DE19835229B4

DE19835229B4 - Heizzwecken dienender Wärmetauscher mit elektrischer Wärmeabgabeeinrichtung

Info

Publication number: DE19835229B4
Application number: DE19835229A
Authority: DE
Inventors: Mikio Kariya Fukuoka; Mitsugu Kariya Nakamura; Michiyasu Kariya Yamamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2018-08-05
Also published as: JPH1148758A; US5995711A; JP3794116B2; DE19835229A1

Abstract

Heizzwecken dienender Wärmetauscher, umfassend:
einen Wärmeaustausch-Kernbereich (3) mit einer Vielzahl von Röhrchen (6), die parallel angeordnet sind, und mit einer Vielzahl von Rippenelementen (7), die zwischen paarweise benachbarten Röhrchen (6) angeordnet sind; und
eine elektrische Wärmeabgabeeinheit (9), die in den durch ein Paar benachbarter Röhrchen (6) gebildeten Raum eingebaut ist, der in dem Wärmeaustausch-Kernbereich (3) ausgebildet ist, derart dass die Außenfläche der Rahmen (93, 94) die Außenfläche des benachbarten Röhrchens (6) berührt, wobei
die elektrische Wärmeabgabeeinheit (9) dadurch aufgebaut ist, dass ein Wärmeabgabekörper (90), der ein Wärmeabgabeelement (90a) aufweist, innerhalb eines Rahmens (93, 94) durch ein Rippenelement (91, 92) abgestützt ist.

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 dem eine elektrische Wärmeabgabeeinrichtung angebracht ist.
Ein Heizzwecken dienender Wärmetauscher, an dem eine elektrische Wärmeabgabeeinrichtung angebracht ist, ist in JP 63-20 341 AA und JP 6-75 819 U offenbart. 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 dienenden Wärmetauscher wird, wenn die Heißwassertemperatur niedrig ist wie unmittelbar nach dem Starten des Fahrzeugmotors, ein elektrischer Strom der elektrischen Wärmeabgabeeinrichtung zugeführt. Dann wird die mittels der elektrischen Wärmeabgabeeinrichtung erzeugte Wärme an die Luft über gewellte Rippen des Wärmetauschers abgestrahlt, und die Luft erhitzt.
Weil bei dem in JP 5-69 732 AA offenbarten Heizzwecken dienenden Wärmetauscher die elektrische Wärmeabgabeeinrichtung, die ein Wärmeabgabeelement und Elektrodenplatten aufweist, mit einem Kernbereich des Wärmetauschers verlötet ist, wird die elektrische Wärmeabgabeeinrichtung jedoch einem hohen Temperaturzustand (etwa 600°C in dem Fall der Durchführung eines Aluminiumlötverfahrens) ausgesetzt. Demzufolge wird die elektrische Charakteristik der Wärmeabgabeeinrichtung beeinträchtigt.
Des weiteren ist die elektrische Wärmeabgabeeinrichtung gemäß JP 6-75 819 U in einem konkaven Bereich, der an einer luftstromabwärtigen Fläche der Plattenrippe 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 Verbindung zu stehen. Daher ist der Wärmewiderstand an dem Verbindungsbereich groß, wodurch die Wirksamkeit der Wärmeleitung des Wärmetauschers herabgesetzt ist.
Des weiteren ist der konkave Bereich zusätzlich an der Plattenrippe zum Anbau der elektrischen Wärmeabgabeeinrichtung ausgebildet, wodurch die Herstellungskosten des Wärmetauschers erhöht sind.
DE 44 36 791 A1 beschreibt einen Wärmetauscher, bei welchem ein PTC-Heizrohr zwischen benachbarten Lamellen angeordnet ist. Die Außenoberfläche der PTC-Heizrohre steht mit den Lamellen in Kontakt.
DE 44 34 613 A1 und DE 44 33 814 A1 zeigen weitere Wärmetauscher mit PTC-Elementen.
