DE102010037128A1 - Heating device for use in vehicle .e. road vehicle, for heating fuel-powered vehicle interior part, has heat pipe whose one side is arranged at outer side of passenger cabin and another side is arranged within cabin - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Heizvorrichtung mit zumindest einem elektrischen Heizelement und zumindest einem Wärmerohr (heatpipe), das zur Wärmeübertragung zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Wärmerohres über ein verdampfendes und kondensierendes Wärmeträgermedium ausgebildet ist.The present invention relates to a vehicle heating device with at least one electric heating element and at least one heat pipe (heat pipe), which is designed for heat transfer between a first side and a second side of the heat pipe via a vaporizing and condensing heat transfer medium.
Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Straßenfahrzeugen, ist es üblich, eine Fahrzeug-Heizvorrichtung bereitzustellen, mit der ein Beheizen einer Fahrgastzelle und gegebenenfalls weiterer Bereiche ermöglicht wird. In herkömmlichen Straßenfahrzeugen wurde zu diesem Zweck üblicherweise die Abwärme von einem Verbrennungsmotor genutzt, die über eine Motorkühlflüssigkeit und einen Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher zu einem Teil auf Luft übertragen wird, die einem Innenraum zu dessen Konditionierung zugeführt wird.In vehicles, in particular in road vehicles, it is common to provide a vehicle heater, with the heating of a passenger compartment and possibly other areas is made possible. In conventional road vehicles for this purpose, usually the waste heat from an internal combustion engine was used, which is transmitted via an engine coolant and a liquid-to-air heat exchanger to a part of air, which is supplied to an interior to the conditioning.
Insbesondere aufgrund der Entwicklung von immer verbrauchsoptimierteren kraftstoffbetriebenen Antriebsmotoren, bei denen die Abwärme in vielen Betriebszuständen nicht mehr zu einer ausreichenden Beheizung des Innenraums ausreicht, werden in immer größerem Umfang Zuheizer verbaut, die zusätzlich Heizleistung bereitstellen. Ferner findet vermehrt eine Entwicklung von Elektrofahrzeugen, die rein elektrisch angetrieben werden, und sogenannten Hybrid-Fahrzeugen, die sowohl einen elektrischen Antriebsmotor als auch einen Verbrennungsmotor aufweisen, statt. Auch bei diesen Fahrzeugen stellen die Antriebskomponenten zumindest bei vielen Betriebszuständen keine ausreichende Wärme zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums bereit.In particular, due to the development of increasingly fuel-efficient fuel-powered drive motors, in which the waste heat is no longer sufficient in many operating conditions to a sufficient heating of the interior, heaters are increasingly installed, which provide additional heating power. Further, development of electric vehicles which are driven purely by electricity and so-called hybrid vehicles having both an electric drive motor and an internal combustion engine are increasingly taking place. Even with these vehicles, the drive components do not provide sufficient heat for heating a vehicle interior, at least in many operating states.
Als Heizvorrichtungen zur Beheizung von Fahrzeuginnenräumen können brennstoffbetriebene Heizgeräte, die oftmals mit demselben Brennstoff wie ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugs betrieben werden, oder auch elektrische Heizvorrichtungen, die unter Aufnahme von elektrischer Energie Wärmeenergie bereitstellen, zum Einsatz kommen. Als elektrische Heizvorrichtungen kommen dabei insbesondere Widerstandsheizer zum Einsatz, die elektrische Energie in ohmsche Wärme umsetzen. Besonders häufig kommen dabei sogenannte PTC-Heizelemente zum Einsatz, die eine Widerstands-Temperatur-Charakteristik aufweisen, die oberhalb eines Arbeitspunkts einen steilen Anstieg des elektrischen Widerstands bei ansteigender Temperatur zeigen. Diese üblicherweise keramischen PTC-Heizelemente weisen dabei weitestgehend selbstregelnde Eigenschaften auf, die aufgrund der Widerstands-Temperatur-Charakteristik ein zu starkes Erhitzen über vorgegebene Grenztemperaturen verhindern. Die elektrischen Widerstandsheizelemente werden üblicherweise in unmittelbarem Kontakt mit zu erwärmender Luft innerhalb der Fahrgastzelle angeordnet.As heating devices for heating vehicle interiors, fuel-operated heaters, which are often operated with the same fuel as an internal combustion engine of the vehicle, or electric heaters that provide heat energy by absorbing electrical energy can be used. In particular, resistance heaters used to convert electrical energy into ohmic heat are used as electric heaters. So-called PTC heating elements which have a resistance-temperature characteristic which above a working point show a steep rise in the electrical resistance with increasing temperature are particularly frequently used. These usually ceramic PTC heating elements have largely self-regulating properties that prevent excessive heating above predetermined limit temperatures due to the resistance-temperature characteristic. The electrical resistance heating elements are usually arranged in direct contact with air to be heated within the passenger compartment.
