DE112019001128T5 - Wärmetauscher mit integrierten elektrischen heizelementen und mit mehreren fluidströmungswegen - Google Patents

Wärmetauscher mit integrierten elektrischen heizelementen und mit mehreren fluidströmungswegen Download PDF

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Michael J.R. Bardeleben
Nick Kalman
Doug Vanderwees
Silvio Tonellato
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Dana Canada Corp
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Abstract

Ein Wärmetauscher weist mindestens eine Kanalstruktur auf, die einen Fluidströmungsweg definiert. Jede Kanalstruktur weist eine erste und eine zweite wärmeleitfähige Platte auf, wobei ein Fluidströmungsweg von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte definiert ist. Mindestens ein elektrisches Heizelement ist außerhalb des Fluidströmungswegs bereitgestellt und grenzt an die Außenfläche der ersten Platte an, so dass während der Verwendung des Wärmetauschers Wärme von dem Heizelement durch die erste Platte auf das Fluid im Fluidströmungsweg übertragen wird. In manchen Ausführungsformen ist die erste Platte der ersten Kanalstruktur gegenüber der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur angeordnet, wobei Abstandhalter zwischen der ersten und der zweiten Kanalstruktur aufgenommen sind. Mindestens einer von den Abstandhaltern kann Fluidübertragungsöffnungen aufweisen, um eine Fließverbindung zwischen der ersten und der zweiten Kanalstruktur bereitzustellen.

Description

  • VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und die Rechte an der am 7. März 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/639,537 ; und der am 29. Oktober 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/752,035 , deren jeweiliger Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
  • GEBIET DER TECHNIK
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Wärmetauscher für Fahrzeuge, wie etwa batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) und hybride Elektrofahrzeuge (HEV), und insbesondere Wärmetauscher, die mehrere Fluidströmungswege mit elektrischen Heizelementen aufweisen, die an ihren Außenflächen bereitgestellt sind, um ein Fluid innerhalb der Strömungskanäle schnell zu erwärmen.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • In einem herkömmlichen Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor werden große Mengen an Abwärme durch den Motor erzeugt. Ein Teil dieser Abwärme kann aus den Fahrzeugabgasen und/oder dem Kühlsystem zurückgewonnen und auf verschiedene Weise genutzt werden. Zum Beispiel kann ein Kühlmittel, das durch den Motor erwärmt worden ist, verwendet werden, um erwärmte Luft zum Erwärmen der Fahrgastzelle bereitzustellen. Ebenso kann Abwärme, die aus dem Kühlmittel und/oder dem Abgas zurückgewonnen wird, vom aktiven Vorheizsystem (AWU-System) des Fahrzeugs verwendet werden, um Systemkomponenten, wie etwa den Motor, ein Getriebe und eine Achse, durch direktes oder indirektes Erwärmen des Öls und/oder eines Kühlmittels, das durch diese Komponenten zirkuliert, mit einem Wärmetauscher zu erwärmen, um diese Komponenten und/oder Fluide unter Startbedingungen schnell auf ihre optimalen Betriebstemperaturen zu bringen.
  • Da Abwärme aus einem Verbrennungsmotor in BEVs nicht verfügbar ist und in HEVs nur begrenzt verfügbar ist, sind alternative Wärmequellen nötig oder zumindest wünschenswert, um Wärme für eine Fahrgastzellenheizung und für das AWU-System bereitzustellen.
  • Außerdem ist eine wichtige Beschränkung von Lithiumionen-Batteriesystemen, wie denen, die in BEVs und HEVs verwendet werden, dass die Batterie bei Temperaturen von deutlich unter 0 °C und insbesondere unter -5 °C nicht zuverlässig betrieben oder geladen werden kann. Idealerweise sollte die Batterie so schnell wie möglich von einem Kaltstart aus auf eine Temperatur von etwa 5-20 °C gebracht werden. Bis sie diese Temperatur erreicht, hat die Batterie eine beschränkte Leistungsfähigkeit, und die Batterie kann geschädigt werden, wenn versucht wird, sie bei Temperaturen unterhalb dieses Bereichs zu laden oder zu entladen.
  • Die Vorteile, die durch Erwärmen der Batterie erreicht werden können, können durch die Energie, die nötig ist, um das Wärmeübertragungsfluid zu energetisieren und durch den (die) Wärmetauscher zu pumpen, zumindest zum Teil zunichte gemacht werden, da diese Energie typischerweise von der Batterie bereitgestellt werden muss.
  • Um Raum zu sparen und Kosten und Komplexität zu minimieren, ist es allgemein anzustreben, Komponenten des Heiz-/Kühlsystems des Fahrzeugs wo immer möglich zu integrieren. Obwohl die Integration eines Heizelements in eine Fluidheizvorrichtung bekannt ist, gibt es beispielsweise eine Reihe technischer Probleme, welche die wirksame Integration einer Oberflächenfilm-Heiztechnologie in Fluidheizvorrichtungen für Fahrzeuganwendungen beschränken.
  • Daher besteht ein Bedarf an Wärmetauschern, die in der Lage sind, Batterien in BEVs und HEVs zu erwärmen und optional zu kühlen, während sie parasitäre Energieverluste, die durch solche Wärmetauscher bewirkt werden, minimieren und die Anzahl hinzugefügter Fahrzeugkomponenten minimieren.
  • KURZFASSUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Wärmetauscher angegeben, der eine Einlass-Durchtrittsöffnung und eine Auslass-Durchtrittsöffnung aufweist und der eine erste Kanalstruktur und ein erstes elektrisches Heizelement umfasst.
  • Gemäß einem Aspekt definiert die erste Kanalstruktur einen ersten Fluidströmungsweg und umfasst eine erste Platte, eine zweite Platte und einen ersten Fluidströmungsweg. Sowohl die erste als auch die zweite Platte weisen eine Innenfläche, die nach innen zum ersten Fluidströmungsweg gewandt ist, und eine vom ersten Fluidströmungsweg weg nach außen gewandte gegenüberliegende Außenfläche auf. Der erste Fluidströmungsweg wird von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte definiert.
  • Gemäß einem Aspekt sind die erste und die zweite Platte aus Aluminium gebildet.
  • Gemäß einem Aspekt liegt das erste elektrische Heizelement außerhalb des Fluidströmungswegs und grenzt an die Außenfläche der ersten Platte der ersten Kanalstruktur an, so dass Wärme, die vom ersten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte auf das Fluid im ersten Fluidströmungsweg übertragen wird.
  • Gemäß einem Aspekt weist das erste elektrische Heizelement eine Dicke von etwa 1 um bis etwa 1000 µm auf.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst das erste elektrische Heizelement eine elektrisch isolierende dielektrische Basisschicht, die am nächsten an der Außenfläche der ersten Platte liegt, und eine elektrische Widerstandsheizungsschicht auf der dielektrischen Schicht.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst die dielektrische Basisschicht eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Verbundschicht, die ein Polymer umfasst, das mit einem partikelförmigen Füllstoffmaterial gemischt ist.
  • Gemäß einem Aspekt steht die dielektrische Basisschicht in direktem Kontakt mit der Außenfläche der ersten Platte und ist thermisch an diese gebunden.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst mindestens eine von der ersten Platte und der zweiten Platte eine geformte Platte, die eine allgemein flache, plane Basis aufweist, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand mit einem planen Flansch umgeben ist, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der erhabene periphere Flansch abdichtend an die entgegengesetzte von der ersten und der zweiten Platte gefügt ist.
  • Gemäß einem Aspekt ist die erste Platte im Wesentlichen vollständig flach, und die zweite Platte ist eine geformte Platte.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner einen turbulenzverstärkenden Einsatz, der in dem ersten Fluidströmungsweg der ersten Kanalstruktur bereitgestellt ist, wobei der turbulenzverstärkende Einsatz eine gewellte Flosse oder einen Turbulizer mit Graten umfasst, die durch Seitenwände verbunden sind, wobei eine erste Mehrzahl der Grate mit der Innenfläche der ersten Platte in Kontakt stehen und metallurgisch an diese gebunden sind.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner mindestens eine Wärmesenkenplatte mit einer Innenfläche, die durch eine metallurgische Bindung an der Außenfläche der ersten Platte fixiert ist, und einer Außenfläche, auf die das erste elektrische Heizelement direkt so aufgebracht wird, dass die dielektrische Basisschicht des ersten elektrischen Heizelements in direktem Kontakt mit der Außenfläche der Wärmesenkenplatte steht und direkt thermisch an diese gebunden ist.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst die zweite Platte eine geformte Platte, die eine allgemein flache, plane Basis aufweist, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand mit einem planen Flansch umgeben ist, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der erhabene periphere Flansch abdichtend an die erste Platte gefügt ist.
  • Gemäß einem Aspekt weist die zweite Platte mehrere Vorsprünge auf, die in ihrer flachen, planen Basis ausgebildet sind, wobei die Vorsprünge eine Höhe aufweisen, die einer Höhe des erhabenen peripheren Flansches gleich ist, wobei jeder Vorsprung eine Dichtfläche aufweist, die mit der planen Dichtfläche des peripheren Flansches koplanar ist.
  • Gemäß einem Aspekt sind die Dichtflächen der Vorsprünge metallurgisch an die Innenfläche der ersten Platte gebunden.
  • Gemäß einem Aspekt umfassen die Vorsprünge Rippen und/oder Höcker.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner eine zweite Kanalstruktur, die einen zweiten Fluidströmungsweg definiert, und ein zweites elektrisches Heizelement.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst die zweite Kanalstruktur eine erste Platte, eine zweite Platte und einen zweiten Fluidströmungsweg.
  • Gemäß einem Aspekt wird der zweite Fluidströmungsweg von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur definiert.
  • Gemäß einem Aspekt sind die erste und die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur aus Aluminium gebildet.
  • Gemäß einem Aspekt weisen sowohl die erste als auch die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur eine Innenfläche, die nach innen zum zweiten Fluidströmungsweg gewandt ist, und eine vom zweiten Fluidströmungsweg weg nach außen gewandte, gegenüberliegende Außenfläche auf.
  • Gemäß einem Aspekt liegt das zweite elektrische Heizelement außerhalb des zweiten Fluidströmungswegs und grenzt an die Außenfläche der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur an, so dass Wärme, die vom zweiten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte der zweiten Kanalstruktur auf das Fluid im zweiten Fluidströmungsweg übertragen wird.
  • Gemäß einem Aspekt weist das zweite elektrische Heizelement eine Dicke von etwa 1 um bis etwa 1000 µm auf.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst das zweite elektrische Heizelement eine elektrisch isolierende dielektrische Basisschicht, die am nächsten an der Außenfläche der zweiten Platte liegt, und eine elektrische Widerstandsheizungsschicht auf der dielektrischen Schicht.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst die dielektrische Basisschicht des zweiten elektrischen Heizelements eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Verbundschicht, die ein Polymer umfasst, das mit einem partikelförmigen Füllstoffmaterial gemischt ist.
  • Gemäß einem Aspekt steht der Einlass des Wärmetauschers mit dem ersten Fluidströmungsweg in Fließverbindung, und der Auslass des Wärmetauschers steht mit dem zweiten Fluidströmungsweg in Fließverbindung.
  • Gemäß einem Aspekt steht die erste Platte der ersten Kanalstruktur mit der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur in gegenüberliegender Flächenbeziehung und ist durch eine Lücke von dieser beabstandet.
  • Gemäß einem Aspekt sind das erste und das zweite elektrische Heizelement innerhalb der Lücke voneinander beabstandet und stehen in gegenüberliegender Flächenbeziehung zueinander.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner einen ersten Abstandhalter, der zwischen der ersten Platte der ersten Kanalstruktur und der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur aufgenommen ist, wobei der erste Abstandhalter mindestens eine Fluidübertragungsöffnung aufweist, die durch Fluidöffnungen in den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur, die an der mindestens einen Fluidübertragungsöffnung des ersten Abstandhalters ausgerichtet sind, eine Fließverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg bereitstellt.
  • Gemäß einem Aspekt weist der erste Abstandhalter eine erste und eine zweite Oberfläche auf, die an den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur abdichtend anliegen.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner ein mechanisches Dichtelement, das eine mechanische Dichtung zwischen dem ersten Abstandhalter und den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur bereitstellt.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner einen zweiten Abstandhalter, der zwischen der ersten Platte der ersten Kanalstruktur und der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur aufgenommen ist, wobei der zweite Abstandhalter eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist, die an den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur anliegen.
  • Gemäß einem Aspekt liegt der zweite Abstandhalter an einem Rand des Wärmetauschers, entlang dessen der Einlass und der Auslass liegen.
  • Gemäß einem Aspekt liegt der erste Abstandhalter an einem gegenüberliegenden Rand des Wärmetauschers, der vom Einlass und vom Auslass entfernt ist.
  • Gemäß einem Aspekt weisen der erste und der zweite Abstandhalter eine Dicke auf, die der Höhe der Lücke gleich ist.
  • Gemäß einem Aspekt sind das erste und das zweite elektrische Heizelement so angeordnet, dass die Lücke zwischen dem ersten und dem zweiten Abstandhalter vorhanden ist.
  • Gemäß einem Aspekt weist der zweite Abstandhalter mindestens eine Fluidübertragungsöffnung auf, die durch eine Fluidöffnung in der ersten Platte der ersten Kanalstruktur und durch eine Fluidöffnung in der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur, die außerhalb des Bereichs des zweiten Fluidströmungswegs liegt, eine Fließverbindung zwischen dem zweiten Fluidströmungsweg und dem Auslass bereitstellt.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner ein mechanisches Dichtelement, das eine mechanische Dichtung zwischen dem ersten Abstandhalter und den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur bereitstellt.
  • Gemäß einem Aspekt definiert der Abstandhalter zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte ferner einen zweiten Fluidströmungsweg; wobei der Einlass mit dem ersten Fluidströmungsweg in Fließverbindung steht und der Auslass mit dem zweiten Fluidströmungsweg in Fließverbindung steht, wobei der Einlass und der Auslass voneinander beabstandet sind und an einem ersten Rand des Wärmetauschers angeordnet sind.
  • Gemäß einem Aspekt sind der erste und der zweite Fluidströmungsweg durch eine erste Teilungsrippe voneinander beabstandet, wobei eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg an einer Lücke bereitgestellt ist, die an einem Abschlussende der ersten Teilungsrippe bereitgestellt ist, wobei sich die Lücke nahe einem zweiten Rand des Wärmetauschers befindet, um eine U-Strömungskonfiguration durch den ersten und den zweiten Fluidströmungsweg bereitzustellen.
  • Gemäß einem Aspekt grenzt das erste elektrische Heizelement an die Außenfläche der ersten Platte der ersten Kanalstruktur an.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner ein zweites elektrisches Heizelement, das außerhalb des ersten und des zweiten Fluidströmungswegs liegt und an die Außenfläche der zweiten Platte der ersten Kanalstruktur angrenzt, so dass Wärme, die vom zweiten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte der ersten Kanalstruktur auf das Fluid im ersten und im zweiten Fluidströmungsweg übertragen wird.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner eine zweite Kanalstruktur, die einen zweiten Fluidströmungsweg definiert; wobei die zweite Kanalstruktur eine erste Platte und eine zweite Platte definiert; wobei sowohl die erste als auch die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur eine Innenfläche, die nach innen zum zweiten Fluidströmungsweg gewandt ist, und eine gegenüberliegende Außenfläche, die vom zweiten Fluidströmungsweg weg nach außen gewandt ist, aufweisen; und wobei der zweite Fluidströmungsweg von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur definiert wird.
  • Gemäß einem Aspekt sind die erste und die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur aus Aluminium gebildet.
  • Gemäß einem Aspekt wird die Außenfläche der zweiten Platte der ersten Kanalstruktur an die Außenfläche der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur gefügt.
  • Gemäß einem Aspekt definieren sowohl die erste als auch die zweite Kanalstruktur einen Abschnitt des ersten Fluidströmungswegs und einen Abschnitt des zweiten Fluidströmungswegs.
  • Gemäß einem Aspekt sind die Abschnitte des ersten Fluidströmungswegs, die von der ersten und der zweiten Kanalstruktur definiert werden, durch einen Einlass-Verteiler, der von ausgerichteten Einlass-Verteileröffnungen in den zweiten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur definiert wird, nahe dem Einlass miteinander verbunden.
  • Gemäß einem Aspekt sind die Abschnitte des zweiten Fluidströmungswegs, die von der ersten und der zweiten Kanalstruktur definiert werden, durch einen Auslass-Verteiler, der von ausgerichteten Auslass-Verteileröffnungen in den zweiten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur definiert wird, nahe dem Auslass miteinander verbunden.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner eine zweite Teilungsrippe in der zweiten Kanalstruktur, um die Abschnitte des ersten und des zweiten Fluidströmungswegs in der zweiten Kanalstruktur voneinander zu trennen, wobei eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg an einer Lücke bereitgestellt ist, die an einem Abschlussende der zweiten Teilungsrippe bereitgestellt ist, wobei sich die Lücke nahe einem zweiten Rand des Wärmetauschers befindet, um eine U-Strömungskonfiguration durch den ersten und den zweiten Fluidströmungsweg bereitzustellen.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Einlass eine Öffnung in der ersten Platte der ersten oder der zweiten Kanalstruktur, die mit dem Einlass-Verteiler in Fließverbindung steht, und der Auslass umfasst eine Öffnung in der ersten Platte der ersten oder der zweiten Kanalstruktur, die mit dem Auslass-Verteiler in Fluidverbindung steht.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner ein zweites elektrisches Heizelement, das außerhalb des ersten und des zweiten Fluidströmungswegs liegt und an die Außenfläche der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur angrenzt, so dass Wärme, die vom zweiten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte der zweiten Kanalstruktur auf das Fluid im ersten und im zweiten Fluidströmungsweg übertragen wird.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner eine zweite Kanalstruktur, die eine erste Platte, eine zweite Platte und einen zweiten Fluidströmungsweg umfasst; wobei der zweite Fluidströmungsweg von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur definiert wird; wobei die Außenfläche der zweiten Platte der ersten Kanalstruktur an die Außenfläche der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur gefügt ist.
