EP2816871A1 - Wärmeübertragereinrichtung und Heizvorrichtung - Google Patents

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EP2816871A1
EP2816871A1 EP14172836.0A EP14172836A EP2816871A1 EP 2816871 A1 EP2816871 A1 EP 2816871A1 EP 14172836 A EP14172836 A EP 14172836A EP 2816871 A1 EP2816871 A1 EP 2816871A1
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EP
European Patent Office
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surface heating
heating element
fluid
heat exchanger
fluid channel
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EP14172836.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2816871B1 (de
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Wolfgang Seewald
Karl-Gerd Krumbach
Michael Kohl
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2816871A1 publication Critical patent/EP2816871A1/de
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
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    • F24H1/101—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply
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    • H05B2206/02—Induction heating
    • H05B2206/024—Induction heating the resistive heat generated in the induction coil is conducted to the load

Definitions

  • the invention relates to a heat transfer device for a heating device according to the preamble of claim 1 and a heating device, in particular for a motor vehicle.
  • Heating devices are known in the art. Thus, there are air-side heating devices that have so-called PTC heating elements, which are electrically energized and thereby heat. Via air-side fins, which are in contact with the PTC elements, the heat is transferred to the air flowing through.
  • PTC heating elements which are electrically energized and thereby heat.
  • Via air-side fins which are in contact with the PTC elements, the heat is transferred to the air flowing through.
  • these heaters have a fundamentally different structure than necessary for liquid media.
  • Liquid media heaters are provided with a closed housing formed with a fluid channel having a fluid inlet and a fluid outlet, wherein a heater protrudes into the housing and is heated by a PTC element.
  • a heating device which comprises a housing with a fluid channel disposed therein with a fluid inlet and a fluid outlet, wherein in the housing an alternating magnetic field generating element is provided which seals at least one wall of the fluid channel is divided, wherein at least one metallic surface heating element is provided, which is heatable by the alternating magnetic field, wherein the at least one surface heating element is arranged in the fluid channel.
  • the heat transfer device for a heating device in particular of a motor vehicle, has a housing with at least one fluid channel arranged therein with a fluid inlet and a fluid outlet, an element producing a magnetic alternating field and at least one surface heating element which can be flowed around by a fluid on one or both sides, wherein a further surface heating element is provided, which is arranged to divide the at least one fluid channel into sub-channels.
  • the at least one and the further surface element are heated by the magnetic alternating field and can deliver their heat to the at least one and the further surface heating element flowing around the fluid.
  • the alternating magnetic field generating element is preferably arranged sealed by a wall of the fluid and thus arranged outside the fluid channel and the fluid flow through the fluid channel.
  • the at least one and the further surface heating element are in one of Fluid channels arranged, wherein an electrical separation of the electrical system (alternating magnetic field generating element, surface heating element) is achieved.
  • the additional surface heating element can, in addition to the at least one surface heating element, receive a heating power component of the alternating magnetic field.
  • the at least one surface heating element is preferably a first surface heating element arranged within the element generating the alternating magnetic field.
  • the magnetic alternating field generating element is preferably an induction coil.
  • a second, outside of the magnetic alternating field generating element arranged surface heating element is provided.
  • the further surface heating element is preferably arranged directly adjacent to the second surface heating element. It is particularly preferably arranged outside the second surface heating element.
  • four fluid channels for the fluid can be realized.
  • the second and the further surface heating elements preferably have a contact, whereby the heating power density per surface heating element can be divided and thereby reduced.
  • the heating power density of the second surface heating element can be optimized.
  • the further surface element preferably has transverse mixing elements. This results in a cross-mixing of the fluid in the two sub-channels flows, in particular in the fourth fluid channel allows.
  • a cylindrically structured heat exchanger device a cylindrical first surface heating element is arranged, viewed from the central axis. This is surrounded by the cylindrical induction coil.
  • the second surface heating element is arranged cylindrically around the induction coil. Seen radially outwardly, the cylindrically structured third surface heating element adjoins.
  • Cross-mixing is particularly advantageous, since the fluid is often distributed unevenly on entering the fourth fluid channel.
  • the cross-mixing elements can realize flow paths between the two sub-channels of the fourth fluid channel.
  • the cross-mixing elements have openings, by means of which the fluid can flow through the further third surface heating element.
  • the fluid can pass from the fluid channel, in particular one of the subchannels, which is arranged on one side of the further surface heating element into the subchannel arranged on the other side.
  • the openings are preferably formed by the further surface heating element having straight sections and sections with bulges.
  • the rectilinear portions and the portions with bulges and openings are arranged alternately, so that distributed over the length of the surface heating element arranged connecting channels or flow paths for passage for the fluid from one to the other part of the channel.
  • the cross-connection elements can also be formed by slots or generally introduced recesses in the rectilinear portions of the third surface heating element.
  • the further surface heating element has a geometric configuration, by means of which a spacing of two adjacently arranged surface heating elements can be realized.
  • the surface heating element can also be a spacing of the Surface heating element to realize an inner wall of the housing.
  • the geometric configuration preferably comprises bulges, corrugations, more generally elements that project beyond the surface, in particular the surface of the straight section of the surface heating element, but are designed in one piece with it.
  • two functions in particular a passage of the fluid from one sub-channel into another sub-channel and a spacer between the further surface-heating element and the adjacently arranged second surface-heating element can be realized with the one further surface-heating element.
  • the geometric configuration of the further surface heating element has a geometric structure which is set up and configured to realize a turbulation and swirling of the fluid flowing through the subchannels.
  • This can be achieved in particular by the geometric arrangement of the transverse mixing elements, in particular the bulges and openings over the surface of the surface heating element.
  • the respective geometric shape of the bulge can be designed variable.
  • the bulges are arranged "on gap", whereby seen in the flow direction rectilinear portions and portions with bulges are arranged alternately.
  • the further surface heating element divides the at least one fluid channel into subchannels such that the lowest possible pressure drop and a maximum possible heat dissipation to the coolant in the fluid channel are realized.
  • the maximum possible heat dissipation can be increased by the design of the further surface heating element, by the surface, which can be used for heat transfer, is increased.
  • the further surface heating element preferably has indentations and / or ribbing. As a result, a pressure drop on the fluid side can preferably be selectively introduced.
  • the surface heating elements are made of a material having a higher electrical resistivity than the material of the alternating magnetic field generating element (induction coil), in particular, the surface heating elements on a ferrous material.
  • induction coil in this case has a very good conductive copper, in particular an HF copper (high-frequency copper).
  • the iron-containing material of the further surface heating element is a ferritic material.
  • the first surface heating element is preferably formed from a ferritic material
  • the second surface heating element is preferably formed from an austenitic material
  • the third surface heating element is preferably formed from a ferritic material.
  • the second surface heating element is penetrated by the alternating magnetic field and the third surface heating element can "capture” the "remaining” magnetic field and converted into heat energy by induced eddy currents.
  • an optimized distribution of Schutulasanteüe on arranged inside and outside the induction coil surface heating done.
  • the further surface heating element can be configured such that the further surface heating element can be installed in a planar and / or cylindrical housing.
  • the surface heating elements can thus be designed cylindrical or present as planar elements and be arranged vertically or horizontally.
  • the further third area heating element can in this case the bulges and openings and / or slots and corrugations and / or Indentations and ribs in vertical or horizontal sections have.
  • two surface heating elements adjacent to one another are connected to one another in a form-fitting and / or material-locking manner. This is particularly advantageous, as this assembly can be simplified.
  • a support of the outer surface heating element can be avoided on the housing, whereby the risk of entanglement between the professionnheizelement and the housing is avoided during assembly.
  • the surface heating elements in the region of the spacer elements which are formed for example by pronounced knob-like projections, connected to each other.
  • the heating device with a heat transfer device has a control unit for controlling the alternating magnetic field generating element and the mecanicncopy shame, wherein the heat transfer device comprises a housing having at least one fluid channel disposed therein with a fluid inlet and a fluid outlet and a magnetic alternating field generating element and at least one of a fluid on one side or on both sides flow around, preferably metallicêtnheizelement, wherein a further felicitnheizelement is provided, which is adapted to divide the at least one fluid channel into sub-channels.
  • Fig. 1 a shows a first embodiment of a heating device 10 according to the invention with a heat transfer device 12 with a fluid inlet 14 and a fluid outlet 16 and a control device 18 in a perspective view from a viewing direction from the side.
  • the fluid inlet 14 and the fluid outlet 16 are at a connection flange 22 arranged.
  • the controller 18 includes an HV (high voltage) plug 20 and an NV (low voltage) plug 21.
  • Fig. 1b shows the heater 10 of Fig. 1a in a rotated by 90 ° representation with the same components.
  • Fig. 2 shows the heater 10 in an exploded view. Identical parts are provided with the same reference numerals.
  • the heat transfer device 12 has the fluid inlet 14 and the fluid outlet 16, which are arranged on and at least partially in the connection flange 22.
  • the connection flange 22 is also referred to as coolant connection cover 22.
  • a fluid inlet or a fluid outlet 14, 16 may be provided on the connection flange 22 or coolant connection cover 22, which may be designed as a connecting piece.
  • a single flange may be provided on one of the openings in the connection flange 22 or a common flange on the two openings in the connection flange.
  • External fluid connection lines can be connected via the connecting pieces or the flanges. Both the connecting pieces and the flanges can be made in one piece with the connecting flange 22.
  • the actual heat exchanger device Arranged on and at least in sections in the connection flange 22 is the actual heat exchanger device with a first, inner surface heating element 24.
  • the first surface heating element 24 is preferably designed as a stainless steel pipe.
