WO2019120980A1 - Counter-current heat exchanger - Google Patents

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WO2019120980A1
WO2019120980A1 PCT/EP2018/083463 EP2018083463W WO2019120980A1 WO 2019120980 A1 WO2019120980 A1 WO 2019120980A1 EP 2018083463 W EP2018083463 W EP 2018083463W WO 2019120980 A1 WO2019120980 A1 WO 2019120980A1
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inner tube
tube
heat exchanger
connection
fluid
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PCT/EP2018/083463
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Inventor
Andreas Janker
Andreas Reuter
Stephan Buckl
Daniel Eckert
Fritz Wegener
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Webasto SE
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    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
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    • B60H1/22Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
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    • B60H1/2221Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating an intermediate liquid
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    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
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    • F24H1/009Special adaptations for vehicle systems
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    • F24H1/12Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
    • F24H1/121Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium using electric energy supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/021Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the present invention relates to a countercurrent heat exchanger for an electric vehicle heater.
  • Modern vehicles in particular vehicles that do without a fuel-powered internal combustion engine, usually generate too little waste heat to be sufficient for heating the vehicle interior.
  • Examples of such vehicles are in particular all-electric motor vehicles.
  • an electric vehicle heater instead of a hitherto conventionally provided heat-based heating device.
  • an electric vehicle heater instead of a hitherto conventionally provided heat-based heating device.
  • the object of the present invention is to provide a countercurrent heat exchanger optimized for electric vehicle heating.
  • the described countercurrent heat exchanger includes an inner tube having an axial extension direction, an outer tube sheathing the inner tube in the axial extension direction, an electric heating element disposed on an outer circumferential surface of the outer tube, a first connection portion first port, wherein the first port region allows passage of a fluid between the first port and a jacket flow space, and wherein the jacket flow space terminates at a first end portion of the inner tube and the outer tube and is formed between the inner tube and the outer tube, at a second end region opposite the first end region, a deflection region through which the fluid flows between the jacket flow space and a pipe flow space in the inner tube is deflectable, and a second connection region with a second connection, wherein the second connection region allows a transition of the fluid between the tube flow space and the second connection at the first end region.
  • the deflection region can be formed, for example, as a cap closing off the outer tube, so that the fluid in the second end region between the jacket flow space and the tube flow space is redirected in the radial direction and then flows back in the axial direction to the first end region, so that a "Countercurrent" arises in the heat exchanger.
  • the inner tube and the outer tube may be concentric with each other.
  • the first connection region with the first connection which can be designed, for example, as a simple connection piece, can be designed in particular as an annular transition space, through which the fluid is uniformly distributed on all sides of the inner tube between the jacket flow space, that of the inner tube and the outer Pipe is formed, and can even exceed the first connection area.
  • the second connection region with the second connection which can be designed as a simple connection piece, can be surrounded in an annular manner, for example, by the first connection region. It is conceivable, for example, that the second connection region represents an extension of the inner tube in the axial extension direction. Due to the design of the heat exchanger in the manner of a Jacobstromuzatäuschers a particularly compact design of the heat exchanger can be achieved.
  • the second port and the first port can be arranged together at an end portion of the heat exchanger, which allows particularly compact electric vehicle heaters, since the fluid circuit can be formed with small spatial dimensions.
  • the first port or the second port may be the inlet port, with the respective other port then being the outlet port.
  • the flow direction of the fluid within the Gegenstromebentäuschers changes depending on the port selected as the inlet port.
  • the electrical heating element arranged on the outer jacket surface of the outer tube can be, for example, a non-intrinsic heat conductor track, which can be applied to the outer jacket surface.
  • the electrical heating element can be applied to the outer circumferential surface by means of a plasma spraying method or by a thermal spraying method.
  • An electrically insulating separating layer can be applied between the electrical heating element and the outer jacket surface.
  • the electrical heating element may consist of a plurality of mutually independently controllable heating resistors, for example, a fine gradation to realize the registered in the heat exchanger heat output.
  • the electrical heating element can be covered to the outside to further improve the efficiency of the genstromstromebenleyers thermally insulating.
  • Each of the inner tube and the outer tube may be manufactured independently or together with the aid of an extrusion process.
  • the jacket flow space is subdivided by at least two partition walls, wherein the at least two partition walls connect the inner tube and the outer tube perpendicular to the axial extension direction.
  • the at least two partition walls delimit flow components of the fluid flowing in the jacket flow space, which do not run parallel to the axial extension direction.
  • the at least two partitions also directly improve the heat input into the fluid, since they represent additional heat transfer surfaces and furthermore also produce a direct thermal bridge between the inner tube and the outer tube.
  • the at least two partitions may, for example, be produced together with the inner tube and the outer tube as a common and continuous extruded profile.
  • the inner tube and / or the outer tube are composed of at least two axial sections, which are rotated in the axial direction of extension against each other.
  • the at least two partitions interconnecting the inner tube and the outer tube perpendicular to the axial extension direction can form turbulence-promoting leading and trailing edges which promote mixing of the fluid within the heat exchanger.
  • the first connection is oriented perpendicular to the second connection. Due to the orientation of the second connection and the first connection, which is perpendicular to one another, the installation of the heat exchanger can be simplified, since the two connections are easier to reach with tools during assembly from different directions.