Aus der
Fahrzeuge, insbesondere Straßenfahrzeuge, weisen in der Regel einen Gefährdungsbereich auf, in dem Komponenten mit Gefährdungspotential für Fahrzeuginsassen angeordnet sind. Bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor bildet der Motorraum üblicherweise einen Teil des Gefährdungsbereichs. Bei einem Elektro- oder Hybridfahrzeug bilden auch Bereiche, in denen sich die Leistungselektronik, gegebenenfalls die Batterie und der Elektromotor (oder die Elektromotoren) befinden, einen Teil des Gefährdungsbereichs. Der Gefährdungsbereich ist üblicherweise durch eine Unterteilungsstruktur von der Fahrgastzelle abgetrennt. Die Unterteilungsstruktur soll dabei gewährleisten, dass Fahrzeuginsassen sowohl im Normalbetrieb als auch im Fall eines Unfalls nicht mit den Komponenten mit Gefährdungspotential in Kontakt kommen. Bei herkömmlichen Straßenfahrzeugen wird die Unterteilungsstruktur durch die sogenannte Spritzwand gebildet.Vehicles, in particular road vehicles, generally have a hazardous area in which components with hazard potential for vehicle occupants are arranged. In a conventional vehicle with an internal combustion engine, the engine compartment usually forms part of the hazardous area. In an electric or hybrid vehicle, areas in which the power electronics, possibly the battery and the electric motor (or the electric motors) are located, form part of the hazardous area. The hazardous area is usually separated by a subdivision structure of the passenger compartment. The subdivision structure is intended to ensure that vehicle occupants do not come into contact with the components with risk potential both in normal operation and in the event of an accident. In conventional road vehicles, the subdivision structure is formed by the so-called bulkhead.
Die Fahrgastzelle befindet sich auf der von dem Gefährdungsbereich abgewandten Seite der Unterteilungsstruktur. Im Bereich der Fahrgastzelle befindet sich auch der sogenannte Klimakasten einer Heizungs-Lüftungs-Klimatisierungs-Einheit (HVAC, heating-venting-air conditioning), in dem dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Luft mittels ein oder mehrerer Wärmetauscher und gegebenenfalls weiterer Komponenten konditioniert (insbesondere erwärmt, gekühlt, getrocknet, etc.) wird. Üblicherweise befindet sich der Klimakasten dabei in der Fahrgastzelle in einem Bereich vor einer Instrumententafel und ist über Luftleitkanäle mit dem Innenraum verbunden.The passenger compartment is located on the side facing away from the danger area side of the subdivision structure. In the area of the passenger compartment, there is also the so-called air conditioning box of a heating-ventilation-air conditioning unit (HVAC) in which the air to be supplied to the vehicle interior is conditioned (in particular heated, cooled, by means of one or more heat exchangers and optionally further components , dried, etc.) will. Usually, the air conditioning box is in the passenger compartment in an area in front of an instrument panel and is connected via Luftleitkanäle with the interior.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeug-Heizvorrichtung, ein mit einer Fahrzeug-Heizeinrichtung ausgestattetes Fahrzeug und ein Verfahren zum Anordnen einer Fahrzeug-Heizvorrichtung in einem Fahrzeug bereitzustellen, mit denen eine effiziente elektrisch Beheizung eines Innenraums ermöglicht ist und gleichzeitig auch bei einem Betrieb mit einer relativ hohen elektrischen Versorgungsspannung ein hohes Maß an Sicherheit für Fahrzeuginsassen bereitgestellt ist.It is an object of the present invention to provide a vehicle heater, a vehicle heater-equipped vehicle, and a method of arranging a vehicle heater in a vehicle that enable efficient electrically heating of an interior and at the same time in an operation With a relatively high electrical supply voltage, a high degree of safety is provided for vehicle occupants.
Die Aufgabe wird durch eine Fahrzeug-Heizvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. The object is achieved by a vehicle heating device according to
Die Fahrzeug-Heizvorrichtung weist auf: zumindest ein elektrisches Heizelement, das unter Aufnahme von elektrischer Energie Wärme bereitstellt, zumindest ein Wärmerohr, das eine durch das elektrische Heizelement zu beheizende erste Seite und eine zur Wärmeübertragung auf ein zu erwärmendes Medium ausgebildete, wärmeabgebende zweite Seite aufweist. Das Wärmerohr ist zur Wärmeübertragung zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite über ein verdampfendes und kondensierendes Wärmeträgermedium ausgebildet. Die erste Seite des Wärmerohres ist zur Anordnung außerhalb einer Fahrgastzelle und die zweite Seite des Wärmerohres ist zur Anordnung innerhalb der Fahrgastzelle ausgebildet.The vehicle heating device comprises: at least one electric heating element that provides heat by receiving electrical energy, at least one heat pipe having a first side to be heated by the electric heating element and a second heat-emitting side adapted to transfer heat to a medium to be heated , The heat pipe is designed for heat transfer between the first side and the second side via an evaporating and condensing heat transfer medium. The first side of the heat pipe is for placement outside a passenger compartment and the second side of the heat pipe is configured for placement within the passenger compartment.
