EP3631319A1 - Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere wasserheizgerät - Google Patents

Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere wasserheizgerät

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Publication number
EP3631319A1
EP3631319A1 EP18728818.8A EP18728818A EP3631319A1 EP 3631319 A1 EP3631319 A1 EP 3631319A1 EP 18728818 A EP18728818 A EP 18728818A EP 3631319 A1 EP3631319 A1 EP 3631319A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
conductive layer
layer
polymer
heater
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Withdrawn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
EP18728818.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Zoske
Volodymyr Ilchenko
Uwe Strecker
Bengt Meier
Nikolaus Gerhardt
Michael Schwanecke
Gerd Fritsch
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP3631319A1 publication Critical patent/EP3631319A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • Liquid heater in particular water heater
  • the invention relates to a liquid heater, in particular water heater, preferably for a vehicle, more preferably for a motor vehicle.
  • Electric water heaters are usually based on ceramic heating elements with a comparatively strong temperature-dependent electrical resistance, through which a self-regulation of the heat release is possible.
  • These resistors are typically PTC elements (PTC for Positive Temperature Coefficient). These are usually connected to heat exchanger surfaces.
  • a PTC element comprises a PTC resistor, ie a
  • Temperature-dependent resistor with a positive temperature coefficient which conducts the electric current better at low temperatures than at high temperatures.
  • wire heaters are known.
  • such wire heaters have no PTC effect and are therefore not self-regulating (which is problematic in terms of safety). It is therefore an object of the invention to provide a liquid, in particular water heater, which allows effective heating of water (for mobile applications).
  • a high power density should be achieved with a comparatively small space.
  • an electric liquid heating device in particular a water heater, preferably for a vehicle
  • a motor vehicle comprising at least a first conductive layer (in particular first metal layer), a second conductive layer (in particular second metal layer), and a polymer layer containing a polymer component and a conductive carbon component and between the first and the second conductive layer wherein liquid channels are provided for passing the liquid to be heated, in particular water, which extend from a first, the first conductive layer side facing the polymer layer to a second, the second conductive layer facing side of the polymer layer.
  • a key idea of the invention is a combination of two conductive layers (metal layers) and one between the conductive layers
  • Metal layers arranged polymer layer with a polymer component and a conductive carbon component to propose as a component (heating element) of an electric water heater.
  • a comparatively large contacting area between the conductive layers (leads, possibly metal plates) and the polymer layer (heating conductor layer) can be achieved, which results in a comparatively high power density (compared to conventional concepts in which the contacting may be laterally applied to the heating layer will).
  • a high power density is achieved in an existing installation space by a comparatively high contact area between the conductive layers and the polymer layer.
  • a comparable safety, as in conventional PTC water heaters, by a self-regulating polymer layer (heating layer) can be achieved.
  • a robust design can be achieved that is comparatively easy to manufacture.
  • a partially similar Layer structure has also been described in WO 2014/188190 AI; but not for a liquid, in particular water heater with corresponding fluid channels, but for a surface heater. Liquid, in particular water heaters differ, however, especially due to the large number of liquid channels provided there, conceptually clear of surface heaters.
  • One or more (or all) of the fluid channels may extend through the first and / or the second conductive layer (metal layer).
  • Liquid channels do not extend through the first and / or the second conductive layer (metal layer), for example, extend at least substantially parallel to the first and / or second conductive layer (metal layer).
  • one fluid channel or more (or all) will be provided.
  • Aluminum alloy formed. This can in particular the
  • Tightness and possibly heat transfer properties can be improved.
  • an improved insulation can be achieved in that an (optional) insulating layer on a (wall) surface of openings (channels) in the polymer layer is better protected by the corresponding tube or is separated from the liquid to be heated ,
  • First and / or second conductive layer may be used as a plate, in particular
  • first and / or second conductive layer may comprise a grid, in particular metal grid, and / or a strip (or a plurality of strips)
  • Strip in particular of metal.
  • First and / or second conductive layer may have a thickness of at least 0.1 mm, preferably at least 0.5 mm, more preferably at least 1.0 mm and / or at most 5.0 mm, more preferably at most 3.0 mm exhibit.
  • First and / or second conductive layer and / or the polymer layer may be formed (at least substantially) plan. If protrusions or depressions are provided (apart from breakthroughs in the form of the liquid channels), these may be less than 10% of an (average) thickness of the respective layer.
