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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen zwei Fluiden, der ein Gehäuse aufweist, durch das für das jeweilige Fluid ein Strömungspfad führt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Thermosystem mit einem solchen Wärmeübertrager.
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In einer Vielzahl von Anwendungen ist eine Wärmeübertragung zwischen zwei Fluiden vorgesehen. Zu diesem Zweck kommen üblicherweise Wärmeübertrager zum Einsatz. Durch den Wärmeübertrager sind die Fluide über jeweils zugehörige Strömungspfade geführt, so dass es innerhalb des Wärmeübertragers zur Wärmeübertragung zwischen den Fluiden kommt. Zugehörige Thermosysteme, durch welche die beiden Fluide strömen, kommen insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Einsatz. In derartigen Thermosystemen wird die mit einem Fluid aufgenommene Wärme auf das andere Fluid übertragen, um diese Wärme gänzlich abzuführen oder einer anderen Anwendung zuzuführen, welche diese Wärme benötigt. In einem Kraftfahrzeug kommen beispielsweise ein erstes Fluid zum Kühlen einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs und ein zweites Fluid zum Klimatisieren eines Innenraums des Kraftfahrzeugs zum Einsatz. Der Wärmeübertrager erlaubt es beispielsweise, die von der Antriebseinrichtung aufgenommene Wärme über das erste Fluid auf das zweite Fluid und über das zweite Fluid dem Innenraum zuzuführen.
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Ebenso ist es wünschenswert, das jeweilige Fluid bei Bedarf heizen zu können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die auf zumindest eines der Fluide übertragene Wärme nicht ausreicht. Zu diesem Zweck kommt gewöhnlich eine elektrische Heizeinrichtung zum Einsatz, die zumindest einem der Fluide bei Bedarf Wärme zuführt und das zumindest eine Fluid somit heizt.
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Beim Einsatz in einem Thermosystem, insbesondere in Kraftfahrzeugen, ist es wünschenswert, die Effizienz des Thermosystems zu erhöhen. Insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, welche zumindest teilelektrisch betrieben sind, ist die Heizeinrichtung als elektrischer Verbraucher möglichst effizient auszugestalten, um den Gesamtenergieverbrauch und/oder die Reichweite des Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen zwei Fluiden sowie für ein Thermosystem mit einem solchen Wärmeübertrager verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Effizienz und/oder eine kostengünstige Herstellung auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine bisher von einem Fluid zu Fluid Wärmeübertrager in einem Thermosystem separat vorgesehene elektrische Heizeinrichtung in den Wärmeübertrager zu integrieren, so dass bei Bedarf mit der Heizeinrichtung innerhalb des Wärmeübertragers Wärme auf zumindest eines der durch den Wärmeübertrager strömenden Fluide übertragen und dieses Fluid somit geheizt werden kann. In der Folge sind die Strömungswege des zumindest einen mit der Heizeinrichtung geheizten Fluids verkürzt, so dass die Wärmeverluste zum Beheizen des zumindest einen Fluids reduziert und somit die Effizienz des Heizens des zumindest eines Fluids verbessert sind. Dies führt zu einer Verbesserung der Effizienz eines zugehörigen Thermosystems, in welchem der Wärmeübertrager zum Einsatz kommt. Darüber hinaus ist es auf diese Weise möglich, den Wärmeübertrager samt Heizeinrichtung insgesamt kostengünstiger im zugehörigen Thermosystem einzusetzen, da durch die Integration der Heizeinrichtung in den Wärmeübertrager nicht zwei voneinander getrennte Bestandteil zu montieren und zu installieren sind. Zudem führt dies zu einer kompakteren Bauweise des zugehörigen Thermosystems.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist der Wärmeübertrager eine Hülle auf, die zwei Einlässe zum Einlassen der Fluide in die Hülle sowie zwei Auslässe zum Auslassen der Fluide aus der Hülle aufweist. Innerhalb der Hülle verläuft ein Strömungspfad eines ersten Fluids, nachfolgend auch erster Strömungspfad genannt, sowie ein fluidisch vom ersten Strömungspfad getrennter zweiter Strömungspfad eines zweiten Fluids, derart, dass es im Betrieb und somit beim Strömen des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch den Wärmeübertrager innerhalb des Wärmeübertragers zu einer Wärmeübertragung zwischen den Fluiden kommt. Der Wärmeübertrager weist zudem eine elektrische Heizeinrichtung zum Heizen zumindest eines der Fluide auf, welche innerhalb der Hülle angeordnet und mit zumindest einem der Strömungspfade zum Heizen des zugehörigen Fluids wärmeübertragend verbunden ist.