  • the outer circumferential surface of the outer tube has an at least partially planar surface.
  • the at least sectionally planar surface can lie, for example, in the first end region or in the second end region.
  • a control or power electronics can be arranged, which controls the electric heating element. It is also conceivable that the control or power electronics is not arranged directly on the at least partially planar surface, but spaced therefrom is arranged and is coupled instead using a material thermal bridge directly thermally conductive with the at least partially planar surface.
  • the inner circumferential surface of the outer tube has a turbulence-promoting surface structure.
  • the outer circumferential surface of the inner tube has a turbulence-promoting surface structure.
  • the inner circumferential surface of the inner tube has a turbulence-promoting surface structure.
  • a turbulence-promoting surface structure may, for example, be a groove structure which reduces the thickness of the lamina boundary layer of the fluid flowing into the heat exchanger in the immediate vicinity of the respective surfaces of the inner or outer tube and, in particular, a vortex formation and / or promotes replacement.
  • the inner tube has ribs pointing radially inwards on an inner tube lateral surface. Ribs pointing radially inward on the inner tube lateral surface perform a similar function as the dividing walls between the outer tube and the inner tube.
  • a displacement body can be arranged in the interior of the inner tube.
  • the displacer in the interior of the inner tube may be hollow or solid, for example, with a hollow design being preferred because of the weight saved and the amount of inert thermal mass saved.
  • the displacer can ensure that the fluid flow in the tube flow space is only close to the inner tube surface of the inner tube can take place, which can for example improve the heat input into the fluid.
  • the electrical heating element is arranged by thermal spraying as a thermally sprayed layer on the outer circumferential surface of the outer tube. In this way, a uniform layer thickness of the heating element can be achieved. Furthermore, there is no need to fasten the electrical heating element with the aid of additional components, since even in the case of applications, a planar cohesive connection between the electrical heating element and the outer jacket surface of the outer tube results from the process.
  • the application of the electrical heating element may also include the application of an electrically insulating layer between the outer surface of the outer tube and the actual electrically conductive heating layer of the electric heating element.
  • Figure 1 is a schematic representation of a vehicle with an electrically operated vehicle heating
  • Figure 2 is a three-dimensional external view of a heat exchanger
  • FIG. 3 is a sectional view of a heat exchanger
  • FIG. 4 shows a further sectional view of a heat exchanger
  • Figure 5 is a three-dimensional exterior view of a heat exchanger without first
  • Figure 6 is a three-dimensional view of heat exchanger components
  • FIG. 7 shows a further three-dimensional view of heat exchanger components.
  • like reference characters designate like or similar parts.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 64 with an electrically operated vehicle heating system 12.
  • the indicated vehicle 64 comprises as primary energy source a current source 66, which is connected to the electrically operated vehicle heating system 12 with the aid of connection lines 68.
  • the electric vehicle heater 12 includes a countercurrent heat exchanger 10 that is heated with the electrical energy provided by the power source 66 and heats fluid flowing therethrough.
  • the fluid may be, for example, water, air or a water-alcohol mixture.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional external view of a countercurrent heat exchanger 10.
  • the countercurrent heat exchanger 10 shown in FIG. 2 has a first connection region 24 with a first connection 26.
  • the first port 26 is formed as a simple pipe socket.
  • the first port 26 is the inlet port of a fluid 28.
  • the further description of the fluid flow in the countercurrent heat exchanger 10 is based thereon. However, it is also possible for the flow of fluid in the countercurrent heat exchanger 10 to take place in exactly the opposite way.
  • fluid 28 enters countercurrent heat exchanger 10 at first port 26.
  • the first connection region 24 diverts the entering fluid 28 in an axial extension direction 16, so that the fluid 28 in the interior of the outer tube 18 initially flows in the axial extension direction 16 as far as a deflection region 36.
  • the fluid 28 is deflected in the interior of the outer tube 18 and, contrary to the previous flow direction, flows back parallel to the axial extension direction 16 to a second connection region 40 with a second connection 42.
  • the second connection 42 can likewise be designed as a simple pipe socket, just like the first connection 26.
  • the fluid 28 leaves the countercurrent heat exchanger 10 at the second connection 42.
  • an unspecified optional collar plate which can serve, for example, for easier installation of the countercurrent heat exchanger 10.
  • an electrical heating element 20 is indicated in the form of a conductor track.
  • the electrical heating element 20 may be applied to the outer circumferential surface 22, for example by means of a coating method.
  • the coating process may be, for example, a plasma spraying process. It is also possible for the electrical heating element 20 to be in the form of a resistor. Standpaste is applied to the outer surface 22.
  • the outer lateral surface 22 may be electrically insulating or may be coated with a corresponding electrically insulating layer before the electrical heating element 20 is applied to the outer circumferential surface 22.
  • a flat surface 50 At the first terminal region 24 facing the end of the outer tube 18 is a flat surface 50 can be seen, with other flat surfaces are at least partially hidden by the unspecified collar plate.
  • the recognizable in Figure 2 flat surface 50 can be used to dissipate unwanted thermal waste heat of the electrical heating element driving electronic control circuit.
  • an electronic control circuit may either be arranged directly on the flat surface 50 or spaced from the flat surface 50, providing a direct thermal connection between the flat surface 50 and the electronic control not shown in FIG ,
  • FIG. 3 shows a sectional view of a countercurrent heat exchanger 10.