  • a second surface heating element 26 and a third surface heating element 28 are arranged around the first surface heating element 24, a second surface heating element 26 and a third surface heating element 28 are arranged.
  • the third surface heating element is shown as a smooth sheet metal, but preferably the third surface heating element 28 has slots and / or bulges and / or corrugations and / or openings.
  • FIG Fig. 6 A more detailed illustration of the third surface heating element 28 is shown in FIG Fig. 6 shown.
  • the surface heating elements 24, 26 and 28 are accommodated in a housing 30.
  • the housing 30 is preferably an aluminum housing, preferably an extruded aluminum cylinder.
  • the housing 30 is preferably a cylindrical housing 30.
  • a magnetic alternating field generating element 32 is further arranged.
  • the magnetic alternating field generating element 32 is preferably an induction coil 32, more preferably a hollow cylindrical induction coil 32.
  • the induction coil 32 may also be designed as a planar induction coil 32, in particular if it is used in a flat heat transfer device.
  • the magnetic alternating field generating element 32 is accommodated in an element housing 34, preferably a coil housing 34.
  • the control device 18 Adjacent to the housing 30, the control device 18 is arranged, which has a high voltage power electronics 38 accommodated in an electronics housing 36.
  • the electronics housing 36 is preferably made of aluminum.
  • the electronics housing 36 is laterally connected to the housing 30 and arranged on or on a connection plate 40.
  • the housings 30 and 36 are preferably mechanically connected, so that the heating device 10 can be installed as a device, for example in a motor vehicle.
  • the surface heating elements 24, 26 and 28 are preferably formed as hollow cylindrical or planar elements and of a metal. Preferably, the surface heating elements 24, 26, 28 as thin sheets with a wall thickness which is approximately in a range between 0.08 mm and 0.5 mm.
  • the first surface heating element 24 is preferably made of a ferritic material and can absorb approximately between 20% and 40% of the heating power from the alternating magnetic field.
  • the second surface heating element 26 is preferably made of an austenitic material and can absorb about 50% to 70% of the heating power.
  • the third surface heating element 28 is preferably made made of a ferritic material and can absorb about 5% to 15% of the heating power.
  • the penetration depth of the magnetic field and thereby the area in which eddy currents flow is described by the skin effect. If the penetration depth is greater than the material thickness of the surface heating element, a plurality of individual thin surface heating elements can also be "switched" one behind the other. This is e.g. given at the second surface heating element 26 with austenitic material. Due to the small thickness of the surface heating elements, it is possible that the penetration of more than one clergynheizelement is given. Thus, the series connection of the second and the third legislativenfilterettis 26 and 28 is possible.
  • Fig. 3 shows the heater 10 in sectional view.
  • the heating device 10 is also referred to as induction heater 10.
  • flow paths for a fluid flowing through the heat exchanger device 12 are shown.
  • the fluid passes through the fluid or coolant inlet 14, in particular its inlet flange 22 into the interior of the heat transfer device 12.
  • the flow direction of the fluid is denoted by an arrow 44 and is referred to as the inlet flow direction 44.
  • the fluid flows through a first fluid channel 46 formed by the first surface heating element 24.
  • the rectilinear flow direction 46 is deflected and forms a deflection flow, which is designated by an arrow 50.
  • the fluid may be substantially parallel, but in the opposite direction, represented by an arrow 52, along the outer wall of the first Surface heating element 24 flow along until the fluid has reached the other end 54 of the first surface heating element 24.
  • the end 54 is connected to the connection flange 42 such that no fluid can reenter the interior of the first surface heating element 24.
  • the second fluid channel 52 is closed as seen in the flow direction 52.
  • a passage 58 is formed, through which the fluid is deflected into a flow path 60 shown by the arrow 60 and enters the third fluid channel 62.
  • the third fluid channel 62 is formed on one side by the sealed (electrically and mechanically) induction coil body 34 and on the other side by the second surface heating element 26.
  • the fluid is again deflected, represented by the arrow 64, into a fourth fluid channel 66, wherein the direction of flow of the fluid in the direction of the adjacent to the fluid inlet 14 fluid outlet 16, which in Fig. 3 not shown, shows.
  • Fig. 4a shows the heat transfer device 12 with the housing 30, the coil housing 34, the firstmonynheizelement 24, the secondmonynheizelement 26 and the thirdmonynheizelement 28 and thedeffenab gleichdeckel 22.
  • the induction coil 32 itself can also be seen.
  • Fig. 4b shows the heat exchanger device 12 with the same components, wherein an internal mandrel 68 can be seen by the deviating sectional plane.
  • Fig. 4c also shows the heat transfer device 12 with the housing 30, the coil housing 34 and the induction coil 32, the inner mandrel 68, which is arranged centrally to the induction coil 42.
  • the surface heating elements 24, 26 and 28 are also arranged rotationally symmetrical about the inner mandrel 68.
  • the first surface heating element 24 is disposed within the coil 32
  • the second surface heating element 26 is arranged outside of the induction coil 32
  • the third surface heating element 28 is arranged in the fourth fluid channel 66 and divides the fluid channel 66 into a first sub-channel 70a and a second sub-channel 70b. This division of the fluid channels 46, 52, 66, 70a, 70b is more apparent in FIG Fig. 5 recognizable.
  • Fig. 5a and 5b show the heat exchanger device 12 also in sectional view.
  • the fluid inlet 14 is arranged in the coolant connection cover 22 next to the fluid outlet 16, so that the fluid can flow centrally into the first fluid channel 46 and can flow out of the heat transfer device 12 through the fluid outlet 16 arranged adjacent to the inlet flange 14 in the connection flange 22.
  • connection flange 22 of the heat transfer device 12 in Fig. 5a and 5b is from the in Fig. 1 different embodiment shown.
  • the connecting flange 22 of Fig. 1 has juxtaposed fluid inlet and fluid outlets 14 and 16.
  • two realized embodiments for the fluid inlet 14 and the fluid outlet 16, in particular two embodiments for the connection flange 22, are shown.
  • Fig. 6a, 6b and 6c show the third surface heating element 28, which is formed as a hollow cylindrical body with a cylinder jacket 72.
  • the third area heating element 28 has openings 74 arranged on the cylinder jacket 72, which openings can be formed as slots.
  • the openings 74 can also be realized by bilateral bulges 76 are formed on the cylinder jacket 72.
  • the bulges 76 are formed by extending over the circumference of the cylinder jacket 72 extending cylinder jacket portions 78 which form a cylinder jacket strip 78.
  • the cylinder jacket strip 78 is alternately on the inner side of the cylinder jacket 72 and on the outer Side of the cylinder jacket 72 everted or bulged.
  • a fluid channel or flow path 80 is formed between a rectilinear cylindrical sleeve portion 82 and the everted or bulged sleeve barrel portion 78.
  • the cylinder jacket bands 78 and 82 are, for example, about 0.1 mm to 10 mm high. Depending on the desired degree of mixing of the fluid and the number of cylinder jacket bands 78 and the height of the cylinder jacket 72, the height of the cylinder jacket bands 78 can be varied.
  • cylinder jacket bands 78 extend on both sides of the cylinder jacket 72.
  • the dimensions of the bulges 76 of the cylindrical cylinder jacket 72 may comprise circumferentially different circular arc segments of the cylinder jacket circumference.
  • different sized flow paths 80 can be formed.
  • the openings 74 may also be formed by slots or other shaped openings. Wherein Berippungen or corrugations take over the bulges in the function of a spacer to the second surface heating element 26.
  • the openings can also be simple Ausstanzlöcher.
  • the design of the mecanicnfilettis 28 may also be present as a planar element, wherein the portions with bulges do not extend beyond the cylinder jacket 72 but form flat bands, which are arranged alternately with rectilinear sections or bands.
  • the Fig. 7 shows an alternative embodiment of the heat transfer device 90, wherein the third foundednheizelement 91 is designed as a cylindrical hollow body.
  • the surface heating element 91 has distributed in the circumferential direction and in the axial direction a plurality of openings 92, which have been produced for example by a stamping process.
  • the openings 92 are in Fig. 7 circular in shape and in a uniform Patterns arranged in horizontal and vertical rows.
  • the openings 92 serve as so-called cross-mixing elements, which allow a mixing of the fluid between the two sub-channels, which are formed radially inside and outside of the third surface heating element 91.
  • openings may also be provided for the openings, such as rectangular, square or elliptical cross-sections.
  • the arrangement of the openings on the surface heating element can be varied.
  • the openings may be randomly distributed.
  • a coolant connection cap 102 is arranged, which has a fluid inlet 93 and a fluid outlet 94.
  • the fluid inlet 93 is formed separately from the fluid outlet 94, wherein both the fluid inlet 93 and the fluid outlet are formed as cylindrical nozzles.
  • the fluid inlet 93 and the fluid outlet 94 are respectively in fluid communication with fluid channels in the interior of the heat transfer device 90.
  • Fig. 8 shows a sectional view through the heat exchanger device 90 from Fig. 7 ,
  • the outer surface heating element 91 is shown cut, whereby the view of the central surface heating element 95 is released.
  • the second surface heating element 95 has at its lower end portion a plurality of openings 96, 97, wherein both slot-like openings 96 and circular openings 97 are formed.
  • the openings 96, 97 are arranged in the circumferential direction along the lower end region of the second surface heating element 95. In the embodiment of Fig. 8 the openings 96, 97 are distributed in a horizontal row along the circumference.
  • the openings 96, 97 Through the openings 96, 97, a fluid transfer between a radially outside of the second surface heating element 95 arranged Fluid channel and a flow region which is disposed within the second surface heating element 95, are made possible.
  • the corresponding internally disposed flow region is preferably in fluid communication with the fluid outlet 94.
