EP2125404B1 - Luftstromerwärmungsvorrichtung mit heizvlies - Google Patents

Luftstromerwärmungsvorrichtung mit heizvlies Download PDF

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EP2125404B1
EP2125404B1 EP08701171.4A EP08701171A EP2125404B1 EP 2125404 B1 EP2125404 B1 EP 2125404B1 EP 08701171 A EP08701171 A EP 08701171A EP 2125404 B1 EP2125404 B1 EP 2125404B1
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EP
European Patent Office
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electrically conductive
nonwoven fabric
heating
ventilation
conditioning system
Prior art date
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EP08701171.4A
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EP2125404A1 (de
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Christian Vogerl
Andreas Freund
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Valeo Klimasysteme GmbH
Original Assignee
Valeo Klimasysteme GmbH
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Publication date
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    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material
    • H05B2203/024—Heaters using beehive flow through structures

Definitions

  • the invention relates to a heating or air conditioning system of a vehicle.
  • Electric heating elements are increasingly used in vehicle heating and air conditioning systems.
  • One reason for this is the fast response time of electrical heating elements as compared to the long heating times, e.g. provides a powered by the cooling water circuit of an internal combustion engine heating element.
  • Another reason is that some modern internal combustion engines only produce very little waste heat and, finally, electric heating elements also enable a differentiated temperature control of the driver, front passenger and rear seats.
  • ceramic resistors have been used as electrical heating elements, for example. Frequently, the ceramic resistors are connected to metallic materials which increase the active surface area of the heating element and thus increase its effectiveness.
  • the heating elements are exposed during operation to an air flow, e.g. within a ventilation duct of a heating or air conditioning system.
  • Such a heating element is for example from the European patent application EP 1 510 381 A1 the applicant known.
  • the heating element forms a section-wise wall of an air duct, whereby the air flowing in the air duct is heated over the length of the heating element.
  • a heating device is known, with a heating layer, in which can be supplied with electric power resistance heaters and which is thermally conductively connected to a good heat-conducting metal cover layer.
  • the cover layer defines an air flow area which is filled with a metallic and good heat-conducting air-permeable structure.
  • the heater has a complex and correspondingly expensive to manufacture structure and has a high weight.
  • the ceramic resistors used are expensive and have a high weight. Furthermore, when using ceramic resistors care must be taken to ensure that they are not placed in the vicinity of temperature-sensitive materials such as the commonly used plastic air ducts. If necessary, appropriate provisions for thermal insulation against such heat-sensitive materials of the heating element must be taken.
  • the present invention offers an alternative to the previously used ceramic heating elements or comparable heating elements.
  • the EP 1 528 837 A1 discloses a system according to the preamble of claim 1.
  • the present invention relates to a heating, ventilation and / or air conditioning system of a vehicle according to claim 1, wherein the air flow heating device comprises a heating element which is arranged in an air flow region and comprises an electrically conductive fleece.
  • an electrically conductive fleece may for example comprise carbon fibers, which serve as conductor tracks. If the carbon fibers are traversed by an electric current, electrical energy is converted into heat.
  • the electrically conductive nonwoven fabric can be made to have a low weight and is very flat. Through the use of carbon fibers and the low weight can be achieved with the electrically conductive nonwoven faster heating and cooling than with metal heating or ceramic heating elements.
  • the electrically conductive fleece By virtue of the electrically conductive fleece being flat, it can be arranged as a heating element in the interior of an air guiding element without excessively influencing the flow behavior of the air flowing through the air guiding element. Due to the low weight of the electrically conductive non-woven speaks nothing against lining longer wall sections of an air guide element with the electrically conductive nonwoven or inject directly into the wall to increase the active surface for heat transfer between the heating element and air. This also contributes to the variability of the electrically conductive nonwoven with respect to its electrical properties. For example, the sheet resistance may typically be from 1 to 1 k ⁇ / mm 2 .
  • the electrically conductive fleece can be designed for electrical voltages of 4 to 400 V and electrical powers of up to 0.8 W / cm 2 .
  • the fiber-reinforcing effect of C-fibers ensures that the electrically conductive fleece does not dissolve or decompose even when exposed to air flow.
  • an electrically conductive fleece is insensitive because a plurality of small printed conductors is provided by the nonwoven structure and thereby the electrical conductivity is ensured.
  • Electrically conductive nonwovens can currently reach a maximum temperature of about 180 ° C.
  • the flammability depends on the proportion of the base material used in addition to the carbon fibers, which may be, for example, a thermoplastic plastic. By varying the base material content it can also be used to adjust the flammability.
  • the thickness of the fleece is about 30 ⁇ m.
  • the electrically conductive nonwoven according to the invention comprises a material having a negative temperature coefficient.
  • NTC negative temperature coefficient
  • the electrically conductive fleece may be arranged in a frame.
  • a frame By a frame, the shape of the electrically conductive nonwoven fabric is facilitated.
  • the frame may be attached to attach the mat to e.g. an air guide element can be used by means of known fastening techniques, such as screwing, gluing or latching.
