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Die Erfindung betrifft eine Fluidheizungsvorrichtung unter Verwendung eines PTC-Elements, und ein Fahrzeugkraftstoffsystem unter Verwendung derselben.
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Im Allgemeinen ist eine Fluidheizungsvorrichtung eine Vorrichtung, die ein sich bewegendes Fluid durch eine geeignete Wärmequelle erwärmt, welche in verschiedenen Bereichen verwendet wird.
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In einem Fahrzeug wird die Fluidheizungsvorrichtung als eine Kraftstoffheizung verwendet. Die Kraftstoffheizung wärmt Kraftstoff auf eine angemessene Temperatur vor, bevor der Kraftstoff einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, um die Verbrennung des Kraftstoffes, das Kaltstartverhalten des Motors usw. zu verbessern.
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Die Kraftstoffheizung für das Fahrzeug ist an einer Kraftstoffleitung installiert, um zum Beispiel Dieselkraftstoff vorzuwärmen.
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Im Falle eines kraftstoffflexiblen Fahrzeuges, das mit Bioethanol (E100) betankt wird, wird Benzinkraftstoff sowohl anstelle der Kraftstoffheizung als auch als Startkraftstoff verwendet, um das Kaltstartverhalten des Motors zu verbessern.
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Das heißt, das Starten kann bei einer Außentemperatur unter 15°C Schwierigkeiten bereiten, da die Zündtemperatur von Bioethanol mit 12°C hoch ist. Um dieses Problem zu lösen, wurden Versuche unternommen, um das Kaltstartverhalten durch Spritzen von Benzinkraftstoff an die Rückseite der Drosselklappe während des Motorstartens zu verbessern.
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Jedoch erfordert ein herkömmliches kraftstoffflexibles Fahrzeug, welches Benzinkraftstoff als Zusatzkraftstoff verwendet, um das Kaltstartverhalten zu verbessern, einen Zusatzkraftstoffbehälter zum Speichern von Benzinkraftstoff und ein Zusatzkraftstoffsystem mit einem Tankdeckel, einer Kraftstoffpumpe usw. Daher ist das herkömmliche kraftstoffflexible Fahrzeug im Hinblick auf das Fahrzeuggewicht, die Kosten, die Montageproduktivität, das Aufprallwiderstandsvermögen usw. nicht erstrebenswert.
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Die
EP 0 284 120 A1 und
EP 0 657 199 A2 beschreiben jeweils eine Fluidheizungsvorrichtung, aufweisend ein Gehäuse, das einen Fluideinlass, einen Fluidauslass und einen Innenraum aufweist, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass in Fluidverbindung steht, eine obere und eine untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte, die in dem Innenraum vertikal im Abstand voneinander angeordnet sind und externe Energie zuführen, und ein oder mehrere PTC-Elemente, die zwischen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte derart angeordnet sind, dass sie die externe Energie aufnehmen, und im Abstand voneinander derart angeordnet sind, dass sie eine oder mehrere Fluidströmungsöffnungen bilden.
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Mit der Erfindung werden eine Fluidheizungsvorrichtung, die Fluid in einer kurzen Zeit effektiv erwärmt, bei einem Fahrzeugkraftstoffsystem angewendet wird, um das Motorkaltstartverhalten zu verbessern, und das Fahrzeuggewicht und die Kosten mit einer geringen Größe und einer leichtgewichtigen Gestaltung reduziert, und ein Fahrzeugkraftstoffsystem unter Verwendung desselben geschaffen.
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Dies wird gemäß der Erfindung durch eine Fluidheizungsvorrichtung nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 sowie ein Fahrzeugkraftstoffsystem nach den Merkmalen aus dem Anspruch 11 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einem Aspekt der Erfindung weist eine Fluidheizungsvorrichtung auf: ein Gehäuse, das einen Fluideinlass zum Einlassen von Fluid, einen Fluidauslass zum Auslassen des Fluids und einen Innenraum aufweist, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass in Fluidverbindung steht, eine obere und eine untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte, die in dem Innenraum vertikal im Abstand voneinander angeordnet sind und externe Energie zuführen, und ein oder mehrere PTC-Elemente, die zwischen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte derart angeordnet sind, dass sie die externe Energie aufnehmen, und im Abstand voneinander derart angeordnet sind, dass sie eine oder mehrere Fluidströmungsöffnungen bilden.
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Das Gehäuse kann aufweisen: ein oberes Gehäuse, das den Fluideinlass, den Fluidauslass und den Innenraum aufweist, und ein unteres Gehäuse, das mit dem oberen Gehäuse derart gekuppelt ist, dass es das obere Gehäuse abschließt.
