EP1445553A1 - Vorrichtung zum Austausch von Wärme - Google Patents

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EP1445553A1
EP1445553A1 EP03290191A EP03290191A EP1445553A1 EP 1445553 A1 EP1445553 A1 EP 1445553A1 EP 03290191 A EP03290191 A EP 03290191A EP 03290191 A EP03290191 A EP 03290191A EP 1445553 A1 EP1445553 A1 EP 1445553A1
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EP
European Patent Office
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component
exchanging heat
particular according
heat
electrical
Prior art date
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EP03290191A
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EP1445553B1 (de
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Michel Brun
Yannick Laumonnerie
Grégory Lucas
Pascal Miss
Mathieu Mougey
Christophe Schmittheisler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr France Rouffach SAS
Original Assignee
Behr France Hambach SARL
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Publication date
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Application filed by Behr France Hambach SARL filed Critical Behr France Hambach SARL
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    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
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    • F24H3/0429—For vehicles
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    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1854—Arrangement or mounting of grates or heating means for air heaters
    • F24H9/1863—Arrangement or mounting of electric heating means
    • F24H9/1872—PTC

Definitions

  • the present invention relates to a device for the exchange of Heat and in particular an electric heater.
  • Such devices for the exchange of heat for example, to heat used by air in motor vehicles.
  • Such an electric heater for heating in the interior a motor vehicle directed air has electrical heating elements and Heat conductor on, soft on the air to be heated flows past.
  • electric Heating elements are preferably, but not exclusively, ceramic Heating elements with positive temperature coefficients (PTC heating elements) used.
  • heating element within the meaning of the present invention is used an element or a group of elements understood by which electrical energy is converted into heat energy.
  • Such heating elements may preferably have ceramic heating elements with a positive temperature coefficient (PTC heating elements). But there may be others Heating elements, such. B. resistance heating elements, plasma heating and / or the like.
  • the heat emitted by the heating elements is transmitted by heat conductors, which executed for example in the form of corrugated ribs or fins are discharged to the air to be heated.
  • the heating elements are preferably held in a receiving device, on which also control devices, such as power transistors or similar electrical switching or control elements attached could be.
  • the object of the present invention is to provide a device to exchange heat that is designed to both the connection the electric heating elements with the voltage source as well Heat conduction between the PTC element and the air in a simple manner can be provided.
  • the object is achieved by a device according to claim 1.
  • An inventive device for exchanging heat in particular for a motor vehicle, has at least one heat exchanger assembly on.
  • the heat exchanger assembly has at least a first component on which an electric current flows through and whose Temperature is dependent on a flowing through the component Stromes changes, as well as at least a second component, which from consists of two subunits, with the opposite poles of a Power source connected to a current flow through the first component to create.
  • the first Component has on at least one surface a device which promotes the exchange of electrical and thermal energy.
  • the first component is at least partially made of a material from a group of materials, in particular Produced plastics, which in particular PP (polypropylene) with carbon black, EVA (ethyl vinyl acetate) with carbon black, PE (polyethylene), especially HDPE (High Density Polyethylene) or LDPE (Low Density Polyethylene) or the like contains.
  • PP polypropylene
  • EVA ethyl vinyl acetate
  • PE polyethylene
  • HDPE High Density Polyethylene
  • LDPE Low Density Polyethylene
  • the surface is on the first component by one layer.
  • This is particularly preferred Material of this layer is selected from a group of materials which Contains silver, aluminum, copper or the like.
  • Preferably covered the layer is essentially the total area of a side surface of the first Component. As a side surface of the first component is doing an area understood, the surface normal substantially perpendicular to a Main flow direction of the circulating medium is.
  • the devices are between the first component and the subunit of the second component to slats or Corrugated ribs that promote heat exchange with the surrounding air.
  • These lamellae are preferably made of an electrically and / or thermally conductive material, such as. As aluminum, aluminum alloys or a similar material, manufactured.