  • the nonwoven may also have a shape as they have the currently used heat exchanger fins. Also, it allows a frame to combine several individual nonwovens to form a heating element.
  • the electrically conductive nonwoven fabric may be disposed on ribs that extend longitudinally to a flow direction of an airflow passing through the airflow heater.
  • the air flow heating device may further comprise an electrically insulating material disposed between the fins and the electrically conductive nonwoven fabric.
  • the ribs themselves can consist of an electrically conductive material, without impairing the functionality of the electrically conductive nonwoven fabric.
  • the air flow heating device may further comprise a wall configured to guide an air flow passing through the air flow heating device, wherein the electrically conductive nonwoven is disposed or injected on the wall.
  • a wall configured to guide an air flow passing through the air flow heating device, wherein the electrically conductive nonwoven is disposed or injected on the wall.
  • the electrically conductive fleece can be arranged in meandering fashion. In this way, the active area of the web can be increased. In addition, the fleece in this arrangement also has its own stability.
  • the electrically conductive fleece may be arranged in bellows. Here, too, the active surface exposed to an air flow increases.
  • the electrically conductive nonwoven may be arranged honeycomb. Such a design has an increased active surface area and is stable.
  • the invention further relates to an air flow heating device, in particular for a heating, ventilation and / or air conditioning system of a vehicle, comprising a heating element, which is arranged in an air flow region.
  • the heating element comprises a planar, electrically conductive material that produces heat when it is traversed by an electric current.
  • the sheet-like, electrically conductive material may be tissue-like, fibrous-like, felt-like or the like. It is also conceivable to apply the planar, electrically conductive material as a coating of a carrier material.
  • the planar, electrically conductive material may be designed in the shape of a rib, a bellows, a meander or a honeycomb. These embodiments increase the active area and increase the stability of the material. Electrical connections may be arranged along edges of the planar, electrically conductive material. For example, one of the two terminals, which are at least necessary for the electrical power supply, may be arranged along a first edge and the second terminal may be arranged along an opposing edge of the planar, electrically conductive material.
  • the invention also relates to an auxiliary heater for a heating, ventilation and / or air conditioning system of a vehicle, comprising an air flow heating device, as just described, and which is arranged adjacent to an air outlet opening of the heating or air conditioning.
  • an air flow heating device as just described, and which is arranged adjacent to an air outlet opening of the heating or air conditioning.
  • Such additional heater makes it possible to temper the exiting at the corresponding air outlet opening air flow regardless of the air streams that emerge from other air outlet openings. For driver, front passenger and possibly also other passengers thus different temperature zones can be provided within a vehicle.
  • the electrically conductive fleece which operates as a heating element in the additional heater, requires only one electrical connection for supplying energy.
  • the invention also relates to a heating, ventilating and / or air conditioning system for a vehicle comprising an air flow heating device as described above.
  • Reference to the electrically conductive nonwoven always includes reference to a sheet, electrically conductive material.
  • FIG. 1 shows a heating element 10 from the front with a meandering form arranged electrically conductive fleece 11. The connection of the electrically conductive fleece 11 to an electrical voltage source via the contacts or terminals 12 and 13th
  • FIGS. 2 and 3 show two further embodiments of heating elements 20 and 30, respectively, extending from the heating element 10 FIG. 1 differ in their shape.
  • the electrically conductive fleece 11 is arranged in a bellows shape.
  • the electrically conductive fleece 11 is arranged in the form of a dovetail pattern.
  • These shapes can be achieved for example by folding or by deep drawing of the electrically conductive nonwoven.
  • a fixation of the mold can be achieved by a simultaneous or subsequent heating of the web by the thermoplastic base material is made malleable by the heat.
  • the electrically conductive fleece can be in long strips of 10mm * 1660mm. This results in a total area of 166 cm 2 . If 1 Watt / cm 2 is assumed as the heating power per unit area in a simplified manner, the result is a heat output of approximately 170 W per strip of electrically conductive fleece.
  • the length of 1660mm can be reduced to dimensions suitable for automobile heating and air conditioning systems without significantly reducing the active surface area.
  • the main flow direction of the air flow is in the FIGS. 1 to 3 usually perpendicular to the drawing plane.
  • FIG. 5a shows a heating element 50a, in which the electrically conductive fleece is mounted on heat exchanger fins 51.
  • the heat exchanger fins 51 are held by a carrier 52.
  • the large area connections 12 and 13 provide a uniform distribution of current in the electrically conductive web to avoid local concentrations of current flow through the web.
  • FIG. 5b shows a heating element 50b similar to the heating element 50b, wherein the arrangement of the electrical connections is configured differently.
  • the carrier 52 is in FIG. 5b electrically insulating.
  • a first contact band 53 is connected to the electrical terminal 13.
  • a second contact band 54 is connected to the electrical connection 12.
  • the contact bands 53, 54 have in this example been attached to the longitudinal edges of the mat before the mat was placed in the illustrated bellows-like shape.
  • the contact strips have a low electrical resistance compared to the electrically conductive nonwoven. As a result, there are all points of each one of the contact strips 53, 54 at approximately the same electrical voltage.