  • Gemäß einem Aspekt steht der Einlass mit dem ersten Fluidströmungsweg in Fließverbindung, und der Auslass steht mit dem zweiten Fluidströmungsweg in Fließverbindung, und der Einlass und der Auslass liegen nahe an einem ersten Rand des Wärmetauschers.
  • Gemäß einem Aspekt ist eine Verbindungsöffnung durch die zweiten Platten nahe einem zweiten Rand des Wärmetauschers, der vom ersten Rand entfernt ist, bereitgestellt, wobei die Verbindungsöffnung eine Fließverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg bereitstellt.
  • Gemäß einem Aspekt ist die zweite Platte der ersten Kanalstruktur als Einheit mit der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur ausgebildet.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner ein zweites elektrisches Heizelement, das außerhalb des ersten und des zweiten Fluidströmungswegs liegt und an die Außenfläche der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur angrenzt, so dass Wärme, die vom zweiten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte der zweiten Kanalstruktur auf das Fluid im zweiten Fluidströmungsweg übertragen wird.
  • Gemäß einem Aspekt umfassen die erste und die zweite Kanalstruktur jeweils: eine geformte erste Platte mit einer allgemein flachen, planen Basis, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand mit einem planen Flansch umgeben ist, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der erhabene periphere Flansch abdichtend an eine Dichtfläche der gegenüberliegenden zweiten Platte gefügt wird; und eine im Wesentlichen flache zweite Platte.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner eine Schutzabdeckung mit einer Oberseite, die von dem elektrischen Heizelement beabstandet ist, und einem unteren Flansch, durch den die Abdeckung um den Außenumfang des mindestens einen elektrischen Heizelements herum abdichtend an die Außenfläche der ersten Platte gefügt wird.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner eine elastische Flanschdichtung zwischen dem unteren Flansch und der Außenfläche der ersten Platte.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst die Abdeckung ferner mehrere umlegbare Laschen, wobei jede von den Laschen einen Rand aufweist, der an den unteren Flansch gefügt wird, wobei die Laschen um untere Ränder der ersten und der zweiten Platte herum nach unten und innen umgelegt werden.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher ferner einen Hochspannungsanschluss, der über einem Loch in der Abdeckung montiert ist und der mit Hochspannungsleitungen des elektrischen Heizelements verbunden ist.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher eine Fluidheizung für eine indirekte Erwärmung von einer oder mehreren Fahrzeugkomponenten, die vom Wärmetauscher entfernt sind.
  • Gemäß einem Aspekt weist mindestens eines von dem ersten elektrischen Heizelement und dem zweiten elektrischen Heizelement eine flache Außenfläche auf, die für einen Wärmekontakt mit einer oder mehreren Fahrzeugkomponenten ausgelegt ist, zum direkten Erwärmen der einen oder der mehreren Fahrzeugkomponenten.
  • Gemäß einem Aspekt ist die flache Außenfläche von mindestens einem von dem ersten elektrischen Heizelement und dem zweiten elektrischen Heizelement dafür ausgelegt, eine oder mehrere Fahrzeugkomponenten zu tragen; und wobei die eine oder die mehreren Fahrzeugkomponenten eine oder mehrere Batteriezellen oder Batteriemodule einer wiederaufladbaren Lithiumionenbatterie für ein Fahrzeug umfassen.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst jedes von dem ersten und dem zweiten elektrischen Heizelement ferner eine elektrisch isolierende dielektrische oberste Schicht, welche die flache Außenfläche des elektrischen Heizelements definiert.
  • Figurenliste
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht eines Mehrkanal-Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform in einem teilweise demontierten Zustand ist;
    • 2 eine perspektivische Ansicht der zwei Platten ist, die einen der Kanäle des Mehrkanal-Wärmetauschers von 1 bilden;
    • 3 eine perspektivische Ansicht von einer der Platten von 2 ist;
    • 3A eine schematische Teil-Querschnittsansicht in der x-y-Ebene durch den Wärmetauscher von 1 ist;
    • 3B eine schematische Teil-Querschnittsansicht in der z-y-Ebene durch eine der Kanalstrukturen des Wärmetauschers von 1 ist;
    • 3C eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Wärmetauschers von 1 ist;
    • 4 eine perspektivische Ansicht eines Mehrkanal-Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform ist;
    • 5 eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Mehrkanal-Wärmetauscher gemäß einer dritten Ausführungsform ist;
    • 6 eine perspektivische Ansicht von unten des Mehrkanal-Wärmetauschers von 5 ist;
    • 7 eine perspektivische Ansicht eines Mehrkanal-Wärmetauschers ist, der eine kleinere Variante des Wärmetauschers der 5 und 6 ist, der in einem zum Teil demontierten Zustand gezeigt ist;
    • 8 eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Mehrkanal-Wärmetauscher gemäß einer vierten Ausführungsform ist;
    • 9 eine perspektivische Ansicht des Mehrkanal-Wärmetauschers von 8 in einem teilweise demontierten Zustand ist;
    • 10 eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Mehrkanal-Wärmetauscher gemäß einer fünften Ausführungsform ist;
    • 11 eine perspektivische Ansicht des Mehrkanal-Wärmetauschers von 10 in einem teilweise demontierten Zustand ist;
    • 12 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer sechsten Ausführungsform ist;
    • 13 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer siebten Ausführungsform ist; und
    • 14 eine perspektivische Explosionsansicht des Wärmetauschers von 13 ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ein Mehrkanal-Wärmetauscher 10 gemäß einer ersten Ausführungsform ist in den 1 bis 3C gezeigt. Der Wärmetauscher 10 umfasst im Allgemeinen eine erste Kanalstruktur 12, die einen ersten Fluidströmungsweg 2 definiert, eine zweite Kanalstruktur 14, die einen zweiten Fluidströmungsweg 4 definiert, einen ersten Abstandhalter 16 und einen zweiten Abstandhalter 17. Der Wärmetauscher 10 weist eine Einlass-Durchtrittsöffnung 6, die mit einem Einlass-Anschlussstück 38 versehen ist, und eine Auslass-Durchtrittsöffnung 8, die mit einem Auslass-Anschlussstück 40 versehen ist, auf, wobei die Anschlussstücke den Wärmetauscher 10 mit einer oder mehreren Komponenten eines Fluidumwälzsystems (nicht gezeigt) verbinden. Zum Beispiel kann das Fluid, das durch den Wärmetauscher 10 umgewälzt werden soll, ein Kühlmittel sein, wobei ein Einlass- und ein Auslass-Anschlussstück 38, 40 mit einem Kühlmittelumwälzsystem verbunden sind, das eine oder mehrere Komponenten aufweist, zu denen erwärmtes Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 10 geliefert werden soll.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl die Durchtrittsöffnungen 6, 8 als auch die Anschlussstücke 38, 40 an der zweiten (unteren) Kanalstruktur 14 angebracht, es sei jedoch klargestellt, dass die Stellen, wo die Durchtrittsöffnungen 6, 8 und Anschlussstücke 38, 40 liegen, variabel sind und anwendungsspezifischen Packungsüberlegungen unterliegen.
  • Die erste und die zweite Kanalstruktur 12, 14 des Wärmetauschers 10 sind in den Zeichnungen als allgemein rechteckige Strukturen gezeigt, die jeweils eine erste Platte 18 und eine zweite Platte 24 umfassen, die in gegenüberliegender Flächenbeziehung zueinander stehen. Die Platten 18, 24 sind wärmeleitend und weisen jeweils eine Innenfläche, die nach innen zum Fluidströmungsweg 2 oder 4 gewandt ist, und eine vom Fluidströmungsweg 2 oder 4 weg nach außen gewandte Außenfläche auf. Genauer weist die erste Platte 18 eine Innenfläche 20 und eine Außenfläche 22 auf, und die zweite Platte 24 weist eine Innenfläche 26 und eine Außenfläche 28 auf.
  • Jeder Fluidströmungsweg 2 oder 4 wird von einem Raum zwischen den Innenflächen 20, 26 der ersten und der zweiten Platte 18, 24 definiert. Die erste und die zweite Platte 18, 24 werden an ihren peripheren Rändern abdichtend aneinander gefügt, wodurch die Ränder des Fluidströmungswegs 2 oder 4 abgedichtet werden, und Bereiche der ersten und der zweiten Platte 18, 24, die einwärts von den peripheren Rändern liegen, sind voneinander beabstandet, um den Fluidströmungsweg 2 oder 4 zu definieren.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Platte 18 im Wesentlichen flach und plan, wobei die Innen- und die Außenfläche 20, 22 beide flach und plan sind. Die zweite Platte 24 wird beispielsweise durch Prägen oder Ziehen so ausgebildet, dass sie eine allgemein flache, plane Basis 30 aufweist, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand 32 umgeben ist, die sich von der Basis 30 zu einem planen Flansch 34 auf der Innenfläche 26 erstreckt, wobei der plane Flansch 34 eine Dichtfläche (hierin manchmal als „Dichtfläche 34“ bezeichnet) aufweist, die abdichtend an eine plane, periphere Dichtfläche 36 auf der Innenfläche 20 der ersten Platte 18 gefügt wird, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen. Man sieht, dass die Gestaltung der zweiten Platte 24 in der vorliegenden Ausführungsform den Raum zwischen der ersten und der zweiten Platte 18, 24 bereitstellt, in dem der Fluidströmungsweg 2 oder 4 bereitgestellt wird, wobei die Höhe des Fluidströmungswegs 2 oder 4 von einem Höhenunterschied zwischen der Basis 30 der zweiten Platte 24 und der Dichtfläche des planen Flansches 34 definiert wird.
  • Die erste und die zweite Platte 18, 24 der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 können aus Aluminium oder Legierungen davon gebildet werden und können durch Hartlöten in einem Lötofen aneinandergefügt werden. In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen ist jede Bezugnahme auf Aluminium so zu verstehen, dass dadurch Aluminiumlegierungen, wie etwa Legierungen der Reihe 3000, mitgemeint sind. Um das Hartlöten zu vereinfachen, wird ein Hartlot zwischen den Oberflächen, die aneinandergefügt werden sollen, bereitgestellt. Das Hartlot kann als Plattierungsschicht auf den Dichtflächen 34, 36 der ersten Platte 18 und/oder der zweiten Platte 24, als Scheibe, die zwischen den Dichtflächen 34, 36 angeordnet wird, und/oder als Lotblech-Plattierung, die zwischen den Dichtflächen 34, 36 angeordnet wird, bereitgestellt werden. Somit müssen die Oberflächen 34, 36 nicht in direktem Kontakt miteinander stehen, sondern können stattdessen über eine Schicht aus Hartlot und/oder ein Lotblech, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, abdichtend zusammengefügt werden.
  • Auch wenn die gezeigte erste und zweite Platte 18, 24 eine gleiche oder ähnliche Dicke aufweisen, kann die erste Platte 18 eine Wärmesenke mit einer Dicke aufweisen, die größer ist als die der zweiten Platte 24, und ausreichend, um eine wärmeableitende, temperaturverteilende Funktion bereitzustellen.
  • Jede von den Kanalstrukturen 12, 14 des Wärmetauschers 10 ist mit einem elektrischen Heizelement 42 ausgestattet, das außerhalb des Fluidströmungswegs 2 oder 4 bereitgestellt ist und das an die Außenfläche 20 der ersten Platte 18 angrenzt, so dass Wärme, die von dem elektrischen Heizelement 42 produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers 10 über die erste Platte 18 auf das Fluid in dem Fluidströmungsweg 2 oder 4 übertragen wird. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, beispielsweise in 3A, steht das elektrische Heizelement 42, das an der ersten Kanalstruktur 12 bereitgestellt ist, in gegenüberliegender Flächenbeziehung zum elektrischen Heizelement 42 der zweiten Kanalstruktur 14, so dass die zwei Heizelemente 42 über einen Abstand, welcher der Höhe der Abstandhalter 16, 17 (minus der Dicke der Heizelemente 42 selbst) gleich ist, voneinander beabstandet sind. Man sieht, dass diese Anordnung die Heizelemente 42 vor Beschädigung schützt.
  • Jedes elektrische Heizelement 42 kann eine Oberflächenfilmheizung umfassen, die eine oder mehrere Schichten umfasst. Das Heizelement 42 weist typischerweise mindestens eine Schicht aus leitendem Material und mindestens eine Schicht aus einem resistiven Material auf, wobei das leitende Material einen elektrischen Strom zu dem resistiven Material liefert, das den elektrischen Strom in Wärmeenergie umwandelt.
  • Es können verschiedene Arten von Oberflächenfilmheizungen als erstes elektrisches Heizelement 42 verwendet werden. In Ausführungsformen, wo der Wärmetauscher 10 aus Aluminium gebildet ist, ist es anzustreben, dass das erste elektrische Heizelement 42 eine Oberflächenfilmheizung umfasst, die direkt an ein Aluminiumsubstrat gebunden werden kann. Wie in 3A gezeigt ist, kann das elektrische Heizelement 42 aufweisen: eine elektrisch isolierende dielektrische Basisschicht 44, die am nächsten an der Außenfläche 22 der ersten Platte 18 liegt; eine elektrische Widerstandsheizungsschicht 46 auf der dielektrischen Schicht 44; eine elektrisch isolierende dielektrische oberste Schicht 48 (oder Deckschicht) auf der Widerstandsheizungsschicht 46; und eine elektrisch leitende Schicht 50, die eine oder mehrere Leiterbahnen/Stromschienen umfasst. Die leitende Schicht 50 steht in direktem Kontakt mit der Widerstandsheizungsschicht 46, und die Leiterbahnen, welche die leitende Schicht 50 umfassen, sind in 3A unter den Längsrändern der Widerstandsheizungsschicht 46, zwischen der Widerstandsheizungsschicht 46 und der dielektrischen Basisschicht 44 gezeigt. Man beachte jedoch, dass die leitende Schicht 50 stattdessen auf der Widerstandsheizungsschicht 46, zwischen der Widerstandsheizungsschicht 46 und der dielektrischen obersten Schicht 48 liegen kann.
  • Oberflächenfilmheizungen mit dem oben beschriebenen Aufbau des ersten elektrischen Heizelements 42 können durch Abscheiden mehrerer aufeinanderfolgender Schichten unter Verwendung von Techniken wie Siebdrucken auf ein Aluminiumsubstrat aufgebracht werden. Das erste elektrische Heizelement kann typischerweise eine Dicke von etwa 1 µm bis etwa 1000 µm aufweisen. Zum Beispiel kann das elektrische Heizelement 42 eine Dicke von etwa 1 µm bis etwa 700 um oder von etwa 150 µm bis etwa 600 µm oder von etwa 250 um bis etwa 500 um, beispielsweise von etwa 250 um bis etwa 300 µm, aufweisen. Oberflächenfilmheizungen mit dieser geschichteten Struktur und diesem Dickenbereich werden manchmal als „Dickfilm“-Heizungen bezeichnet. Der Begriff „Dickfilm“, wie hierin verwendet, bezeichnet Beschichtungen, die im Allgemeinen > 1 µm dick sind. Obwohl die Begriffe „Dickfilm“ und „Dünnfilm“ relativ sind, bezeichnet in der Beschichtungsindustrie „Dünnfilm“ bzw. „Dünnschicht“ im Allgemeinen Technologien unter Verwendung von Nano- oder Submikrometer-Beschichtungen, die anhand von Techniken aufgebracht werden, die Schichten der Beschichtung von Atomdicke ablegen können. Dickfilmbeschichtungen werden andererseits in einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten unter Verwendung von Techniken wie etwa Siebdrucken abgeschieden.
  • Oberflächenfilm-Heizelemente, wie etwa Dickfilm-Heizelemente, sind für Fahrzeuganwendungen von Vorteil, da sie vielseitige Designs, hohe Leistungsdichten, gleichmäßige Wärme und schnelles Heizen und Kühlen bereitstellen. Außerdem sind solche Heizelemente flach und leicht. Insbesondere haben die Erfinder gefunden, dass Oberflächenfilm-Heizelemente für eine direkte Erwärmung von zu erwärmenden Fahrzeugkomponenten, wie etwa wiederaufladbaren Lithiumionenbatterien, wie sie in BEVs und HEVs verwendet werden, und/oder zum indirekten Erwärmen von Fahrzeugkomponenten (einschließlich einer Insassenkabine) durch Erwärmen eines Fluids, das Wärme auf diese Fahrzeugkomponenten überträgt, wirksam sind. Die Erfinder haben ferner gefunden, dass dann, wenn ein Oberflächenfilm-Heizelement in einen Wärmetauscher integriert ist, wie hierin beschrieben, derselbe Wärmetauscher, der mit dem aktivierten Heizelement für eine direkte oder indirekte Erwärmung von Fahrzeugkomponenten verwendet wird, mit dem deaktivierten Heizelement für eine direkte oder indirekte Kühlung von Fahrzeugkomponenten verwendet werden kann.