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Die Anordnung der Heizeinrichtung in der Hülle bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Heizeinrichtung zwischen den Einlässen und den Auslässen wärmeübertragend mit zumindest einem der Strömungspfade verbunden ist.
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Bei den Fluiden handelt es sich prinzipiell um zwei unterschiedliche Fluide. Beispielsweise kann eines der Fluide ein Kältemittel und das andere Fluid ein Kühlmittel sein.
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Ebenso ist es vorstellbar, dass beide Fluide gleich sind. Insbesondere können beide Fluide ein Kühlmittel oder ein Kältemittel sein.
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Die Hülle begrenzt zweckmäßig ein Innenvolumen, durch das beide Strömungspfade führen, wobei im Betrieb ein Wärmeaustausch zwischen den Fluiden innerhalb des Innenvolumens erfolgt.
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Während die Strömungspfade innerhalb des Hülle jeweils getrennt verlaufen, ist eine Durchmischung der Fluide innerhalb der Hülle prinzipiell vorstellbar. Bevorzugt ist es aber, wenn die Fluide innerhalb des Wärmeübertragers fluidisch gänzlich getrennt sind. Das heißt, dass der Wärmeübertrager der fluidisch getrennten Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid dient. Insbesondere führt der erste Strömungspfad durch einen der Einlässe und einen der Auslässe, welche nachfolgend auch als erster Einlass und erster Auslass bezeichnet werden, wohingegen der zweite Strömungspfad durch den anderen Einlass und den Auslass, nachfolgend auch zweiter Einlass und zweiter Auslass genannt, führt.
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Die Heizeinrichtung kann zum Heizen des zumindest einen Fluids beliebig ausgestaltet sein.
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Die Heizeinrichtung kann zum Heizen zumindest eines der Fluide zumindest ein Heizelement aufweisen, das im Betrieb Wärme erzeugt.
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Vorstellbar ist es, dass die Heizeinrichtung ein einziges Heizelement aufweist, dass mit einem der Strömungspfade oder mit beiden Strömungspfaden wärmeübertragend verbunden ist.
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Denkbar sind Ausführungsformen, bei denen die elektrische Heizeinrichtung dem Heizen beider Fluide dient. Zu diesem Zweck ist die elektrische Heizeinrichtung zweckmäßig wärmeübertragend mit beiden Strömungspfaden verbunden, so dass die Heizeinrichtung bei Bedarf beide Fluide oder wahlweise eines der Fluide heizen kann.
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Denkbar sind Ausführungsformen, bei denen die Heizeinrichtung zumindest zwei Heizelemente aufweist, welche im Betrieb Wärme erzeugen, wobei dem jeweiligen Strömungspfad und somit dem jeweiligen Fluid zumindest ein Heizelement zugeordnet ist. Mit anderen Worten, wenigstens eines der Heizelemente ist mit dem ersten Strömungspfad und wenigstens ein anderes der Heizelemente mit dem zweiten Strömungspfad wärmeübertragend verbunden. Dies erlaubt es insbesondere, das jeweilige Fluid individuell und bedarfsgerecht zu heizen.
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Selbstverständlich kann auch wenigstens ein Heizelement vorgesehen sein, das mit beiden Strömungspfaden wärmeübertragend verbunden ist und somit im Betrieb beide Fluide heizt.
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Zum individuellen Heizen der Fluide ist vorteilhaft eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche die Heizeinrichtung im Betrieb entsprechend steuert. Insbesondere ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie das zumindest eine Heizelement im Betrieb individuell ansteuert. Sind zwei oder mehr Heizelemente vorgesehen, ist die Steuereinrichtung also vorteilhaft derart ausgestaltet, dass sie das jeweilige Heizelement bei Bedarf individuell ansteuert.
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Bei dem jeweiligen Heizelement handelt es sich prinzipiell um ein solches, das im Betrieb durch Verbrauch elektrischer Energie Wärme erzeugt, also um ein elektrisches Heizelement.