  • the countercurrent heat exchanger 10 shown in FIG. 3 may be a sectional view of the countercurrent heat exchanger 10 illustrated in three dimensions in an external view in FIG.
  • the countercurrent heat exchanger 10 shown in FIG. 3 has the first connection region 24 with the first connection 26 for the fluid 28.
  • the first port 26 is the inlet port of the fluid 28.
  • the further description of the fluid flow in the countercurrent heat exchanger 10 is also based on this flow direction. However, it is again possible that the fluid flow in the countercurrent heat exchanger 10 takes place exactly opposite.
  • the fluid 28 that has entered the first port 26 is deflected in the first connection region 24 and guided in the axial extension direction 16 through an annular gap into a jacket flow space 32 between the outer tube 18 and an inner tube 14.
  • the outer tube 18 and the inner tube 14 may be arranged in the axial extension direction 16 in particular concentric with each other.
  • the first connection region 24 thus adjoins the inner tube 14 and the outer tube 18 at a first end region 30.
  • a deflection region 36, in which a closure lid 70 is arranged, is located on a second end region 34 opposite the first end region 30.
  • the closure lid 70 initially directs the fluid 28 inward in the radial direction in a direction perpendicular to the axial extension direction 16.
  • the fluid 28 flows back against the axial extension direction 16 in the interior of the inner tube 14 in a tube flow space 38 to the first end region 30. There it enters the second extension region 40 opposite to the axial extension direction 16 and finally against the axial extension direction 16 at the second connection 42 from the countercurrent heat exchanger 10 out.
  • the flat surface 50 can still be seen on the first end region 30 facing the first connection region 24. In the region of the flat surface 50, the temperature of the fluid that has just entered the outer tube is lowest, so that the flat surface 50 is particularly suitable for cooling electronic components of the electronic heating device, which are kept at the lowest possible temperature should.
  • FIG. 4 shows a further sectional view of a countercurrent heat exchanger 10.
  • the outermost shell forms the outer tube 18 with the outer shell surface 22 and an inner shell surface 52.
  • Concentric with the outer tube 18 is the inner tube 14 and connected via optional partitions 44, 46, 48 connected to the outer tube 18.
  • the partition walls 44, 46, 48 can in particular be thermally highly conductive, so that the electrical heating power introduced on the outer lateral surface 22 of the outer tube 18 can still heat the inner tube 14 well.
  • the partition walls 44, 46, 48 continue to serve as enlarged heat transfer surfaces and thus also contribute to the heating of the fluid.
  • the dividing walls 44, 46, 48 define undesirable flow components of the fluid perpendicular to the axial extent direction 16 of the inner tube and the outer tube and contribute to an average uniform flow distribution in the interior of the counterflow heat exchanger 10.
  • the partitions 44, 46, 48 may be distributed uniformly or non-uniformly along the jacket flow space 32.
  • the inner tube 14 also has an inner tube outer surface 54 and an inner tube inner lateral surface 60 at which, just as on the inner surface 52 of the outer tube 18, heat is transferred to the passing fluid.
  • a displacer 62 may be arranged, which transforms the pipe flow space 38 located in the interior of the inner tube 14 into an inner jacket flow space.
  • the displacer 62 may be hollow or solid.
  • the displacer 62 may be connected via ribs 74, 76 with the inner tube.
  • the entire multi-shell construction of the countercurrent heat exchange 10 shown in FIG. 4 can be produced simultaneously, for example, by means of an extrusion process in its entirety.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional external view of a counter flow heat exchanger 10 without a first connection area.
  • the representation of the first connection region and of the collar plate was dispensed with in order to be able to better recognize the multiplicity of flat surfaces 50.
  • an annular gap 78 can now be seen in FIG. 5, at which the fluid between the jacket flow space, which is formed between the outer tube and the inner tube, and the first connection region, not shown, cross over.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional view of heat exchanger components.
  • the flat surfaces 50 are initially recognizable at one end of the illustrated heat exchanger components. Adjacent thereto extend in the axial extension direction, a first axial portion 56 and a second axial portion 58 of the outer tube 18, wherein on the outer tube 18 in the radial direction, the partitions 44, 46, 48 both at the first axial portion 56 as can also be seen on the second axial section 58.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional view of heat exchanger components.
  • the flat surfaces 50 are initially recognizable at one end of the illustrated heat exchanger components. Adjacent thereto extend in the axial extension direction, a first axial portion 56 and a second axial portion 58 of the outer tube 18, wherein on the outer tube 18 in the radial direction, the partitions 44, 46, 48 both at the first axial portion 56 as can also be seen on the second axial section 58.
  • the second axial section 58 is rotated about the axial extension direction 16 with respect to the first axial section 56, so that the respective partition walls 44, 46, 48 have an offset 80 and in the following manner after insertion Form the sheath flow space formed by the inner tube 14 inflow and demolition edges, which promote turbulence formation in the Mantelströ- mung space.
  • FIG. 7 shows a further view of heat exchanger components.
  • the components illustrated in FIG. 7 can be inserted, for example, into the heat exchanger components shown in FIG. 6 in the axial extension direction 16 or, alternatively, can also be produced together with them.
