EP3601899A1 - Elektrisches heizgerät - Google Patents

Elektrisches heizgerät

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Publication number
EP3601899A1
EP3601899A1 EP18715529.6A EP18715529A EP3601899A1 EP 3601899 A1 EP3601899 A1 EP 3601899A1 EP 18715529 A EP18715529 A EP 18715529A EP 3601899 A1 EP3601899 A1 EP 3601899A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
volume
electric heater
liquid inlet
liquid outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18715529.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Bäcker
Peter Neidenberger
Tobias PFANNENSTIEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP3601899A1 publication Critical patent/EP3601899A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F24H1/12—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 in which the water is kept separate from the heating medium
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    • F24H1/162—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 in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form helically or spirally coiled using electrical energy supply
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    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an electric heater, in particular auxiliary heater, for a motor vehicle and a method for operating a heater.
  • Electric heaters for motor vehicles such as parking heaters are well known.
  • Electric parking heaters usually have a water-carrying area (volume) with a main flow direction. Furthermore, water connections are assigned to the water-conducting area, which allow water to flow into and out of the water-carrying area. For permanent operation of such a heater, it is usually necessary that a vent is made possible. In this
  • an electric heater preferably a parking heater, for a motor vehicle (eg car or truck), comprising a volume for receiving and passing a fluid, in particular water, a fluid inlet and a
  • Liquid output such that liquid can be flowed into the volume via the liquid inlet and can be flowed out via the liquid outlet, wherein in the volume at least one (electric) heating element, in particular (electric) heating resistor is arranged, wherein at least one
  • Deflection device in particular at least one partition, is provided so that liquid flowing from the liquid inlet to the liquid outlet is deflected (so that a flow path is increased compared to an electric heater without such deflection).
  • the volume (water-conducting area) is preferably formed by a container in which (at least in sections) the heating element or in particular the heating resistor is arranged.
  • the volume or the container may in particular be cuboid (possibly with rounded edges) or (circular) cylindrical.
  • the container may be integrally formed (preferably monolithically) with the deflection device.
  • the container may be composed of a plurality of elements, and / or the container and diverter may be formed by separate components.
  • the container may be made (at least in sections) of metal and / or plastic. Liquid inlet and / or outlet preferably have a round
  • a heating element is in particular an element to understand, which allows heating of a liquid in the volume, so that the temperature of the liquid is increased as it exits the liquid outlet to the temperature when entering through the liquid inlet.
  • a heating element is preferably sealed (ie in particular formed without fluid channels integrated therein). It is preferably in the
  • Heating element to an (electric) heating resistor, so a structure that heats up when an electric current is applied, wherein the heat can then be delivered to the liquid in the volume.
  • An arrangement of the heating element in the volume is to be understood in particular as an arrangement in which the heating element projects into an interior of the volume. However, it may also be an arrangement in which the heating element is arranged on an inner surface of a wall of the volume or through the
  • Wall itself is defined.
  • exactly one liquid inlet and one liquid outlet is provided. It is also conceivable that more than one fluid inlet and / or more than one
  • Liquid outlet is provided. Under a diversion by the
  • Liquid inlet to get to the liquid outlet.
  • Liquid outlet can flow (for example, through a narrow opening in the deflection, which allows an at least small part of the liquid to flow without detour from the liquid inlet to the liquid outlet).
  • at least the major part of the liquid should be forced by the deflection on a detour.
  • This detour should preferably be at least twice as large, more preferably at least four times as large as a (potential) direct path between
  • the deflecting device may extend over at least 25%, more preferably at least 50% of a distance between two mutually opposite (eg parallel) wall sections.
  • the deflection device may preferably extend over at least 25%, in particular at least 50% of a length of the cylinder.
  • a central idea of the invention is to force the liquid flowing through the volume through the deflection device so that a "short cut" of the liquid from the liquid inlet to the liquid outlet is excluded (at least largely)
  • the way in which the heating element flows around it thus becomes (at least largely) independent of the installation position, although it can also be used in different (for example two or three
  • the object is achieved by an electric heater (in particular auxiliary heater) for a motor vehicle, preferably of the type described above, wherein the electric heater has a volume for receiving and passing a liquid, in particular of water, a liquid inlet and a liquid outlet in such a way that liquid can be flowed in via the liquid inlet into the volume and over the electric heater (in particular auxiliary heater) for a motor vehicle, preferably of the type described above, wherein the electric heater has a volume for receiving and passing a liquid, in particular of water, a liquid inlet and a liquid outlet in such a way that liquid can be flowed in via the liquid inlet into the volume and over the
  • Liquid outlet can flow out, wherein in the volume
  • Heating resistor is arranged, wherein the electric heater such is configured that it can be vented in at least two, preferably at least three different mounting positions.
  • an electric heater is proposed, which is configured so that it (permanently) works in different mounting positions, in particular can be vented.
  • the electric heater should be configured so that it (efficient) can be operated in the multiple mounting positions, so a corresponding heat transfer can take place.
  • the electric heater is also configured so that it can be mounted in the various mounting positions (installation orientations). This requires corresponding mounting devices that in the multiple mounting positions
  • a first installation position can be achieved by rotation of the electric heater from the first installation position by 90 degrees, if necessary.
  • An optional third mounting position can be achieved by rotation about 90 degrees from the second mounting position to a second (different) axis.
  • the second axis is preferably perpendicular to the first axis.
  • the first axis parallel to a longitudinal extent of the electric
  • the deflection device (the deflection element, in particular the partition wall) may be formed from metal and / or plate-shaped or as a plate.
  • the deflecting element can at least in sections be a sheet (preferably straight).
