WO2018215546A1 - Fluidheizgerät, insbesondere luftheizgerät - Google Patents

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WO2018215546A1
WO2018215546A1 PCT/EP2018/063516 EP2018063516W WO2018215546A1 WO 2018215546 A1 WO2018215546 A1 WO 2018215546A1 EP 2018063516 W EP2018063516 W EP 2018063516W WO 2018215546 A1 WO2018215546 A1 WO 2018215546A1
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polymer
conductive structure
fluid
heater according
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PCT/EP2018/063516
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Martin Zoske
Uwe Strecker
Michael Schwanecke
Volodymyr Ilchenko
Bengt Meier
Nikolaus Gerhardt
Christoph JÖRG
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Webasto SE
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Definitions

  • the invention relates to an electric fluid heater, in particular for a motor vehicle.
  • Electric fluid heaters especially air heaters, (especially those used in mobile applications) are mostly based on
  • a PTC element comprises a PTC resistor, ie a temperature-dependent resistor with a positive temperature coefficient, which at low
  • Temperatures conduct electricity better than at high temperatures. These are usually connected to heat exchanger surfaces made of aluminum sheet and are also contacted electrically. Disadvantages of conventional fluid heaters with ceramic PTC elements include i.a. a complex production by a comparatively complicated
  • Heat exchanger manufacturing and installation of the ceramic elements a usually necessary sorting of the ceramic elements due to manufacturing tolerances, a comparatively unfavorable power density in a heating element heat exchanger composite by a local heat generation, a comparatively strong limitation of a maximum heating power through a thickness of PTC material (due to a limited heat dissipation from the ceramic) and a comparatively high risk of short circuit, in particular due to a small geometric distance of components with a high voltage potential.
  • a high power density should be achieved with a comparatively small space.
  • This object is achieved in particular by an electric fluid heater according to claim 1.
  • the object is achieved by an electric fluid heater
  • the electric fluid heater comprises at least one heat conductor having an open-porous (porous, open-pore), conductive structure (in particular a polymer PTC structure).
  • a central idea of the invention is to provide a heating conductor for an electric fluid heater, in particular an air heater, which (at least partially, for example at least 20 wt .-%, preferably at least 50 wt .-%, possibly complete) of an open-cell, conductive Structure is formed.
  • an electric fluid heater in particular an air heater, which (at least partially, for example at least 20 wt .-%, preferably at least 50 wt .-%, possibly complete) of an open-cell, conductive Structure is formed.
  • This allows a simple and inexpensive production, preferably be carried out by means of integrated design.
  • a production suitable for production can take place.
  • a high power density in particular by heating the entire conductive, porous material and a comparatively high heat transfer to the fluid through the comparatively high surface can be achieved. It can be achieved (volume related) a high power density. On adjacent components, a low voltage potential can be set, which reduces the risk of short circuits.
  • An open-pore conductive structure is to be understood in particular as a conductive structure which contains a polymer component and has open pores.
  • the pores are preferably irregular in shape (such as in a polymer foam), but may also be formed regularly if desired.
  • a diameter of the pores is preferably ⁇ 2 mm, more preferably ⁇ 0.5 mm. If a diameter of the pores fluctuates, in particular a
  • the porosity (defined as void volume to total volume) is preferably at least 10%, preferably at least 20% and / or at most 90%, preferably at most 80%.
  • the diameter should in particular be the maximum possible distance of a pair of points in the respective cross-section or the respective opening area of the pore.
  • the conductive structure is formed (at least in part) of metal and / or a conductive polymer structure.
  • the (conductive) polymer structure preferably comprises a (optionally electrically insulating) polymer component and a conductive carbon component.
