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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen von Fluiden, insbesondere für einen Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug, gemäß Anspruch 29.
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Stand der Technik
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In Kraftfahrzeugen stellt sich in verschiedenen technischen Zusammenhängen die Aufgabe, Fluide zu heizen oder zu kühlen. Beispielsweise wird Kühlmittel, wie beispielsweise mit Frostschutzmittel versetztes Wasser, von einem Motor Wärme zugeführt. Diese Wärme kann das Kühlmittel mittels eines Heizkörpers anschließend an einen in die Fahrzeugkabine gerichteten Luftstrom wieder abgeben.
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Dabei ist es nachteilig, wenn der Motor des Fahrzeugs in einer beispielsweise in einer Kaltstartsituation nicht genügend Wärme zur Heizung des Kühlmittels erzeugt. Dann kann die Fahrzeugkabine nicht genügend erwärmt werden.
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Dabei stellt sich auch das Problem, einem definierten Volumen an Kühlmittel in kurzer Zeit eine größere Energiemenge zuzuführen. Dabei ist die rasche punktuelle Abgabe einer größeren Energiemenge an das Kühlmittel problematisch, da dies zu einer lokalen Überhitzung und damit zu einem Sieden des Kühlmittels kommt, was zu vermeiden ist.
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Die
DE 10 2011 050 992 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Heizen von Flüssigkeiten, mit einer Schale aus Metall, die in einer Oberseite einen gewundenen Kanal für zu erwärmende Flüssigkeit aufweist, einem Deckel, der die Oberseite der Schale bedeckt, und Heizstäben, die jeweils wenigstens ein keramisches Heizelement enthalten. Die Heizstäbe sind an der Unterseite der Schale angeordnet und von einer zweiten Schale bedeckt. Die zweite Schale ist dabei mit ihrer Unterseite der ersten Schale zugewandt und weist an ihrer Oberseite ebenfalls einen Kanal für zu erwärmende Flüssigkeit auf. Dabei ist die Oberseite der zweiten Schale von einem zweiten Deckel bedeckt. Es wird damit ein Heizelement geschaffen, welches relativ komplex aufgebaut ist und damit auch teuer in der Herstellung ist und das einen gesonderten Bauraum benötigt.
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Die
US 2013/0186966 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Heizen von Flüssigkeit für eine Kraftfahrzeugheizung mit einem in einem Gehäuse angeordneten Fluidkanal und einer Heizvorrichtung. Die Heizvorrichtung weist in rohrförmigen Heizungsgehäusen angeordnete PTC-Elemente, Elektrodenplatten zur elektrischen Kontaktierung der PTC-Elemente, Wärmeleitbleche, Dichtungen und einen aus Rippen gebildeten Wärmeübertrager auf. Der Wärmeübertrager weist eine Vielzahl an Rippen sowie eine Vielzahl an Strömungspfaden auf, welche von den Rippen innerhalb des Fluidkanals ausgebildet werden. Die rohrförmigen Heizungsgehäuse der PTC-Elemente erstrecken sich dabei quer zur Längsrichtung des Fluidkanals.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Heizen von Fluiden bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Außerdem ist es die Aufgabe, einen Wärmeübertrager zur Verfügung zu stellen, in dem eine solche Vorrichtung zum Heizen von Fluiden eingesetzt ist.
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Die Aufgabe zur Vorrichtung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen von Fluiden, insbesondere für einen Wärmeübertrager einer Heizvorrichtung oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Boden und mit einem Deckel, wobei der Boden und der Deckel einen Raum zur Heizung des Fluids ausbilden, und mit zumindest einer Einströmöffnung zur Einleitung des Fluids in den Raum und mit zumindest einer Ausströmöffnung zur Ausleitung des Fluids aus dem Raum, weiterhin mit einer Mehrzahl von mittels einer Steuereinheit regelbaren elektrischen Heizelementen, wobei der Deckel eine Mehrzahl von Taschen ausbildet, wobei die Taschen in den Raum hineinragen und die Heizelemente innerhalb der Taschen angeordnet sind. Auf diese Weise wird der für die Heizung des Fluids zur Verfügung stehende Bauraum besser genutzt und die Effizienz des Heizungsvorgangs verbessert. Insbesondere in Hinblick auf die bevorzugte Verwendung der Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug ist eine derart kompakte Bauform bei einer gleichzeitig maximalen Leistungsausbeute von erheblichem Vorteil.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Taschen jeweils eine zum Raum weisende Außenwand und eine zu den Heizelementen weisende Innenwand aufweisen, derart, dass die Außenwände der Taschen einen Wärmeübertragungsbereich zur Übertragung der von den Heizelementen erzeugten Wärme auf das in den Raum eingeleitete Fluid bilden. Dadurch wird die für den Wärmeübergang zur Verfügung stehende Fläche optimal vergrößert.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bilden die Innenwände und/oder die Außenwände der Taschen zum Raum hin elektrisch isolierte Heizungsgehäuse für die Heizelemente. Auf diesem Wege wird auf konstruktiv einfache Weise eine elektrische Isolierung der Heizelemente gegenüber dem Fluid erreicht.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Innenwände der Taschen und/oder die Heizelemente mit einer elektrisch isolierenden Folie verkleidet sind. Hierin besteht eine besonders kostengünstige Umsetzung der elektrischen Isolierung.
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In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Taschen im montierten Zustand von Deckel und Boden im Wesentlichen senkrecht zu einer Grundebene des Deckels in den Raum hineinragend.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn sich die Taschen im montierten Zustand von Deckel und Boden senkrecht zur Grundebene des Deckels bis zum Boden erstrecken.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Taschen an ihren zum Boden weisenden Enden mit dem Boden verbunden. Eine solche Bauform ist stabil und robust.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der Deckel und der Boden dichtend miteinander verbunden und/oder die zumindest eine erste Einströmöffnung und/oder die zumindest eine erste Ausströmöffnung ist/sind am Boden angeordnet. Eine solche Bauart ist einfach herzustellen, ohne dass dazu größere Veränderungen an etablierten Herstellungsprozessen notwendig sind.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Taschen jeweils eine Außenkontur in Form einer rechteckigen Platte und/oder jeweils ein entlang ihres Durchmessers geschnittenes Querschnittsprofil in Form eines länglichen Schlitzes aufweisen. Eine solche Kontur ist einfach zu fertigen und stellt eine vergleichsweise große Wärmeübertragungsfläche auf möglichst kleinem Raum zur Verfügung.
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In einer besonders günstigen Ausgestaltung sind die Taschen in zumindest einer in Längsrichtung des Deckels verlaufenden Reihe angeordnet, wobei die in einer Reihe angeordneten Taschen im Längsschnitt ein wellenförmiges Profil mit in einer Ebene liegenden Wellentälern und Wellenbergen aufweisen, wobei die Wellenberge senkrecht zur Grundebene des Deckels in den Raum hineinragend angeordnet sind. Ein solches wellenförmiges Profil bietet eine vergleichsweise große Wärmeübertragungsfläche auf möglichst kleinem Raum und ist darüber hinaus in einem einfachen Umformverfahren aus einer Metallplatine oder einteilig in einem Spritzgussverfahren erzeugbar.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Heizelemente PTC-Elemente und/oder elektrische Heizfolien aufweisen. PTC-Elemente oder Heizfolien mit PTC-Eigenschaften sind vorteilhafterweise selbstregulierend, wartungsarm, langlebig und darüber hinaus preiswert.
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Außerdem ist es zu bevorzugen, wenn die Heizelemente zu einer Anzahl von Gruppen elektrisch verschaltet sind, wobei jede Gruppe mittels der Steuereinheit unabhängig von anderen Gruppen regelbar ist. Auf diese Weise wird eine gezielte stärkere Heizung bestimmter Volumenteile des Fluids bzw. eine fraktionierte Heizung des Fluidgesamtvolumens möglich.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Taschen einteilig mit dem Deckel aus einem Metall und/oder einer Metalllegierung ausgebildet sind. Auf diese Weise können besonders robust gebaute Varianten geschaffen werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Taschen einteilig mit dem Deckel aus Metall und/oder einer Metalllegierung aus einem Strangpressprofil ausgebildet. Dies erlaubt die kostengünstige und energieeffiziente Massenproduktion.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Deckel aus Kunststoff ausgebildet und/oder die Taschen sind durch Umspritzen der Heizelemente in einem Spritzgussverfahren aus Kunststoff ausgebildet. Eine solche Fertigungsweise ist besonders preiswert. Die hierbei erzeugten Ausführungsvarianten zeichnen sich insbesondere durch ein geringeres Gewicht aus.