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 Wärmeabgabeeinrichtung 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 Erstreckung 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 Wärmeaustausch-Kernbereich eingebaut werden, nachdem der Wärmeaustausch-Kernbereich zusammengebaut ist, das heißt, nachdem der Vorgang des Zusammenlötens des Wärmeaustausch-Kernbereichs abgeschlossen ist. Somit ist die elektrische 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 elektrischen 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 werden kann, während eine hohe Wärmeaustauschleistung des Wärmetauschers mit der gewellten Rippe erreicht wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich klarer aus der nachfolgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen bei gemeinsamer Betrachtung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Heizkerns mit einer elektrischen Wärmeabgabeeinheit einer ersten Ausführungsform;
2 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung der elektrischen Wärmeabgabeeinheit der ersten Ausführungsform;
3 eine auseinandergezogene Ansicht der elektrischen Wärmeabgabeeinheit der ersten Ausführungsform;
4A eine perspektivische Ansicht im Schnitt mit der Darstellung eines Wärmeabgabekörpers der elektrischen Wärmeabgabeeinheit;
4B eine seitliche Ansicht im Schnitt des Wärmeabgabekörpers;
4D eine Draufsicht mit der Darstellung des Wärmeabgabekörpers;
5 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines Rahmens einer elektrischen Wärmeabgabeeinheit einer zweiten Ausführungsform; und
6 eine perspektivische Ansicht mit der Darstellung einer elektrischen Wärmeabgabeeinheit einer dritten Ausführungsform.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt einen Heizkern, mit dem eine elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 verbunden ist. Der Heizkern umfasst einen Heißwasser-Einlassbehälter 1, einen Heißwasser-Auslassbehälter 2 und einen Wärmeaustausch-Kernbereich 3, der zwischen 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-Auslassbehälter 2 zum Abführen des heißen Wassers aus dem Heizkern und zur Zurückführung des heißen Wassers zum Motor vorgesehen. Hier ist der Heizkern gemäß Darstellung in 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 abdeckt. In gleicher Weise ist der Heißwasser-Auslassbehälter 2 mittels eines Behälterbereichs 2a und eines Metallbleches 2b gebildet. Der Heißwasser-Einlassbehälter 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 1. In den Metallblechen 1b, 2b ist eine Vielzahl von Rohreinsetzlöchern (nicht dargestellt) parallel in der Richtung von rechts nach links bzw. von links nach rechts in 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 1 angeordnet. Jedes ovale flache Röhrchen 6 ist zu einer im Querschnitt ovalen flachen Gestalt ausgebildet, und seine Längsachse verläuft parallel zu der Strömungsrichtung A der zu erwärmenden bzw. aufzuheizenden Luft. Gewellte Rippen 7 sind zwischen einem Paar von benachbarten ovalen flachen Röhrchen 6 der Vielzahl von ovalen flachen Röhrchen 6 vorgesehen. Jede gewellte Rippe 7 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 Röhrcheneinsetzlöcher 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 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 Lötvorgangs 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 Darstellung in 1 vier elektrische Wärmeabgabeeinheiten 9 in den Wärmeaustausch-Kernbereich 3 in vorbestimmten Abständen eingebaut. Zum Einbauen jeder elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 werden das ovale flache Röhrchen 6 und die gewellte Rippe 7, die mit den beiden Seiten des ovalen flachen Röhrchens 6 verbunden ist, die an der vorbestimmten Position des Wärmeaustausch-Kernbereichs 3 angeordnet sind, nicht angeordnet, bevor der Heizkern verlötet ist. Nach Abschluss des Lötvorgangs wird die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 in die vorbestimmte Position eingebaut, an der das Röhrchen 6 und die gewellten Rippen 7 nicht angeordnet sind.
