WO2009087106A1 - Wärmetauscher-lamellenmodul, wärmetauscher und elektrisches heizmodul - Google Patents

Abstract

Es wird ein Wärmetauscher-Lamellenmodul vorgeschlagen, welches aus einem Metallband besteht, das im Ausgangszustand durch seine Längsrichtung und Breitenrichtung eine erste Ebene definiert und so umgeformt ist, dass es von der ersten Ebene zu einer zweiten, zur ersten Ebene parallelen Ebene wechselnd verläuft, um eine Anzahl von die erste und die zweite Ebene verbindenden, fluiddurchströmbaren Wärmetauscher-Lamellen zu bilden, wobei es in der ersten und der zweiten Ebene im Wesentlichen ebene Wärmeübergangs-Abschnitte ausbildet, die sich in Längsrichtung aneinander reihen und die erste und zweite Ebene jeweils zumindest teilweise überdecken. Das Metallband ist hierbei auf einer Teilfläche der Wärmeübergangs-Abschnitte zweitägig übereinandergelegt. Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Wärmetauscher und ein elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwärmung mit mindestens einem PTC-Heizelement und mindestens einem daran angrenzenden, luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich, in dem mindestens ein solches Wärmetauscher-Lamellenmodul angeordnet ist und mit dem PTC-Heizelement in Wirkverbindung steht.

Description

Wärmetauscher-Lamellenmodul. Wärmetauscher und elektrisches Heizmodul

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscher-Lamellenmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Wärmetauscher und ein elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwärmung, jeweils mit solchen Wärmetauscher-Lamellenmodulen.

Ein Wärmetauscher-Lamellenmodul der vorliegenden Art besteht also aus einem Metallband, das im Ausgangszustand durch seine Längsrichtung und Breiten- richtung eine erste Ebene definiert und so umgeformt ist, dass es periodisch von der ersten Ebene zu einer zweiten, zur ersten Ebene parallelen Ebene wechselnd verläuft, um eine Anzahl von die erste und die zweite Ebene verbindenden, fluiddurchströmbaren Wärmetauscher-Lamellen zu bilden. Das Metallband bildet in der ersten und der zweiten Ebene im Wesentlichen ebene Wärmeüber- gangsabschnitte aus, die sich in Längsrichtung aneinander reihen und die erste und zweite Ebene jeweils zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen überdecken.

Solche Wärmetauscher-Lamellenmodule werden in Wärmetauschern, wie bei- spielsweise Kraftfahrzeug-Kühlern oder Heizmodulen zur Luftstromerwärmung eingesetzt. Sie dienen dazu, Wärme von den Wärmeübergangs-Abschnitten in die fluiddurchströmbaren Wärmetauscher-Lamellen zu leiten, wo die Wärme dann an das durchströmende Fluid, meistens Luft, abgegeben wird oder umgekehrt. An den Wärmeübergangs-Abschnitten sind Heizelemente (im Falle von Heizmodulen zur Luftstromerwärmung), gegebenenfalls Kühlelemente (wenn das durch die Lamellen strömende Fluid gekühlt werden soll) oder ihrerseits fluid- durchströmbare Kanäle (beispielsweise im Fall von Kraftfahrzeug-Kühlern) in wärmeleitendem Kontakt mit den Wärmeübergangs-Abschnitten angeordnet.

Bekannte Wärmetauscher-Lamellenmodule dieser Art verlaufen, in Draufsicht auf ihre Schmalseite, also in Breitenrichtung gesehen, in rechteckigen Mäandern oder in sinusförmigen bzw. sinusformartigen Wellen, oder aber in einer Dreiecksform, die dadurch entsteht, dass das Metallband von einem Wärmeübergangs-Abschnitt in der ersten Ebene ausgehend diagonal nach hinten zur zweiten Ebene umgelenkt wird, um dort an den vorangehenden Warmeuber- gangs-Abschnitt anschließen zu können Beispiele für die beschriebenen Formen von bekannten Warmetauscher-Lamellenmodulen finden sich in Figur 17

