DE19835229A1 - Heizzwecken dienender Wärmetauscher mit elektrischer Wärmeabgabeeinrichtung - Google Patents
Heizzwecken dienender Wärmetauscher mit elektrischer WärmeabgabeeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Beheizen des Fahrgastraums
eines Fahrzeugs im Wege der Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen
Luft und heißem Wasser (Motorkühlmittel), an der eine elektrische Wärmeabga
beeinrichtung angebracht ist.
Ein Heizzwecken dienender Wärmetauscher, an dem eine elektrische Wärmeab
gabeeinrichtung angebracht ist, ist in JP-A-63-20 341 und JP-U-6-75 819 offen
bart. Bei diesem Heizzwecken dienenden Wärmetauscher ist die elektrische
Wärmeabgabeeinrichtung einstückig mit dem Wärmetauscher zum Wärmen von
Luft im Wege der Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen der Luft und
heißem Wasser (Motorkühlmittel) ausgebildet. Bei diesem Heizzwecken dienen
den Wärmetauscher wird, wenn die Heißwassertemperatur niedrig ist wie unmit
telbar nach dem Starten des Fahrzeugmotors, ein elektrischer Strom der elektri
schen Wärmeabgabeeinrichtung zugeführt. Dann wird die mittels der elektrischen
Wärmeabgabeeinrichtung erzeugte Wärme an die Luft über gewellte Rippen des
Wärmetauschers abgestrahlt, und wird die Luft erhitzt.
Weil bei dem in JP-A-5-69 732 offenbarten Heizzwecken dienenden Wärmetau
scher die elektrische Wärmeabgabeeinrichtung, die ein Wärmeabgabeelement
und Elektrodenplatten aufweist, mit einem Kernbereich des Wärmetauschers ver
lötet ist, wird die elektrische Wärmeabgabeeinrichtung jedoch einem hohen Tem
peraturzustand (etwa 600°C in dem Fall der Durchführung eines Aluminiumlöt
verfahrens) ausgesetzt. Demzufolge wird die elektrische Charakteristik der Wär
meabgabeeinrichtung beeinträchtigt.
Des weiteren ist die elektrische Wärmeabgabeeinrichtung gemäß JP-U-6-75 819
in einem konkaven Bereich, der an einer luftstromabwärtigen Fläche der Platten
rippe ausgebildet ist, bei einem Heizzwecken dienenden Wärmetauscher mit einer
Plattenrippe eingebaut. Bei diesem Wärmetauscher mit einer Plattenrippe ist ein
zylindrisches Rohr mechanisch aufgeweitet, um mit der Plattenrippe in Verbin
dung zu stehen. Daher ist der Wärmewiderstand an dem Verbindungsbereich
groß, wodurch die Wirksamkeit der Wärmeleitung des Wärmetauschers herabge
setzt ist.
Des weiteren ist der konkave Bereich zusätzlich an der Plattenrippe zum Anbau
der elektrischen Wärmeabgabeeinrichtung ausgebildet, wodurch die Herstellungs
kosten des Wärmetauschers erhöht sind.
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Heizzwecken dienenden
Wärmetauscher mit einer elektrischen Wärmeabgabeeinheit zu schaffen, bei dem
eine Beeinträchtigung der elektrischen Charakteristik der elektrischen Wärmeab
gabeeinrichtung verhindert werden kann.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Heizzwecken dienenden
Wärmetauscher mit einer elektrischen Wärmeabgabeeinrichtung zu schaffen, bei
dem die elektrische Wärmeabgabeeinrichtung leicht in dem Kernbereich eines
Wärmetauschers mit gewellter Rippe eingebaut werden bzw. sein kann, der eine
hohe Wärmeaustauschleistung aufweist.
Erfindungsgemäß ist eine elektrische Wärmeabgabeeinrichtung durch Abstützen
eines Wärmeabgabekörpers, der ein Wärmeabgabeelement aufweist, innerhalb
eines Rahmens durch ein Rippenelement hindurch gebildet. Des weiteren ist die
elektrische Wärmeabgabeeinheit in einen Raum mit einer vorbestimmten Erstrec
kung eingebaut, der in dem Wärmeaustausch-Kernbereich gebildet ist, nach dem
der Wärmeaustausch-Kernbereich unter Bildung des Raums zusammengebaut
ist.