  • the polymer layer may have a thickness greater than that
  • a thickness of the polymer layer may be at least 1 mm, preferably at least 3 mm and / or at most 20 mm, preferably at most 10 mm.
  • the respective thickness is an average thickness or a thickness of the largest area of the respective layer of constant thickness.
  • Liquid channels may be at least 2%, preferably at least 5%, and / or at most 80%, preferably at most 50% of a total cross-section of the respective layer.
  • the respective cross sections here preferably relate to the cross sections perpendicular to a main flow direction of the liquid or cross sections perpendicular to a thickness direction of the liquid heating device. Such a proportion of the cross sections of the openings (defined by the fluid channels) may allow for effective heating.
  • the first and / or second conductive layer may be made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the carbon component may be arranged to allow flow of current, e.g. B. in particulate form (with the particles correspondingly touch or close together) and / or as a carbon skeleton.
  • Polymer component and the carbon component are preferably mixed together or intertwined.
  • the polymer component can form a (skeletal) framework in which the
  • Carbon component is added or vice versa.
  • the carbon component may be in the form of carbon black and / or graphite and / or graphene and / or carbon fibers and / or carbon nanotubes.
  • the carbon component comprises at least 50% by weight, more preferably at least 80% by weight, even more preferably
  • the polymer component is in particular in the form of an electrically insulating polymer component.
  • the polymer component may be a first polymer subcomponent based on ethylene acetate (copolymer) and / or
  • polyolefin in particular polyethylene and / or polypropylene
  • polyester and / or polyamide and / or fluoropolymer are examples of polyolefin
  • subcomponent is intended here in particular for
  • first and second polymer subcomponent Distinction between first and second polymer subcomponent can be used.
  • the respective subcomponent can form either partially or completely the polymer component.
  • the ethylene acrylate may be ethyl methyl acrylate or ethylene ethyl acrylate.
  • Ethylene acetate may be ethylene vinyl acetate.
  • the polyethylene may be high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene.
  • the fluoropolymer may be PFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ester) MFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluorovinyl ester), FEP (copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene), ETFE (copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene) or PVDF (polyvinylidene fluoride) act.
  • PFA copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ester
  • MFA copolymer of tetrafluoroethylene and perfluorovinyl ester
  • FEP copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene
  • the first polymer subcomponent as in FIG. 1
  • WO 2014/188190 AI (described as a first-electrically insulating material) may be formed.
  • the second polymer subcomponent can also, as in WO 2014/188190 AI (as a second-term insulating material) describe, be formed.
  • Polymer layer can basically, as described in WO 2014/188190 AI (described as a first conductor, second conduction and heating element), be formed (apart from the liquid channels according to the invention).
  • the polymer layer is preferably over at least 20%, preferably at least 50%, more preferably at least 80% of its side facing the first conductive layer (metal layer) (without consideration of
  • Fluid channel openings) with the first conductive layer (metal layer) in contact with the first conductive layer (metal layer) in contact.
  • the polymer layer over at least 20%, preferably at least 50%, more preferably at least 80% of its the second conductive layer (metal layer) facing side (without
  • the polymer layer is preferably a PTC resistor.
  • the polymer layer (s) and / or a corresponding paste for the production thereof may comprise (as in particular crystalline binder) at least one polymer, preferably based on at least one olefin; and / or at least one copolymer of at least one olefin and at least one monomer which can be copolymerized therewith, e.g. Ethylene / acrylic acid and / or ethylene / ethyl acrylate and / or ethylene / vinyl acetate; and / or at least one polyalkenamer (polyacetylene or polyalkenylene), such as.
  • polyoctenamer and / or at least one, in particular melt-deformable, fluoropolymer, such as.
  • fluoropolymer such as polyvinylidene fluoride and / or copolymers thereof.
  • conductive with regard to the conductive components of the liquid heating device is to be understood as an abbreviation for "electrically conductive”.
  • the (respective) carbonaceous coating is preferably a conductive layer having PTC behavior.
  • the liquid heater is preferably designed for operation in the low-voltage range (eg ⁇ 100 volts or ⁇ 60 volts).
  • the liquid heating device may be designed for the high-voltage range (eg> 100 volts, preferably> 400 volts).
  • the polymer layer may be at least partially covered with an electrically insulating layer, in particular at least in the regions of the fluid channels (or at least in the region of the fluid channels).
  • the polymer layer can be applied by applying a corresponding carbon heating paste.