  • the slats or laminar ribs with a connecting element at least connected to the first component or the layer.
  • This connecting element may be, for example, adhesive such as silicone or epoxy adhesives or similar materials.
  • the first component preferably has a heating element with a positive temperature coefficient (PTC element).
  • PTC element positive temperature coefficient
  • the device has a receiving device, wherein particularly preferably the receiving device consists of a non-conducting Material, in particular of a non-conductive plastic, consists.
  • this plastic is selected from a group, soft PVC (polyvinyl chloride), PE (polyethylene), PP (polypropylene), Silicone and silicone derivatives, TPE (thermoplastic elastomers), Epoxy resins, thermosets, Teflon or the like.
  • the first component consists of several components. Ingredient is preferred here, but not exclusively to understand a shift. It can be one of these ingredients or one of these layers may be a substrate on which a or multiple layers are arranged. One of these layers may be a PTC layering; another layering can be one Be layer of electrically conductive material. Particularly preferred is the thickness of the PTC layer in the range of 1 ⁇ m to 10 mm, between 5 ⁇ m and 5 mm and more preferably between 10 ⁇ m and 2 mm.
  • the Curie temperature the PTC layer is preferably between 60 ° C and 250 ° C, more preferably between 90 ° C and 190 ° C and more preferably between 120 ° C and 160 ° C. Below Curie temperature is the temperature understood, above which ferromagnetic substances paramagnetized become.
  • means are provided which the first component and that between a subunit of the second Attach component and the first component lying facilities. Under a fixture according to this invention is in particular a tension of the different components together Roger that.
  • mechanical attachment such as. Screwing or riveting or other force, positive or cohesive connections into consideration.
  • the invention further relates to a device for exchanging heat,
  • a device for exchanging heat In particular, an air conditioning system for a motor vehicle, directed, which in at least one flow channel of the air conditioner at least one device for the exchange of heat of the type described above.
  • an influx Flow channel used in particular multi-flow flow channels can be.
  • This can be in a development of the inventive Device the different air flows of the multi-flow Flow channels in different and independent way be heated.
  • compounds for at least two components provided which consist of a group of materials which In particular, contains adhesive, solder and the like.
  • the electrical connection between at least one of the subunits of the second components and the power source independent of the connection between the others Subunits and the power source are interrupted and restored. In this way, the flow of current through individual first components be separately switched on and off, creating a control of Heating capacity of the device controlled to exchange heat, in particular the heating power can be regulated.
  • the interruption and / or the recovery of the electrical connection between at least one of the subunits and the power source by mechanical switching devices, in particular Switch or relay.
  • the individual Components be structured, wherein z. B. structuring Etching, embossing, sand blasting or erosion comes into consideration. To this Way, the contact area can be increased. This is under structuring understood that the surfaces of the relevant components are not are smooth but have grooves, depressions, patterns or the like.
  • the heating elements are preferably not perpendicular to the main flow direction arranged the air, but at a predetermined angle with respect to the same.
  • the predetermined angle is in its amount between 0 ° and 90 °, preferably between 0 ° and 45 °, and more preferably between 0 ° and 30 °.
  • the heating element a preferred plastic whose specific resistance between 1 and 300 ohms * cm, preferably between 100 and 200 ohms * cm and more preferably between 150 and 170 ohms * cm.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a device for exchange before heat according to the present invention.
  • the reference numeral 1 refers on a substantially rectangular heating block, which a rectangular frame with four frame legs 6a, 6b, 6c and 6d having.
  • the length I of the heat exchanger assembly is between 100 mm and 300 mm, preferably between 150 mm and 250 mm and particularly preferred between 190 mm and 220 mm.
  • the width b of the heat exchanger assembly is between 30 and 170 mm, preferably between 70 and 130 mm and more preferably between 90 and 110 mm.
  • the depth of the frame 2 is between 10 mm and 30 mm, preferably between 15 and 25 mm and more preferably between 18 and 22 mm.