Dadurch kann die elektrische Wärmeabgabeeinheit in den Raum in dem Wärme
austausch-Kernbereich eingebaut werden, nachdem der Wärmeaustausch-Kern
bereich zusammengebaut ist, das heißt, nachdem der Vorgang des Zusammen
lötens des Wärmeaustausch-Kernbereichs abgeschlossen ist. Somit ist die elek
trische Charakteristik der elektrischen Wärmeabgabeeinheit nicht beeinträchtigt,
wenn der Wärmeaustausch-Kernbereich gelötet wird.
Die elektrische Wärmeabgabeeinheit ist zuvor als eine Einheit gebaut worden, in
der der Wärmeabgabekörper und das Rippenelement einstückig innerhalb des
Rahmens abgestützt sind. Der Wärmeaustausch-Kernbereich ist ein Kernbereich
mit gewellter Rippe. Somit kann die elektrische Wärmeabgabeeinheit leicht in den
Wärmeaustausch-Kernbereich eingebaut werden, ohne nur ein besonderes, ova
les, flaches Rohr und eine gewellte Rippe vorzusehen, die der Dicke der elektri
schen Wärmeabgabeeinheit entsprechen.
Entsprechend ist ein zusätzlicher konkaver Bereich wie bei dem herkömmlichen
Wärmetauscher mit einer Plattenrippe nicht notwendig, weshalb die elektrische
Wärmeabgabeeinheit in den Wärmeaustausch-Kernbereich leicht eingebaut wer
den kann, während eine hohe Wärmeaustauschleistung des Wärmetauschers mit
der gewellten Rippe erreicht wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich klarer aus der nachfol
genden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen bei gemeinsamer
Betrachtung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Heizkerns mit
einer elektrischen Wärmeabgabeeinheit einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung der elektrischen
Wärmeabgabeeinheit der ersten Ausführungsform;
Fig. 3 eine auseinandergezogene Ansicht der elektrischen Wärmeabgabe
einheit der ersten Ausführungsform;
Fig. 4A eine perspektivische Ansicht im Schnitt mit der Darstellung eines
Wärmeabgabekörpers der elektrischen Wärmeabgabeeinheit;
Fig. 4B eine seitliche Ansicht im Schnitt des Wärmeabgabekörpers;
Fig. 4D eine Draufsicht mit der Darstellung des Wärmeabgabekörpers;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Rahmens einer
elektrischen Wärmeabgabeeinheit einer zweiten Ausführungsform; und
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung einer elektrischen
Wärmeabgabeeinheit einer dritten Ausführungsform.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausfüh
rungsformen der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Heizkern, mit dem eine elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 ver
bunden ist. Der Heizkern umfaßt einen Heißwasser-Einlaßbehälter 1, einen Heiß
wasser-Auslaßbehälter 2 und einen Wärmeaustausch-Kernbereich 3, der zwi
schen dem Heißwasser-Einlaßbehälter und dem Heißwasser-Auslaßbehälter 1
bzw. 2 angeordnet ist.
Eine Einlaßleitung 4 ist eine dem Heißwasser-Einlaßbehälter 1 zum Einführen von
heißem Wasser (Motorkühlmittel) von einem Motor eines Fahrzeugs aus in den
Heizkern vorgesehen. Eine Auslaßleitung 5 ist an dem Heißwasser-Auslaßbehäl
ter 2 zum Abführen des heißen Wassers aus dem Heizkern und zur Zurückfüh
rung des heißen Wassers zum Motor vorgesehen. Hier ist der Heizkern gemäß
Darstellung in Fig. 1 in der Richtung nach oben und nach unten symmetrisch.
Der Heißwasser-Einlaßbehälter 1 ist mittels eines Behälterbereichs 1a und eines
Metallblechs 1b ausgebildet, das die Öffnungsfläche des Behälterbereichs 1a ab
deckt. In gleicher Weise ist der Heißwasser-Auslaßbehälter 2 mittels eines Be
hälterbereichs 2a und eines Metallbleches 2b gebildet. Der Heißwasser-Einlaßbe
hälter und der Heißwasser-Auslaßbehälter 1 bzw. 2 erstrecken sich in bekannter
Weise in Längsrichtung in der Richtung von rechts nach links bzw. von links nach
rechts in Fig. 1. In den Metallblechen 1b, 2b ist eine Vielzahl von Rohreinsetzlö
chern (nicht dargestellt) parallel in der Richtung von rechts nach links bzw. von
links nach rechts in Fig. 1, 2 ausgebildet.