Em bevorzugtes Anwendungsgebiet für Warmetauscher-Lamellenmodule der eingangs genannten Art hegt bei elektrischen Heizmodulen zur Luftstromerwar- mung, insbesondere in Fahrzeugen, mit PTC-Heizelementen PTC-Heizelemente sind Halbleiter-Widerstände aus Keramik, deren ohmscher Widerstand tempera- turabhangig ist Die Widerstands-Temperatur-Kennlinie verhalt sich nichthnear Der Widerstand eines PTC-Heizelements sinkt mit steigender Bauteiltemperatur zunächst leicht, um dann bei einer charakteristischen Temperatur (Referenztemperatur) sehr steil anzusteigen Dieser insgesamt positive Verlauf der Wi- derstands-Temperatur-Kennlinie (PTC = Positive Temperature Coefficient) fuhrt dazu dass ein PTC-Heizelement selbstregelnde Eigenschaften aufweist Bei einer Bauteiltemperatur, die deutlich niedriger als die Referenztemperatur hegt, weist das PTC-Heizelement einen niedrigen Widerstand auf, so dass entsprechend hohe Stromstarken durchgeleitet werden können Wenn für eine gute Warmeabfuhr von der Oberflache des PTC-Heizelements gesorgt ist, wird also entsprechend viel elektrische Leistung aufgenommen und als Warme abgege- ben Steigt die Temperatur des PTC-Heizelements jedoch über die Referenztemperatur, steigt der PTC-Widerstand rasch an, so dass die elektrische Leistungsaufnahme auf einen sehr geringen Wert begrenzt wird Die Bauteiltemperatur nähert sich dann einem oberen Grenzwert, der abhangig ist von der Wärmeaufnahme der Umgebung des PTC-Heizelements Unter normalen Umweltbedm- gungen kann die Bauteiltemperatur des PTC-Heizelements also nicht über eine charakteristische höchste Temperatur ansteigen, selbst wenn die gewollte Wärmeableitung im Storfall völlig unterbrochen wird Dies und die selbstregelnden Eigenschaften eines PTC-Heizelements, aufgrund deren die aufgenommene e- lektπsche Leistung genau der abgegebenen thermischen Leistung entspricht, prädestiniert PTC-Heizelemente für den Einsatz in Heizungs- bzw Klimaanlagen von Fahrzeugen oder bei sonstigen Anwendungen von Luftstromerwarmungen in Fahrzeugen Denn aus Sicherheitsgründen dürfen in diesem Anwendungsgebiet auch im Storfall keine feuergefährlichen Temperaturen im Heizelement entstehen, wobei gleichwohl im Normalbetrieb eine hohe Heizleistung gefordert wird Elektrische Heizmodule mit PTC-Heizelementen und Warmetauscher- Lamellenmodulen der eingangs genannten Art bestehen in der Regel aus mehreren Lagen von flachig nebeneinander angeordneten, mit ihrer Schmalseite im Luftstrorn stehenden PTC-Heizelementen, die an ihren flachen Oberseiten und Unterseiten jeweils mit Kontaktflachen elektrisch kontaktiert sind Daran angrenzend sind Warmetauscher-Lamellenmodule wie oben beschrieben angeordnet, die ebenfalls mit ihrer Schmalseite im Luftstrom stehen und an ihrer Breitseite die Kontaktierungsflache der PTC-Heizelemente in regelmäßigen Abstanden, nämlich mit ihren Warmeubergangs-Abschmtten, aufliegend thermisch kon- taktieren Um eine gute Wärmeableitung von den PTC-Heizelementen an die Warmetauscher-Lamellenmodule zu erzielen, können Klebeverbindungen oder sonstige Verbindungstechniken verwendet werden, es hat sich jedoch als effizienteste Losung durchgesetzt, die PTC-Heizelemente und die Warmetauscher- Lamellenmodule in einen diese zu einem Heizmodul zusammenfassenden Rah- men zu setzen und innerhalb des Rahmens mindestens ein Federelement vorzusehen, der die abwechselnd angeordneten Warmetauscher-Lamellenmodule und die Stege mit den PTC-Heizelementen aufeinander presst Em Beispiel für ein derartiges bekanntes elektrisches Heizmodul ist in der EP-A-O 350 528 beschrieben

Das eben für elektrische Heizmodule beschriebene federbelastete Anpressen der Warmetauscher-Lamellenmodule an die PTC-Elemente bzw an deren Kon- taktierungsflachen erfordert eine hohe Stabilität der im Warmetauscher- Lamellenmodul maanderformig verlaufenden Lamellen, denn der Warmeuber- gang vom PTC-Heizelement in die Warmetauscher-Lamellenmodule erfordert relativ hohe Anpressdrucke, um effizient zu sein Aber auch in anderen Anwendungen, wie beispielsweise in Kraftfahrzeug-Kuhlern, ist eine hohe Eigenstabili- tat der Warmetauscher-Lamellenmodule höchst wünschenswert

Der vorliegenden Erfindung hegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Warmetau- scher-Lamellenmodul der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Stabilität und Effizienz zu verbessern, sowie einen Wärmetauscher und ein elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwarmung mit verbesserten Warmetauscher- Lamellenmodulen anzugeben Gelost ist diese Aufgabe durch ein Warmetauscher-Lamellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie durch ein elektrisches Heizmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemaßen Warmetauscher- Lamellenmoduls ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9, bevorzugte Weiterbildungen des entsprechenden elektrischen Heizmoduls sind in den Ansprüchen 12 bis 14 niedergelegt