  • the conductive structure may comprise a foam (material), in particular metal foam and / or polymer foam, and / or a woven fabric, in particular metal wire mesh and / or polymer fabric, and / or a knitted fabric, in particular a metal knit and / or a polymer knit, and / or a Knitted fabric, in particular metal knitwear and / or polymer knitwear, and / or a fleece, in particular metal fiber fleece and / or polymer fiber fleece, and / or a nonwoven fabric
  • Expanded metal include.
  • the heating conductor or at least the conductive structure is integrally formed (possibly monolithically).
  • the heating conductor or at least its conductive structure may comprise several parts (which may be spaced apart from each other).
  • the plurality of parts may be electrically connected together in a series or parallel circuit (or partially in series and partially in parallel).
  • the heating conductor or at least its conductive structure can be arranged in a meandering manner (or formed).
  • the heating conductor in particular the conductive structure, by a fluid, in particular air, flowed through.
  • the conductive structure may be plate-shaped and / or have a thickness of at least 2 mm, preferably at least 5 mm. In this case, the plate thickness (locally) vary in order to achieve a favorable power distribution. Individual pores of the conductive structure preferably branch,
  • the individual pores do not branch (for example in the case of an expanded metal).
  • the conductive structure may be formed by at least one metal structure, preferably a metal sheet and / or metal strip and / or metal wire and / or
  • Metal grid and / or metal bar and / or metal mesh be electrically contacted.
  • a fluid heater of the type described above for heating a fluid, in particular fluid, preferably in a vehicle, more preferably in a motor vehicle, more preferably in a motor vehicle interior.
  • foaming preferably foaming and foaming to an electrical connection, in particular a metal structure
  • the heating conductor in particular the electrically conductive polymer structure, can have a PTC behavior.
  • the conductive structure may be plate-shaped or generally polyhedral,
  • the carbon component may be in particulate form and / or as a carbon skeleton.
  • 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 polymer component may be in the form of an electrical insulating
  • PE polyethylene
  • HDPE if necessary or LDPE
  • the conductive structure is preferably inherently dimensionally stable, so it retains
  • Components can be detected).
  • the electric fluid heater preferably has at least one electrical (metallic) connection element, such as preferably a metal wire,
  • the conductive structure may be foamed to such a connection element (or a plurality of connection elements).
  • the carbon component may be formed or arranged to allow flow of current, e.g. B. in particle form (where the particles
  • conductive in particular with regard to the conductive structure or the carbon component is to be understood as an abbreviation for “electrically conductive”.
  • insulating in particular with regard to the polymer structure is to be understood as an abbreviation for “electrically insulating”.
  • An electrically insulating material is to be understood in particular as meaning a material which, at room temperature (25 ° C.), has an electrical conductivity of less than 10 "1 S 1 nr 1 (possibly less than 10 " 8 S 1 nr 1 ). Accordingly, an electrical conductor or a material (or coating) with electrical conductivity is to be understood as meaning a material which has an electrical conductivity
  • the conductive structure can be used as a plate (with corresponding openings or
  • Fluid channels in particular air channels may be formed.
  • Polymer component and carbon component of the polymer structure are preferably mixed together or intertwined.
  • the polymer component can form a (skeletal) framework in which the carbon component is taken up or vice versa.
  • the polymer structure comprises at least 5% by weight, preferably at least 10% by weight, more preferably at least 15% by weight, even more preferably at least 20% by weight and / or less than 50% of carbon (optionally without consideration of a carbon content of the polymer as such) or from the carbon component, such as. B. the carbon particles.
  • the carbon component comprises at least 70% by weight.
  • the polymer component is in particular in the form of an electrically insulating polymer component or comprises such.
  • 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 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
  • ETFE copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • 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 likewise be formed as described in WO 2014/188190 A1 (as a second-electrically insulating material).
  • the polymer structure may be contacted by at least one metal structure, preferably a (in particular bent) metal sheet, preferably copper sheet, and / or metal strip and / or metal wire and / or metal mesh (electrically).
  • a metal structure preferably a (in particular bent) metal sheet, preferably copper sheet, and / or metal strip and / or metal wire and / or metal mesh (electrically).