  • Wenn die Platten 18, 24, die den Wärmetauscher 10 umfassen, aus Aluminium gebildet sind, weisen die Verarbeitungstemperaturen für die Aufbringung und/oder Härtung der Beschichtungen, die Bestandteile des elektrischen Heizelements 42 sind, eine Obergrenze von etwa 600 °C auf, da Aluminium eine relativ niedrige Schmelztemperatur von etwa 660 °C aufweist, wobei Legierungen, wie etwa Legierungen der Reihe 3000, etwas niedrigere Schmelztemperaturen haben. Das elektrische Heizelement 42 kann Temperaturen von immerhin etwa 500 °C standhalten.
  • Die dielektrische Basisschicht 44 wird direkt auf eine Außenfläche des Wärmetauschers 10 aufgebracht und bei Temperaturen von unter 600 °C, zum Beispiel im Bereich von etwa 400 bis etwa 450 °C, wärmebehandelt. Eine Wärmebehandlung kann in Luft unter Verwendung eines herkömmlichen Ofens oder einer IR-Heizung durchgeführt werden, und führt zu einer Bindung der dielektrischen Basisschicht 44 an das Aluminiumsubstrat, hierin als „Wärmebindung“ bezeichnet.
  • Zusätzlich dazu, dass Aluminium eine niedrige Schmelztemperatur aufweist, weist es einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Wenn die dielektrische Basisschicht 44 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der deutlich verschieden ist von dem des Wärmetauschers 10, der Aluminium umfasst, kann die dielektrische Basisschicht 44 während der Temperaturzyklen des Wärmetauschers 10 und/oder des elektrischen Heizelements 42 reißen und/oder sich vom Wärmetauscher 10 lösen. Aufgrund dieser Beschränkungen eignen sich herkömmliche Isolierschichten, die aus Glasemail bestehen, nicht für solche Anwendungen, da sie typischerweise bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur von Aluminium aufgebracht und/oder gehärtet werden und niedrigere Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als Aluminium.
  • Die dielektrische Basisschicht 44 des elektrischen Heizelements 42 umfasst Material mit Verarbeitungs- und Schmelztemperaturen unter 600 °C; mit einem relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem von Aluminium entspricht; und mit geeigneten elektrischen Isoliereigenschaften bei Temperaturzyklen von bis zu 250 °C. Zum Beispiel kann die dielektrische Basisschicht 44 eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Verbundstoffschicht sein, die ein bei hohen Temperaturen schmelzfließfähiges thermoplastisches Polymer, das mit einem partikelförmigen Füllstoffmaterial gemischt ist, umfasst.
  • Der in die Matrix des thermoplastischen Polymers eingebaute partikelförmige Füllstoff stellt einen verbesserten Wärmeausdehnungskoeffizienten bereit, der sowohl zur dielektrischen Basisschicht 44 als auch zum Aluminium-Wärmetauschersubstrat 10 und anderen Schichten des elektrischen Heizelements 42 passt. Der partikelförmige Füllstoff erhöht auch die Wärmeleitfähigkeit der dielektrischen Basisschicht 44, um eine bessere Wärmeübertragung auf das Aluminiumsubstrat hervorzubringen und die Erzeugung von „Hot Spots“ im elektrischen Heizelement 42 zu verhindern. Der partikelförmige Füllstoff dient auch dazu, die dielektrische Basisschicht 44 zu verstärken, und verhindert, dass die anschließend aufgebrachten Schichten des elektrischen Heizelements 42 während der Aufbringung und/oder Härtung dieser folgenden Schichten in die dielektrische Basisschicht 44 einsinken.
  • Das schmelzfließfähige thermoplastische Hochtemperaturpolymer der dielektrischen Schicht 44 wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA), Polyarylamid (PARA), Flüssigkristallpolymer, Polysulfon (PS), Polyethersulfon (PES), Polyphenylsulfon (PPSU), Polyamid-Imid (PAI), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), Polyetherketonetherketon (PEKEK), eigenverstärktem Polyphenylen (SRP) und Kombinationen von irgendwelchen zwei oder mehreren davon.
  • Der partikelförmige Füllstoff der dielektrischen Schicht 44 wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Keramik, Glas oder Hochtemperatur-Polymerpartikeln. Beispiele für geeignete keramische Materialien schließen Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Siliciumoxid (optional mit Ceroxid stabilisiertes Zirconiumoxid oder mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirconiumoxid), Titanoxid, Calciumzirconat, Siliciumcarbid, Titannitrid, Nickelzinkferrit, Calciumhydroxyapatit und beliebige Kombinationen davon ein. Aluminiumoxid hat die höchste Wärmeleitfähigkeit und dielektrische Stärke.
  • Das Füllstoffmaterial kann eine Partikelgröße im Bereich von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer, zum Beispiel von etwa 0,1 bis etwa 20 Mikrometer, aufweisen. Der Füllstoffgehalt der dielektrischen Basisschicht 44 liegt bei etwa 5-80 Gewichtsprozent, zum Beispiel von etwa 20-60 Gewichtsprozent oder zum Beispiel von 35-45 Gewichtsprozent.
  • Wärme, die von der Widerstandsheizungsschicht 46 erzeugt wird, dringt durch die dielektrische Basisschicht 44 zur ersten Platte 18, und die dielektrische Basisschicht 44 hält kontinuierlichen hohen Betriebstemperaturen stand und behält bei Temperaturen von etwa 180 °C oder höher und/oder unter Temperaturzyklen von bis zu etwa 250 °C eine feste Struktur bei. Außerdem widersteht die dielektrische Basisschicht 44 einem elektrischen Durchschlag und einer Stromableitung zwischen der ersten Platte 18 und der Widerstandsheizungsschicht 46 und/oder der leitfähigen Schicht 50. Die dielektrische Basisschicht 44 kann eine monolithische Beschichtung sein, oder sie kann zwei oder Beschichtungen umfassen, die übereinander gehärtet werden. Jede von den Beschichtungen, welche die dielektrische Basisschicht 44 umfasst, kann im Hinblick auf den Typ und/oder die Menge des schmelzfließfähigen thermoplastischen Hochtemperaturpolymers und/oder des partikelförmigen Füllstoffs die gleiche oder eine andere Zusammensetzung aufweisen.
  • Die Widerstandsheizungsschicht 46 kann eine elektrisch resistive, bleifreie, auf Sol-Gel basierende Verbundstoffschicht umfassen. Das Sol-Gel-Präparat enthält reaktive metallorganische oder Metallsalz-Sol-Gel-Vorläufer, die nach der Aufbringung der dielektrischen Basisschicht 44 thermisch behandelt werden, um ein elektrisch resistives keramisches Material zu bilden, das sich erwärmt, wenn eine Spannung daran angelegt wird. Das Sol-Gel-Präparat ist eine Lösung, das reaktive metallorganische oder Metallsalz-Sol-Gel-Vorläufer enthält, die thermisch behandelt werden, um ein keramisches Material zu bilden, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Zirconiumoxid (optional mit Ceroxid stabilisiertes Zirconiumoxid oder mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirconiumoxid), Titanoxid, Calciumzirconat, Siliciumcarbid, Titannitrid, Nickelzinkferrit, Calciumhydroxyapatit und beliebigen Kombinationen davon.
  • Die leitende Schicht 50 wird entweder vor oder nach der Widerstandsheizungsschicht 46 abgeschieden und stellt eine elektrische Verbindung zwischen einer elektrischen Energiequelle 52 und der Widerstandsheizungsschicht 46 bereit. Die leitende Schicht 50 ist bleifrei und kann aus einem Verbund-Sol-Gel-Präparat hergestellt sein, das Nickel, Silber oder irgendein anderes geeignetes Pulver- oder Plättchenmaterial enthält. Das Sol-Gel-Präparat kann unter anderem aus metallorganischen Aluminiumoxid-, Siliciumoxid-, Zirconiumoxid- oder Titanoxid-Vorläufern, die in Lösung stabilisiert sind, hergestellt werden. Die leitenden Schichten 50 der elektrischen Heizelemente 42 werden anhand geeigneter Einrichtungen, wie etwa elektrischer Leitungen 54, 56, wie in den 3 und 3A gezeigt, elektrisch mit derselben oder einer anderen elektrischen Energiequelle 52 verbunden.
  • Die elektrisch isolierende, dielektrische oberste Schicht 48 ist elektrisch isolierend und kann Keramik, Glas oder bei niedrigen Temperaturen schmelzende Hochtemperatur-Polymerfüllstoffpartikel enthalten und wird auf der Widerstandsheizungsschicht 46 und/oder der leitenden Schicht 50 abgeschieden, um die Schichten 46 und 50 vor einer Beschädigung zu schützen, die durch Oxidation, Wasser usw. verursacht wird. Man beachte, dass die oberste Schicht 48 optional ist und nicht in allen Ausführungsformen notwendig sein muss.
  • Im Gebrauch legt die elektrische Energiequelle 52 durch Leitungen 54, 56 elektrischen Strom an die leitende Schicht 50 an, um sie zu erwärmen. Die Energiequelle 52 kann eine Wechsel- oder eine Gleichspannung liefern. Zur Verwendung in BEVs und HEVs liegt die Spannung bei mindestens 48 V, beispielsweise bei 280 V oder bei 300 V oder darüber. Die leitende Schicht 50 ist so aufgebaut, dass die Widerstandsheizungsschicht 46 über ihrer Oberfläche so gleichmäßig wie möglich erwärmt wird. In manchen Ausführungsformen beträgt der spezifische Widerstand der Widerstandsheizungsschicht 46 etwa 48-100 Ohm/Quadrat, wobei der Widerstandswärmefluss (die Leistungsdichte) bis zu etwa 25 W/cm2 (160 W/in2) oder mehr beträgt.
  • Zusätzliche Details in Bezug auf die Zusammensetzung und die Struktur des elektrischen Heizelements 42 finden sich im US-Patent Nr. 8,653,423 , das in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
  • In der ersten Ausführungsform, die in den 1-3C gezeigt ist, wird das erste elektrische Heizelement 42 direkt auf die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 aufgebracht, wobei die dielektrische Basisschicht 44 in direktem Kontakt mit der Außenfläche 22 der ersten Platte 18 steht und thermisch direkt daran gebunden ist. Um eine verbesserte Gleichmäßigkeit und Haftung bereitzustellen, ist die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 flach und kann optional durch Abrasion, Abreiben oder Sandstrahlen oberflächenbehandelt werden.
  • Wenn die erste und die zweite Kanalstruktur 12, 14 Aluminium umfassen, werden sie durch Hartlöten und/oder Schweißen zusammengesetzt. Diese Montageschritte werden vor der Aufbringung des ersten elektrischen Heizelements 42 auf die erste Platte 18, beispielsweise durch einen Siebdruckprozess, durchgeführt. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das elektrische Heizelement 42 aufgebracht, nachdem die anderen Komponenten von jeder von der ersten und zweiten Kanalstruktur 12, 14 vollständig montiert worden sind.
  • Sowohl die erste als auch die zweite Kanalstruktur 12, 14 kann ferner einen turbulenzverstärkenden Einsatz 58, wie etwa eine gewellte Flosse oder einen Turbulizer, umfassen, um eine vergrößerte Turbulenz und Oberfläche für eine Wärmeübertragung bereitzustellen, wodurch die Wärmeübertragung vom elektrischen Heizelement 42 auf das Fluid im Fluidströmungsweg 2 oder 4 verbessert wird. Der turbulenzverstärkende Einsatz 58 stellt außerdem eine strukturelle Stütze für die erste und die zweite Platte 18, 24 bereit, wodurch die Steifheit des Wärmetauschers 10 verbessert wird.
  • Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „Flosse“ und „Turbulizer“ wellenförmige turbulenzverstärkende Einsätze 58 bezeichnen, die eine Mehrzahl von Graten oder Kämmen 60 aufweisen, die durch Seitenwände 62 verbunden sind, wobei die Grate flach oder abgerundet sind, wie in 3B gezeigt ist. Wie hierin definiert, weist eine „Flosse“ kontinuierliche Grate auf, während ein „Turbulizer“ Grate aufweist, die ihrer Länge nach unterbrochen sind, so dass ein gewundener Strömungsweg bereitgestellt wird. Turbulizer werden manchmal als versetzte oder durchbrochene streifenförmige Flossen bezeichnet, und Beispiele für solche Turbulizer sind im US-Patent Nr. Re. 35,890 (So) und im US-Patent Nr. 6,273,183 (So et al.) beschrieben. Die Patente von So und So et al. werden in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
  • Der turbulenzverstärkende Einsatz 58 in jeder von der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 kann innerhalb des Fluidströmungswegs 2 oder 4 so ausgerichtet sein, dass seine Grate 60 parallel zur Richtung des Fluidstroms durch den Fluidströmungsweg 2 oder 4 angeordnet sind, so dass das Fluid durch die Öffnungen 64 strömt, die von den Graten 60 und Seitenwänden 62 definiert werden. Diese Ausrichtung des Einsatzes 58 wird hierin als Ausrichtung „mit geringem Druckabfall“ oder „LPD“-Ausrichtung bezeichnet. Alternativ dazu wird in manchen Anwendungen der turbulenzverstärkende Einsatz 58 innerhalb des Fluidströmungswegs 2 oder 4 so ausgerichtet, dass seine Grate 60 abgewinkelt in Bezug auf die Richtung des Fluidstroms durch den Fluidströmungsweg 2 oder 4 angeordnet werden, wobei der Winkel typischerweise 90 Grad beträgt. Diese Ausrichtung des Einsatzes wird hierin als Ausrichtung „mit hohem Druckabfall“- oder „HPD“-Ausrichtung bezeichnet. In der HPD-Ausrichtung strömt das Fluid durch Öffnungen in den Seitenwänden 62 und/oder andere Unterbrechungen in den Seitenwänden 62 oder den Graten 60 des Einsatzes 58.
  • Im Wärmetauscher 10 weist der turbulenzverstärkende Einsatz 58 eine erste Mehrzahl von Graten 60A (hierin als „obere Grate“ bezeichnet), die mit der Innenfläche 20 der ersten Platte 18 in Kontakt stehen, und eine zweite Mehrzahl von Graten 60B (hierin als „untere Grate“ bezeichnet), die mit der Innenfläche 26 der zweiten Platte 24 in Kontakt stehen, auf.
  • Gemäß einem anderen Merkmal des Wärmetauschers 10 werden die oberen Grate 60A des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58, beispielsweise durch Hartlöten, an die Innenfläche 20 der ersten Platte 18 metallurgisch gebunden.
  • Jede Kanalstruktur 12, 14 nur ein erstes elektrisches Heizelement 42 aufweist, das an die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 angrenzt, während kein entsprechendes Heizelement entlang der Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 bereitgestellt ist. Daher könnten die unteren Grate 60B des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 metallurgisch an die Innenfläche 26 der zweiten Platte 24 gebunden werden.
  • Man beachte, dass die Elemente der verschiedenen Wärmetauscher, die in den Zeichnungen dargestellt sind, nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind, insbesondere in den skizzenhaften 3A und 3B. Zum Beispiel sind die Dicken der verschiedenen Elemente der hierin beschriebenen Wärmetauscher, in welche die Heizelemente integriert sind, in den Zeichnungen nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
  • Nachdem die Komponenten der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14, die aus Metall (d.h. Aluminium) gebildet sind, durch Hartlöten aneinander gefügt worden sind und die elektrischen Heizelemente 42 auf die Außenflächen 22 der ersten Platten 18 aufgebracht worden sind, werden die erste und die zweite Kanalstruktur 12, 14 mechanisch zusammengefügt, um den Wärmetauscher 10 zu bilden. In der Ausrichtung, die in 1 gezeigt ist, wird der Wärmetauscher 10 wie unten beschrieben mit der ersten Kanalstruktur 12 über der zweiten Kanalstruktur 14 montiert.
  • Wie am besten in 2 zu sehen ist, ist die Einlass-Durchtrittsöffnung 6 in der zweiten Platte 24 der zweiten Kanalstruktur 14 nahe einer der Ecken bereitgestellt, und das Einlass-Anschlussstück 38 steht von der Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 vor. Gemäß der Ausrichtung, die in 1 gezeigt ist, liegen das Einlass-Anschlussstück 38 und die Einlass-Durchtrittsöffnung 6 auf der Unterseite des Wärmetauschers 10.
  • Das Fluid tritt durch die Einlass-Durchtrittsöffnung 6 in den zweiten Fluidströmungsweg 4 ein und strömt in einen ersten Verteilerraum 66 ( 2), der mit der Einlass-Durchtrittsöffnung 6 in Fließverbindung steht und der eine Lücke zwischen dem Rand des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und dem Rand einer zweiten Platte 24, an dem die Einlass-Durchtrittsöffnung 6 ausgebildet ist, umfasst. Der erste Verteilerraum 66 erstreckt sich entlang der z-Achse und stellt einen Einlass-Verteiler bereit, in dem das Fluid, das durch die Einlass-Durchtrittsöffnung 6 in den zweiten Fluidströmungsweg 4 strömt, entlang der Breite des zweiten Fluidströmungswegs 4 (entlang der z-Achse) verteilt wird, bevor es der Länge nach durch den zweiten Fluidströmungsweg 4 und den turbulenzverstärkenden Einsatz 58 (entlang der x-Achse) in Richtung auf den gegenüberliegenden Rand der zweiten Kanalstruktur 14 strömt.