  • the height of the receiving device is between 10 mm and 40 mm, preferably between 15 mm and 35 mm and more preferably between 20 and 30 mm.
  • this heating block 1 a plurality of heat exchanger assemblies are arranged. These heat exchanger assemblies have electrical as the first component Heating elements, preferably strip-shaped PTC heating elements 3. Under strip-like is understood that these elements in the substantially in a longitudinal direction and a transverse direction perpendicular thereto extend, wherein the extension in the longitudinal direction is greater than the extension in the transverse direction. The expansion in a third direction, which is perpendicular to the first two directions, is much lower as the extension in the first two orientations. The transverse direction is also called the broadside of the element.
  • the reference number 8 indicates a disposed within the heat exchanger assembly Well rib. Further, contact plates 5 are provided. These contacts are connected to different poles of a voltage source, what indicated by the plus / minus signs. It should be noted that on each heating element only one contact plate arranged immediately adjacent is. By immediately adjacent is meant that the spatial distance between the heating element and the contact plate essential is less than the thickness of the heating element.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the heat exchanger assemblies.
  • the reference numeral 5 again refers to a contact plate, wherein more of these contact plates 5 are present, which alternately with the different poles of a voltage source are connected.
  • the Reference numeral 8 denotes between the heat exchanger assemblies arranged Corrugated fins.
  • Reference numeral 3 denotes a heating element, which is preferably designed as a PTC element.
  • Fig. 3 is a detail view of the assembly of FIG. 2 is shown.
  • the reference number 8 refers to corrugated fins within the assembly.
  • the reference numeral 14 refers to a connecting member to connect the corrugated fins 8 with the heating element 3.
  • This connecting element can be an adhesive.
  • adhesives for example insulating or even conductive adhesives, z.
  • silicone or epoxy resins use. But there are also Solder as a connecting element into consideration.
  • the heating element has a substrate lamella 13 on which at least two layers 15 and 16 are provided.
  • the reference numeral 16 denotes a PTC layering as disclosed, for example, in PCT application WO018926.
  • the density of this layering is between 1 .mu.m and 10 mm, preferably between 5 ⁇ m and 5 mm, and more preferably between 10 ⁇ m and 2 mm.
  • the stratification can for example consist of a powder with defined electrical Resist, preferably, but not exclusively Barium titanate.
  • the reference numeral 15 denotes a further layering. In this further stratification, it may, preferably, but not exclusively, to act as a layer of silver or copper, which serves a substantially constant resistance in the region of the layer 16 to guarantee.
  • the substrate 13 is preferably electrical and / or thermal conductive and preferably has copper or aluminum.
  • the surface of the substrate or one of the other layers can be structured to be better connected or better connected with the others To ensure layers.
  • the connecting element 14 is preferably temperature resistant in a range of - 40 to + 180 degrees Celsius.
  • other fasteners can be provided, for example, frames and springs, which the press individual elements of the heat exchanger assembly together.
  • the PTC layer 16 of several different Build up stratifications.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere für ein Kraftfahzeug, mit wenigstens einer Wärmetauscherbaugruppe, wobei diese Wärmetauscherbaugruppe wenigstens eine erste Komponente aufweist, welche von einem elektrischen Strom durchflossen wird, und deren Temperatur sich in Abhängigkeit des durch die Komponente fließenden Stromes ändert, und wenigstens eine zweite Komponente aufweist, welche aus zwei Teileinheiten besteht, die mit den entgegengesetzten Polen einer Stromquelle verbunden sind, um einen Stromfluß durch die erste Komponente zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird wenigstens eine der zwei Teileinheiten der zweiten Komponente von der ersten Komponente beabstandet angeordnet und zwischen dieser Teileinheit und der ersten Komponente werden Einrichtungen vorgesehen, welche einen Austausch von elektrischer und thermischer Energie fördern, wobei die erste Komponente an wenigstens einer Oberfläche eine Einrichtung aufweist, die den Austausch elektrischer und/oder thermischer Energie fördert. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme und insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung. Derartige Vorrichtungen zum Austausch von Wärme werden beispielsweise zum Beheizen von Luft in Kraftfahrzeugen verwendet.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer elektrischen Heizvorrichtung zum Beheizen des Innenraums eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung auch für andere Anwendungszwecke geeignet ist.