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Das obere Gehäuse kann aufweisen: einen Gehäusekörper, der den Innenraum aufweist, wobei der Fluideinlass einstückig mit der einen Seite des Gehäusekörpers und von dieser vorstehend derart ausgebildet sein kann, dass er mit dem Innenraum in Verbindung steht, und wobei der Fluidauslass einstückig mit der anderen, zu dem Fluideinlass entgegengesetzten Seite des Gehäusekörpers und von dieser vorstehend ausgebildet sein kann, und einen Steckverbinder, der zum Zuführen der externen Energie einstückig mit dem Gehäusekörper und von diesem in einer Richtung senkrecht zu dem Fluideinlass und dem Fluidauslass vorstehend ausgebildet sein kann.
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Die obere und die untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte können in der Form einer rechteckigen Platte ausgebildet sein.
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Die obere und die untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte können jeweils ein Anschlussstück zum Anschließen der externen Energiezufuhr aufweisen.
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Die Fluidheizungsvorrichtung kann ferner einen Stützbügel aufweisen, welcher derart installiert ist, dass er die obere und die untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte abstützt.
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Eine erste und eine zweite Montagenut können derart ausgebildet sein, dass sie in der unteren und der oberen Fläche des Innenraumes des Gehäusekörpers vertieft sind, und der Stützbügel kann in der ersten und der zweiten Montagenut eingesetzt sein.
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Das eine oder die mehreren PTC-Elemente können sich entlang der Länge der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte erstrecken und in vorbestimmten Abständen voneinander entlang der Breite der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte angeordnet sein.
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Wärmestrahlungsrippen sind in einem oberen Raum zwischen der oberen Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte und dem Gehäuse und in einem unteren Raum zwischen der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte und dem Gehäuse vorgesehen.
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Die Wärmestrahlungsrippen können derart ausgebildet sein, dass sie entlang der Breite der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte ansteigen und abfallen.
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In dem oberen und dem unteren Raum können eine oder mehrere Fluidströmungsöffnungen in dem Bereich ausgebildet sein, der die Wärmestrahlungsrippen ausschließt.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Fahrzeugkraftstoffsystem auf: einen Kraftstoffbehälter zum Aufnehmen eines vorbestimmten Volumens von Kraftstoff, eine Kraftstoffleitung, die den Kraftstoffbehälter mit einem Motor derart verbindet, dass der Kraftstoff von dem Kraftstoffbehälter zu dem Motor geführt wird, und eine Fluidheizungsvorrichtung, die in der Kraftstoffleitung installiert ist.
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Der Kraftstoff kann Dieselkraftstoff oder Bioethanol sein.
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Mit der Fluidheizungsvorrichtung und dem Fahrzeugkraftstoffsystem nach den Aspekten der Erfindung kann das Fluid, das durch die Fluidströmungsöffnungen hindurch strömt, die zwischen den PTC-Elementen ausgebildet sind, die zwischen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte angeordnet sind, durch direktes Aufnehmen von Wärme von den PTC-Elementen schnell erwärmt werden.
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Darüber hinaus kann, wenn das Fluid durch die Fluidströmungsöffnungen zwischen den Wärmestrahlungsrippen hindurchströmt, die zwischen der oberen Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte und dem Gehäuse und zwischen der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte und dem Gehäuse angeordnet sind, das Fluid durch die Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatten und die Wärmestrahlungsrippen mittels der von den PTC-Elementen erzeugten Wärme effektiv erwärmt werden.
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Im Falle eines Kraftstoffsystems für ein mit Bioethanol betanktes kraftstoffflexibles Fahrzeug wird der Kraftstoff angemessen vorgewärmt, bevor der Kraftstoff in den Motor eingeführt wird, wodurch das Kaltstartverhalten des kraftstoffflexiblen Fahrzeuges verbessert wird.
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Die Fluidheizungsvorrichtung kann wegen ihrer einfachen Struktur in einer geringen Größe und einer leichtgewichtigen Gestaltung hergestellt werden. Dementsprechend können das Fahrzeuggewicht und die Kosten reduziert werden, und die Montageproduktivität kann ebenso verbessert werden.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer Fluidheizungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine perspektivische Montageansicht der Fluidheizungsvorrichtung aus 1;
- 3 einen Schnitt einer Fluidheizungsvorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 ein Blockschema eines Fahrzeugkraftstoffsystems mit einer Fluidheizungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Mit Bezug auf die 1 und 2 weist eine Fluidheizungsvorrichtung FHD gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein oberes Gehäuse 10, eine Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 20, ein oder mehrere Positive Temperaturkoeffizient (PTC)-Elemente 30 und ein unteres Gehäuse 40 auf.
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Das obere Gehäuse 10 weist im Allgemeinen einen Gehäusekörper 12 mit einem Innenraum 12a von einer vorbestimmten Größe auf.