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In einer Variante weist der Deckel zwei miteinander verbindbare Teile, ein erstes Deckelteil und ein zweites Deckelteil auf, wobei die Steuereinheit und/oder ein erster Teil eines Anschlusses zur elektrischen Kontaktierung der Heizelemente im Bereich des zweiten Deckelteils angeordnet ist/sind und die Taschen an dem ersten Deckelteil ausgebildet sind. Dies erlaubt den unkomplizierten Anschluss der Vorrichtung beispielsweise an das Bordstromnetz eines Kraftfahrzeugs, ohne dass dadurch aufwendige zusätzliche Verkabelungen erforderlich sind.
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Insbesondere ist das zweite Deckelteil mit einer ersten Seite des ersten Deckelteils verbindbar und der Boden ist mit einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des ersten Deckelteils verbindbar. Die im zweiten Deckelteil untergebrachte Steuereinheit lässt sich dadurch separat auf ihre Funktionstüchtigkeit prüfen und anschließend in einem einfachen Vorgang, beispielsweise mittels einer Clipverbindung, an das erste Deckelteil anschließen.
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Zweckmäßig ragt/ragen die Heizelemente und/oder ein zum ersten Teil des Anschlusses komplementärer zweiter Teil des Anschlusses zur elektrischen Kontaktierung der Heizelemente in einer von den Taschen wegweisenden ersten Richtung aus dem ersten Deckelteil heraus und/oder ragt/ragen in den Bereich des zweiten Deckelteils hinein.
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In einer weiteren Variante sind die Taschen in einer Anzahl beabstandet zueinander angeordneter Gruppen angeordnet. Hierdurch wird eine fraktionierte Heizung des Fluids begünstigt.
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Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Heizelemente oder eine Anzahl der Heizelemente über eine Stromschiene miteinander elektrisch verbunden sind. Dies vereinfacht die elektrische Kontaktierung der Heizelemente.
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Zweckmäßig sind an den Außenwänden der Taschen Fluidleitelemente und/oder Fluidverwirbelungselemente und/oder Winglets und/oder turbulenzerzeugende Elemente und/oder Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung angeordnet. Hierdurch wird die Wärmeübertragung von den Heizelementen auf das Fluid bzw. der Wärmeübergang von den Außenwänden der Taschen auf das Fluid verbessert und die Effizienz der Vorrichtung erhöht.
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In einer Variante bildet der Raum zwischen den Außenwänden der Taschen Strömungsspalten aus, wobei der Boden und/oder der Deckel zumindest einen quer zu den Strömungsspalten verlaufend angeordneten und mit der zumindest einen Einströmöffnung und den Strömungspalten und/oder der zumindest einen Ausströmöffnung und den Strömungsspalten fluidverbundenen Fluidkanal aufweist/aufweisen, derart, dass der zumindest eine Fluidkanal einen die Strömungsspalten und die zumindest eine Einströmöffnung und/oder die Strömungsspalten und die zumindest eine Ausströmöffnung verbindenden Bypass für das Fluid bildet. Dies resultiert in einer rascheren Verteilung des in den Wirkungsbereich der Vorrichtung einströmenden Fluids auf den für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Raum.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung weist der Boden eine kammförmige Kontur zur Aufnahme der Taschen und/oder der Heizelemente auf, wobei die kammförmige Kontur kammartig angeordnete Elemente und zwischen den kammartig angeordneten Elementen angeordnete Zwischenräume aufweist, wobei die kammartig angeordneten Elemente in die Strömungsspalten einsetzbar sind und/oder die Taschen und/oder die Heizelemente in die Zwischenräume einsetzbar sind.
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Insbesondere weist die kammförmige Kontur kammartig angeordnete Elemente auf, wobei die kammartig angeordneten Elemente mit dem zu heizenden Fluid beströmbare Hohlräume aufweisen. Die Vorrichtung wird dadurch besonders kompakt und effizient.
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In einer weiteren Ausführungsform sind an einer Innenwandung der Hohlräume Fluidleitelemente und/oder Fluidverwirbelungselemente und/oder Winglets und/oder turbulenzerzeugende Elemente und/oder Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung angeordnet. Hierdurch wird die Wärmeübertragung von den Heizelementen auf das Fluid bzw. der Wärmeübergang von den Außenwänden der Taschen auf das in die Hohlräume einströmende Fluid verbessert und die Effizienz der Vorrichtung erhöht.
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Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Boden und/oder der Deckel zumindest einen quer zu den Hohlräumen verlaufend angeordneten und mit der zumindest einen Einströmöffnung und den Hohlräumen oder mit den Hohlräumen und der zumindest einen Ausströmöffnung fluidverbundenen Fluidkanal aufweist/aufweisen, derart, dass der zumindest eine Fluidkanal einen die Hohlräume und die zumindest eine Einströmöffnung oder die Hohlräume und die zumindest eine Ausströmöffnung verbindenden Bypass für das Fluid bildet. Dies resultiert in einer rascheren Verteilung des in den Wirkungsbereich der Vorrichtung einströmenden Fluids auf den für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Raum.
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Vorteilhaft kann es darüber hinaus sein, wenn der Boden und/oder der Deckel in einen Sammelkasten, insbesondere einen Sammelkasten eines Wärmeübertragers einer Heizvorrichtung einsetzbar und/oder mit einem Sammelkasten, insbesondere einem Sammelkasten eines Wärmeübertragers und/oder mit einem Kühlmittelkreislauf fluidverbunden ist/sind.
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Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass die Vorrichtung einen zweiten Deckel aufweist, wobei der erste Deckel mit dem Boden einen ersten Raum ausbildet und der zweite Deckel mit dem Boden einen zweiten Raum ausbildet. Auf diese Weise können zwei Fluide in einer Vorrichtung sowie unter möglichst effizienter Raumausnutzung erwärmt werden. Darüber hinaus werden elektrische Leitungen und eine zusätzliche Steuereinheit eingespart.
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Die Aufgabe zum Wärmeübertrager wird mit den Merkmalen des Anspruchs 29 gelöst.
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Es wird vorgeschlagen, einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Wärmeübertrager für eine Heizvorrichtung eines Kraftfahrzeugs derart auszubilden, dass der Wärmeübertrager zumindest eine Vorrichtung mit dem vorab beschriebenen Aufbau aufweist. Der resultierende Wärmeübertrager kann dann ebenfalls die vorab beschriebenen Eigenschaften und Vorteile aufweisen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer in Längsrichtung geschnittenen erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine schematische Ansicht einer quer zur Längsrichtung geschnittenen Vorrichtung gemäß 1,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung gemäß 1,
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4 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung gemäß 1,
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5 ein Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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6 ein Detail einer Vorrichtung gemäß 5,
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7 ein Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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8 ein Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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9 ein Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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10 ein Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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11 ein Detail einer Vorrichtung gemäß 10,
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12 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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13 eine seitliche schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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14 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß 13,
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15 eine seitliche Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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16 ein Teil einer Vorrichtung gemäß 15,
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17 ein Teil einer Vorrichtung gemäß 15,
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18 ein Teil einer Vorrichtung gemäß 15,
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19 ein Detail eines Teils gemäß 18,
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20 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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21 ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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22 ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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23 ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden,
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24 eine seitliche Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden, und
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25 eine seitliche Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Heizung von Fluiden.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Heizung von Fluiden. Die Vorrichtung 1 weist einen kasten- oder alternativ auch wannen- bzw. topfförmig gewölbten Boden 2 und einen mit dem Boden 2 verbundenen Deckel 3 auf. Der Deckel 3 weist zwei miteinander verbundene Deckelteile 4, 5, ein erstes Deckelteil 4 und ein zweites Deckelteil 5 auf. Das zweite Deckelteil 5 ist auf einer ersten Seite 6 des ersten Deckelteils 4 angeordnet. Die der ersten Seite 6 des ersten Deckelteils 4 gegenüberliegende zweite Seite 7 des ersten Deckelteils 4 ist mit dem Boden 2 verbunden.
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Der Deckel 3 und der Boden 2 weisen seitlich aufgestellte Randbereiche 8 auf, die zur Vergrößerung der für die Verbindung von Deckel 3 und Boden 2 zur Verfügung stehende Kontaktfläche dienen. An den Randbereichen 8 oder benachbart zu den Randbereichen 8 können Fixierungs- oder Verschlusselemente angeordnet sein. Darüber hinaus können Deckel 3 und Boden 2 entlang der Randbereiche 8 durch Dichtelemente gegenüber einander abgedichtet sein. Außerdem erleichtern die Randbereiche 8 das Positionieren des Deckels 3 und des Bodens 2 bei der Montage.