Eine solche elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen der in den Innenraum eines Kraftfahrzeuges geleiteten Luft weist elektrische Heizelemente und Wärmeleiter auf, an weichen die zu erwärmende Luft vorbeiströmt. Als elektrische Heizelemente werden vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich, keramische Heizelemente mit positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Heizelemente) verwendet.
Unter dem Begriff "Heizelement" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Element oder eine Gruppe von Elementen verstanden, durch welche elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Derartige Heizelemente können vorzugsweise keramische Heizelemente mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Heizelemente) sein. Es können jedoch auch andere Heizelemente, wie z. B. Widerstandsheizelemente, Plasmaheizelemente und/oder dergleichen Anwendung finden.
Die von den Heizelementen abgegebene Wärme wird mittels Wärmeleitern, welche beispielsweise in Form von Wellrippen oder Lamellen ausgeführt sind, an die zu erwärmende Luft abgeführt.
Ferner ist es bekannt, die elektrische Verbindung der PTC-Elemente mit der jeweiligen Stromquelle durch Verwendung von Kontaktblechen zu erreichen. Die Heizelemente werden vorzugsweise in einer Aufnahmeeinrichtung gehalten, an welcher auch Steuereinrichtungen, beispielsweise Leistungstransistoren oder ähnliche elektrische Schalt- bzw. Steuerelementen, angebracht sein können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Austauschen von Wärme, die so gestaltet ist, dass sowohl die Verbindung der elektrischen Heizelemente mit der Spannungsquelle als auch die Wärmeleitung zwischen dem PTC-Element und der Luft in einfacher Weise bereitgestellt werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, weist wenigstens eine Wärmetauscherbaugruppe auf. Die Wärmetauscherbaugruppe weist wenigstens eine erste Komponente auf, welche von einem elektrischen Strom durchflossen wird und deren Temperatur sich in Abhängigkeit eines durch die Komponente fliessenden Stromes ändert, sowie wenigstens eine zweite Komponente, welche aus zwei Teileinheiten besteht, die mit den entgegengesetzten Polen einer Stromquelle verbunden sind, um einen Stromfluss durch die erste Komponente zu erzeugen.
Dabei ist wenigstens eine der zwei Teileinheiten der zweiten Komponente von der ersten Komponente beabstandet, wobei zwischen dieser Teileinheit und der ersten Komponente Einrichtungen vorgesehen sind, welche einen Austausch von elektrischer und thermischer Energie begünstigen. Die erste Komponente weist an wenigstens einer Oberfläche eine Einrichtung auf, die den Austausch von elektrischer und thermischer Energie fördert.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Austausch von Wärme sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Komponente wenigstens teilweise aus einem Material aus einer Gruppe von Materialien, insbesondere Kunststoffen hergestellt, welche insbesondere PP (Polypropylen) mit Ruß, EVA (Ethyl Vinyl Acetat) mit Ruß, PE (Polyethylen), insbesondre HDPE (High Density Polyethylen) oder LDPE (Low Density Polyethylen) oder dergleichen enthält. In einer bevorzugten Ausführunsform können auch Mischungen aus verschiedenen Polyolefinen verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Oberfläche auf der ersten Komponente um eine Schicht. Besonders bevorzugt ist das Material dieser Schicht aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt, welche Silber, Aluminium, Kupfer oder dergleichen enthält. Bevorzugt bedeckt die Schicht im wesentlichen die Gesamtfläche einer Seitenfläche der ersten Komponente. Als Seitenfläche der ersten Komponente wird dabei eine Fläche verstanden, deren Flächennormale im wesentlichen senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung des umströmenden Mediums steht.