  • the flow region disposed within is preferably formed by an annular groove arranged in the coolant connection cap 102.
  • the second surface heating element 95 on its outwardly directed surface 98 knob-like projections 99, which serve as a spacer element to the third surface heating element 91.
  • the knob-like projections 99 are formed, for example, by an embossing process from the inner surface into the second surface heating element 95.
  • the knob-like projections 99 have a conical shape, which runs on the outer surface 98 of the second surface heating element 95 and tapers.
  • the tips of the knob-like elements 99 abut against the inwardly facing surface of the third surface heating element 91, thereby realizing a spacing between the second surface heating element 95 and the third surface heating element 91.
  • the third surface heating element 91 is connected at the tips of the knob-like projections 99 with the second surface heating element 95. This can be achieved for example by a Verkörnung, by a spot weld or by other fixation.
  • a plurality of knob-like projections 99 are arranged on the second surface heating element 95.
  • Vent holes 100 at the lower end portion above the openings 96, 97 form a transition for air, which can form or collect at the lower end portion of lying within the second surface heating element 95 fluid channel in particular at the deflection of the bobbin.
  • the vent holes 100 Through the vent holes 100, the air can flow outwardly into the fluid channel formed between the second surface heating element 95 and the third surface heating element 91 and flow out of there through the fluid outlet 94 from the heat exchanger device 90.
  • the heat transfer device 90 is oriented such that the fluid inlet 93, the fluid outlet 94 and the vent holes 100 are oriented upwards.
  • the heat exchanger device 90 in comparison to the preferred mounting position on the head. This also applies to the heat exchanger device 12 of the previous FIGS. 3 to 5 ,
  • Fig. 9 shows a further sectional view of the heat transfer device 90, wherein the second surface heating element 95 and the first surface heating element 101 are also shown in section.
  • the inner mandrel 106 is shown with a significantly shorter extent in the axial direction than in the previous Fig. 4 and 5 ,
  • the coolant connection cap 102 forms a base-like region, which has three sections of different diameter. The diameters decrease from the fluid ports 93, 94 upwards. At the largest diameter portion 103, the hollow cylindrical housing of the heat transfer device 90 abuts with an inner surface. At the overlying portion 104, the second surface heating element 95 abuts with an inner surface. At the third overlying section 105, the first surface heating element 101 abuts with an inner surface. Thus, in addition to the fluid connections 93, 94, the coolant connection cap 102 also forms the lower boundary of the surface heating elements 101, 95 and 91, respectively trained fluid channels. The coolant connection cap 102 is plugged into the hollow-cylindrical surface heating elements 95 and 101 and the housing of the heat transfer device 90 from below, similar to a stopper.
  • the second portion 103 has a circumferential annular groove 105 which is in fluid communication with the fluid outlet 94 via an axial bore 106.
  • the coolant connection cap 102 also has a bore 107, which is in fluid communication with the fluid inlet 93 and completely penetrates the coolant connection cap 102 from below upwards and opens into the fluid channel formed inside the first surface heating element 101.
  • Fig. 10 2 shows a flow-through image of the heat transfer device 90, wherein a fluid flows through the fluid inlet 93 into the first fluid channel 108, which is formed in the interior of the first surface heating element 101, and flows upwards along the directional arrow 109. At the upper end region, the fluid is deflected along the directional arrow 110 through a gap between the first surface heating element 101 and the upper lid by approximately 180 degrees. The fluid flows in the second fluid channel 111, which is formed between the first surface heating element 101 and the bobbin, down.
  • the fourth fluid channel 116 is divided into two subchannels, wherein a subchannel is formed between the third areal heating element 91 and the second areal heating element 95, and a subchannel is formed between the third areal heating element 91 and the outer housing. The two sub-channels communicate with each other via the openings 92 in fluid communication.
  • the fluid is deflected along the directional arrow 117 by approximately 90 degrees and flows through the openings 96, 97 which are arranged in the second surface heating element 95, into the annular groove 105 from where the fluid flows out of the fluid outlet 94 along the directional arrow 118.
  • the Fig. 11 shows a perspective view of the heat transfer device 90 of Fig. 10 , In Fig. 11 is particularly well represented the area in which the fluid flows from the annular groove 105 into the bore 106.
  • the second surface heating element 95 is shown shortened for this purpose to release the view of the annular groove 105.
  • the surface heating elements 91, 95 and 101 are preferably pressed with the sections 103, 104 and 105 of the coolant connection cover 102.
  • An advantageous connection is a conical-press connection, which is produced by utilizing the casting bevels produced during the production process of the coolant connection ceiling 102.
  • the sections 103, 104 and 105 can also advantageously be designed in such a way that they taper conically, viewed from bottom to top, which facilitates pressing on the surface heating elements 91, 95 and 101.
  • the surface heating elements may be connected to the respective sections of the coolant connection cover by Verkörnmaschine, folded tabs or other fixing aids.
  • Fig. 12 shows a detailed view of the lower end portion of the heat transfer device 90 according to the Fig. 9 ,
  • the gap 121 formed between the coolant connection cap 102 and the housing 120, in which the bobbin is enclosed, can be seen, through which the fluid can flow between the fluid channels 111 and 113.
  • spacer elements 122 are arranged, which the housing 120 relative to Coolant connection cover 102 space.
  • the spacers 122 have upwardly directed U-shaped receiving areas, in which the housing 120 is inserted.
  • the spacer elements may also have fastening devices which generate a fixation between the coolant connection cover and the housing.
  • the fastening devices can be formed for example by snap hooks, latching elements or clamping elements.
  • vent holes 100 are shown in the middle surface heating element 95, which serve in particular the venting of the heat exchanger device 90.
  • Air can flow from the fluid channel 113 into the fluid channel 116 through the ventilation holes 100.
  • the fluid channels 113, 116 are arranged radially outside and radially inside the central surface heating element 95. From the radially outer fluid channel 116, the air can finally through the openings 96, 97, which in Fig. 12 are not shown, overflow into the annular groove 105 in the coolant connection cap 102 and from there through the fluid outlet 94 from the heat exchanger device 90 also. This is possible in particular when the heat transfer device 90 is mounted in its preferred installation position, the coolant connection cover 102 being arranged in this preferred installation position at the upper end region of the heat transfer device 90.
  • the Fig. 13 shows a further detail view according to Fig. 12 wherein the surface heating element 95 is not shown cut.
  • the openings 96, 97 and the ventilation bores 100 can be seen, which are arranged at the lower end region of the surface heating element 95.
  • the surface heating element 95 completely encloses the section 104 of the coolant connection cover 102 and rests on the lower section 103.
  • Fig. 14 shows an alternative embodiment of the heat transfer device 90, wherein the outer surface heating element according to the surface heating element 28 of the Fig. 6a is executed.
  • the Fig. 14 thus, in particular shows a combination of the surface heating element 28, as in the Fig. 4a, 4b, 4c . 5a, 5b . 6a, 6b and 6c and a heat transfer device 90, which has a coolant connection cap 102 with fluid ports 93 and 94 separated from each other, and into which Fig. 7 to 11 is shown.
  • the portion 104 of the coolant connection cap 102 is enclosed by a ring-like element 123, which is connected via fastening means 124 to the coolant connection cap 102.
  • the ring-like element 123 has openings facing away from the observer, through which the fluid can flow into a flow region formed in the section 104, which can be designed, for example, as an annular groove.
  • Fig. 1 to 14 are exemplary and serve to clarify the inventive concept.
  • the individual features of the different embodiments can be combined with each other.
  • the choice of material and the geometry of the individual elements and the arrangement of the elements to each other have the Fig. 1 to 14 no limiting character.
  • heat exchangers heat exchangers, heat exchanger device, heat exchanger device and heat exchanger are used synonymously.
  • fluid channel or flow channel and partial flow channel or partial channel and flow path or flow path are used synonymously.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) für eine Heizvorrichtung (10), insbesondere eines Kraftfahrzeuges, aufweisend ein Gehäuse (30) mit mindestens einem darin angeordneten Fluidkanal (46, 52, 62, 66, 108, 111, 113, 116) mit einem Fluideinlass (14, 93) und einem Fluidauslass (16, 94), ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Element (32) und mindestens ein von einem Fluid einseitig oder beidseitig umströmbares bevorzugt metallisches Flächenheizelement (24, 26, 28, 91, 95, 101), wobei mindestens ein weiteres Flächenheizelement (28, 91) vorgesehen ist, das eingerichtet ist, den mindestens einen Fluidkanal (66, 116) in Teilkanäle (70a, 70b) zu unterteilen. Die Erfindung betrifft auch eine Heizvorrichtung (10) mit einer Wärmeübertragereinrichtung (12, 90).

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragereinrichtung für eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Heizvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
    • Stand der Technik
  • Heizvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. So gibt es luftseitige Heizvorrichtungen, die sogenannte PTC-Heizelemente aufweisen, die elektrisch bestromt werden und sich dadurch erwärmen. Über luftseitige Lamellen, die mit den PTC-Elementen in Kontakt sind, wird die Wärme auf die durchströmende Luft übertragen. Diese Heizvorrichtungen weisen jedoch einen grundsätzlich anderen Aufbau auf, als für flüssige Medien notwendig.
  • Heizvorrichtungen für flüssige Medien sind mit einem geschlossenen Gehäuse versehen, die mit einem Fluidkanal ausgebildet sind, der einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweist, wobei in das Gehäuse ein Heizelement ragt, das mit einem PTC-Element beheizt wird.