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Die Fixierungselemente dienen im Produktionsablauf zur Befestigung des Deckels 3 am Boden 2 bis ein endgültiges stoffschlüssiges Verfahren, beispielsweise Löten, Schweißen oder Kleben oder auch ein formschlüssiges Verfahren wie beispielsweise Bördeln, Wellschlitzbördeln, Crimpen, Falzen oder Clipsen zu einer dauerhaften Verbindung von Deckel 3 und Boden 2 führt. Als Fixierelemente können am Randbereich 8 des Bodens 2 beispielsweise Rastnasen ausgebildet sein, die sich in einem einfachen Arbeitsschritt auf den Randbereich 8 des Deckels 3 biegen lassen.
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Der Deckel 3 ist in den Boden 2 eingesetzt. Dabei bilden der Deckel 3 und der Boden 2 einen Raum 9 zur Aufnahme des zu heizenden Fluids aus. Hierfür weisen entweder der Boden 2 und/oder der Deckel 3 zumindest eine in 1 nicht gezeigte Einströmöffnung für den Fluideintritt in den Raum 9 und/oder zumindest eine in 1 nicht gezeigte Ausströmöffnung für den Fluidaustritt aus dem Raum 9 auf.
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Der Deckel 3 bildet durch seine Formgebung eine Mehrzahl von Taschen 10 aus. Die Taschen 10 sind derart im Deckel 3 positioniert, dass im montierten Zustand von Deckel 3 und Boden 2 die Taschen 10 von einer Grundebene 11 des Deckels 3 aus senkrecht in den Raum 9 hinein und hin zu einem ebenen Bereich 13 des Bodens 2 weisen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 1 können die Anzahl, Form und Dimensionierung der Taschen 10 variieren.
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Der ebene Bereich 13 des Bodens 2 weist einen in etwa rechteckförmigen Grundriss auf und kann eine Mehrzahl von Einstecköffnungen mit Durchzügen zur Aufnahme der Rohrenden von Rohren eines Wärmeübertragers aufweisen. In alternativen Ausführungsformen kann der ebene Bereich 13 des Bodens 2 auch einen quadratischen oder einen ovalen Grundriss aufweisen.
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Im Raum 9 wird das Fluid mittels einer Vielzahl elektrischer Heizelemente 12 erwärmt. Die Heizelemente 12 sind hierfür in den am Deckel 3 ausgebildeten Taschen 10 angeordnet. Dabei können die Anzahl und die Art der jeweils in einer Tasche 10 angeordneten Heizelemente 12 variieren. Die Taschen 10 dienen im Wesentlichen dazu, einen optimalen Wärmeübertragungsbereich zur räumlich steuerbaren und schnellen Heizung des Fluids zu schaffen. Für die Wärmeübertragung umströmt das in den Raum 9 eingeleitete Fluid die Außenwand 24 der Taschen 10.
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Die Grundebene 11 des Deckels 3 und die als Vertiefungen in diese Grundebene 11 eingebrachten Taschen 10 lassen sich in vorteilhafter Weise aus einer einzigen Metallplatine durch Umformung einteilig bzw. in Form eines einzigen Bauteils einfach und kostengünstig erzeugen. Auch der Boden 2 lässt sich auf einfache Weise in einem Stanz- oder Umformverfahren aus einer einzigen Metallplatine herstellen. Neben Metall oder Metalllegierungen kann als Werkstoff für die Herstellung des Deckels 3 und/oder des Bodens 2 auch ein Kunststoff verwendet werden. Dabei können beide Teile beispielsweise jeweils in einem Spritzgussverfahren hergestellt sein.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die einzelnen Taschen 10 ein im Wesentlichen rechteckförmiges Querschnittsprofil mit einem eckig ausgebildeten und zum Boden 2 weisenden Ende 14 auf. In alternativen Ausführungsbeispielen weist das Ende 14 ein spitz zulaufendes oder abgerundetes Querschnittsprofil auf. Aus einer gemeinsamen Betrachtung der 1 und 2 ist zu entnehmen, dass die als Vertiefungen ausgebildeten Taschen 10 eine Innenkontur in Form länglicher Schlitze aufweisen, wobei der offene Bereich der Vertiefungen zur Grundebene 11 des Deckels 3 orientiert ist. In alternativen Ausführungsformen können auch von dieser Form abweichende Gestaltungen der Vertiefungen bzw. der Taschen 10 vorgesehen sein. Vorsehbar sind beispielsweise stab- bzw. rohrförmige Vertiefungen.
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Die Taschen 10 sind in zumindest einer Reihe angeordnet, wobei die Reihe entlang einer Längsrichtung des Deckels 3 angeordnet ist. In alternativen Ausführungsformen können die Taschen 10 auch in mehreren parallel zueinander angeordneten Reihen angeordnet sein.
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Die in einer Reihe angeordneten Taschen 10 weisen im Längsschnitt ein wellenförmiges Profil 15 mit Wellenbergen 16 und Wellentälern 17 auf. Die Wellenberge 16 und die Wellentäler 17 liegen dabei in einer gemeinsamen Ebene, wobei diese gemeinsame Ebene die Grundebene 11 des Deckels 3 senkrecht schneidet. Dadurch ragen die Wellenberge 16 senkrecht zum ebenen Bereich 13 des Bodens 2 in den Raum 9 hinein. In 1 ist das wellenförmige Profil 15 aus rechteckförmigen Abschnitten gebildet. In alternativen Ausführungsbeispielen kann auch ein einem anderweitigen Verlauf folgendes Wellenprofil vorgesehen sein.
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In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem zweiten Deckelteil 5 eine elektronische Steuereinheit 18 angeordnet. Die elektronische Steuereinheit 18 weist zwei Anschlüsse 19 zur elektrischen Kontaktierung bzw. für die elektrische Energieversorgung, beispielswese aus dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, auf. Über die Steuereinheit 18 sind die einzelnen Heizelemente 12 oder Gruppen miteinander verschalteter Heizelemente 12 ein- und ausschaltbar.
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Aus einer gemeinsamen Betrachtung der 1 und 2 ist zu entnehmen, dass die Taschen 10 eine Kontur in Form schmaler rechteckförmiger Platten 20 aufweisen. Die rechteckigen Platten 20 bilden Heizungsgehäuse 21 für die Heizelemente 12 aus. Die Heizungsgehäuse 21 sind gegen den Raum 9 elektrisch isoliert. Hierfür kann beispielsweise die Innenwand 22 der Taschen 10 mit einer elektrisch isolierenden Folie 23 verkleidet sein.
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Als Heizelemente 12 können beispielsweise elektrisch beheizbare PTC-Elemente vorgesehen sein, die aus einem keramischen Werkstoff bestehend bei steigender Temperatur ihren Widerstand erhöhen und auf diese Weise selbstregelnd sind. Alternativ können statt der PTC-Elemente auch Heizfolien als Heizelemente 12 vorgesehen sein. Bei solchen Heizfolien handelt es sich beispielsweise um elektrisch leitende Kunststofffolien, die ebenfalls PTC-Eigenschaften aufweisen können. Dazu sind die elektrisch leitfähigen Kunststofffolien etwa beidseitig mit einer elektrisch leitenden Kontaktschicht bedeckt. Die beidseitig aufgebrachten Kontaktschichten weisen jeweils Anschlüsse für ihre elektrische Kontaktierung auf. Zusätzlich können die Heizfolien eine obere und eine untere Isolationsschicht aufweisen. Dabei durchdringen die elektrischen Anschlüsse die Isolationsschichten und kontaktieren die Kontaktschichten. Die Kontaktschichten können beispielsweise aus Graphit, Kupfer, einem anderen Metall oder aus einem selbstleitenden Kunststoff ausgebildet sein.
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Die 3 und 4 zeigen schematisierte perspektivische Ansichten eines Deckels 103 eines Ausführungsbeispiels einer in den 3 und 4 nicht näher dargestellten Vorrichtung zur Heizung von Fluiden. Der Deckel 103 weist eine Mehrzahl von in einem Umformverfahren in eine Metallplatine eingebrachten Taschen 110 auf. Die in einer Reihe angeordneten Taschen 110 weisen im Längsschnitt ein wellenförmiges Profil 115 mit Wellenbergen 116 und Wellentälern 117 auf. In alternativen Ausführungsbeispielen kann auch ein einem anderweitigen Verlauf folgendes Profil vorgesehen sein. Die Enden 114 der Taschen 110 können direkt auf mit dem ebenen Bereich eines in den 3 und 4 nicht näher dargestellten Bodens, beispielsweise mittels Löten oder Schweißen, verbunden sein.