Em eingangs beschriebenes Warmetauscher-Lamellenmodul wird nach der vorliegenden Erfindung also dahingehend verbessert, dass das Metallband, aus dem das Lamellenmodul besteht, auf einer Teilflache der Warmeubergangs- Abschnitte zweilagig ubereinandergelegt ist, wobei sich die hierdurch entste- hende zweitägige Teilflache und die verbleibende einlagige Teilflache der War- meubergangs-Abschnitte über die ganze Breite des Metallbandes erstrecken und in Längsrichtung des Metallbandes hintereinander angeordnet sind Dies bedeutet, dass das Metallband nach der Ausbildung eines Warmeubergangs- Abschnitts nicht von diesem direkt ausgehend, eine Lamelle bildend zur anderen Ebene hinüberwechselt, sondern zunächst vollständig umgebogen und eine zweite Lage des Warmeubergangs-Abschmtts bildend wieder rückwärts verlauft, bis es am hinteren Ende dieser zweilagigen Teilflache, vorzugsweise etwa nach der Hälfte der Langsausdehnung des Warmeubergangs-Abschmtts, nach unten abgebogen wird und eine Lamelle ausbildend zur anderen Ebene hinuberwech- seit, wo es wiederum nach vorne abgebogen wird und die einlagige Teilflache eines dortigen Warmeubergangs-Abschmtts bildet Der Verlauf der Lamelle ist dabei bevorzugt orthogonal zur ersten und zweiten Ebene des Lamellenmoduls, jedoch muss dies nicht so sein und hangt insbesondere von der gewollten zweilagigen Uberdeckung der Warmeubergangs-Abschnitte ab

Die teilweise zweilagige Ausbildung der Warmeubergangs-Abschnitte fuhrt zu einer hohen Stabilität derselben Gleichzeitig ist es durch die erfindungsgemaße Ausbildung der Lamellenmodule erstmals möglich, die Warmeubergangs- Abschnitte direkt aneinandergrenzend hintereinander aufzureihen und trotzdem Lamellen auszubilden, die orthogonal zur Ebene der Warmeubergangs- Abschnitte verlaufen und somit einer Kraft, die die erste Ebene gegen die zweite Ebene zu drucken sucht, maximalen Widerstand bieten Gleichzeitig sind die erfindungsgemaßen Warmetauscher-Lamellenmodule durch eine rein mechanische (Kalt-)Umformung aus einem Metallband herstellbar Das Metallband kann aus iedem geeigneten Material mit guier Warmeleitung z B Aluminium, Mes- sing oder Kupfer gefertigt sein

Unter „erster Ebene" und „zweiter Ebene" sind im Übrigen bei der vorliegenden Erfindung nicht in jedem Fall Ebenen im mathematischen Sinne zu verstehen Vielmehr können diese „Ebenen" auch entlang einer gebogenen Flache mit eι- nem relativ großen Biegeradius verlaufen, um beispielsweise eine kreisförmige Anordnung von mehreren Warmetauscher-Lamellenmodulen anstatt einer streng zellenartigen Anordnung zu ermöglichen

Die Eigenstabihtat des erfindungsgemaßen Lamellenmoduls lasst sich noch verbessern, wenn in eine von den zweilagigen Teilflachen abgewandte hinteren Querkante der einlagigen Teilflache jedes Warmeubergangs-Abschmtts eine Ausnehmung zur Aufnahme einer von der einlagigen Teilflache abgewandten Vorderkante der zweilagigen Teilflache des nächst benachbarten Warmeubergangs-Abschmtts eingeformt ist, so dass sich benachbarte Warmeubergangs- Abschnitte in Längsrichtung insoweit überlappen können

Eine solche Weiterbildung des erfindungsgemaßen Lamelleπmoduls kann insofern noch optimiert werden, wenn die Vorderkanten der zweilagigen Teilflachen an die Ausnehmungen der hinteren Querkanten der einlagigen Teilflachen an- gepresst sind, und zwar in der Weise, dass die Anpressung fluiddicht ist Diese Fluiddichtheit ermöglicht, dass das Lamellenmodul insbesondere auch mit Flüssigkeiten durchstrombar ist, ohne dass diese aus dem Lamellenmodul seitlich austreten können Das Lamellenmodul bildet also zwischen den einzelnen Lamellen dann fluiddichte Kanäle

Vorzugsweise ist das erfmdungsgemaße Warmetauscher-Lamellenmodul durch ein Metallband gebildet, welches so umgeformt ist, dass es zur Ausbildung eines ersten Warmeubergangs-Abschmtts in der ersten Ebene in Längsrichtung nach vorn verlauft, dann an einer ersten Vorderkante zur zweiten Ebene hin umgebordelt ist und, auf dem Warmeubergangs-Abschnitt aufliegend, eine zwei- lagige Teilflache desselben bildend, zurückgeführt ist, bis es aus der ersten E- bene herausführend und einen ersten Lamellenabschnitt bildend zur zweiten Ebene hin verlaufend abgebogen ist, und sodann in der zweiten Ebene wiederum in Längsrichtung nach vorne abgebogen ist, um einen zweiten Warmeuber- ganqs-Abschnitt m der zweiten Ebene zu biiαen, wo es dann an einer zweiten Vorderkante zur ersten Ebene hin umgebordelt ist und, auf dem zweiten War- meubergangs-Abschnitt aufliegend, eine zweilagige Teilflache desselben bildend, zurückgeführt ist, bis es aus der zweiten Ebene herausführend und einen zweiten Lamellenabschnitt bildend zur ersten Ebene hm zurück verlaufend abgebogen ist, usw Dementsprechend unkompliziert ist die maschinelle Herstel- lung des erfindungsgemaßen Lamellenmoduls aus einem handelsüblichen Metallband