In dem Wärmeaustausch-Kernbereich 3 ist eine Vielzahl von ovalen flachen
Röhrchen 6 parallel in der Richtung von rechts nach links bzw. von links nach
rechts in Fig. 1 angeordnet. Jedes ovale flache Röhrchen 6 ist zu einer im Quer
schnitt ovalen flachen Gestalt ausgebildet, und seine Längsachse verläuft parallel
zu der Strömungsrichtung A der zu erwärmenden bzw. aufzuheizenden Luft. Ge
wellte Rippen 7 sind zwischen einem Paar von benachbarten ovalen flachen
Röhrchen 6 der Vielzahl von ovalen flachen Röhrchen 6 vorgesehen. Jede ge
wellte Rippe 7 ist zu einer Wellengestalt ausgebildet und besitzt eine Vielzahl von
Lamellen (nicht dargestellt), die unter einem vorbestimmten Winkel in Hinblick auf
die Luftströmungsrichtung zur Verbesserung der Wärmeübertragungseffizienz
ausgebildet sind.
Die beiden Enden des ovalen flachen Röhrchens 6 sind in die Röhrcheneinsetzlö
cher der Metallbleche 1b, 2b eingesetzt und mit diesen verbunden. Seitenplatten
8a, 8b sind außenseitig (an den beiden Enden in der Richtung von rechts nach
links bzw. von links nach rechts in Fig. 1) der äußersten gewellten Rippe 7 des
Wärmeaustausch-Kernbereichs 3 angeordnet. Die Seitenplatten 8a, 8b sind mit
der äußersten gewellten Rippe 7 und den Metallblechen 1b, 2b verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die obenbeschriebenen Bauteile 1 bis
8b des Heizkerns aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und mittels eines Löt
vorgangs unter Verwendung einer Lötmaterialbeschichtung auf der Aluminiumle
gierung einstückig verbunden.
Elektrische Wärmeabgabeeinheiten 9 sind an vorbestimmten Positionen des
Wärmeaustausch-Kernbereichs 3 eingebaut. Beispielsweise sind gemäß Darstel
lung in Fig. 1 vier elektrische Wärmeabgabeeinheiten 9 in den Wärmeaus
tausch-Kernbereich 3 in vorbestimmten Abständen eingebaut. Zum Einbauen jeder elek
trischen Wärmeabgabeeinheit 9 werden das ovale flache Röhrchen 6 und die ge
wellte Rippe 7, die mit den beiden Seiten des ovalen flachen Röhrchens 6 ver
bunden ist, die an der vorbestimmten Position des Wärmeaustausch-Kernbe
reichs 3 angeordnet sind, nicht angeordnet, bevor der Heizkern verlötet ist. Nach
Abschluß des Lötvorgangs wird die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 in die vor
bestimmten Position eingebaut, an der das Röhrchen 6 und die gewellten Rippen
7 nicht angeordnet sind.
Daher wird die Dicke t0 (Fig. 2) der elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 entspre
chend der Summe der Dicke des ovalen flachen Röhrchens 6 und der gewellten
Rippen 7 eingestellt, die mit den beiden Seiten des ovalen flachen Röhrchens 6
verbunden sind. Des weiteren wird ihre Länge L auf die gleiche Länge zwischen
den Metallblechen 1b, 2b eingestellt.
Gemäß Darstellung in Fig. 2-4D ist die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 mittels
eines Wärmeabgabekörpers 90, mittels gewellter Rippen 93, 94 und mittels der
Rahmen 93, 94 gebildet. In dem Wärmeabgabekörper 90 ist gemäß Darstellung in
Fig. 4A-4D ein rechteckiges, plattenartiges, Wärmeabgabeelement 90a sandwich
artig zwischen rechteckig gestalteten Elektrodenplatten 90b, 90c angeordnet.
Die Elektrodenplatte 90b, 90c sind rundherum gänzlich mittels eines Isolators 90d
abgedeckt. Hier ist das Wärmeabgabeelement 90a ist ein PTC-Element, das aus
einem widerstandsfesten Material (beispielsweise Bariumtitanat) hergestellt, des
sen Widerstandswert bei einer vorbestimmten Temperatur T0 von beispielsweise
etwa 90°C) abrupt zunimmt und dessen Dicke etwa 1,0-2,0 mm mißt. Der
PTC-Element 90a erzeugt Wärme, wenn den Elektrodenplatten 90b, 90c ein elektri
scher Strom zugeführt wird.