  • Es ist auch eine Lücke zwischen dem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 und dem gegenüberliegenden Rand der zweiten Platte 24 vorhanden, wobei die Lücke einen zweiten Verteilerraum 68 umfasst, der sich entlang der z-Achse erstreckt und der einen Auslass-Verteiler bereitstellt. Der zweite Verteilerraum 68 steht mit einer oder mehreren ersten Fluidöffnungen 70 in der ersten Platte 18 der zweiten Kanalstruktur 14 in Fließverbindung. In der vorliegenden Ausführungsform gibt es zwei erste Fluidöffnungen 70 in Form von Schlitzen, die entlang der z-Achse langgestreckt sind und die eine Breite (entlang der x-Achse) aufweisen, die der Breite des zweiten Verteilerraums 68 (entlang der x-Achse) ähnlich ist.
  • Der erste und der zweite Abstandhalter 16, 17 sind flache Platten oder Streifen, die entlang der z-Achse langgestreckt sind und die zwischen der ersten Platte 18 der ersten Kanalstruktur 12 und der ersten Platte 18 der zweiten Kanalstruktur 14 abdichtend aufgenommen sind.
  • Der erste Abstandhalter 16 weist mindestens eine Fluidübertragungsöffnung 72 auf, die durch die ersten Fluidöffnungen 70 der ersten Platte dem zweiten Verteilerraum 68 in Fluidverbindung steht. In der vorliegenden Ausführungsform weist der erste Abstandhalter 16 zwei Fluidübertragungsöffnungen 72 in Form von Schlitzen auf, die entlang der z-Achse langgestreckt sind und die die gleiche oder eine ähnliche Länge und Breite aufweisen wie die schlitzartigen ersten Fluidöffnungen 70 der ersten Platte 18. Wie in 1 zu sehen ist, sind die Fluidübertragungsöffnungen 72 von flachen Nuten 144 umgeben, die dafür ausgelegt sind, Dichtelemente 146, wie etwa O-Ringe ( 3A) aufzunehmen. Ähnliche Nuten 144 umgeben die Öffnungen 72 auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Abstandhalters 16. Die elastischen Dichtelemente 146, die in diesen Nuten aufgenommen werden, stellen leckdichte Abdichtungen zwischen der oberen und der unteren Oberfläche des Abstandhalters 16 und den Außenflächen der ersten Platten 18 der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 bereit.
  • Das Fluid verlässt den zweiten Fluidströmungsweg 4 der zweiten Kanalstruktur 14 durch den ersten Abstandhalter 16 und tritt dann in den ersten Fluidströmungsweg 2 der ersten Kanalstruktur 12 ein. Außer wenn nachstehend etwas anderes angegeben wird, sind die Strukturen der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 und der Platten 18, 24, von denen sie gebildet werden, identisch.
  • Die erste Platte 18 der ersten Kanalstruktur 12 ist identisch mit derjenigen der zweiten Kanalstruktur 14 und weist mindestens eine erste Fluidöffnung 70 wie oben beschrieben auf, die zwei schlitzförmige Öffnungen 70 umfasst, wobei diese Öffnungen 70 in der vorliegenden Ausführungsform an den zwei Fluidübertragungsöffnungen 72 des ersten Abstandhalters 16 ausgerichtet sind und mit diesen in Fließverbindung stehen. Somit tritt das Fluid durch die mindestens eine erste Fluidöffnung 70 in der ersten Platte 18 der ersten Kanalstruktur 12 in den ersten Fluidströmungsweg 2 ein. Die Öffnungen 70 und 72 sind in der skizzenhaften 3A zu sehen.
  • Der Fluidströmungsweg 2 der ersten Kanalstruktur 12 weist einen ersten Verteilerraum 66, einen zweiten Verteilerraum 68 und einen turbulenzverstärkenden Einsatz 58 wie oben beschrieben auf. Jedoch stellt der zweite Verteilerraum 68 in der ersten Kanalstruktur 12 einen Einlass-Verteiler bereit, in dem Fluid, das in den ersten Fluidströmungsweg 2 gelangt ist, aufgenommen wird, und der erste Verteilerraum 66 stellt einen Auslass-Verteiler bereit, der weiter unten beschrieben wird.
  • Die erste Platte 18 von jeder von der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 schließt mindestens eine zweite Fluidöffnung 74 ein, die in Bezug auf die mindestens eine erste Fluidöffnung 70 an einem entgegengesetzten Rand der ersten Platte 18 liegt. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die mindestens eine zweite Fluidöffnung 74 eine kreisförmige Öffnung nahe einer Ecke der ersten Platte 18.
  • In der ersten Kanalstruktur 12 steht die zweite Fluidöffnung 74 mit dem ersten Verteilerraum 66 (d.h. dem Auslass-Verteiler) des ersten Fluidströmungswegs 2 in Fließverbindung. Man sieht, dass die zweite Platte 24 der ersten Kanalstruktur 12 der zweiten Platte 24 der zweiten Kanalstruktur 14 gleich ist, außer dass ihr eine Öffnung fehlt, die der Einlass-Durchtrittsöffnung 6 entspricht. Demgemäß stellt die zweite Fluidöffnung 74 in der ersten Kanalstruktur den Auslass für den ersten Fluidströmungsweg 2 bereit.
  • Der zweite Abstandhalter 17 weist mindestens eine Fluidübertragungsöffnung 76 auf, die durch die zweite Fluidöffnung 74 der ersten Platte 18 dem ersten Verteilerraum 66 der ersten Kanalstruktur 12 in Fluidverbindung steht. In der vorliegenden Ausführungsform weist der zweite Abstandhalter 17 eine einzige kreisförmige Fluidübertragungsöffnung 76 bereit, die an der kreisförmigen zweiten Fluidübertragungsöffnung 74 der ersten Platte 18 ausgerichtet ist und die den gleichen oder einen ähnlichen Durchmesser aufweist. Wie in 1 zu sehen ist, ist die Fluidübertragungsöffnung 76 von einer flachen Nut 144 umgeben, die dafür ausgelegt ist, ein elastisches Dichtelement 146 (3A), wie etwa einen O-Ring (nicht gezeigt), aufzunehmen. Eine ähnliche Nut 144 umgibt die Öffnungen 76 auf der entgegengesetzten Oberfläche des Abstandhalters 17. Die elastischen Dichtelemente 146, die in diesen Nuten 144 aufgenommen werden, stellen leckdichte Abdichtungen zwischen der oberen und der unteren Oberfläche des Abstandhalters 17 und den Außenflächen der ersten Platten 18 der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 bereit.
  • Die erste Platte 18 der zweiten Kanalstruktur 14 weist eine zweite Fluidöffnung 74 auf, die auch als die Auslass-Durchtrittsöffnung 8 des Wärmetauschers 10 dient. Die Auslass-Durchtrittsöffnung 8 empfängt das Fluid, das den ersten Fluidströmungsweg 2 verlässt, durch den zweiten Abstandhalter 17. Die Öffnungen 74 und 76 sind in der schematischen 3A zu sehen.
  • Die zweite Platte 24 der ersten Kanalstruktur 12 weist einen Einkerbungs- oder Ausschnittbereich 77 an einer Ecke der Platte 24 auf, an der die erhabene periphere Seitenwand 32 und der plane Flansch 34 nicht der rechteckigen peripheren Form der ersten Platte 18 folgen, sondern vielmehr einwärts weg vom peripheren Rand der ersten Platte 18 abweichen, um den Ausschnittbereich 77 bereitzustellen. Der Ausschnittbereich 77 ist so bereitgestellt, dass die Auslass-Durchtrittsöffnung 8 außerhalb des Bereichs der zweiten Platte 24 liegt. Dies ist in 2 zu sehen. Dadurch kann das Auslass-Anschlussstück 40 direkt an die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 der zweiten Kanalstruktur 14 gefügt werden. Man beachte, dass die Größe und die Form des Ausschnittbereichs 77 variieren können. Alternativ dazu kann, wie in der Unterseitenansicht von 3C zu sehen ist, der Ausschnittbereich 77 dadurch ausgebildet werden, dass nur bewirkt wird, dass die periphere Seitenwand 32 einwärts weg vom peripheren Rand der ersten Platte 18 abweicht, während ein planer Flansch 34 bereitgestellt wird, der sich durch den Ausschnittbereich 77 hindurch erstreckt und dem peripheren Rand der ersten Platte 18 folgt. In einer solchen Anordnung hätte der plane Flansch 34 der zweiten Platte 24 eine Öffnung, die an der zweiten Fluidöffnung 74 der ersten Platte 18 ausgerichtet ist, und das Auslass-Anschlussstück 40 würde stattdessen an die Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 gefügt werden. Eine solche Anordnung ist auch in der Ausführungsform von 4, die nachstehend beschrieben wird, gezeigt.
  • Der Wärmetauscher 10 weist auch mehrere mechanische Befestigungsmittel 78, wie Schrauben, Bolzen oder Nieten auf, die durch ausgerichtete Befestigungsmittellöcher 80 der Platten 18 und Abstandhalter 16, 17 hindurch gehen, um abgedichtete Verbindungen zwischen den ersten Platten 18 der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 und den Abstandhaltern 16, 17 zu bilden. Wie gezeigt, sind die Befestigungsmittellöcher 80 um die Außenumfänge der Platten 18 und entsprechender Bereiche der Abstandhalter 16, 17 herum bereitgestellt. Die Platten 18, 24 und die Abstandhalter 16, 17 können auch ausgerichtete Montagelöcher 82 zum Montieren des Wärmetauschers 10 an einer anderen Struktur, wie etwa einem Gehäuse (nicht gezeigt) aufweisen. Zumindest manche von den Montagelöchern 82 in den ersten Platten 18 und den Abstandhaltern 16, 17 können in vorstehenden Ösen 82 bereitgestellt sein. Entsprechende Befestigungsmittellöcher 80 und Montagelöcher 82 können durch die äußeren Dichtoberflächen 34 der zweiten Platten 24 hindurch gehen, aber in der vorliegenden Ausführungsform liegen die Löcher 80, 82 außerhalb der Umfänge der zweiten Platten 24. Wie in 3A gezeigt ist, können auch Nuten 144, welche die Öffnung 70 und 74 umgeben, in den Außenflächen 22 der ersten Platten 18 bereitgestellt sein, wobei die Nuten 144 elastische Dichtelemente 146, wie etwa O-Ringe, aufnehmen, um fluiddichte Dichtungen um die Öffnungen 70, 72, 74, 76 herum bereitzustellen.
  • Wenn der Wärmetauscher 10 aus Aluminium gebildet ist, werden die Aluminiumkomponenten jeder einzelnen Kanalstruktur 12, 14 (d.h. Platten 18, 24, Einsatz 58 und Anschlussstücke 38 und/oder 40) vollständig durch Hartlöten und/oder Schweißen zusammengesetzt, bevor die elektrischen Heizelemente 42 auf die ersten Platten 18 aufgebracht werden, beispielsweise durch einen Siebdruckprozess. Nach dem Aufbringen der elektrischen Heizelemente 42 wird die Montage des Wärmetauschers 10 durch mechanisches Kombinieren der zusammengesetzten Kanalstrukturen 12, 14 mit den Abstandhaltern 16, 17 und ihr gegenseitiges Befestigen mit mechanischen Befestigungsmitteln 78 abgeschlossen.
  • Man sieht, dass die elektrischen Heizelemente 42 der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 in dem Wärmetauscher 10 einander direkt zugewandt sind und vor einem Kontakt mit anderen Komponenten geschützt sind. Im Gebrauch kann der Wärmetauscher 10 verwendet werden, um eine oder mehrere Fahrzeugkomponenten direkt und/oder indirekt zu erwärmen und optional zu kühlen. Zum Beispiel kann ein indirektes Erwärmen einer Fahrzeugkomponente durch Aktivieren eines oder beider von den elektrischen Heizelementen 42, um ein durch den Wärmetauscher 10 strömendes Fluid zu erwärmen, gefolgt von einer Wärmeübertragung von dem erwärmten Fluid auf eine oder mehrere zu erwärmende Fahrzeugkomponenten, einschließlich der Fahrgastzelle, bewerkstelligt werden. Ein direktes Erwärmen einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten kann dadurch bewerkstelligt werden, dass man eine oder mehrere zu erwärmende Fahrzeugkomponenten mit einer oder mehreren Außenflächen des Wärmetauschers 10 in Kontakt bringt. Zum Beispiel kann eine oder können mehrere Fahrzeugkomponenten mit der Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 der ersten und/oder der zweiten Kanalstruktur 12, 14, die flach und plan ist, in Kontakt gebracht werden. Im Direktheizungsmodus des Wärmetauschers 10 werden eines oder beide von den elektrischen Heizelementen 42 aktiviert, um die Platten 18, 24 und das Fluid, das durch den ersten und den zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 strömt, zu erwärmen. Ein Teil dieser Wärme wird direkt auf die eine oder die mehreren Fahrzeugkomponenten übertragen, um deren Temperatur zu erhöhen, beispielsweise unter Kaltstartbedingungen. Ebenso kann das Fluid, das in dem Wärmetauscher 10 erwärmt wird, zum indirekten Erwärmen einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten, die vom Wärmetauscher 10 entfernt sind, verwendet werden. Im Direktkühlungsmodus des Wärmetauschers 10 werden beide von den elektrischen Heizelementen 42 deaktiviert, und die eine oder die mehreren Fahrzeugkomponenten, die mit einer oder mehreren Außenflächen des Wärmetauschers 10 in Kontakt stehen, übertragen Wärme auf das Fluid, das durch den Wärmetauscher 10 strömt, zumindest dann, wenn das Fluid kühler ist als die eine oder die mehreren Fahrzeugkomponenten.
  • In manchen Ausführungsformen können die Fahrzeugkomponenten Batterien umfassen. Falls gewünscht, können der Wärmetauscher 10 und die Fahrzeugkomponente(n) von einem Gehäuse umschlossen sein, wobei das Einlass- und das Auslass-Anschlussstück 38, 40 durch eine Wand des Gehäuses vorstehen, um mit einem Fluidumwälzsystem verbunden werden zu können.
  • Sobald die Fahrzeugkomponenten ausreichend erwärmt worden sind, kann der Wärmetauscher 10 seine Funktion als Heizung einstellen und kann damit beginnen, als Kühler zu fungieren, um eine Überhitzung der Fahrzeugkomponenten zu verhindern. Was dies betrifft, so werden die elektrischen Heizelemente 42 unter bestimmten Betriebsbedingungen deaktiviert, und das Fluidumwälzsystem kann dafür ausgelegt sein, ein Fluid zum Wärmetauscher 10 zu liefern, dessen Temperatur niedriger ist als die Temperatur der Fahrzeugkomponente(n), die mit der ersten und/oder der zweiten Kanalstruktur 12, 14 in Kontakt steht (stehen). Unter diesen Bedingungen wird Wärme von der (den) Fahrzeugkomponente(n) auf das durch den ersten und den zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 zirkulierende Fluid übertragen, um die Komponenten zu kühlen.
  • Auch wenn die 1 bis 3C einen Wärmetauscher 10 zeigen, der eine bestimmte Konfiguration aufweist, sei klargestellt, dass auch andere Konfigurationen möglich sind. Zum Beispiel können die Einlass- und Auslass-Anschlussstücke 38, 40 von einander gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauschers 10 vorstehen. Was dies betrifft, so können die zweiten Fluidöffnungen 74 der ersten Platten 18 weggelassen werden und/oder der zweite Abstandhalter 17 kann ohne eine Öffnung 76 bereitgestellt werden, während die zweite Platte 24 der ersten Kanalstruktur 12 mit einer Auslass-Durchtrittsöffnung 8 und einem Auslass-Anschlussstück 40 bereitgestellt wird, die der Einlass-Durchtrittsöffnung 6 und dem Einlass-Anschlussstück 38 entsprechen, die in der zweiten Platte 24 der zweiten Kanalstruktur 14 bereitgestellt sind. In einem solchen Wärmetauscher 10 würde das Auslass-Anschlussstück 40 von der Oberseite des Wärmetauschers 10 aus nach oben vorstehen, während sich das Einlass-Anschlussstück 38 weiterhin von der Unterseite des Wärmetauschers 10 aus nach unten erstrecken würde.
  • 4 zeigt eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Mehrkanal-Wärmetauscher 86 gemäß einer zweiten Ausführungsform, der dem Wärmetauscher 10 in einer Reihe von Aspekten ähnlich ist, und in ihr werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Elemente zu benennen. Solange nichts anderes angegeben ist, gilt die obige Beschreibung gleicher Elemente des Wärmetauschers 10 ebenso für den Wärmetauscher 86, und die folgende Erörterung konzentriert sich hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen den Wärmetauschern 10 und 86.
  • Im Wärmetauscher 86 ist der turbulenzverstärkende Einsatz 58 durch mehrere turbulenzverstärkende Merkmale ersetzt, die direkt in einer oder beiden von der ersten Platte 18 und der zweiten Platte 24 ausgebildet sind. Was dies betrifft, so kann/können eine oder beide von der ersten und der zweiten Platte 18, 24 mit mehreren Vorsprüngen 88 versehen sein, wobei die Vorsprünge durch Prägen oder Ziehen in der Platte 18, 24 ausgebildet werden.