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass in die Wärmetauscher-Lamellen im Wesentlichen quer und/oder im Wesentlichen längs zur Fluidstromung gerichtete Sicken eingeformt sind, um eine bessere Verwirbe- lung des durch die Lamellen hindurch stromenden Fluids zu bewirken Eine solche Verwirbelung im Lamellenbereich erhöht den Wärmeübergang von den Lamellen in das Fluid (und umgekehrt)

Zum gleichen Zweck können die Wärmetauscher-Lamellen auch mit im Wesentlichen quer zur Fluidstromung gerichteten Ausbrechungen versehen sein Diese können besonders einfach in die Lamellen eingebracht werden

Die Wärmetauscher-Lamellen des erfindungsgemaßen Lamellenmoduls können schließlich mit fluidstromungsleitenden Ausbiegungen versehen sein, um den durch die Lamellen hindurch fuhrenden Fluidstrom abzulenken

Ein Warmetauscher-Lamellenmodul nach der vorliegenden Erfindung kann in allen Arten von Wärmetauschern eingesetzt werden Eine besonders bevorzugte Anwendung liegt jedoch in elektrischen Heizmodulen zur Luftstromerwarmung, die mindestens ein PTC-Heizelement und mindestens einen daran angrenzenden luftdurchstrombaren Warmeabgabebereich umfassen In diesem Warmeab- gabebereich ist erfindungsgemaß dann mindestens ein Warmetauscher- Lamellenmodul angeordnet, welches mit dem PTC-Heizelement in Wirkverbin- düng steht und die Warme von diesem in den durch das Lamellenmodul streichenden Luftstrom abgibt Em sehr guter Wärmeübergang vom PTC-Heizelement in das Warmetauscher- Lamellenmodul und dort naturgemäß in die Warmeubergangs-Abschmtte ist aufgrund der Eigenheit des PTC Hei∑eierneius von besonderer Wichtigkeit, denn dieses nimmt dann besonders viel elektrische Leistung auf und setzt diese in Warme um, wenn es selbst auf niedriger Temperatur gehalten wird, die erzeugte Warme also schnell und vollständig abgeleitet wird Der Wärmeübergang zwischen dem PTC-Heizelement und einem Lamellenmodul ist erfahrungsgemäß dann am besten, wenn das Lamellenmodul an die Oberflache des PTC- Heizelements angepresst wird Die außerordentlich hohe Eigenstabihtat des er- fmdungsgemaßen Warmetauscher-Lamellenmoduls ist daher gerade in diesem Anwendungsbereich von großem Vorteil

Da PTC-Heizelemente üblicherweise plattenformig ausgeformt sind, wird ein elektrisches Heizmodul zweckmaßigerweise so ausgestaltet, dass jeweils mindestens ein PTC-Heizelement zwischen zwei erfmdungsgemaßen Warmetau- scher-Lamellenmodulen angeordnet ist, welche mit ihren Warmeubergangs- Abschnitten direkt oder indirekt auf dem PTC-Heizelement aufliegen Somit wird zum Einen die im PTC-Heizelement erzeugte Warme beidseits in den Luftstrom abgeführt, was die Effizienz des Heizmoduls erhöht, und zum anderen kann das PTC-Heizelement dann ganz einfach über die beiden Warmetauscher- Lamellenmodule elektrisch kontaktiert werden

Zwischen dem PTC-Heizelement und den Warmetauscher-Lamellenmodulen kann jeweils ein metallisches Kontaktelemeπt angeordnet sein Dieses dient dann nicht nur zur elektrischen Kontaktierung, sondern auch für eine mechanische Druckverteilung, um Belastungsspitzen auf dem PTC-Heizelement zu vermeiden Soweit die PTC-Heizelemente sich nicht über die gesamte Flache der Warmeubergangs-Abschmtte der Lamellenmodule erstrecken, sondern demge- genuber kleiner ausgebildet sind, gewahrleisten solche zwischenliegenden metallischen Kontaktelemente außerdem eine gleichmaßigere Warmeverteilung in die Lamellenmodule

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines erfmdungsgemaßen elektrischen Heizmoduls besteht schließlich darin, dass das PTC-Heizelement nicht als plat- tenformiges Gebilde, sondern als fluiddurchstrombares Rohr ausgebildet ist In diesem Fall kann das PTC-Heizelement dann nicht nur einen Luftstrom mittels der Warmetauscher-Lamellenmodule erwarmen, sondern auch einen durch das PTC-Heizelement fließenden weiteren Fluidstrom, insbesondere Flussigkeits- strom BP« Bedarf kann aus einem solchen elektrischen Heizmodul sogar ein Kuhlaggregat für durchgeleitete Luft werden, und zwar dann, wenn das PTC- Heizelement ausgeschaltet und ein Kuhlfluid durch dieses hindurchgeleitet wird