  • the polymer structure and / or a corresponding substance to be shaped out (eg paste) for the production thereof may (in particular crystalline
  • Binder comprise 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. As ethylene / acrylic acid and / or ethylene / ethyl acrylate and / or
  • polyacetylene or polyalkenylene such as.
  • polyoctenamer polyoctenamer
  • fluoropolymer such as.
  • polyvinylidene fluoride and / or copolymers thereof As polyvinylidene fluoride and / or copolymers thereof.
  • the polymer structure or one for producing the
  • Binders especially according to p. 4, 2nd paragraph and p. 5, 1st paragraph of DE 689 23 455 T2
  • solvent in particular according to page 5, 2nd paragraph and page 6 2nd paragraph of DE 689 23 455 T2).
  • the polymer structure is preferably a PTC resistor.
  • a high component surface can be realized, which allows a high heat output in a small space due to a good convective heat transfer.
  • the good heat transfer is based in particular on a high surface area (based on a component volume).
  • connection elements of the electrical resistance in the transition into the conductive structure, in particular polymer structure (or a polymer material of the polymer structure) are minimized and the risk of deterioration of the contact over the life can be reduced.
  • the conductive structure, in particular polymer structure may possibly not only fulfill the task of a heat conductor, but as an (integral) component simultaneously allow other functions, in particular a frame or
  • the fluid heater in particular air heater, is preferably designed for operation in the low-voltage range (eg ⁇ 100 volts or ⁇ 60 volts). Further embodiments emerge from the subclaims.
  • Fig. 1 is a schematic front view of an inventive
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the fluid heating device according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a schematic front view of an electric fluid heater according to the invention (air heater).
  • the fluid heater (air heater) comprises an electrical heating conductor, which is an open-pore, conductive structure 10
  • the conductive structure 10 is trained.
  • the conductive structure 10 is connected via electrical terminal strips 11 with contacts 12a, 12b for their contacting.
  • the electrical connection strips 11 are preferably made of metal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Fluidheizgerät, insbesondere Luftheizgerät, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Heizleiter, der eine offen-poröse, leitfähige Struktur (10) aufweist.

Description

dheizgerät, insbesondere Luftheizgerät
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Fluidheizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Elektrische Fluidheizgeräte, insbesondere Luftheizgeräte, (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). 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. Diese sind in der Regel mit Wärmeübertrager-Flächen aus Aluminiumblech verbunden und werden darüber auch elektrisch kontaktiert. Nachteile von herkömmlichen Fluidheizgeräten 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.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Fluidheizgerät, insbesondere Luftheizgerät, vorzuschlagen, das eine effektive Aufheizung der Fluid ermöglicht. Insbesondere soll bei einem vergleichsweise geringem Bauraum eine hohe Leistungsdichte erzielt werden. Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein elektrisches Fluidheizgerät nach Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein elektrisches Fluidheizgerät,
insbesondere Luftheizgerät, vorzugsweise für ein Fahrzeug, weiter vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, gelöst, wobei das elektrische Fluidheizgerät mindestens einen Heizleiter umfasst, der eine offen-poröse (poröse, offenporige), leitfähige Struktur (insbesondere ein Polymer-PTC-Struktur) aufweist.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, einen Heizleiter für ein elektrisches Fluidheizgerät, insbesondere Luftheizgerät, vorzuschlagen, der (zumindest teilweise, beispielsweise zu mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%, ggf. vollständig) aus einer offenporigen, leitfähigen Struktur gebildet wird. Dadurch kann eine einfache und kostengünstige Herstellung, vorzugsweise mittels integrierter Bauweise durchgeführt werden. Insbesondere kann eine serientaugliche Herstellung erfolgen. Eine Anpassung an unterschiedliche
Bauräume und Heizleistungserfordernisse ist vergleichsweise einfach
durchführbar. Insgesamt kann eine hohe Leistungsdichte, insbesondere durch Beheizen des gesamten leitfähigen, porösen Materials und einen vergleichsweise hohen Wärmeübergang auf die Fluid durch die vergleichsweise hohe Oberfläche, erreicht werden. Es kann (volumenbezogen) eine hohe Leistungsdichte erreicht werden. An benachbarten Bauteilen kann ein geringes Spannungspotential eingestellt sein, was die Kurzschlussgefahr reduziert.