  • Aus der nicht veröffentlichten Patentanmeldung der Erfinderin ist eine Heizvorrichtung bekannt, die ein Gehäuse mit einem darin angeordneten Fluidkanal mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass aufweist, wobei in dem Gehäuse ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element vorgesehen ist, das durch zumindest eine Wandung von dem Fluidkanal abgedichtet abgeteilt ist, wobei zumindest ein metallisches Flächenheizelement vorgesehen ist, welches durch das magnetische Wechselfeld aufheizbar ist, wobei das zumindest eine Flächenheizelement im Fluidkanal angeordnet ist.
    • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Heizvorrichtung zu schaffen, bei der die Erwärmung des durchströmenden Fluids optimiert ist.
  • Dies wird erreicht mit einer Wärmeübertragereinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und einer Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10.
  • Die Wärmeübertragereinrichtung für eine Heizvorrichtung insbesondere eines Kraftfahrzeuges weist ein Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Fluidkanal mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass auf, ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element und mindestens ein von einem Fluid einseitig oder beidseitig umströmbares, bevorzugt metallisches Flächenheizelement, wobei ein weiteres Flächenheizelement vorgesehen ist, das eingerichtet ist, den mindestens einen Fluidkanal in Teilkanäle zu unterteilen. Das mindestens eine und das weitere Flächenelement werden durch das magnetische Wechselfeld aufgeheizt und können ihre Wärme an das das mindestens eine und das weitere Flächenheizelement umströmende Fluid abgeben. Das das magnetische Wechselfeld erzeugende Element ist bevorzugt durch eine Wandung von dem Fluid abgedichtet angeordnet und somit außerhalb des Fluidkanals und der Fluidströmung durch den Fluidkanal angeordnet. Das mindestens eine und das weitere Flächenheizelement sind in einem der Fluidkanäle angeordnet, wobei eine elektrische Trennung der elektrischen System (magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element, Flächenheizelement) erreicht wird. Das weitere Flächenheizelement kann zusätzlich zu dem mindestens einen Flächenheizelement einen Heizleistungsanteil, des magnetischen Wechselfeldes aufnehmen. Das mindestens eine Flächenheizelement ist bevorzugt ein erstes, innerhalb des das magnetische Wechselfeld erzeugende Elementes angeordnetes Flächenheizelement. Das ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Element ist bevorzugt eine Induktionsspule.
  • Bevorzugt ist ein zweites, außerhalb des das magnetische Wechselfeld erzeugenden Elementes angeordnetes Flächenheizelement vorgesehen. Das weitere Flächenheizelement ist bevorzugt direkt benachbart zu dem zweiten Flächenheizelement angeordnet. Besonders bevorzugt ist es außerhalb des zweiten Flächenheizelementes angeordnet. Somit können vier Fluidkanäle für das Fluid realisiert werden.
  • Das zweite und das weitere Flächenheizelement haben bevorzugt einen Kontakt, wodurch die Heizleistungsdichte pro Flächenheizelement aufgeteilt und dadurch verringert werden kann. Insbesondere die Heizleistungsdichte des zweiten Flächenheizelementes kann optimiert werden.
  • Besonders vorteilhaft ist die Aufteilung des vierten, äußeren Fluidkanals in die beiden Teilkanäle, da eine optimierte Durchströmung und Umströmung der erwärmten Flächenheizelemente (zweites Flächenheizelement und drittes Flächenheizelement) ermöglicht ist. Die Wärmeübertragung an das Fluid kann dadurch optimal ausgestaltet sein, da Teilvolumenströme, die an beiden Seiten des dritten Flächenheizelementes in die gleiche Richtung im Fluidkanal entlangströmen, zur optimierten Wärmeübertragung gebildet werden können.
  • Bevorzugt weist das weitere Flächenelement Quervermischungselemente auf. Dadurch ist eine Quervermischung des Fluids, das in den beiden Teilkanälen strömt, insbesondere im vierten Fluidkanal ermöglicht. Für eine zylindrisch aufgebaute Wärmeübertragereinrichtung ist von der Mittelachse gesehen ein zylindrisches erstes Flächenheizelement angeordnet. Dieses ist von der zylindrischen Induktionsspule umgeben. Um die Induktionsspule ist das zweite Flächenheizelement zylindrisch angeordnet. Radial nach außen gesehen, schließt sich das zylindrisch aufgebaute dritte Flächenheizelement an. Hierdurch kann die Wärmeübertragung verbessert werden. Eine Quervermischung ist besonders vorteilhaft, da das Fluid oftmals beim Eintritt in den vierten Fluidkanal ungleichmäßig verteilt ist. Die Quervermischungselemente können Strömungspfade zwischen den beiden Teilkanälen des vierten Fluidkanals realisieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Quervermischungselemente Öffnungen auf, mittels derer das Fluid durch das weitere dritte Flächenheizelement hindurchströmen kann. Das Fluid kann hierbei aus dem Fluidkanal, insbesondere einem der Teilkanäle, der an der einen Seite des weiteren Flächenheizelementes angeordnet ist, in den auf der anderen Seite angeordneten Teilkanal gelangen. Die Öffnungen werden bevorzugt gebildet, indem das weitere Flächenheizelement geradlinige Abschnitte und Abschnitte mit Auswölbungen aufweist. Bevorzugt sind die geradlinigen Abschnitte und die Abschnitte mit Auswölbungen und Öffnungen abwechselnd angeordnet, sodass über die Länge des Flächenheizelementes verteilt angeordnete Verbindungskanäle oder Strömungspfade zum Durchtritt für das Fluid von einem in den anderen Teilkanal ausgebildet sind. Die Querverbindungselemente können auch durch Schlitze oder allgemein durch eingebrachte Ausnehmungen in den geradlinigen Abschnitten des dritten Flächenheizelementes gebildet werden.
  • Bevorzugt weist das weitere Flächenheizelement eine geometrische Ausgestaltung auf, mittels der eine Beabstandung zweier benachbart angeordneter Flächenheizelemente realisiert werden kann. Das Flächenheizelement kann durch die Ausgestaltung auch eine Beabstandung des Flächenheizelementes zu einer Innenwandung des Gehäuses realisieren. Die geometrische Ausgestaltung umfasst bevorzugt Auswölbungen, Wellungen, allgemeiner gesagt Elemente, die über die Fläche, insbesondere die Fläche des geradlinigen Abschnitts des Flächenheizelements hinausstehen, aber einstückig mit diesem ausgeführt sind, auf. Hierbei können bevorzugt zwei Funktionen, insbesondere ein Durchlass des Fluids von einem Teilkanal in einen anderen Teilkanal und eine Abstandshalterung zwischen dem weiteren Flächenheizelement und dem benachbart angeordneten zweiten Flächenheizelement mit dem einen weiteren Flächenheizelement realisiert werden.
  • Bevorzugt weist die geometrische Ausgestaltung des weiteren Flächenheizelementes eine geometrische Struktur auf, die eingerichtet und ausgestaltet ist, eine Turbulierung und Verwirbelung des durch die Teilkanäle strömenden Fluid zu realisieren. Dies kann insbesondere durch die geometrische Anordnung der Quervermischungselemente, insbesondere der Auswölbungen und Öffnungen über die Fläche des Flächenheizelementes erreicht werden. Bevorzugt kann auch die jeweilige geometrische Gestalt der Auswölbung variabel ausgestaltet sein. Bevorzugt sind die Auswölbungen "auf Lücke" angeordnet, wodurch in Strömungsrichtung gesehen geradlinige Abschnitte und Abschnitte mit Auswölbungen abwechselnd angeordnet sind.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das weitere Flächenheizelement den mindestens einen Fluidkanal derart in Teilkanäle unterteilt, dass ein geringst möglicher Druckabfall sowie eine maximal mögliche Wärmeabfuhr an das Kühlmittel im Fluidkanal realisiert wird. Die maximal mögliche Wärmeabfuhr kann durch die Gestaltung des weiteren Flächenheizelementes erhöht werden, indem die Oberfläche, welche zur Wärmeübertragung verwendet werden kann, vergrößert wird. Durch eine Aufteilung eines Fluidkanals in mehrere Teilkanäle kann außerdem der entstehende Druckabfall reduziert werden.
  • Bevorzugt weist das weitere Flächenheizelement Einprägungen und/oder Berippung auf. Hierdurch kann bevorzugt gezielt ein Druckabfall auf der Fluidseite einbringbar sein.
  • Bevorzugt sind die Flächenheizelemente aus einem Material hergestellt, das einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als das Material des das magnetische Wechselfeld erzeugende Elementes (Induktionsspule), insbesondere weisen die Flächenheizelemente ein eisenhaltiges Material auf. Hierdurch kann ein guter Wirkungsgrad der Wandlung von elektromagnetischer Energie in Wärmeenergie erzielt werden. Die Induktionsspule weist hierbei ein sehr gut leitendes Kupfer, insbesondere ein HF-Kupfer (Hochfrequenzkupfer) auf.
  • Bevorzugt ist das eisenhaltige Material des weiteren Flächenheizelementes ein ferritisches Material. Das erste Flächenheizelement ist bevorzugt aus einem ferritischen Material gebildet, das zweite Flächenheizelement ist bevorzugt aus einem austenitischen Material gebildet und das dritte Flächenheizelement ist bevorzugt aus einem ferritischen Material gebildet.
  • Das zweite Flächenheizelement wird folglich von dem magnetischen Wechselfeld durchdrungen und das dritte Flächenheizelement kann das "restliche" Magnetfeld "einfangen" und durch induzierte Wirbelströme in Wärmeenergie umsetzten. Hierdurch kann eine optimierte Aufteilung der Heizleistungsanteüe auf innerhalb und außerhalb der Induktionsspule angeordnete Flächenheizelemente erfolgen.