  • Zum Beispiel weist der Wärmetauscher 86 insgesamt eine Konfiguration auf, die der des Wärmetauschers 10 ähnelt, wobei jede von der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 eine flache erste Platte 18 und eine geformte zweite Platte 24 aufweist. Statt eines turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 weist jede Kanalstruktur 12, 14 des Wärmetauschers 86 mehrere Vorsprünge 88 auf, die in der flachen, planen Basis 30 der zweiten Platte 24 ausgebildet sind, wie in 4 gezeigt ist. Die Vorsprünge 88 weisen die gleiche Höhe auf wie der plane Flansch 34 oberhalb der Basis 30 der zweiten Platte 24, und jeder Vorsprung 88 weist eine gerundete oder flache Dichtfläche 90 auf, die mit der Dichtfläche des planen Flansches 34 koplanar ist. Die flachen Dichtflächen 90 der Vorsprünge 88 sind metallurgisch an die Innenfläche 22 der ersten Platte 18 gebunden, um ähnliche Wärmeübertragungsvorteile bereitzustellen wie das Binden der turbulenzverstärkenden Einsätze 58 an die erste Platte 18 im Wärmetauscher 10 wie oben erörtert. Zusätzlich dazu, dass eine vergrößerte Turbulenz und Oberfläche für die Wärmeübertragung bereitgestellt werden, stellen die Vorsprünge 88 eine strukturelle Stütze für die erste und die zweite Platte 18, 24 bereit, wodurch die Steifheit der Kanalstrukturen 12, 14 und die des Wärmetauschers 86 verbessert werden.
  • Die Vorsprünge 88 können verschiedene Formen aufweisen, wenn man sie in der Draufsicht betrachtet. Zum Beispiel können die Vorsprünge 88 in der Richtung des Fluidstroms in den Fluidströmungswegen 2, 4 (entlang der x-Achse) langgestreckt sein oder können in Bezug auf die Richtung des Fluidstroms abgewinkelt sein. Solche langgestreckten Vorsprünge 88 können gerade oder gekrümmt sein und werden hierin als „Rippen“ bezeichnet und in 4 mit 88A benannt. Wenn die Vorsprünge in keiner Richtung erheblich langgestreckt sind, werden sie hierin als „Höcker“ bezeichnet und werden in 4, in der ein Höcker 88B als strukturelle Stütze des ersten Verteilerraums 66 bereitgestellt ist, mit 88B benannt. Ein ähnlicher Höcker 88B ist in dem Verteilerraum 66 im Wärmetauscher 10 bereitgestellt (2), da der erste Verteilerraum 66 von dem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 nicht gestützt wird.
  • Unabhängig davon, ob sie die Form von Höckern 88B oder Rippen 88A haben, lenken die Vorsprünge 88 den Fluidstrom durch die Fluidströmungswege 2, 4 und/oder stellen eine strukturelle Stütze für die Wege 2, 4 bereit. Ferner ist zu sehen, dass die Enden der Rippen 88B von den Rändern der Fluidströmungswege 2, 4 beabstandet sind, wodurch ein erster und ein zweiter Verteilerraum 66, 68, wie oben beschrieben, bereitgestellt werden, die eine Fluidverteilung über den Breiten von Fluidströmungswegen 2, 4 (entlang der z-Achse) bereitstellen.
  • Die 5 bis 6 zeigen einen Mehrkanal-Wärmetauscher 92 gemäß einer weiteren Ausführungsform, und 7 zeigt einen Wärmetauscher 92' gemäß einer etwas abweichenden Variante dieser Ausführungsform. Die Wärmetauscher 92 und 92' ähneln den Wärmetauschern 10 und 86 in einer Reihe von Aspekten, und in den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Elemente zu bezeichnen. Solange nichts anderes angegeben ist, gilt die obige Beschreibung gleicher Elemente der Wärmetauscher 10 und 86 ebenso für die Wärmetauscher 92 und 92', und die folgende Erörterung konzentriert sich hauptsächlich darauf, wie sich die Wärmetauscher 92 und 92' von den Wärmetauschern 10 und 86 unterscheiden.
  • In den oben beschriebenen Wärmetauschern 10 und 86 wird durch Übereinanderstapeln einer ersten und einer zweiten Kanalstruktur 12, 14, um einen ersten und einen zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 bereitzustellen, die auf ähnliche Weise übereinander angeordnet sind, eine zweizügige oder U-Strömungskonfiguration erreicht. Im Gegensatz dazu erreichen die Wärmetauscher 92 und 92' eine zweizügige oder U-Strömungskonfiguration durch Bereitstellen einer einzelnen Kanalstruktur 12, die eine mittlere Teilungsrippe 102 aufweist, so dass der erste und der zweite Fluidströmungsweg 2, 4 nebeneinander angeordnet sind.
  • Die Wärmetauscher 92 und 92' umfassen eine erste Platte 18 mit einer Innen- und einer Außenfläche 20, 22, die flach und plan sind, abgesehen von Fassungsabschnitten 94, 96, die entlang eines Endes der ersten Platte 18 aus nachstehend erörterten Gründen bereitgestellt sind.
  • Die zweite Platte 24 weist eine Innen- und eine Außenfläche 26, 28 auf und wird so geformt, beispielsweise durch Prägen oder Ziehen, dass sie eine allgemein flache, plane Basis 30 aufweist, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand 32 umgeben ist, die sich von der Basis 30 zu einem planen Flansch 34 erstreckt, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der plane Flansch 34 abdichtend an eine plane, periphere Dichtfläche 36 auf der Innenfläche 20 der ersten Platte 18 gefügt wird, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen. Die erhabene periphere Seitenwand 32 und der plane Flansch 34 sind entlang eines Endes der zweiten Platte 24 durch Fassungsabschnitte 98, 100 unterbrochen, die auch durch Prägen oder Ziehen gebildet werden, und sind aus Gründen, die nachstehend beschrieben werden, bereitgestellt.
  • Die mittlere Rippe 102 ist auch in der zweiten Platte 24 bereitgestellt und erstreckt sich in der Längsrichtung (entlang der x-Achse in 7) von der erhabenen peripheren Seitenwand 32 an einem Punkt zwischen den Fassungsabschnitten 98, 100 zu einem Abschlussende 104, das von der erhabenen peripheren Seitenwand 32 beabstandet ist, am gegenüberliegenden Ende der zweiten Platte 24. Die Teilungsrippe 102 weist eine gerundete oder flache obere Dichtfläche 106 auf, die, beispielsweise durch Hartlöten oder Schwei-ßen, abdichtend an die Innenfläche 20 der ersten Platte 18 gefügt wird. Man sieht, dass die mittlere Teilungsrippe 102 den ersten Fluidströmungsweg 2 vom zweiten Fluidströmungsweg 4 trennt, wobei die Lücke am Abschlussende 104 der Teilungsrippe 102 eine Fließverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 bereitstellt.
  • Die Fassungsabschnitte 94, 96, 98, 100 weisen jeweils eine halbzylindrische Form auf, zumindest in der Nähe der Ränder der Platten 18, 24. Wenn die Platten 18, 24 montiert sind, kombinieren sich die Fassungsabschnitte 94, 98, um eine erste zylindrische Fassung 108 zu bilden, die eine Fließverbindung mit dem ersten Fluidströmungsweg 2 bereitstellt, und kombinieren sich die Fassungsabschnitte 96, 100, die eine zweite zylindrische Fassung 110 bilden, die eine Fließverbindung mit dem zweiten Fluidströmungsweg 4 bereitstellt. Röhrenförmige Anschlussstücke 38, 40 werden abdichtend in einer ersten und einer zweiten Fassung 108, 110 aufgenommen, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, wobei die Anschlussstücke 38, 40 vom Rand der Wärmetauscher 92 und 92' entlang der x-Achse und parallel zu der Ebene der Platten 18, 24 nach außen vorstehen. Jedes Anschlussstück 38, 40 kann als Einlass oder Auslass dienen. Auch wenn die Wärmetauscher 92 und 92' hierin als solche beschrieben sind, die seitliche Einlass-Anschlussstücke 38, 40 aufweisen, sei klargestellt, dass jedes von den Anschlussstücken 38, 40 stattdessen von entweder der ersten Platte 18 oder der zweiten Platte 24 entlang der y-Achse vorstehen kann, wie bei einem ähnlich aufgebauten, nachstehend beschriebenen Wärmetauscher 112.
  • Jeder von den Fluidströmungswegen 2, 4 des Wärmetauschers 92 ist mit einem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 in Form einer gewellten Flosse oder eines Turbulizers oder mit langgestreckten Rippen 88A, die sich der Länge nach durch die Strömungswege 2, 4 erstrecken, versehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Fluidströmungsweg 2, 4 mit einem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 versehen, der in der LPD-Ausrichtung angeordnet ist und der eine gewellte Flosse mit Graten 60, die sich der Länge nach durch den Fluidströmungsweg 2, 4 erstreckt, umfasst. Wie aus 7 ersichtlich ist, ist ein erster Verteilerraum 66 zwischen einem Rand jedes turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und dem Einlass- oder Auslass-Anschlussstück 38, 40 bereitgestellt, und ein zweiter Verteilerraum 68 ist zwischen dem entgegengesetzten Rand des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und der erhabenen peripheren Seitenwand 32 der zweiten Platte 24 bereitgestellt, wobei die Verteilerräume 66, 68 eine Fluidverteilung über den Breiten der Fluidströmungswege 2, 4 bereitstellen.
  • Die Wärmetauscher 92 und 92' unterscheiden sich auch darin von den Wärmetauschern 10 und 86, dass der Wärmetauscher 92 ein erstes elektrisches Heizelement 42, das an die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 angrenzt, und ein zweites elektrisches Heizelement 70, das an die Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 angrenzt, aufweist. Das zweite elektrische Heizelement 70 kann dem oben beschriebenen ersten elektrischen Heizelement 42 gleich sein, wobei es eine dielektrische Basisschicht 44, eine resistive Wärmetauscherschicht 46, eine dielektrische oberste Schicht 48 und eine leitende Schicht 50 umfasst, und ein Heizelement 70 kann auf die gleiche Weise wie oben unter Bezugnahme auf 3A beschrieben durch elektrische Leitungen mit derselben oder einer anderen elektrischen Energiequelle verbunden sein. Die elektrischen Heizelemente 42, 70 sind etwas anders gestaltet als die Wärmetauscher 92 und 92'. Was dies betrifft, so weist das zweite Heizelement 70 des Wärmetauschers 92 eine ähnliche Konfiguration auf wie das erste Heizelement 42 des Wärmetauschers 92', und das zweite Heizelement 70 des Wärmetauschers 92' weist eine Konfiguration auf, die derjenigen des ersten Heizelements 42 des Wärmetauschers 92 ähnlich ist. Außerdem kann das zweite Heizelement 70 des Wärmetauschers 92' auf die Außenfläche einer Wärmesenkenplatte 78 aufgebracht werden, die metallurgisch an die zweite Platte 24 gebunden ist.
  • Das zweite elektrische Heizelement 70 kann direkt auf die flachen Abschnitte der Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 aufgebracht werden, d.h. außer auf den Bereich der mittleren Teilungsrippe 102 und der Fassungsabschnitte 98, 100, wobei die dielektrische Basisschicht 44 in direktem Kontakt mit der Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 steht und thermisch an diese gebunden ist. Um eine verbesserte Gleichmäßigkeit und Haftung bereitzustellen, kann die Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 optional durch Abrasion, Abreiben oder Sandstrahlen oberflächenbehandelt werden.
  • Wenn die Wärmetauscher 92 und 92' aus Aluminium gebildet werden, werden die Aluminiumkomponenten der Wärmetauscher 92 und 92' (d.h. die Platten 18, 24, der Einsatz 58 und die Anschlussstücke 38 und/oder 40) vollständig durch Hartlöten und/oder Schweißen zusammengesetzt, bevor die elektrischen Heizelemente 42, 70 auf die ersten und zweiten Platten 18, 24 aufgebracht werden, beispielsweise durch einen Siebdruckprozess. Da die elektrischen Heizelemente 42, 70 auf die Außenflächen 22, 28 der ersten und der zweiten Platte 18, 24 aufgebracht werden, sei außerdem klargestellt, dass die Grate 60 des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 metallurgisch an die Innenflächen 20, 26 der ersten und der zweiten Platte 18, 24 gebunden werden.
  • Fahrzeugkomponenten, die direkt erwärmt und optional gekühlt werden sollen, können angrenzend an die elektrischen Heizelemente 42, 70 oder in Kontakt mit diesen entlang der Ober- und Unterseiten der Wärmetauscher 92 und 92' platziert werden, die von einem Gehäuse (nicht gezeigt) umschlossen sein könnten. Außerdem können die Wärmetauscher 92 und 92' zum indirekten Erwärmen von Fahrzeugkomponenten, die fern von den Wärmetauschern 92 und 92' liegen, verwendet werden, und zwar unabhängig davon, ob die Wärmetauscher 92 und 92' auch zum direkten Heizen verwendet werden oder nicht.
  • 8 und 9 zeigen einen Mehrkanal-Wärmetauscher 112, der den Wärmetauschern 10, 86, 92 und 92' in einer Reihe von Aspekten ähnlich ist, und in ihnen werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Elemente zu benennen. Solange nichts anderes angegeben ist, gilt die obige Beschreibung gleicher Elemente der Wärmetauscher 10, 86, 92 und 92' ebenso für den Wärmetauscher 112, und die folgende Erörterung konzentriert sich hauptsächlich auf die Art und Weise, wie sich der Wärmetauscher 112 von den Wärmetauschern 10, 86, 92 und 92' unterscheidet.
  • Der Wärmetauscher 112 ähnelt den oben beschriebenen Wärmetauschern 92 und 92' darin, dass er einen ersten und einen zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 bereitstellt, die nebeneinander angeordnet sind. Ebenso ähnelt der Wärmetauscher 112 den Wärmetauschern 10 und 86 darin, dass er eine erste und eine zweite Kanalstruktur 12, 14 aufweist, die übereinander gestapelt sind. Jedoch unterscheidet sich der Wärmetauscher 112 von den oben beschriebenen Wärmetauschern 10, 86 darin, dass er keine Abstandhalter zwischen der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 aufweist, und dass ein elektrisches Heizelement 42 auf die Ober- und/oder die Unterseite des Wärmetauschers 112, d.h. die Außenflächen, aufgebracht wird und nicht an dessen Innenseiten liegt. Wenn die Komponenten des Wärmetauschers 112 (außer dem (mindestens einen) Heizelement 42) aus Aluminium gefertigt sind, können sie daher durch Hartlöten oder Schweißen zusammengesetzt werden, bevor das (mindestens eine) elektrische Heizelement 42 aufgebracht wird. Dadurch entfällt die Notwendigkeit für ein mechanisches Aneinanderfügen der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 nach der Aufbringung des (mindestens einen) elektrischen Heizelements 42.
  • Jede Kanalstruktur 12, 14 des Wärmetauschers 112 umfasst eine erste Platte 18 mit einer Innen- und einer Außenfläche 20, 22, die flach und plan sind, und eine zweite Platte 24, die eine Innen- und eine Außenfläche 26, 28 aufweist, die geformt sind, zum Beispiel durch Prägen oder Ziehen. Die zweite Platte 24 weist eine allgemein flache, plane Basis 30 auf, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand 32 umgeben ist, die sich von der Basis 30 zu einem planen Flansch 34 erstreckt, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der plane Flansch 34 abdichtend an eine plane, periphere Dichtfläche 36 auf der Innenfläche 20 der ersten Platte 18 gefügt wird, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen.
  • Der Wärmetauscher 112 weist zwei erste Platten 18 und zwei zweite Platten 24 auf. Die zweiten Platten 24 sind einander gleich und sind Rücken an Rücken aneinander gefügt, d.h. so, dass die Außenfläche 28 von einer zweiten Platte 24 direkt an die Außenfläche 28 der anderen zweiten Platte 24 gebunden ist. Außerdem ist die Basis 30 jeder zweiten Platte 24 nahe demselben Ende der zweiten Platte 24 mit zwei Fluidöffnungen 114, 116 versehen, wobei Fluidöffnungen 114, 116 mit dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 in Fließverbindung stehen. Die Öffnung 114 in jeder Platte 24 ist an der Öffnung 116 in der angrenzenden Platte 24 ausgerichtet.
  • Die zwei ersten Platten 18 weisen jeweils ungefähr die gleiche Form und Größe auf, sind aber nicht identisch. Was dies betrifft, so weist die erste Platte 18 der ersten Kanalstruktur 12 Einlass- und Auslass-Durchtrittsöffnungen 6, 8 auf, die mit röhrenförmigen Einlass- und Auslass-Anschlussstücken 38, 40 versehen sind, die von ihrer Außenfläche 22 vorstehen. Die Einlass-Durchtrittsöffnung 6 und das Anschlussstück 38 sind an ausgerichteten Fluidöffnungen 114, 116 der zwei zweiten Platten 24 ausgerichtet und stehen mit ihnen Fließverbindung, so dass die Einlass-Durchtrittsöffnung 6 und das Anschlussstück 38 in sowohl der ersten als auch der zweiten Kanalstruktur 12, 14 mit dem ersten Fluidströmungsweg 2 in Fließverbindung stehen. Ebenso sind die Auslass-Durchtrittsöffnung 8 und das Anschlussstück 40 an ausgerichteten Fluidöffnungen 114, 116 der zwei zweiten Platten 24 ausgerichtet und stehen mit ihnen in Fließverbindung, so dass die Auslass-Durchtrittsöffnung 8 und das Anschlussstück 40 in sowohl der ersten als auch der zweiten Kanalstruktur 12, 14 mit dem zweiten Fluidströmungsweg 42 in Fließverbindung stehen. Auf diese Weise stellen die ausgerichteten Fluidöffnungen 114, 116 Einlass- und Auslass-Verteiler 118, 120 bereit, die sich durch die gesamte Höhe des Wärmetauschers 112, d.h. entlang der y-Achse, erstrecken. Diese Verteiler 118, 120 sind an ihren oberen Enden zu Durchtrittsöffnungen 6, 8 hin offen und an ihren entgegengesetzten, unteren Enden durch die erste Platte 18 der zweiten Kanalstruktur 14, der die Öffnungen fehlen, die den Durchtrittsöffnungen 6, 8 entsprechen, verschlossen.