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Vorteilhaft handelt es sich bei zumindest einem der der wenigstens einen Heizelemente, bevorzugt bei dem jeweiligen Heizelement, um ein Kaltleiterelement, auch PTC-Element genannt. Dies erlaubt eine vereinfachte Umsetzung des Wärmeübertragers und/oder ein effizientes Heizen des zumindest einen Fluids.
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Die Heizelemente der Heizeinrichtung sind vorteilhaft innerhalb der Hülle des Wärmeübertragers zueinander beabstandet und/oder aufeinanderfolgend angeordnet. Vorstellbar ist es ebenso, zumindest zwei der Heizelemente unmittelbar benachbart, insbesondere miteinander in Kontakt stehend, anzuordnen.
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Innerhalb des Wärmeübertragers, insbesondere innerhalb der Hülle, können Zonen zur Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden und von diesen Zonen verschiedene Zonen zum Heizen zumindest eines der Fluide mit der elektrischen Heizeinrichtung vorgesehen sein.
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Bevorzugt ist die Heizeinrichtung, insbesondere das zumindest eine Heizelement, fluidisch von dem zumindest einen Fluid getrennt, das heißt insbesondere außerhalb des Strömungspfads angeordnet. Somit wird eine Übertragung elektrischer Energie auf das Fluid, insbesondere elektrische Kurzschlüsse und dergleichen, vermieden oder die entsprechende Gefahr zumindest reduziert.
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Denkbar ist es, die Heizeinrichtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest eines der Heizelemente, innerhalb des Strömungspfads anzuordnen. Somit wird die Wärmeübertragung auf das zugehörige Fluid erhöht und somit die Effizienz des Wärmeübertragers verbessert. In diesem Fall ist/sind das zugehörige Fluid bevorzugt dielektrisch und/oder stromführende Bestandteile des Heizelements gegenüber dem Fluid elektrisch isoliert.
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Der Wärmeübertrager weist vorteilhaft eine Ventileinrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, dass sie zumindest einen der Strömungspfade wenigstens maximal freigibt oder sperrt. Mit anderen Worten, die Ventileinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie für zumindest einen der Strömungspfade in wenigstens zwei Stufen verstellbar ist, wobei in einer der Stufen der Strömungspfad gänzlich gesperrt und in der anderen Stufe der Strömungspfad maximal freigegeben ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, die Strömung zumindest einer der Fluide durch den Wärmeübertrager zu sperren bzw. freizugeben, so dass der Wärmeübertrager bedarfsgerechter betrieben werden kann. Bevorzugt ist es, wenn die Ventileinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie den jeweiligen Strömungspfad wenigstens freigibt und sperrt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Ventileinrichtung auch in Zwischenstufen zwischen der Sperrung und der maximalen Freigabe des jeweiligen Strömungspfads verstellbar ist.
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Bevorzugt ist die Ventileinrichtung kommunizierend mit der Steuereinrichtung verbunden, wobei die Steuereinrichtung zum Steuern der Ventileinrichtung ausgestaltet ist. Somit ist es möglich, die Volumenströme der Fluide durch den Wärmeübertrager bei Bedarf zu ändern.
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Der Wärmeübertrager, insbesondere die Strömungspfade innerhalb der Wärmeübertragers, können prinzipiell beliebig ausgestaltet sein.
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Vorstellbar ist es, den Wärmeübertrager als einen Platten-Wärmeübertrager auszubilden. Der Platten-Wärmeübertrager weist in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgende Platten auf. Die Platten begrenzen zumindest einen der Strömungspfade, insbesondere den jeweiligen Strömungspfad, innerhalb des Wärmeübertragers. Dabei bilden die Platten vorzugsweise die Hülle des Wärmeübertragers zumindest teilweise. Insbesondere kann zumindest eineder Platten wenigstens einen Einlass und/oder wenigstens einen Auslass des Wärmeübertragers aufweisen.
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Die jeweilige Platte des Platten-Wärmeübertragers kann beliebig ausgestaltet sein.
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Bei der jeweiligen Platte kann es sich insbesondere um eine Stapelscheibe handeln. Dementsprechend ist der Platten-Wärmeübertrager in diesen Fällen als Stapelscheiben-Wärmeübertrager ausgebildet.