  • Bevorzugt kann das weitere Flächenheizelement derart ausgestaltet sein, dass das weitere Flächenheizelement in ein flächiges und/oder zylindrisches Gehäuse eingebaut werden kann. Die Flächenheizelemente können somit zylindrisch ausgestaltet sein oder als ebene Elemente vorliegen und vertikal oder horizontal angeordnet sein. Das weitere, dritte Flächenheizelement kann hierbei die Auswölbungen und Öffnungen und/oder Schlitze und Wellungen und/oder Einprägungen und Berippungen in vertikal oder horizontal verlaufenden Abschnitten aufweisen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn zwei zueinander benachbarte Flächenheizelemente formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da dadurch die Montage vereinfacht werden kann. Insbesondere, wenn das dem Gehäuse direkt benachbarte Flächenheizelement mit dem nach innen benachbarten Flächenheizelement verbunden ist, kann eine Abstützung des äußeren Flächenheizelementes am Gehäuse vermieden werden, wodurch die Gefahr des Verhakens zwischen dem Flächenheizelement und dem Gehäuse während der Montage vermieden wird. Bevorzugt sind die Flächenheizelemente im Bereich der Distanzelemente, welche beispielsweise durch ausgeprägte noppenartige Vorsprünge gebildet sind, miteinander verbunden.
  • Die Heizvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragereinrichtung weist eine Steuereinheit zur Steuerung des ein magnetischen Wechselfeld erzeugenden Elementes und der Flächenheizelemente auf, wobei die Wärmeübertragereinrichtung ein Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Fluidkanal mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass aufweist und ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element sowie mindestens ein von einem Fluid einseitig oder beidseitig umströmbares, bevorzugt metallisches Flächenheizelement, wobei ein weiteres Flächenheizelement vorgesehen ist, das eingerichtet ist, den mindestens einen Fluidkanal in Teilkanäle zu unterteilen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1a und 1b
    eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung in montiertem Zustand,
    Fig. 2
    eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung in Explosionszeichnung,
    Fig. 3
    eine Heizvorrichtung mit einer Wärmeübertragereinrichtung,
    Fig. 4a, 4b, 4c
    eine Wärmeübertragereinrichtung in unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen,
    Fig. 5a, 5b
    eine Wärmeübertragereinrichtung in Schnittdarstellung,
    Fig. 6a, 6b, 6c
    ein Flächenheizelement (Fig. 6a, 6b) in perspektivischer Darstellung, sowie das Flächenheizelement im Querschnitt (Fig. 6c),
    Fig. 7
    eine perspektivische Ansicht einer Wärmeübertragereinrichtung, wobei das äußere Flächenheizelement kreisrunde Öffnungen als Quervermischungselemente aufweist,
    Fig. 8
    eine perspektivische Ansicht der Wärmeübertragereinrichtung gemäß Fig. 7, wobei das mittlere Flächenheizelement mit einer Mehrzahl von noppenartigen Vorsprüngen dargestellt ist, welche von innen nach außen ausgeformt sind,
    Fig. 9
    eine weitere perspektivische Ansicht der Wärmeübertragereinrichtung gemäß der Fig. 7 und 8, wobei alle drei Flächenheizelemente geschnitten dargestellt sind,
    Fig. 10
    eine Schnittansicht durch die Wärmeübertragereinrichtung, wobei mit Richtungspfeilen ein Durchströmungsprinzip der Wärmeübertragereinrichtung gezeigt ist,
    Fig. 11
    eine perspektivische Ansicht der Wärmeübertragereinrichtung gemäß Fig. 10, wobei die Flächenheizelemente gekürzt dargestellt sind, wodurch der Aufbau des Kühlmittelanschlussdeckels zu erkennen ist,
    Fig. 12
    eine Detailansicht des unteren Endbereichs der Wärmeübertragereinrichtung der Fig. 9,
    Fig. 13
    eine Detailansicht des unteren Endbereichs der Wärmeübertragereinrichtung der Fig. 8, und
    Fig. 14
    eine Ansicht einer Wärmeübertragereinrichtung wie sie in den Fig. 7 bis 10 dargestellt ist, wobei das äußere Flächenheizelement durch ein Flächenheizelement gemäß Fig. 6a gebildet ist.
    Bevorzugte Ausführun der Erfindung
  • Fig. 1 a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 mit einer Wärmeübertragereinrichtung 12 mit einem Fluideinlass 14 und einem Fluidauslass 16 und einer Steuerungseinrichtung 18 in perspektivischer Darstellung aus einer Blickrichtung von der Seite. Der Fluideinlass 14 und der Fluidauslass 16 sind an einem Anschlussflansch 22 angeordnet. Die Steuerungseinrichtung 18 weist einen HV-(Hochspannungs-) Stecker 20 und einen NV-(Niederspannungs-) Stecker 21 auf. Fig. 1b zeigt die Heizvorrichtung 10 von Fig. 1a in einer um 90° gedrehten Darstellung mit denselben Komponenten.
  • Fig. 2 zeigt die Heizvorrichtung 10 in Explosionsdarstellung. Identische Teile werden mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Wärmeübertragereinrichtung 12 weist den Fluideinlass 14 und den Fluidauslass 16 auf, die an und zumindest abschnittsweise in dem Anschlussflansch 22 angeordnet sind. Der Anschlussflansch 22 wird auch als Kühlmittelanschlussdeckel 22 bezeichnet. An den Anschlussflansch 22 bzw. Kühlmittelanschlussdeckel 22 kann ein Fluideinlass oder ein Fluidauslass 14, 16 vorgesehen sein, welche als Anschlussstutzen ausgeführt sein können. Alternativ dazu kann ein einzelner Flansch an einer der Öffnungen im Anschlussflansch 22 oder ein gemeinsamer Flansch an den beiden Öffnungen im Anschlussflansch vorgesehen sein. Über die Anschlussstutzen oder die Flansche können externe Fluidanschlussleitungen angebunden werden. Sowohl die Anschlussstutzen als auch die Flansche können dabei einteilig mit dem Anschlussflansch 22 ausgeführt sein.
  • An und zumindest abschnittsweise in dem Anschlussflansch 22 angeordnet ist die eigentliche Wärmeübertragereinrichtung mit einem ersten, inneren Flächenheizelement 24. Das erste Flächenheizelement 24 ist bevorzugt als Edelstahlrohr ausgebildet. Um das erste Flächenheizelement 24 sind ein zweites Flächenheizelement 26 und ein drittes Flächenheizelement 28 angeordnet. In dieser Darstellung in Fig. 2 ist das dritte Flächenheizelement als glattes Blech dargestellt, aber bevorzugt weist das dritte Flächenheizelement 28 Schlitze und/oder Auswölbungen und/oder Wellungen und/oder Öffnungen auf. Eine detailliertere Darstellung des dritten Flächenheizelementes 28 ist in Fig. 6 gezeigt.
  • Die Flächenheizelemente 24, 26 und 28 sind in einem Gehäuse 30 aufgenommen. Das Gehäuse 30 ist bevorzugt ein Aluminiumgehäuse, bevorzugt ein extrudierter Aluminiumzylinder. Das Gehäuse 30 ist bevorzugt ein zylindrisches Gehäuse 30.
  • In dem Gehäuse 30 ist ferner ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element 32 angeordnet. Das ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Element 32 ist bevorzugt eine Induktionsspule 32, besonders bevorzugt eine hohlzylindrische Induktionsspule 32. Die Induktionsspule 32 kann aber auch als flächige Induktionsspule 32 ausgestaltet sein, insbesondere wenn diese in einer flächigen Wärmeübertragereinrichtung eingesetzt wird. Das ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Element 32 ist in einem Elementgehäuse 34, bevorzugt einem Spulengehäuse 34 aufgenommen.
  • An dem Gehäuse 30 benachbart ist die Steuerungseinrichtung 18 angeordnet, die eine in einem Elektronikgehäuse 36 aufgenommenen Hochspannungsleistungselektronik 38 aufweist. Das Elektronikgehäuse 36 ist bevorzugt aus Aluminium hergestellt. Bevorzugt ist das Elektronikgehäuse 36 seitlich am Gehäuse 30 angebunden und an oder auf einer Anbindungsplatte 40 angeordnet. Die Gehäuse 30 und 36 sind bevorzugt mechanisch verbunden, sodass die Heizvorrichtung 10 als eine Vorrichtung beispielsweise in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden kann.
  • Die Flächenheizelemente 24, 26 und 28 sind bevorzugt als hohlzylindrische oder flächige Elemente und aus einem Metall ausgebildet. Bevorzugt sind die Flächenheizelemente 24, 26, 28 als dünne Bleche mit einer Wandstärke, die in etwa in einem Bereich zwischen 0.08 mm und 0.5 mm liegt. Das erste Flächenheizelement 24 ist bevorzugt aus einem ferritischen Material hergestellt und kann ca. zwischen 20% und 40% der Heizleistung aus dem magnetischen Wechselfeld aufnehmen. Das zweite Flächenheizelement 26 ist bevorzugt aus einem austenitischen Material hergestellt und kann ca. 50% bis 70 % der Heizleistung aufnehmen. Das dritte Flächenheizelement 28 ist bevorzugt aus einem ferritischen Material hergestellt und kann ca. 5 % bis 15 % der Heizleistung aufnehmen.
  • Die Materialien aus denen die Flächenheizelemente 24, 26, 28 hergestellt sind, weisen alle einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der deutlich größer ist als der der Induktionsspule, die z.B. aus einem Kupfer, insbesondere aus einem HF-Kupfer (Hochfrequenzkupfer) gefertigt ist.