Die Elektrodenplatten 90b, 90c sind aus einem leitfähigen Metall, beispielsweise
Aluminium, Kupfer oder rostfreiem Stahl, hergestellt, und ihre Dicke mißt etwa
0,1-0,5 mm. Die Längslängen (Länge in der Richtung von rechts nach links bzw. von
links nach rechts in Fig. 1) der beiden Elektrodenplatten 90b, 90c sind die glei
chen wie die Länge L der elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9. Die Wärmeabga
beelemente 90a sind an mehreren Positionen (beispielsweise an vier Positionen
gemäß Darstellung in Fig. 4) in der Längsrichtung der Elektrodenplatten 90b, 90c
angeordnet. Das Wärmeabgabeelement 90a und die Elektrodenplatten 90b, 90c
sind im Wege eines Preßverbindens miteinander verbunden, um eine elektrische
Leitfähigkeit zu besitzen.
Der elektrische Wärmeabgabekörper 90 ist innerhalb der Rahmen 93, 94 derart
eingebaut, daß der Isolator 90d den Randbereich der wellenförmig gestalteten
gewellten Rippen 91, 92 im Preßsitz berührt. Der Isolator 90d isoliert die gewellten
Rippen 91, 92 gegenüber den Elektrodenplatten 90b, 90c. Die Dicke t1 des Iso
lators 90d, der zwischen den gewellten Rippen 91, 92 und den Elektrodenplatten
90b, 90c angeordnet ist, ist dünn eingestellt, beispielsweise auf 25 µ-100 µ, um
die Wärme von dem Wärmeabgabeelement 90a an die gewellten Rippen 91, 92
zu führen.
Die Dicke t2 des Isolators, der an der Seite des Wärmeabgabeelementes 90a an
geordnet ist, ist dick eingestellt, beispielsweise auf 1,0-2,0 mm, um das Wärme
abgabeelement 90a zu schützen. Der Isolator 90d ist beispielsweise aus einem
hitzebeständigen Kunststoff, beispielsweise aus Polyimid, hergestellt.
Die Elektrodenplatte 90b fungiert als eine positive Elektrodenplatte und besitzt
einen Anschlußbereich 90e, der mit einem äußeren elektrischen Kreis verbunden
ist. In gleicher Weise fungiert die Elektrodenplatte 90c als negative Elektroden
platte, und besitzt sie einen Anschlußbereich 90f. Bei der vorliegenden Ausfüh
rungsform stehen die Anschlußbereiche 90e, 90f in Richtung auf die Rückseite
(die stromabwärtige Seite des Luftstroms A) des Wärmeaustausch-Kernbereichs
3 vor. Hier ist bei der Fahrzeug-Klimaanlage ein Kühlzwecken dienender Wärme
tauscher (Verdampfer) im allgemeinen an der luftstromaufwärtigen Seite des
Heizzwecken dienenden Wärmetauschers (Heizkern) angeordnet, wodurch die
Abführung von in dem Kühlzwecken dienenden Wärmetauscher kondensiertem
Wasser sich in Richtung zu dem Heizzwecken dienenden Wärmetauscher zu
sammen mit dem Luftstrom ausbreitet und an der luftstromaufwärtigen Seite des
Heizzwecken dienenden Wärmetauschers an haften kann. Daher wird es bevor
zugt, daß die Anschlußbereiche 90e, 90f in Richtung zu der stromabwärtigen
Seite des Wärmeaustauschs-Kernbereichs 3 vorstehen, um das Anhaften des
Abführungswassers an den Anschlußbereichen 90e, 90f zu verhindern.
Gemäß Darstellung in Fig. 4 ist der Anschlußbereich 90e an dem rechten Ende
der positiven Elektrodenplatte 90b ausgebildet, und ist der Anschlußbereich 90c
an dem linken Ende der negativen Elektrodenplatte 90c ausgebildet. Die An
schlußbereiche 90e, 90f sind mit einem äußeren Regelkreis (nicht dargestellt)
verbunden. Der elektrische Strom von einer Fahrzeugbatterie wird jeder elektri
schen Wärmeabgabeeinheit 9 über den äußeren Regelkreis zugeführt.