  • this heating paste as proposed in Table I on page 11 of DE 689 23 455 T2.
  • the carbonaceous coating or a to
  • Forming the carbonaceous coating used paste, as described in DE 689 23 455 T2 be formed.
  • the polymer layer is in
  • first and / or second conductive layer metal layer
  • metal layer in particular applied directly (alternatively via a
  • the openings for the liquid channels can be introduced by laser cutting and / or punching, and / or in an extrusion and / or
  • liquid heater in particular water heater, of the above type, wherein liquid, in particular water, flows through the liquid channels and is thereby heated.
  • a liquid heating device in particular water heater, the above type for heating liquid, in particular water, preferably in a vehicle, more preferably in a motor vehicle, more preferably for a motor vehicle interior.
  • An electrically insulating material is in particular a material to be understood that (at room temperature of preferably 25 ° C), an electrical conductivity of less than 10 "1 S 1 irr 1 (possibly less than 10" 8 S 1 m "1) has Correspondingly, an electrical conductor or a material (or coating) with electrical conductivity is to be understood as meaning a material which has an electrical conductivity of preferably at least 10 s 1 irr 1 , more preferably at least 10 3 s 1 m -1 (at room temperature of especially 25 ° C).
  • Fig. 1 is a schematic oblique view of an electrical
  • Fig. 1 shows a schematic oblique view of an inventive
  • This water heater has a first conductive layer (metal layer) 10, a second conductive layer (metal layer) 11 and a (interposed) polymer layer 12.
  • First and second conductive layers (metal layer) are connected to electrical contacts 15a, 15b.
  • Fluid channels 13 allow water from one of the
  • the polymer layer is a heating element based on polymer with a
  • the polymer layer has a PTC behavior.
  • An arrow 14 indicates the direction of flow of the water.
  • the electric heating element may include a housing 18 (preferably of aluminum or an aluminum alloy).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine erste leitfähige Schicht, insbesondere eine erste Metallschicht (10), eine zweite leitfähige Schicht, insbesondere eine zweite Metallschicht (11), und eine Polymerschicht (12), die eine Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält und zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht angeordnet ist, wobei Flüssigkeitskanäle (13) zum Durchleiten der zu heizenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser, vorgesehen sind, die sich von einer ersten, der ersten leitfähigen Schicht (10) zugewandten Seite der Polymerschicht (12) bis zu einer zweiten, der zweiten leitfähigen Schicht (11) zugewandten Seite der Polymerschicht (12) erstrecken.

Description

Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, vorzugsweise für ein Fahrzeug, weiter vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug.
Elektrische Wasserheizgeräte (insbesondere solche, die in mobilen Anwendungen eingesetzt werden) basieren zumeist auf keramischen Heiz-Elementen mit einem vergleichsweise stark temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, durch den eine Selbstregelung der Wärmeabgabe ermöglicht wird . Bei diesen Widerständen handelt es sich üblicherweise um PTC-Elemente (PTC für Positive Temperature Coefficient). Diese sind in der Regel mit Wärmeübertrager-Flächen verbunden. Ein PTC-Element umfasst einen PTC-Widerstand, also einen
temperaturabhängigen Widerstand mit einen positiven Temperaturkoeffizienten, der bei tiefen Temperaturen den elektrischen Strom besser leitet als bei hohen Temperaturen.
Nachteile von herkömmlichen Wasserheizgeräten mit Keramik-PTC-Elementen sind u.a. eine aufwändige Herstellung durch eine vergleichsweise komplizierte
Wärmeübertrager-Fertigung und der Einbau der Keramik-Elemente, eine üblicherweise notwendige Sortierung der Keramik-Elemente aufgrund von
Fertigungstoleranzen, eine vergleichsweise ungünstige Leistungsdichte in einem Heizelement-Wärmeübertrager-Verbund durch eine lokale Wärmeerzeugung, eine vergleichsweise starke Einschränkung einer maximalen Heizleistung durch eine Dicke des PTC-Materials (aufgrund einer begrenzten Wärmeabfuhr aus der Keramik) sowie eine vergleichsweise hohe Kurzschlussgefahr, insbesondere aufgrund eines geringen geometrischen Abstands von Bauteilen mit einem hohen Spannungspotential.