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Vorstellbar ist es, den Wärmeübertrager als Rohrbündel-Wärmeübertrager auszubilden. Der Rohrbündel-Wärmeübertrager weist ein Rohrbündel mit zumindest zwei Rohrkörpern auf. Dabei führt der erste Strömungspfad durch die Rohrkörper. Zudem sind die zumindest zwei Rohrkörper im zweiten Strömungspfad angeordnet, so dass es im Betrieb über die Rohrkörper zu einer Wärmeübertragung zwischen den Fluiden kommt. Ist der Wärmeübertrager als ein Rohrbündel-Wärmeübertrager ausgebildet, ist die Hülle vorteilhaft außenseitig der Rohrkörper angeordnet. Insbesondere kann die Hülle als ein Gehäuse ausgebildet sein, das die Rohrkörper aufnimmt und durch das der zweite Strömungspfad führt.
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Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Heizeinrichtung zumindest teilweise an wenigstens einem Kanal angeordnet, insbesondere angebracht ist, der den ersten Strömungspfad innerhalb des Gehäuses begrenzt. Das heißt, dass der erste Strömungspfad innerhalb des Wärmeübertragers, insbesondere innerhalb der Hülle, durch zumindest einen Kanal begrenzt ist, der nachfolgend auch als erster Kanal bezeichnet wird, wobei die Heizeinrichtung zumindest teilweise an wenigstens einem der zumindest einen ersten Kanäle angeordnet ist. Insbesondere ist zumindest eines der Heizelemente der Heizeinrichtung an wenigstens einem der zumindest einen ersten Kanäle angeordnet. Dabei ist es vorstellbar, dass die Heizeinrichtung, insbesondere zumindest eines der Heizelemente, außenseitig des zugehörigen Kanals, das heißt auf der vom ersten Strömungspfad abgewandten Seite, oder innenseitig des zugehörigen Kanals, das heißt auf der dem ersten Strömungspfad zugewandten Seite des Kanals, angeordnet ist.
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Analoges kann alternativ oder zusätzlich für den zweiten Strömungspfad und die Heizeinrichtung vorgesehen sein. Das heißt, dass die Heizeinrichtung alternativ oder zusätzlich zumindest teilweise an wenigstens einem Kanal angebracht ist, der den zweiten Strömungspfad innerhalb des Wärmeübertragers, insbesondere innerhalb der Hülle, begrenzt, nachfolgend auch zweiter Kanal genannt. Mit anderen Worten, der zweite Strömungspfad kann innerhalb des Wärmeübertragers, insbesondere innerhalb der Hülle, durch zumindest einen zweiten Kanal begrenzt sein, wobei die Heizeinrichtung zumindest teilweise, insbesondere wenigstens eines der Heizelemente, an einem der zumindest einen zweiten Kanäle innenseitig oder außenseitig angeordnet ist.
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Ist der Wärmeübertrager als ein Platten-Wärmeübertrager, insbesondere Stapelscheiben-Wärmeübertrager, ausgebildet, bilden zumindest eine der Platten, insbesondere zwei aufeinanderfolgende Platten, jeweils einen ersten Kanal oder einen zweiten Kanal. Insbesondere können aufeinanderfolgende Platten abwechselnd einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal bilden.
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Ist der Wärmeübertrager als ein Rohrbündel-Wärmeübertrager ausgebildet, bilden die Rohrkörper innenseitig die ersten Kanäle. Alternativ oder zusätzlich können Rohrkörper durch eine zueinander beabstandete Anordnung außenseitig die zweiten Kanäle bilden.
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Der Wärmeübertrager kann eine Sensoreinrichtung aufweisen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb die Temperatur zumindest eines der Fluide, vorteilhaft des jeweiligen Fluids, ermittelt. Die Sensoreinrichtung ist bevorzugt innerhalb des Wärmeübertragers, insbesondere innerhalb der Hülle, angeordnet.
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Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung kommunizierend mit der Steuereinrichtung verbunden. Somit ist es möglich, die elektrische Heizeinrichtung bei Bedarf zum Heizen zumindest eines der Fluide einzusetzen.
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Die Sensoreinrichtung kann prinzipiell derart ausgestaltet sein, dass sie auch weitere Betriebsparameter des Wärmeübertragers ermittelt. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie den Volumenstrom zumindest eines der Fluide durch den Wärmeübertrager ermittelt.