  • Die Eindringtiefe des Magnetfeldes und dadurch der Bereich, in dem Wirbelströme fließen, wird durch den Skin Effekt beschrieben. Ist die Eindringtiefe größer als die Materialdicke des Flächenheizelementes können auch mehrere einzelne dünne Flächenheizelemente hintereinander "geschaltet" werden. Dies ist z.B. beim zweiten Flächenheizelement 26 mit austenitischem Material gegeben. Durch die geringe Dicke der Flächenheizelemente ist es möglich, dass die Durchdringung von mehr als einem Flächenheizelement gegeben ist. Somit ist die Hintereinanderschaltung des zweiten und des dritten Flächenheizelementes 26 und 28 ermöglicht.
  • Fig. 3 zeigt die Heizvorrichtung 10 in Schnittdarstellung. Die Heizvorrichtung 10 wird auch als Induktionsheizer 10 bezeichnet. In Fig. 3 sind neben den Komponenten der Heizvorrichtung 10 auch Strömungswege für ein durch die Wärmeübertragereinrichtung 12 strömendes Fluid dargestellt. Das Fluid tritt durch den Fluid- oder Kühlmitteleinlass 14, insbesondere dessen Eintrittsflansch 22 in das Innere der Wärmeübertragereinrichtung 12. Die Strömungsrichtung des Fluids ist mit einem Pfeil 44 bezeichnet und wird als Eintrittsströmungsrichtung 44 bezeichnet. Das Fluid strömt durch einen durch das erste Flächenheizelement 24 gebildeten ersten Fluidkanal 46.
  • An einem Fluidkanalende 48 wird die geradlinige Strömungsrichtung 46 umgelenkt und bildet eine Umlenkströmung, die mit einem Pfeil 50 bezeichnet ist. Das Fluid kann im Wesentlichen parallel, aber mit entgegengesetzter Richtung, dargestellt durch einen Pfeil 52, entlang der Außenwand des ersten Flächenheizelementes 24 entlangströmen, bis das Fluid das andere Ende 54 des ersten Flächenheizelement 24 erreicht hat. Das Ende 54 ist mit dem Anschlussflansch 42 derart verbunden, dass kein Fluid wieder in das Innere des ersten Flächenheizelementes 24 eintreten kann. Dadurch und durch eine Wand 56 ist der zweite Fluidkanal 52 in Strömungsrichtung 52 gesehen abgeschlossen.
  • Zwischen der Wand 56 und der radial um das erste Flächenheizelement 24 angeordneten Induktionsspule 32 ist ein Durchlass 58 gebildet, durch den das Fluid in einen mit dem Pfeil 60 dargestellten Strömungspfad 60 umgelenkt wird und in den dritten Fluidkanal 62 eintritt. Der dritte Fluidkanal 62 wird auf der einen Seite durch den abgedichteten (elektrisch und mechanisch) Induktionsspulenkörper 34 und auf der anderen Seite durch das zweite Flächenheizelement 26 gebildet. Am Ende des dritten Fluidkanals 62 wird das Fluid abermals umgelenkt, dargestellt durch den Pfeil 64, in einen vierten Fluidkanal 66, wobei die Strömungsrichtung des Fluids in Richtung des neben dem Fluideinlass 14 angeordneten Fluidauslass 16, welcher in Fig. 3 nicht dargestellt ist, zeigt.
  • Fig. 4a zeigt die Wärmeübertragereinrichtung 12 mit dem Gehäuse 30, dem Spulengehäuse 34, dem ersten Flächenheizelement 24, dem zweiten Flächenheizelement 26 und dem dritten Flächenheizelement 28 sowie dem Kühlmittelabschlussdeckel 22. Die Induktionsspule 32 selbst ist ebenfalls zu erkennen.
  • Fig. 4b zeigt die Wärmeübertragereinrichtung 12 mit denselben Komponenten, wobei durch die abweichende Schnittebene ein Innendorn 68 erkennbar ist.
  • Fig. 4c zeigt ebenfalls die Wärmeübertragereinrichtung 12 mit dem Gehäuse 30, dem Spulengehäuse 34 und der Induktionsspule 32, dem Innendorn 68, der zentrisch zur Induktionsspule 42 angeordnet ist. Die Flächenheizelemente 24, 26 und 28 sind ebenfalls rotationssymmetrisch um den Innendorn 68 angeordnet. Das erste Flächenheizelement 24 ist innerhalb der Spule 32 angeordnet, das zweite Flächenheizelement 26 ist außerhalb der Induktionsspule 32 angeordnet und das dritte Flächenheizelement 28 ist im vierten Fluidkanal 66 angeordnet und teilt den Fluidkanal 66 in einen ersten Teilkanal 70a und einen zweiten Teilkanal 70b auf. Diese Aufteilung der Fluidkanäle 46, 52, 66, 70a, 70b ist deutlicher in Fig. 5 erkennbar.
  • Fig. 5a und 5b zeigen die Wärmeübertragereinrichtung 12 ebenfalls in Schnittdarstellung. Zusätzlich zu dem in den vorhergehenden Figuren gezeigten Aufbau der Wärmeübertragereinrichtung 12 ist erkennbar, wie der Fluideinlass 14 und der Fluidauslass 16 angeordnet und ausgestaltet sind. Der Fluideinlass 14 ist im Kühlmittelanschlussdeckel 22 neben dem Fluidauslass 16 angeordnet, sodass das Fluid zentrisch in den ersten Fluidkanal 46 strömen kann und durch den neben dem Einlassflansch 14 angeordneten Fluidauslass 16 im Anschlussflansch 22 aus der Wärmeübertragereinrichtung 12 ausströmen kann.
  • Die Ausführungsform des Anschlussflansches 22 der Wärmeübertragereinrichtung 12 in Fig. 5a und 5b ist von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verschieden. Der Anschlussflansch 22 von Fig. 1 weist nebeneinander angeordnete Fluidein- und Fluidauslässe 14 und 16 auf. Somit sind zwei realisierte Ausführungsformen für den Fluideinlass 14 und den Fluidauslass 16, insbesondere zwei Ausführungsformen für den Anschlussflansch 22, gezeigt.
  • Fig. 6a, 6b und 6c zeigen das dritte Flächenheizelement 28, welches als hohlzylindrischer Körper mit einem Zylindermantel 72 ausgebildet ist. Das dritte Flächenheizelement 28 weist an dem Zylindermantel 72 angeordnete Öffnungen 74 auf, die als Schlitze ausgebildet sein können. Die Öffnungen 74 können auch realisiert sein, indem am Zylindermantel 72 beidseitige Auswölbungen 76 ausgebildet sind. Die Auswölbungen 76 sind gebildet, indem über den Umfang des Zylindermantels 72 erstreckende Zylindermantelabschnitte 78 gebildet werden, die ein Zylindermantelband 78 bilden. Das Zylindermantelband 78 ist abwechselnd auf die innere Seite des Zylindermantels 72 und auf die äußere Seite des Zylindermantel 72 ausgestülpt oder ausgewölbt. Somit wird ein Fluidkanal oder Strömungsweg 80 zwischen einem geradlinig verlaufenden Zyündarmantslabschnitt 82 und dem ausgestülpten oder ausgewölbten Zyündermantelabschnitt 78 gebildet. Die Zylindermantelbänder 78 und 82 sind beispielsweise in etwa 0.1 mm bis 10 mm hoch. Je nach dem gewünschten Durchmischungsgrad des Fluids und der Anzahl der Zylindermantelbänder 78 sowie der Höhe des Zylindermantels 72 kann die Höhe der Zylindermantelbänder 78 variiert werden.
  • In der Schnittdarstellung von Fig. 6c ist erkennbar, dass die Zylindermantelbänder 78 sich auf beiden Seiten des Zylindermantels 72 erstrecken. Die Abmessungen der Auswölbungen 76 des zylinderförmigen Zylindermantels 72 können umfänglich unterschiedliche Kreisbogensegmente des Zylindermantelumfangs umfassen. Somit können unterschiedliche große Strömungswege 80 gebildet werden.
  • Die Öffnungen 74 können ebenfalls durch Schlitze oder anders gestaltete Öffnungen gestaltet sein. Wobei Berippungen oder Wellungen die Auswölbungen in die Funktion als Abstandshalter zum zweiten Flächenheizelement 26 übernehmen. Die Öffnungen können dabei auch simple Ausstanzlöcher sein.
  • Die Ausgestaltung des Flächenheizelementes 28 kann auch als flächiges Element vorliegen, wobei sich die Abschnitte mit Auswölbungen nicht über den Zylindermantel 72 erstrecken sondern flächige Bänder bilden, die abwechselnd mit geradlinigen Abschnitten oder Bändern angeordnet sind.
  • Die Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform der Wärmeübertragereinrichtung 90, wobei das dritte Flächenheizelement 91 als zylindrischer Hohlkörper ausgestaltet ist. Das Flächenheizelement 91 weist in Umfangsrichtung und in axialer Richtung verteilt mehrere Öffnungen 92 auf, welche beispielsweise durch ein Stanzverfahren erzeugt worden sind. Die Öffnungen 92 sind in Fig. 7 kreisrund ausgebildet und in einem gleichmäßigen Muster in horizontalen und vertikalen Reihen angeordnet. Die Öffnungen 92 dienen als sogenannte Quervermischungselemente, welche eine Vermischung des Fluids zwischen den beiden Teilkanälen, welche radial innerhalb und außerhalb des dritten Flächenheizelementes 91 ausgebildet sind, erlaubt.
  • In alternativen Ausführungsformen können auch abweichende Formgebungen für die Öffnungen vorgesehen werden, wie beispielsweise rechteckige, quadratische oder elliptische Querschnitte. Darüber hinaus kann auch die Anordnung der Öffnungen am Flächenheizelement variiert werden. Die Öffnungen können beispielsweise zufällig verteilt angeordnet sein.