Daher wird die Dicke t₀ (2) der elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 entsprechend 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 2–4D ist die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 mittels eines Wärmeabgabekörpers 90, mittels gewellter Rippen 91, 92 und mittels der Rahmen 93, 94 gebildet. In dem Wärmeabgabekörper 90 ist gemäß Darstellung in 4A–4D ein rechteckiges, plattenartiges, Wärmeabgabeelement 90a sandwichartig zwischen rechteckig gestalteten Elektrodenplatten 90b, 90c angeordnet.
Die Elektrodenplatten 90b, 90c sind rundherum gänzlich mittels eines Isolators 90d abgedeckt. Hier ist das Wärmeabgabeelement 90a ein PTC-Element, das aus einem widerstandsfesten Material (beispielsweise Bariumtitanat) hergestellt ist, dessen Widerstandswert bei einer vorbestimmten Temperatur T₀ von beispielsweise etwa 90°C) abrupt zunimmt und dessen Dicke etwa 1,0–2,0 mm misst. Das PTC-Element 90a erzeugt Wärme, wenn den Elektrodenplatten 90b, 90c ein elektrischer Strom zugeführt wird.
Die Elektrodenplatten 90b, 90c sind aus einem leitfähigen Metall, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder röstfreiem 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 1) der beiden Elektrodenplatten 90b, 90c sind die gleichen wie die Länge L der elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9. Die Wärmeabgabeelemente 90a sind an mehreren Positionen (beispielsweise an vier Positionen gemäß Darstellung in 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 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 Isolators 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 angeordnet ist, ist dick eingestellt, beispielsweise auf 1,0–2,0 mm, um das Wärmeabgabeelement 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 Elektrodenplatte und besitzt einen Anschlussbereich 90f. Bei der vorliegenden Ausführungsform 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 Wärmetauscher (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 zusammen mit dem Luftstrom ausbreitet und an der luftstromaufwärtigen Seite des Heizzwecken dienenden Wärmetauschers anhaften kann. Daher wird es bevorzugt, dass die Anschlussbereiche 90e, 90f in Richtung zu der stromabwärtigen Seite des Wärmeaustauschs-Kernbereichs 3 vorstehen, um das Anhaften des abzuführenden Wassers an den Anschlussbereichen 90e, 90f zu verhindern.
Gemäß Darstellung in 4 ist der Anschlussbereich 90e an dem rechten Ende der positiven Elektrodenplatte 90b und der Anschlussbereich 90c an dem linken Ende der negativen Elektrodenplatte 90c ausgebildet. Die Anschlussbereiche 90e, 90f sind mit einem äußeren Regelkreis (nicht dargestellt) verbunden. Der elektrische Strom von einer Fahrzeugbatterie wird jeder elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 über den äußeren Regelkreis zugeführt.
Die Rippen 91, 92 sind wellenförmig gestaltet wie die Rippe 7 und aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt. Die Rahmen 93, 94 sind zu einer U-förmigen Gestalt ausgebildet und aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, hergestellt. Jeder Rahmen 93, 94 besitzt Befestigungszungen 93a, 94a an beiden Seiten (an der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Luftstroms A) desselben. Diese Befestigungszungen 93a, 94a sind im Wege eines Biegevorgangs ausgebildet.
Die Rahmen 93, 94 sind einstückig miteinander verbunden, indem der Spitzenbereich 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 miteinander verbundenen Rahmen 93, 94 abgestützt, indem die Rahmen 93, 94 gegenüber dem Wärmeabgabekörper 90 und den gewellten Rippen 91, 92 gedrückt sind.
Ein Befestigungselement (Band) 10 ist aus korrosionsbeständigem Metall, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, hergestellt und sowohl an der luftstromaufwärtigen Seitenfläche als auch an der luftstromabwärtigen Seitenfläche des Wärmeaustausch-Kernbereichs 3 angeordnet. Das Befestigungselement 10 besitzt abgebogen gestaltete Einhängebereiche an beiden Enden. Das Befestigungselement 10 ist zwischen den Seitenplatten 8a, 8b befestigt, indem die Einhängebereiche an Nuten 8c, 8d eingehängt sind, die an den zentralen Stellen der Seitenplatten 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 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 Wärmeaustausch-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 1 dargestellten Heizkerns angebaut wird, durchgeführt. In dem Kern-Zusammenbauschritt 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 dargestellt) wird zwischen die einander paarweise benachbarten ovalen flachen Röhrchen 6 zur Aufrechterhaltung des vorbestimmten Abstandes eingesetzt. Diese Dummy-Platte ist aus einem wärmebeständigem Material hergestellt, beispielsweise aus Kohlenstoff, mit einer Haltbarkeit in einem Lötofen und der Eigenschaft, nicht mit Aluminium verlötet werden zu können.