Unter der Hauptströmungsrichtung des Mediums wird dabei die Strömungsrichtung verstanden, die das Medium im unmittelbaren Bereich vor und nach der Vorrichtung zum Austausch von Wärme einnimmt.
Bevorzugt handelt es sich bei den Einrichtungen zwischen der ersten Komponente und der Teileinheit der zweiten Komponente um Lamellen bzw. Wellrippen, die den Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft fördern. Diese Lamellen sind bevorzugt aus einem elektrisch und/oder thermisch leitenden Material, wie z. B. Aluminium, Aluminiumlegierungen oder einem ähnlichen Material, hergestellt.
Bevorzugt sind die Lamellen oder Lamellrippen mit einem Verbindungselement wenigstens mit der ersten Komponente oder der Schicht verbunden. Bei diesem Verbindungselement kann es sich beispielsweise um Klebstoff wie Silicon oder Epoxydklebstoffe oder ähnliche Materialien handeln.
Bevorzugt weist die erste Komponente ein Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Element) auf. Besonders bevorzugt, aber nicht ausschliesslich ist dabei ein Pulver mit definiertem elektrischen Widerstand, z. B. Bariumtitanat vorgesehen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung auf, wobei besonders bevorzugt die Aufnahmeeinrichtung aus einem nicht stromleitenden Material, insbesondere aus einem nicht stromleitenden Kunststoff, besteht. Besonders bevorzugt ist dieser Kunststoff aus einer Gruppe ausgewählt, weiche PVC (Polyvinylchlorid), PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), Silikon- und Silikonderivate, TPE (thermoplastische Elastomere), Epoxydharze, Duroplaste, Teflon oder dergleichen enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die erste Komponente aus mehreren Bestandteilen. Unter Bestandteil ist hier bevorzugt, aber nicht ausschliesslich, eine Schicht zu verstehen. Dabei kann eines dieser Bestandteile bzw. eine dieser Schichten ein Substrat sein, auf welchem eine oder mehrere Schichtungen angeordnet sind. Eine dieser Schichtungen kann dabei eine PTC-Schichtung sein; eine weitere Schichtung kann eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Werkstoff sein. Besonders bevorzugt liegt die Dicke der PTC-Schichtung im Bereich von 1 µm bis 10 mm, zwischen 5 µm und 5 mm und besonders bevorzugt zwischen 10 µm und 2 mm. Die Curie-Temperatur der PTC-Schicht liegt bevorzugt zwischen 60 °C und 250 °C, besonders bevorzugt zwischen 90 °C und 190 °C und besonders bevorzugt zwischen 120 °C und 160 °C. Unter Curie-Temperatur wird die Temperatur verstanden, oberhalb welcher ferromagnetische Stoffe paramagnetisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Einrichtungen vorgesehen, welche die erste Komponente und die zwischen einer Teileinheit der zweiten Komponente und der ersten Komponente liegenden Einrichtungen befestigen. Unter einer Befestigung im Sinne dieser Erfindung wird dabei insbesondere eine Verspannung der unterschiedlichen Komponenten miteinander verstanden. Es kommen jedoch auch andere Arten mechanischer Befestigung wie z.B. Verschraubungen oder Vernietungen oder sonstige kraft, form-/oder stoffschlüssige Verbindungen in Betracht.
Bevorzugt erfolgen im wesentlichen kraftschlüssige Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten mittels mechanischer Verspannung.
Die Erfindung ist weiterhin auf eine Einrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, gerichtet, welche in wenigstens einem Strömungskanal der Klimaanlage wenigstens eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme der oben beschriebenen Art aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können neben einem einflutigen Strömungskanal insbesondere auch mehrflutige Strömungskanäle verwendet werden können. Hierbei können in einer Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung die unterschiedlichen Luftströme des mehrflutigen Strömungskanals auf unterschiedliche und unabhängige Art und Weise beheizt werden.
