DE10221967A1

DE10221967A1 - Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE10221967A1
Application number: DE10221967A
Authority: DE
Inventors: Roland Burk; Herbert Damsohn
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-27
Also published as: WO2003098124A1; EP1509730A1; US20050150885A1; AU2003250817A1; JP2005526223A; US7098429B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage (1) eines Kraftfahrzeugs mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren (2), wobei zumindest einem Teil der Flachrohre (2) elektrisch betriebene Heizelemente (4) als Zusatzheizung zugeordnet sind, wobei ein oder mehrere Halteelemente (5) für die Heizelemente (4) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Niederverbrauchsfahrzeugen ist auf Grund des geringen Abwärmeangebots eine zusätzliche Heizleistung zur Erwärmung des Fahrgastraums sowie zur schnellen Beseitigung eines Beschlags (Eis oder Wasser) insbesondere an der Windschutzscheibe erforderlich. Hierfür ist bekannt, bei Wärmetauschern, die aus Flachrohren aufgebaut sind, durch welche ein Wärmeübertragungsmedium strömt, welches im Heizungsfall Wärme abgibt, zumindest an den äußeren Rohren eine Zusatzbeheizung in Form von PTC- Heizelementen vorzusehen. Die Anbringung derartiger PTC-Heizelemente ist jedoch recht aufwendig.
Die US 6,124,570 schlägt vor, einzelne Rohre des Wärmetauschers durch PTC-Heizelemente zu ersetzen, welche zwischen Kontaktplatten gehalten werden, die gleichzeitig eine wärmeleitende Verbindung zu den angrenzenden Rippen herstellen. Nachteilig hieran ist, dass die konstruktive Anpassung des Wärmetauschers zur Aufnahme von PCT-Heizelementen sowie die PTC-Heizelemente selbst sehr teuer sind. Aus diesem Grund kann es sein, dass ein derartiger Kombi-Wärmetauscher teurer ist, als eine Kombination eines herkömmlichen Wärmetauschers mit einem separaten PTC-Heizer. Auch wird durch den Bauraumbedarf für die PTC-Heizelemente und deren Kontaktierung die Leistungsdichte des Wärmetauschers deutlich verschlechtert.
Ferner wird in der DE 198 58 499 A1 vorgeschlagen, die Flachrohre als Mehrkammerprofile auszubilden und mindestens eine der äußeren Kammern in der Form einer Einlegenut für einen isolierten Heizdraht auszubilden, deren Wände dann zur Befestigung des Heizdrahtes zusammengebogen werden. Der Heizdraht wird nach dem Löten des Wärmetauschers eingelegt.
Nachteilig hieran ist, dass ein derartiger Wärmetauscher spezielle Flachrohre erfordert und ein Großteil der elektrisch eingebrachten Heizleistung ins Kühlmittel geht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten und kostengünstigeren Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren vorgesehen, wobei ein oder mehrere Halteelemente für das oder die Heizelemente vorgesehen sind. Hierbei ist das Heizelement außerhalb der Flachrohre angeordnet. Insbesondere wird durch die Wahl der wärmeleitenden Querschnitte vom Heizelement zu den vom Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren der Wärmestrom minimiert und der an die Luft über Rippenflächen abgegebene Wärmestrom maximiert. Vorzugsweise handelt es sich beim Halteelement um ein Haltegitter.
Gemäß einer Ausführungsform sind das oder die Halteelemente an einem Flachrohr angebracht. Hierbei kann ein herkömmliches Flachrohr verwendet werden, an dem das Halteelement bspw. mittels Löten fixiert und das Heizelement anschließend eingebracht wird. Vorzugsweise erfolgt die Anbringung an einer schmalen, nach außen, d. h. vom Wärmetauscher weg, zeigenden Seitenfläche des Flachrohres.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind das oder die Halteelemente an einer oder mehreren Rippen angebracht. Hierbei sind die Rippen über die Flachrohre hinaus geführt, so dass das oder die Halteelemente zwischen den Rippen fixiert werden können.
Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform werden das oder die Halteelemente direkt durch Rippen gebildet. Hierbei sind die Rippen über die Flachrohre hinaus geführt, so dass das Heizelement zwischen den Rippen direkt oder aber auch indirekt fixiert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement als Heizgitter ausgebildet. In diesem Fall wird das Halteelement vorzugsweise durch ein Haltegitter gebildet.
Zur Vermeidung eines Kurzschlusses weisen das oder die Heizelemente eine isolierende Beschichtung auf oder sind mit einer derartigen Beschichtung versehen, bspw. mit Teflon oder einem Isolierlack.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 drei Schritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 ein achtes Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 ein neuntes Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 ein Heizgitter gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel in gestreckter Darstellung; und