Die Fahrzeug-Heizvorrichtung nutzt zumindest ein Wärmerohr zur Wärmeübertragung. Es kann jedoch auch eine Mehrzahl von Wärmerohren zum Einsatz kommen, von denen jedes einen Teil der zu übertragenden Wärme überträgt. Das bekannte Prinzip des Wärmerohres, das auch als Heatpipe bekannt ist, nutzt eine Wärmeübertragung durch Verdampfung und Kondensation eines in einem abgeschlossenen Raum enthaltenen Wärmeträgermediums. Das Wärmerohr umschließt dabei den abgeschlossenen Raum. Das Wärmeträgermedium und der Druck in dem abgeschlossenen Raum werden dabei so gewählt, dass das Wärmeträgermedium an der zu beheizenden ersten Seite des Wärmerohres unter Aufnahme von Verdampfungswärme verdampft wird und an der wärmeabgebenden zweiten Seite des Wärmerohres, die sich auf einem niedrigeren Temperaturniveau befindet, unter Abgabe von Kondensationswärme wieder kondensiert und flüssig zu der ersten Seite des Wärmerohres zurückgeführt wird. Das Rückführen des flüssigen Wärmeträgermediums kann dabei z. B. schwerkraftgetrieben oder unter entsprechender Ausgestaltung des Wärmerohres unterstützt durch Kapillarkräfte erfolgen. Mit derartigen Wärmerohren kann effizient eine große Wärmemenge transportiert werden. Das Wärmeträgermedium kann vorteilhaft insbesondere durch eine elektrisch nichtleitende Flüssigkeit gebildet sein. Die erste Seite des Wärmerohres wird durch das zumindest eine elektrische Heizelement beheizt. Es kann dabei jedoch auch eine Mehrzahl von elektrischen Heizelementen vorgesehen sein. Das elektrische Heizelement (bzw. die elektrischen Heizelemente) kann (bzw. können) dabei z. B. durch einen metallischen Heizdraht gebildet sein. Bevorzugt wird das elektrische Heizelement allerdings durch einen oder mehrere PTC-Heizelemente insbesondere PTC-Keramiken gebildet. Unter einem PTC-Heizelement wird dabei ein elektrisches Heizelement verstanden, das unter Aufnahme elektrischer Energie ohmsche Wärme abgibt (Widerstandsheizer) und in Bereich seiner Betriebstemperaturen einen starken Anstieg des elektrischen Widerstands mit ansteigender Temperatur aufweist. Derartige PTC-Heizelemente sind im Stand der Technik bekannt. Die zweite Seite des Wärmerohres ist zum Abgeben von Wärme an ein zu erwärmendes Medium ausgebildet. Das zu erwärmende Medium kann dabei z. B. zu erwärmende, einem Innenraum des Fahrzeugs zuzuführende Luft sein. Die zweite Seite des Wärmerohres kann dabei z. B. in geeigneter Weise mit einem Wärmetauscher zur Wärmeübertragung auf das zu erwärmende Medium ausgebildet sein.The vehicle heater uses at least one heat pipe for heat transfer. However, a plurality of heat pipes may also be used, each of which transmits a part of the heat to be transferred. The well-known principle of the heat pipe, which is also known as a heat pipe, uses a heat transfer by evaporation and condensation of a heat transfer medium contained in a closed space. The heat pipe encloses the enclosed space. The heat transfer medium and the pressure in the enclosed space are chosen so that the heat transfer medium is evaporated at the first side of the heat pipe to be heated while absorbing heat of vaporization and at the heat emitting second side of the heat pipe, which is at a lower temperature level, under delivery condensed by condensation heat and liquid is returned to the first side of the heat pipe. The recycling of the liquid heat transfer medium can be z. B. gravity-driven or with appropriate design of the heat pipe supported by capillary forces. With such heat pipes can be transported efficiently a large amount of heat. The heat transfer medium may advantageously be formed in particular by an electrically non-conductive liquid. The first side of the heat pipe is heated by the at least one electrical heating element. However, it may also be provided a plurality of electrical heating elements. The electric heating element (or the electric heating elements) can (or can) while z. B. be formed by a metallic heating wire. However, the electrical heating element is preferably formed by one or more PTC heating elements, in particular PTC ceramics. A PTC heating element is understood to be an electric heating element which releases ohmic heat while receiving electrical energy (resistance heater) and exhibits a sharp increase in electrical resistance with increasing temperature in the region of its operating temperatures. Such PTC heating elements are known in the art. The second side of the heat pipe is designed to dispense heat to a medium to be heated. The medium to be heated can be z. B. to be heated, to be supplied to an interior of the vehicle air. The second side of the heat pipe can be z. B. may be suitably formed with a heat exchanger for heat transfer to the medium to be heated.