  • Weiterhin ist am unteren Endbereich der Wärmeübertragereinrichtung 90 der Fig. 7 ein Kühlmittelanschlussdeckel 102 angeordnet, welcher einen Fluideinlass 93 und einen Fluidauslass 94 aufweist. Der Fluideinlass 93 ist getrennt von dem Fluidauslass 94 ausgebildet, wobei sowohl der Fluideinlass 93 als auch der Fluidauslass als zylindrische Stutzen ausgebildet sind. Über Öffnungen im Kühlmittelanschlussdeckel 102 stehen der Fluideinlass 93 und der Fluidauslass 94 jeweils mit Fluidkanälen im Inneren der Wärmeübertragereinrichtung 90 in Fluidkommunikation.
  • Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht durch die Wärmeübertragereinrichtung 90 aus Fig. 7. Das äußere Flächenheizelement 91 ist geschnitten dargestellt, wodurch der Blick auf das mittlere Flächenheizelement 95 freigegeben ist. Das zweite Flächenheizelement 95 weist an seinem unteren Endbereich mehrere Öffnungen 96, 97 auf, wobei sowohl langlochartige Öffnungen 96 als auch kreisrunde Öffnungen 97 ausgebildet sind. Die Öffnungen 96, 97 sind in Umfangsrichtung entlang des unteren Endbereichs des zweiten Flächenheizelementes 95 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind die Öffnungen 96, 97 in einer horizontalen Reihe am Umfang entlang verteilt angeordnet.
  • Durch die Öffnungen 96, 97 kann ein Fluidübertritt zwischen einem in radialer Richtung außerhalb des zweiten Flächenheizelementes 95 angeordnetem Fluidkanal und einem Strömungsbereich, welcher innerhalb des zweiten Flächenheizelementes 95 angeordnet ist, ermöglicht werden. Der entsprechend innerhalb angeordnete Strömungsbereich steht vorzugsweise mit dem Fluidauslass 94 in Fluidkommunikation. Wie in der nachfolgenden Fig. 9 dargestellt ist, ist der innerhalb angeordnete Strömungsbereich vorzugsweise durch eine im Kühlmittelanschlussdeckel 102 angeordnete Ringnut ausgebildet.
  • Weiterhin weist das zweite Flächenheizelement 95 an seiner nach außen gerichteten Fläche 98 noppenartige Vorsprünge 99 auf, welche als Distanzelement zu dem dritten Flächenheizelement 91 dienen. Die noppenartigen Vorsprünge 99 sind beispielsweise durch ein Prägeverfahren von der Innenfläche in das zweite Flächenheizelement 95 eingeformt. Die noppenartigen Vorsprünge 99 weisen eine kegelförmige Form auf, welche auf der Außenfläche 98 des zweiten Flächenheizelementes 95 fußt und spitz zuläuft.
  • Die Spitzen der noppenartigen Elemente 99 liegen an der nach innen gerichteten Fläche des dritten Flächenheizelementes 91 an, wodurch eine Beabstandung zwischen dem zweiten Flächenheizelement 95 und dem dritten Flächenheizelement 91 realisiert wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das dritte Flächenheizelement 91 an den Spitzen der noppenartigen Vorsprünge 99 mit dem zweiten Flächenheizelement 95 verbunden. Dies kann beispielsweise durch eine Verkörnung, durch eine Punktschweißung oder durch eine sonstige Fixierung erreicht werden. In Umfangsrichtung und in axialer Richtung sind mehrere noppenartige Vorsprünge 99 am zweiten Flächenheizelement 95 angeordnet. Durch eine feste Verbindung des dritten Flächenheizelementes 91 mit dem zweiten Flächenheizelement 95 wird eine Relativbewegung des dritten Flächenheizelementes 91 gegenüber den restlichen Elementen vermieden, was insbesondere bei der Montage vorteilhaft ist, da das dritte Flächenheizelement 91 nicht ungewollt mit einer Innenfläche des Gehäuses der Wärmeübertragereinrichtung 90 in Kontakt kommen kann, wodurch ein Verhaken oder ein Verklemmen entstehen könnte.
  • Außerdem zeigt die Fig. 8 Entlüftungsbohrungen 100 am unteren Endbereich oberhalb der Öffnungen 96, 97. Diese bilden einen Übertritt für Luft, welche sich an dem unteren Endbereich des innerhalb des zweiten Flächenheizelementes 95 liegenden Fluidkanals insbesondere am Umlenkbereich des Spulenkörpers bilden bzw. sammeln kann. Durch die Entlüftungsbohrungen 100 kann die Luft nach außen in den zwischen dem zweiten Flächenheizelement 95 und dem dritten Flächenheizelement 91 gebildeten Fluidkanal überströmen und von dort durch den Fluidauslass 94 aus der Wärmeübertragereinrichtung 90 ausströmen.
  • In einer besonders bevorzugten Einbaulage ist die Wärmeübertragereinrichtung 90 derart orientiert, dass der Fluideinlass 93, der Fluidauslass 94 und die Entlüftungsbohrungen 100 nach oben orientiert sind. In den Fig. 7 und 8 steht die Wärmeübertragereinrichtung 90 im Vergleich zur bevorzugten Einbaulage auf dem Kopf. Dies gilt auch für die Wärmeübertragereinrichtung 12 der vorausgegangenen Figuren 3 bis 5.
  • Fig. 9 zeigt eine weitere Schnittansicht der Wärmeübertragereinrichtung 90, wobei das zweite Flächenheizelement 95 und das erste Flächenheizelement 101 ebenfalls geschnitten dargestellt sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 ist der Innendorn 106 mit einer deutlich kürzeren Erstreckung in axialer Richtung dargestellt als in den vorausgegangenen Fig. 4 und 5.
  • Der Kühlmittelanschlussdeckel 102 bildet einen sockelartigen Bereich aus, welcher drei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist. Die Durchmesser nehmen von den Fluidanschlüssen 93, 94 nach oben hin ab. Am Abschnitt 103 mit dem größten Durchmesser, liegt das hohlzylindrische Gehäuse der Wärmeübertragereinrichtung 90 mit einer Innenfläche an. An dem darüber angeordneten Abschnitt 104 liegt das zweite Flächenheizelement 95 mit einer Innenfläche an. An dem dritten darüber liegenden Abschnitt 105 liegt das erste Flächenheizelement 101 mit einer Innenfläche an. Der Kühlmittelanschlussdeckel 102 bildet somit zusätzlich zu den Fluidanschlüssen 93, 94 auch jeweils die untere Begrenzung der durch die Flächenheizelemente 101, 95 und 91 ausgebildeten Fluidkanäle. Der Kühlmittelanschlussdeckel 102 ist ähnlich einem Stopfen von unten in die hohlzylindrisch ausgebildeten Flächenheizelemente 95 und 101 und das Gehäuse der Wärmeübertragereinrichtung 90 eingesteckt.
  • Der zweite Abschnitt 103 weist eine in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut 105 auf, welche über eine axiale Bohrung 106 mit dem Fluidauslass 94 in Fluidkommunikation steht. Der Kühlmittelanschlussdeckel 102 weist weiterhin eine Bohrung 107 auf, welche mit dem Fluideinlass 93 in Fluidkommunikation steht und den Kühlmittelanschlussdeckel 102 vollständig von unten nach oben durchdringt und in den innerhalb des ersten Flächenheizelements 101 ausgebildeten Fluidkanal mündet.
  • Fig. 10 zeigt ein Durchströmungsbild der Wärmeübertragereinrichtung 90, wobei ein Fluid durch den Fluideinlass 93 in den ersten Fluidkanal 108, welche im Inneren des ersten Flächenheizelementes 101 ausgebildet ist, strömt und entlang des Richtungspfeils 109 nach oben strömt. Am oberen Endbereich wird das Fluid entlang des Richtungspfeils 110 über einen Spalt zwischen dem ersten Flächenheizelement 101 und dem oberen Deckel um ungefähr 180 Grad umgelenkt. Das Fluid strömt im zweiten Fluidkanal 111, welcher zwischen dem ersten Flächenheizelement 101 und dem Spulenkörper ausgebildet ist, nach unten. Dort wird es entlang des Richtungspfeils 112 um ungefähr 180 Grad umgelenkt und strömt im dritten Fluidkanal 113, welcher zwischen dem Spulenkörper und dem zweiten Flächenheizelement 95 ausgebildet ist, entlang des Richtungspfeils 114 nach oben. Am oberen Endbereich der Wärmeübertragereinrichtung 90 wird das Fluid entlang des Strömungspfeils 115 um ungefähr 180 Grad umgelenkt, bevor es im vierten Fluidkanal 116 entlang des Richtungspfeils 119 nach unten strömt. Der vierte Fluidkanal 116 ist in zwei Teilkanäle aufgeteilt, wobei ein Teilkanal zwischen dem dritten Flächenheizelement 91 und dem zweiten Flächenheizelement 95 ausgebildet ist und ein Teilkanal zwischen dem dritten Flächenheizelement 91 und dem äußeren Gehäuse ausgebildet ist. Die beiden Teilkanäle stehen über die Öffnungen 92 miteinander in Fluidkommunikation.
  • Am unteren Endbereich wird das Fluid entlang des Richtungspfeils 117 um ungefähr 90 Grad umgelenkt und strömt durch die Öffnungen 96, 97, welche im zweiten Flächenheizelement 95 angeordnet sind, in die Ringnut 105 von wo das Fluid entlang des Richtungspfeils 118 aus dem Fluidauslass 94 ausströmt.