Besonders bevorzugt sind für wenigstens zwei Komponenten Verbindungen vorgesehen, welche aus einer Gruppe von Materialien bestehen, welche insbesondere Klebstoff, Lot und dergleichen enthält.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die elektrische Verbindung zwischen wenigstens einer der Teileinheiten der zweiten Komponenten und der Stromquelle unabhängig von der Verbindung zwischen den übrigen Teileinheiten und der Stromquelle unterbrochen und wiederhergestellt werden. Auf diese Weise kann der Stromfluss durch einzelne erste Komponenten separat zu- bzw. abgeschaltet werden, wodurch eine Steuerung der Heizleistung der Vorrichtung zum Austausch von Wärme gesteuert, insbesondere die Heizleistung reguliert werden kann.
Bevorzugt erfolgt die Unterbrechung und/oder die Wiederherstellung der elektrischen Verbindung zwischen wenigstens einer der Teileinheiten und der Stromquelle durch mechanische Schalteinrichtungen, insbesondere Schalter oder Relais.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform können die einzelne Komponenten strukturiert sein, wobei z. B. eine Strukturierung durch Ätzen, Prägen, Sandbestrahlung oder Erosion in Betracht kommt. Auf diese Weise kann die Kontaktfläche erhöht werden. Dabei wird unter Strukturierung verstanden, dass die Oberflächen der betreffenden Komponenten nicht glatt sind, sondern Rillen, Einsenkungen, Muster oder dergleichen aufweisen.
Die Heizelemente sind bevorzugt nicht senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der Luft angeordnet, sondern in einem vorgegebenen Winkel bezüglich derselben.
Definitionsgemäss liegt ein Winkel von 0° vor, wenn die Breitseite der Heizelemente parallel zur Strömungsrichtung des um- und/oder durchströmenden Mediums steht. Der vorgegebene Winkel liegt seinem Betrag nach zwischen 0° und 90°, bevorzugt zwischen 0° und 45° und besonders bevorzugt zwischen 0° und 30°.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Heizelement einen bevorzugten Kunststoff auf, dessen spezifischer Widerstand zwischen 1 und 300 Ohm*cm, bevorzugt zwischen 100 bis 200 Ohm*cm und besonders bevorzugt zwischen 150 und 170 Ohm*cm liegt.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren und den Ansprüchen.
Dabei zeigen:
Fig. 1
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Austausch von Wärme
Fig. 2
eine schematische Ansicht mehrerer erfindungsgemässer Wärmetauscherbaugruppen;
Fig. 3
eine Detailansicht einer Wärmetauscherbaugruppe aus Fig. 2.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Austausch vor Wärme gemäss der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 1 bezieht sich auf einen im wesentlichen rechteckförmigen Heizblock, welcher einen rechteckigen Rahmen mit vier Rahmenschenkeln 6a, 6b, 6c und 6d aufweist.
Die Länge I der Wärmetauscherbaugruppe liegt zwischen 100 mm und 300 mm, bevorzugt zwischen 150 mm und 250 mm und besonders bevorzugt zwischen 190 mm und 220 mm.
Die Breite b der Wärmetauscherbaugruppe beträgt zwischen 30 und 170 mm, bevorzugt zwischen 70 und 130 mm und besonders bevorzugt zwischen 90 und 110 mm.
Die Tiefe des Rahmens 2 liegt zwischen 10 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 15 und 25 mm und besonders bevorzugt zwischen 18 und 22 mm.
Die Höhe der Aufnahmeeinrichtung liegt zwischen 10 mm und 40 mm, bevorzugt zwischen 15 mm und 35 mm und besonders bevorzugt zwischen 20 und 30 mm.