Da die zweite Seite des Wärmerohres zur Anordnung innerhalb der Fahrgastzelle ausgebildet ist, kann die mit dem Wärmerohr übertragene Wärme effizient dem Innenraum des Fahrzeugs zugeführt werden, z. B. auf Luft übertragen werden, die dem Innenraum zugeführt wird. Die zweite Seite des Wärmerohres kann dabei z. B. zur Anordnung in einer Klimabox, in der das Konditionieren der Luft für den Fahrzeuginnenraum erfolgt, ausgebildet sein. Unter Fahrgastzelle wird in diesem Zusammenhang ein Bereich des Fahrzeugs verstanden, der sich auf der Seite einer Unterteilungsstruktur (z. B. der Spritzwand) befindet, die von einem Gefährdungsbereich, in dem Komponenten mit Gefährdungspotential für Fahrzeuginsassen angeordnet sind, abgewandt ist. Die sogenannte Klimabox bildet insbesondere einen Teil der Fahrgastzelle. Da die erste Seite des Wärmerohres zur Anordnung außerhalb der Fahrgastzelle ausgebildet ist, kann diese insbesondere in dem Gefährdungsbereich zur Anordnung gelangen. Da sich die erste Seite somit nicht innerhalb der Fahrgastzelle befindet, sind potentiell gefährliche Komponenten der Fahrzeug-Heizvorrichtung, die elektrische Spannungen führen, außerhalb der Fahrgastzelle angeordnet und können somit nicht für Fahrzeuginsassen gefährlich werden. Derartige potentiell gefährliche Komponenten bilden insbesondere das zumindest eine elektrische Heizelement und die zugehörige Leistungsversorgung und Ansteuerungselektronik. Diese Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das elektrische Heizelement nicht mit einer niedrigen Bordspannung von z. B. 12 Volt betrieben wird, sondern mit deutlich höheren Versorgungsspannungen, wie sie z. B. bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen als Bordspannungen vorliegen (sogenannte elektrische Hochvolt-Heizelemente). Mit der Kombination der Merkmale wird somit eine effiziente Beheizung des Innenraums eines Fahrzeugs erreicht, die gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit auch bei einer relativ hohen elektrischen Versorgungsspannung des elektrischen Heizelements bereitstellt. Eine hohe elektrische Versorgungsspannung liegt insbesondere bei Elektro- und Hybridfahrzeugen vor. Würde man bei derartigen Fahrzeugen die hohe Versorgungsspannung auf eine herkömmliche niedrige Bordspannung von z. B. 12 Volt umzuwandeln, um damit elektrische Heizelemente zu betreiben, müssten zum Bereitstellen von erforderlichen Heizleistungen im kW-Bereich hohe Ströme fließen. Dies würde einerseits eine aufwändige Verkabelung und andererseits relativ kostspielige Spannungswandler erfordern.Since the second side of the heat pipe is designed for placement within the passenger compartment, the heat transferred to the heat pipe can be efficiently supplied to the interior of the vehicle, e.g. B. are transferred to air, which is supplied to the interior. The second side of the heat pipe can be z. B. to be arranged in a Klimabox, in which the conditioning of the air for the vehicle interior takes place. Passenger cell is understood in this context to mean an area of the vehicle which is located on the side of a subdivision structure (eg the bulkhead) which faces away from a hazardous area in which components with potential danger for vehicle occupants are arranged. The so-called Klimabox forms in particular a part of the passenger compartment. Since the first side of the heat pipe is designed to be arranged outside the passenger compartment, it can reach the arrangement in particular in the hazardous area. Thus, since the first side is not within the passenger compartment, potentially hazardous components of the vehicle heater that carry electrical voltages are located outside the passenger compartment and thus can not be dangerous to vehicle occupants. Such potentially dangerous components form in particular the at least one electrical heating element and the associated power supply and control electronics. This arrangement is particularly advantageous if the electrical heating element is not with a low on-board voltage of z. B. 12 volts is operated, but with significantly higher supply voltages, as they are for. B. in electric or hybrid vehicles as on-board voltages present (so-called electric high-voltage heating elements). With the combination of the features an efficient heating of the interior of a vehicle is thus achieved, which simultaneously provides a high degree of safety even with a relatively high electrical supply voltage of the electric heating element. A high electrical supply voltage is present in particular in electric and hybrid vehicles. If one were in such vehicles, the high supply voltage to a conventional low on-board voltage of z. B. 12 volts to order To operate electrical heating elements, high currents would have to flow to provide required heating power in the kW range. On the one hand, this would require complex cabling and, on the other hand, relatively costly voltage transformers.