Weiterhin sind sogenannte Drahtheizer bekannt. Derartige Drahtheizer weisen jedoch keinen PTC-Effekt auf und sind somit nicht selbstregulierend (was sicherheitstechnisch problematisch ist). Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Flüssigkeits-, insbesondere Wasserheizgerät vorzuschlagen, das eine effektive Aufheizung von Wasser (für mobile Anwendungen) ermöglicht. Insbesondere soll bei einem vergleichsweise geringen Bauraum eine hohe Leistungsdichte erreicht werden.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein Flüssigkeits-, vorzugsweise
Wasserheizgerät nach Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein elektrisches Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, vorzugsweise für ein Fahrzeug, weiter
vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, gelöst, umfassend mindestens eine erste leitfähige Schicht (insbesondere erste Metallschicht), eine zweite leitfähige Schicht (insbesondere zweite Metallschicht), und eine Polymerschicht, die eine Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält und zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht angeordnet ist, wobei Flüssigkeitskanäle zum Durchleiten der zu heizenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser, vorgesehen sind, die sich von einer ersten, der ersten leitfähigen Schicht zugewandten Seite der Polymerschicht bis zu einer zweiten, der zweiten leitfähigen Schicht zugewandten Seite der Polymerschicht erstrecken.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, eine Kombination von zwei leitfähigen Schichten (Metallschichten) und einer zwischen den leitfähigen Schichten
(Metallschichten) angeordneten Polymerschicht mit einer Polymerkomponente und einer leitfähigen Kohlenstoffkomponente, als Bestandteil (Heiz-Element) eines elektrischen Wasserheizgerätes vorzuschlagen. Erfindungsgemäß kann eine vergleichsweise große Kontaktierungsfläche zwischen den leitfähigen Schichten (Zuleitungen, ggf. Metallplatten) und der Polymerschicht (Heizleiter-Schicht) erreicht werden, was eine vergleichsweise große Leistungsdichte (im Vergleich zu herkömmlichen Konzepten, bei denen die Kontaktierung möglicherweise seitlich auf die Heizschicht angebracht wird) ermöglicht. Insgesamt wird eine hohe Leistungsdichte bei einem vorhandenen Bauraum durch eine vergleichsweise hohe Kontaktierungsfläche zwischen den leitfähigen Schichten und der Polymerschicht erreicht. Dabei kann eine vergleichbare Sicherheit, wie bei herkömmlichen PTC- Wasserheizgeräten, durch eine selbstregelnde Polymerschicht (Heizschicht) erreicht werden. Insgesamt kann ein robustes Design erzielt werden, das vergleichsweise einfach in der Herstellung ist. Ein teilweise ähnlicher Schichtaufbau ist auch in WO 2014/188190 AI beschrieben worden; allerdings nicht für ein Flüssigkeits-, insbesondere Wasserheizgerät mit entsprechenden Flüssigkeitskanälen, sondern für einen Flächenheizer. Flüssigkeits-, insbesondere Wasserheizgeräte unterscheiden sich jedoch, insbesondere aufgrund der dort vorgesehenen Vielzahl von Flüssigkeitskanälen, konzeptionell deutlich von Flächenheizern.
Einer oder mehrere (oder alle) der Flüssigkeitskanäle können sich durch die erste und/oder die zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) hindurcherstrecken.
Alternativ oder zusätzlich können sich einer oder mehrere (oder alle) der
Flüssigkeitskanäle nicht durch die erste und/oder die zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) hindurcherstrecken, beispielsweise zumindest im Wesentlichen parallel zu der ersten und/oder zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht) verlaufen.
Vorzugsweise wird/werden ein Flüssigkeitskanal oder mehrere (oder alle)
Flüssigkeitskanäle zumindest abschnittsweise durch ein (separates) Rohr
(insbesondere Metallrohr, vorzugsweise aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung) ausgebildet. Dadurch kann/können insbesondere die
Dichtigkeit und ggf. Wärmeübertragungseigenschaften verbessert werden.
Insbesondere bei Hochvoltanwendungen kann eine verbesserte Isolierung dadurch erreicht werden, dass eine (optional vorgesehene) isolierende Schicht auf einer (Wand-)Oberfläche von Öffnungen (Kanälen) in der Polymerschicht durch das entsprechende Rohr besser geschützt ist bzw. von der zu erwärmenden Flüssigkeit getrennt wird.
Erste und/oder zweite leitfähige Schicht können als Platte, insbesondere
Metallplatte, ausgebildet sein oder eine solche umfassen. Alternativ oder zusätzlich können erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) ein Gitter, insbesondere Metallgitter, und/oder einen Streifen (oder mehrere
Streifen), insbesondere aus Metall, umfassen.
Erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) können eine Dicke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,5 mm, weiter vorzugsweise mindestens 1,0 mm und/oder höchstens 5,0 mm, weiter vorzugsweise höchstens 3,0 mm aufweisen. Erste und/oder zweite leitfähige Schicht und/oder die Polymerschicht können (zumindest im Wesentlichen) plan ausgebildet sein. Falls Erhebungen oder Vertiefungen vorgesehen sind (abgesehen von Durchbrüchen in Form der Flüssigkeitskanäle), können diese weniger als 10 % einer (durchschnittlichen) Dicke der jeweiligen Schicht betragen.
Die Polymerschicht kann eine Dicke aufweisen, die größer ist als die
(durchschnittliche) Dicke der ersten und/oder zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht), insbesondere um den Faktor 1,5-mal, vorzugsweise 2,5-mal so groß.
Eine Dicke der Polymerschicht kann mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm und/oder höchstens 20 mm, vorzugsweise höchstens 10 mm betragen.
Bei der jeweiligen Dicke handelt es sich insbesondere um eine durchschnittliche Dicke oder um eine Dicke des größten Bereichs der jeweiligen Schicht mit konstanter Dicke.
Eine Summe der Querschnitte von Öffnungen an der ersten und/oder zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht) und/oder Polymerschicht (für die
Flüssigkeitskanäle) kann mindestens 2 %, vorzugsweise mindestens 5 %, und/oder höchstens 80 %, vorzugsweise höchstens 50 % eines Gesamt- Querschnitts der jeweiligen Schicht betragen. Die jeweiligen Querschnitte beziehen sich hier vorzugsweise auf die Querschnitte senkrecht zu einer Haupt- Strömungsrichtung der Flüssigkeit bzw. Querschnitte senkrecht auf einer Dickenrichtung des Flüssigkeitsheizgerätes. Durch einen derartigen Anteil der Querschnitte der (durch die Fluidkanäle) definierten Öffnungen kann ein effektives Aufheizen ermöglicht werden.
Die erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) kann aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sein.
Die Kohlenstoffkomponente kann so angeordnet sein, dass sie einen Stromfluss erlaubt, z. B. in Partikelform (wobei sich die Partikel entsprechend berühren oder nahe beieinanderliegen) und/oder als Kohlenstoffgerüst. Polymerkomponente und die Kohlenstoffkomponente sind vorzugsweise miteinander vermengt bzw. ineinander verflochten. Beispielsweise kann die Polymerkomponente ein (skelettartiges) Gerüst ausbilden, in dem die
Kohlenstoffkomponente aufgenommen ist oder umgekehrt.
Die Kohlenstoffkomponente kann in Form von Ruß und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren vorliegen.
Vorzugsweise umfasst die Kohlenstoffkomponente zu mindestens 50 Gew.-%, weiter vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise
mindestens 90 Gew.-% Kohlenstoff.
Die Polymerkomponente ist insbesondere in Form einer elektrisch isolierenden Polymerkomponente ausgebildet.
In Ausführungsformen kann die Polymerkomponente eine erste Polymer- Teilkomponente auf Basis von Ethylenacetat (-Copolymer) und/oder
Ethylenacrylat (-Copolymer) aufweisen und/oder eine zweite Polymer- Teilkomponente auf Basis von Polyolefin, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, und/oder Polyester und/oder Polyamid und/oder Fluorpolymer umfassen. Der Begriff„Teilkomponente" soll hier insbesondere zur
Unterscheidung zwischen erster und zweiter Polymer-Teilkomponente verwendet werden. Die jeweilige Teilkomponente kann entweder teilweise oder auch vollständig die Polymerkomponente ausbilden. Bei dem Ethylenacrylat kann es sich um Ethyl-Methyl-Acrylat oder Ethylen-Ethyl-Acrylat handeln. Bei dem
Ethylenacetat kann es sich um Ethylenvinylacetat handeln. Bei dem Polyethylen kann es sich um HD (High Density)-Polyethylen, MD (Medium Density)- Polyethylen, LD (Low Density)-Polyethylen, handeln. Bei dem Fluorpolymer kann es sich um PFA (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorpropyl-Vinylester) MFA (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorvinylester), FEP (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen), ETFE (Copolymer aus Ethylen und Tetrafluorethylen) oder PVDF (Polyvinyliden-Fluorid) handeln.