Fig. 11 eine Variante des neunten Ausführungsbeispiels.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 1 für eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Niederverbrauchsfahrzeug, mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren 2 und zwischen den Flachrohren 2 angeordneten Rippenpaketen 3 weist elektrisch betriebene Heizelemente 4 als eine Zusatzheizung auf, die bei Bedarf zugeschaltet werden kann. Die Heizelemente 4, bestehend aus einem Heizdraht 4' und einer Isolationsschicht 4", werden mittels Halteelementen 5, im ersten Ausführungsbeispiel mittels eines Haltegitters 6, welches an einer Schmalseite jedes Flachrohres 2 aufgelötet ist, gehalten.
Das Haltegitter 6 ist aus einem Blech hergestellt, das durch einen Umformvorgang mit Sicken 7 versehen ist, die zur späteren Verlötung dienen, wobei das Verlöten gleichzeitig mit dem Verlöten des restlichen Wärmetauschers erfolgen kann, da die Heizelemente 4 in aller Regel nicht dem Lötvorgang ausgesetzt werde können.
Die Anbringung der Heizelemente 4 ist in Fig. 1 im einzelnen dargestellt. Der linke Teil von Fig. 1 zeigt die Positionierung des Heizelements 4 an dem am Flachrohr 2 aufgelöteten Halteelement 5, in der Mitte ist die Umformung des Halteelements 5 und rechts das mit Hilfe des Halteelementes 5 fertig fixierte Heizelement 4 dargestellt. Dabei werden die Enden 8 des Haltegitters 6 zugekrimpt.
Die Sicken 7 dienen zum einen der Positionierung des Haltegitters 6 sowie der Heizelemente 4 und zum anderen bilden sie eine wärmeleitende Verbindung zum Wärmetauscher 1, um einen Teil von dessen Rippenfläche zur Wärmeübertragung an die durchströmende Luft zu nutzen.
Je nach elektrischem Widerstand, Bordnetzspannung und gewünschter elektrischer Heizleistung können die einzelnen Heizelemente 4 in nicht näher dargestellter Weise durch Parallel- und/oder Serienschaltung verbunden werden. Zur Leistungsregelung wird ein Pulsweiten-Modulationsverfahren verwendet, jedoch sind auch andere Verfahren zur Leistungsregelung möglich.
Im folgenden werden drei sehr ähnliche Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben. Bei diesen und allen folgenden Ausführungsbeispielen stimmen nicht näher beschriebene Elemente mit denen des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels überein. Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden Heizelemente 14, bestehend aus einem Heizdraht 14' und einer Isolationsschicht 14", direkt in überstehende Rippenpakete 13 eingepresst, welche derart ausgestaltet sind, dass sie über die Flachrohre 12, im vorliegenden Fall herkömmliche Sickenrohre, ausreichend weit überstehen, so dass sie selbst die Halteelemente 15 bilden. Bei Bedarf können die Heizelemente 14 zusätzlich mit einem metallischen Mantel umgeben sein und zwischen den Rippen gesichert werden, bspw. mittels Kleben. Hierbei sind die Heizelemente 14 derart flächig ausgestaltet, dass sie in ihrer Dicke etwa der Dicke der Flachrohre 12 entsprechen. Hierbei bestehen die Heizelemente 14 im vorliegenden Fall aus zwei einzelnen Heizleitern, so dass innerhalb eines Heizelementes 14 eine Stromhin- und Stromrückführung vorgesehen ist.
Bei den beiden anderen in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen sind für die Heizelemente 24 bzw. 34 spezielle Halteelemente 25bzw. 35 vorgesehen, welche ihrerseits in überstehende Rippenpakete 23 bzw. 33 eingepresst und ggf. zusätzlich gesichert werden. Auch in diesen Fällen handelt es sich bei den Flachrohren 22 bzw. 32 um herkömmliche Sickenrohre.
Alternativ können die Halteelemente 25 bzw. 35 in Analogie zum ersten Ausführungsbeispiel ohne Heizelemente 24 bzw. 34 bei der Fertigung des Wärmetauschers gleich mit eingelötet und danach mit den Heizelementen 24 bzw. 34 versehen werden.
Gemäß dem in Fig. 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel wird zur besseren thermischen Ankopplung von Rippenflächen an die Heizelemente 44 ein Falzstreifen 45' aus einem lotplattierten Aluminiumstreifen vorgesehen, der vor oder nach dem Kassettieren und vor dem Löten in die Flachrohre 42, bei denen es sich wiederum um Sickenrohre handelt, eingeschoben, fixiert und mit verlötet. Ferner wird das Halteelement 45 in Form eines Haltegitters 46 analog zu Fig. 1 ohne Heizelement 44 und Isolierung auf den kassettierten Wärmetauscher 41 geheftet, mittels Drahtverbindung oder Schweißen, und mit verlötet.
Die Heizelemente 44 werden, entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, nach dem Löten eingelegt und eingekrimpt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nur jede zweite Reihe von Flachrohren 42 mit Heizelementen 44 bestückt, jedoch sind auch beliebige andere Varianten möglich.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele mit modifizierten Flachrohren 52, 62 bzw. 72, an denen mittels eines Halteelements 55, 65 bzw. 75 ein Heizelement 54, 64 bzw. 74 befestigt ist. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 6) umfasst das Halteelement 55 ein flach ausgebildetes Ende des Flachrohres 52, während gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 7) das Ende des Flachrohres 62 offen ausgebildet ist und das Halteelement 65 aufnimmt. Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel (Fig. 8) ist das Halteelement 75 seitlich am abgeflachten Flachrohr 72 angebracht, wobei die der gemeinsamen Seite gegenüberliegende Seite des Halteelements 75 mit der entsprechenden Seite des Flachrohres 72 fluchtet.