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Fahrzeug-Heizvorrichtung derart ausgebildet, dass eine zumindest zweistufige elektrische Isolierung zwischen dem zumindest einen elektrischen Heizelement und dem zu erwärmenden Medium vorgesehen ist. Unter einer zumindest zweistufigen elektrischen Isolierung wird dabei verstanden, dass zumindest zwei voneinander unabhängige elektrische Isolierungen zwischen dem elektrischen Heizelement und dem zu erwärmenden Medium vorgesehen sind. Eine erste elektrische Isolierung kann z. B. durch den räumlichen Abstand zwischen der ersten und der zweiten Seite des Wärmerohres in Verbindung mit einem elektrisch nichtleitenden Wärmeträgermedium bereitgestellt sein. Bevorzugt ist dabei das Material des Wärmerohres selbst elektrisch nichtleitend oder es ist zumindest keine leitfähige Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Seite des Wärmerohres gegeben, z. B. durch eine entsprechende elektrisch isolierte Unterteilung. Die zweite elektrische Isolierung kann z. B. durch eine elektrische Isolierung zwischen dem elektrischen Heizelement und dem Wärmeträgermedium bereitgestellt sein. In dem Fall einer Anordnung des elektrischen Heizelements in dem Wärmerohr kann dies z. B. durch eine entsprechende Beschichtung der Oberfläche des elektrischen Heizelements bereitgestellt sein. Die zweite elektrische Isolierung kann aber z. B. auch durch eine elektrische Isolierung zwischen dem Wärmeträgermedium und dem zu erwärmenden Medium gebildet sein, z. B. durch ein entsprechendes Material des Wärmerohres in diesem Bereich oder durch eine entsprechende Beschichtung bzw. Ummantelung. In diesen Fällen ist jeweils ein Material zu wählen, dass zwar elektrisch isolierend ist, aber eine möglichst hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.According to one embodiment, the vehicle heating device is designed such that at least two-stage electrical insulation between the at least one electric heating element and the medium to be heated is provided. Under an at least two-stage electrical insulation is understood that at least two independent electrical insulation between the electric heating element and the medium to be heated are provided. A first electrical insulation can, for. B. be provided by the spatial distance between the first and the second side of the heat pipe in conjunction with an electrically non-conductive heat transfer medium. Preferably, the material of the heat pipe itself is electrically non-conductive or at least there is no conductive connection between the first and the second side of the heat pipe, z. B. by a corresponding electrically isolated subdivision. The second electrical insulation may, for. B. be provided by an electrical insulation between the electric heating element and the heat transfer medium. In the case of an arrangement of the electric heating element in the heat pipe, this z. B. be provided by a corresponding coating of the surface of the electric heating element. The second electrical insulation can but z. B. also be formed by an electrical insulation between the heat transfer medium and the medium to be heated, for. B. by a corresponding material of the heat pipe in this area or by a corresponding coating or sheathing. In these cases, a material should always be selected that is electrically insulating but has the highest possible thermal conductivity.
Gemäß einer Ausgestaltung ist eine elektrische Isolierungsstufe durch den räumlichen Abstand zwischen der ersten und der zweiten Seite des Wärmerohres in Verbindung mit einem elektrisch nichtleitenden Wärmeträgermedium gebildet. In diesem Fall wird der räumliche Abstand in Verbindung mit einem elektrisch nichtleitenden Wärmeträgermedium effizient zum Erzielen einer elektrischen Isolierung genutzt, ohne dabei die Wärmeübertragung negativ zu beeinflussen.According to one embodiment, an electrical isolation stage is formed by the spatial distance between the first and the second side of the heat pipe in conjunction with an electrically non-conductive heat transfer medium. In this case, the spatial distance is used in conjunction with an electrically non-conductive heat transfer medium efficiently to achieve electrical insulation, without negatively affecting the heat transfer.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das zumindest eine elektrische Heizelement in dem Wärmerohr angeordnet. Durch die Anordnung in dem Wärmerohr kann das elektrische Heizelement in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem Wärmeträgermedium gebracht werden und eine effiziente Wärmeabfuhr mit sehr geringen Wärmeübergangswiderständen ist erreicht. Insbesondere kann das elektrische Heizelement von dem Wärmeträgermedium umspült werden, sodass eine große Oberfläche für die Wärmeübertragung bereitgestellt ist. Das elektrische Heizelement selbst kann dabei z. B. eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen.According to one embodiment, the at least one electrical heating element is arranged in the heat pipe. The arrangement in the heat pipe, the electric heating element can be brought into direct thermal contact with the heat transfer medium and an efficient heat dissipation with very low heat transfer resistance is achieved. In particular, the electric heating element can be lapped by the heat transfer medium, so that a large surface is provided for the heat transfer. The electric heating element itself can be z. B. have an electrically insulating coating.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das elektrische Heizelement gegenüber dem Wärmeträgermedium elektrisch isoliert. In diesem Fall kann durch diese Isolierung eine von gegebenenfalls mehreren elektrischen Isolierungsstufen in einfacher Weise bereitgestellt werden. Die Isolierung kann z. B. durch eine elektrisch isolierende und thermisch gut leitfähige Beschichtung oder Ummantelung gebildet sein, z. B. aus MgO oder Al2O3 oder eine Folie mit derartigen Eigenschaften.According to one embodiment, the electrical heating element is electrically insulated from the heat transfer medium. In this case, one of possibly several electrical isolation stages can be provided in a simple manner by this isolation. The isolation can z. B. be formed by an electrically insulating and thermally highly conductive coating or sheath, z. B. from MgO or Al 2 O 3 or a film having such properties.