  • the current flow in the fleece takes place along the arrow marked I. It is achieved a uniform current distribution in the web.
  • the attachment of the contact strips on the nonwoven fabric can be done for example by pressing, sewing, or fusing.
  • FIG. 5c corresponds largely FIG. 5d but only the electrically conductive nonwoven fabric 51c is shown. Instead of the bellows-shaped shape FIG. 5b has the web 51c in FIG. 5c a meandering shape. Again, contact bands 53, 54 are present.
  • FIG. 5d represents a further embodiment in which the electrically conductive fleece 51d is arranged honeycomb.
  • Such a honeycomb-shaped structure can be achieved for example by sewing, gluing or welding.
  • FIG. 5e also shows a honeycomb structure of the electrically conductive nonwoven, here for the power supply, an arrangement has been selected which corresponds to those of the FIGS. 5b and 5c similar.
  • FIGS. 5a to 5e shown embodiments are given by way of example only, as well as all figures and the associated descriptions.
  • the arrangement of the electrical contacts as well as the shape of the electrical nonwoven may vary.
  • FIG. 6 shows a cross section through the heat exchanger ribs 51.
  • the basic shape is achieved by a support member 61, which may correspond to conventional rib elements.
  • a layer of insulating material 62 is attached or applied. Over this layer of insulating material 62, a further layer 63 is arranged, which consists of electrically conductive fleece.
  • the layer of insulating material or short insulating layer 62 is not necessary if the support member 61 itself consists of an electrically insulating material.
  • FIG. 7 shows a portion of an air guide member 73, which is provided with an air flow heating device.
  • the air flow heater comprises an electrically conductive fleece 74 and two contacts 71, 72.
  • the fleece extends perpendicular to the air flow direction, so that the fleece is flowed through by the air flow.
  • the contacts 71, 72 are also used to attach the fleece by the fleece between the contacts, for example, is clamped.
  • the current flow in the electrically conductive fleece takes place essentially along the arrow designated I.
  • FIG. 8 shows a front view of a portion of an air guide member 73.
  • an electrically conductive fleece 74 is attached, which is supplied by the two contacts 71, 72 with electric current.
  • Each of the two contacts 71, 72 is cranked up or down or rounded in order to fill the inner cross section of the air guide element as well as possible and to avoid leaks between the fleece and the inner wall.
  • FIG. 9 shows a further variant of an air flow heating device in an air guide element.
  • the variant of FIG. 9 is different from the one FIG. 8 in that, instead of the contact plates 81, 82, only contact strips 91, 92 are now provided.
  • the electrically conductive fleece heats up almost everywhere on the inner surface the air guide element 73 evenly, whereby a uniform heating of the air flow can be achieved.
  • FIG. 10 shows a further variant of an air flow heating device in an air guide element.
  • the contact strips 101, 102 are mounted on the same wall of the air guide element, whereby the electrical connection is simplified.
  • the current flow takes place in accordance with the arrows shown and designated I, ie counterclockwise.
  • the electrically conductive fleece is interrupted at a gap 103 in order to prevent a direct flow of current in a clockwise direction from the contact strip 101 to the contact strip 102.
  • a spacer may be inserted into the gap 103.
  • the air flow heaters of the FIGS. 7 and 8 reach with 75cm 2 active area about 75W of heating power and the variants of the FIGS. 9 and 10 have an active area of about 180cm 2 , which gives the heating power to about 180W. This difference is mainly caused by the additional heating power of the wall sections shown vertically in the figures.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Fahrzeugs.
  • Sie betrifft eine Vorrichtung mit einem elektrischen Heizelement. Elektrische Heizelemente finden in Heizungs- und Klimaanlagen von Fahrzeugen zunehmend Verwendung. Ein Grund hierfür ist die schnelle Reaktionszeit von elektrischen Heizelementen im Vergleich zu den langen Aufheizzeiten, die z.B. ein vom Kühlwasserkreislauf eines Verbrennungsmotors gespeistes Heizelement bietet. Ein weiterer Grund liegt darin, dass manche moderne Verbrennungsmotoren nur noch wenig Abwärme produzieren und schließlich ermöglichen elektrische Heizelemente auch eine differenzierte Temperierung von Fahrer-, Beifahrer- und Rücksitzbereich.
  • Bisher wurden als elektrische Heizelemente beispielsweise keramische Widerstände eingesetzt. Häufig werden die Keramikwiderstände mit metallischen Materialien verbunden, die die aktive Oberfläche des Heizelements vergrößern und damit dessen Wirkungsfähigkeit erhöhen. Die Heizelemente sind im Betrieb einem Luftstrom ausgesetzt, der z.B. innerhalb eines Lüftungskanals einer Heizungs- oder Klimaanlage geführt wird.
  • Ein solches Heizelement ist z.B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 510 381 A1 der Anmelderin bekannt. Das Heizelement bildet eine abschnittsweise Wandung eines Luftkanals, wodurch die in dem Luftkanal strömende Luft über der Länge des Heizelements erwärmt wird.