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Die 5 und 6 zeigen verschiedene schematisierte Ansichten eines Deckels 203 eines Ausführungsbeispiels einer in den 5 und 6 nicht weiter dargestellten Vorrichtung zur Heizung von Fluiden. Der in 5 in einer Draufsicht dargestellte Deckel 203 ist beispielhaft in einem Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt und weist eine Mehrzahl von Taschen 210 auf. Die in einer Reihe angeordneten Taschen 210 weisen in dem in 6 dargestellten Längsschnitt ein wellenförmiges Profil 215 mit Wellenbergen 216 und Wellentälern 217 auf. In alternativen Ausführungsbeispielen kann auch ein einem anderweitigen Verlauf folgendes Profil vorgesehen sein. Die vom Deckel 203 wegweisenden Enden der Wellenberge 216 können direkt mit dem ebenen Bereich eines in den 5 und 6 nicht näher dargestellten Bodens, beispielsweise mittels Kleben, verbunden sein.
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Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten und aus Metall gefertigten Ausführungsbeispiel ist eine Isolierung des Deckels 203, beispielsweise mittels einer Isolierfolie, nicht erforderlich, da der Deckel 203 aufgrund seines Materials bereits isolierende Eigenschaften aufweist. In den Taschen 210 sind in den 5 und 6 nicht näher dargestellte Heizelemente, beispielsweise PTC-Elemente, angeordnet. Die Heizelemente können beispielhaft nach der Fertigung des Deckels in die von den Taschen 210 gebildeten Vertiefungen eingepresst werden. Dadurch wird ein weitestgehend lückenlos durchgehender Kontakt zwischen der Oberfläche der Heizelemente und der Innenwand 222 der Taschen 210 gewährleistet. Dies verbessert den Wärmeübergang zwischen den Heizelementen und dem die Außenwand 224 der Taschen 210 umströmenden Fluids. Alternativ können die Heizelemente auch bereits bei der Herstellung des Deckels 203 während des Spritzgussverfahrens durch Umspritzen der Heizelemente in den Deckel 203 integriert werden. Die beim fertig gestellten Deckel 203 aus der offenen Seite der Taschen 210 herausragenden Heizelemente werden anschließend beispielsweise mit einem zweiten Deckelteil, welches die Steuereinheit enthält, abgedeckt und über im zweiten Deckelteil angeordnete Anschlüsse elektrisch kontaktiert.
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Die 7 zeigt eine Draufsicht auf einen Deckel 303 eines Ausführungsbeispiels einer in 7 nicht weiter dargestellten Vorrichtung zur Heizung von Fluiden. Der Deckel 303 weist einen rechteckförmigen Grundriss und eine Reihe 328 schlitzförmiger Taschen 310 auf. Die parallel zueinander in der Reihe 328 angeordneten Taschen 310 erstrecken sich dabei jeweils von einer ersten Längsseite 326 des Deckels 303 zu einer der ersten Längsseite 326 des Deckels 303 gegenüberliegenden zweiten Längsseite 327 des Deckels 303.
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Die 8 zeigt eine Draufsicht auf einen Deckel 403 eines Ausführungsbeispiels einer in 8 nicht näher dargestellten Vorrichtung zur Heizung von Fluiden. Der Deckel 403 weist einen rechteckförmigen Grundriss und vier Reihen 428 parallel zueinander angeordneter schlitzförmiger Taschen 410 auf. Die ebenfalls parallel zueinander angeordneten vier Reihen 428 erstrecken sich dabei jeweils von einer ersten Längsseite 426 des Deckels 403 zu einer der ersten Längsseite 426 des Deckels 403 gegenüberliegenden zweiten Längsseite 427 des Deckels 403.
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9 zeigt eine Draufsicht auf einen Deckel 503 eines Ausführungsbeispiels einer in 9 nicht näher dargestellten Vorrichtung zur Heizung von Fluiden. Der Deckel 503 weist einen rechteckförmigen Grundriss und eine Reihe 528 parallel zueinander angeordneter schlitzförmiger Taschen 510 auf. Die Reihe 528 erstreckt sich dabei zwischen einer ersten Längsseite 526 des Deckels 503 und einer der ersten Längsseite 526 des Deckels 503 gegenüberliegenden zweiten Längsseite 527 des Deckels 503. Die schlitzförmigen Taschen 510 erstrecken sich dabei jeweils im Wesentlichen über die gesamte Länge des Deckels 503 bzw. von einer senkrecht zu den Längsseiten 526, 527 angeordneten ersten Stirnseite 529 des Deckels 503 zu einer der ersten Stirnseite 529 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 530 des Deckels 503.
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10 zeigt eine schematisierte perspektivische Ansicht eines Details eines Bodens 602 eines Ausführungsbeispiels einer in 10 nicht weiter dargestellten Vorrichtung zur Heizung von Fluiden. Der Boden 602 weist eine kammförmige Kontur 636 zur Aufnahme von an einem Deckel der Vorrichtung ausgebildeten Taschen auf. Der Deckel ist in 10 nicht dargestellt. Es kann sich bei dem Deckel jedoch beispielsweise um einen gemäß den 1 und 2 ausgebildeten Deckel handeln.
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Die kammförmige Kontur 636 weist von einem ebenen Bereich 613 des Bodens 602 senkrecht abragende und kammartig angeordnete Elemente 637 auf. Die kammartig angeordneten Elemente 637 weisen die Kontur rechteckförmiger und parallel zueinander in einer Reihe angeordneter Platten 638 auf. Dabei sind die Platten 638 beabstandet zueinander angeordnet, so dass zwischen jeweils zwei benachbart zueinander angeordneten Platten 638 ein Zwischenraum 639 angeordnet ist. In die Zwischenräume 639 sind die als Heizungsgehäuse der Heizelemente fungierenden Taschen des Deckels einsetzbar.
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Der ebene Bereich 613 des Bodens 602 weist einen im Wesentlichen rechteckförmigen Grundriss auf. Dabei weist der ebene Bereich 613 an den quer zu seinen Längsseiten 626, 627 angeordneten Stirnseiten 629, 630 rechtwinklig zum ebenen Bereich 613 abgebogene Seitenplatten 634, 635 auf, welche die Vorrichtung im Bereich der Stirnseiten abschließen. Die Seitenplatten 634, 635 können bei einem aus einer Metallplatine gefertigten Boden 602 beispielsweise mittels eines Umformverfahrens ausgebildet sein. Die kammartig angeordneten Elemente 637 sind als Hohlkörper ausgebildet, wobei die in den Elementen ausgebildeten Hohlräume jeweils schlitzförmige Öffnungen 640 aufweisen, deren Öffnungsflächen in einer von dem ebenen Bereich 613 des Bodens 602 gebildeten Fläche angeordnet sind.
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11 zeigt in einer Explosionsdarstellung weitere Details des Bodens 602 gemäß 10. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den Zwischenräumen 639 sind an einem nicht weiter dargestellten Deckel ausgebildete Taschen 610 positioniert. In den Taschen 610 sind Heizelemente 612 angeordnet. In den Hohlräumen 641 sind beispielhaft turbulenzerzeugende Elemente 642 angeordnet, welche die Wärmeübertragung von den Heizelementen 612 auf ein durch die schlitzförmigen Öffnungen 640 in die Hohlräume 641 einleitbares Fluid verbessern. Alternativ können in den Hohlräumen 641 oder auch an der die Hohlräume 641 umgebenden Innenwandung der kammartig angeordneten Elemente 637 andersartige Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung angeordnet sein. Dies können beispielsweise Fluidleitelemente, Fluidverwirbelungselemente, Winglets oder andersartige Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung von den Heizelementen 612 auf das Fluid sein.
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12 zeigt eine schematisierte und teiltransparente perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 701 zur Heizung von Fluiden. Die Vorrichtung 701 weist einen kastenförmigen Boden 702 und einen mit dem Boden 702 verbundenen Deckel 703 auf.
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Der Deckel 703 ist in den Boden 702 eingesetzt. Dabei bilden der Deckel 703 und der Boden 702 einen Raum 709 zur Aufnahme des zu heizenden Fluids aus. Hierfür weist der Boden 702 eine Einströmöffnung 743 für den Fluideintritt in den Raum 709 und eine Ausströmöffnung 744 für den Fluidaustritt aus dem Raum 709 auf. In dem Raum 709 sind eine Mehrzahl vom Deckel 703 ausgebildete und Heizelemente 712 aufnehmende sowie senkrecht in den Raum 709 hineinragende Taschen 710 angeordnet. Zwischen den als rechteckförmige Platten ausgebildeten Taschen 710 sind Strömungsspalte 733 angeordnet. Quer zur Längsrichtung der Taschen 710 sind an dem Boden 702 ein erster Fluidkanal 745 und ein zweiter Fluidkanal 746 angeordnet. Die Fluidkanäle 745, 746 sind parallel zueinander und an jeweils gegenüberliegenden Längsseiten des Bodens 702 angeordnet. Dabei sind die beiden Fluidkanäle 745, 746 jeweils als eine auf der zu den Taschen 710 bzw. den Strömungsspalten 733 weisenden Innenseite des Bodens 702 angeordnete Rinnen ausgebildet. Der erste Fluidkanal 745 bildet einen die Einströmöffnung 743 und die Strömungsspalten fluidverbindenden ersten Bypass 747 und der zweite Fluidkanal 746 bildet einen die Ausströmöffnung 744 und die Strömungsspalten 733 verbindenden zweiten Bypass 748. Auf diese Weise wird das Fluid schneller auf die einzelnen Strömungsspalten 733 bzw. den gesamten zur Verfügung stehenden Wärmeübertragungsbereich verteilt.