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die zweite Seite des Wärmerohres derart ausgebildet, dass das Wärmeträgermedium gegenüber dem zu erwärmenden Medium elektrisch isoliert ist. Diese Isolierung kann z. B. durch ein entsprechendes Material des Wärmerohres in diesem Bereich oder durch eine elektrisch isolierende aber gut wärmeleitende Beschichtung bereitgestellt sein. In dieser Weise wird eine gute elektrische Isolierung der Fahrgastzelle gegenüber der an dem elektrischen Heizelement anliegenden Spannung erzielt.According to one embodiment, the second side of the heat pipe is designed such that the heat transfer medium is electrically insulated from the medium to be heated. This isolation can z. B. be provided by a corresponding material of the heat pipe in this area or by an electrically insulating but good thermal conductivity coating. In this way, a good electrical insulation of the passenger compartment is achieved with respect to the voltage applied to the electric heating element.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das zumindest eine elektrische Heizelement ein elektrischer Widerstandsheizer. In diesem Fall kann das elektrische Heizelement in besonders kostengünstiger Weise bereitgestellt werden. Der elektrische Widerstandsheizer kann z. B. durch einen metallischen Heizdraht oder durch ein (gegebenenfalls keramisches) PTC-Heizelement gebildet sein.According to one embodiment, the at least one electrical heating element is an electrical resistance heater. In this case, the electric heating element can be provided in a particularly cost-effective manner. The electrical resistance heater can, for. B. be formed by a metallic heating wire or by a (possibly ceramic) PTC heating element.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das zumindest eine elektrische Heizelement eine PTC-Keramik, bevorzugt eine PTC-Wabenkeramik. In diesem Fall weist das elektrische Heizelement weitestgehend selbstregelnde Eigenschaften auf, was unter Sicherheitsgesichtspunkten sehr vorteilhaft ist. Insbesondere eine PTC-Wabenkeramik weist dabei eine große Oberfläche auf, an der eine Wärmeübertragung stattfindet. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn das elektrische Heizelement in dem Wärmerohr angeordnet ist, da dann eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Heizelement und dem Wärmeträgermedium stattfinden kann. Ferner kann in diesem speziellen Fall eine große Wärmeübertragungsfläche auch auf kleinem Bauraum realisiert werden. Unter PTC-Wabenkeramik wird dabei eine PTC-Keramik verstanden, die von einer Vielzahl von Löchern durchsetzt ist, wobei an den entstehenden Wandungen jeweils Wärmeübertragungsflächen ausgebildet sind. Derartige PTC-Wabenkeramiken sind erhältlich.According to one embodiment, the at least one electrical heating element is a PTC ceramic, preferably a PTC honeycomb ceramic. In this case, the electrical heating element has largely self-regulating properties, which is very advantageous from a safety point of view. In particular, a PTC honeycomb ceramic has a large surface area at which heat transfer takes place. This may be particularly advantageous if the electric heating element is arranged in the heat pipe, since then a particularly good heat transfer between the electric heating element and the heat transfer medium can take place. Furthermore, in this special case, a large heat transfer surface can be realized even in a small space. In this case, PTC honeycomb ceramic is understood as meaning a PTC ceramic which is penetrated by a plurality of holes, heat transfer surfaces being formed on each of the resulting walls. Such PTC honeycomb ceramics are available.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die zweite Seite des Wärmerohres zur Anordnung an oder in einem Klimakasten des Fahrzeugs ausgebildet. In diesem Fall kann die Wärme an der zweiten Seite des Wärmerohres effizient und mit geringen Wärmeübergangswiderständen auf zu erwärmende Luft für einen Fahrzeuginnenraum übertragen werden. According to one embodiment, the second side of the heat pipe is designed for arrangement on or in a climate box of the vehicle. In this case, the heat at the second side of the heat pipe can be efficiently transferred to air to be heated for a vehicle interior with little heat transfer resistance.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die erste Seite des Wärmerohres zur Anordnung in einem Gefährdungsbereich, in dem Komponenten mit Gefährdungspotential für Fahrzeuginsassen angeordnet sind, ausgebildet. Der Gefährdungsbereich kann z. B. durch einen Motorraum des Fahrzeugs gebildet sein. In diesem Fall befinden sich die potentiell gefährlichen Komponenten der Fahrzeug-Heizvorrichtung in einem Bereich des Fahrzeug, der bereits üblicherweise gut von der Fahrgastzelle abgetrennt ist, sodass selbst eine hohe Versorgungsspannung für das elektrische Heizelement keine Gefährdung für Fahrzeuginsassen darstellt.According to one embodiment, the first side of the heat pipe for arrangement in a hazardous area, are arranged in the components with risk potential for vehicle occupants formed. The danger area can z. B. be formed by an engine compartment of the vehicle. In this case, the potentially dangerous components of the vehicle heating device are located in an area of the vehicle which is already usually well separated from the passenger compartment, so that even a high supply voltage for the electric heating element poses no danger to vehicle occupants.