Unter einer offenporigen leitfähigen Struktur ist insbesondere eine leitfähige Struktur zu verstehen, die eine Polymerkomponente enthält und offene Poren aufweist. Die Poren sind vorzugsweise unregelmäßig geformt (wie beispielsweise in einem Polymerschaum), können jedoch auch ggf. regelmäßig geformt sein. Ein Durchmesser der Poren ist vorzugsweise < 2 mm, weiter vorzugsweise < 0,5 mm. Wenn ein Durchmesser der Poren schwankt, soll hier insbesondere ein
arithmetisches Mittel hinsichtlich der obigen Werte gelten (wenn der Durchmesser von Pore zu Pore schwankt). Wenn der Durchmesser innerhalb einer einzelnen Pore schwankt, soll insbesondere ein Öffnungsdurchmesser der jeweiligen Pore (an einer Außenfläche der leitfähigen Struktur) gelten. Die Porosität (definiert als Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen) ist vorzugsweise mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 % und/oder höchstens 90 % vorzugsweise höchstens 80 %. Als Durchmesser soll insbesondere der maximal mögliche Abstand eines Punktepaares in dem jeweiligen Querschnitt bzw. der jeweiligen Öffnungsfläche der Pore gelten.
Die leitfähige Struktur ist (zumindest teilweise) aus Metall und/oder einer leitfähigen Polymerstruktur gebildet. Die (leitfähige) Polymerstruktur umfasst vorzugsweise eine (ggf. elektrisch isolierende) Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoff komponente.
In Ausführungsformen kann die leitfähige Struktur einen Schaum(-stoff), insbesondere Metallschaum und/oder Polymerschaum, und/oder ein Gewebe, insbesondere Metalldrahtgewebe und/oder Polymergewebe, und/oder ein Gewirk, insbesondere Metallgewirk und/oder Polymergewirk, und/oder ein Gestrick, insbesondere Metallgestrick und/oder Polymergestrick, und/oder ein Vlies, insbesondere Metallfaservlies und/oder Polymerfaservlies, und/oder ein
Streckmetall umfassen.
In Ausführungsformen ist der Heizleiter oder zumindest die leitfähige Struktur einstückig (ggf. monolithisch) ausgebildet.
Der Heizleiter oder zumindest dessen leitfähige Struktur kann mehrere Teile umfassen (die ggf. voneinander beabstandet sind). Die mehreren Teile können in einer Reihen- oder Parallelschaltung (oder teilweise in Reihen- und teilweise Parallelschaltung) miteinander elektrisch verbunden sein.
In einer konkreten Ausführungsform kann der Heizleiter oder zumindest dessen leitfähige Struktur mäandrierend angeordnet (bzw. ausgeformt) sein.
Vorzugsweise ist der Heizleiter, insbesondere die leitfähige Struktur, von einem Fluid, insbesondere Luft, durchströmbar.
Die leitfähige Struktur kann plattenförmig ausgebildet sein und/oder eine Dicke von mindestens 2 mm, vorzugsweise mindestens 5 mm aufweisen. Dabei kann die Plattenstärke (lokal) variieren, um eine günstige Leistungsverteilung zu erreichen. Einzelne Poren der leitfähigen Struktur verzweigen sich vorzugsweise,
insbesondere vielfach. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich die einzelnen Poren nicht verzweigen (beispielsweise bei einem Streckmetall).