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In 13 ist ein Wärmeübertrager 849 dargestellt. Der Wärmeübertrager 849 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein und weist ein nicht im Detail dargestelltes Wärmeübertragungsnetz 850 sowie einen als Fluideinlaufkasten fungierenden ersten Sammelkasten 851 und einen als Fluidauslaufkasten fungierenden zweiten Sammelkasten 852 auf. Das Wärmeübertragungsnetz 850 kann beispielsweise aus zwischen den beiden Sammelkästen 851, 852 angeordneten Rohren aufgebaut sein, in denen ein zu kühlendes bzw. wärmeabgebendes Fluid vom ersten Sammelkasten 851 zum zweiten Sammelkasten 852 fließen kann. Dabei greifen die Rohre mit ihren Enden in entlang einer Längsrichtung an den Böden 802a, 802b angeordneten Öffnungen und/oder Durchzügen ein und sind auf diese Weise mit den Sammelkästen 851, 852 fluidverbunden.
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Zur Verbesserung der Wärmeübertragung können zwischen den Rohren Wärmeleitrippen angeordnet sein, die sich von dem als Fluideinlaufkasten fungierenden ersten Sammelkasten 851 zu dem als Fluidauslaufkasten fungierenden zweiten Sammelkasten 852 erstrecken.
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Der erste Sammelkasten 851 und der zweite Sammelkasten 852 sind jeweils aus einem gebogenen Boden 802a, 802b und einem kastenförmigen Deckelteil 853a, 853b zusammengesetzt. Der erste Sammelkasten 851 weist an seiner Außenwandung eine in 13 nicht näher dargestellte Einströmöffnung für den Fluidzulauf auf. Der zweite Sammelkasten 852 weist an seiner Außenwandung eine in 13 nicht näher dargestellte Ausströmöffnung für den Fluidablauf auf.
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Das am ersten Sammelkasten 851 angeordnete kastenförmige Deckelteil 853a weist an einer zum Boden 802a des ersten Sammelkastens 851 gegenüberliegenden Seite 854 eine Einsetzöffnung 855 auf. Die Einsetzöffnung 855 erstreckt sich dabei beispielhaft im Wesentlichen über die gesamte Seite 854 des kastenförmigen Deckelteils 853a.
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In die Einsetzöffnung 855 ist ein im Wesentlichen gemäß den 1 und 2 ausgebildeter Deckel 803 eingesetzt. Der Deckel 803 weist eine Anzahl von Taschen 810 auf. Die Taschen 810 sind derart im Deckel 803 positioniert, dass die Taschen 810 von einer Grundebene 811 des Deckels 803 aus senkrecht in den ersten Sammelkasten 851 ragen. In dem im ersten Sammelkasten 851 angeordneten Raum 809 wird das über die Einströmöffnung in den Raum 809 einströmende Fluid mittels einer Vielzahl elektrischer Heizelemente 812 erwärmt. Die Heizelemente 812 sind hierfür in den am Deckel 803 ausgebildeten Taschen 810 angeordnet. Dabei können die Anzahl und die Art der jeweils in einer Tasche 810 angeordneten Heizelemente 812 variieren. Die Taschen 810 dienen im Wesentlichen dazu, einen optimalen Wärmeübertragungsbereich zur räumlich steuerbaren und schnellen Heizung des Fluids zu schaffen. Für die Wärmeübertragung umströmt das in den Raum 809 einströmende Fluid die Außenwand 824 der Taschen 810. Das erwärmte Fluid strömt anschließend in das Wärmeübertragungsnetz 850 des Wärmeübertragers 849 und über die am zweiten Sammelkasten 852 angeordnete Ausströmöffnung aus dem Wärmeübertrager 849 heraus. Alternativ kann das Fluid auch im zweiten Sammelkasten 852 umgelenkt werden und über die Rohre wieder in den ersten Sammelkasten 851 strömen, wo es erneut erwärmt wird. Zur elektrischen Kontaktierung und Steuerung der Heizelemente 812 weist der Deckel 803 Anschlüsse 819, beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung der Heizelemente 812 mit dem Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs auf. Darüber hinaus ist beispielhaft im Deckel 803 eine elektronische Steuereinheit 818 zur Regelung einzelner Heizelemente 812 oder Gruppen miteinander verschalteter Heizelemente 812 angeordnet.
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14 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wärmeübertragers 849 gemäß 13. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Wärmeübertrager 849 weist ein Wärmeübertragungsnetz 850 sowie einen als Fluideinlaufkasten fungierenden ersten Sammelkasten 851 und einen als Fluidauslaufkasten fungierenden zweiten Sammelkasten 852 auf.
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Der erste Sammelkasten 851 weist an seiner Außenwandung eine Einströmöffnung 843 für den Fluidzulauf auf. Der zweite Sammelkasten 852 weist an seiner Außenwandung eine Ausströmöffnung 844 für den Fluidablauf auf. Die Einströmöffnung 843 und die Ausströmöffnung 844 sind dabei an diagonal gegenüberliegenden Bereichen angeordnet.
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Das am ersten Sammelkasten 851 angeordnete kastenförmige Deckelteil 853a weist an einer zum Boden 802a des ersten Sammelkastens 851 gegenüberliegenden Seite 854 eine Einsetzöffnung 855 auf. Die Einsetzöffnung 855 erstreckt sich dabei beispielhaft im Wesentlichen über die gesamte Seite 854 des kastenförmigen Deckelteils 853a.
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In die Einsetzöffnung 855 ist ein im Wesentlichen gemäß den 1 und 2 ausgebildeter Deckel 803 eingesetzt. Der Deckel 803 weist eine Anzahl von Taschen auf. Die Taschen sind derart im Deckel 803 positioniert, dass die Taschen von einer Grundebene des Deckels 803 aus senkrecht in den ersten Sammelkasten 851 ragen. In dem im ersten Sammelkasten 851 angeordneten Raum 809 wird das über die Einströmöffnung 843 einströmende Fluid mittels einer Vielzahl elektrischer Heizelemente erwärmt. Die Heizelemente sind hierfür in den am Deckel 803 ausgebildeten Taschen angeordnet. Dabei können die Anzahl und die Art der jeweils in einer Tasche angeordneten Heizelemente variieren. Die Taschen dienen im Wesentlichen dazu, einen optimalen Wärmeübertragungsbereich zur räumlich steuerbaren und schnellen Heizung des Fluids zu schaffen. Für die Wärmeübertragung umströmt das in den Raum 809 einströmende Fluid die Außenwand der Taschen. Das erwärmte Fluid strömt anschließend in das Wärmeübertragungsnetz 850 des Wärmeübertragers 849 und über die am zweiten Sammelkasten 852 angeordnete Ausströmöffnung 844 aus dem Wärmeübertrager 849 heraus. Alternativ kann das Fluid auch im zweiten Sammelkasten 852 umgelenkt werden und über die Rohre des Wärmeübertragungsnetzes 850 wieder in den ersten Sammelkasten 851 strömen, wo es erneut erwärmt wird. Zur elektrischen Kontaktierung und Steuerung der Heizelemente weist der Deckel 803 Anschlüsse 819, beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung der Heizelemente mit dem Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs auf. Darüber hinaus ist beispielhaft im Deckel 803 eine elektronische Steuereinheit 818 zur Regelung einzelner Heizelemente oder Gruppen miteinander verschalteter Heizelemente angeordnet.
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In einem Heizungsbereich 856 des ersten Sammelkastens 851 sind die am Deckel 803 ausgebildeten Taschen bzw. die in den Taschen positionierten Heizelemente angeordnet. Die Einströmöffnung 843 ist in dem in 14 dargestellten Ausführungsbeispiel benachbart zu einem Freibereich 857 des Raums 809 angeordnet. In diesen Freibereich 857 ragen keine der am Deckel 803 ausgebildeten Taschen hinein.
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In den 16 bis 18 sind drei verbindbare Bauteile in einer schematischen seitlichen Ansicht dargestellt. 15 zeigt die drei in den 16, 17 und 18 dargestellten Bauteile in dem zu einer Vorrichtung 901 zur Heizung von Fluiden verbundenen bzw. montierten Zustand. Bei dem in 16 dargestellten Bauteil handelt es sich um einen Deckel 903.