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Vorteilhaft ist die Sensoreinrichtung kontaktlos mit der Steuereinrichtung verbunden. Dies führt zu einer vereinfachten Herstellung und Montage des Wärmeübertragers und/oder des zugehörigen Thermosystems.
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Es versteht sich, dass neben dem Wärmeübertrager auch ein Thermosystem mit einem solchen Wärmeübertrager zum Umfang dieser Erfindung gehört.
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Der Wärmeübertrager ist zweckmäßig in zumindest einem Kreislauf des Thermosystems eingebunden. Das Thermosystem weist also wenigstens einen Kreislauf auf, in welchem im Betrieb ein erstes Fluid zirkuliert, wobei der Wärmeübertrager mit dem ersten Strömungspfad in dem Kreislauf, nachfolgend auch erster Kreislauf genannt, eingebunden ist, derart, dass im Betrieb das erste Fluid entlang des ersten Strömungspfads des Wärmeübertragers strömt.
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Das zweite Fluid kann prinzipiell außerhalb eines Kreislaufs strömen. Bei dem zweiten Fluid kann es sich also insbesondere um Luft handeln, welche den Wärmeübertrager entlang des zweiten Strömungspfads durchströmt.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen das Thermosystem einen zweiten Kreislauf aufweist, in welchem das zweite Fluid im Betrieb zirkuliert, wobei der Wärmeübertrager mit dem zweiten Strömungspfad im zweiten Kreislauf eingebunden ist, so dass das zweite Fluid im Betrieb entlang des zweiten Strömungspfads durch den Wärmeübertrager strömt.
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Der erste Kreislauf und der zweite Kreislauf sind im Allgemeinen fluidisch voneinander getrennt, so dass die Fluide im Thermosystem fluidisch voneinander getrennt durch den jeweils zugehörigen Kreislauf zirkulieren.
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Vorstellbar ist es auch, die beiden Fluide bei Bedarf zur Übertragung von Wärme zu mischen. In diesem Fall handelt es sich bei den Fluiden um das gleiche Fluid, beispielsweise um Kühlmittel.
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Der Wärmeübertrager kann von dem jeweiligen Fluid entlang des zugehörigen Strömungspfads beliebig durchströmt sein. Insbesondere kann der Wärmeübertrager im Betrieb von beiden Fluiden im Gleichstrom, das heißt in gleiche Richtung, durchströmt sein.
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Bevorzugt ist es, wenn der Wärmeübertrager von den Fluiden im Gegenstrom durchströmt ist. Das heißt, dass die Strömungsrichtung des ersten Fluids der Strömungsrichtung des zweiten Fluids entgegengerichtet ist. Dies führt zu einem verbesserten Wärmeaustausch zwischen den Fluiden.
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Ebenso können die Fluide in Kreuzstrom durch den Wärmeübertrager strömen. In diesem Fall kreuzen sich der erste Strömungspfade und der zweite Strömungspfad innerhalb des Gehäuses.
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Der Wärmeübertrager kommt insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Dementsprechend ist das Thermosystem insbesondere Bestandteil eines Kraftfahrzeugs.
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Dabei kann ein Kreislauf des Thermosystems Bestandteil einer Klimaanlage zum Klimatisieren eines Innenraums des Kraftfahrzeugs und der andere Kreislauf ein solcher sein, in dem zumindest ein Bestandteil einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher und/oder eine elektrische Antriebseinrichtung, eingebunden sind.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Thermosystems mit einem Wärmeübertrager,
- 2 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung des Wärmeübertragers,
- 3 eine Innenansicht des Wärmeübertragers,
- 4 einen Schnitt durch den Wärmeübertrager bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
- 5 einen Schnitt durch den Wärmeübertrager bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Ein Wärmeübertrager 1, wie er beispielsweise in den 1 bis 5 gezeigt ist, ist, wie in 1 schaltplanartig und stark vereinfacht dargestellt, üblicherweise Bestandteil eines Thermosystems 2. Der Wärmeübertrager 1 weist eine Hülle 3 auf, die vorliegend rein bespielhaft in der Art eines Gehäuses 31 dargestellt ist. Die Hülle 3 begrenzt ein Innenvolumen 4. Insbesondere umschließt die Hülle 3 das Innenvolumen 4. Durch das Innenvolumen 4 führen ein erster Strömungspfad 5 für ein erstes Fluid sowie ein zweiter Strömungspfad 6 für ein zweites Fluid, so dass es beim Durchströmen des Wärmeübertragers 1 zur Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden kommt. Die Strömungspfade 5, 6 verlaufen voneinander fluidisch getrennt, so dass der Wärmeübertrager 1 der fluidisch getrennten Wärmeübertragung zwischen den Fluiden dient. Die Hülle 3 weist einen ersten Einlass 7 zum Einlassen des ersten Fluids in die Hülle 3 und einen ersten Auslass 8 zum Auslassen des ersten Fluids aus der Hülle 3 auf. Die Hülle 3 weist ferner einen zweiten Einlass 9 zum Einlassen des zweiten Fluids in die Hülle 3 sowie einen zweiten Auslass 10 zum Auslassen des zweiten Fluids aus der Hülle 3 auf. Der erste Strömungspfad 5 führt also durch den ersten Einlass 7 und den ersten Auslass 8, wohingegen der zweite Strömungspfad 6 durch den zweiten Einlass 9 und den zweiten Auslass 10 führt.