Die leitfähige Struktur kann durch mindestens eine Metallstruktur, vorzugsweise ein Metallblech und/oder Metallstreifen und/oder Metalldraht und/oder
Metallgitter und/oder Metall-Leiste und/oder Metallgestrick, elektrisch kontaktiert sein.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung eines Fluidheizgerätes der oben beschriebenen Art für das Aufheizen eines Fluides, insbesondere von Fluid, vorzugsweise in einem Fahrzeug, weiter vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, weiter vorzugsweise in einem Kraftfahrzeuginnenraum.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum
Betreiben eines Fluidheizgerätes der oben beschriebenen Art, wobei Fluid durch die Poren der leitfähigen Struktur strömt und dabei aufgeheizt wird.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum
Herstellen eines Fluidheizgerätes, insbesondere Luftheizgerätes, wobei die leitfähige Struktur durch Aufschäumen (vorzugsweise Auf- und Anschäumen an einen elektrischen Anschluss, insbesondere eine Metallstruktur) hergestellt wird.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug,
insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend ein Fluidheizgerät, insbesondere
Luftheizgerät, der oben beschriebenen Art.
Der Heizleiter insbesondere die elektrisch leitfähige Polymerstruktur kann ein PTC-Verhalten aufweisen.
Die leitfähige Struktur kann plattenförmig oder allgemein polyedrisch,
insbesondere quaderförmig ausgebildet sein, und/oder (im Querschnitt) rund oder elliptisch.
Die Kohlenstoffkomponente kann in Partikelform und/oder als Kohlenstoffgerüst vorliegen. Die Kohlenstoffkomponente kann in Form von Ruß und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren vorliegen.
Die Polymerkomponente kann in Form einer elektrische isolierenden
Polymerkomponente ausgebildet sein 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 (PE; ggf. HDPE oder LDPE) und/oder Polypropylen, und/oder Polyester und/oder Polyamid und/oder Fluorpolymer umfassen.
Die leitfähige Struktur ist vorzugsweise an sich formstabil, behält also
vorzugsweise auch ihre Form, wenn weitere Komponenten des Luftheizgerätes entfernt werden (bzw. noch nicht hinzugefügt worden sind bzw. bei integrierten weiteren Komponenten, wenn diese nicht vorgesehen wären, was durch
Herstellung eines entsprechenden Vergleichsobjektes ohne die weiteren
Komponenten festgestellt werden kann).
Das elektrische Fluidheizgerät weist vorzugsweise mindestens ein elektrisches (metallisches) Anschlusselement, wie vorzugsweise einen Metalldraht,
Metallgitter, Metallblech, Metall-Leiste und/oder Metallblech-Streifen, auf.
Gegebenenfalls kann die leitfähige Struktur an ein derartiges Anschlusselement (oder mehrere Anschlusselemente) angeschäumt werden.
Die Kohlenstoffkomponente kann so ausgebildet bzw. angeordnet sein, dass sie einen Stromfluss erlaubt, z. B. in Partikelform (wobei sich die Partikel
entsprechend berühren oder nahe beieinanderliegen) und/oder als
Kohlenstoffgerüst.
Der Begriff„leitfähig", insbesondere hinsichtlich der leitfähigen Struktur bzw. der Kohlenstoffkomponente soll als Abkürzung für„elektrisch leitfähig" verstanden werden. Der Begriff„isolierend", insbesondere hinsichtlich der Polymerstruktur soll als Abkürzung für„elektrisch isolierend" verstanden werden.
Unter einem elektrisch isolierenden Material ist insbesondere ein Material zu verstehen, das bei Raumtemperatur (25 °C) eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10"1 S 1 nr1 (ggf. weniger als 10"8 S 1 nr1) 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 nr1, weiter vorzugsweise mindestens 103 S 1 nr1 (bei Raumtemperatur von insbesondere 25 °C) beträgt.
Die leitfähige Struktur kann als Platte (mit entsprechenden Öffnungen bzw.