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Der Deckel 903 bildet durch seine Formgebung eine Mehrzahl von Taschen 910 aus. Die Taschen 910 sind derart im Deckel 903 positioniert, dass sie von einer Grundebene 911 des Deckels 903 aus senkrecht in einen von einer kastenförmigen Seitenwand 959 des Deckels 903 gebildeten Raum 909 hineinragen.
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An einer von der Grundebene 911 wegweisenden Außenkante 960 weist die kastenförmige Seitenwand 959 des Deckels 903 einen nach außen rechtwinklig abgebogenen Rand 961 auf, der als Kontaktfläche für die Verbindung mit dem in 18 dargestellten Bauteil fungiert.
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Im Raum 909 wird das Fluid mittels einer Vielzahl in den Taschen 910 positionierten elektrischen Heizelementen erwärmt.
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Nach unten hin wird der Raum 909 mittels des in 18 dargestellten Bodens 902 abgeschlossen, welcher einen von einem ebenen Bereich 913 nach außen abragenden Bodenrand 962 ausbildet. Dieser Bodenrand 962 bildet eine Kontaktfläche, welche mit dem in 16 dargestellten Rand 961 des in 16 gezeigten Deckels 903 verbindbar ist. Für die Verbindung des in 16 gezeigten Deckels 903 und des in 18 gezeigten Bodens 902 können stoffschlüssige Verfahren, beispielsweise Löten, Schweißen oder Kleben oder auch formschlüssige Verfahren wie beispielsweise Bördeln, Wellschlitzbördeln, Crimpen, Falzen oder Clipsen vorgesehen sein.
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Der in 18 dargestellte Boden 902 weist eine kammförmige Kontur 936 zur Aufnahme der an dem in 16 dargestellten Deckel 903 ausgebildeten Taschen 910 auf. Die kammförmige Kontur 936 weist von dem ebenen Bereich 913 des Bodens 902 senkrecht abragende und kammartig angeordnete Elemente 937 auf. Die kammartig angeordneten Elemente 937 sind parallel zueinander in einer Reihe angeordnet. Dabei sind zwischen den kammartig angeordneten Elementen 937 Zwischenräume 939 angeordnet. In die Zwischenräume 939 sind die als Heizungsgehäuse für elektrische Heizelemente fungierenden Taschen 910 des in 16 dargestellten Deckels 903 einsetzbar.
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In den kammartig angeordneten Elementen 937 sind Hohlräume 941 ausgebildet, die über Öffnungen mit dem Fluid beströmbar sind. In den Hohlräumen 941 sind zur Verbesserung der von den Heizelementen auf das Fluid erfolgenden Wärmeübertragung beispielhaft turbulenzerzeugende Elemente angeordnet. Alternativ können in den Hohlräumen 941 oder auch an der die Hohlräume 941 umgebenden Innenwandung der kammartig angeordneten Elemente 937 andersartige Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung angeordnet sein. Dies können beispielsweise Fluidleitelemente, Fluidverwirbelungselemente, Winglets oder andersartige Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung von den Heizelementen auf das Fluid sein.
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17 zeigt eine mit einem Wellenprofil versehene, elektrisch isolierende Folie 923. In alternativen Ausführungsbeispielen kann anstatt der elektrisch isolierenden Folie eine anderweitige elektrische Isolationsschicht als Bauteil für die Vorrichtung zur Heizung von Fluiden vorgesehen sein. Die Isolationsschicht wird zwischen dem in 16 dargestellten Deckel 903 und dem in 18 dargestellten Boden 902 bzw. der Außenoberfläche der in 18 dargestellten kammartig angeordneten Elemente 937 angeordnet. In alternativen Ausführungsbeispielen ist die elektrisch isolierende Schicht an der Innenwand der in 16 dargestellten Taschen 910 angeordnet.
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In 18 ist der Verlauf D eines Schnitts durch drei der kammartig angeordneten Elemente 937 vermerkt. Eine entlang der in 18 mit dem Pfeil A gekennzeichneten Blickrichtung erfolgende Schnittansicht ist in 19 gezeigt. Dabei ist eine Anzahl von als Winglets ausgebildeten turbulenzerzeugenden Elementen 942 gezeigt, die an der die Hohlräume 941 umgebenden Innenwandung der kammartig angeordneten Elemente 937 positioniert sind.
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20 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1001 zur Heizung von Fluiden. Die Vorrichtung 1001 weist einen kastenförmigen Boden 1002 auf. An dem Boden 1002 sind eine erste Einsetzöffnung 1055a und eine der ersten Einsetzöffnung 1055a gegenüberliegende zweite Einsetzöffnung 1055b angeordnet.
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In die erste Einsetzöffnung 1055a ist ein erster Deckel 1003a einsetzbar. In die zweite Einsetzöffnung 1055b ist ein zweiter Deckel 1003b einsetzbar.
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Dabei bilden der erste Deckel 1003a und der kastenförmige Boden 1002 einen ersten Raum 1009a zur Aufnahme eines zu heizenden ersten Fluids aus. Hierfür weist der erste Deckel 1003a eine erste Einströmöffnung 1043 für den Fluideintritt in den ersten Raum 1009a und eine erste Ausströmöffnung 1044 für den Fluidaustritt aus dem ersten Raum 1009a auf.
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In dem ersten Raum 1009a sind eine Mehrzahl vom ersten Deckel 1003a ausgebildete und Heizelemente aufnehmende sowie senkrecht in den ersten Raum 1009a hineinragende erste Taschen 1010a angeordnet. Zwischen den als rechteckförmige Platten ausgebildeten ersten Taschen 1010a sind erste Strömungsspalten 1033a angeordnet. Quer zur Längsrichtung der ersten Taschen 1010a sind an dem ersten Deckel 1003a ein erster Fluidkanal 1045 und ein zweiter Fluidkanal 1046 angeordnet. Die Fluidkanäle 1045, 1046 sind parallel zueinander und an jeweils gegenüberliegenden Längsseiten des ersten Deckels 1003a angeordnet. Dabei sind die beiden Fluidkanäle 1045, 1046 als an einer zum ersten Raum 1009a weisenden Innenseite des ersten Deckels 1003a angeordnete Rinnen ausgebildet. Der erste Fluidkanal 1045 bildet einen die erste Einströmöffnung 1043 und die ersten Strömungsspalten 1033a fluidverbindenden ersten Bypass 1047 und der zweite Fluidkanal 1046 bildet einen die erste Ausströmöffnung 1044 und die ersten Strömungsspalten 1033a verbindenden zweiten Bypass 1048. Auf diese Weise wird das erste Fluid schneller auf die einzelnen ersten Strömungsspalten 1033a bzw. den gesamten im Bereich des ersten Raums 1009a zur Verfügung stehenden Wärmeübertragungsbereich verteilt.
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Der zweite Deckel 1003b und der kastenförmige Boden 1002 bilden einen zweiten Raum 1009b zur Aufnahme eines zu heizenden zweiten Fluids aus. Hierfür weist der zweite Deckel 1003b eine aufgrund der für 20 gewählten Blickrichtung in 20 nicht gezeigte zweite Einströmöffnung für den Fluideintritt eines Fluids in den zweiten Raum 1009b und eine aufgrund der für 20 gewählten Blickrichtung in 20 nicht gezeigte zweite Ausströmöffnung für den Fluidaustritt aus dem zweiten Raum 1009b auf.
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In dem zweiten Raum 1009b sind eine Mehrzahl vom zweiten Deckel 1003b ausgebildete und Heizelemente aufnehmende sowie senkrecht in den zweiten Raum 1009b hineinragende zweite Taschen 1010b angeordnet. Zwischen den als rechteckförmige Platten ausgebildeten zweiten Taschen 1010b sind zweite Strömungsspalten 1033b angeordnet. Quer zur Längsrichtung der zweiten Taschen 1010b sind an dem zweiten Deckel 1003b ein aufgrund der für 20 gewählten Blickrichtung in 20 nicht gezeigter erster Fluidkanal und ein aufgrund der für 20 gewählten Blickrichtung in 20 nicht gezeigter zweiter Fluidkanal angeordnet. Diese beiden Fluidkanäle sind parallel zueinander und an jeweils gegenüberliegenden Längsseiten des zweiten Deckels 1003b angeordnet und als an einer zum zweiten Raum 1009b weisenden Innenseite des zweiten Deckels 1003b angeordnete Rinnen ausgebildet. Der am zweiten Deckel 1003b ausgebildete erste Fluidkanal bildet einen die zweite Einströmöffnung und die zweiten Strömungsspalten 1033b fluidverbindenden ersten Bypass und der an dem zweiten Deckel 1003b ausgebildete zweite Fluidkanal bildet einen die zweite Ausströmöffnung und die zweiten Strömungsspalten 1033b verbindenden zweiten Bypass. Auf diese Weise wird ein Fluid schneller auf die einzelnen zweiten Strömungsspalten 1033b bzw. den gesamten im Bereich des zweiten Raums 1009b zur Verfügung stehenden Wärmeübertragungsbereich verteilt.