Mehrere Ausfuhrungsbeispiele für Warmetauscher-Lamellenmodule nach der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden naher beschrieben und erläutert Es zeigen

Figur 1 eine seitliche Ansicht eines ersten Ausfuhrungsbeispiels eines erfind ungsgemaßen Warmeta uscher-Lamellenmoduls,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Lamellenmoduls aus Figur 1 ,

Figur 3 eine seitliche Darstellung eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels eines erfmdungsgemaßen Warmetauscher-Lamellenmoduls,

Figur 4 eine perspektivische Darstellung des Lamellenmoduls aus Figur 3,

Figur 5 eine seitliche Darstellung eines dritten Ausfuhrungsbeispiels eines erfmdungsgemaßen Warmetauscher-Lamellenmoduls,

Figur 6 eine perspektivische Darstellung des Lamellenmoduls aus Figur 5,

Figur 7 eine seitliche Darstellung eines vierten Ausfuhrungsbeispiels eines erfmdungsgemaßen Warmetauscher-Lamellenmoduls,

Figur 8 eine perspektivische Darstellung des Lamellenmoduls aus Figur 7,

Figur 9 eine seitliche Darstellung eines fünften Ausfuhrungsbeispiels eines erfmdungsgemaßen Warmetauscher-Lamellenmoduls,

Figur 10 eine perspektivische Darstellung des Lamellenmoduls aus Figur 9, Figur 1 1 eine perspektivische Ansicht von Lamellenmodulen aus Figur 2 in Wärmetauscher-Anordnung;

Figur 12 eine perspektivische Ansicht wie Figur I i , jedoch eines Bausatzes für ein elektrisches Heizmodul;

Figur 13 eine Darstellung wie Figur 12, jedoch eines modifizierten Ausführungsbeispiels;

Figur 14 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Heizmoduls wie Figur 13, jedoch im zusammengebauten Zustand;

Figur 1 5 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Wärmetauschers nach der vorliegenden Erfindung;

Figur 16 eine Darstellung wie Figur 12, jedoch eines nochmals modifizierten Ausführungsbeispiels;

Figur 17 Beispiele von Wärmetauscher-Lamellenmodulen nach dem Stand der Technik.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Wärmetauscher- Lamellenmodul in seitlicher Ansicht und perspektivischer Ansicht dargestellt, das die vorliegende Erfindung beispielhaft umsetzt. Wie besonders aus Figur 1 ersichtlich, ist das Lamellenmodul aus einem Metallband gefertigt, das zwischen einer ersten Ebene A und einer zweiten Ebene B hin und herwechselt und hierdurch in der ersten Ebene A Wärmeübergangs-Abschnitte 2a und in der zweiten Ebene B Wärmeübergangs-Abschnitte 2b bildet, während die Verbindungsstücke zwischen den Ebenen A und B senkrecht stehende Wärmetauscher- Lamellen 3 bilden. Das Metallband ist hierbei so umgeformt worden, dass es zur Ausbildung eines ersten Wärmeübergangs-Abschnitts 2a in der ersten Ebene A liegt, dann an einer ersten Vorderkante 4a zur zweiten Ebene B hin umgebördelt und auf dem Wärmeübergangs-Abschnitt 2a aufliegend, eine zweilagige Teilfläche 5a bildend, entgegen einer Längsrichtung x zurückgeführt wurde, bis es aus der ersten Ebene A herausführend und einen ersten Lamellenabschnitt 3a bildend zur zweiten Ebene B hin verlaufend abgebogen wurde, und sodann in der zweiten Ebene B in Längsrichtung x nach vorne - in der Darstellung also nach rechts - verlaufend abgebogen ist, um einen zweiten Wärmeübergangs- Abschnitt 2b in der zweiten Ebene B zu bilden. Dort ist das Metallband dann wiederum an einer zweiten Vorderkante 4b zur Ebene A hin umgebördelt und, auf dem Wärmeübergangs-Abschnitt 2b aufliegend, eine zweilagige Teilfläche 5b bildend, zurückgeführt worden, bis es aus der zweiten Ebene B herausführt und einen zweiten Lamellenabschnitt 3b bildend zur ersten Ebene A hin verlaufend abgebogen ist, usw. Die Vorderkanten 4a, 4b der Wärmeübergangs- Abschnitte 2a, 2b liegen hierbei jeweils an hinteren Querkanten 6a, 6b der je- weils benachbarten Wärmeübergangs-Abschnitte an, so dass sich im Wesentlichen, wie Figur 2 verdeutlicht, eine geschlossene Fläche an aneinandergereihten Wärmeübergangs-Abschnitten 2a, 2b ausbildet. Da die Wärmetauscher- Lamellen 3a, 3b im vorliegenden Ausführungsbeispiel orthogonal zu den Ebenen A und B verlaufen und die eben genannte, im Wesentlichen geschlossene Aus- bildung der Wärmeübergangs-Abschnitte 2a bzw. 2b gewünscht ist, ergibt sich aus geometrischen Notwendigkeiten, dass die Wärmeübergangs-Abschnitte 2a und 2b jeweils etwa zur Hälfte zweilagig und zur anderen Hälfte einlagig ausgebildet sind. Die sich hierdurch ergebende Stabilität des dargestellten Wärmetauscher-Lamellenmoduls, insbesondere in einer zu den Ebenen A und B senkrech- ten Richtung, ist augenscheinlich.