  • Jede zweite Platte 24 weist eine mittlere Teilungsrippe 102 auf, die sich in der Längsrichtung (entlang der x-Achse in 9) von der erhabenen peripheren Seitenwand 32 an einem Punkt zwischen den Öffnungen 114, 116 zu einem Abschlussende 104, das von der erhabenen peripheren Seitenwand 32 beabstandet ist, am entgegengesetzten Ende jeder zweiten Platte 24 erstreckt. Die Teilungsrippe 102 weist eine gerundete oder flache obere Dichtfläche 106 auf, die, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, abdichtend an die Innenfläche der ersten Platte 18 gefügt wird. Man sieht, dass in jeder von den Kanalstrukturen 12, 14 die mittlere Teilungsrippe 102 den ersten Fluidströmungsweg 2 vom zweiten Fluidströmungsweg 4 trennt, wobei die Lücke am Abschlussende 104 der Teilungsrippe 102 eine Fließverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 bereitstellt.
  • Jeder von den Fluidströmungswegen 2, 4 des Wärmetauschers 112 ist mit einem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 in Form einer gewellten Flosse oder eines Turbulizers oder mit langgestreckten Rippen 88A, die sich der Länge nach durch die Strömungswege 2, 4 erstrecken, versehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Fluidströmungsweg 2, 4 mit einem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 versehen, der in der LPD-Ausrichtung angeordnet ist und der eine gewellte Flosse mit Graten 60, die sich der Länge nach durch den Fluidströmungsweg 2, 4 erstreckt, umfasst. Wie aus 9 ersichtlich ist, ist ein erster Verteilerraum 66 zwischen einem Rand jedes turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und den Fluidöffnungen 114, 116 bereitgestellt, und ein zweiter Verteilerraum 68 ist zwischen dem entgegengesetzten Rand des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und der erhabenen peripheren Seitenwand 32 der zweiten Platte 24 bereitgestellt, wobei die Verteilerräume 66, 68 eine Fluidverteilung über den Breiten der Fluidströmungswege 2, 4 bereitstellen.
  • Der Wärmetauscher 112 weist auch eine Montageanordnung auf, die ein Paar auswärts vorstehender Ösen 122 umfasst, die an einander gegenüberliegenden Ecken der ersten Platten 18 liegen und dem Ende, an dem die Einlass- und die Auslass-Durchtrittsöffnung 6, 8 bereitgestellt sind, entgegengesetzt sind. Die Ösen 122 weisen Löcher 124 auf, und die zwei Ösen 122 von einer der ersten Platten 18 sind mit zylindrischen Montagezapfen 126 mit Innengewinde für eine Schraubverbindung mit einem Befestigungsmittel (nicht gezeigt) versehen.
  • 8 zeigt, dass ein erstes elektrisches Heizelement 42 auf die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 der ersten Kanalstruktur 12, d.h. die Oberseite des Wärmetauschers 112, von der Anschlussstücke 38, 40 und Zapfen 126 vorstehen, aufgebracht worden ist. Alternativ oder zusätzlich zu dem ersten elektrischen Heizelement 42 kann ein zweites elektrisches Heizelement 70 auf die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 der zweiten Kanalstruktur 14, d.h. die flache Unterseite des Wärmetauschers 112 aufgebracht werden. Das erste und das zweite elektrische Heizelement 42, 70 können jeweils eine dielektrische Basisschicht 44, eine resistive Wärmetauscherschicht 46, eine dielektrische oberste Schicht 48 und eine leitende Schicht 50 umfassen und können durch elektrische Leitungen 72, 74 mit derselben elektrischen Energiequelle 52 oder mit einer anderen elektrischen Energiequelle verbunden sein.
  • Wenn der Wärmetauscher 112 aus Aluminium gebildet ist, werden die Aluminiumkomponenten des Wärmetauschers 92 (d.h. die Platten 18, 24, der Einsatz 58, die Anschlussstücke 38, 40, die Zapfen 126) vollständig durch Hartlöten und/oder Schweißen zusammengesetzt, bevor die ersten und/oder zweiten elektrischen Heizelemente 42, 70 auf die ersten Platten 18 der ersten und der zweiten Kanalstruktur 12, 14 aufgebracht werden, beispielsweise durch einen Siebdruckprozess. Da die elektrischen Heizelemente 42, 70 auf die Außenflächen 22 der ersten Platten 18 aufgebracht werden, sei außerdem klargestellt, dass die Grate 60 des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 metallurgisch an zumindest die Innenflächen 20 der ersten Platten 18 gebunden werden.
  • Fahrzeugkomponenten, die direkt erwärmt und optional gekühlt werden, können angrenzend an die elektrischen Heizelemente 42, 70 oder in Kontakt mit diesen entlang der oberen und unteren Oberflächen des Wärmetauschers 112 platziert werden, die von einem Gehäuse (nicht gezeigt) umschlossen sein könnten. Außerdem kann der Wärmetauscher 112 zum indirekten Erwärmen von Fahrzeugkomponenten, die fern vom Wärmetauscher 112 liegen, verwendet werden, und zwar unabhängig davon, ob der Wärmetauscher 112 auch zum direkten Heizen verwendet wird oder nicht.
  • 10 und 11 zeigen einen Mehrkanal-Wärmetauscher 128, der den Wärmetauschern 10, 86, 92, 92' und 112 in einer Reihe von Aspekten ähnlich ist, und in ihnen werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Elemente zu benennen. Solange nichts anderes angegeben ist, gilt die obige Beschreibung gleicher Elemente der Wärmetauscher 10, 86, 92, 92' und 112 ebenso für den Wärmetauscher 128, und die folgende Erörterung konzentriert sich hauptsächlich auf die Art und Weise, wie sich der Wärmetauscher 128 von den Wärmetauschern 10, 86, 92, 92' und 112 unterscheidet.
  • Der Wärmetauscher 128 ähnelt den Wärmetauschern 10 und 86 dahingehend, dass durch Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Kanalstruktur 12, 14, und zwar übereinander, um einen ersten und einen zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 bereitzustellen, die auf ähnliche Weise übereinander angeordnet sind, eine zweizügige oder U-Strömungskonfiguration erreicht wird. Statt zwei separate Kanalstrukturen 12, 14 bereitzustellen, die jeweils zwei separate Platten 18, 24 umfassen, umfasst jedoch der Wärmetauscher 128 zwei Kanalstrukturen 12, 14, die insgesamt drei Platten umfassen, und zwar zwei identische äußere Platten 130 und eine mittlere Platte 132, welche die erste und die zweite Kanalstruktur 12, 14 und den ersten und den zweiten Fluidströmungsweg 2, 4 trennt, wie weiter unten näher beschrieben wird.
  • Die äußeren Platten 130 ähneln den zweiten Platten 24 der oben beschriebenen Wärmetauscher, und gleiche Elemente von Platten 130 werden in der folgenden Beschreibung mit gleichen Bezugszahlen benannt. Was dies betrifft, so weist jede äußere Platte 130 eine Innen- und eine Außenfläche 26, 28 auf und wird beispielsweise durch Prägen oder Ziehen so geformt, dass sie eine allgemein flache, plane Basis 30 aufweist, die von einer erhabenen peripheren Seitenwand 32 umgeben ist, die sich von der Basis 30 zu einem planen Flansch 34 erstreckt, der eine Dichtfläche definiert.
  • Ein Ende der äußeren Platte 130 ist mit einem Paar halbzylindrischer Fassungsabschnitte 98, 100 versehen, die ebenfalls durch Prägen oder Ziehen ausgebildet werden, wobei die Fassungsabschnitte 98, 100 voneinander beabstandet sind und an einander gegenüberliegende Ecken der äußeren Platte 130 angrenzen. Die erhabene periphere Seitenwand 32 und der plane Flansch 34 der äußeren Platte 130 sind angrenzend an die Ecke, an welcher der Fassungsabschnitt 98 liegt, unterbrochen, so dass eine Fließverbindung zwischen dem Fassungsabschnitt 98 und der Basis 30 der zweiten Platte 24 bereitgestellt ist. Im Gegensatz dazu ist der plane Flansch 34 an der Ecke, an welcher der Fassungsabschnitt 100 bereitgestellt ist, erweitert, so dass der Fassungsabschnitt 100 entlang dreier Seiten von dem planen Flansch 34 umgeben ist, so dass der Fassungsabschnitt 100 an dem Rand der äußeren Platte 130 offen ist, und so, dass ein Abschnitt des planen Flansches 34 zwischen dem Fassungsabschnitt 100 und der Basis 30 der äußeren Platte 130 liegt.
  • Die zwei äußeren Platten 130 des Wärmetauschers 128 sind in einander gegenüberliegender Flächenbeziehung angeordnet, so dass sich die Fassungsabschnitte 98 und 100 in den einander gegenüberliegenden Platten 130 kombinieren, um eine erste und eine zweite zylindrische Fassung 108, 110 zu bilden. Röhrenförmige Anschlussstücke 38, 40 werden abdichtend in einer ersten und einer zweiten Fassung 108, 110 aufgenommen, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, wobei die Anschlussstücke 38, 40 vom Rand des Wärmetauschers 128 entlang der x-Achse und parallel zu der Ebene der Platten 130, 132 nach außen vorstehen. Jedes Anschlussstück 38, 40 kann als Einlass oder Auslass dienen. Auch wenn der Wärmetauscher 128 hierin als einer beschrieben ist, der seitliche Einlass-Anschlussstücke 38, 40 aufweist, sei klargestellt, dass die Anschlussstücke 38, 40 stattdessen von den äußeren Platten 130 (entlang der y-Achse) auf einander entgegengesetzten Seiten des Wärmetauschers 128 vorstehen können.
  • Die mittlere Platte 132 ist flach und weist eine erste Seite 134 und eine zweite Seite 136 auf. Die mittlere Platte 132 wird zwischen den zwei äußeren Platten 130 so angeordnet, dass die Dichtfläche des planen Flansches 34 einer der äußeren Platten 130 abdichtend an die erste Seite 134 der mittleren Platte 132 gefügt wird und die Dichtfläche des planen Flansches 34 der anderen Platte 130 abdichtend an die zweite Seite 136 der mittleren Platte 132 gefügt wird. Die mittlere Platte 132 trennt die erste Kanalstruktur 12 von der zweiten Kanalstruktur 14 und den ersten Fluidströmungsweg 2 vom zweiten Fluidströmungsweg 4.
  • Der erste Fluidströmungsweg 2 erstreckt sich zwischen der Innenfläche 26 von einer äußeren Platte 130 und der ersten Seite 134 der mittleren Platte 132 durch den gesamten Bereich der Basis 30 der Platte 130. Der erste Fluidströmungsweg 2 steht mit der Einlass-Durchtrittsöffnung 38 und der ersten zylindrischen Fassung 108 in Fließverbindung.
  • Ebenso erstreckt sich der zweite Fluidströmungsweg 4 zwischen der Innenfläche 26 der anderen äußeren Platte 130 und der zweiten Seite 136 der mittleren Platte 132 durch den gesamten Bereich der Basis 30 der Platte 130. Der zweite Fluidströmungsweg 2 steht mit dem Auslass-Anschlussstück 40 und der zweiten zylindrischen Fassung 110 in Fließverbindung.
  • Am Ende der mittleren Platte 132 ist nahe der ersten und der zweiten zylindrischen Fassung 108, 110 die mittlere Platte 132 mit Kerben 138, 140 versehen, die so bemessen und geformt sind, dass sie etwas größer sind als die Fläche, die vom Fassungsabschnitt 100 eingenommen wird, so dass die Fläche der mittleren Platte 132, die jede der Kerben 94, 96 unmittelbar umgibt, abdichtend an die Abschnitte des planen Flansches 34, die jeden der Fassungsabschnitte 100 unmittelbar umgeben, gefügt wird. Dies blockiert eine Fließverbindung zwischen dem Fassungsabschnitt 100 und dem angrenzenden ersten oder zweiten Fluidströmungsweg 2 oder 4.
  • Das andere Ende der mittleren Platte 132, d.h. gegenüber dem Ende, an dem Kerben 138, 140 liegen, ist mit einer Verbindungsöffnung 142 versehen. Die Verbindungsöffnung 142 kann mehrere diskrete Öffnungen oder einen fortlaufenden Schlitz (wie gezeigt) umfassen und erstreckt sich in der Breitenrichtung über der mittleren Platte 132, um an dem Ende des Wärmetauschers 128, das vom Einlass- und Auslass-Anschlussstück 38, 40 entfernt ist, einen Fluidstrom vom ersten Fluidströmungsweg 2 zum zweiten Fluidströmungsweg 4 zu ermöglichen. Die Verbindungsöffnung 142 wird entlang ihres gesamten Umfangs von der mittleren Platte 132 umgeben.
  • Im Betrieb tritt das Fluid durch das Einlass-Anschlussstück 38 und die erste zylindrische Fassung 108 in den ersten Fluidströmungsweg 2 ein und strömt zur Verbindungsöffnung 142 der mittleren Platte 132. Das Fluid strömt durch die Verbindungsöffnung 142 in den zweiten Fluidströmungsweg 4 und strömt dann zum Auslass-Anschlussstück 40 und zur zweiten zylindrischen Fassung 110.
  • Jeder Fluidströmungsweg 2, 4 des Wärmetauschers 128 ist mit einem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 in Form einer gewellten Flosse oder eines Turbulizers oder mit langgestreckten Rippen 88A, die sich der Länge nach durch die Strömungswege 2, 4 erstrecken, versehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Fluidströmungsweg 2, 4 mit einem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 versehen, der in der LPD-Ausrichtung angeordnet ist und der eine gewellte Flosse mit Graten 60, die sich der Länge nach durch den Fluidströmungsweg 2, 4 erstreckt, umfasst. Wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen kann ein erster Verteilerraum 66 zwischen einem Rand jedes turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und dem Einlass- oder Auslass-Anschlussstück 38, 40 bereitgestellt werden, und ein zweiter Verteilerraum 68 kann zwischen dem gegenüberliegenden Rand des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und der erhabenen peripheren Seitenwand 32 der äußeren Platte 170 bereitgestellt werden, ausgerichtet an der Verbindungsöffnung 142 und mit dieser in Fließverbindung stehend, wobei die Verteilerräume 66, 68 eine Fluidverteilung über den Breiten der Fluidströmungswege 2, 4 bereitstellen, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen. Die Grate 60 jedes turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 können metallurgisch an zumindest die Innenflächen 26 der äußeren Platten 130 gebunden werden, etwa durch Hartlöten oder Schweißen, und können optional metallurgisch an eine der Seiten 134 oder 136 der mittleren Platte 132 gebunden werden, um eine verbesserte Wärmeübertragung bereitzustellen.
  • Der Wärmetauscher 128 ist mit ersten und zweiten elektrischen Heizelementen 42, 70 versehen, wie oben beschrieben, die angrenzend an die Außenflächen 28 beider äußerer Platten 130 bereitgestellt werden. Statt der elektrischen Heizelemente 42, 70, die direkt auf die Außenflächen 28 der äußeren Platten 170 aufgebracht werden, so dass die dielektrische Basisschicht 44 in direktem Kontakt mit der Außenfläche 28 jeder Platte 130 steht und an dieser haftet, weist der Wärmetauscher 128 mittlere Wärmesenkenplatten 78 auf, auf welche die ersten und zweiten elektrischen Heizelemente 42, 70 aufgebracht werden.
  • Jede Wärmesenkenplatte 78 umfasst eine flache Platte, die dicker sein kann als die äußeren und mittleren Platten 130, 132 und die eine Innenfläche 80, die an die Außenfläche 28 der äußeren Platte 130 gefügt wird, und eine Außenfläche 82 aufweist, auf die das erste oder das zweite elektrische Heizelement 42 oder 70 aufgebracht wird, beispielsweise durch Siebdrucken, und an die sie thermisch gebunden wird. Die Wärmesenkenplatte 78 kann durch eine metallurgische Bindung, wie etwa eine hartgelötete Verbindung oder eine Schweißnaht, an die äußere Platte 130 gefügt werden, um die Wärmeübertragung von dem elektrischen Heizelement 42 oder 70 über die Wärmesenkenplatte 78 auf die äußere Platte 130 und auf das Fluid im Fluidströmungsweg 2 oder 4 zu maximieren.
  • Es sei klargestellt, dass der Wärmetauscher 128 statt erster und zweiter elektrischer Heizelemente 42 und 70 und Wärmesenkenplatten 78, die auf beide äußeren Platten 130 aufgebracht werden, stattdessen ein einziges elektrisches Heizelement 42 aufweisen kann, das auf eine einzige Wärmesenkenplatte 78 aufgebracht wird.