Als nächstes wird der zusammengebaute Heizkern mittels einer Spannvorrichtung (nicht dargestellt) zur Aufrechterhaltung seiner zusammengebauten Struktur abgestützt und in den Lötofen zum einstückigen Verlöten eingebracht. Der zusammengebaute Heizkern wird auf den Schmelzpunkt (etwa 600°C) des Lötmaterials zum gegenseitigen Verlöten jedes Bauteils erhitzt.
Nachdem der Lötschritt abgeschlossen ist, wird der zusammengebaute Wärmetauscher aus dem Lötofen entnommen. Der zusammengebaute Wärmetauscher wird auf Normaltemperatur abgekühlt, und dann wird die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 eingebaut.
Die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 wird unabhängig von dem zusammengebauten Heizkern eingebaut. Das heißt, das plattenförmig gestaltete Wärmeabgabeelement 90a wird zwischen den Elektrodenplatten 90b, 90c sandwichartig angeordnet, und die Elektrodenplatten 90b, 90c werden zur Ausbildung des Wärmeabgabekörpers 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 2 dargestellten elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 miteinander verbunden.
Als nächstes wird die Dummy-Platte aus dem Raum zwischen den paarweise benachbarten Röhrchen 6 entfernt, und die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 wird 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 benachbarten 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-Kernbereich 3, um die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 im Presssitz an dem Paar benachbarter Röhrchen 6 zur Berührung zu bringen, um die elektrische Wärmeabgabeeinheit 9 zwischen den paarweise benachbarten Röhrchen 6 festzulegen.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der oben beschriebenen Struktur beschrieben.
Wenn ein Heizvorgang durchgeführt wird, erzeugt ein Gebläselüfter (nicht dargestellt) einen Luftstrom innerhalb eines Klimatisierungseinheits-Gehäuses. Die Luft tritt durch den Raum zwischen dem ovalen flachen Röhrchen 6 und der gewellten Rippe 7 und durch den Raum innerhalb der Rahmen 93, 94 der elektrischen Wärmeabgabeeinheit 9 hindurch, wie mittels des Pfeils A angegeben ist. Wenn die Wasserpumpe des Fahrzeugmotors arbeitet, strömt heißes Wasser vom 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 Fahrzeugbatterie den beiden Anschlussbereichen 90e, 90f der Elektrodenplatten 90b, 90c zugeführt wird. Hierdurch wird elektrischer Strom dem Wärmeabgabeelement 90a zugeführt, und das Wärmeabgabeelement 90a erzeugt Wärme. Die mittels des Wärmeabgabeelementes 90a erzeugte Wärme wird der zu klimatisierenden Luft durch die Elektrodenplatten 90b, 90c, den Isolator 90d und die gewellten Rippen 91, 92 hindurch zugeführt. Entsprechend wird sogar dann, wenn die Heißwassertemperatur 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 90 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 Elektrodenplatten 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.
(Zweite Ausführungsform)
Bei der zweiten Ausführungsform besitzt gemäß Darstellung in 5 jeder Rahmen 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, wodurch die Wärmeleit-Effizienz von dem Wärmeabgabekörper 90 aus zu den gewellten Rippen 91, 92 hin verbessert ist.
(Dritte Ausführungsform)
Bei der dritten Ausführungsform sind gemäß Darstellung in 6 dünne Metallplatten 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 0,5–1,0 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 Wärmeleitleistung von den dünnen Metallplatten 11, 12 an die gewellten Rippen 91, 92 verbessert.