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Das Thermosystem 2 kann, wie in 1 gezeigt, einen ersten Kreislauf 11 aufweisen, durch den im Betrieb das erste Fluid zirkuliert. Das Thermosystem 2 kann zudem einen fluidisch vom ersten Kreislauf 11 getrennten zweiten Kreislauf 12 aufweisen, durch den im Betrieb das zweite Fluid zirkuliert. Der Wärmeübertrager 1 ist dabei mit dem ersten Strömungspfad 5 im ersten Kreislauf 11 und mit dem zweiten Strömungspfad 6 im zweiten Kreislauf 12 eingebunden, so dass es im Betrieb zu einer Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden kommt.
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Das Thermosystem 2 kann Bestandteil eines Kraftfahrzeugs 13 sein, in welchem mit dem ersten Kreislauf 11 eine Klimatisierung eines in 1 lediglich angedeuteten Fahrzeuginnenraums 14 erfolgt. Zu diesem Zweck kann ein Kühlmittel als erstes Fluid durch den ersten Kreislauf 11 zirkulieren. Mit dem zweiten Kreislauf 12 erfolgt eine Temperierung, das heißt ein bedarfsweises Kühlen und/oder Heizen, zumindest eines Bestandteils 15 einer Antriebseinrichtung 16 des Kraftfahrzeugs 13, insbesondere eines elektrischen Energiespeichers 17. Dementsprechend ist der Bestandteil 15 im zweiten Kreislauf 12 eingebunden. Im zweiten Kreislauf 12 kann hierzu ein Kühlmittel als zweites Fluid zirkulieren. Zum Klimatisieren des Fahrzeuginnenraums 14 kann das Thermosystem 2 einen vom Wärmeübertrager 1 separaten, weiteren Wärmeübertrager 18 aufweisen, der nachfolgend als Klima-Wärmeübertrager 18 bezeichnet wird. Der Klima-Wärmeübertrager 18 ist im ersten Kreislauf 11 eingebunden und zusätzlich vom ersten Fluid von Luft 40 durchströmt, die dem Fahrzeuginnenraum 14 zum Klimatisieren zugeführt wird.
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Wärmeübertragers 1 aus 1, wobei mehr Details dargestellt sind. Im gezeigten Beispiel ist innerhalb des Wärmeübertragers 1 und innerhalb der Hülle 3 eine elektrische Heizeinrichtung 19 zum Heizen zumindest eines der Fluide, welches entlang des zugehörigen Strömungspfads 5, 6 durch den Wärmeübertrager 1 strömt angeordnet. Beim gezeigten Beispiel erfolgt mit der elektrischen Heizeinrichtung 19 bei Bedarf ein Heizen des jeweiligen Fluids. Dementsprechend ist die Heizeinrichtung 19 wärmeübertragend mit beiden Strömungspfaden 5, 6 verbunden.