Die gewellten Rippen 91, 92 sind wellenförmig gestaltet wie die gewellte Rippe 7
und aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus
Aluminium, hergestellt. Die Rahmen 93, 94 sind zu einer U-förmigen Gestalt aus
gebildet und aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, beispiels
weise aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, hergestellt. Jeder Rahmen 93, 94 be
sitzt Befestigungszungen 93a, 94a an beiden Seiten (an der stromaufwärtigen und
der stromabwärtigen Seite des Luftstroms A) desselben. Diese Befestigungszun
gen 93a, 94a sind im Wege eines Biegevorgangs ausgebildet.
Die Rahmen 93, 94 sind einstückig miteinander verbunden, indem der Spitzenbe
reich der Befestigungszunge 93a den Spitzenbereich der Befestigungszunge 94a
überlappt und dann dieser Überlappungsbereich verschweißt oder verlötet ist. Der
Wärmeabgabekörper 90 und die gewellten Rippen 91, 92 sind innerhalb der mit
einander verbundenen Rahmen 93, 94 abgestützt, indem die Rahmen 93, 94 ge
genüber dem Wärmeabgabekörper 90 und den gewellten Rippen 91, 92 gedrückt
sind.
Ein Befestigungselement (Band) 10 ist aus korrosionsbeständigem Metall, bei
spielsweise aus rostfreiem Stahl, hergestellt und sowohl an der luftstromaufwärti
gen Seitenfläche als auch an der luftstromabwärtigen Seitenfläche des Wärme
austausch-Kernbereichs 3 angeordnet. Das Befestigungselement 10 besitzt ab
gebogen gestaltete Einhängebereiche an beiden Enden. Das Befestigungsele
ment 10 ist zwischen den Seitenplatten 8a, 8b befestigt, indem die Einhängebe
reiche an Nuten 8c, 8d eingehängt sind, die an den zentralen Stellen der Seiten
platten 8a, 8b ausgebildet sind.
Das Befestigungselement 10 befestigt den Wärmeaustausch-Kernbereich 3, so
daß die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 zwischen zwei ovalen flachen
Röhrchen 6, die der elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 benachbart sind, im
Preßsitz abgestützt ist. In Fig. 1 ist das Befestigungselement an der ausschließlich
zentralen Stelle in der Richtung nach oben und nach unten des Wärmeaustausch-
Kernbereichs 3 festgelegt. Alternativ können mehrere Befestigungselemente 10
an mehreren Stellen in der Richtung nach oben und nach unten des Wärmeaus
tausch-Kernbereichs 3 festgelegt sein.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für den Heizkern erläutert.
Als erstes wird ein Kern-Zusammenbauschritt, bei dem jedes Bauteil des in Fig. 1
dargestellten Heizkerns angebaut wird, durchgeführt. In dem Kern-Zusammen
bauschritt werden die Röhrchen 6 und die gewellten Rippen 7 zur Ausbildung des
Wärmeaustausch-Kernbereichs 3 abwechselnd laminiert. Hierbei werden an einer
besonderen Stelle, an der die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 eingebaut wird,
zwei ovale flache Röhrchen 6, die einander benachbart sind, derart angeordnet,
daß sie einen vorbestimmten Abstand einhalten. Eine Dummy-Platte (nicht darge
stellt) wird zwischen die einander paarweise benachbarten ovalen flachen
Röhrchen 6 zur Aufrechterhaltung des vorbestimmten Abstandes eingesetzt.
Diese Dummy-Platte ist aus einem wärmebeständigem Material, beispielsweise
aus Kohlenstoff, mit einer Haltbarkeit in einem Lötofen und der Eigenschaft, nicht
mit Aluminium verlötet werden zu können, hergestellt.
Als nächstes wird der zusammengebaute Heizkern mittels einer Spannvorrichtung
(nicht dargestellt) zur Aufrechterhaltung seiner zusammengebauten Struktur ab
gestützt und in den Lötofen zum einstückigen Verlöten eingebracht. Der zusam
mengebaute Heizkern wird auf den Schmelzpunkt (etwa 600°C) des Lötmaterials
zum gegenseitigen Verlöten jedes Bauteils erhitzt.
Nachdem der Lötschritt abgeschlossen ist, wird der zusammengebaute Wärme
tauscher aus dem Lötofen entnommen. Der zusammengebaute Wärmetauscher
wird auf Normaltemperatur abgekühlt, und dann wird die elektrische Wärmeabga
beeinheit 9 eingebaut.