  • Aus der DE 10 2005 008 596 B3 ist eine Heizvorrichtung bekannt, mit einer Heizschicht, in der mit elektrischem Strom versorgbare Widerstandsheizungen angeordnet sind und die mit einer gut wärmeleitenden Metall-Deckschicht wärmeleitend verbunden ist. Die Deckschicht begrenzt einen Luftströmungsbereich, welcher mit einer metallischen und gut wärmeleitenden luftdurchlässigen Struktur gefüllt ist. Die Heizvorrichtung hat einen komplexen und entsprechend aufwendig herzustellenden Aufbau und weist ein hohes Eigengewicht auf.
  • Die verwendeten Keramikwiderstände sind kostspielig und weisen ein hohes Gewicht auf. Ferner muss bei der Verwendung von Keramikwiderständen dafür Sorge getragen werden, dass diese nicht in der Nähe von temperaturanfälligen Materialien, wie z.B. den üblicherweise verwendeten Luftkanälen aus Kunststoff, angeordnet werden. Gegebenenfalls müssen auch entsprechende Vorkehrungen zur thermischen Isolierung gegenüber derartigen wärmeempfindlichen Materialien des Heizelements getroffen werden. Die vorliegende Erfindung bietet eine Alternative zu den bisher eingesetzten Keramikheizelementen oder vergleichbaren Heizelementen. Die EP 1 528 837 A1 offenbart eine Anlage gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die vorliegende Erfindung hat eine Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlage eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 zum Gegenstand, wobei die Luftstromerwärmungsvorrichtung ein Heizelement umfasst, das in einem Luftströmungsbereich angeordnet ist und ein elektrisch leitfähiges Vlies umfasst. Ein solches elektrisch leitfähiges Vlies kann beispielsweise Karbon-fasern aufweisen, die als Leiterbahnen dienen. Werden die Karbonfasern von einem elektri-schen Strom durchflossen, wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Das elektrisch leitfähige Vlies kann so hergestellt sein, dass es ein geringes Eigengewicht aufweist und sehr flach ist. Durch die Verwendung von Karbonfasern sowie das geringe Eigengewicht kann mit dem elektrisch leitfähigen Vlies auch eine schnellere Aufheiz- und Abkühlzeit als mit metallischen Heizleitern oder auch Keramikheizelementen erreicht werden. Dadurch, dass das elektrisch leitfähige Vlies flach ist, kann es als Heizelement im Inneren eines Luftführungsele-ments angeordnet sein, ohne das Strömungsverhalten der Luft, die durch das Luftführungselement strömt, übermäßig zu beeinflussen. Aufgrund des geringen Eigengewichts des elektrisch leitfähigen Vlieses spricht auch nichts dagegen, längere Wandabschnitte eines Luftführungselements mit dem elektrisch leitfähigen Vlies auszukleiden oder direkt in die Wandung einzuspritzen, um die für die Wärmeübertragung aktive Fläche zwischen Heizelement und Luft zu vergrößern. Hierzu trägt auch die Variabilität des elektrisch leitfähigen Vlieses bezüglich seiner elektrischen Eigenschaften bei. Z.B. kann der Flächenwiderstand typischerweise von 1 bis 1 kΩ /mm2 betragen. Das elektrisch leitfähige Vlies kann für elektrische Spannungen von 4 bis 400 V und elektrische Leistungen von bis zu 0,8 W/cm2 ausgelegt sein. Dies ermöglicht eine große Flexibilität bei der Gestaltung der als Heizelement dienenden Flächen. Die faserverstärkende Wirkung von C-Fasern sorgt dafür, dass das elektrisch leitfähige Vlies sich auch dann nicht auflöst oder zersetzt, wenn es einer Luftströmung ausgesetzt ist. Gegen lokale Beschädigungen in der Heizfläche ist ein elektrisch leitfähiges Vlies unempfindlich, da durch die Vliesstruktur eine Vielzahl von kleinen Leiterbahnen bereitgestellt wird und dadurch die elektrische Leitfähigkeit gesichert wird. Elektrisch leitfähige Vliese können derzeit eine Maximaltemperatur von ca. 180° C erreichen. Die Entflammbarkeit hängt von dem Anteil des neben den Karbonfasern verwendeten Basismaterial ab, welches z.B. ein thermoplas-tischer Kunststoff sein kann. Durch variieren des Basismaterialanteils kann damit auch die Entflammbarkeit angepasst werden. Die Dicke des Vlieses beträgt ungefähr 30µm.
  • Das elektrisch leitfähige Vlies umfasst erfindungsgemäß ein Material, das einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Mit dieser Vorkehrung ist es möglich, das elektrisch leitfähige Vlies bezüglich seines Temperaturverhaltens geregelt auszugestalten. Mit zunehmender Temperatur nimmt der Widerstand eines Materials mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) ab, wodurch die in dem Material umgesetzte Leistung jedoch zunimmt. Deshalb besteht Möglichkeit zur Temperaturregulierung über den elektrischen Verbraucher mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC), in diesem Fall das Heizelement, selbst, oder ein Messelement, z.B. einen NTC, parallel zu dem Heizelement zu schalten und in thermischem Kontakt mit dem Heizelement anzubringen.