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Die Heizeinrichtung 19 kann zumindest ein elektrisches Heizelement 20 aufweisen. Das jeweilige Heizelement 20 ist beispielsweise ein Kaltleiterelement 21, auch PTC-Element 21 genannt. In dem gezeigten Beispiel ist dem jeweiligen Strömungspfad 5, 6 jeweils zumindest ein eigenes Heizelement 20 zugeordnet, wobei in 2 rein beispielhaft dem jeweiligen Strömungspfad 5 drei der Heizelemente 20 zugeordnet sind. Die Zuordnung von Heizelementen 20 zum zugehörigen Strömungspfad 5, 6 erlaubt es, mit der Heizeinrichtung 19 die durch den jeweiligen Strömungspfad 5, 6 strömenden Fluide jeweils individuell und bedarfsgerecht zu heizen. Zu diesem Zweck weist der Wärmeübertrager 1 eine Steuereinrichtung 22 auf, welche auch Bestandteil des Thermosystems 2 sein kann. Die Steuereinrichtung 22 ist mit der Heizeinrichtung 19 kommunizierend verbunden und derart ausgestaltet, dass sie zumindest zwei der Heizelemente 20 individuell ansteuert oder ansteuern kann.
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Der Wärmeübertrager 1 kann ferner eine Ventileinrichtung 23 aufweisen, mit der zumindest einer der Strömungspfade 5, 6 wenigstens gesperrt und freigegeben werden kann. In 2 ist die Ventileinrichtung 23 mit zwei separaten Ventilen 24 dargestellt, wobei dem jeweiligen Strömungspfad 5, 6 ein Ventil 24 zugeordnet ist. Die Ventileinrichtung 23, insbesondere das jeweilige Ventil 24, ist bevorzugt kommunizierend mit der Steuereinrichtung 22 verbunden. Die Steuereinrichtung 22 ist derart ausgestaltet, dass sie die Ventileinrichtung 23, insbesondere das jeweilige Ventil 24 im Betrieb ansteuert, um den jeweiligen Strömungspfad 5, 6 zumindest zu sperren oder maximal freizugeben. Obwohl die Ventileinrichtung 23 mit den Ventilen 24 in 2 außerhalb der Hülle 3 dargestellt ist, kann sie bei einer anderen Variante innerhalb der Hülle 3 angeordnet sein. Mit der Ventileinrichtung 23 kann beispielsweise die Strömung eines der Fluide durch den Wärmeübertrager 1 gesperrt werden, um das andere Fluid mit der Heizeinrichtung 19 zu heizen.
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Der Wärmeübertrager 1 kann, wie in 2 dargestellt, eine Sensoreinrichtung 25 aufweisen, mit der im Betrieb die Temperatur zumindest eines der Fluide im Wärmeübertrager 1 ermittelt wird. In dem gezeigten Beispiel wird mit der Sensoreinrichtung 25 die Temperatur des jeweiligen Fluids im Wärmeübertrager 1 ermittelt. Zu diesem Zweck ist in diesem Beispiel dem jeweiligen Strömungspfad 5, 6 ein zugehöriger Sensor 26 der Sensoreinrichtung 25 zugeordnet. Die Sensoreinrichtung 25, insbesondere die Sensoren 26, sind kommunizierend mit der Steuereinrichtung 22, bevorzugt berührungslos bzw. kabellos, verbunden. Die Steuereinrichtung 22 ist derart ausgestaltet, dass sie den Wärmeübertrager 1, insbesondere das Thermosystem 2, abhängig von zumindest einer der ermittelten Temperaturen betreibt. Insbesondere aktiviert die Steuereinrichtung 22 abhängig von der Temperatur des zumindest einen Fluids die Heizeinrichtung 19 und/oder betätigt die Ventileinrichtung 23. Beispielsweise kann mit der Sensoreinrichtung 22 eine Überwachung der Temperatur zumindest eines der Fluide zum Vermeiden von Sieden des Fluids erfolgen.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Ausgestaltung der Strömungspfad 5, 6 innerhalb des Wärmeübertragers 1 gezeigt. Bei diesem Beispiel weist der Wärmeübertrager 1 zumindest zwei parallel verlaufende in einer Stapelrichtung 32 aufeinanderfolgende Platten 27 auf, wobei in 3 rein beispielhaft vier Platten 27 gezeigt sind. Der Wärmeübertrager 1 kann also als sogenannter Platten-Wärmeübertrager 28 ausgebildet sein. Im Beispiel der 3 ist die jeweilige Platte 27 eine Stapelscheibe 34, so dass der Platten-Wärmeübertrager 28 ein Stapelscheiben-Wärmeübertrager 35 ist. Die aufeinanderfolgenden Platten 27 bilden jeweils Kanäle 29, 30, wobei die Strömungspfade 5, 6 zumindest teilweise von diesen Kanälen 29, 30 begrenzt sind. Im gezeigten Beispiel bilden die aufeinanderfolgenden Platten 27 jeweils abwechselnd einen ersten Kanal 29 und einen zweiten Kanal 30, wobei die ersten Kanäle 29 den ersten Strömungspfad 5 begrenzen bzw. definieren, wohingegen die zweiten Kanäle 30 den zweiten Strömungspfad 6 begrenzen bzw. definieren. Im gezeigten Beispiel weisen die Platten 27 jeweils außenseitig abstehende Schultern 33 auf. Die Schultern 33 der aufeinanderfolgender Platten 27 liegen dabei aufeinander an bilden somit die Hülle 3 des Wärmeübertragers 1.