  • Die Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wärmeübertragereinrichtung 90 der Fig. 10. In Fig. 11 ist besonders gut der Bereich dargestellt, in welchem das Fluid von der Ringnut 105 in die Bohrung 106 überströmt. Das zweite Flächenheizelement 95 ist hierzu verkürzt dargestellt, um den Blick auf die Ringnut 105 freizugeben.
  • Die Flächenheizelemente 91, 95 und 101 sind vorzugsweise mit den Abschnitten 103, 104 und 105 des Kühlmittelanschlussdeckels 102 verpresst. Eine vorteilhafte Verbindung ist eine Kegelpressverbindung, welche unter Ausnutzung der beim Herstellprozess des Kühlmittelanschlussdeckeis 102 erzeugten Gussschrägen erzeugt wird. Die Abschnitte 103, 104 und 105 können hierfür auch vorteilhafterweise derart ausgebildet sein, das sie jeweils von unten nach oben gesehen konisch zulaufen, wodurch ein Aufpressen der Flächenheizelemente 91, 95 und 101 erleichtert wird.
  • In alternativen Ausgestaltungen können die Flächenheizelemente mit den jeweiligen Abschnitten des Kühlmittelanschlussdeckels auch durch Verkörnungen, umgeschlagene Laschen oder sonstige Fixierhilfen verbunden sein.
  • Fig. 12 zeigt eine Detailansicht des unteren Endbereichs der Wärmeübertragereinrichtung 90 gemäß der Fig. 9. Es ist insbesondere der zwischen dem Kühlmittelanschlussdeckel 102 und dem Gehäuse 120, in welchem der Spulenkörper eingefasst, ausgebildete Spalt 121 zu erkennen, durch welchen das Fluid zwischen den Fluidkanälen 111 und 113 strömen kann. Zwischen dem Gehäuse 120 und dem Kühlmittelanschlussdeckel 102 sind Distanzelemente 122 angeordnet, welche das Gehäuse 120 relativ zum Kühlmittelanschlussdeckel 102 beabstanden. Die Distanzelemente 122 weisen nach oben gerichtete U-förmige Aufnahmebereiche auf, in welche das Gehäuse 120 eingesetzt ist.
  • In einer alternativen Ausgestaltung können die Distanzelemente auch Befestigungsvorrichtungen aufweisen, welche eine Fixierung zwischen dem Kühlmittelanschlussdeckel und dem Gehäuse erzeugen. Die Befestigungsvorrichtungen können beispielsweise durch Schnapphaken, Rastelemente oder Klemmelemente gebildet sein.
  • Weiterhin sind Entlüftungsbohrungen 100 im mittleren Flächenheizelement 95 dargestellt, welche insbesondere der Entlüftung der Wärmeübertragereinrichtung 90 dienen. Durch die Entlüftungsbohrungen 100 kann Luft aus dem Fluidkanal 113 in den Fluidkanal 116 überströmen. Die Fluidkanäle 113, 116 sind radial außerhalb und radial innerhalb des mittleren Flächenheizelementes 95 angeordnet. Aus dem radial außerhalb liegenden Fluidkanal 116 kann die Luft schließlich durch die Öffnungen 96, 97, welche in Fig. 12 nicht dargestellt sind, in die Ringnut 105 im Kühlmittelanschlussdeckel 102 überströmen und von dort durch den Fluidauslass 94 aus der Wärmeübertragereinrichtung 90 hinaus. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Wärmeübertragereinrichtung 90 in ihrer bevorzugten Einbaulage montiert ist, wobei der Kühlmittelanschlussdeckel 102 in dieser bevorzugten Einbaulage am oberen Endbereich der Wärmeübertragereinrichtung 90 angeordnet ist.
  • Die Fig. 13 zeigt eine weitere Detailansicht gemäß Fig. 12, wobei das Flächenheizelement 95 nicht geschnitten dargestellt ist. Es sind insbesondere die Öffnungen 96, 97 und die Entlüftungsbohrungen 100 zu erkennen, welche am unteren Endbereich des Flächenheizelementes 95 angeordnet sind. Das Flächenheizelement 95 umschließt den Abschnitt 104 des Kühlmittelanschlussdeckels 102 vollständig und sitzt auf dem unteren Abschnitt 103 auf.
  • Fig. 14 zeigt eine alternative Ausführungsform der Wärmeübertragereinrichtung 90, wobei das äußere Flächenheizelement gemäß dem Flächenheizelement 28 der Fig. 6a ausgeführt ist. Die Fig. 14 zeigt somit insbesondere eine Kombination des Flächenheizelementes 28, wie es in den Fig. 4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 6a, 6b und 6c gezeigt ist, und einer Wärmeübertragereinrichtung 90, welche einen Kühlmittelanschlussdeckel 102 mit getrennt voneinander ausgeführten Fluidanschlüssen 93 und 94 aufweist und in den Fig. 7 bis 11 gezeigt ist.
  • Der Abschnitt 104 des Kühlmittelanschlussdeckels 102 ist durch ein ringartiges Element 123 umschlossen, welcher über Befestigungsmittel 124 mit dem Kühlmittelanschlussdeckel 102 verbunden ist. Das ringartige Element 123 weist an einer vom Betrachter abgewandten Stelle Öffnungen auf, durch welche das Fluid in einen im Abschnitt 104 ausgebildeten Strömungsbereich, welcher beispielsweise als Ringnut ausgebildet sein kann, einströmen kann.
  • Die vorausgegangenen Fig. 1 bis 14 sind beispielhaft und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Die einzelnen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele sind untereinander kombinierbar. Insbesondere hinsichtlich der Materialwahl und der Geometrie der einzelnen Elemente sowie der Anordnung der Elemente zueinander besitzen die Fig. 1 bis 14 keinen beschränkenden Charakter.
  • In den vorliegenden Unterlagen werden Wärmeübertrager, Wärmeübertragereinrichtung, Wärmetauschereinrichtung und Wärmetauscher synonym verwendet. Gleiches gilt für die Begriffe Fluidkanal bzw. Strömungskanal und Teilströmungskanal bzw. Teilkanal und Strömungspfad bzw. Strömungsweg.

Claims (12)

  1. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) für eine Heizvorrichtung (10), insbesondere eines Kraftfahrzeuges, aufweisend ein Gehäuse (30) mit mindestens einem darin angeordneten Fluidkanal (46, 52, 62, 66, 108, 111, 113, 116) mit einem Fluideinlass (14, 93) und einem Fluidauslass (16, 94), ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element (32) und mindestens ein von einem Fluid einseitig oder beidseitig umströmbares bevorzugt metallisches Flächenheizelement (24, 26, 28, 91, 95, 101), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Flächenheizelement (28, 91) vorgesehen ist, das eingerichtet ist, den mindestens einen Fluidkanal (66, 116) in Teilkanäle (70a, 70b) zu unterteilen.
  2. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Flächenelement (28, 91) Quervermischungselemente (74, 76, 78, 92) aufweist.
  3. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quervermischungselemente (74, 76, 78, 92) Öffnungen (74, 92) aufweisen, mittels denen das Fluid durch das Flächenheizelement (28, 91) hindurchströmen kann.
  4. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Flächenheizelement (28, 95) eine geometrische Ausgestaltung aufweist, mittels der eine Beabstandung (78) zweier benachbart angeordneter Flächenheizelemente (26, 28, 91, 95) und/oder eine Beabstandung des Flächenheizelements (28) und der Innenwandung des Gehäuses (30) realisiert werden kann.
  5. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Flächenheizelement (28, 91) den mindestens einen Fluidkanal (66, 116) derart in Teilkanäle (70a, 70b) unterteilt, dass ein geringst möglicher Druckabfall sowie eine maximal mögliche Wärmeabfuhr an das Kühlmittel im Fluidkanal (66, 16) realisiert wird.
  6. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Ausgestaltung des weiteren Flächenheizelementes (28, 91) eine geometrische Struktur (74, 76, 78) aufweist, die eingerichtet und ausgestaltet ist, eine Turbulierung und Verwirbelung des durch die Teilkanäle (70a, 70b) strömenden Fluides zu realisieren.
  7. Wärmeübertragereinrichtung (12 ,90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Flächenheizelement (28, 95) Einprägungen und/oder Berippungen aufweist.
  8. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenheizelemente (24, 26, 28, 91, 95 ,101) aus einem Material gebildet sind, das einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als das Material des das magnetische Wechselfeld erzeugenden Elementes.
  9. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Flächenheizelement (28, 91) ein ferritisches Material aufweist.
  10. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Flächenheizelement (28, 91) derart ausgestaltet ist, dass das weitere Flächenheizelement (28, 91) in ein flächiges und/oder zylindrisches Gehäuse (30) verbaubar ist.
  11. Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander benachbarte Flächenheizelemente (91, 95) formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  12. Heizvorrichtung (10) mit einer Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einer Steuereinheit (18) zur Steuerung des ein magnetisches Wechselfeld erzeugenden Elementes (32) und der Flächenheizelemente (24, 26, 28, 91, 95, 101), wobei die Wärmeübertragereinrichtung (12, 90) ein Gehäuse (30) mit mindestens einem darin angeordneten Fluidkanal (46, 56, 62, 66, 108, 111, 113, 116) mit einem Fluideinlass (14, 93) und einem Fluidauslass (16, 94) aufweist und ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element (32) sowie mindestens ein von einem Fluid einseitig oder beidseitig umströmbares, bevorzugt metallisches Flächenheizelement (28, 91), wobei mindestens ein weiteres Flächenheizelement (28, 91) vorgesehen ist, das eingerichtet ist, den mindestens einen Fluidkanal (66, 116) in Teilkanäle (70a, 70b) zu unterteilen.
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