  • Das elektrisch leitfähige Vlies kann in einem Rahmen angeordnet sein. Durch einen Rahmen wird die Formgebung des elektrisch leitfähigen Vlieses erleichtert. Ferner kann der Rahmen zur Befestigung des Vlieses an z.B. einem Luftführungselement verwendet werden mittels bekannter Befestigungstechniken, wie Verschrauben, Verkleben oder Verrasten. Das Vlies kann auch eine Form haben, wie sie die derzeit üblichen Wärmetauscherrippen aufweisen. Auch ermöglicht es ein Rahmen, mehrere Einzelvliese zu einem Heizelement zusammen zu fassen.
  • Das elektrisch leitfähige Vlies kann an Rippen angeordnet sein, die sich längs zu einer Strömungsrichtung eines die Luftstromerwärmungsvorrichtung durchquerenden Luftstroms erstrecken. Durch diese Ausgestaltung wird zum einen der Strömungswiderstand nur geringfügig erhöht und zum anderen eine Vergrößerung der Fläche erreicht, an der der Luftstrom mit dem elektrisch leitfähigen Vlies in Kontakt kommt.
  • Die Luftstromerwärmungsvorrichtung nach Anspruch 4 kann weiterhin ein elektrisch isolierendes Material umfassen, das zwischen den Rippen und dem elektrisch leitfähigen Vlies angeordnet ist. Mit dieser Ausgestaltung können die Rippen selbst aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, ohne dass dadurch die Funktionsfähigkeit des elektrisch leitfähigen Vlieses beeinträchtigt wird.
  • Die Luftstromerwärmungsvorrichtung kann weiterhin eine Wandung umfassen, die dafür ausgelegt ist, einen die Luftstromerwärmungsvorrichtung durchquerenden Luftstrom zu führen wobei das elektrisch leitfähige Vlies an der Wandung angeordnet oder eingespritzt ist. Eine derartige Ausgestaltung verringert den Strömungsquerschnitt nur geringfügig und führt somit nur zu geringen Strömungswiderständen. Da auch ein längerer Wandungsabschnitt mit dem elektrisch leitfähigen Vlies ausgekleidet sein kann, lässt sich auch hier eine genügend große Fläche für den Wärmeaustausch zwischen Heizelement und Luftstrom bereitstellen. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise in der Nähe von Austrittsdüsen verwendet werden, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Im Zusammenhang mit bekannten Lösungen ist zu beachten, dass in der Nähe von Austrittsöffnungen Turbulenzen, die durch in den Luftstrom hineinragende Teile verursacht werden, zu störenden Geräuschen im Innenraum des Fahrzeugs führen können.
  • Das elektrisch leitfähige Vlies kann mäanderförmig angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich die aktive Fläche des Vlieses vergrößern. Außerdem weist das Vlies in dieser Anordnung auch eine Eigenstabiliät auf.
  • Das elektrisch leitfähige Vlies kann balgförmig angeordnet sein. Auch hier vergrößert sich die einem Luftstrom ausgesetzte aktive Oberfläche.
  • Das elektrisch leitfähige Vlies kann wabenförmig angeordnet sein. Eine derartige Ausgestaltung weist eine vergrößerte aktive Oberfläche auf und ist stabil.
  • Die Erfindung hat des Weiteren eine Luftstromerwärmungsvorrichtung, insbesondere für eine Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlage eines Fahrzeugs zum Gegenstand, die ein Heizelement umfasst, das in einem Luftströmungsbereich angeordnet ist. Das Heizelement umfasst ein flächiges, elektrisch leitfähiges Material, das Wärme produziert, wenn es von einem elektrischen Strom durchflossen wird.
  • Die möglichen Ausgestaltungen, die für ein elektrisch leitfähiges Vlies beschrieben wurden, können auch mit dem flächigen, elektrisch leitfähigen Material umgesetzt werden.
  • Das flächige, elektrisch leitfähige Material kann gewebeartig, faserstrukturartig, filzartig oder dergleichen sein. Es ist auch denkbar, das flächige, elektrisch leitfähige Material als Beschichtung eines Trägermaterials aufzubringen.
  • Das flächige, elektrisch leitfähige Material kann rippenförmig, balgförmig, mäanderförmig oder wabenförmig ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltungen vergrößern die aktive Fläche und erhöhen die Stabilität des Materials. Elektrische Anschlüsse können entlang von Kanten des flächigen, elektrisch leitfähigen Materials angeordnet sein. Beispielsweise kann einer der beiden Anschlüsse, die zur elektrischen Stromversorgung mindestens erforderlich sind, entlang einer ersten Kante angeordnet sein und der zweite Anschluss kann entlang einer entgegengesetzt gelegenen Kante des flächigen, elektrisch leitfähigen Materials angeordnet sein.