Fluidkanälen, insbesondere Luftkanälen) ausgebildet sein.
Polymerkomponente und Kohlenstoffkomponente der Polymerstruktur sind vorzugsweise miteinander vermengt bzw. ineinander verflochten. Beispielsweise kann die Polymerkomponente ein (skelettartiges) Gerüst ausbilden, in dem die Kohlenstoffkomponente aufgenommen ist oder umgekehrt.
Vorzugsweise umfasst die Polymerstruktur mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 15 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% und/oder weniger als 50 % aus Kohlenstoff (ggf. ohne Berücksichtigung eines Kohlenstoffanteils des Polymers als solchen) bzw. aus der Kohlenstoffkomponente, wie z. B. den Kohlenstoffpartikeln.
Vorzugsweise umfasst die Kohlenstoffkomponente mindestens 70 Gew.-%
Kohlenstoff.
Die Polymerkomponente ist insbesondere in Form einer elektrisch isolierenden Polymerkomponente ausgebildet oder umfasst eine solche.
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.
Die Polymerstruktur kann durch mindestens eine Metallstruktur, vorzugsweise ein (insbesondere gebogenes) Metallblech, vorzugsweise Kupferblech, und/oder Metallstreifen und/oder Metalldraht und/oder Metallgitter (elektrisch) kontaktiert sein (bzw. werden).
Die Polymerstruktur und/oder eine entsprechender auszuformender Stoff (z. B. 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.
Im Allgemeinen kann die Polymerstruktur bzw. eine zur Herstellung der
Polymerstruktur verwendeter Stoff (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).
Bei der Polymerstruktur 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.
Durch entsprechende Wahl der Geometrie der leitfähigen Struktur speziell im Hinblick auf die Poren (Öffnungen) für die zu erwärmende Fluid, kann eine hohe Bauteil-Oberfläche realisiert werden, die aufgrund eines guten konvektiven Wärmeübergangs eine hohe Heizleistung bei geringem Bauraum ermöglicht. Der gute Wärmeübergang beruht insbesondere auf einer hohen Oberfläche (auf ein Bauteilvolumen bezogen).
Ebenso kann durch eine entsprechende Geometrie bzw. Oberfläche von
metallischen Anschlusselementen (Anschlussleitungen) der elektrische Widerstand beim Übergang in die leitfähige Struktur, insbesondere Polymerstruktur (bzw. ein Polymermaterial der Polymerstruktur) minimiert werden und die Gefahr einer Verschlechterung des Kontakts über die Lebensdauer reduziert werden.
Die leitfähige Struktur, insbesondere Polymerstruktur kann ggf. nicht nur die Aufgabe eines Heizleiters erfüllen, sondern als (integrales) Bauteil gleichzeitig weitere Funktionen ermöglichen, insbesondere einen Rahmen oder
Anschlussflächen für das Heizgerät ausbilden.
Insgesamt kann eine einfache, kostengünstige Herstellung durch wenige (auf einfache Art und Weise automatisierbare) Prozessschritte und mit
kostengünstigen Materialien realisiert werden. Bei geringem Bauraumbedarf ist eine hohe Heizleistung möglich. Das zu erwärmende Fluid, insbesondere Luft, erfährt insbesondere einen nur geringen Druckverlust. Weiterhin kann eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Konstruktion, insbesondere bezüglich der
Abmessungen, Versorgungsspannungen und geometrischen Abmessungen, erzielt werden.
Das Fluidheizgerät, insbesondere Luftheizgerät, ist vorzugsweise für einen Betrieb im Niedervoltbereich (z. B. < 100 Volt oder < 60 Volt) ausgelegt. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das anhand der beigefügten Figuren näher erläutert wird. Hierbei zeigen :
Fig. 1 eine schematische Frontansicht eines erfindungsgemäßen
elektrischen Fluidheizgerätes; und
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Fluidheizgerätes gemäß Fig. 1
(in Schnittdarstellung).