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Die dem jeweiligen Strömungspfad 5, 6 zugeordneten Heizelemente 20 können hierbei, wie in 3 angedeutet, innerhalb des zugehörigen Kanals 29, 30 oder außerhalb des zugehörigen Kanals 29, 30 angeordnet sein. Zumindest eins der Heizelemente 20 ist also an einer der Platten 27 angeordnet, insbesondere angebracht.
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4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1 im Querschnitt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Heizeinrichtung 19 ein einziges Heizelement 20 aufweist. Dabei ist das Heizelement 20 an einer der in Stapelrichtung 32 letzten der Platten 27, nachfolgend auch Endplatte 36 genannt, angeordnet. Somit ist die Heizeinrichtung 19 lediglich mit demjenigen Strömungspfad 5, 6 wärmeübertragend verbunden, der durch die Endplatte 36 begrenzt ist. In der Darstellung der 4 ist angenommen, dass die Endplatte einen ersten Kanal 29 bildet und somit den ersten Strömungspfad 5 begrenzt. Dementsprechend ist die Heizeinrichtung 19 lediglich mit dem ersten Strömungspfad wärmeübertragend verbunden. Das zweite Fluid kann dann indirekt über die Heizeinrichtung 19, nämlich durch eine Wärmeübertragung vom ersten Strömungspfad 5 auf den zweiten Strömungspfad 6, geheizt werden.
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5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1. Im Ausführungsbeispiel der 5 weist der Wärmeübertrager 1 zumindest einen Rohrkörper 37 auf, der einen der Strömungspfade 5, 6 begrenzt. In 5 ist angenommen, dass der zumindest eine Rohrkörper 37 den ersten Strömungspfad 5 begrenzt. Somit ist der Rohrkörper 37 ein erster Kanal 29 des Wärmeübertragers 1. Der gezeigte Wärmeübertrager 1 weist zumindest zwei, vorteilhaft mehr als zwei, solche Rohrkörper 37 auf, die zueinander beabstandet und vorzugsweise parallel angeordnet sind und ein Rohrbündel 38 bilden. Der Wärmeübertrager 1 ist somit als Rohrbündel-Wärmeübertrager 39 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Rohrkörper 37 in einem Gehäuse 31 aufgenommen, das die Hülle 3 bildet und zumindest einen Einlass 7, 9 und/oder zumindest einen Auslass 8, 10 aufweisen kann (jeweils nicht gezeigt). Durch die beabstandete Anordnung der Rohrkörper 37 zueinander sind zwischen den Rohrkörpern die zweiten Kanäle 30 ausgebildet bzw. verläuft der zweite Strömungspfad 6 zwischen den Rohrkörpern. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Heizeinrichtung 19 zumindest ein Heizelement 20 auf, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rohrkörpern 37 eingeklemmt ist. Die Heizeinrichtung 19 ist somit wärmeübertragend mit beiden Strömungspfaden 5, 6 verbunden. Insbesondere kann die Heizeinrichtung 19 lediglich ein solches Heizelement 20 aufweisen.
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In den gezeigten Beispielen verlaufen der erste Strömungspfad 5 und der zweite Strömungspfad 6 rein beispielhaft einander entgegengesetzt, so dass der Wärmeübertrager 1 von den Fluiden im Gegenstrom durchströmt ist. Vorstellbar sind auch kreuzdurchströmte ebenso wie gleichdurchströmte Wärmeübertrager.