Gemäß dem im Fig. 9 dargestellten neunten Ausführungsbeispiel ist als Halteelement 85 ein Haltegitter 86 sowie ein Heizgitter 84' als Heizelement 84 vorgesehen, welches in Fig. 10 gestreckt dargestellt ist, wobei in Fig. 10 nach oben die Länge dargestellt ist, welche im wesentlichen der Länge des Wärmetauschers 81, also der Rohrlänge, entspricht. Das Haltegitter 86 wird für den Zusammenbau derart gebogen, dass es das entsprechend gefaltete Heizelement 84 aufnehmen kann. Hierfür wird es zwischen zwei Rippenpakete 83 geschoben, auf bekannte Weise fixiert, also bspw. vor dem Lötprozess eingebracht und mitgelötet, und anschließend das Heizelement 84 in die offenen Nuten eingeschoben bzw. eingepresst.
Hierbei handelt es sich im wesentlichen um einen Wärmetauscher von konventionellem Bautyp, bei dem die Kiemenwellenrippe durch eine tiefere Rippe ersetzt ist, wodurch die Rippe über das Flachrohr 82 zur Aufnahme des Haltegitters 86 und des darin eingebetteten Heizgitters 84 übersteht. Das Haltegitter kann auch durch einzelne, nicht zusammenhängende U-Profile oder entsprechend vorgebogene Blechstreifen gebildet werden.
Das Heizgitter wird bspw. durch Stanzen und nachschließendes Umformen aus einem Stück hergestellt, wobei im vorliegenden Fall eine Kombination von parallel und in Reihe geschalteten Bereichen (vgl. Fig. 10, im vorliegenden Fall sind jeweils drei parallelgeschaltete Bereiche in Reihe geschaltet) möglich ist, jedoch ist auch eine reine Parallelschaltung oder eine reine Reihenschaltung möglich.
Zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen dem Heizgitter 84' und dem Haltegitter 86 ist das Heizgitter 84' mit einer Isolationsschicht 84" versehen. Diese Isolationsschicht 84" wird durch einen Isolierlack gebildet. Um die Breite B der Stromzufuhr und Stromverteilerstreifen des Heizgitters von Fig. 10 schmäler gestalten zu können, ist es möglich, diese mit einer aufgebrachten, elektrisch leitenden Schiene zu verstärken. Ein Heizgitter mit Sammelschiene 99 gemäß diese Variante ist in Fig. 11 dargestellt. Dabei erhöht die Sammelschiene 99 auch die mechanische Formstabilität des Heizgitters und erleichtert das Einschieben in die U-förmigen Aufnahmen des Haltegitters. Bezugszeichenliste 1, 41, 81 Wärmetauscher
2, 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82 Flachrohr
3, 13, 23, 33, 43, 83 Rippenpaket
4, 14, 24, 34, 44, 54, 64, 74, 84 Heizelement
4', 14' Heizdraht
4", 14"; 84" Isolationsschicht
5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85 Halteelement
6, 46, 86 Haltegitter
7 Sicke
8 Ende
45' Falzstreifen
84' Heizgitter
99 Sammelschiene
B Breite

Claims

1. Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren (2; 12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82), wobei zumindest einem Teil der Flachrohre (2; 12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82) elektrisch betriebene Heizelemente (4; 14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) als Zusatzheizung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Halteelemente (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85) für das oder die Heizelemente (4; 14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) vorgesehen sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85) ein Haltegitter (6; 46; 86) ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Halteelemente (5; 45; 55; 65; 75) an einem Flachrohr (2; 42; 52; 62; 72) angebracht sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Halteelemente (5; 45) an einer schmalen, nach außen zeigenden Seitenfläche des Flachrohres (2; 42) angebracht sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Halteelemente (25; 35; 85) an einer oder mehreren Rippen (23; 33; 83) angebracht sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Halteelemente (15) durch Rippen (13) gebildet werden.

7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Halteelemente (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85) thermisch leitend am Wärmetauscher (1; 41; 81) angebracht sind.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (4; 14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) untereinander elektrisch leitend verbunden und mit einer Spannungsquelle verbunden sind.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (84) als Heizgitter (84') ausgebildet ist.

10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (4; 14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) eine isolierende Beschichtung (4"; 14"; 84") aufweisen oder mit einer isolierenden Beschichtung versehen sind.

11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sammelschiene (99) vorgesehen ist.