  • FIG. 7 shows the inner tube 14 with ribs 74, 76, which may have the same properties and effects as the partitions 44, 46, 48 between the outer tube 18 and the inner tube 14.
  • concentric Displacer 62 is arranged, which makes from the tube flow space in the interior of the inner tube 14 an inner jacket flow space.

Abstract

The invention relates to a counter-current heat exchanger (10) for an electric vehicle heating system (12), comprising an inner pipe (14) with an axial direction of extent (16), an outer pipe (18) which surrounds the inner pipe (14) in the axial direction of extent (16), an electrical heating element (20) which is arranged on an outer jacket surface (22) of the outer pipe (18); a first connection region (24) with a first connector (26), wherein the first connection region (24) permits a transition of a fluid (28) between the first connector (26) and a jacket flow space (32), and wherein the jacket flow space (32) ends at a first end region (30) of the inner pipe (14) and of the outer pipe (18) and is formed between the inner pipe (14) and the outer pipe (18), at a second end region (34) opposite the first end region (30), a redirection region (36) by means of which the fluid (28) can be redirected between the jacket flow space (32) and a pipe flow space (38) in the inner pipe (14), and a second connection region (40) with a second connector (42), wherein the second connection region (40) permits a transition of the fluid (28) between the pipe flow space (32) and the second connector (42) at the first end region (30).

Description

Gegenstromwärmetäuscher  Gegenstromwärmetäuscher
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstromwärmetäuscher für eine elektrische Fahrzeugheizung. The present invention relates to a countercurrent heat exchanger for an electric vehicle heater.
Moderne Fahrzeuge, insbesondere Fahrzeuge, die ohne einen kraftstoffbetriebenen Ver- brennungsmotor auskommen, erzeugen in der Regel zu wenig Abwärme, als dass diese zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums ausreichen würde. Beispiele für derartige Fahr- zeuge sind insbesondere vollelektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge. Zur Lösung dieser Problematik ist bereits bekannt, an Stelle einer bisher üblicherweise vorgesehenen ab- wärmebasierten Heizeinrichtung eine elektrische Fahrzeugheizung vorzusehen. Insbe- sondere im Zusammenhang mit der Wärmeübertragung auf ein zu erwärmendes Fluid besteht im Zusammenhang mit elektrischen Fahrzeugheizungen jedoch noch ein erhebli- ches Verbesserungspotential. Modern vehicles, in particular vehicles that do without a fuel-powered internal combustion engine, usually generate too little waste heat to be sufficient for heating the vehicle interior. Examples of such vehicles are in particular all-electric motor vehicles. To solve this problem, it is already known to provide an electric vehicle heater instead of a hitherto conventionally provided heat-based heating device. However, in connection with the transfer of heat to a fluid to be heated, there is still a considerable potential for improvement in connection with electric vehicle heaters.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für eine elektrische Fahr- zeugheizung optimierten Gegenstromwärmetäuscher bereit zu stellen. The object of the present invention is to provide a countercurrent heat exchanger optimized for electric vehicle heating.
Beschrieben wird ein Gegenstromwärmetäuscher für eine elektrische Fahrzeugheizung. Der beschriebene Gegenstromwärmetäuscher umfasst ein inneres Rohr mit einer axialen Erstreckungsrichtung, ein äußeres Rohr, welches das innere Rohr in der axialen Erstre- ckungsrichtung ummantelt, ein elektrisches Heizelement, das auf einer äußeren Mantel- fläche des äußeren Rohrs angeordnet ist, einen ersten Anschlussbereich mit einem ersten Anschluss, wobei der erste Anschlussbereich einen Übergang eines Fluids zwischen dem ersten Anschluss und einem Mantelströmungsraum ermöglicht, und wobei der Mantel- strömungsraum an einem ersten Endbereich des inneren Rohrs und des äußeren Rohrs endet und zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr gebildet ist, an einem dem ersten Endbereich gegenüberliegenden zweiten Endbereich, einen Umlenkbereich, durch den das Fluid zwischen dem Mantelströmungsraum und einem Rohrströmungsraum in dem inneren Rohr umlenkbar ist, und einen zweiten Anschlussbereich mit einem zweiten Anschluss, wobei der zweite Anschlussbereich einen Übergang des Fluids zwischen dem Rohrströmungsraum und dem zweiten Anschluss an dem ersten Endbereich ermöglicht. Der Umlenkbereich kann beispielsweise als eine das äußere Rohr verschließende Kappe ausgebildet sein, so dass das Fluid in dem zweiten Endbereich zwischen dem Mantel- strömungsraum und dem Rohrströmungsraum in radialer Richtung umgeleitet wird und anschließend in axialer Richtung zu dem ersten Endbereich zurück fließt, so dass ein "Gegenstrom" in dem Wärmetauscher entsteht. Das innere Rohr und das äußere Rohr können konzentrisch zueinander angeordnet sein. Der erste Anschlussbereich mit dem ersten Anschluss, welcher beispielsweise als einfacher Anschlussstutzen ausgeführt sein kann, kann insbesondere als ringförmiger Übertrittsraum ausgebildet sein, durch den das Fluid gleichmäßig auf allen Seiten des inneren Rohrs zwischen dem Mantelströmungs- raum, der von dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr gebildet ist, und dem ersten An- schlussbereich gleichmäßig übertreten kann. Der zweite Anschlussbereich mit dem zwei- ten Anschluss, welcher als einfacher Anschlussstutzen ausgeführt sein kann, kann bei- spielsweise von dem ersten Anschlussbereich ringförmig umgeben sein. Denkbar ist bei- spielsweise, dass