Die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 wird unabhängig von dem zusammenge
bauten Heizkern eingebaut. Das heißt, das plattenförmig gestaltete Wärmeabga
beelement 90a wird zwischen den Elektrodenplatten 90b, 90c sandwichartig an
geordnet, und die Elektrodenplatten 90b, 90c werden zur Ausbildung des Wärme
abgabekörpers 90 mittels des Isolators 90d insgesamt rundherum abgedeckt. Die
gewellten Rippen 91, 92 werden an beiden Seiten des Wärmeabgabekörpers 90
angeordnet, und hiernach decken die Rahmen 93, 94 die gewellten Rippen 91, 92
gegenüber dem Äußeren ab. Schließlich werden die Rahmen 93, 94 zur Bildung
der in Fig. 2 dargestellten elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 miteinander ver
bunden.
Als nächstes wird die Dummy-Platte aus dem Raum zwischen den paarweise be
nachbarten Röhrchen 6 entfernt, und wird die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9
in den Raum eingebaut, aus dem die Dummy-Platte entfernt worden ist, und zwar
derart, daß die Außenfläche der Rahmen 93, 94 die Außenfläche des benach
barten Röhrchens 6 berührt. Hiernach wird das Befestigungselement 10 an den
Seitenplatten 8a, 8b durch Einhängen des Einhängebereichs an den Nuten 8c, 8d
zum Befestigen des Wärmeaustausch-Kernbereichs 3 festgelegt.
Auf diese Weise wirkt eine Befestigungskraft an dem Wärmeaustausch-Kernbe
reich 3, um die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 im Preßsitz an dem Paar be
nachbarter Röhrchen 6 zur Berührung zu bringen, um die elektrische Wärmeab
gabeeinheit 9 zwischen den paarweise benachbarten Röhrchen 6 festzulegen.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der obenbeschriebenen Struktur beschrieben.
Wenn ein Heizvorgang durchgeführt wird, erzeugt ein Gebläselüfter (nicht darge
stellt) einen Luftstrom, indem Luft zum Strömen innerhalb eines Klimatisierungs
einheits-Gehäuses veranlaßt wird. Die Luft tritt durch den Raum zwischen dem
ovalen flachen Röhrchen 6 und der gewellten Rippe 7 und durch den Raum inner
halb der Rahmen 93, 94 der elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9, wie mittels des
Pfeils A angegeben ist, hindurch. Wenn die Wasserpumpe des Fahrzeugmotors
arbeitet, strömt heißes Wasser von dem Motor aus in den Einlaßbehälter 1 des
Heizkerns durch die Einlaßleitung 4 hindurch ein.
Das heiße Wasser in dem Einlaßbehälter 1 wird in die mehreren ovalen flachen
Röhrchen 6 verteilt und strömt innerhalb der Röhrchen 6, wobei es seine Wärme
an die Luft abgibt. Das heiße Wasser wird, nachdem es durch die mehreren
Röhrchen 6 hindurchgeströmt ist, in dem Auslaßbehälter 2 gesammelt und strömt
danach aus dem Heizkern durch die Auslaßleitung 5 hindurch aus, um zum Motor
zurückzuströmen.
Wenn während des Heizvorgangs die Heißwassertemperatur niedriger als eine
vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 80°C) ist, führt der äußere Regelkreis
eine Regelung derart durch, daß die elektrische Spannung von der Fahrzeugbat
terie den beiden Anschlußbereichen 90e, 90f der Elektrodenplatten 90b, 90c
zugeführt wird. Hierdurch wird der elektrische Strom dem Wärmeabgabeelement
90a zugeführt, und erzeugt das Wärmeabgabeelement 90a Wärme. Die mittels
des Wärmeabgabeelementes 90a erzeugte Wärme wird der zu klimatisierenden
Luft durch die Elektrodenplatten 90b, 90c, den Isolator 90d und die gewellten Rip
pen 91, 92 hindurch zugeführt. Entsprechend wird sogar dann, wenn die Heiß
wassertemperatur niedrig ist, die Luft schnell erhitzt.
Der Widerstandswert der PTC-Heizvorrichtung steigt bei der vorher bestimmten
Temperatur T0 abrupt an. Somit kann sich die PTC-Heizeinrichtung bis zu der
Selbstregelungs-Einstelltemperatur T0 selbst regeln.