  • a floor plan of the deflecting element may be quadrangular.
  • the deflection device (the deflection element) may be spaced apart from the heating element or not connected thereto, in particular not be in contact with at least one or more or all heating element (s).
  • the deflection device may be mounted at a proximal end within the electric heater, in particular on a housing or housing part of the electric heater. A distal end is preferably free.
  • liquid inlet and liquid outlet are adjacent to each other.
  • fluid inlet and liquid outlet are adjacent to each other.
  • Liquid outlet on the same side (for example, in the same wall, in particular side wall) of the electric heater (or a volume-forming container) may be arranged.
  • adjacent to one another is meant, in particular, a distance between the liquid inlet and the liquid outlet of less than 5 cm, for example, the liquid inlet and the liquid outlet can be arranged on a longitudinally extending wall of the liquid
  • the liquid inlet and the liquid outlet may be at a distance from one another which is (significantly) less than a maximum possible distance between two points within the volume, for example less than half, preferably less than one-fourth, preferably less than one-eighth, that maximum possible Have distance to each other.
  • the liquid outlet is arranged in at least three different mounting positions either at the same level or above the liquid inlet / can be arranged.
  • the liquid outlet is arranged in at least three different mounting positions either at the same level or above the liquid inlet / can be arranged.
  • Liquid inlet in two installation positions at the level of the liquid inlet, and in a third installation position above the liquid inlet
  • Liquid outlet and liquid inlet preferably arranged at the same height of this wall or arranged so that a line connecting the liquid inlet and liquid outlet parallel to a
  • the flow path enlarged by the deflection device may be at least twice, preferably at least four times, more preferably at least eight times, even more preferably at least sixteen times as long as a distance between the liquid inlet and the liquid outlet.
  • the deflection device extends within the volume over at least 50%, preferably at least 80%, even more preferably at least 90% and / or at most 95%, preferably at most 92%, of a (longitudinal) extent of the volume.
  • the deflection device separates the volume into two sub-volumes, which are preferably connected to one another by at least one or exactly one connection opening.
  • the connection opening may be further from the liquid inlet than the liquid outlet (from the liquid inlet).
  • a heating element or a section of such can be arranged in both partial volumes.
  • a separation area defined by the deflection device (partition wall) preferably has at least 20%, more preferably at most 10% (of the area), an opening or openings. In other words, the interface is
  • the deflection may be arranged and oriented so that a cross section of a liquid guide perpendicular to a
  • the deflecting device can extend diagonally from a first side to a second (opposite, possibly parallel side). Through such a (funnel-like) taper or widening can effectively flow through the volume (even in different mounting positions) can be realized, which improves the overall efficiency.
  • a volume-defining housing and the deflection device can be realized as a one-piece (monolithic) component. This allows the
  • At least one tubular heater and / or at least one layer heater is provided as a heating element or component thereof.
  • Under a tubular heater can be understood in particular a meandering and / or helical and / or spiral course of a (possibly dense, ie formed without inner fluid channels) electrical conductor.
  • Layer heating is in particular a heating element in which an electrical conductor is applied over a surface (for example, at least 5 cm 2 or 10 cm 2 ) to a substrate (for example housing inner wall) and is applied for heating with electric current.
  • a surface for example, at least 5 cm 2 or 10 cm 2
  • a substrate for example housing inner wall
  • WO 2013/186106 AI and WO 2013/030048 AI referenced There, heaters are described which have an electrical heating layer which heats when an electrical voltage (or the flow of a current) is applied.
  • the use of a tubular heater allows in particular the implementation of an easy-to-manufacture geometry.
  • a motor vehicle comprising an electric heater of the type described above.
  • the object is achieved by a method for operating a heater of the type described above or a motor vehicle of the type described above, wherein the liquid flows into the liquid inlet and flows out of the liquid outlet at elevated temperature.
  • the from the Volume outflowing liquid is preferably used for heating an interior of a motor vehicle, in particular a passenger compartment and / or for heating (or preheating) a drive element, in particular motor.
  • the heating element (the electrical heating resistor) can via a
  • Power supply of the motor vehicle to be supplied with electricity (for example, a vehicle battery) and / or via an (external) power grid.
  • the partial volumes each comprise at least 10%, preferably at least 20%, even more preferably at least 40% of the (total) volume.
  • the volume may comprise at least 200 cm 3 , preferably at least 1000 cm 3 . Furthermore, the volume (in a longitudinal extension) at least 5 cm, preferably at least 12 cm long.
  • An upper limit may be 40 cm, preferably 30 cm.
  • a width and / or depth and / or (eg in the case of a cylindrical design) a diameter may be for example at least 4 cm, preferably at least 6 cm.
  • a corresponding upper limit may be 12 cm, preferably 8 cm.
  • the electric heater preferably has corresponding fastening devices (eg bores).
  • Fig. 1 is a schematic oblique view of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view (with partially transparent or
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of an inventive
  • a housing 10 of the heater is (approximately) cuboid (with rounded edges), so that a corresponding volume 11, which is defined by the housing 10, is cuboid (with rounded edges).
  • a heating element 12 which comprises a tubular heater in the present embodiment. In the presence of an electric current, this tubular heater 13 is heated, so that a liquid (water) in the volume 11 can be heated.
  • the volume 11 is divided by a partition wall 14 (separating plate) into two partial volumes 15, 16.
  • the partition 14 extends diagonally (obliquely) from a (longitudinal) side wall 17 to an opposite side wall 18.