Gemäß einer Ausgestaltung ist eine Unterteilungsstruktur vorgesehen, die eine Fahrgastzelle und einen Gefährdungsbereich, in dem Komponenten mit Gefährdungspotential für Fahrzeuginsassen angeordnet sind, voneinander trennt und die erste Seite des Wärmerohres ist auf einer Seite der Unterteilungsstruktur angeordnet und die zweite Seite des Wärmerohres ist auf der anderen Seite der Unterteilungsstruktur angeordnet. In diesem Fall sind die mit potentiell gefährlichen Komponenten versehene erste Seite und die in der Fahrgastzelle befindliche zweite Seite auf verschiedenen Seiten der Unterteilungsstruktur angeordnet, die bereits für einen Schutz der Fahrgastzelle gegen Komponenten mit Gefährdungspotential vorgesehen ist. Die Unterteilungsstruktur kann z. B. durch eine Spritzwand eines Fahrzeugs gebildet sein. Auch bei einer hohen Versorgungsspannung des elektrischen Heizelements ist in diesem Fall ein hohes Maß an Sicherheit für Fahrzeuginsassen gewährleistet.According to an aspect, there is provided a partitioning structure that separates a passenger compartment and a hazardous area in which danger potential components for vehicle occupants are disposed, and the first side of the heat pipe is disposed on one side of the partition structure and the second side of the heat pipe is on the other Side of the subdivision structure arranged. In this case, the potentially hazardous components provided first side and located in the passenger compartment second side are arranged on different sides of the partition structure, which is already provided for a protection of the passenger compartment against hazardous components. The subdivision structure may, for. B. be formed by a bulkhead of a vehicle. Even with a high supply voltage of the electric heating element, a high degree of safety for vehicle occupants is ensured in this case.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die zweite Seite des Wärmerohres mit einem Luft-Wärmetauscher zum Übertragen von Heizwärme auf Luft zum Konditionieren der Fahrgastzelle versehen. Der Luftwärmetauscher kann z. B. durch auf das Wärmerohr aufgebrachte, z. B. metallische Rippen bzw. Finnen gebildet sein oder durch eine entsprechende Gestaltung der zweiten Seite des Wärmerohres selbst mit einer großen Oberfläche. In diesem Fall ist eine effiziente Übertragung der Wärme auf zu temperierende Luft ermöglicht.According to one embodiment, the second side of the heat pipe is provided with an air heat exchanger for transmitting thermal heat to air for conditioning the passenger compartment. The air heat exchanger can, for. B. applied by the heat pipe, z. B. metallic fins or fins be formed or by an appropriate design of the second side of the heat pipe itself with a large surface area. In this case, an efficient transfer of heat to air to be tempered is possible.