  • Die Erfindung hat auch eine Zusatzheizeinrichtung für eine Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlage eines Fahrzeugs zum Gegenstand, die eine Luftstromerwärmungsvorrichtung umfasst, wie sie soeben beschrieben wurde und die benachbart zu einer Luftaustrittsöffnung der Heizungs- oder Klimaanlage angeordnet ist. Eine solche Zusatzheizeinrichtung erlaubt es, den an der entsprechenden Luftaustrittsöffnung austretenden Luftstrom unabhängig von den Luftströmen, die aus anderen Luftaustrittsöffnungen austreten, zu temperieren. Für Fahrer, Beifahrer und gegebenenfalls auch weitere Fahrgäste können somit unterschiedliche Temperaturzonen innerhalb eines Fahrzeugs bereitgestellt werden. Das elektrisch leitfähige Vlies, das als Heizelement in der Zusatzheizeinrichtung arbeitet, benötigt zur Energieversorgung lediglich einen elektrischen Anschluss.
  • Die Erfindung hat auch eine Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlage für ein Fahrzeug zum Gegenstand, die eine Luftstromerwärmungsvorrichtung wie oben beschrieben umfasst.
  • In der nun folgenden beispielhaften Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, für die gilt:
    • Figur 1 zeigt ein Heizelement aus einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 2 zeigt ein Heizelement aus einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 3 zeigt ein Heizelement aus einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 4 zeigt ein aus mehreren Heizvliesen zusammengestelltes Heizelement.
    • Figur 5a zeigt ein Heizelement aus einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 5b zeigt ein Heizelement aus einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 5c zeigt ein elektrisch leitfähiges Vlies oder Material eines Heizelement aus einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 5d zeigt ein elektrisch leitfähige Vlies oder Material eines Heizelement aus einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 5e zeigt einen Ausschnitt eines elektrisch leitfähiges Vlies oder Material aus einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Kombination aus Wärmetauscherrippen und elektrisch leitfähigem Vlies.
    • Figur 7 zeigt eine Luftstromerwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung.
    • Figur 8 zeigt eine Vorderansicht der Luftstromerwärmungsvorrichtung von Figur 7.
    • Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Luftstromerwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • Figur 10 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer Luftstromerwärmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Eine Bezugnahme auf das elektrisch leitfähigen Vlies schließt stets auch eine Bezugnahme auf eine flächiges, elektrisch leitfähiges Material mit ein.
  • Figur 1 zeigt ein Heizelement 10 von vorne mit einem mäanderformig angeordneten elektrisch leitfähigen Vlies 11. Der Anschluss des elektrisch leitfähigen Vlieses 11 an eine elektrische Spannungsquelle geschieht über die Kontakte bzw. Anschlüsse 12 und 13.
  • In den Figuren 2 und 3 sind zwei weitere Ausführungsformen von Heizelementen 20 bzw. 30 zu sehen, die sich von dem Heizelement 10 aus Figur 1 bezüglich ihrer Form unterscheiden. In Figur 2 ist das elektrisch leitfähige Vlies 11 balgförmig angeordnet. In Figur 3 ist das elektrisch leitfähige Vlies 11 in Form eines Schwalbenschwanzmusters angeordnet. Diese Formgebungen können zum Beispiel durch Falzen oder durch Tiefziehen des elektrisch leitfähigen Vlieses erreicht werden. Gegebenenfalls kann durch eine gleichzeitige oder anschließende Erwärmung des Vlieses eine Fixierung der Form erreicht werden, indem das thermoplastische Basismaterial durch die Wärme formbar gemacht wird.
  • Folgende Zahlenangaben vermitteln einen Eindruck der räumlichen Dimensionen und der in einem solchen Heizelement umgesetzten Leistung. Das elektrisch leitfähigen Vlies kann in langen Streifen von 10mm * 1660mm vorliegen. Daraus ergibt sich eine Gesamtfläche von 166 cm2. Wird als Heizleistung pro Flächeneinheit vereinfacht 1 Watt/cm2 angenommen, so ergibt sich eine Heizleistung von ungefähr 170W pro Streifen des elektrisch leitfähigen Vlieses. Durch die Formgebungen in den Figuren 1 bis 3 lässt sich die Länge von 1660mm auf Abmessungen reduzieren, die für automobile Heizungs- und Klimaanlagen geeignet sind, ohne die aktive Oberfläche wesentlich zu reduzieren. Die Hauptströmungsrichtung des Luftstroms ist in den Figuren 1 bis 3 üblicherweise senkrecht zur Zeichenebene.
  • Figur 4 zeigt eine Anordnung 40 von fünf Heizelementen 10 aus Figur 1. Alle Heizelemente 10 sind auf Seiten des Minuspols an einen elektrischen Sammelkontakt 42 angeschlossen, welcher wiederum mit Anschluss 12 verbunden ist. Auf Seiten des Pluspols sind alle Heizelemente an einen Sammelkontakt 41 angeschlossen, welcher mit dem Anschluss 13 verbunden ist. Ausgehend von den oben angegebenen Zahlen ergibt sich für diese Anordnung 40 eine Heizleistung von ungefähr 170W/Heizelement * 5 Heizelemente = 850W.
  • Figur 5a zeigt ein Heizelement 50a, bei welchem das elektrisch leitfähige Vlies auf Wärmetauscherrippen 51 angebracht ist. Die Wärmetauscherrippen 51 werden von einem Träger 52 gehalten. Die großflächigen Anschlüsse 12 und 13 sorgen für eine gleichmäßige Stromverteilung in dem elektrisch leitfähigen Vlies, um lokale Konzentrationen des Stromflusses durch das Vlies zu vermeiden.