  • On the side wall 17 is a liquid inlet 19 and a
  • Liquid outlet 20 (and next to each other, based on a
  • liquid inlet 19 and liquid outlet 20 are located in an end portion 21 of the side wall 17.
  • the liquid inlet may be located at 20 and the liquid outlet at 19.
  • Fig. 2 shows a side view of the electric heater of FIG. 1, wherein individual elements (in particular walls) are shown transparent.
  • Fig. 2 is shown that extends the electrical heating resistor (heating element) 12 over (almost) the entire longitudinal extension of the volume (at least over at least 90% of this longitudinal extent).
  • the heating resistor thus extends from a wall 22 through which
  • Heating element terminals 23 extend until (almost) to the opposite wall 23.
  • a distal end 24 of the partition 14 is also indicated in Fig. 2.
  • the partition wall 14 extends from the wall 22 far into the volume (over more than% of a longitudinal extension of the Volume), but preferably less far than the heating element 12.
  • the fluid around the distal end 24 may be surrounded by a
  • Connecting opening 25 flow from a partial volume in the other part volume, so that liquid from the liquid inlet 19 to the liquid outlet 20 can flow.
  • Fig. 1 and 2 show a first installation position (horizontal), in which the
  • the water connections are located laterally (on a then vertically oriented wall) of the water-carrying area (volume), wherein the liquid outlet is located above the liquid inlet.
  • Liquid outlet 20 flows and so the heating element 12 bypasses.
  • Partition 14 is preferably formed of metal and plate-shaped (a thickness of the partition is preferably less than 4 mm, more preferably less than 2 mm).
  • the deflecting element (the dividing wall 14) is arranged between the two water connections (liquid inlet 19 and liquid outlet 20) and thus divides the water-carrying region (the volume) into two parts.
  • a recess for overflow or flow around the partition wall 14 may possibly be provided only in the area which is the largest distance to the

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät, insbesondere Standheizung, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Volumen (11) zur Aufnahme und Durchleitung einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, einen Flüssigkeitseingang (19) und einen Flüssigkeitsausgang (20) derart, dass Flüssigkeit über den Flüssigkeitseingang (19) in das Volumen (11) einströmbar ist und über den Flüssigkeitsausgang (20) ausströmbar ist, wobei in dem Volumen (11) mindestens ein Heizelement (12), insbesondere ein Heizwiderstand angeordnet ist, wobei mindestens eine Umlenkeinrichtung (14), insbesondere mindestens eine Trennwand, vorgesehen ist derart, dass vom Flüssigkeitseingang (19) zum Flüssigkeitsausgang (10) strömende Flüssigkeit umgelenkt wird, so dass ein Strömungsweg vergrößert ist.

Description

Elektrisches Heizgerät
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät, insbesondere Standheizung, für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes.
Elektrische Heizgeräte für Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Standheizungen sind allgemein bekannt. Elektrische Standheizungen haben üblicherweise einen wasserführenden Bereich (Volumen) mit einer Hauptströmungsrichtung. Weiterhin sind dem wasserführenden Bereich Wasseranschlüsse zugeordnet, die es erlauben, Wasser in den wasserführenden Bereich hinein- und aus diesem hinauszuleiten. Zum dauerhaften Betrieb einer solchen Standheizung ist es üblicherweise notwendig, dass eine Entlüftung ermöglicht wird . In diesem
Zusammenhang wird die Ausnutzung von zur Verfügung stehendem Bauraum als verbesserungswürdig angesehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, zur Verfügung stehenden Bauraum in einem Kraftfahrzeug effizient ausnutzen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein elektrisches Heizgerät, vorzugweise eine Standheizung, für ein Kraftfahrzeug (z. B. PKW oder LKW), umfassend ein Volumen zur Aufnahme und Durchleitung einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, einem Flüssigkeitseingang und einen
Flüssigkeitsausgang derart, dass Flüssigkeit über den Flüssigkeitseingang in das Volumen einströmbar ist und über den Flüssigkeitsausgang ausströmbar ist, wobei in dem Volumen mindestens ein (elektrisches) Heizelement, insbesondere (elektrischer) Heizwiderstand angeordnet ist, wobei mindestens eine
Umlenkeinrichtung, insbesondere mindestens eine Trennwand, vorgesehen ist, so dass vom Flüssigkeitseingang zum Flüssigkeitsausgang strömende Flüssigkeit umgelenkt wird (so dass ein Strömungsweg vergrößert ist im Vergleich zu einem elektrischen Heizgerät ohne derartige Umlenkeinrichtung).
