte Längsmitte des Sammelkas
tens 5 erstreckt sich eine Längstrennwand 6, die ihn in einen
eintrittsseitigen, vorderen Sammelraum und einen austritts
seitigen, hinteren Sammelraum unterteilt. Auf Höhe der Quer
mittelebene 7 des Sammelkastens 5 ist der eintrittsseitige
Sammelraum durch eine Quertrennwand in zwei fluidgetrennte
Verteilerräume 8, 9 unterteilt, denen je ein Fluideinlass
stutzen 10, 11 zugeordnet ist. Vom austrittsseitigen, hinte
ren, ungeteilten Sammelraum führt ein Austrittsstutzen 12 ab.
Der Innenraum jedes Flachrohrs 1 ist in herkömmlicher, nicht
näher gezeigter Weise durch eine längsmittige Sicke in zwei
Kanäle unterteilt, die in Blocktiefenrichtung, d. h. senkrecht
zur Flachrohrlängserstreckung und senkrecht zur Reihenrich
tung der Heizelementfolge, hintereinanderliegen, wobei der
eine, vordere Kanal in den einen oder anderen der beiden vor
deren Verteilerräume 8, 9 und der hintere Kanal in den hinte
ren, austrittsseitigen Sammelraum 13 mündet. Auf der den Sam
melkasten 5 gegenüberliegenden Blockseite sind die Flachrohre
stirnseitig geschlossen ausgeführt, und die längskanaltren
nende Sicke endet dort mit Abstand zum geschlossenen Flach
rohrstirnende. Dadurch bildet der Bereich zwischen Sicke und
geschlossenem Flachrohrstirnende einen Fluidumlenkbereich 14,
über den die beiden Längskanäle jedes Flachrohrs 1 miteinan
der in Fluidverbindung stehen.
Dadurch kann ein flüssiges oder gasförmiges Heizmedium 15
über den einen und/oder den anderen Einlassstutzen 10, 11 in
einen oder beide Verteilerräume 8, 9 zugeführt und von dort
auf die vorderen Flachrohrlängskanäle der zugehörigen Hälfte
der Flachrohre 1 aufgeteilt werden. In diesen strömt das
Heizmedium nach unten zum Fluidumlenkbereich 14, wo es inner
halb jedes der strömungstechnisch parallelgeschalteten Flach
rohre 1 in dessen hinteren Längskanal umgelenkt wird, um von
dort zum hinteren Sammelraum 13 nach oben zu strömen und dann
über den Auslassstutzen 12 den Heizkörperblock wieder zu ver
lassen.
Je nachdem, ob das Heizmedium in einen oder beide vorderen
Verteilerräume 8, 9 zugeführt wird, heizt das Heizmedium den
Heizkörperblock nur auf der linken oder rechten Hälfte oder
aber insgesamt auf, was eine entsprechende Steuerung der
Heizleistung ermöglich. Bei dem Heizmedium kann es sich im
Fall der Verwendung des Heizkörperblocks in einer Heizungs-
oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges insbesondere um ein
Kühlmittel eines Motorkühlkreislaufs handeln, mit dem ein
Verbrennungsmotor des Fahrzeugantriebs gekühlt wird und das
sich dadurch aufheizt.
Speziell auch im letztgenannten Anwendungsfall können Situa
tionen auftreten, in denen das Heizmedium wegen zu geringer
Temperatur nicht in der Lage ist, den Heizbedarf für den
Heizkörperblock allein zu decken, z. B. während Kaltstartpha
sen des Fahrzeugs, in denen das Motorkühlmittel noch nicht
auf Betriebstemperatur aufgeheizt ist. In diesen Situationen
wird die Zuheizung aktiviert, um die restliche Heizleistung
zu erbringen.
Die Zuheizung wird hierbei in herkömmlicher Weise von einer
Ansteuereinrichtung angesteuert, die eine Leistungselektronik
umfasst, die z. B. Leistungstransistoren als Schaltelemente
zur individuellen Ansteuerung je eines Heizstrangs beinhal
tet.