In diesem Heizblock 1 sind mehrere Wärmetauscherbaugruppen angeordnet. Diese Wärmetauscherbaugruppen weisen als erste Komponente elektrische Heizelemente, vorzugsweise streifenförmige PTC-Heizelemente 3 auf. Unter streifenförmig wird dabei verstanden, dass sich diese Elemente im wesentlichen in einer Längsrichtung und einer zu dieser senkrechten Querrichtung erstrecken, wobei die Ausdehnung in Längsrichtung grösser ist als die Ausdehnung in Querrichtung. Die Ausdehnung in einer dritten Richtung, welche senkrecht zu den ersten beiden Richtungen steht, ist wesentlich geringer als die Ausdehnung in den ersten beiden Ausrichtungen. Die Querrichtung wird auch als die Breitseite des Elements bezeichnet. Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet eine innerhalb der Wärmetauscherbaugruppe angeordnete Wellrippe. Ferner sind Kontaktbleche 5 vorgesehen. Diese Kontakte sind mit unterschiedlichen Polen einer Spannungsquelle verbunden, was durch die Plus-/Minuszeichen angedeutet ist. Es ist zu beachten, dass an jedem Heizelement jeweils nur ein Kontaktblech unmittelbar benachbart angeordnet ist. Unter unmittelbar benachbart wird dabei verstanden, dass der räumliche Abstand zwischen dem Heizelement und dem Kontaktblech wesentlich geringer ist, als die Dicke des Heizelementes.
In Fig. 2 ist eine Detailansicht der Wärmetauscherbaugruppen dargestellt. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 5 wieder auf ein Kontaktblech, wobei mehrere dieser Kontaktbleche 5 vorhanden sind, welche alternierend mit den unterschiedlichen Polen einer Spannungsquelle verbunden sind. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet zwischen den Wärmetauscherbaugruppen angeordnete Wellrippen. Das Bezugszeichen 3 kennzeichnet ein Heizelement, welches bevorzugt als PTC-Element ausgeführt ist. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, sind neben den hier dargestellten Kontaktblechen keine weiteren Kontaktblech vonnöten. Der Stromfluss tritt daher zwischen einem mit Minus und einem mit Plus bezeichneten Kontaktblech auf.
In Fig. 3 ist eine Detailansicht der Baugruppe aus Fig. 2 gezeigt. Das Bezugszeichen 8 bezieht sich auf innerhalb der Baugruppe angeordnete Wellrippen. Das Bezugszeichen 14 bezieht sich auf ein Verbindungselement, um die Wellrippen 8 mit dem Heizelement 3 zu verbinden. Dieses Verbindungselement kann beispielsweise ein Klebstoff sein. Als Klebstoffe können beispielsweise isolierende oder auch leitende Klebstoffe, z. B. Silikon oder Epoxydharze, verwenden werden. Es kommen jedoch auch Lote als Verbindungselement in Betracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Heizelement eine Substratlamelle 13 auf, auf welcher mindestens zwei Schichtungen 15 und 16 vorgesehen sind. Das Bezugszeichen 16 kennzeichnet eine PTC-Schichtung, wie sie beispielsweise in PCT-Anmeldung WO018926 offenbart ist. Die Dichte dieser Schichtung liegt zwischen 1 µm und 10 mm, bevorzugt zwischen
5 µm und 5 mm und besonders bevorzugt zwischen 10 µm und 2 mm.