Das Volumen (wasserführender Bereich) wird vorzugsweise durch einen Behälter gebildet, in dem (zumindest abschnittsweise) das Heizelement bzw. insbesondere der Heizwiderstand angeordnet ist. Das Volumen bzw. der Behälter kann insbesondere quaderförmig (ggf. mit abgerundeten Kanten) oder (kreis-) zylindrisch ausgebildet sein. Der Behälter kann ggf. mit der Umlenkeinrichtung einstückig (vorzugsweise monolithisch) ausgebildet sein. Alternativ kann sich der Behälter aus mehreren Elementen zusammensetzen und/oder können Behälter und Umlenkeinrichtung durch separate Bauteile gebildet werden. Der Behälter kann (zumindest abschnittsweise) aus Metall und/oder Kunststoff gefertigt sein. Flüssigkeitseingang und/oder -ausgang weisen vorzugsweise einen runden
Querschnitt auf. Unter einem Heizelement ist insbesondere ein Element zu verstehen, das ein Aufheizen einer Flüssigkeit in dem Volumen ermöglicht, so dass die Temperatur der Flüssigkeit bei Austritt aus dem Flüssigkeitsausgang gegenüber der Temperatur beim Eintritt durch den Flüssigkeitseingang erhöht ist. Ein derartiges Heizelement ist vorzugsweise dicht (also insbesondere ohne darin integrierte Fluidkanäle ausgebildet). Bevorzugt handelt es sich bei dem
Heizelement um einen (elektrischen) Heizwiderstand, also eine Struktur, die sich bei Anlegen eines elektrischen Stroms erwärmt, wobei die Wärme dann an die Flüssigkeit in dem Volumen abgegeben werden kann. Unter einer Anordnung des Heizelementes in dem Volumen ist insbesondere eine Anordnung zu verstehen, bei der das Heizelement in ein Inneres des Volumens hineinragt. Es kann sich dabei jedoch auch um eine Anordnung handeln, bei der das Heizelement an einer Innenfläche einer Wandung des Volumens angeordnet ist oder durch die
Wandung selbst definiert wird. In einer konkreten Ausführungsform ist genau ein Flüssigkeitseingang und ein Flüssigkeitsausgang vorgesehen. Es ist auch vorstellbar, dass mehr als ein Flüssigkeitseingang und/oder mehr als ein
Flüssigkeitsausgang vorgesehen ist. Unter einer Umlenkung durch die
Umlenkeinrichtung ist insbesondere zu verstehen, dass ein direkter Weg zwischen Flüssigkeitseingang und Flüssigkeitsausgang durch die Umlenkeinrichtung zumindest teilweise versperrt wird, so dass die Flüssigkeit zumindest teilweise auf einen Umweg gezwungen wird, um beim Durchströmen des Volumens vom
Flüssigkeitseingang zum Flüssigkeitsausgang zu gelangen. Dadurch soll nicht ausgeschlossen sein, dass zumindest ein kleiner Anteil der durch das Volumen strömenden Flüssigkeit auch auf direktem Weg von Flüssigkeitseingang zu Flüssigkeitsausgang strömen kann (beispielsweise durch eine schmale Öffnung in der Umlenkeinrichtung, die es einem zumindest kleinen Teil der Flüssigkeit erlaubt, ohne Umweg vom Flüssigkeitseingang zum Flüssigkeitsausgang zu strömen). Zumindest der überwiegende Teil der Flüssigkeit soll jedoch durch die Umlenkeinrichtung auf einen Umweg gezwungen werden. Dieser Umweg soll vorzugsweise mindestens doppelt so groß, weiter vorzugsweise mindestens viermal so groß sein, wie ein (potentieller) direkter Weg zwischen
Flüssigkeitseingang und Flüssigkeitsausgang . In konkreten Ausgestaltungen kann sich die Umlenkeinrichtung über mindestens 25 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 50 % eines Abstandes zwischen zwei sich gegenüberliegenden (z. B. parallel verlaufenden) Wandabschnitten erstrecken. Bei einer beispielsweise (kreis-)zylindrischen Ausgestaltung kann sich die Umlenkeinrichtung vorzugsweise über mindestens 25 %, insbesondere mindestens 50 % einer Länge des Zylinders erstrecken.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, die durch das Volumen strömende Flüssigkeit durch die Umlenkeinrichtung auf einen Weg zu zwingen, so dass eine „Abkürzung" der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitseingang zum Flüssigkeitsausgang (zumindest weitgehend) ausgeschlossen ist. Dadurch kann (insbesondere unabhängig von einer Einbaulage) das Heizelement gut (zumindest weitestgehend vollständig) und definiert umströmt werden. Die Art und Weise der Umströmung des Heizelements wird damit (zumindest weitestgehend) unabhängig von der Einbaulage. Dennoch kann auch in verschiedenen (z. B. zwei oder drei
verschiedenen) Einbaulagen eine ausreichende Entlüftung ermöglicht werden. Insgesamt kann damit zur Verfügung stehender Bauraum effizienter (durch entsprechende Orientierung des elektrischen Heizgerätes) ausgenutzt werden. Insgesamt kann das elektrische Heizgerät variabel eingesetzt werden.
Gemäß einem unabhängigen Aspekt der Erfindung (der mit dem obigen Aspekt vorzugsweise kombiniert werden kann) wird die Aufgabe durch ein elektrisches Heizgerät (insbesondere Standheizung) für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise der oben beschriebenen Art, gelöst, wobei das elektrische Heizgerät ein Volumen zur Aufnahme und Durchleitung einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, einen Flüssigkeitseingang und einen Flüssigkeitsausgang derart, dass Flüssigkeit über den Flüssigkeitseingang in das Volumen einströmbar ist und über den
Flüssigkeitsausgang ausströmbar ist, aufweist, wobei in dem Volumen ein
Heizwiderstand angeordnet ist, wobei das elektrische Heizgerät derart konfiguriert ist, dass es in mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei verschiedenen Einbaulagen entlüftbar ist. Gemäß einem grundlegenden Gedanken der Erfindung wird also ein elektrisches Heizgerät vorgeschlagen, das so konfiguriert ist, dass es in verschiedenen Einbaulagen (dauerhaft) funktioniert, insbesondere entlüftet werden kann. Weiterhin soll das elektrische Heizgerät so konfiguriert sein, dass es auch in den mehreren Einbaulagen (effizient) betrieben werden kann, also ein entsprechender Wärmeübertrag stattfinden kann. Zuletzt ist das elektrische Heizgerät auch so konfiguriert, dass es in den verschiedenen Einbaulagen (Einbauorientierungen) montierbar ist. Dies setzt entsprechende Montageeinrichtungen voraus, die bei den mehreren Einbaulagen
(Einbauorientierungen) auch eine Montage ermöglichen. Dabei ist zu beachten, dass in verschiedenen Einbaulagen verschiedene Kräfte wirken, da die
Schwerkraft immer nach unten gerichtet ist. Es kann also zunächst eine erste Einbaulage ermöglicht sein. Eine zweite Einbaulage kann ggf. durch Rotation des elektrischen Heizgerätes aus der ersten Einbaulage um 90 Grad erreicht werden. Eine gegebenenfalls dritte Einbaulage kann durch Rotation um 90 Grad aus der zweiten Einbaulage um eine zweite (abweichende) Achse erreicht werden. Die zweite Achse ist vorzugsweise senkrecht auf der ersten Achse. Beispielsweise kann die erste Achse parallel zu einer Längserstreckung des elektrischen
Heizgerätes sein und die zweite Achse senkrecht dazu (sich also quer erstrecken). Bei elektrischen Heizgeräten, insbesondere elektrischen Standheizungen des Standes der Technik verhindert insbesondere die Art der Konfiguration der Durchströmung sowie die Anordnung der Wasseranschlüsse, dass verschiedene Einbaulagen des Heizgerätes realisiert werden können. Diese Einschränkung wird nun erfindungsgemäß überwunden. Im Allgemeinen sind unter verschiedenen Einbaulagen verschiedene Orientierungen des elektrischen Heizgerätes in Bezug auf den Schwerkraftvektor gemeint.