In Ausführungsformen kann die erste Polymer-Teilkomponente, wie in
WO 2014/188190 AI (als first electrically insulating material) beschrieben, ausgebildet sein. Die zweite Polymer-Teilkomponente kann ebenfalls, wie in WO 2014/188190 AI (als second electrically insulating material) beschreiben, ausgebildet sein.
Erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) und/oder die
Polymerschicht können grundsätzlich, wie in WO 2014/188190 AI (als first conductor, second conductur und heating element) beschrieben, ausgebildet sein (abgesehen von den erfindungsgemäßen Flüssigkeitskanälen).
Die Polymerschicht ist vorzugsweise über zumindest 20 %, vorzugsweise zumindest 50 %, weiter vorzugsweise zumindest 80 % ihrer der ersten leitfähigen Schicht (Metallschicht) zugewandten Seite (ohne Berücksichtigung von
Fluidkanalöffnungen) mit der ersten leitfähigen Schicht (Metallschicht) in Kontakt. Alternativ oder zusätzlich kann die Polymerschicht über zumindest 20 %, vorzugsweise zumindest 50 %, weiter vorzugsweise zumindest 80 % ihrer der zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht) zugewandten Seite (ohne
Berücksichtigung von Fluidkanalöffnungen) mit der zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht) in Kontakt sein. Durch eine derartige (vergleichsweise große) Kontaktierungsfläche zwischen den leitfähigen Schichten (Metallschichten) (Metallplatten) und der Heizleiter-Schicht (Polymerschicht) kann eine
vergleichsweise hohe Leistungsdichte erzielt werden.
Bei der Polymerschicht handelt es sich vorzugsweise um einen PTC-Widerstand. Dadurch kann eine Selbstregelung der Wärmeabgabe ermöglicht werden, was die Steuerung vereinfacht und insbesondere die Sicherheit beim Betrieb erhöht.
Die Polymerschich(en) und/oder eine entsprechende Paste zu deren Herstellung kann/können (als insbesondere kristallines Bindemittel) mindestens ein Polymer umfassen, vorzugsweise basierend auf mindestens einem Olefin; und/oder mindestens einem Copolymer von mindestens einem Olefin und mindestens einem Monomer, das damit copolymerisiert werden kann, z. B. Ethylen/Acrylsäure und/oder Ethylen/Ethylacrylat und/oder Ethylen/Vinylacetat; und/oder mindestens einem Polyalkenamer (Polyacetylen bzw. Polyalkenylen), wie z. B. Polyoctenamer; und/oder mindestens einem, insbesondere schmelzverformbaren, Fluorpolymer, wie z. B. Polyvinylidenfluorid und/oder Copolymere davon. Grundsätzlich ist der Begriff„leitfähig" hinsichtlich der leitfähigen Komponenten des Flüssigkeitsheizgerätes als Abkürzung für„elektrisch leitfähig" zu verstehen.
Die (jeweilige) kohlenstoffhaltige Beschichtung ist vorzugsweise eine leitfähige Schicht mit PTC-Verhalten.
Das Flüssigkeitsheizgerät ist vorzugsweise für einen Betrieb im Niedervoltbereich (z. B. < 100 Volt oder < 60 Volt) ausgelegt.
Alternativ kann das Flüssigkeitsheizgerät für den Hochvoltbereich (z. B. > 100 Volt, vorzugsweise > 400 Volt) ausgelegt sein.
Die Polymerschicht kann mit einer elektrisch isolierenden Schicht zumindest teilweise, insbesondere zumindest in den Bereichen der Fluidkanäle (bzw.
entsprechenden Wandflächen der Fluidkanäle), bedeckt sein, insbesondere bei einer Auslegung für den Hochvoltbereich.
Die Polymerschicht kann durch Auftragen einer entsprechenden Kohlenstoff- Heizpaste aufgebracht werden. Beispielsweise kann diese Heizpaste, wie in Tabelle I auf Seite 11 der DE 689 23 455 T2 vorgeschlagen ausgebildet sein.
Im Allgemeinen kann die kohlenstoffhaltige Beschichtung bzw. eine zur
Herstellung der kohlenstoffhaltigen Beschichtung verwendeten Paste, wie in DE 689 23 455 T2 beschrieben, ausgebildet sein. Dies gilt insbesondere auch für deren Herstellung und/oder konkrete Zusammensetzung. Beispielsweise gilt dies auch für mögliche Bindemittel (insbesondere gemäß S. 4, 2. Absatz und S. 5, 1. Absatz der DE 689 23 455 T2) und/oder Lösungsmittel (insbesondere gemäß S. 5, 2. Absatz und S. 6 2. Absatz der DE 689 23 455 T2).