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Frontansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Fluidheizgerätes (Luftheizgerätes). Das Fluidheizgerät (Luftheizgerät) umfasst einen elektrischen Heizleiter, der als offenporige, leitfähige Struktur 10
ausgebildet ist. Die leitfähige Struktur 10 wird über elektrische Anschlussleisten 11 mit Kontakten 12a, 12b zu ihrer Kontaktierung verbunden. In der
geschnittenen Seitenansicht gemäß Fig. 2 ist insbesondere die Strömungsrichtung eines Luftstroms erkennbar, der durch den Pfeil 13 gekennzeichnet ist.
Die elektrischen Anschluss-Leisten 11 sind vorzugsweise aus Metall.
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 Leitfähige Struktur
11 elektrische Anschlussleiste
12a Kontakt
12b Kontakt
13 Pfeil

Claims

Ansprüche
1. Elektrisches Fluidheizgerät, insbesondere Luftheizgerät, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Heizleiter, der eine offenporöse, leitfähige Struktur (10) aufweist.
2. Fluidheizgerät nach Anspruch 1,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass,
die leitfähige Struktur (10) zumindest teilweise aus Metall und/oder einer leitfähigen Polymerstruktur gebildet ist, wobei die Polymerstruktur vorzugsweise eine Polymerkomponente und eine leitfähige Komponente, insbesondere Kohlenstoffkomponente, umfasst.
3. Fluidheizgerät nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
die leitfähige Struktur (10) einen Schaum, insbesondere Metallschaum und/oder Polymerschaum, und/oder ein Gewebe, insbesondere
Metalldrahtgewebe und/oder Polymergewebe, und/oder ein Gewirk, insbesondere Metallgewirk und/oder Polymergewirk, und/oder ein Gestrick, insbesondere Metallgestrick und/oder Polymergestrick und/oder ein Vlies, insbesondere Metallfaservlies und/oder Polymerfaservlies, und/oder ein Streckmetall umfasst.
4. Fluidheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
der Heizleiter oder zumindest die leitfähige Struktur (10) einstückig, ggf. monolithisch, ausgebildet ist.
5. Fluidheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
der Heizleiter oder dessen leitfähige Struktur (10) mehrere Teile umfasst, die ggf. in Reihen- oder Parallelschaltung miteinander elektrisch verbunden sind.
6. Fluidheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass der Heizleiter oder zumindest dessen leitfähige Struktur (10) mäandrierend angeordnet ist.
7. Fluidheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
der Heizleiter, insbesondere die leitfähige Struktur (10) von einem zu erwärmenden Fluid, insbesondere Luft, durchströmbar ist.
8. Fluidheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
die leitfähige Struktur (10) plattenförmig ausgebildet ist und/oder eine Dicke von mindestens 2 mm, vorzugsweise mindestens 5 mm aufweist.
9. Fluidheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
sich die einzelnen Poren verzweigen, insbesondere vielfach, oder dass sich die einzelnen Poren nicht verzweigen.
10. Fluidheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, dass
die leitfähige Struktur (10) durch mindestens eine Metallstruktur,
vorzugsweise ein Metallblech und/oder Metallstreifen und/oder Metalldraht und/oder Metallgitter und/oder Metallleiste, elektrisch kontaktiert ist.
11. Verwendung eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für das Aufheizen eines Fluides, insbesondere von Fluid, vorzugsweise in einem Fahrzeug, weiter vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, weiter vorzugsweise in einem Kraftfahrzeuginnenraum.
12. Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Fluid, insbesondere Luft, durch die Poren der leitfähigen Struktur (10) strömt und dabei aufgeheizt wird.
PCT/EP2018/063516 2017-05-24 2018-05-23 Fluidheizgerät, insbesondere luftheizgerät WO2018215546A1 (de)

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