Die Umlenkeinrichtung (das Umlenkelement, insbesondere die Trennwand) kann aus Metall und/oder plattenförmig bzw. als Platte ausgebildet sein. Bei dem Umlenkelement kann es sich zumindest abschnittsweise um ein (vorzugsweise gerades) Blech handeln. Ein Grundriss des Umlenkelementes kann viereckig sein.
Die Umlenkeinrichtung (das Umlenkelement) kann vom Heizelement beabstandet sein bzw. nicht mit diesem verbunden sein, insbesondere nicht in Berührung mit mindestens einem oder mehreren oder allen Heizelement(en) sein. Die Umlenkeinrichtung kann an einem proximalen Ende innerhalb des elektrischen Heizgerätes, insbesondere an einem Gehäuse oder Gehäuseteil des elektrischen Heizgerätes gelagert sein. Ein distales Ende ist vorzugsweise frei.
Vorzugsweise sind Flüssigkeitseingang und Flüssigkeitsausgang einander benachbart. Alternativ oder zusätzlich können Flüssigkeitseingang und
Flüssigkeitsausgang auf derselben Seite (beispielsweise in derselben Wand, insbesondere Seitenwand) des elektrischen Heizgerätes (bzw. eines das Volumen ausbildenden Behälters) angeordnet sein. Unter„einander benachbart" ist insbesondere ein Abstand zwischen Flüssigkeitseingang und Flüssigkeitsausgang von weniger als 5 cm zu verstehen. Beispielsweise können Flüssigkeitseingang und Flüssigkeitsausgang auf einer sich längs erstreckenden Wand des
elektrischen Heizgeräts (bzw. des Volumens) angeordnet sein, insbesondere an einem Ende einer solchen Längswand, wobei dieses Ende durch einen Bereich von 20 % der Längserstreckung (von einer Endkante aus gesehen) definiert sein kann. Durch eine derartige Anordnung kann einerseits effektiv eine Entlüftung in verschiedenen Einbaulagen durchgeführt werden und dennoch kann das elektrische Heizgerät effizient arbeiten, da durch die Umlenkeinrichtung in den verschiedenen Einbaulagen eine ausreichende Umströmung des Heizelementes gewährleistet ist. Insgesamt ist ein effizienter Betrieb in verschiedenen
Einbaulagen, also unter effizienter Ausnutzung eines zur Verfügung stehenden Bauraums ermöglicht.
Der Flüssigkeitseingang und der Flüssigkeitsausgang können einen Abstand zueinander aufweisen, der derart (deutlich) kleiner ist als ein maximal möglicher Abstand zweier Punkte innerhalb des Volumens, beispielsweise weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Viertel, vorzugsweise weniger als ein Achtel, dieses maximal möglichen Abstandes zueinander aufweisen. Bei einem
(perfekten) Quader entspräche beispielsweise der maximal mögliche Abstand der Raumdiagonalen.
Vorzugsweise ist der Flüssigkeitsausgang in mindestens drei verschiedenen Einbaulagen entweder auf gleicher Höhe oder oberhalb des Flüssigkeitseingangs angeordnet/anordenbar. In einer konkreten Ausführungsform ist der
Flüssigkeitseingang in zwei Einbaulagen auf Höhe des Flüssigkeitseinganges, und in einer dritten Einbaulage oberhalb des Flüssigkeitseinganges
angeordnet/anordenbar. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ein effektiver Betrieb und auch eine Entlüftung in drei verschiedenen Einbaulagen ermöglicht sein.
Wenn Flüssigkeitsausgang und Flüssigkeitseingang auf derselben Wand
(beispielsweise im Falle eines Quaders auf derselben Seitenwand oder im Falle eines Zylinders auf der Mantelfläche) des Volumens angeordnet sind, sind
Flüssigkeitsausgang und Flüssigkeitseingang vorzugsweise auf derselben Höhe dieser Wand angeordnet bzw. so angeordnet, dass eine Verbindungslinie zwischen Flüssigkeitseingang und Flüssigkeitsausgang parallel zu einer
Wandgrenze verläuft.