In jeder elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 berühren die gewellten Rippen 91,
92 die benachbarten, ovalen flachen Röhrchen 6 über die Rahmen 93, 94, wobei
sie in der Lage sind, Wärme zu übertragen. Somit wird sogar dann, wenn kein
elektrischer Strom dem Wärmeabgabekörper 90b zugeführt wird, die Wärme des
heißen Wassers von dem ovalen flachen Röhrchen 6 an die gewellten Rippen 91,
92 geführt. Daher nimmt sogar dann, wenn das Wärmeabgabeelement keine
Wärme erzeugt, die Temperatur der Blasluft rund um das Wärmeabgabeelement
90a kaum ab.
Des weiteren sind in jeder elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 die Elektroden
platten 90b, 90c gegenüber den gewellten Rippen 91, 92 und den Rahmen 93, 94,
die aus Metall hergestellt sind, mittels des Isolators 90d elektrisch isoliert. Daher
fließt der der elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 zugeführte elektrische Strom
nicht durch den Heizkern. Entsprechend ist eine elektrische Korrosion jedes Teils
des Heizkerns verhindert.
Bei der zweiten Ausführungsform besitzt gemäß Darstellung in Fig. 5 jeder Rah
men 93, 94 eine Rippe 93b, 94b, die sich in Längsrichtung des Rahmens 93, 94
erstreckt. Die Rippe 93b, 94b ist konvex gestaltet und in Richtung zum Inneren
des Rahmens 93, 94 preßverformt. Hierdurch berühren die gewellten Rippen 91,
92 den Wärmeabgabekörper 90 stärker, und ist die Wärmeleit-Effizienz von dem
Wärmeabgabekörper 90 aus zu den gewellten Rippen 91, 92 hin verbessert.
Bei der dritten Ausführungsform sind gemäß Darstellung in Fig. 6 dünne Metall
platten 11, 12 zwischen dem Wärmeabgabekörpern 90 und den Randbereichen
der gewellten Rippen 91, 92 vorgesehen, um die Wärmeleit-Effizienz von dem
Wärmeabgabekörper 90 aus an die gewellten Rippen 91, 92 zu verbessern. Die
dünne Metallplatte ist beispielsweise aus Aluminium hergestellt, und ihre Dicke
mißt etwa 1,0-0,5 mm.
Weil bei dieser dritten Ausführungsform die Wärme des Wärmeabgabeelementes
90a an die dünnen Metallplatten 11, 12 über den Isolator 90d geführt wird, sind
die Temperaturen der dünnen Metallplatten gänzlich erhöht. Somit ist die Wär
meleitleistung von den dünnen Metallplatten 11, 12 an die gewellten Rippen 91,
92 verbessert.
Wenn bei den obenbeschriebenen Ausführungsformen die beiden Rahmen 93, 94
miteinander verbunden sind, können die Spitzenbereiche der Befestigungszungen
93a, 94a im Wege eines mechanischen Verbindungsvorgangs, beispielsweise im
Wege des Krimpens, verbunden sein. Oder die Randbereiche der Rahmen 93, 94
(die Randbereiche der U-förmigen Kästen) können direkt durch Verschweißen,
Verlöten oder Krimpen verbunden sein.
Die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 kann zwischen dem ovalen flachen
Röhrchen 6 und der gewellten Rippe 7 eingebaut sein oder kann zwischen den
benachbarten gewellten Rippen 7 eingebaut sein.
Des weiteren findet bei den obenbeschriebenen Ausführungsformen der Heizkern
Anwendung bei einer Fahrzeug-Klimaanlage. Jedoch ist der erfindungsgemäße
Heizkern nicht auf die Anwendung bei einer Fahrzeug-Klimaanlage beschränkt,
und kann er auch für andere technische Gebiete Anwendung finden.
Des weiteren ist die Einbaugestaltung der elektrischen Wärmeabgabeeinheit nicht
auf die Gestaltung gemäß Fig. 1 beschränkt, und kann sie entsprechend einer
Spezifikationsveränderung des Heizkerns verändert sein.
Des weiteren kann ein klebender Kunststoff für den Isolator 90d verwendet wer
den, um den Wärmeabgabekörper an den gewellten Rippen 91, 92 oder den dün
nen Metallplatten 11, 12 anzukleben.