  • Fahrzeugkomponenten, die direkt erwärmt und optional gekühlt werden sollen, können angrenzend an eines oder beide von den elektrischen Heizelementen 42, 70 entlang der oberen und unteren Oberflächen des Wärmetauschers 128, die von einem Gehäuse (nicht gezeigt) umschlossen sein könnten, platziert werden oder mit diesen in Kontakt stehen. Außerdem kann der Wärmetauscher 128 zum indirekten Erwärmen von Fahrzeugkomponenten, die fern vom Wärmetauscher 128 liegen, verwendet werden, und zwar unabhängig davon, ob der Wärmetauscher 128 auch zum direkten Heizen verwendet wird oder nicht.
  • Der Wärmetauscher 128 kann dadurch hergestellt werden, dass zuerst alle Komponenten des Wärmetauschers 128 außer den elektrischen Heizelementen 42 und/oder 70 zusammengesetzt werden (einschließlich der äußeren Platten 130, der mittleren Platte 132, des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58, der Wärmesenke(n) 78 und der Anschlussstücke 38, 40), gefolgt von direktem Aufbringen der elektrischen Heizelemente 42 und/oder 70 auf die Außenfläche(n) 82 der Wärmesenkenplatte(n) 78 auf die oben beschriebene Weise.
  • Alternativ dazu kann der Wärmetauscher 128 hergestellt werden durch: (1) Vormontieren der Komponenten des Wärmetauschers 128 außer den elektrischen Heizelementen 42 und/oder 70 und der Wärmesenkenplatten 78 (einschließlich der äußeren Platten 130, der mittleren Platte 132, des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und der Anschlussstücke 38, 40); (2) direktes Aufbringen der elektrische Heizelemente 42 und/oder 70 auf die Außenfläche(n) 82 der Wärmesenkenplatte(n) 78 auf die oben beschriebene Weise; und (3) Anbringen der Wärmesenkenplatte(n) 78 mit den angebrachten elektrischen Heizelementen 42 und/oder 70 auf der (den) Außenfläche(n) 28 der äußeren Platte(n) 130, so dass die Innenfläche(n) 80 der Wärmesenkenplatte(n) 78 metallurgisch an die Außenfläche(n) 28 der äußeren Platte(n) 130 gebunden werden, beispielsweise durch Schweißen.
  • Die Wärmetauscher gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen können jeweils zwei Fluidströmungswege 2 und 4 aufweisen, die in entweder einer Einzelkanalstruktur oder in Mehrkanalstrukturen 12, 14 bereitgestellt werden. Die Erfinder haben gefunden, dass die Bereitstellung mehrerer Fluidströmungswege im Vergleich zu einem Wärmetauscher mit vergleichbarer Heizkapazität, der eine Einzelkanalstruktur mit einem einzelnen Fluidströmungsweg aufweist, einen geringeren Druckabfall durch die Wärmetauscher wie hierin beschrieben ermöglicht. Somit ist zu erwarten, dass die Wärmetauscher wie hierin beschrieben geringere parasitäre Verluste erzeugen als vergleichbare Wärmetauscher mit einem größeren Druckabfall.
  • 12 stellt einen Wärmetauscher 148 gemäß einer sechsten Ausführungsform dar, der den oben beschriebenen Wärmetauschern in einer Reihe von Aspekten ähnlich ist, und in ihr werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Elemente zu benennen. Solange nichts anderes angegeben ist, gilt die obige Beschreibung der ähnlichen Elemente gleichermaßen für den Wärmetauscher 148.
  • Der Wärmetauscher 148 weist eine erste Platte 18 und eine zweite Platte 24 auf, wobei beide Platten 18 und 24 durch Prägen oder Ziehen gebildet werden und beide eine plane Basis 30, eine erhabene periphere Seitenwand 32 und einen planen Flansch 34 aufweisen, wobei aber in 12 nur die Merkmale der ersten Platte 18 sichtbar sind. Die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 ist mit einem elektrischen Heizelement 42 versehen, von dem die dielektrische Basisschicht 44, die Widerstandsheizungsschicht 46 und die leitende Schicht 50 in 12 zumindest zum Teil sichtbar sind.
  • Der Wärmetauscher 148 umfasst ferner ein erstes elektrisches Anschlusselement 150, das ein Gehäuse 152 mit rechteckigen Seiten umfasst, wobei eine Seite des Gehäuses 152 an die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 gefügt ist. Das erste Anschlusselement 150, das in 12 gezeigt ist, ist ein Buchsen-Anschlusselement mit einer Öffnung 154, die mit einem oder mehreren Leiterstiften 156, die darin vorstehen, versehen ist. Das erste Anschlusselement 150 ist dafür ausgelegt, mit einem entsprechenden zweiten elektrischen Anschlusselement 158 gekoppelt zu werden, das direkt oder indirekt mit Leitungen 54, 56 verbunden ist, die den Wärmetauscher 148 mit der elektrischen Energiequelle 52 verbinden. Das zweite Anschlusselement 158 ist ein Stecker-Anschlusselement mit mindestens einem Loch 160 zur Aufnahme der Stifte 154. Im Wärmetauscher 148 gibt es zwei Löcher 160 und zwei Stifte 156, einen für jede von den elektrischen Leitungen 54, 56.
  • Das erste Anschlusselement 150 wird so an der ersten Platte 18 montiert, dass die Leiterstifte 156 durch das Innere des ersten Anschlusselements 150 elektrisch mit der elektrisch leitenden Schicht 50 verbunden werden, die eine oder mehrere Leiterbahnen/Stromschienen umfasst. Auf diese Weise kombinieren sich die zweiten elektrischen Anschlusselemente 150, 158, um eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Heizelement 42 und der elektrischen Energiequelle 52 bereitzustellen.
  • Die 13-14 stellen einen Wärmetauscher 162 gemäß einer siebten Ausführungsform dar, der eine Reihe von Ähnlichkeiten mit den oben beschriebenen Wärmetauschern aufweist, und in ihr werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Elemente zu benennen. Solange nichts anderes angegeben ist, gilt die obige Beschreibung der ähnlichen Elemente gleichermaßen für den Wärmetauscher 162.
  • Der Wärmetauscher 162 weist eine erste Platte 18 und eine zweite Platte 24 auf, wobei beide Platten 18 und 24 durch Prägen oder Ziehen geformt werden. Die erste Platte 18 ist flach und plan, mit der Ausnahme der Fassungsabschnitte 94, 96 und 97, die aus nachstehend erörterten Gründen bereitgestellt werden. Die zweite Platte 24 ist so geformt, dass sie eine allgemein flache, plane Basis 30 aufweist, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand 32 umgeben ist, die sich von der Basis 30 zu einem planen Flansch 34 erstreckt, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der plane Flansch 34 abdichtend an eine plane, periphere Dichtfläche 36 auf der Innenfläche 20 der ersten Platte 18 gefügt wird, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen. Die erhabene periphere Seitenwand 32 und der plane Flansch 34 sind durch Fassungsabschnitte 98, 100, 101 unterbrochen, die ebenfalls durch Prägen oder Ziehen gebildet werden.
  • Eine Einzelkanalstruktur 12 mit einem ersten Fluidströmungsweg 2 ist zwischen der ersten und der zweiten Platte 18, 24 definiert und erstreckt sich in Längsrichtung (entlang der x-Achse). Die Fassungsabschnitte 94, 96, 98 und 100 weisen jeweils eine halbzylindrische Form auf, zumindest in der Nähe der Ränder der Platten 18, 24. Wenn die Platten 18, 24 zusammengefügt sind, kombinieren sich Fassungsabschnitte 94, 98, um eine erste zylindrische Fassung 108 zu bilden, die eine Fließverbindung mit einem ersten Ende des Fluidströmungswegs 2 bereitstellt, und kombinieren sich Fassungsabschnitte 96, 100, um eine zweite zylindrische Fassung 110 zu bilden, die eine Fließverbindung mit einem zweiten Ende des Fluidströmungswegs 2 bereitstellt. Röhrenförmige Anschlussstücke 38, 40 werden abdichtend in einer ersten und einer zweiten Fassung 108, 110 aufgenommen, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, wobei die Anschlussstücke 38, 40 vom Rand des Wärmetauschers 162 entlang der x-Achse und parallel zu der Ebene der Platten 18, 24 nach außen vorstehen. Jedes Anschlussstück 38 oder 40 kann als Einlass oder Auslass dienen.
  • Die Fassungsabschnitte 97, 101 weisen in der Nähe der Ränder der Platten 18, 24 auch eine halbzylindrische Form auf. Wenn die Platten 18, 24 aneinandergefügt sind, kombinieren sich Fassungsabschnitte 97, 101, um eine dritte zylindrische Fassung 111 zu bilden, die eine Fließverbindung mit dem zweiten Ende des Fluidströmungswegs 2 bereitstellt. Ein röhrenförmiges Anschlussstück 164 ist abdichtend innerhalb der dritten Fassung 111 aufgenommen, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, wobei das Anschlussstück 164 vom Rand des Wärmetauschers 162 entlang der x-Achse nach außen und parallel zu der Ebene der Platten 18, 24 vorsteht. Die dritte Fassung 111 und das Anschlussstück 164. Ein Temperatursensor 166 zum Erfassen der Temperatur des Wärmeübertragungsfluids innerhalb des Fluidströmungswegs 2 in der Nähe der zweiten Fassung 110. Der Temperatursensor 166 weist elektrische Leitungen 168, 170 auf, durch die er für eine Verbindung mit einer Steuerung ausgelegt ist, die den Betrieb des elektrischen Heizelements 42 und/oder eines Umgehungsventils an irgendeiner anderen Stelle in dem Heizungs-/Kühlungssystem steuern kann.
  • Der Fluidströmungsweg 2 ist mit einem turbulenzverstärkenden Einsatz 58 in Form einer gewellten Flosse mit Graten 60, die sich der Länge nach (entlang der x-Achse) durch den Fluidströmungsweg 2 erstrecken, versehen. Ein erster Verteilerraum 66 ist am ersten Ende des Fluidströmungswegs 2 zwischen einem Rand des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und dem Anschlussstück 38 bereitgestellt, und ein zweiter Verteilerraum 68 ist am zweiten Ende des Fluidströmungswegs 2 zwischen einem entgegengesetzten Rand des turbulenzverstärkenden Einsatzes 58 und dem Anschlussstück 40 bereitgestellt.
  • Der Wärmetauscher 162 weist ein elektrisches Heizelement 42 auf, das direkt auf die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 aufgebracht ist, wobei das Heizelement 42 den oben beschriebenen Aufbau hat, und das durch elektrische Leitungen (nicht gezeigt) mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist, wie oben beschrieben.
  • Der Wärmetauscher 162 weist eine Montageklemme 172 auf, die umfasst: einen ersten flachen Abschnitt 174, der dafür ausgelegt ist, an die Außenfläche 28 der zweiten Platte 24 gefügt zu werden, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, und mehrere Beine 176 zum Montieren des Wärmetauschers 162 an einer Montagefläche des Fahrzeugs. Der Wärmetauscher 162 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist dafür ausgelegt, fern von der (den) zu erwärmenden Komponente(n) angeordnet zu sein, wobei das Wärmeübertragungsfluid vom elektrischen Heizelement 42 erwärmt wird und zu an einer anderen Stelle in dem Heizungs-/Kühlungssystem liegende(n) zu erwärmende(n) Komponente(n) zirkuliert wird. Somit ist der Wärmetauscher 162 spezifisch zum Gebrauch als Fluidheizung ausgelegt, um eine indirekte Erwärmung von einer oder mehreren Fahrzeugkomponenten bereitzustellen, im Gegensatz zu bestimmten anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen, in denen zu erwärmende und optional zu kühlende Fahrzeugkomponenten angrenzend an das elektrische Heizelement 42 oder in Kontakt damit platziert werden.
  • Da keine zu erwärmenden Komponenten vorhanden sind, die in direktem Kontakt mit dem elektrischen Heizelement 42 stehen, und da der Wärmetauscher 162 keinen schützenden zweiten Kanal aufweist wie beim Wärmetauscher 10, kann eine Schutzabdeckung 178 über dem elektrischen Heizelement 42 bereitgestellt werden, um zu verhindern, dass es physikalisch beschädigt wird, vor Schmutz und Wasser. Die Abdeckung 178 kann aus einem leichten Material gebildet sein. Zum Beispiel kann die Abdeckung 178 ein Blech aus leichtem Metall, wie etwa Aluminium, umfassen, das durch Prägen oder Ziehen geformt wird.
  • Die Abdeckung 178 weist eine Oberseite 180, eine Seitenwand 182 auf, die sich von der Oberseite 180 nach unten erstreckt und in einem planen peripheren unteren Flansch 184 endet. Der untere Flansch 184 ist so geformt und bemessen, dass er das elektrische Heizelement 42 vollständig umgibt. Der untere Flansch 184 weist eine untere Dichtfläche auf, die dafür ausgelegt ist, um den Außenumfang des elektrischen Heizelements 42 herum abdichtend an die Außenfläche 22 der ersten Platte 18 gefügt zu werden. Die Abdeckung 178 kann an der ersten Platte 18 abgedichtet werden, beispielsweise durch eine elastische Flanschdichtung 186, die zwischen dem unteren Flansch 184 und der Außenfläche 22 der ersten Platte 18 bereitgestellt wird, wobei die Oberseite 180 der Abdeckung 178 von dem elektrischen Heizelement 42 beabstandet ist.
  • Die Abdeckung 178 umfasst ferner einen Hochspannungsanschluss 188, um eine Verbindung des elektrischen Heizelements 42 mit einer Energiequelle und einer Steuerung, wie etwa einem Batteriesteuermodul, zu ermöglichen. Der Hochspannungsanschluss 188 kann über einem Loch 190 in der Abdeckung montiert werden, wobei das Loch eine Durchführung von Hochspannungsleitungen 192, 194 eines elektrischen Heizelements 42 durch die Abdeckung 178 zum Anschluss 188 ermöglicht. In der vorliegenden Erfindung ist die Abdeckung 178 in einem erhabenen Abschnitt 196 bereitgestellt, in dem die Höhe der Oberseite 180 vergrößert ist, um die Hochspannungsleitungen 192, 194 aufnehmen zu können. Man beachte jedoch, dass der erhabene Abschnitt 196 nicht in allen Ausführungsformen erforderlich sein muss und von der jeweiligen Anwendung abhängt.
  • Während der Herstellung wird das elektrische Heizelement 42 auf eine hartgelötete Struktur aufgebracht, die eine erste und eine zweite Platte 18, 24; Anschlussstücke 38, 40, 164; und eine Montageklemme 172 umfasst. Nach der Aufbringung des Heizelements 42 auf die erste Platte 18 wird die Abdeckung 178 mechanisch mit einer oder mehreren anderen Komponenten des Wärmetauschers 162 zusammengefügt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Abdeckung 178 mit mehreren umlegbaren Laschen 198 versehen, wobei jede von den Laschen 198 einen Rand aufweist, der mit dem unteren Flansch 184 zusammengefügt wird, und wobei die Laschen 198 optional als Einheit mit der übrigen Abdeckung 178 ausgebildet sind. Die Abdeckung 178 wird durch Umlegen der Laschen 198 nach unten und nach innen mit dem übrigen Teil des Wärmetauschers zusammengefügt. Zum Beispiel sind in der vorliegenden Ausführungsform die erste und die zweite Platte 18, 24 in ihren Außenumfangsrändern beide mit mehreren Kerben 200 versehen, wobei die Kerben 200 der Zahl und der Lage nach Laschen 198 entsprechen, um dabei zu helfen, die Abdeckung 178 auf der Außenfläche 22 der ersten Platte 18 in Stellung zu bringen.
  • Jeder der hierin beschriebenen Wärmetauscher kann mit elektrischen Anschlüssen versehen werden, die erste und zweite Anschlusselemente 150, 158 wie oben beschrieben umfassen.
  • Auch wenn verschiedene Ausführungsformen in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, sei klargestellt, dass bestimmte Anpassungen und Modifikationen der beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden können, die als im Bereich der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet werden. Daher sind die oben erörterten Ausführungsformen als erläuternd, aber nicht als beschränkend aufzufassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/639537 [0001]
    • US 62/752035 [0001]
    • US 8653423 [0100]
    • US 35890 [0104]
    • US 6273183 [0104]

Claims (26)

  1. Wärmetauscher mit einem Einlass und einem Auslass, umfassend: (a) eine erste Kanalstruktur, die einen ersten Fluidströmungsweg definiert, wobei die erste Kanalstruktur eine erste Platte, eine zweite Platte und einen ersten Fluidströmungsweg umfasst; wobei der erste Fluidströmungsweg von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte definiert wird; wobei die erste und die zweite Platte aus Aluminium gebildet sind; und wobei sowohl die erste als auch die zweite Platte eine Innenfläche, die nach innen und zum ersten Fluidströmungsweg gewandt ist, und eine vom ersten Fluidströmungsweg weg nach außen gewandte, gegenüberliegende Außenfläche aufweisen; (b) ein erstes elektrisches Heizelement, das außerhalb des Fluidströmungswegs liegt und an die Außenfläche der ersten Platte der ersten Kanalstruktur angrenzt, so dass Wärme, die vom ersten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte auf das Fluid im ersten Fluidströmungsweg übertragen wird; wobei das erste elektrische Heizelement eine Dicke von etwa 1 µm bis etwa 1000 µm aufweist; wobei das erste elektrische Heizelement eine elektrisch isolierende dielektrische Basisschicht, die am nächsten an der Außenfläche der ersten Platte liegt, und eine elektrische Widerstandsheizungsschicht auf der dielektrischen Schicht umfasst; wobei die dielektrische Basisschicht eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Verbundschicht umfasst, die ein Polymer umfasst, das mit einem partikelförmigen Füllstoffmaterial gemischt ist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Basisschicht in direktem Kontakt mit der Außenfläche der ersten Platte steht und thermisch an diese gebunden ist.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei mindestens eine von der ersten Platte und der zweiten Platte eine geformte Platte umfasst, die eine allgemein flache, plane Basis aufweist, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand mit einem planen Flansch umgeben ist, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der erhabene periphere Flansch abdichtend an die gegenüberliegende von der ersten und der zweiten Platte gefügt wird.