der zweite Anschlussbereich eine Verlängerung des inneren Rohrs in der axialen Erstreckungsrichtung darstellt. Durch die Ausbildung des Wärmetauschers nach Art eines Gegenstromwärmetäuschers kann eine besonders kompakte Ausbildung des Wärmetauschers erreicht werden. Zusätzlich können auch der zweite Anschluss und der erste Anschluss an einem Endbereich des Wärmetauchers gemeinsam angeordnet sein, was besonders kompakte elektrische Fahrzeugheizungen ermöglicht, da der Fluid kreislauf mit geringen räumlichen Abmessungen ausgebildet sein kann. Wahlweise kann der erste Anschluss oder der zweite Anschluss der Einlassanschluss sein, wobei der je- weils andere Anschluss dann der Auslassanschluss ist. Die Strömungsrichtung des Fluids innerhalb des Gegenstromwärmetäuschers ändert sich jeweils in Abhängigkeit von dem als Einlassanschluss gewählten Anschluss. Das auf der äußeren Mantelfläche des äuße- ren Rohrs angeordnete elektrische Heizelement kann beispielsweise eine nicht eigensi- chere Heizleiterbahn sein, welche auf die äußere Mantelfläche aufgebracht sein kann. Beispielsweise kann das elektrische Heizelement mit Hilfe eines Plasmaspritzverfahrens oder durch ein thermisches Spritzverfahren auf die äußere Mantelfläche aufgebracht sein. Alternativ ist auch möglich, dass das elektrische Heizelement mit Hilfe einer Wider- standspaste auf die äußere Mantelfläche aufgebracht ist. Zwischen dem elektrischen Heizelement und der äußeren Mantelfläche kann eine elektrisch isolierende Trennschicht aufgebracht sein. Das elektrische Heizelement kann aus mehreren voneinander unabhän- gig ansteuerbaren Heizwiderständen bestehen, beispielsweise um eine feine Abstufung der in den Wärmetauscher eingetragenen Heizleistung zu realisieren. Das elektrische Heizelement kann nach außen zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades des Ge- genstromwärmetauschers thermisch isolierend abgedeckt sein. Described is a countercurrent heat exchanger for an electric vehicle heater. The described countercurrent heat exchanger includes an inner tube having an axial extension direction, an outer tube sheathing the inner tube in the axial extension direction, an electric heating element disposed on an outer circumferential surface of the outer tube, a first connection portion first port, wherein the first port region allows passage of a fluid between the first port and a jacket flow space, and wherein the jacket flow space terminates at a first end portion of the inner tube and the outer tube and is formed between the inner tube and the outer tube, at a second end region opposite the first end region, a deflection region through which the fluid flows between the jacket flow space and a pipe flow space in the inner tube is deflectable, and a second connection region with a second connection, wherein the second connection region allows a transition of the fluid between the tube flow space and the second connection at the first end region. The deflection region can be formed, for example, as a cap closing off the outer tube, so that the fluid in the second end region between the jacket flow space and the tube flow space is redirected in the radial direction and then flows back in the axial direction to the first end region, so that a "Countercurrent" arises in the heat exchanger. The inner tube and the outer tube may be concentric with each other. The first connection region with the first connection, which can be designed, for example, as a simple connection piece, can be designed in particular as an annular transition space, through which the fluid is uniformly distributed on all sides of the inner tube between the jacket flow space, that of the inner tube and the outer Pipe is formed, and can even exceed the first connection area. The second connection region with the second connection, which can be designed as a simple connection piece, can be surrounded in an annular manner, for example, by the first connection region. It is conceivable, for example, that the second connection region represents an extension of the inner tube in the axial extension direction. Due to the design of the heat exchanger in the manner of a Gegenstromwärmetäuschers a particularly compact design of the heat exchanger can be achieved. In addition, the second port and the first port can be arranged together at an end portion of the heat exchanger, which allows particularly compact electric vehicle heaters, since the fluid circuit can be formed with small spatial dimensions. Optionally, the first port or the second port may be the inlet port, with the respective other port then being the outlet port. The flow direction of the fluid within the Gegenstromwärmetäuschers changes depending on the port selected as the inlet port. The electrical heating element arranged on the outer jacket surface of the outer tube can be, for example, a non-intrinsic heat conductor track, which can be applied to the outer jacket surface. For example, the electrical heating element can be applied to the outer circumferential surface by means of a plasma spraying method or by a thermal spraying method. Alternatively, it is also possible for the electrical heating element to be applied to the outer jacket surface with the aid of a resistor paste. An electrically insulating separating layer can be applied between the electrical heating element and the outer jacket surface. The electrical heating element may consist of a plurality of mutually independently controllable heating resistors, for example, a fine gradation to realize the registered in the heat exchanger heat output. The electrical heating element can be covered to the outside to further improve the efficiency of the genstromstromwärmetauschers thermally insulating.