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Der Innenraum 12a weist eine Öffnung auf, die mit der Außenseite in Verbindung steht.
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Ein Fluideinlass 14 ist einstückig mit der einen Seite des Gehäusekörpers 12 und von dieser vorstehend ausgebildet und steht mit dem Innenraum 12a in Verbindung, um Fluid in den Innenraum 12a hineinzulassen. Es wird eingeschätzt, dass der Fluideinlass 14 und der Gehäusekörper 12 monolithisch ausgebildet sein können.
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Ein Fluidauslass 16 ist einstückig mit der anderen, zu dem Fluideinlass 14 entgegengesetzten Seite des Gehäusekörpers 12 und von dieser vorstehend ausgebildet und steht mit dem Innenraum 12a in Verbindung, um Fluid aus dem oberen Gehäuse 10 herauszulassen. Es wird eingeschätzt, dass der Fluidauslass 16 und der Gehäusekörper 12 monolithisch ausgebildet sein können.
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Darüber hinaus ist ein Steckverbinder 18 einstückig mit dem Gehäusekörper 12 und von diesem in einer Richtung senkrecht zu dem Fluideinlass 14 und dem Fluidauslass 16 vorstehend ausgebildet. Es wird eingeschätzt, dass der Steckverbinder 18 und der Gehäusekörper 12 monolithisch ausgebildet sein können.
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Der Steckverbinder 18 dient als ein Energieanschluss zum Zuführen von externer Energie (z.B. elektrischen Strom) zu den PTC-Elementen 30.
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Die Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 20 ist in den Innenraum 12a des Gehäusekörpers 12 eingesetzt und in diesem montiert.
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Die Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 20 weist im Allgemeinen eine obere und eine untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 auf, welche beide die Form einer rechteckigen Platte haben.
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Ein Anschlussstück, mit dem ein Stromanschluss über den Steckverbinder 18 extern verbunden werden kann, kann an der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 fest angebracht sein.
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Eine erste Montagenut 12b und eine zweite Montagenut 12c sind derart ausgebildet, dass sie in der unteren und der oberen Fläche des Innenraumes 12a des Gehäusekörpers 12 vertieft sind und einander gegenüberliegen.
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Ein Stützbügel 50 ist vorgesehen, um das eine oder die mehreren PTC-Elemente 30 abzustützen, die zwischen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 eingesetzt und angeordnet sind.
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Der Stützbügel 50 hat etwa eine U-Form, und das eine Ende des Stützbügels 50 ist an der oberen Fläche der oberen Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 angebracht, während das andere Ende des Stützbügels 50 an der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 24 angebracht ist.
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Das eine Ende und das andere Ende des Stützbügels 50 sind in der ersten Montagenut 12b bzw. in der zweiten Montagenut 12c montiert, wodurch die obere und die untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 sowie das eine oder die mehreren PTC-Elemente 30, die zwischen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 angeordnet sind, mittels des Stützbügels 50 in dem oberen Gehäuse 10 abgestützt sind.
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Die PTC-Elemente 30 sind wohlbekannte elektrische Wärmeerzeugungselemente, die einen PTC-Thermistor verwenden, welcher eine konstante Temperatur hält, wenn diesem Energie extern zugeführt wird.
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Die PTC-Elemente 30 haben die Form einer etwa rechteckigen Platte und sind zwischen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 angeordnet, um externe Energie von der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 aufzunehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind vier PTC-Elemente 30 vorgesehen und in vorbestimmten Abständen entlang der Breite von dem einen Rand zu dem gegenüberliegenden Rand zwischen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 angeordnet.
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Jedes PTC-Element 30 hat etwa dieselbe Länge wie die Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatten 22 und 24.
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Eine oder mehrere Fluidströmungsöffnungen 32 sind zwischen den PTC-Elementen 30 derart ausgebildet, dass Fluid durch diese hindurchströmen kann.
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Fluidströmungsöffnungen 32 sind auch zwischen dem an der innersten Seite positionierten PTC-Element 30 und einer Seitenfläche des Innenraumes 12a sowie zwischen dem an der äußersten Seite positionierten PTC-Element 30 und dem unteren Gehäuse 40 ausgebildet.
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Nachdem die obere und die untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 sowie die PTC-Elemente 30 über die in dem Gehäusekörper 12 des oberen Gehäuses 10 ausgebildete Öffnung des Innenraumes 12a in den Innenraum 12a eingesetzt und montiert sind, wird das untere Gehäuse 40 mit dem Gehäusekörper 12 des oberen Gehäuses 10 gekuppelt, um die Öffnung des Innenraumes 12a zu blockieren und abzudichten.