Charakteristischerweise ist vorliegend die Leistungselektro
nik als entsprechende Leistungselektronikbaueinheit 16 seit
lich am Heizkörperblock angeordnet, beim gezeigten Beispiel
speziell auf der dem Sammelkasten 5 gegenüberliegenden Block
seite. Dazu ist dort eine Abschlussplatte 17 vorgesehen, wel
che auf dieser in der Figur unteren Seite die Flachrohre an
ihrer geschlossenen Stirnseite und die PTC-Rohre 2 abschließt
und an der die Leistungselektronikbaueinheit 16 mittels
Spannklammern 18 befestigt ist. Alternative Befestigungsarten
sind ebenfalls möglich, z. B. durch Verschraubung. Das Verbin
den der Abschlussplatte 17 mit den Flachrohren 1 und den PTC-
Rohren 2 erfolgt vorzugsweise durch Löten, z. B. gleichzeitig
mit dem Zusammenlöten der Flachrohre und PTC-Rohre 2 mit den
zwischenliegenden Wellrippen. Dabei sind die PTC-Rohre 2, die
jeweils ein oder mehrere PTC-Elemente enthalten, zweckmäßi
gerweise rundum geschlossen ausgeführt und zum einen mit der
Abschlussplatte 17 und zum anderen mit dem Sammelkasten 5
verlötet, mit dem auch die in diesen mündenden Flachrohre 1
dichtgelötet sind. Die Leistungselektronikbaueinheit 16 kann
zur Abschlussplatte 17 hin mit einer Dichtung versehen sein,
um das Eindringen von Feuchtigkeit und korrosiven Medien zu
verhindern.
Der Bauraum der Leistungselektronikbaueinheit 16 entspricht,
wie aus der Figur ersichtlich, höchstens in etwa demjenigen
eines typischen Sammelkastens, wie dem oberseitigen Sammel
kasten 5. Damit lässt sich der gezeigte Heizkörperblock ohne
signifikante Vergrößerung der Außenabmessungen eines konven
tionellen Heizkörperblocks bauen, der zwei Sammelkästen auf
gegenüberliegenden Blockseiten aufweist. Somit kann der ge
zeigte Heizkörperblock ohne Schwierigkeit als Ersatz derarti
ger konventioneller Heizkörperblöcke dienen.
Zur elektrischen Anbindung der Leistungselektronik 16 dient
ein Pluspol-Steckanschluss 19 an einer Stirnseite der Leis
tungselektronik 16, während der gesamte Heizkörperblock über
ein Massekabel 20 auf Masse gelegt ist, das an einer Block
schmalseite zu einem entsprechenden Anschlusspunkt 21 der Ab
schlussplatte 17 geführt ist. Zusätzlich ist in herkömmli
cher, nicht näher gezeigter Weise eine Steuerleitung vorgese
hen, über welche die Leistungselektronik 16 im Fall der Fahr
zeuganwendung mit einem Steuergerät im Fahrzeug kommuniziert,
z. B. über einen Datenbus oder ein PWM-Signal. Dabei kann die
Steuerleitung ebenfalls an einer Stirnseite der Leistungs
elektronik 16 angeschlossen sein.
Mit dem Heizkörperblock wird im Betrieb ein aufzuheizendes
Medium beheizt, das in Blocktiefenrichtung durch den Heizkör
perblock hindurchgeführt wird, genauer gesamt durch die Zwi
schenräume zwischen den von den Flachrohren 1 und den PTC-
Rohren 2 gebildeten Heizelementen hindurch. Bei Verwendung in
einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs handelt
es sich beim aufzuheizenden Medium speziell um einen in einen
Fahrzeuginnenraum einzuleitenden Luftstrom.
Da die Leistungselektronik 16 über die Abschlussplatte 17
wärmeleitend mit den Flachrohren 1 verbunden ist, kann Abwär
me, die im Betrieb in der Leistungselektronik 16 entsteht,
insbesondere durch Aufheizung der dortigen Leistungstransis
toren, über die Abschlussplatte 17 in das die Flachrohre 1
durchströmende Heizmedium und/oder in das vom Heizkörperblock
aufzuheizende Medium abgeleitet werden. Zusätzlich oder al
ternativ können zur Kühlung der Leistungselektronik 16 nicht
gezeigte Kühlrippen an der Außenseite der Leistungselektro
nikbaueinheit 16 vorgesehen sein, vorzugsweise an der Ein
trittsseite des Heizkörperblocks für das aufzuheizende Medi
um, so dass die Kühlrippen von dem aufzuheizenden, noch küh
len Medium direkt angeströmt werden.
Die obige Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbei
spiels macht deutlich, dass sich durch die erfindungsgemäße
Anbringung der Leistungselektronik 16 direkt am Heizkörper
block 1 ein vergleichsweise kompakt gebauter Heizkörperblock
mit integrierter Leistungselektronik realisieren lässt, der
relativ wenig Bauraumbedarf hat und den Verkabelungsaufwand
minimal hält. Der erfindungsgemäße Heizkörperblock lässt sich
mit den üblichen Abmessungen eines herkömmlichen Heizkörper
blocks fertigen und daher problemlos z. B. in üblichen Hei
zungs- oder Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen verwenden. Die
Abwärme der Leistungselektronik kann mit zur Beheizung des
durch den Heizkörperblock aufzuheizenden Mediums genutzt wer
den, was den Wärmenutzungsgrad verbessert.