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Zwischen dem ersten Raum 1009a und dem zweiten Raum 1009b ist beispielhaft eine elektronische Steuereinheit 1018 angeordnet. Die elektronische Steuereinheit 1018 weist Anschlüsse zur elektrischen Kontaktierung bzw. für die elektrische Energieversorgung der in den Taschen 1010a, 1010b angeordneten Heizelemente, beispielswese aus dem Bordstromnetz eines Kraftfahrzeugs, auf. Über die Steuereinheit 1018 sind die einzelnen Heizelemente oder Gruppen miteinander verschalteter Heizelemente ein- und ausschaltbar.
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21 zeigt ein Detail eines Bodens 1102 und eines Deckels 1103 einer nicht näher dargestellten Vorrichtung zur Heizung von Fluiden. Der Deckel 1103 und der Boden 1102 weisen seitlich aufgestellte umlaufende Randbereiche 1108a, 1108b auf, die zur Vergrößerung der für die Verbindung von Deckel 1103 und Boden 1102 zur Verfügung stehende Kontaktfläche dienen. Der Randbereich 1108b des Bodens 1102 weist eine parallel zur Seitenwand 1159 des Deckels 1103 angeordnete Randleiste 1163 auf. Die Randleiste 1163 kann umlaufend oder unterbrochen umlaufend ausgebildet sein. An der Randleiste 1163 sind Fenster 1164 angeordnet. In die Fenster sind an dem Randbereich 1108a des Deckels 1103 sowie komplementär zu den Fenstern 1164 ausgebildete Noppen 1165 eingepresst. Darüber hinaus ist am Randbereich 1108b des Bodens 1102 eine umlaufende oder alternativ unterbrochen umlaufende Sicke 1166 ausgebildet. In die Sicke 1166 ist der Randbereich 1108a des Deckels 1103 einsetzbar. Dabei ist zwischen der Oberfläche der Sicke 1166 und dem Randbereich 1108b des Bodens 1102 ein Dichtelement 1167 angeordnet, wodurch die Randbereiche 1108a, 1108b gegeneinander dichtend verbindbar sind. Weitere vorsehbare Elemente zur Verbindung des Deckels und des Bodens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Heizung von Fluiden sind in den 22 und 23 gezeigt. Ähnliche oder gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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24 zeigt eine schematische Teilansicht eines Wärmeübertragers 1249. Der Wärmeübertrager 1249 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein und weist ein nicht im Detail dargestelltes Wärmeübertragungsnetz 1250 sowie einen als Fluideinlaufkasten fungierenden ersten Sammelkasten 1251 und einen als Fluidauslaufkasten fungierenden und in 24 nicht dargestellten zweiten Sammelkasten auf. Das Wärmeübertragungsnetz 1250 kann beispielhaft aus zwischen dem ersten Sammelkasten 1251 und dem zweiten Sammelkasten angeordneten Rohren gebildet.
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Der erste Sammelkasten 1251 ist aus einem gebogenen Boden 1202 und einem kastenförmigen Deckelteil 1253 zusammengesetzt. Das kastenförmige Deckelteil 1253 weist eine erste Stirnwand 1229 und eine der ersten Stirnwand 1229 gegenüberliegende zweite Stirnwand 1230 auf. Die beiden Stirnwände 1229, 1230 sind an ihren beiden Enden durch senkrecht zu den Stirnwänden 1229, 1230 angeordnete Längswände 1226 miteinander verbunden. Der erste Sammelkasten 1251 weist beispielhaft eine in 24 nicht näher dargestellte Einströmöffnung für den Fluidzulauf auf. Der über die Rohre mit dem ersten Sammelkasten 1251 fluidverbundene zweite Sammelkasten weist beispielhaft eine Ausströmöffnung für den Fluidablauf auf.
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Das am ersten Sammelkasten 1251 angeordnete kastenförmige Deckelteil weist an seiner ersten Stirnwand 1229 eine Einsetzöffnung 1255 auf. In alternativen Ausführungsbeispielen ist die Einsetzöffnung 1255 an der zweiten Stirnwand 1230 oder an einer der beiden Längswände 1226 angeordnet.
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In die Einsetzöffnung 1255 ist ein im Wesentlichen gemäß den 1 und 2 ausgebildeter Deckel 1203 eingesetzt. Der Deckel 1203 weist eine Anzahl von Taschen 1210 auf. Die Taschen 1210 sind derart im Deckel 1203 positioniert, dass die Taschen 1210 parallel zur Längsrichtung des ersten Sammelkastens 1251 bzw. parallel zu den Längswänden 1226 des ersten Sammelkastens 1251 in den ersten Sammelkasten 1251 bzw. in den Raum 1209 hineinragen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel mit einer an einer der Längswände 1226 angeordneten Einsetzöffnung 1255 ragen die Taschen 1210 parallel zu den beiden Stirnwänden 1229, 1230 in den ersten Sammelkasten 1251 bzw. in den Raum 1209. Die Taschen 1210 können je nach Anordnung der Einsetzöffnung 1255 von der ersten Stirnwand 1229, der zweiten Stirnwand 1230 oder einer der beiden Längswände 1226 aus in den ersten Sammelkasten 1251 bzw. den Raum 1209 hineinragen.
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In dem vom Boden 1202 und dem Deckelteil 1253 gebildeten Raum 1209 wird das über die Einströmöffnung in den Raum 1209 einströmende Fluid mittels einer Vielzahl elektrischer Heizelemente erwärmt. Die Heizelemente sind hierfür in den am Deckel ausgebildeten Taschen 1210 angeordnet. Dabei können die Anzahl und die Form der Taschen sowie die Anzahl und die Art der jeweils in einer Tasche 1210 angeordneten Heizelemente variieren.
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Die Taschen 1210 dienen im Wesentlichen dazu, einen optimalen Wärmeübertragungsbereich zur räumlich steuerbaren und schnellen Heizung des Fluids zu schaffen. Für die Wärmeübertragung umströmt das in den Raum 1209 einströmende Fluid die Außenwand der Taschen 1210. Das erwärmte Fluid strömt anschließend in das Wärmeübertragungsnetz 1250 des Wärmeübertragers 1249 und über die am zweiten Sammelkasten angeordnete Ausströmöffnung aus dem Wärmeübertrager 1249 heraus. Alternativ kann das Fluid auch im zweiten Sammelkasten umgelenkt werden und über die Rohre wieder in den ersten Sammelkasten 1251 strömen, wo es erneut erwärmt wird. Zur elektrischen Kontaktierung und Steuerung der Heizelemente weist der Deckel 1203 Anschlüsse 1219, beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung der Heizelemente mit dem Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs auf. Darüber hinaus ist beispielhaft im Deckel 1203 eine elektronische Steuereinheit 1218 zur Regelung einzelner Heizelemente oder Gruppen miteinander verschalteter Heizelemente angeordnet.
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25 zeigt einen Teil eines Wärmeübertragers 1349. Der Wärmeübertrager 1349 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein und weist ein nicht im Detail dargestelltes Wärmeübertragungsnetz 1350 sowie einen als Fluideinlaufkasten fungierenden ersten Sammelkasten 1351 und einen als Fluidauslaufkasten fungierenden zweiten Sammelkasten auf. Der zweite Sammelkasten ist an einer dem ersten Sammelkasten 1351 gegenüberliegenden und in 25 nicht gezeigten Seite des Wärmeübertragungsnetzes 1350 angeordnet. Das Wärmeübertragungsnetz 1350 kann beispielsweise aus zwischen dem ersten Sammelkasten 1351 und dem zweiten Sammelkasten angeordneten Rohren aufgebaut sein, in denen ein zu kühlendes bzw. wärmeabgebendes Fluid vom ersten Sammelkasten 1351 zum zweiten Sammelkasten fließen kann.