  • Figur 5b zeigt ein dem Heizelement 50a ähnliches Heizelement 50b, wobei die Anordnung der elektrischen Anschlüsse jedoch anders ausgestaltet ist. Der Träger 52 ist in Figur 5b elektrisch isolierend. Ein erstes Kontaktband 53 ist mit dem elektrischen Anschluss 13 verbunden. Ein zweites Kontaktband 54 ist mit dem elektrischen Anschluss 12 verbunden. Die Kontaktbänder 53, 54 sind in diesem Beispiel an den Längsrändern des Vlieses befestigt worden, bevor das Vlies in die dargestellte balgförmige Form gebracht wurde. Die Kontaktbänder haben im Vergleich zum elektrisch leitfähigen Vlies einen geringen elektrischen Widerstand. Dadurch befindet sich befinden sich alle Punkte von jeweils einem der Kontaktbänder 53, 54 auf annähernd der gleichen elektrischen Spannung. Der Stromfluss in dem Vlies erfolgt entlang des mit I gekennzeichneten Pfeils. Es wird eine gleichmäßige Stromverteilung in dem Vlies erreicht.
  • Die Befestigung der Kontaktbänder an dem Vlies kann beispielsweise durch Einpressen, Nähen, oder Verschmelzen erfolgen.
  • Figur 5c entspricht weitgehend Figur 5d, wobei jedoch nur das elektrisch leitfähige Vlies 51c dargestellt ist. Anstelle der balgförmigen Form aus Figur 5b weist das Vlies 51c in Figur 5c eine mäanderförmige Form auf. Auch hier sind Kontaktbänder 53, 54 vorhanden.
  • Figur 5d stellt eine weitere Ausführungsform dar, bei welcher das elektrisch leitfähige Vlies 51d wabenförmig angeordnet ist. Die Stromversorgung erfolgt über die zwei Kontakte 12, 13. Eine solche wabenförmige Struktur kann beispielsweise durch Nähen, Kleben oder Verschweißen erreicht werden.
  • Figur 5e zeigt ebenfalls eine wabenförmige Struktur des elektrisch leitfähigen Vlieses, wobei hier für die Stromversorgung eine Anordnung gewählt wurde, die denjenigen aus den Figuren 5b und 5c ähnelt.
  • Die in den Figuren 5a bis 5e gezeigten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft angegeben, so wie sämtliche Figuren und die dazugehörigen Beschreibungen. Zum Beispiel kann die Anordnung der elektrischen Kontakte wie auch die Form des elektrischen Vlieses variieren.
  • Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch die Wärmetauscherrippen 51. Die grundlegende Formgebung wird durch ein Trägerteil 61 erreicht, welches üblichen Rippenelementen entsprechen kann. In Figur 6 ist an einer Oberfläche des Trägerteils eine Schicht aus Isoliermaterial 62 angebracht bzw. aufgebracht. Über dieser Schicht aus Isoliermaterial 62 ist eine weitere Schicht 63 angeordnet, die aus elektrisch leitfähigem Vlies besteht. Die Schicht aus Isoliermaterial oder kurz Isolierschicht 62 ist nicht notwendig, wenn das Trägerteil 61 selber aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
  • Figur 7 zeigt einen Abschnitt eines Luftführungselements 73, der mit einer Luftstromerwärmungsvorrichtung versehen ist. Die Luftstromerwärmungsvorrichtung umfasst ein elektrisch leitfähiges Vlies 74 und zwei Kontakte 71, 72. Das Vlies erstreckt sich senkrecht zur Luftströmungsrichtung, so dass das Vlies vom Luftstrom durchströmt wird. Die Kontakte 71, 72 dienen auch der Befestigung des Vlieses, indem das Vlies zwischen den Kontakten beispielsweise aufgespannt ist. Der Stromfluss in dem elektrisch leitfähigen Vlies erfolgt im Wesentlichen entlang des mit I bezeichneten Pfeils.
  • Figur 8 zeigt eine Vorderansicht eines Abschnitts von einem Luftführungselement 73. Auch hier ist an der Innenseite des Luftführungselements 73 ein elektrisch leitfähiges Vlies 74 angebracht, welches von den zwei Kontakten 71, 72 mit elektrischem Strom versorgt wird. Jeder der beiden Kontakten 71, 72 ist oben und unten gekröpft oder abgerundet, um den Innenquerschnitt des Luftführungselements möglichst gut auszufüllen und Leckstellen zwischen Vlies und Innenwand zu vermeiden.
  • Figur 9 zeigt eine weitere Variante einer Luftstromerwärmungsvorrichtung in einem Luftführungselement. Die Variante von Figur 9 unterscheidet sich von derjenigen aus Figur 8 dadurch, dass anstelle der Kontaktplatten 81, 82 nun lediglich Kontaktstreifen 91, 92 vorgesehen sind. Dadurch erwärmt sich das elektrisch leitfähige Vlies nahezu überall auf der Innenfläche des Luftführungselements 73 gleichmäßig, wodurch auch eine gleichmäßige Erwärmung des Luftstroms erreicht werden kann.