Die Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug nach Anspruch 13 gelöst. Das Fahrzeug weist auf: eine Fahrgastzelle zur Aufnahme von Fahrzeuginsassen, einen Gefährdungsbereich, in dem Komponenten mit Gefährdungspotential für Fahrzeuginsassen angeordnet sind, eine Unterteilungsstruktur, die die Fahrgastzelle und den Gefährdungsbereich voneinander trennt, und einer Fahrzeug-Heizvorrichtung. Die Fahrzeug-Heizvorrichtung weist auf: zumindest ein elektrisches Heizelement, das unter Aufnahme von elektrischer Energie Wärme bereitstellt, und zumindest ein Wärmerohr, das eine durch das elektrische Heizelement zu beheizende erste Seite und eine zur Wärmeübertragung auf ein zu erwärmendes Medium ausgebildete, wärmeabgebende zweite Seite aufweist. Das Wärmerohr ist zur Wärmeübertragung zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite über ein verdampfendes und kondensierendes Wärmeträgermedium ausgebildet. Die erste Seite des Wärmerohres ist in dem Gefährdungsbereich angeordnet und die zweite Seite des Wärmerohres ist innerhalb der Fahrgastzelle angeordnet. Mit dem Fahrzeug werden die bereits in Bezug auf die Fahrzeug-Heizvorrichtung beschriebenen Vorteile erzielt.The object is also achieved by a vehicle according to
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Anordnen einer Fahrzeug-Heizvorrichtung in einem Fahrzeug nach Anspruch 14 gelöst. Das Verfahren ist ein Verfahren zum Anordnen einer Fahrzeug-Heizvorrichtung in einem Fahrzeug, das eine Fahrgastzelle zur Aufnahme von Fahrzeuginsassen, einen Gefährdungsbereich, in dem Komponenten mit Gefährdungspotential für Fahrzeuginsassen angeordnet sind, und eine Unterteilungsstruktur, die die Fahrgastzelle und den Gefährdungsbereich voneinander trennt, aufweist. Die Fahrzeug-Heizvorrichtung weist zumindest ein elektrisches Heizelement, das unter Aufnahme von elektrischer Energie Wärme bereitstellt, und zumindest ein Wärmerohr auf, das eine durch das elektrische Heizelement zu beheizende erste Seite und eine zur Wärmeübertragung auf ein zu erwärmendes Medium ausgebildete, wärmeabgebende zweite Seite aufweist. Das Wärmerohr ist zur Wärmeübertragung zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite über ein verdampfendes und kondensierendes Wärmeträgermedium ausgebildet. Das Verfahren weist den Schritt auf: Anordnen der ersten Seite des Wärmerohres in dem Gefährdungsbereich und Anordnen der zweiten Seite des Wärmerohres in der Fahrgastzelle. Mit dem Verfahren werden ebenfalls die oben in Bezug auf das Fahrzeug-Heizgerät beschriebenen Vorteile erreicht.The object is also achieved by a method for arranging a vehicle heating device in a vehicle according to claim 14. The method is a method for arranging a vehicle heating device in a vehicle having a passenger compartment for receiving vehicle occupants, a hazard area in which hazard potential components for vehicle occupants are disposed, and a partition structure separating the passenger compartment and the hazard area from each other , The vehicle heating device has at least one electric heating element that provides heat by receiving electrical energy, and at least one heat pipe having a first side to be heated by the electric heating element and a second heat-emitting side configured to transfer heat to a medium to be heated , The heat pipe is designed for heat transfer between the first side and the second side via an evaporating and condensing heat transfer medium. The method includes the step of placing the first side of the heat pipe in the hazardous area and disposing the second side of the heat pipe in the cabin. The method also achieves the advantages described above with respect to the vehicle heater.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.Further advantages and developments will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.
Eine Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Der Klimakasten
Die Fahrzeug-Heizvorrichtung
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das zu erwärmende Medium durch Luft in dem Klimakasten
Die Fahrzeug-Heizvorrichtung
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das elektrische Heizelement
Bevorzugt kann das elektrische Heizelement
Neben der Anordnung des elektrischen Heizelements
Die Fahrzeug-Heizvorrichtung
Die erste Seite
Aufgrund des räumlichen Abstands der ersten Seite
Bevorzugt ist noch zumindest eine zweite Stufe der elektrischen Isolierung zwischen dem elektrischen Heizelement
Bei einer Anordnung des elektrischen Heizelements
Um einen effizienten Wärmetransport von der ersten Seite
Obwohl in Bezug auf die schematisch dargestellte Ausführungsform nur ein elektrisches Heizelement
Mit der beschriebenen Lösung ist eine räumliche Trennung von einer elektrischen Wärmequelle und einer Wärmesenke zur Beheizung einer Fahrgastzelle ermöglicht, sodass auch bei einer Nutzung von hohen Versorgungsspannungen ein hohes Maß an Sicherheit für Fahrzeuginsassen bereitgestellt wird. Auch bei der Nutzung einer hohen Versorgungsspannung für das elektrische Heizelement ist keine Hochspannung führende Komponente im Bereich der Fahrgastzelle angeordnet und es wird trotzdem das schnelle und effiziente Ansprechverhalten eines Luftheizgeräts bewahrt.With the described solution, a spatial separation of an electric heat source and a heat sink for heating a passenger compartment is possible, so that even with the use of high supply voltages, a high degree of safety for vehicle occupants is provided. Even with the use of a high supply voltage for the electric heating element, no high-voltage-carrying component is arranged in the region of the passenger compartment, and nevertheless the fast and efficient response of an air heater is preserved.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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