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die erste Platte im Wesentlichen vollständig flach ist, und die zweite Platte die geformte Platte umfasst.
  5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner einen turbulenzverstärkenden Einsatz umfassend, der in dem ersten Fluidströmungsweg der ersten Kanalstruktur bereitgestellt ist, wobei der turbulenzverstärkende Einsatz eine gewellte Flosse oder einen Turbulizer mit Graten umfasst, die durch Seitenwände verbunden sind, wobei eine erste Mehrzahl der Grate mit der Innenfläche der ersten Platte in Kontakt stehen und metallurgisch an diese gebunden sind.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner mindestens eine Wärmesenkenplatte umfassend mit einer Innenfläche, die durch eine metallurgische Bindung an der Außenfläche der ersten Platte fixiert ist, und einer Außenfläche, auf die das erste elektrische Heizelement direkt so aufgebracht wird, dass die dielektrische Basisschicht des ersten elektrischen Heizelements in direktem Kontakt mit der Außenfläche der Wärmesenkenplatte steht und direkt thermisch an diese gebunden ist.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die zweite Platte eine geformte Platte umfasst, die eine allgemein flache, plane Basis aufweist, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand mit einem planen Flansch umgeben ist, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der erhabene periphere Flansch abdichtend an die erste Platte gefügt wird; wobei die zweite Platte mehrere Vorsprünge aufweist, die in ihrer flachen, planen Basis ausgebildet sind, wobei die Vorsprünge eine Höhe aufweisen, die einer Höhe des erhabenen peripheren Flansches gleich ist, wobei jeder Vorsprung eine Dichtfläche aufweist, die mit der planen Dichtfläche des peripheren Flansches koplanar ist; wobei die Dichtflächen der Vorsprünge metallurgisch an die Innenfläche der ersten Platte gebunden sind; und wobei die Vorsprünge Rippen und/oder Höcker umfassen.
  8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: (c) eine zweite Kanalstruktur, die einen zweiten Fluidströmungsweg definiert; wobei die zweite Kanalstruktur eine erste Platte, eine zweite Platte und einen zweiten Fluidströmungsweg umfasst; wobei der zweite Fluidströmungsweg von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur definiert wird; wobei die erste und die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur aus Aluminium gebildet ist; und wobei sowohl die erste als auch die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur eine Innenfläche, die nach innen zum zweiten Fluidströmungsweg gewandt ist, und eine vom zweiten Fluidströmungsweg weg nach außen gewandte, gegenüberliegende Außenfläche aufweisen; und (d) ein zweites elektrisches Heizelement, das außerhalb des zweiten Fluidströmungswegs liegt und an die Außenfläche der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur angrenzt, so dass Wärme, die vom zweiten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte der zweiten Kanalstruktur auf das Fluid im zweiten Fluidströmungsweg übertragen wird; wobei das zweite elektrische Heizelement eine Dicke von etwa 1 µm bis etwa 1000 µm aufweist; wobei das zweite elektrische Heizelement eine elektrisch isolierende dielektrische Basisschicht, die am nächsten an der Außenfläche der zweiten Platte liegt, und eine elektrische Widerstandsheizungsschicht auf der dielektrischen Schicht umfasst; wobei die dielektrische Basisschicht eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Verbundschicht umfasst, die ein Polymer umfasst, das mit einem partikelförmigen Füllstoffmaterial gemischt ist; wobei der Einlass des Wärmetauschers mit dem ersten Fluidströmungsweg in Fließverbindung steht und der Auslass des Wärmetauschers mit dem zweiten Fluidströmungsweg in Fließverbindung steht; wobei die erste Platte der ersten Kanalstruktur in gegenüberliegender Flächenbeziehung zur ersten Platte der zweiten Kanalstruktur steht und durch eine Lücke von dieser beabstandet ist; wobei das erste und das zweite elektrische Heizelement innerhalb der Lücke voneinander beabstandet sind und in gegenüberliegender Flächenbeziehung zueinander stehen; und wobei der Wärmetauscher ferner umfasst: einen ersten Abstandhalter, der zwischen der ersten Platte der ersten Kanalstruktur und der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur aufgenommen ist, wobei der erste Abstandhalter mindestens eine Fluidübertragungsöffnung aufweist, die durch Fluidöffnungen in den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur, die an der mindestens einen Fluidübertragungsöffnung des ersten Abstandhalters ausgerichtet sind, eine Fließverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg bereitstellt; wobei der erste Abstandhalter eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist, die abdichtend an den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur anliegen; und ein mechanisches Dichtelement, das eine mechanische Dichtung zwischen dem ersten Abstandhalter und den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur bereitstellt.
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, ferner einen zweiten Abstandhalter umfassend, der zwischen der ersten Platte der ersten Kanalstruktur und der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur aufgenommen ist, wobei der zweite Abstandhalter eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist, die an den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur anliegen; wobei der zweite Abstandhalter entlang eines Randes des Wärmetauschers liegt, an dem der Einlass und der Auslass liegen; wobei der erste Abstandhalter an einem gegenüberliegenden Rand des Wärmetauschers liegt, der vom Einlass und vom Auslass entfernt ist; wobei der erste und der zweite Abstandhalter eine Dicke aufweisen, die der Höhe der Lücke gleich ist; und wobei das erste und das zweite elektrische Heizelement so liegen, dass die Lücke zwischen dem ersten und dem zweiten Abstandhalter besteht.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, wobei der zweite Abstandhalter mindestens eine Fluidübertragungsöffnung aufweist, die durch eine Fluidöffnung in der ersten Platte der ersten Kanalstruktur und durch eine Fluidöffnung in der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur, die außerhalb des Bereichs des zweiten Fluidströmungswegs liegt, eine Fließverbindung zwischen dem zweiten Fluidströmungsweg und dem Auslass bereitstellt; und wobei der Wärmetauscher ferner ein mechanisches Dichtelement umfasst, das eine mechanische Dichtung zwischen dem ersten Abstandhalter und den ersten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur bereitstellt.
  11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte ferner einen zweiten Fluidströmungsweg definiert; wobei der Einlass mit dem ersten Fluidströmungsweg in Fließverbindung steht und der Auslass mit dem zweiten Fluidströmungsweg in Fließverbindung steht, wobei der Einlass und der Auslass voneinander beabstandet sind und am ersten Rand des Wärmetauschers liegen; wobei der erste und der zweite Fluidströmungsweg durch eine erste Teilungsrippe voneinander beabstandet sind, wobei eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg an einer Lücke bereitgestellt ist, die an einem Abschlussende der ersten Teilungsrippe bereitgestellt ist, wobei die Lücke nahe einem zweiten Rand des Wärmetauschers liegt, um eine U-Strömungskonfiguration durch den ersten und den zweiten Fluidströmungsweg bereitzustellen; wobei das erste elektrische Heizelement an die Außenfläche der ersten Platte der ersten Kanalstruktur angrenzt.
  12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, ferner ein zweites elektrisches Heizelement umfassend, das außerhalb des ersten und des zweiten Fluidströmungswegs liegt und an die Außenfläche der zweiten Platte der ersten Kanalstruktur angrenzt, so dass Wärme, die vom zweiten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte der ersten Kanalstruktur auf das Fluid im ersten und im zweiten Fluidströmungsweg übertragen wird; wobei das zweite elektrische Heizelement eine Dicke von etwa 1 µm bis etwa 1000 µm aufweist; wobei das zweite elektrische Heizelement eine elektrisch isolierende dielektrische Basisschicht, die am nächsten an der Außenfläche der zweiten Platte liegt, und eine elektrische Widerstandsheizungsschicht auf der dielektrischen Schicht umfasst; und wobei die dielektrische Basisschicht eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Verbundschicht umfasst, die ein Polymer umfasst, das mit einem partikelförmigen Füllstoffmaterial gemischt ist.
  13. Wärmetauscher nach Anspruch 11, ferner umfassend: eine zweite Kanalstruktur, die einen zweiten Fluidströmungsweg definiert; wobei die zweite Kanalstruktur eine erste Platte, eine zweite Platte und einen zweiten Fluidströmungsweg umfasst; wobei der zweite Fluidströmungsweg von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur definiert wird; wobei die erste und die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur aus Aluminium gebildet ist; und wobei sowohl die erste als auch die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur eine Innenfläche, die nach innen zum zweiten Fluidströmungsweg gewandt ist, und eine vom zweiten Fluidströmungsweg weg nach außen gewandte, gegenüberliegende Außenfläche aufweisen; wobei die Außenfläche der zweiten Platte der ersten Kanalstruktur an die Außenfläche der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur gefügt wird; wobei sowohl die erste als auch die zweite Kanalstruktur einen Abschnitt des ersten Fluidströmungswegs und einen Abschnitt des zweiten Fluidströmungswegs definieren; wobei die Abschnitte des ersten Fluidströmungswegs, die von der ersten und der zweiten Kanalstruktur definiert werden, durch einen Einlass-Verteiler, der von ausgerichteten Einlass-Verteileröffnungen in den zweiten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur definiert wird, nahe dem Einlass miteinander verbunden sind; wobei die Abschnitte des zweiten Fluidströmungswegs, die von der ersten und der zweiten Kanalstruktur definiert werden, durch einen Auslass-Verteiler, der von ausgerichteten Auslass-Verteileröffnungen in den zweiten Platten der ersten und der zweiten Kanalstruktur definiert wird, nahe dem Auslass miteinander verbunden werden; wobei der Wärmetauscher ferner eine zweite Teilungsrippe in der zweiten Kanalstruktur umfasst, um die Abschnitte des ersten und des zweiten Fluidströmungswegs in der zweiten Kanalstruktur voneinander zu trennen, wobei eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg an einer Lücke bereitgestellt ist, die an einem Abschlussende der zweiten Teilungsrippe bereitgestellt ist, wobei die Lücke nahe einem zweiten Rand des Wärmetauschers liegt, um eine U-Strömungskonfiguration durch den ersten und den zweiten Fluidströmungsweg bereitzustellen.
  14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei der Einlass eine Öffnung in der ersten Platte der ersten oder der zweiten Kanalstruktur umfasst, die mit dem Einlass-Verteiler in Fließverbindung steht, und der Auslass eine Öffnung in der ersten Platte der ersten oder der zweiten Kanalstruktur umfasst, die mit dem Auslass-Verteiler in Fluidverbindung steht.
  15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, ferner ein zweites elektrisches Heizelement umfassend, das außerhalb des ersten und des zweiten Fluidströmungswegs liegt und an die Außenfläche der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur angrenzt, so dass Wärme, die vom zweiten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte der zweiten Kanalstruktur auf das Fluid im ersten und im zweiten Fluidströmungsweg übertragen wird; wobei das zweite elektrische Heizelement eine Dicke von etwa 1 µm bis etwa 1000 µm aufweist; wobei das zweite elektrische Heizelement eine elektrisch isolierende dielektrische Basisschicht, die am nächsten an der Außenfläche der zweiten Platte liegt, und eine elektrische Widerstandsheizungsschicht auf der dielektrischen Schicht umfasst; und wobei die dielektrische Basisschicht eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Verbundschicht umfasst, die ein Polymer umfasst, das mit einem partikelförmigen Füllstoffmaterial gemischt ist.
  16. Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner eine zweite Kanalstruktur umfassend, die eine erste Platte, eine zweite Platte und einen zweiten Fluidströmungsweg umfasst; wobei der zweite Fluidströmungsweg von einem Raum zwischen den Innenflächen der ersten und der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur definiert wird; wobei die erste und die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur aus Aluminium gebildet ist; und wobei sowohl die erste als auch die zweite Platte der zweiten Kanalstruktur eine Innenfläche, die nach innen zum zweiten Fluidströmungsweg gewandt ist, und eine vom zweiten Fluidströmungsweg weg nach außen gewandte, gegenüberliegende Außenfläche aufweisen; wobei die Außenfläche der zweiten Platte der ersten Kanalstruktur an die Außenfläche der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur gefügt wird; wobei der Einlass mit dem ersten Fluidströmungsweg in Fließverbindung steht und der Auslass mit dem zweiten Fluidströmungsweg in Fließverbindung steht und der Einlass und der Auslass nahe einem ersten Rand des Wärmetauschers liegen; wobei eine Verbindungsöffnung durch die zweiten Platten nahe einem zweiten Rand des Wärmetauschers, der vom ersten Rand entfernt ist, bereitgestellt ist, wobei die Verbindungsöffnung eine Fließverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungsweg bereitstellt.
  17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, wobei die zweite Platte der ersten Kanalstruktur als Einheit mit der zweiten Platte der zweiten Kanalstruktur ausgebildet ist.
  18. Wärmetauscher nach Anspruch 16 oder 17, ferner ein zweites elektrisches Heizelement umfassend, das außerhalb des ersten und des zweiten Fluidströmungswegs liegt und an die Außenfläche der ersten Platte der zweiten Kanalstruktur angrenzt, so dass Wärme, die vom zweiten elektrischen Heizelement produziert wird, während der Verwendung des Wärmetauschers durch die erste Platte der zweiten Kanalstruktur auf das Fluid im zweiten Fluidströmungsweg übertragen wird; wobei das zweite elektrische Heizelement eine Dicke von etwa 1 µm bis etwa 1000 µm aufweist; wobei das zweite elektrische Heizelement eine elektrisch isolierende dielektrische Basisschicht, die am nächsten an der Außenfläche der zweiten Platte liegt, und eine elektrische Widerstandsheizungsschicht auf der dielektrischen Schicht umfasst; und wobei die dielektrische Basisschicht eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Verbundschicht umfasst, die ein Polymer umfasst, das mit einem partikelförmigen Füllstoffmaterial gemischt ist.
  19. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die erste und die zweite Kanalstruktur jeweils umfassen: eine geformte erste Platte mit einer allgemein flachen, planen Basis, die auf allen Seiten von einer erhabenen peripheren Seitenwand mit einem planen Flansch umgeben ist, der eine Dichtfläche definiert, entlang derer der erhabene periphere Flansch abdichtend an eine Dichtfläche der gegenüberliegenden zweiten Platte gefügt wird; und eine im Wesentlichen vollständig flache zweite Platte.
  20. Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Schutzabdeckung mit einer Oberseite, die von dem elektrischen Heizelement beabstandet ist, und einen unteren Flansch, durch den die Abdeckung um den Außenumfang des mindestens einen elektrischen Heizelements herum abdichtend an die Außenfläche der ersten Platte gefügt wird.
  21. Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner eine elastische Flanschdichtung zwischen dem unteren Flansch und der Außenfläche der ersten Platte umfassend; wobei die Abdeckung ferner mehrere umlegbare Laschen umfasst, wobei jede von den Laschen einen Rand aufweist, der an den unteren Flansch gefügt wird, wobei die Laschen um untere Ränder der ersten und der zweiten Platte herum nach unten und innen umgelegt werden.
  22. Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner einen Hochspannungsanschluss umfassend, der über einem Loch in der Abdeckung montiert ist und der mit Hochspannungsleitungen des elektrischen Heizelements verbunden ist.
  23. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei der Wärmetauscher eine Fluidheizung für eine indirekte Erwärmung einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten, die vom Wärmetauscher entfernt sind, umfasst.
  24. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei mindestens eines von dem ersten elektrischen Heizelement und dem zweiten elektrischen Heizelement eine flache Außenfläche aufweist, die für einen Wärmekontakt mit einer oder mehreren Fahrzeugkomponenten ausgelegt ist, zum direkten Erwärmen der einen oder der mehreren Fahrzeugkomponenten.
  25. Wärmetauscher nach Anspruch 24, wobei die flache Außenfläche von dem mindestens einen von dem ersten elektrischen Heizelement und dem zweiten elektrischen Heizelement dafür ausgelegt ist, die eine oder die mehreren Fahrzeugkomponenten zu stützen; und wobei die eine oder die mehreren Fahrzeugkomponenten eine oder mehrere Batteriezellen oder Batteriemodule einer wiederaufladbaren Lithiumionenbatterie für ein Fahrzeug umfassen.
  26. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei jedes von dem ersten und dem zweiten elektrischen Heizelement ferner eine elektrisch isolierende dielektrische oberste Schicht umfasst, welche die flache Außenfläche des elektrischen Heizelements definiert.
DE112019001128.6T 2018-03-07 2019-03-07 Wärmetauscher mit integrierten elektrischen heizelementen und mit mehreren fluidströmungswegen Pending DE112019001128T5 (de)

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US201862752035P 2018-10-29 2018-10-29
US62/752,035 2018-10-29
PCT/CA2019/050282 WO2019169501A1 (en) 2018-03-07 2019-03-07 Heat exchangers with integrated electrical heating elements and with multiple fluid flow passages

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