In den Figuren 3 und 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel abgebildet, wobei die Darstellungen den Darstellungen der Figuren 1 und 2 entsprechen. Der Unterschied dieses Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmetauscher-Lamellenmoduls zu demjenigen, das in den vorigen Figuren dargestellt ist, besteht darin, dass die Wärmeübergangs-Abschnitte 2a, 2b nicht mehr nur aneinandergereiht sind, sondern sich geringfügig überlappen. Die einlagigen Teilflächen der Wärmeübergangs-Abschnitte 2a, 2b sind jeweils mit einer Ausnehmung 7a, 7b versehen, die der Vorderkante 4a, 4b des nächst be- nachbarten Wärmeübergangs-Abschnitts 2a, 2b angepasst ist, so dass dieser ein Stück weit in die einlagige Teilfläche des Wärmeübergangs-Abschnitts 2a, 2b hineinreichen kann und die Wärmeübergangs-Abschnitte 2a, 2b trotzdem eine im Wesentlichen ebene Fläche bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind demgemäß die zweilagige Teilfläche und die einlagige Teilfläche jedes Wärme- Übergangs-Abschnitts nicht gleich groß, da die Wärmetauscher-Lamellen 3a, 3b hier wiederum senkrecht auf den Ebenen A und B stehen. Die Vorderkanten 4a, 4b der Warmeubergangs-Abschnitte 2a, 2b dieses Ausfuh- rungsbeispiels sind so in die Ausnehmungen 7a, 7b emgepresst, dass sich eine fluiddichte Verbindung ergibt Die Zwischenräume zwischen den Warmetau- scher-Lamellen 3a, 3b bilden also fluiddichte Kanäle Neben der nochmals deutlich erhöhten Stabilität dieses Beispiels für ein erfmdungsgemaßes Warmetau- scher-Lamellenmodul ist es also durch die Fluiddichtheit außerdem noch universell einsetzbar, obwohl die Herstellung des Moduls kaum aufwendiger ist, als bei den vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen

Die in den Figuren 5 und 6, 7 und 8 sowie 9 und 10 jeweils dargestellten Aus- fuhrungsbeispiele stellen Variationen dasjenigen Ausfuhrungsbeispiels eines erfindungsgemaßen Lamellenmoduls dar, das in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist Die Wärmetauscher-Lamellen 3 des in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausfuhrungsbeispiels sind mit senkrechten Sicken 8 versehen, wahrend die Wärmetauscher-Lamellen 3 des in den Figuren 7 und 8 dargestellten Ausfuhrungsbeispiels abwechselnd von oben und unten eingebrachten Ausbrechungen 9 aufweisen Sowohl die Sicken 8 als auch die Ausbrechungen 9 bewirken, das ein Fluid, das zwischen den Wärmetauscher-Lamellen 3 hindurchfließt, in den Zwischenräumen zwischen den Lamellen 3 starker verwirbelt und somit effizienter Warme von den Lamellen 3 aufnimmt bzw an diese abgibt

Die Wärmetauscher-Lamellen 3 des in den Figuren 9 und 10 dargestellten Ausfuhrungsbeispiels eines erfindungsgemaßen Lamellenmoduls sind in Durchfluss- πchtung gesehen etwa mittig beginnend mit Ausbiegungen 10 versehen, die taschenartig geformt sind und die zwischen den Lamellen 3 hindurch fuhrende Fluidstromung seitlich ablenken Neben einer gewollten Ablenkung der FIu- idstromung erhöht auch diese Maßnahme die Effizienz des Wärmeübergangs von den Lamellen 3 auf das durchströmende Fluid

Figur 1 1 zeigt ein Beispiel für eine Wärmetauscher-Anordnung von zwei Warme- tauscher-Lamellenmodulen der Bauart, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist Em erstes Warmetauscher-Lamellenmodul 1 1 und ein zweites Warme- tauscher-Lamellenmodul 12 sind so übereinander angeordnet, dass zwischen den unteren Warmeubergangs-Abschmtten 2a des oberen Lamellenmoduls 1 1 und den Warmeubergangs-Abschnitten 2b des unteren Lamellenmoduls 12 ein Zwischenraum verbleibt, durch den ein weiteres Fluid hindurchgeleitet werden kann, oder in den ein Heizelement eingesetzt werden kann

Die letztgenannte Alternative ist in dem Ausführungsbeispiel, das in Figur 12 als schematische Explosionsdarstellung gezeigt ist, verwirklicht. Zwischen das obere Wärmetauscher-Lamellenmodul 1 1 und das untere Wärmetauscher- Lamellenmodul 12 wird ein PTC-Heizelement 13 eingesetzt, das in zusammengebautem Zustand die Wärmeübergangs-Abschnitte 2a, 2b der beiden Lamellenmodule 11 , 12 kontaktiert, von diesen Strom aufnimmt und an diese Wärme abgibt.