Die Schichtung kann beispielsweise aus einem Pulver mit definiertem elektrischem Widerstand bestehen, vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich Bariumtitanat. Das Bezugszeichen 15 kennzeichnet eine weitere Schichtung. Bei dieser weiteren Schichtung kann es sich, vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich, um eine Silber- oder Kupferschicht handeln, welche dazu dient, einen im wesentlichen konstanten Widerstand im Bereich der Schicht 16 zu gewährleisten. Das Substrat 13 ist vorzugsweise elektrisch und/oder thermisch leitend und weist vorzugsweise Kupfer oder Aluminium auf. Die Oberfläche des Substrates oder einer der anderen Schichten kann strukturiert sein, um einen besseren Kontakt bzw. eine bessere Verbindung mit den anderen Schichten zu gewährleisten. Das Verbindungselement 14 ist vorzugsweise temperaturbeständig in einem Bereich von - 40 bis + 180 Grad Celsius. Anstelle eines Klebstoffes können jedoch auch andere Verbindungselemente vorgesehen sein, beispielsweise Rahmen und Federn, welche die einzelnen Elemente der Wärmetauscherbaugruppe aneinanderdrücken. Weiterhin ist es auch möglich, die PTC-Schichtung 16 aus mehreren unterschiedlichen Schichtungen aufzubauen.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere für ein Kraftfahzeug mit
    mit wenigstens einer Wärmetauscherbaugruppe, wobei diese Wärmetauscherbaugruppe
    wenigstens eine erste Komponente aufweist, welche von einem elektrischen Strom durchflossen wird, und deren Temperatur sich in Abhängigkeit des durch die Komponente fließenden Stromes ändert, und
    wenigstens eine zweite Komponente aufweist, welche aus zwei Teileinheiten besteht, die mit den entgegengesetzten Polen einer Stromquelle verbunden sind, um einen Stromfluß durch die erste Komponente zu erzeugen.
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine der zwei Teileinheiten der zweiten Komponente von der ersten Komponente beabstandet ist und zwischen dieser Teileinheit und der ersten Komponente Einrichtungen vorgesehen sind, welche einen Austausch von elektrischer und thermischer Energie fördern und
    die erste Komponente an wenigstens einer Oberfläche eine Einrichtung aufweist, die den Austausch elektrischer und/oder thermischer Energie fördert.
  2. Vorrichtung zum Austausch von Wärme nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Einrichtung auf der Oberfläche der ersten Komponente eine Schicht ist.
  3. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Material der Schicht aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, welche Silber, Aluminium, Kupfer, Legierungen hieraus, Mehrkomponentenwerkstoffe oder dergleichen enthält.
  4. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Schicht wenigstens zwei Teilschichten unterschiedlichen Materials aufweist.
  5. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Schicht im wesentlichen die Gesamtfläche der Seitenfläche der ersten Komponente bedeckt.
  6. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Einrichtungen zwischen der ersten Komponente und der Teileinheit der zweiten Komponenten Wellrippen sind, die den Wärmeaustausch mit einem umströmenden Medium, bevorzugt Luft fördern.
  7. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die den Austausch von elektrischer und thermischer Energie fördernde Einrichtung zwischen einer Teileinheit der zweiten Komponente und der ersten Komponente insbesondere mittels eines Klebstoffes mit der ersten Komponente verbunden ist.
  8. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die erste Komponente wenigstens ein Heizelement mit positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Element) aufweist.
  9. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die erste Komponente aus mehreren Bestandteilen insbesondere Schichten besteht.
  10. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die erste Komponente ein Substrat aufweist, auf dem mindestens zwei Schichtungen angeordnet sind.
  11. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    wenigstens eine Komponente an wenigstens einer Oberfläche strukturiert ist.
  12. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens
    einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Vorrichtung in einer Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist.
  13. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    die Aufnahmeeinrichtung wenigstens aus einem nichtstromleitenden Material, insbesondere aus einem nichtstromleitenden Kunststoff oder Kompositkunststoff besteht.
  14. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens
    einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    Einrichtungen vorgesehen sind, welche die erste Komponente und die zwischen einer Teileinheit der zweiten Komponente und der ersten Komponente liegenden Einrichtungen miteinander verspannen.
  15. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere nach wenigstens
    einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    im wesentlichen kraftschlüssige Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten mittels mechanischer Verspanung erfolgen.
  16. Einrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in wenigstens einem Strömungskanal der Klimaanlage wenigstens eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.
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