Claims (11)
1. Heizzwecken dienender Wärmetauscher, umfassend:
eine Wärmeaustausch-Kernbereich (3) mit einer Vielzahl von Röhrchen (6), die parallel angeordnet sind, und mit einer Vielzahl von Rippenelementen (7), die zwi schen paarweise benachbarten Röhrchen (6) von den Röhrchen (6) angeordnet sind; und
eine elektrische Wärmeabgabeeinheit (9), die in den Wärmeaustausch-Kernbe reich (3) eingebaut ist, wobei die elektrische Wärmeabgabeeinheit (9) dadurch gebildet ist, daß ein Wärmeabgabekörper (90), der ein Wärmeabgabeelement (90a) aufweist, innerhalb eines Rahmens (93, 94) durch ein Rippenelement (91, 92) abgestützt ist.
eine Wärmeaustausch-Kernbereich (3) mit einer Vielzahl von Röhrchen (6), die parallel angeordnet sind, und mit einer Vielzahl von Rippenelementen (7), die zwi schen paarweise benachbarten Röhrchen (6) von den Röhrchen (6) angeordnet sind; und
eine elektrische Wärmeabgabeeinheit (9), die in den Wärmeaustausch-Kernbe reich (3) eingebaut ist, wobei die elektrische Wärmeabgabeeinheit (9) dadurch gebildet ist, daß ein Wärmeabgabekörper (90), der ein Wärmeabgabeelement (90a) aufweist, innerhalb eines Rahmens (93, 94) durch ein Rippenelement (91, 92) abgestützt ist.
2. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die elektri
sche Wärmeabgabeeinheit (9) in einen Raum eingebaut ist, der in dem Wärme
austausch-Kernbereich (3) ausgebildet ist, dies mit einem vorbestimmten Ab
stand, nachdem der Wärmeaustausch-Kernbereich (3) unter Bildung des Raums
zusammengebaut ist.
3. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Rahmen
(93, 94) aus einem Material mit einer erhöhten Wärmeleitleistung hergestellt ist.
4. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die elektri
sche Wärmeabgabeeinheit (9) in den durch ein Paar benachbarter Röhrchen (6)
gebildeten Raum eingebaut ist.
5. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Wärme
abgabekörper (9) gegenüber dem Rippenelement (91, 92) in der elektrischen
Wärmeabgabeeinheit (9) elektrisch isoliert ist.
6. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei
der Wärmeabgabekörper (90) des weiteren eine positive Elektrodenplatte (90b)
und eine negative Elektrodenplatte (90c) aufweist und das Wärmeabgabeelement
(90a) zwischen der positiven und der negativen Elektrodenplatte (90b, 90c) ange
ordnet ist;
die Elektrodenplatten (90b, 90c) mittels eines Isolators (90c), der aus einem elek trisch isolierenden Material hergestellt ist, insgesamt rundherum abgedeckt sind;
das Rippenelement (91, 92) der elektrischen Wärmeabgabeeinheit (9) eine ge wellte Rippe (91, 92) ist und
die Außenfläche des Isolators (90c) den Randbereich der gewellten Rippe (91, 92) im Preßsitz berührt.
die Elektrodenplatten (90b, 90c) mittels eines Isolators (90c), der aus einem elek trisch isolierenden Material hergestellt ist, insgesamt rundherum abgedeckt sind;
das Rippenelement (91, 92) der elektrischen Wärmeabgabeeinheit (9) eine ge wellte Rippe (91, 92) ist und
die Außenfläche des Isolators (90c) den Randbereich der gewellten Rippe (91, 92) im Preßsitz berührt.
7. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die positive
Elektrodenplatte (90b) und die negative Elektrodenplatte (90c) Anschlußbereiche
(90e, 90f) zum Anschließen an einem äußeren elektrischen Kreis aufweisen.
8. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei die An
schlußbereiche (90e, 90f) einstückig mit der positiven Elektrodenplatte (90b) und
der negativen Elektrodenplatte (90c) ausgebildet sind.
9. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei die An
schlußbereiche (90e, 90f) von der positiven Elektrodenplatte (90b) und der negati
ven Elektrodenplatte (90c) in Richtung zu der luftstromabwärtigen Seite des Wär
meaustausch-Kernbereichs (3) hin vorstehen.
10. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 6, weiter umfassend
eine dünne Metallplatte (11, 12), die zwischen der Außenfläche des Isolators (90c)
und dem Randbereich der gewellten Rippe (91, 92) der elektrischen Wärmeabga
beeinheit (9) angeordnet ist.
11. Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, weiter umfassend
ein Befestigungselement (10) zum Befestigen des Wärmeaustausch-Kernbereichs
(3) gegenüber der elektrischen wärmeabgebenden Einheit (9).
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