Figur 13 zeigt eine Variation dieses Aufbaus: Hier ist vorgesehen, zwischen die Wärmeubergangs-Abschmtte 2a, 2b der beiden Lamellenmodule 1 1 , 12 und das PTC-Heizelement 13 jeweils ein plattenförmiges metallisches Kontaktelement 14, 15 einzusetzen, was letztendlich zu dem in Figur 14 dargestellten Aufbau eines elektrischen Heizmoduls führt

Figur 15 zeigt einen Abschnitt eines Wärmetauschers mit drei erfindungsgemäß aufgebauten Warmetauscher-Lamellenmodulen 1 1 , 12, 16. Diese Lamellenmo- dule sind aufgebaut wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt und besitzen daher eine besonders hohe Eigenstabilität Zwischen ihnen, jeweils direkt auf den Wärmeübergangs-Abschnitten 2a, 2b aufliegend, befinden sich Rohre 17 zum Durchleiten von Flüssigkeiten Der hier dargestellte Wärmetauscher-Abschnitt ist demnach zur Wärmeübertragung von einer durch die Rohre 17 fließenden Flύssig- keit auf ein durch die Lamellenmodule 1 1 , 12, 16 strömendes Fluid, in der Regel Luft, vorgesehen und konnte beispielsweise in einem Kraftfahrzeug-Kühler oder in einem Heizgebläse eingesetzt werden

Der in Figur 15 dargestellte Aufbau kann identisch als elektrisches Heizmodul verwendet werden, wenn die Rohre 17 aus PTC-keramischem Material gefertigt sind Es muss dann nur noch eine elektrische Kontaktierung vorgesehen sein, die im einfachsten Fall wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen über die Lamellenmodule 1 1 , 12, 16 erfolgen kann Ein solcher Aufbau mit einem Rohr 17 aus PTC-keramischem Material in einer schematischen Explosionsdarstel- lung wie in Figur 12 ist in Figur 16 gezeigt. Die Wärmetauscher-Lamellenmodule 1 1 und 12 sind diejenigen, die bereits anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben worden sind. Zwischen ihnen ist ein Rohr 17 aus PTC-keramischem Material angeordnet, das demgemäß sowohl als Heizelement als auch als Kühlelement fungieren kann. Die elektrische Kontaktierung des Rohrs 17 erfolgt über Kontak- tierungsflächen 18, die auf der Oberseite (gezeigt) und der Unterseite (nicht sichtbar) des Rohres 17 angeordnet sind und an den unteren Wärmeübergangs- Abschnitten 2a des oberen Wärmetauscher-Lamellenmoduls 1 1 bzw. den oberen Wärmeübergangs-Abschnitten 2b des unteren Wärmetauscher-Lamellenmoduls 12 aufliegen. Die elektrische Kontaktierung des PTC-Rohrs 17 erfolgt also über die Wärmetauscher-Lamellenmodule 1 1 , 12; separate elektrische Kontaktie- rungselemente sind also nicht notwendig.

Figur 17 zeigt schematisch drei Beispiele von Lamellenmodulen nach dem Stand der Technik. Das erste Lamellenmodul ist in rechteckigen Mäandern ausgeformt, wodurch sowohl die Stabilität als auch die Gesamtfläche der Wärmeübergangs- Abschnitte nicht optimal sind. Das zweite Lamellenmodul weist eine dreieckige Form der einzelnen Lamellen auf, was zwar die Überdeckung der Ebenen A und B durch die Wärmeübergangs-Abschnitte optimiert, jedoch hinsichtlich seiner Eigenstabilität verbesserungsfähig ist. Das dritte Lamellenmodul schließlich weist s-förmige bzw. sinusartig geformte Lamellen auf, was wiederum der Ei- genstabilität abträglich ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Wärmetauscher-Lamellenmodul, bestehend aus einem Metallband (1 ), das im Ausgangszustand durch seine Längsrichtung (x) und Breitenrichtung (y) eine erste Ebene (A) definiert und so umgeformt ist, dass es von der ersten Ebene (A) zu einer zweiten, zur ersten Ebene (A) parallelen Ebene (B) wechselnd verläuft, um eine Anzahl von die erste (A) und die zweite Ebene (B) verbindenden, fluiddurchstrόmbaren Wärmetauscher- Lamellen (3) zu bilden, wobei es in der ersten (A) und der zweiten Ebene (B) im Wesentlichen ebene Warmeubergangs-Abschnitte (2) ausbildet, die sich in Längsrichtung (x) aneinander reihen und die erste (A) und zweite Ebene (B) jeweils zumindest teilweise überdecken, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1 ) auf einer Teilfläche der Wärmeübergangs- Abschnitte (2) zweilagig übereinandergelegt ist, wobei sich die zweilagige Teilflache und die verbleibende einlagige Teilflache der Wärmeüber- gangs-Abschnitte (2) über die ganze Breite des Metallbands (1 ) erstrecken und in Längsrichtung (x) des Metallbands (1 ) hintereinander angeordnet sind