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur
Herstellung eines Flüssigkeitsheizgerätes, insbesondere Wasserheizgerätes, vorzugsweise der obigen Art, wobei eine Polymerschicht, die eine
Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält, zwischen einer ersten leitfähigen Schicht (insbesondere ersten Metallschicht) und einer zweiten leitfähigen Schicht (insbesondere zweiten Metallschicht) angeordnet wird, wobei Flüssigkeitskanäle zum Durchleiten der zu heizenden Flüssigkeit, insbesondere des Wassers, vorgesehen sind, die sich von einer ersten, der ersten leitfähigen Schicht (Metallschicht) zugewandten Seite der Polymerschicht bis zu einer zweiten, der zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht) zugewandten Seite der Polymerschicht erstrecken. Vorzugsweise wird die Polymerschicht in
passender Form auf die erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) aufgebracht, insbesondere unmittelbar aufgebracht (alternativ über eine
Zwischenschicht zwischen Polymerschicht und erster bzw. zweiter leitfähiger Schicht, insbesondere Metallschicht).
Die Öffnungen für die Flüssigkeitskanäle können durch Laserschneiden und/oder Stanzen eingebracht werden, und/oder in einem Extrusions- und/oder
Spritzgussprozess hergestellt werden.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum
Betreiben eines Flüssigkeitsheizgerätes, insbesondere Wasserheizgerätes, der obigen Art, wobei Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch die Flüssigkeitskanäle strömt und dabei aufgeheizt wird.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung eines Flüssigkeitsheizgerätes, insbesondere Wasserheizgerätes, der obigen Art zum Aufheizen von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, vorzugsweise in einem Fahrzeug, weiter vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, weiter vorzugsweise für einen Kraftfahrzeug innenraum.
Unter einem elektrisch isolierenden Material ist insbesondere ein Material zu verstehen, das (bei Raumtemperatur von insbesondere 25 °C) eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10"1 S 1 irr1 (ggf. weniger als 10"8 S 1 m"1) aufweist. Entsprechend ist unter einem elektrischen Leiter bzw. einem Material (oder Beschichtung) mit elektrischer Leitfähigkeit ein Material zu verstehen, das eine elektrische Leitfähigkeit von vorzugsweise mindestens 10 S 1 irr1, weiter vorzugsweise mindestens 103 S 1 m"1 (bei Raumtemperatur von insbesondere 25 °C) beträgt.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das anhand der beigefügten Figuren näher erläutert wird. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schrägansicht eines elektrischen
Wasserheizgerätes gemäß der Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schrägansicht eines erfindungsgemäßen
elektrischen Wasserheizgerätes. Dieses Wasserheizgerät weist eine erste leitfähige Schicht (Metallschicht) 10, eine zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) 11 sowie eine (dazwischen angeordnete) Polymerschicht 12 auf. Erste und zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) sind mit elektrischen Kontakten 15a, 15b verbunden. Flüssigkeitskanäle 13 ermöglichen es, Wasser von einer der
Polymerschicht 12 abgewandten Fläche der ersten leitfähigen Schicht
(Metallschicht) 10 zu einer der Polymerschicht 12 abgewandten Fläche der zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht) zu leiten. Bei der Polymerschicht handelt es sich um ein Heizelement auf Basis von Polymer mit einem
Kohlenstoffanteil. Die Polymerschicht weist ein PTC-Verhalten auf. Ein Pfeil 14 zeigt die Strömungsrichtung des Wassers an.
Das elektrische Heizelement kann ein Gehäuse 18 (vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung) aufweisen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste
10 erste leitfähige Schicht (Metallschicht)
11 zweite leitfähige Schicht (Metallschicht)
12 Polymerschicht
13 Flüssigkeitskanal Pfeila Kontaktb Kontakt
Gehäuse

Claims

Ansprüche
1. Elektrisches Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät,
vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine erste leitfähige Schicht, insbesondere eine erste Metallschicht (10), eine zweite leitfähige Schicht, insbesondere eine zweite Metallschicht (11), und eine Polymerschicht (12), die eine Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält und zwischen der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht angeordnet ist, wobei Flüssigkeitskanäle (13) zum Durchleiten der zu heizenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser, vorgesehen sind, die sich von einer ersten, der ersten leitfähigen Schicht (10) zugewandten Seite der Polymerschicht (12) bis zu einer zweiten, der zweiten leitfähigen Schicht (11) zugewandten Seite der Polymerschicht (12) erstrecken.
2. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach Anspruch 1, d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass,
sich einer oder mehrere der Flüssigkeitskanäle (13) durch die erste (10) und/oder die zweite (11) leitfähige Schicht hindurcherstrecken.
3. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass,
einer oder mehrere der Flüssigkeitskanäle zumindest abschnittsweise durch ein Rohr, insbesondere Metallrohr, vorzugsweise Aluminiumrohr ausgebildet ist, wobei das jeweilige Rohr vorzugsweise gegenüber der elektrisch leitfähigen Schicht elektrisch isoliert ist.
4. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
erste (10) und/oder zweite (11) leitfähige Schicht eine Platte, insbesondere Metallplatte, und/oder ein Gitter, insbesondere Metallgitter, und/oder Streifen, insbesondere aus Metall, umfasst und/oder eine Dicke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,5 mm, weiter vorzugsweise mindestens 1,0 mm und/oder höchstens 5,0 mm, vorzugsweise höchstens 3,0 mm aufweist.
5. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
die erste (10) und/oder zweite (11) leitfähige Schicht und/oder die
Polymerschicht (12) zumindest teilweise plan ausgebildet sind.
6. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n ze i c h n et, dass
die Kohlenstoffkomponente in Partikelform und/oder als Kohlenstoffgerüst vorliegt.
7. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
die Kohlenstoffkomponente in Form von Ruß und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren vorliegt.
8. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
die Polymerkomponente in Form einer elektrisch isolierenden
Polymerkomponente ausgebildet ist und/oder eine erste Polymer- Teilkomponente auf Basis von Ethylenacetat oder Ethylenacetat-Copolymer und/oder Ethylenacrylat oder Ethylenacrylat-Copolymer und/oder eine zweite Polymer-Teilkomponente auf Basis von Polyolefin, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, und/oder Polyester und/oder Polyamid und/oder Fluorpolymer umfasst.
9. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
die Polymerschicht (12) über mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 50 %, weiter vorzugsweise mindestens 80 % ihrer der ersten leitfähigen Schicht zugewandten Seite - ohne Berücksichtigung von
Flüssigkeitskanalöffnungen - mit der ersten leitfähigen Schicht in Kontakt ist und/oder über mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 50 %, weiter vorzugsweise mindestens 80 % ihrer der zweiten leitfähigen Schicht zugewandten Seite - ohne Berücksichtigung von Flüssigkeitskanalöffnungen - mit der zweiten leitfähigen Schicht in Kontakt ist.
10. Flüssigkeitsheizgerät, insbesondere Wasserheizgerät, nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
die Polymerschicht (12) ein PTC-Widerstand ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsheizgerätes, insbesondere
Wasserheizgerätes, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Polymerschicht (12), die eine Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält, zwischen einer ersten leitfähigen Schicht, insbesondere ersten Metallschicht (10) und einer zweiten leitfähigen
Schicht, insbesondere zweiten Metallschicht (11) angeordnet wird, wobei Flüssigkeitskanäle (13) zum Durchleiten der zu heizenden Flüssigkeit, insbesondere des Wassers, vorgesehen sind, die sich von einer ersten, der ersten leitfähigen Schicht (10) zugewandten Seite der Polymerschicht (12) bis zu einer zweiten, der zweiten leitfähigen Schicht (11) zugewandten Seite der Polymerschicht (12) erstrecken.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
die Polymerschicht (12) in Pastenform auf die erste (10) und/oder zweite (11) leitfähige Schicht aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass Öffnungen für die Flüssigkeitskanäle durch Laserschneiden und/oder Stanzen eingebracht werden und/oder in einem Extrusions- und/oder Spritzgussprozess hergestellt werden.
14. Verfahren zum Betreiben eines Flüssigkeitsheizgerätes, insbesondere
Wasserheizgerätes, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch die Flüssigkeitskanäle (13) strömt und dabei aufgeheizt wird.
15. Verwendung eines Flüssigkeitsheizgerätes, insbesondere Wasserheizgerätes, nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Aufheizen von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, weiter vorzugsweise für einen Kraftfahrzeuginnenraum.
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