Der durch die Umlenkeinrichtung vergrößerte Strömungsweg kann mindestens doppelt, vorzugsweise mindestens viermal, weiter vorzugsweise mindestens achtmal, noch weiter vorzugsweise mindestens sechzehnmal so lang sein, wie ein Abstand zwischen Flüssigkeitseingang und Flüssigkeitsausgang.
Vorzugsweise erstreckt sich die Umlenkeinrichtung innerhalb des Volumens über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 80 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 90 % und/oder höchstens 95 %, vorzugsweise höchstens 92 %, einer (Längs-)Erstreckung des Volumens.
In einer konkreten Ausführungsform trennt die Umlenkeinrichtung das Volumen in zwei Teilvolumina, die vorzugsweise durch mindestens eine oder genau eine Verbindungsöffnung miteinander verbunden sind . Die Verbindungsöffnung kann weiter von dem Flüssigkeitseingang entfernt sein als der Flüssigkeitsausgang (von dem Flüssigkeitseingang). Alternativ oder zusätzlich kann in beiden Teilvolumina ein Heizelement oder ein Abschnitt eines solchen angeordnet sein. Eine durch die Umlenkeinrichtung (Trennwand) definierte Trennungsfläche weist vorzugsweise über höchstens 20 %, weiter vorzugsweise höchstens 10 % (der Fläche) eine Öffnung bzw. Öffnungen auf. Mit anderen Worten ist die Trennfläche
überwiegend dicht. In einer konkreten Ausführungsform kann ausschließlich an einem distalen (von dem Flüssigkeitseingang wegweisenden) Ende der
Umlenkeinrichtung ein Durchbruch zwischen den Teilvolumina vorliegen. Ggf. können jedoch (zumindest kleinere) Durchbrüche auch weiter in Richtung
Flüssigkeitseingang angeordnet sein, beispielsweise zur Verbesserung der Entlüftung und/oder der Anströmung einzelner Bereiche des Heizelementes. Die Umlenkeinrichtung (Trennwand) kann derart angeordnet und orientiert sein, dass sich ein Querschnitt einer Flüssigkeitsführung senkrecht zu einer
Längserstreckung der Umlenkeinrichtung ausgehend von dem Flüssigkeitseingang und/oder dem Flüssigkeitsausgang trichterartig verjüngt oder verbreitert. Die Umlenkeinrichtung (Trennwand) kann von einer ersten Seite zu einer zweiten (gegenüberliegenden, ggf. parallel verlaufenden Seite) diagonal verlaufen. Durch eine derartige (trichterartige) Verjüngung oder Verbreiterung kann effektiv eine Durchströmung des Volumens (auch bei verschiedenen Einbaulagen) realisiert werden, was die Effizienz insgesamt verbessert.
Ein das Volumen definierendes Gehäuse und die Umlenkeinrichtung können als einteiliges (monolithisches) Bauteil realisiert sein. Dadurch kann der
Herstellungsaufwand reduziert werden und (zusätzlich) Dichtstellen vermieden werden.
Vorzugsweise ist mindestens ein Rohrheizkörper und/oder mindestens eine Schichtheizung als Heizelement oder Bestandteil desselben vorgesehen. Unter einem Rohrheizkörper kann insbesondere ein mäandrierender und/oder schrauben- und/oder spiralförmiger Verlauf eines (ggf. dichten, also ohne innere Fluidkanäle ausgebildeten) elektrischen Leiters verstanden werden. Eine
Schichtheizung ist insbesondere ein Heizelement, bei dem ein elektrischer Leiter flächig (über beispielsweise mindestens 5 cm2 oder 10 cm2) auf einen Untergrund (beispielsweise Gehäuseinnenwand) aufgetragen ist und zur Aufheizung mit elektrischem Strom angelegt wird. Beispielhaft sei diesbezüglich auf
WO 2013/186106 AI und WO 2013/030048 AI verwiesen. Dort werden Heizungen beschrieben, die eine elektrische Heizschicht aufweisen, die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung (bzw. dem Fließen eines Stroms) erwärmt. Die Verwendung eines Rohrheizkörpers erlaubt insbesondere die Umsetzung einer einfach zu fertigenden Geometrie.
Die obengenannte Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Kraftfahrzeug, umfasst ein elektrisches Heizgerät der oben beschriebenen Art.
Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes der oben beschriebenen Art oder eines Kraftfahrzeuges der oben beschriebenen Art, wobei die Flüssigkeit in den Flüssigkeitseingang einströmt und aus dem Flüssigkeitsausgang mit erhöhter Temperatur ausströmt. Die aus dem Volumen ausströmende Flüssigkeit, wird vorzugsweise zur Aufwärmung eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einer Fahrgastzelle und/oder zur Erwärmung (oder Vorerwärmen) eines Antriebselementes, insbesondere Motors verwendet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Verwendung eines
Heizgerätes der oben beschriebenen Art als Vorwärmeinrichtung und/oder Zuheizeinrichtung, insbesondere als Standheizung vorgeschlagen.
Das Heizelement (der elektrische Heizwiderstand) kann über eine
Stromversorgung des Kraftfahrzeuges mit Strom versorgt werden (beispielsweise eine Fahrzeugbatterie) und/oder über ein (externes) Stromnetz.
Die Teilvolumina umfassen jeweils mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 40 % des (Gesamt-) Volumens.
Das Volumen kann mindestens 200 cm3, vorzugsweise mindestens 1000 cm3 umfassen. Weiterhin kann das Volumen (in einer Längserstreckung) mindestens 5 cm, vorzugsweise mindestens 12 cm lang sein. Eine Obergrenze kann 40 cm, vorzugsweise 30 cm sein. Eine Breite und/oder Tiefe und/oder (z. B. bei einer zylindrischen Ausführung) ein Durchmesser kann beispielsweise mindestens 4 cm, vorzugsweise mindestens 6 cm betragen. Eine entsprechende Obergrenze kann 12 cm, vorzugsweise 8 cm betragen.