(Modifikationen)
Wenn bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die beiden Rahmen 93, 94 miteinander verbunden sind, können die Spitzenbereiche der Befestigungszungen 93a, 94a mittels eines mechanischen Verbindungsvorgangs, beispielsweise mittels 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 auch auf anderen technischen Gebieten Anwendung finden.
Des weiteren ist die Einbaugestaltung der elektrischen Wärmeabgabeeinheit nicht auf die Gestaltung gemäß 1 beschränkt, und kann entsprechend einer Spezifikationsveränderung des Heizkerns verändert sein.
Des weiteren kann ein klebender Kunststoff für den Isolator 90d verwendet werden, um den Wärmeabgabekörper an den gewellten Rippen 91, 92 oder den dünnen Metallplatten 11, 12 anzukleben.

Claims

Heizzwecken dienender Wärmetauscher, umfassend: einen Wärmeaustausch-Kernbereich (3) mit einer Vielzahl von Röhrchen (6), die parallel angeordnet sind, und mit einer Vielzahl von Rippenelementen (7), die zwischen paarweise benachbarten Röhrchen (6) angeordnet sind; und eine elektrische Wärmeabgabeeinheit (9), die in den durch ein Paar benachbarter Röhrchen (6) gebildeten Raum eingebaut ist, der in dem Wärmeaustausch-Kernbereich (3) ausgebildet ist, derart dass die Außenfläche der Rahmen (93, 94) die Außenfläche des benachbarten Röhrchens (6) berührt, wobei die elektrische Wärmeabgabeeinheit (9) dadurch aufgebaut ist, dass ein Wärmeabgabekörper (90), der ein Wärmeabgabeelement (90a) aufweist, innerhalb eines Rahmens (93, 94) durch ein Rippenelement (91, 92) abgestützt ist.
Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die elektrische Wärmeabgabeeinheit (9) mit einem vorbestimmten Abstand in den Raum eingebaut ist, nachdem der Wärmeaustausch-Kernbereich (3) unter Bildung des Raums zusammengebaut ist.
Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Rahmen (93, 94) aus einem Material mit einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.
Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Wärmeabgabekörper (90) gegenüber dem Rippenelement (91, 92) in der elektrischen Wärmeabgabeeinheit (9) elektrisch isoliert ist.
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) angeordnet ist; die Elektrodenplatten (90b, 90c) mittels eines Isolators (90d), der aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, insgesamt rundherum abgedeckt sind; das Rippenelement (91, 92) der elektrischen Wärmeabgabeeinheit (9) eine gewellte Rippe (91, 92) ist und die Außenfläche des Isolators (90d) den Randbereich der gewellten Rippe (91, 92) im Presssitz berührt.
Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei die positive Elektrodenplatte (90b) und die negative Elektrodenplatte (90c) Anschlussbereiche (90e, 90f) zum Anschliessen an einen äußeren elektrischen Kreis aufweisen.
Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die Anschlussbereiche (90e, 90f) einstückig mit der positiven Elektrodenplatte (90b) und der negativen Elektrodenplatte (90c) ausgebildet sind.
Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die Anschlussbereiche (90e, 90f) von der positiven Elektrodenplatte (90b) und der negativen Elektrodenplatte (90c) in Richtung zu der luftstromabwärtigen Seite des Wärmeaustausch-Kernbereichs (3) hin vorstehen.
Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 5, weiter umfassend eine dünne Metallplatte (11, 12), die zwischen der Außenfläche des Isolators (90d) und dem Randbereich der gewellten Rippe (91, 92) der elektrischen Wärmeabgabeeinheit (9) angeordnet ist.
Heizzwecken dienender Wärmetauscher nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Befestigungselement (10) zum Befestigen des Wärmeaustausch-Kernbereichs (3) gegenüber der elektrischen wärmeabgebenden Einheit (9).