Es versteht sich, dass je nach Anwendungsfall neben der ge
zeigten auch andere Realisierungen des erfindungsgemäßen
Heizkörperblocks möglich sind. So kann statt dem gezeigten
zweiteiligen eintrittsseitigen Sammelraum ein einteiliger,
ungeteilter Sammelraum mit zugehörigem Einlassstutzen vorge
sehen sein. Statt der rohrinternen Fluidumlenkung durch die
verkürzte Sicke kann ein externer Umlenkbereich vorgesehen
sein, in den die dann auch an dieser Stirnseite offenen Mehr
kanal-Flachrohre münden, wobei jedes Flachrohr auch mehr als
zwei parallele Kanäle aufweisen kann.
Als weitere Alternative kann statt des gezeigten geradlinigen
Flachrohrtyps jeder andere, für diese Art von Wärmeübertra
ger-Rohrblöcken übliche Rohrtyp zum Einsatz kommen, wie Rund
rohre, Serpentinenrohre und scheibenförmig aufgebaute Rohrka
näle. In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Er
findung ist die Leistungselektronikbaueinheit an einer Block
seite angeordnet, die zu einer Blockanschlussseite benachbart
ist, an der sich wenigstens einer der Sammelräume befindet,
d. h. in der Figur an der linken oder rechten Seite des dorti
gen Heizkörperblocks. In diesem Fall können der eintritts-
und der austrittsseitige Sammelraum bei Bedarf auch an gegen
überliegenden Blockseiten angeordnet sein.
Claims (3)
1. Heizkörperblock mit
mehreren nebeneinanderliegenden Heizelementen, von de nen ein erster Teil von einem oder mehreren fluiddurchström baren Rohren (1) und ein zweiter Teil von einem oder mehreren elektrischen, über eine zugehörige Ansteuereinrichtung ange steuerten Heizelementen (2) gebildet ist, und
seitlich angeordneten, eintritts- und austrittsseitigen Sammelräumen (8, 9, 13), in welche das oder die fluid durchströmbaren Rohre münden, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ansteuereinrichtung für das oder die elektrischen Heizelemente (2) eine Leistungselektronikbaueinheit (16) be inhaltet, die an einer Seite des Heizblocks angeordnet ist.
mehreren nebeneinanderliegenden Heizelementen, von de nen ein erster Teil von einem oder mehreren fluiddurchström baren Rohren (1) und ein zweiter Teil von einem oder mehreren elektrischen, über eine zugehörige Ansteuereinrichtung ange steuerten Heizelementen (2) gebildet ist, und
seitlich angeordneten, eintritts- und austrittsseitigen Sammelräumen (8, 9, 13), in welche das oder die fluid durchströmbaren Rohre münden, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ansteuereinrichtung für das oder die elektrischen Heizelemente (2) eine Leistungselektronikbaueinheit (16) be inhaltet, die an einer Seite des Heizblocks angeordnet ist.
2. Heizkörperblock nach Anspruch 1, weiter dadurch gekenn
zeichnet, dass
die eintritts- und austrittsseitigen Sammelräume (8, 9, 13) sämtlich an einer ersten Blockseite angeordnet sind und
an einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Block seite eine Fluidumlenkung vorgesehen und die Leistungselekt ronikbaueinheit (16) angeordnet ist.
die eintritts- und austrittsseitigen Sammelräume (8, 9, 13) sämtlich an einer ersten Blockseite angeordnet sind und
an einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Block seite eine Fluidumlenkung vorgesehen und die Leistungselekt ronikbaueinheit (16) angeordnet ist.
3. Heizkörperblock nach Anspruch 2, weiter dadurch gekenn
zeichnet, dass
die fluiddurchströmbaren Rohre von Mehrkanal- Flachrohren (1) mit wenigstens einem ersten, eintrittsseiti gen und wenigstens einem in Blocktiefenrichtung hinter dem wenigstens einen ersten liegenden zweiten, austrittsseitigen Kanal, wobei der wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite Kanal an der zweiten Blockseite über die Fluidumlen kung in Fluidverbindung stehen, und
die Leistungselektronikbaueinheit (16) an der zweiten Blockseite angeordnet ist.
die fluiddurchströmbaren Rohre von Mehrkanal- Flachrohren (1) mit wenigstens einem ersten, eintrittsseiti gen und wenigstens einem in Blocktiefenrichtung hinter dem wenigstens einen ersten liegenden zweiten, austrittsseitigen Kanal, wobei der wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite Kanal an der zweiten Blockseite über die Fluidumlen kung in Fluidverbindung stehen, und
die Leistungselektronikbaueinheit (16) an der zweiten Blockseite angeordnet ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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