Zur Montage an dem Anbau-Ort weist das elektrische Heizgerät vorzugsweise entsprechende Befestigungseinrichtungen (z. B. Bohrungen) auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das anhand der Abbildungen näher erläutert wird . Hierbei zeigen :
Fig . 1 eine schematische Schrägansicht eines erfindungsgemäßen
Heizgeräts;
Fig . 2 eine Seitenansicht (mit teilweise transparent dargestellten bzw.
weggelassenen Wänden) des Heizgeräts nach Fig. 1. In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schrägansicht ein erfindungsgemäßes
Heizgerät (ohne das in Fig. 2 erkennbare Wandelement 22, so dass ein Inneres in das elektrische Heizgerät teilweise einsehbar ist). Ein Gehäuse 10 des Heizgerätes ist (annähernd) quaderförmig ausgebildet (mit abgerundeten Kanten), so dass auch ein entsprechendes Volumen 11, das durch das Gehäuse 10 definiert wird, quaderförmig ausgebildet ist (mit abgerundeten Kanten). Innerhalb des Volumens 11 befindet sich ein Heizelement 12, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Rohrheizkörper umfasst. Bei Vorliegen eines elektrischen Stroms erwärmt sich dieser Rohrheizkörper 13, so dass auch eine Flüssigkeit (Wasser) in dem Volumen 11 erwärmt werden kann.
Das Volumen 11 wird durch eine Trennwand 14 (Trennblech) in zwei Teilvolumina 15, 16 unterteilt. Die Trennwand 14 verläuft dabei diagonal (schräg) von einer (Längs-) Seitenwand 17 zu einer gegenüberliegenden Seitenwand 18. An der Seitenwand 17 befindet sich ein Flüssigkeitseingang 19 sowie ein
Flüssigkeitsausgang 20 (und zwar nebeneinander, bezogen auf eine
Längserstreckung des Gehäuses 10). Konkret befinden sich Flüssigkeitseingang 19 und Flüssigkeitsausgang 20 in einem Endabschnitt 21 der Seitenwand 17. Der Flüssigkeitseingang kann alternativ auch beim Bezugszeichen 20 angeordnet sein und der Flüssigkeitsausgang beim Bezugszeichen 19.
Weiterhin sind noch Bohrungen 21 erkennbar, die eine Montage der
Heizeinrichtung ermöglichen.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der elektrischen Heizeinrichtung gemäß Fig. 1, wobei einzelne Elemente (insbesondere Wände) transparent dargestellt sind. Insbesondere ist Fig. 2 entnehmbar, dass sich der elektrische Heizwiderstand (Heizelement) 12 über (beinahe) die gesamte Längserstreckung des Volumens erstreckt (zumindest über mindestens 90 % dieser Längserstreckung). Der Heizwiderstand erstreckt sich also von einer Wand 22, durch die
Heizelementanschlüsse 23 verlaufen, bis (beinahe) zur gegenüberliegenden Wand 23. Ein distales Ende 24 der Trennwand 14 ist ebenfalls in Fig. 2 angedeutet. Weiterhin ist erkennbar, dass sich die Trennwand 14 von der Wand 22 weit hinein in das Volumen erstreckt (über mehr als % einer Längserstreckung des Volumens), jedoch vorzugsweise weniger weit als das Heizelement 12. In jedem Fall kann die Flüssigkeit um das distale Ende 24 herum durch eine
Verbindungsöffnung 25 von einem Teilvolumen in das andere Teilvolumen strömen, so dass Flüssigkeit vom Flüssigkeitseingang 19 zum Flüssigkeitsausgang 20 strömen kann.
Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Einbaulage (waagrecht), bei der die
Wasseranschlüsse (Flüssigkeitseingang 19 und Flüssigkeitsausgang 20) an einem Ende an der Seitenwand 17 (die hier eine Oberseite des Volumens bzw.
wasserführenden Bereichs definiert) angeordnet sind.
In einer zweiten (möglichen) Einbaulage (90 Grad um eine Längsachse gedreht) befinden sich die Wasseranschlüsse seitlich (an einer dann vertikal orientierten Wand) des wasserführenden Bereichs (Volumens), wobei der Flüssigkeitsausgang sich über dem Flüssigkeitseingang befindet.
In einer dritten (möglichen) Einbaulage („senkrecht"; von der waagrechten Einbaulage um 90 Grad um die Querachse gedreht) befinden sich die
Wasseranschlüsse (Flüssigkeitseingang 19 und Flüssigkeitsausgang 20) seitlich am oberen Ende des Volumens (wasserführenden Bereiches). Dadurch dass das Volumen 11 in Teilvolumina 15, 16 unterteilt ist, wird sichergestellt, dass
Flüssigkeit (Wasser) nicht direkt vom Flüssigkeitseingang zum
Flüssigkeitsausgang 20 strömt und so das Heizelement 12 umgeht. Die
Unterteilung wird durch die Trennwand 14 (Trennblech) ermöglicht. Die
Trennwand 14 ist vorzugsweise aus Metall und plattenförmig ausgebildet (eine Dicke der Trennwand ist vorzugsweise geringer als 4 mm, weiter vorzugsweise geringer als 2 mm). Das Umlenkelement (die Trennwand 14) ist zwischen den beiden Wasseranschlüssen (Flüssigkeitseingang 19 und Flüssigkeitsausgang 20) angeordnet und teilt so den wasserführenden Bereich (das Volumen) in zwei Teile. Eine Aussparung zum Über- bzw. Umströmen der Trennwand 14 kann ggf. nur in dem Bereich vorgesehen sein, der den größten Abstand zu den
Wasseranschlüssen hat (in senkrechter Einbaulage, also ganz unten), so dass das Wasser das gesamte Heizelement umströmen muss. Zu Zwecken der Entlüftung oder der gezielten Anströmung einzelner Bereiche des Heizelementes kann es jedoch auch in gewissem Umfang ermöglicht sein, weitere Durchtritte in der Trennwand 14 (Trennblech) vorzusehen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden.
Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichen Gehäuse
Volumen
Heizelement
Rohrheizkörper
Umlenkeinrichtung (Trennwand) Teilvolumen
Teilvolumen
Seitenwand
Seitenwand
Flüssigkeitseingang
Flüssigkeitsausgang
Bohrung
Wand
Wand
Distales Ende
Verbindungsöffnung

Claims

Ansprüche
1. Elektrisches Heizgerät, insbesondere Standheizung, für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Volumen (11) zur Aufnahme und Durchleitung einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, einen Flüssigkeitseingang (19) und einen
Flüssigkeitsausgang (20) derart, dass Flüssigkeit über den Flüssigkeitseingang (19) in das Volumen (11) einströmbar ist und über den Flüssigkeitsausgang (20) ausströmbar ist,
wobei in dem Volumen (11) mindestens ein Heizelement (12),
insbesondere ein Heizwiderstand angeordnet ist,
wobei mindestens eine Umlenkeinrichtung (14), insbesondere mindestens eine Trennwand, vorgesehen ist derart, dass vom Flüssigkeitseingang (19) zum Flüssigkeitsausgang (10) strömende Flüssigkeit umgelenkt wird, so dass ein Strömungsweg vergrößert ist.
2. Elektrisches Heizgerät, insbesondere Standheizung, für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise nach Anspruch 1, umfassend ein Volumen (11) zur Aufnahme und Durchleitung einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, einen
Flüssigkeitseingang (14) und einen Flüssigkeitsausgang (20) derart, dass
Flüssigkeit über den Flüssigkeitseingang (19) in das Volumen einströmbar ist und über den Flüssigkeitsausgang (20) ausströmbar ist,
wobei in dem Volumen (11) ein Heizelement (12), insbesondere ein Heizwiderstand angeordnet ist,
wobei das elektrische Heizgerät derart konfiguriert ist, dass es in mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei verschiedenen Einbaulagen montier- und entlüftbar ist.
3. Elektrisches Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Flüssigkeitseingang (19) und der Flüssigkeitsausgang (20) einander benachbart sind und/oder auf derselben Seite des elektrischen Heizgerätes angeordnet sind.
4. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Flüssigkeitseingang (19) und der Flüssigkeitsausgang (20) einen Abstand zueinander aufweisen, der deutlich kleiner ist als ein maximal möglicher Abstand zweier Punkte innerhalb des Volumens, beispielsweise weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Viertel dieses maximal möglichen Abstandes zueinander aufweisen.
5. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
der Flüssigkeitsausgang (20) in mindestens drei verschiedenen
Einbaulagen entweder auf gleicher Höhe oder oberhalb des Flüssigkeitseinganges (19) liegt.
6. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
der durch die Umlenkeinrichtung (14) vergrößerte Strömungsweg mindestens doppelt, vorzugsweise mindesten viermal, weiter vorzugsweise mindestens achtmal so lang ist, wie ein Abstand zwischen Flüssigkeitseingang (19) und Flüssigkeitsausgang (20).
7. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
die Umlenkeinrichtung (14) das Volumen (11) in mindestens zwei
Teilvolumina (15, 16) trennt, die durch mindestens eine oder genau eine
Verbindungsöffnung (25) miteinander verbunden sind, wobei die
Verbindungsöffnung (25) vorzugsweise weiter von dem Flüssigkeitseingang (19) entfernt ist als der Flüssigkeitsausgang (20) und/oder wobei vorzugsweise in beiden Teilvolumina (15, 16) ein Heizelement (12) oder ein Abschnitt eines solchen angeordnet ist.
8. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
die Umlenkeinrichtung (14), insbesondere die Trennwand, derart angeordnet und orientiert ist, dass sich ein Querschnitt einer Flüssigkeitsführung senkrecht zu einer Längserstreckung der Umlenkeinrichtung (14) ausgehend von dem Flüssigkeitseingang (19) und/oder dem Flüssigkeitsausgang (20) trichterartig verjüngt oder verbreitert und/oder
die Umlenkeinrichtung (14), insbesondere die Trennwand von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite diagonal verläuft.
9. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
mindestens ein Rohrheizkörper und/oder mindestens eine Schichtheizung als Heizelement (12) oder Bestandteil desselben vorgesehen ist.
10. Kraftfahrzeug, umfassend ein elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes nach einem der
vorangehenden Ansprüche 1 bis 9 oder eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 10, wobei die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitseingang (19) einströmt und aus dem Flüssigkeitsausgang (20) mit erhöhter Temperatur ausströmt.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die aus dem Volumen (11) ausströmende Flüssigkeit zur Aufwärmung eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einer Fahrgastzelle und/oder zur Erwärmung eines Antriebselementes, insbesondere Motors verwendet wird.
13. Verwendung eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Vorwärmeinrichtung und/oder Zuheizeinrichtung, insbesondere als Standheizung.
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