Das innere Rohr und das äußere Rohr können jeweils einzeln unabhängig voneinander oder gemeinsam mit Hilfe eines Strangpressverfahrens hergestellt sein. Each of the inner tube and the outer tube may be manufactured independently or together with the aid of an extrusion process.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der Mantelströmungsraum durch mindestens zwei Trennwände unterteilt ist, wobei die mindestens zwei Trennwände das innere Rohr und das äußere Rohr senkrecht zu der axialen Erstreckungsrichtung verbinden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein gleichmäßiger Wärmeeintrag in das im Mantelströmungs- raum strömende Fluid begünstigt werden. Die mindestens zwei Trennwände begrenzen Strömungskomponenten des im Mantelströmungsraum strömenden Fluids, die nicht paral- lel zur axialen Erstreckungsrichtung verlaufen. Weiterhin verbessern die zumindest zwei Trennwände auch direkt den Wärmeeintrag in das Fluid, da sie zusätzliche Wärmeüber- tragerflächen darstellen und weiterhin auch eine direkte Wärmebrücke zwischen dem in- neren Rohr und dem äußeren Rohr hersteilen. Die mindestens zwei Trennwände können beispielsweise gemeinsam mit dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr als gemeinsa- mes und zusammenhängendes Strangpressprofil hergestellt sein. Usefully, it may be provided that the jacket flow space is subdivided by at least two partition walls, wherein the at least two partition walls connect the inner tube and the outer tube perpendicular to the axial extension direction. In this way, for example, a uniform heat input into the fluid flowing in the jacket flow space can be promoted. The at least two partition walls delimit flow components of the fluid flowing in the jacket flow space, which do not run parallel to the axial extension direction. Furthermore, the at least two partitions also directly improve the heat input into the fluid, since they represent additional heat transfer surfaces and furthermore also produce a direct thermal bridge between the inner tube and the outer tube. The at least two partitions may, for example, be produced together with the inner tube and the outer tube as a common and continuous extruded profile.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das innere Rohr und/oder das äußere Rohr aus mindestens zwei axialen Abschnitten zusammengesetzt sind, die in der axialen Erstre- ckungsrichtung gegeneinander verdreht sind. Durch das Verdrehen der mindestens zwei axialen Abschnitte können die mindestens zwei Trennwände, die das innere Rohr und das äußere Rohr senkrecht zu der axialen Erstreckungsrichtung miteinander verbinden, Turbu- lenz befördernde Anström- und Abrisskanten ausbilden, die die Durchmischung des Fluids innerhalb des Wärmetauschers fördern. Furthermore, it can be provided that the inner tube and / or the outer tube are composed of at least two axial sections, which are rotated in the axial direction of extension against each other. By rotating the at least two axial sections, the at least two partitions interconnecting the inner tube and the outer tube perpendicular to the axial extension direction can form turbulence-promoting leading and trailing edges which promote mixing of the fluid within the heat exchanger.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der erste Anschluss senkrecht zu dem zweiten Anschluss orientiert ist. Durch die zueinander senkrechte Orientierung von zwei- tem Anschluss und erstem Anschluss kann die Montage des Wärmetauschers vereinfacht sein, da die beiden Anschlüsse während der Montage aus unterschiedlichen Richtungen mit Werkzeugen leichter erreichbar sind. Advantageously, it can be provided that the first connection is oriented perpendicular to the second connection. Due to the orientation of the second connection and the first connection, which is perpendicular to one another, the installation of the heat exchanger can be simplified, since the two connections are easier to reach with tools during assembly from different directions.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die äußere Mantelfläche des äußeren Rohrs eine zumindest abschnittsweise ebene Fläche aufweist. Auf diese Weise kann in einem durch das Fluid nach außen kühlen Bereich des Wärmetauschers eine leicht zugängliche ebene Kühlfläche bereitgestellt werden. Die zumindest abschnittweise ebene Fläche kann bei- spielsweise im ersten Endbereich oder im zweiten Endbereich liegen. Auf der zumindest abschnittsweise ebenen Fläche kann beispielsweise eine Steuer- beziehungsweise Leis- tungselektronik angeordnet sein, die das elektrische Heizelement steuert. Denkbar ist auch, dass die Steuer- beziehungsweise Leistungselektronik nicht direkt auf der zumin- dest abschnittsweise ebenen Fläche angeordnet ist, sondern beabstandet hierzu ange- ordnet ist und stattdessen mit Hilfe einer stofflichen Wärmebrücke direkt thermisch leitend mit der zumindest abschnittsweise ebenen Fläche gekoppelt wird. Furthermore, it can be provided that the outer circumferential surface of the outer tube has an at least partially planar surface. This way, in a through the fluid to the outside cool area of the heat exchanger can be provided an easily accessible flat cooling surface. The at least sectionally planar surface can lie, for example, in the first end region or in the second end region. On the at least partially planar surface, for example, a control or power electronics can be arranged, which controls the electric heating element. It is also conceivable that the control or power electronics is not arranged directly on the at least partially planar surface, but spaced therefrom is arranged and is coupled instead using a material thermal bridge directly thermally conductive with the at least partially planar surface.