  • Figur 10 zeigt eine weitere Variante einer Luftstromerwärmungsvorrichtung in einem Luftführungselement. Die Kontaktstreifen 101, 102 sind an derselben Wandung des Luftführungselements angebracht, wodurch der elektrische Anschluss vereinfacht wird. Der Stromfluss erfolgt gemäß den dargestellten und mit I bezeichneten Pfeilen, d.h. gegen den Uhrzeigersinn. Zwischen den Kontaktstreifen 101, 102 ist das elektrisch leitfähige Vlies an einer Lücke 103 unterbrochen, um einen direkten Stromfluss im Uhrzeigersinn vom Kontaktstreifen 101 zum Kontaktstreifen 102 zu verhindern. Gegebenenfalls kann in die Lücke 103 auch ein Abstandhalter eingefügt sein.
  • Die Luftstromerwärmungsvorrichtungen der Figuren 7 und 8 erreichen mit 75cm2 aktiver Fläche ungefähr 75W an Heizleistung und die Varianten der Figuren 9 und 10 haben eine aktive Fläche von ca. 180cm2, wodurch sich die Heizleistung zu ungefähr 180W ergibt. Dieser Unterschied wird hauptsächlich durch die zusätzliche Heizleistung der in den Figuren vertikal dargestellten Wandabschnitte verursacht.

Claims (14)

  1. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage mit zumindest einer Luftstromerwärmungsvorrichtung umfassend ein Heizelement (10, 20, 30, 40, 50a, 50b, 51), das in einem Luftströmungsbereich angeordnet ist,
    das Heizelement (10, 20, 30, 50a, 50b, 51) umfasst, zumindest ein flächiges, elektrisch leitfähiges, stromdurchflossenes Vlies (11, 51c, 51d, 63) aus einem elektrisch leitfähigen Material welches Wärme produziert, wenn es von elektrischem Strom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Vlies (11, 51c, 51d, 63) ein Material umfasst, das einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
  2. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitfähige Vlies (11, 51c, 51d, 63) so angeordnet ist, dass ein Luftstrom im Luftströmungsbereich an dem Vlies entlangströmt.
  3. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das elektrisch leitfähige Vlies (11, 51c, 51d, 63) Karbonfasern umfasst.
  4. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Vlies (11, 51c, 51d, 63) an einem Rahmen angeordnet ist.
  5. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Vlies (11, 51c, 51d, 63) an Rippen (51, 61) angeordnet ist, die sich längs zu einer Strömungsrichtung eines die Luftstromerwärmungsvorrichtung durchquerenden Luftstroms erstrecken.
  6. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach Anspruch 5, weiterhin umfassend ein elektrisch isolierendes Material (62), das zwischen den Rippen (61) und dem elektrisch leitfähigem Vlies (11, 51c, 51d, 63) angeordnet ist.
  7. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Wandung, die dafür ausgelegt ist, einen die Luftstromerwärmungsvorrichtung durchquerenden Luftstrom zu führen, wobei das elektrisch leitfähige Vlies (11, 51c, 51d, 63) an der Wandung angeordnet oder in diese eingespritzt ist.
  8. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Vlies (11, 51c, 51d, 63) mäanderförmig, balgförmig und/oder wabenförmig angeordnet ist.
  9. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Vlies (11, 51c, 51d, 63) in langen Streifen vorliegt.
  10. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse (12, 13) an den Enden des langen Streifen des elektrisch leitfähigen Vlieses (11, 63) vorgesehen sind und der Stromfluss im elektrisch leitfähigen Vlies (11, 63) in Längsrichtung des langen Streifens erfolgt.
  11. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse (12, 13) Kontaktbänder (53, 54) entlang der Längsränder des elektrisch leitfähigen Vlieses (11, 51c, 51d, 63) umfassen und der Stromfluss im elektrisch leitfähigen Vlies (11, 51c, 51d, 63) in Querrichtung des langen Streifens erfolgt.
  12. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine elektrisch leitfähige Vlies (74) an der Innenseite eines Luftführungselement (73) angeordnet ist und die elektrischen Anschlüsse (12, 13) des Vlieses (74) Kontaktstreifen (101, 102) aufweisen, welche parallel zu einer Strömungsrichtung im Luftführungselement (73) ausgebildet sind und der Stromfluss im elektrisch leitfähigen Vlies (74) in Umfangsrichtung erfolgt.
  13. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das zumindest eine elektrisch leitfähige Vlies (74) senkrecht zur Luftströmungsrichtung im Luftführungselement erstreckt und das Vlies vom Luftstrom durchströmt wird.
  14. Fahrzeugheizungs-, -Lüftungs- und/oder -Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufterwärmungsvorrichtung zumindest eine Zusatzheizeinrichtung bildet, welche benachbart zu einer Luftaustrittsöffnung der Fahrzeugheizungs-, -lüftungs- und/oder - klimaanlage angeordnet ist.
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