Warmetauscher-Lamellenmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübergangs-Abschnitte (2) etwa zur Hälfte zweilagig ausgebildet sind.

Wärmetauscher-Lamellenmodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in eine von der zweilagigen Teilfläche abgewandte hinteren Querkante (6) der einlagigen Teilfläche jedes Wärmeύbergangs-Abschnitts (2) eine Ausnehmung (7) zur Aufnahme einer von der einlagigen Teilflache abgewandten Vorderkante (4) der zweilagigen Teilflache des nächst be- nachbarten Wärmeύbergangs-Abschnitts (2) eingeformt ist, so dass sich benachbarte Warmeubergangs-Abschnitte (2) in Längsrichtung (x) insoweit überlappen. Warmetauscher-Lamellenmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkante" (^Λ) der zv/eslsgigen Teilflachen o'ei Warmeuber- gangs-Abschnitte (2) im Wesentlichen fluiddicht an die Ausnehmungen (7) der hinteren Querkanten (6) der einlagigen Teilflachen jeweils benachbarter Warmeubergangs-Abschnitte (2) angepresst sind

Warmetauscher-Lamellenmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1 ) so umgeformt ist, dass es zur Ausbildung eines ersten Warmeubergangs-Abschnitts (2a) in der ersten Ebene (A) in Längsrichtung (x) nach vorn verlauft, dann an einer ersten Vorderkante (4a) zur zweiten Ebene (B) hm umgebordelt ist und, auf dem Warmeuber- gangs-Abschnitt (2a) aufliegend, eine zweilagige Teilflache desselben bildend, zurückgeführt ist, bis es aus der ersten Ebene (A) herausführend und eine erste Wärmetauscher-Lamelle (3a) bildend zur zweiten Ebene (B) hm verlaufend abgebogen ist, und sodann in der zweiten Ebene (B) wiederum in Längsrichtung (x) nach vorn abgebogen ist, um einen zweiten Warmeubergangs-Abschmtt (2b) in der zweiten Ebene (B) zu bilden, wo es dann an einer zweiten Vorderkante (4b) zur ersten Ebene (A) hin umgebordelt ist und, auf dem Warmeubergangs-Abschmtt (2b) aufliegend, eine zweilagige Teilflache desselben bildend, zurückgeführt ist, bis es aus der zweiten Ebene (B) herausführend und eine zweite Warmetau- scher-Lamelle (3b) bildend zur ersten Ebene (A) hin verlaufend abgebogen ist, usw

Warmetauscher-Lamellenmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Lamellen (3) im Wesentlichen orthogonal zur ersten und zweiten Ebene (A, B) verlaufen Warmetauscher-Lamellenmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wärmetauscher-Lamellen (3) im Wesentlichen quer und/oder im Wesentlichen längs zur Fluidstromung gerichtete Sicken (8) eingeformt sind

Warmetauscher-Lamellenmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Lamellen (3) mit im Wesentlichen quer zur Fluidstromung gerichteten Ausbrechungen (9) versehen sind

Warmetauscher-Lamellenmodul nach mindestens einem der

Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Lamellen (3) mit fluidstromungsleitenden Ausbiegungen (10) versehen sind

Wärmetauscher mit Warmetauscher-Lamellenmodulen nach einem der Ansprüche 1 bis 9

Elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwarmung, umfassend mindestens ein PTC-Heizelement (13) und mindestens einen daran angrenzenden, luftdurchstrombaren Warmeabgabebereich, in dem mindestens ein Warmetauscher-Lamellenmodul (1 1 , 12, 16) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet ist und mit dem PTC-Heizelement (13) in Wirkverbindung steht

Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein PTC-Heizelement ( 13) zwischen zwei Warmetauscher-Lamellenmodulen (1 1 , 12) angeordnet ist und diese mit ihren War- meubergangs-Abschnitten (2a, 2b) direkt oder indirekt auf dem PTC-

Heizelement (13) aufliegen

13. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem PTC-Heize!emεnt (13) und den Wärmetauscher- Lamellenmodulen (1 1 , 12) jeweils ein metallisches Kontaktelement (14,

15) angeordnet ist.

14. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement (13) als fluiddurchströmbares Rohr (17) ausgebildet ist.