Es kann vorgesehen sein, dass die innere Mantelfläche des äußeren Rohrs eine turbu- lenzfördernde Oberflächenstruktur hat. Unabhängig davon kann weiterhin auch vorgese- hen sein, dass die äußere Mantelfläche des inneren Rohrs eine turbulenzfördernde Ober- flächenstruktur hat. Weiterhin kann unabhängig vorgesehen sein, dass die innere Mantel- fläche des inneren Rohrs eine turbulenzfördernde Oberflächenstruktur hat. Eine turbulenz- fördernde Oberflächenstruktur kann beispielsweise eine Rillenstruktur sein, die die lamina- re Grenzschicht des in den Wärmetauscher strömenden Fluids in direkter Nähe der jewei- ligen Oberflächen des inneren oder des äußeren Rohrs in ihrer Dicke verringert und dabei insbesondere eine Wirbelbildung und/oder -ablösung fördert. Durch die Förderung von turbulenten Strömungen innerhalb des Mantelströmungsraumes und des Rohrströmungs- raumes wird der Wärmeeintrag in das Fluid verbessert, da die Ausbildung einer breiten laminar strömenden wärmeren Grenzschicht und eines weiter entfernt von der Oberfläche strömenden kühlen Fluidstroms durch die ständige Durchmischung zumindest reduziert wird. It can be provided that the inner circumferential surface of the outer tube has a turbulence-promoting surface structure. Regardless of this, it can also be provided that the outer circumferential surface of the inner tube has a turbulence-promoting surface structure. Furthermore, it can be provided independently that the inner circumferential surface of the inner tube has a turbulence-promoting surface structure. A turbulence-promoting surface structure may, for example, be a groove structure which reduces the thickness of the lamina boundary layer of the fluid flowing into the heat exchanger in the immediate vicinity of the respective surfaces of the inner or outer tube and, in particular, a vortex formation and / or promotes replacement. By promoting turbulent flows within the jacket flow space and the pipe flow space, the heat input into the fluid is improved because the formation of a wide laminar flowing warmer boundary layer and cool fluid flow farther away from the surface is at least reduced by the continuous mixing.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass das innere Rohr an einer Innenrohrmantel- fläche radial nach innen weisende Rippen aufweist. An der Innenrohrmantelfläche radial nach innen weisende Rippen üben eine ähnliche Funktion aus, wie die Trennwände zwi- schen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr. Usefully, it can be provided that the inner tube has ribs pointing radially inwards on an inner tube lateral surface. Ribs pointing radially inward on the inner tube lateral surface perform a similar function as the dividing walls between the outer tube and the inner tube.
Weiterhin kann im Inneren des inneren Rohrs ein Verdrängerkörper angeordnet sein. Der Verdrängerkörper im Inneren des inneren Rohrs kann beispielsweise hohl oder massiv ausgebildet sein, wobei eine Hohlausführung aufgrund des dann eingesparten Gewichts und der eingesparten trägen thermischen Masse bevorzugt ist. Der Verdrängerkörper kann dafür sorgen, dass der Fluidstrom im Rohrströmungsraum nur nahe an der Innen- rohrmantelfläche des inneren Rohrs stattfinden kann, was beispielsweise den Wärmeein- trag in das Fluid verbessern kann. Furthermore, a displacement body can be arranged in the interior of the inner tube. The displacer in the interior of the inner tube may be hollow or solid, for example, with a hollow design being preferred because of the weight saved and the amount of inert thermal mass saved. The displacer can ensure that the fluid flow in the tube flow space is only close to the inner tube surface of the inner tube can take place, which can for example improve the heat input into the fluid.
Es kann vorgesehen sein, dass das elektrische Heizelement durch thermisches Spritzen als thermisch aufgespritzte Schicht auf der äußeren Mantelfläche des äußeren Rohrs an- geordnet ist. Auf diese Weise kann eine gleichmäßge Schichtdicke des Heizelementes erreicht werden. Weiterhin entfällt die Notwendigkeit das elektrische Heizelement mit Hilfe von zusätzlichen Komponenten zu befestigen, da bereits beim Aufträgen Verfahrensbe- dingt eine flächige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem elektrischen Heizelement und der äußeren Mantelfläche des äußeren Rohrs entsteht. Das Aufträgen des elektri- schen Heizelementes kann auch das Aufträgen einer elektrisch isolierenden Schicht zwi- schen der äußeren Mantelfläche des äußeren Rohrs und der eigentlichen stromleitenden Heizschicht des elektrischen Heizelementes umfassen. It can be provided that the electrical heating element is arranged by thermal spraying as a thermally sprayed layer on the outer circumferential surface of the outer tube. In this way, a uniform layer thickness of the heating element can be achieved. Furthermore, there is no need to fasten the electrical heating element with the aid of additional components, since even in the case of applications, a planar cohesive connection between the electrical heating element and the outer jacket surface of the outer tube results from the process. The application of the electrical heating element may also include the application of an electrically insulating layer between the outer surface of the outer tube and the actual electrically conductive heating layer of the electric heating element.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. The invention is explained below by way of example with reference to preferred embodiments.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer elektrisch betrie- benen Fahrzeugheizung; Figure 1 is a schematic representation of a vehicle with an electrically operated vehicle heating;