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Während gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung aufgrund dessen, dass vier PTC-Elemente 30 zwischen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 angeordnet sind, fünf Fluidströmungsöffnungen 32 ausgebildet sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern wenigstens zwei Fluidströmungsöffnungen 32 können in Abhängigkeit von der Anzahl der PTC-Elemente 30 ausgebildet sein.
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Das Fluid, das über den Fluideinlass 14 in den Innenraum 12a des Gehäusekörpers 12 eingeführt wird, bewegt sich entlang den Fluidströmungsöffnungen 32 und wird dann über den Fluidauslass 16 aus dem oberen Gehäuse 10 herausgelassen.
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Während der oben beschriebenen Fluidströmung, wenn den PTC-Elementen 30 mittels des Steckverbinders 18 über die obere und die untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 externe Energie zugeführt wird, steigen die PTC-Elemente 30 auf eine bestimmte Temperatur an und erzeugen Wärme.
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Die von den PTC-Elementen 30 erzeugte Wärme erwärmt direkt das Fluid, das entlang den Fluidströmungsöffnungen 32 strömt, die von den PTC-Elementen 30 gebildet werden, wodurch das Fluid in einer kurzen Zeit effektiv erwärmt wird.
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Mit Bezug auf 3 sind gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung Wärmestrahlungsrippen 60 in einem oberen Raum zwischen der oberen Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und der Oberseite des oberen Gehäuses 10 und in einem unteren Raum zwischen der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 24 und der Unterseite des oberen Gehäuses 10 vorgesehen, und die anderen Komponenten sind identisch mit denen der oben beschriebenen Ausführungsform.
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Die Wärmestrahlungsrippen 60 haben dieselbe Breite wie die Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatten 22 und 24.
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Die Wärmestrahlungsrippen 60 sind derart ausgebildet, dass sie in der Höhenrichtung der Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatten 22 und 24 ansteigen und abfallen.
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In dem oberen und dem unteren Raum sind eine oder mehrere Fluidströmungsöffnungen 34, durch welche Fluid hindurchströmt, in dem Bereich ausgebildet, der nicht von den Wärmestrahlungsrippen 60 eingenommen wird.
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Die von den PTC-Elementen 30 erzeugte Wärme wird an die obere und die untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 übertragen, wodurch die obere und die untere Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 erwärmt werden.
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Die zum Erwärmen der oberen und der unteren Energiezufuhr- und Wärmestrahlungsplatte 22 und 24 verwendete Wärme wird an die Wärmestrahlungsrippen 60 übertragen, wodurch das Fluid, das durch die zwischen den Wärmestrahlungsrippen 60 ausgebildeten Fluidströmungsöffnungen 34 hindurchströmt, effektiv erwärmt wird.
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Wenn mehr Fluidströmungsöffnungen 34 als in der oben beschriebenen Ausführungsform ausgebildet sind, kann eine größere Menge von Fluid in einer kurzen Zeit effektiv erwärmt werden.
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Mit Bezug auf 4 wird eine Fluidheizungsvorrichtung (FHD) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bei einem Fahrzeugkraftstoffsystem verwendet.
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Das Fahrzeugkraftstoffsystem kann einen Kraftstoffbehälter 100 zum Aufnehmen eines vorbestimmten Volumens von Kraftstoff und eine Einspritzdüse 130 aufweisen, die den Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 100 aufnimmt und in eine Brennkammer eines Motors 110 oder in eine mit der Brennkammer verbundene Ansaugleitung 120 einspritzt.
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Die Fluidheizungsvorrichtung FHD gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist in einer Kraftstoffleitung FL zwischen dem Kraftstoffbehälter 100 und dem Motor 110 installiert. Der Kraftstoff wird in den Kraftstoffeinlass 14 der Fluidheizungsvorrichtung FHD eingeführt, dann während des Hindurchtretens durch die Kraftstoffheizungsvorrichtung FHD angemessen vorgewärmt oder erwärmt, und dann dem Motor 110 zugeführt. Daher werden das Kaltstartverhalten des Motors 110 und die Verbrennung des Kraftstoffs verbessert.
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Die Fluidheizungsvorrichtung FHD gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann anders als an der Kraftstoffleitung FL an einem geeigneten Teil, z.B. dem Kraftstoffbehälter 100, einem Kraftstofffilter oder dergleichen installiert sein.
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Der Kraftstoff kann Dieselkraftstoff oder Bioethanol (E100) sein, und das Fahrzeug kann ein mit dem Dieselkraftstoff betanktes Dieselfahrzeug oder ein mit dem Bioethanol betanktes kraftstoffflexibles Fahrzeug sein.
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Die Fluidheizungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist für andere Typen von Fahrzeugen anwendbar, bei denen der Kraftstoff vor der Verbrennung vorgewärmt werden muss.
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Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „oben“, „unten“ usw. verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf deren Positionen in den Figuren zu beschreiben.