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Der erste Sammelkasten 1351 ist aus einem gebogenen Bodenteil 1368 und einem kastenförmigen Deckelteil 1353 zusammengesetzt. Das kastenförmige Deckelteil 1353 weist eine erste Stirnwand 1329, eine der ersten Stirnwand 1329 gegenüberliegende zweite Stirnwand 1330 sowie zwei Längswände 1326 auf. An der zweiten Stirnwand 1330 des ersten Sammelkastens 1351 ist eine Einströmöffnung 1343 mit einem ersten Stutzen 1369 für den Fluidzulauf angeordnet. Der über die Rohre mit dem ersten Sammelkasten 1351 fluidverbundene zweite Sammelkasten weist eine in 25 nicht näher dargestellte Ausströmöffnung für den Fluidablauf auf. An der Ausströmöffnung kann ein zweiter Stutzen vorgesehen sein. In alternativen Ausführungsformen können die Einströmöffnung 1343 und die Ausströmöffnung an den Stirnwänden 1329, 1330 oder den Längswänden 1326 des ersten Sammelkastens 1351 angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einströmöffnung 1343 und die Ausströmöffnung einander gegenüberliegend an den Stirnseiten 1329, 1330 des ersten Sammelkastens 1351 angeordnet.
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Das am ersten Sammelkasten 1351 angeordnete kastenförmige Deckelteil 1353 weist an einer dem Bodenteil 1368 des ersten Sammelkastens 1351 gegenüberliegenden Seite 1354 eine Einsetzöffnung 1355 auf. Die Einsetzöffnung 1355 erstreckt sich dabei beispielhaft im Wesentlichen über die gesamte Seite 1354 des kastenförmigen Deckelteils 1353.
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In die Einsetzöffnung 1355 ist eine Vorrichtung 1301 zur Heizung von Fluiden eingesetzt. In alternativen Ausführungsbeispielen sind die Einsetzöffnung 1355 und die in die Einsetzöffnung 1355 eingesetzte Vorrichtung 1301 an einer der Stirnseiten 1329, 1330 oder einer der Längsseiten 1326 des Deckelteils 1353 angeordnet. Darüber hinaus können am zweiten Sammelkasten ebenfalls zumindest eine Einsetzöffnung sowie zumindest eine in die Einsetzöffnung einsetzbare Vorrichtung 1301 angeordnet sein.
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Die Vorrichtung 1301 weist einen kasten- oder alternativ auch wannen- bzw. topfförmig gewölbten Boden 1302 und einen mit dem Boden 1302 verbundenen Deckel 1303 auf. Der Deckel 1303 weist zwei miteinander verbundene Deckelteile, ein erstes Deckelteil 1304 und ein zweites Deckelteil 1305 auf. Das zweite Deckelteil 1305 ist auf einer ersten Seite 1306 des ersten Deckelteils 1304 angeordnet. Die der ersten Seite 1306 des ersten Deckelteils 1304 gegenüberliegende zweite Seite 1307 des ersten Deckelteils 1304 ist mit dem Boden 1302 verbunden.
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Der Deckel 1303 und der Boden 1302 weisen seitlich aufgestellte Randbereiche 1308 auf, die zur Vergrößerung der für die Verbindung von Deckel 1303 und Boden 1302 zur Verfügung stehende Kontaktfläche dienen. An den Randbereichen 1308 oder benachbart zu den Randbereichen 1308 können Fixierungs- oder Verschlusselemente angeordnet sein. Darüber hinaus können Deckel 1303 und Boden 1302 entlang der Randbereiche 1308 durch Dichtelemente gegenüber einander abgedichtet sein.
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Der Deckel 1303 ist in den Boden 1302 eingesetzt. Dabei bilden der Deckel 1303 und der Boden 1302 einen Raum 1309 zur Aufnahme des zu heizenden Fluids aus. Hierfür weisen entweder der Boden 1302 und/oder der Deckel 1303 zumindest eine in 25 nicht gezeigte Einströmöffnung für den Fluideintritt in den Raum 1309 und/oder zumindest eine in 25 nicht näher gezeigte Ausströmöffnung für den Fluidaustritt aus dem Raum 1309 auf. Über die zumindest eine am Boden 1302 und/oder am Deckel 1303 angeordnete Einströmöffnung und/oder über die zumindest eine am Boden 1302 und/oder am Deckel 1303 angeordnete Ausströmöffnung kann der Raum 1309 mit dem ersten Sammelkasten 1351 bzw. mit dem zweiten Sammelkasten fluidverbunden sein. Auf diese Weise strömt das zu erwärmende Fluid über die zumindest eine am Boden 1302 und/oder am Deckel 1303 angeordnete Einströmöffnung vom ersten Sammelkasten 1351 in den Raum 1309, wird dort erwärmt und strömt anschließend über die zumindest eine am Boden 1302 und/oder am Deckel 1303 angeordnete Ausströmöffnung in den ersten Sammelkasten 1351 zurück. In alternativen unterschiedlichen Ausführungsvarianten können alternative Strömungspfade und/oder Fluidverbindungen vorgesehen sein.
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Der Deckel 1303 bildet durch seine Formgebung eine Mehrzahl von Taschen 1310 aus. Die Taschen 1310 sind derart im Deckel 1303 positioniert, dass im montierten Zustand von Deckel 1303 und Boden 1302 die Taschen 1310 von einer Grundebene 1311 des Deckels 1303 aus senkrecht in den Raum 1309 hinein und hin zu einem ebenen Bereich des Bodens 1302 weisen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 1301 können die Anzahl, Form und Dimensionierung der Taschen 1310 variieren. In dem in 25 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Taschen 1310 jeweils eine Kontur in Form schmaler rechteckförmiger Platten 1320 auf. Aufgrund der für 25 gewählten Blickrichtung ist nur eine der Taschen 1310 in 25 dargestellt.
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Im Raum 1309 wird das Fluid mittels einer Vielzahl elektrischer Heizelemente erwärmt. Die Heizelemente sind hierfür in den am Deckel 1303 ausgebildeten Taschen 1310 angeordnet. Dabei können die Anzahl und die Art der jeweils in einer Tasche 1310 angeordneten Heizelemente variieren. Die Taschen 1310 dienen im Wesentlichen dazu, einen optimalen Wärmeübertragungsbereich zur räumlich steuerbaren und schnellen Heizung des Fluids zu schaffen. Für die Wärmeübertragung umströmt das in den Raum 1309 eingeleitete Fluid die Außenwand 1324 der Taschen 1310.
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Die Grundebene 1311 des Deckels 1303 und die als Vertiefungen in diese Grundebene 1311 eingebrachten Taschen 1310 lassen sich in vorteilhafter Weise aus einer einzigen Metallplatine durch Umformung einteilig bzw. in Form eines einzigen Bauteils einfach und kostengünstig erzeugen. Auch der Boden 1302 lässt sich auf einfache Weise in einem Stanz- oder Umformverfahren aus einer einzigen Metallplatine herstellen. Neben Metall oder Metalllegierungen kann als Werkstoff für die Herstellung des Deckels 1303 und/oder des Bodens 1302 auch ein Kunststoff verwendet werden. Dabei können beide Teile beispielsweise jeweils in einem Spritzgussverfahren hergestellt sein.
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In dem in 25 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem zweiten Deckelteil 1305 eine elektronische Steuereinheit 1318 angeordnet. Die elektronische Steuereinheit 1318 weist zwei Anschlüsse 1319 zur elektrischen Kontaktierung bzw. für die elektrische Energieversorgung der Heizelemente, beispielsweise aus dem Bordstromnetz eines Kraftfahrzeugs, auf. Über die Steuereinheit 1318 sind die einzelnen Heizelemente oder Gruppen miteinander verschalteter Heizelemente ein- und ausschaltbar.
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Die Taschen 1310 bilden Heizungsgehäuse 1321 für die Heizelemente aus. Die Heizungsgehäuse 1321 sind gegen den Raum 1309 elektrisch isoliert. Hierfür kann beispielsweise die Innenwand der Taschen 1310 mit einer elektrisch isolierenden Folie 1323 verkleidet sein.
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Als Heizelemente können beispielsweise elektrisch beheizbare PTC-Elemente vorgesehen sein, die aus einem keramischen Werkstoff bestehend bei steigender Temperatur ihren Widerstand erhöhen und auf diese Weise selbstregelnd sind. Alternativ können statt der PTC-Elemente auch Heizfolien als Heizelemente vorgesehen sein. Bei solchen Heizfolien handelt es sich beispielsweise um elektrisch leitende Kunststofffolien, die ebenfalls PTC-Eigenschaften aufweisen können. Dazu sind die elektrisch leitfähigen Kunststofffolien etwa beidseitig mit einer elektrisch leitenden Kontaktschicht bedeckt. Die beidseitig aufgebrachten Kontaktschichten weisen jeweils Anschlüsse für ihre elektrische Kontaktierung auf. Zusätzlich können die Heizfolien eine obere und eine untere Isolationsschicht aufweisen. Dabei durchdringen die elektrischen Anschlüsse die Isolationsschichten und kontaktieren die Kontaktschichten. Die Kontaktschichten können beispielsweise aus Graphit, Kupfer, einem anderen Metall oder aus einem selbstleitenden Kunststoff ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011050992 A1 [0005]
- US 2013/0186966 A1 [0006]