Figur 2 eine dreidimensionale Außenansicht eines Wärmetauschers; Figure 2 is a three-dimensional external view of a heat exchanger;
Figur 3 eine Schnittansicht eines Wärmetauschers; FIG. 3 is a sectional view of a heat exchanger;
Figur 4 eine weitere Schnittansicht eines Wärmetauschers ; FIG. 4 shows a further sectional view of a heat exchanger;
Figur 5 eine dreidimensionale Außenansicht eines Wärmetauschers ohne ersten Figure 5 is a three-dimensional exterior view of a heat exchanger without first
Anschlussbereich;  Terminal area;
Figur 6 eine dreidimensionale Ansicht von Wärmetauscherkomponenten; und Figure 6 is a three-dimensional view of heat exchanger components; and
Figur 7 eine weitere dreidimensionale Ansicht von Wärmetauscherkomponenten. ln den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleicharti ge Teile. FIG. 7 shows a further three-dimensional view of heat exchanger components. In the following drawings, like reference characters designate like or similar parts.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 64 mit einer elektrisch be- triebenen Fahrzeugheizung 12. Das angedeutete Fahrzeug 64 umfasst als primäre Ener- giequelle eine Stromquelle 66, welche mit Hilfe von Anschlussleitungen 68 mit der elektrisch betriebenen Fahrzeugheizung 12 verbunden ist. Die elektrische Fahrzeughei- zung 12 umfasst einen Gegenstromwärmetäuscher 10, der mit der von der Stromquelle 66 bereitgestellten elektrischen Energie beheizt wird und durch ihn hindurchströmendes Fluid erwärmt. Das Fluid kann beispielsweise Wasser, Luft oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch sein. FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 64 with an electrically operated vehicle heating system 12. The indicated vehicle 64 comprises as primary energy source a current source 66, which is connected to the electrically operated vehicle heating system 12 with the aid of connection lines 68. The electric vehicle heater 12 includes a countercurrent heat exchanger 10 that is heated with the electrical energy provided by the power source 66 and heats fluid flowing therethrough. The fluid may be, for example, water, air or a water-alcohol mixture.
Figur 2 zeigt eine dreidimensionale Außenansicht eines Gegenstromwärmetäuschers 10. Der in Figur 2 dargestellte Gegenstromwärmetäuscher 10 weist einen ersten Anschluss- bereich 24 mit einem ersten Anschluss 26 auf. Der erste Anschluss 26 ist als einfacher Rohrstutzen ausgebildet. In dem vorliegenden Beispiel ist der erste Anschluss 26 der Ein- lassanschluss eines Fluids 28. Die weitere Beschreibung des Fluidsstroms in dem Gegen- stromwärmetauscher 10 baut darauf auf. Es ist allerdings auch möglich, dass der Flu- idstrom in dem Gegenstromwärmetäuscher 10 genau entgegengesetzt erfolgt. In dem Beispiel tritt an dem ersten Anschluss 26 das Fluid 28 in den Gegenstromwärmetäuscher 10 ein. Der erste Anschlussbereich 24 lenkt das eintretende Fluid 28 in eine axiale Erstre- ckungsrichtung 16 um, so dass das Fluid 28 im Inneren des äußeren Rohrs 18 zunächst in der axialen Erstreckungsrichtung 16 bis zu einem Umlenkbereich 36 strömt. An dem Um- lenkbereich 36 wird das Fluid 28 im Inneren des äußeren Rohrs 18 umgelenkt und strömt entgegen der bisherigen Strömungsrichtung parallel zu der axialen Erstreckungsrichtung 16 zu einem zweiten Anschlussbereich 40 mit einem zweiten Anschluss 42 zurück. Der zweite Anschluss 42 kann ebenfalls, genau wie der erste Anschluss 26 als einfacher Rohrstutzen ausgeführt sein. Das Fluid 28 verlässt an dem zweiten Anschluss 42 den Ge- genstromwärmetauscher 10. Zwischen dem ersten Anschlussbereich 24 und dem äuße- ren Rohr 18 ist ein nicht näher bezeichnetes optionales Kragenblech angeordnet, welches beispielsweise einer erleichterten Montage des Gegenstromwärmetäuschers 10 dienen kann. Auf einer äußeren Mantelfläche 22 des äußeren Rohrs 18 ist ein elektrisches Heiz- element 20 in Form einer Leiterbahn angedeutet. Das elektrische Heizelement 20 kann beispielsweise mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens auf die äußere Mantelfläche 22 aufgetragen sein. Das Beschichtungsverfahren kann beispielsweise ein Plasmaspritzver- fahren sein. Möglich ist auch, dass das elektrische Heizelement 20 in Form einer Wider- standspaste auf die äußere Mantelfläche 22 aufgetragen ist. Die äußere Mantelfläche 22 kann elektrisch isolierend sein oder mit einer entsprechenden elektrisch isolierenden Schicht überzogen werden, bevor das elektrische Heizelement 20 auf die äußere Mantel- fläche 22 aufgebracht wird. An dem dem ersten Anschlussbereich 24 zugewandten Ende des äußeren Rohrs 18 ist eine ebene Fläche 50 erkennbar, wobei weitere ebene Flächen zumindest teilweise durch das nicht näher bezeichnete Kragenblech verdeckt sind. Die in Figur 2 erkennbare ebene Fläche 50 kann zur Ableitung von unerwünschter thermischer Abwärme eines das elektrische Heizelement ansteuernden elektronischen Steuerkreises dienen. Zu diesem Zweck kann ein solcher elektronischer Steuerkreis entweder direkt auf der ebenen Fläche 50 angeordnet sein oder beabstandet zu der ebenen Fläche 50 ange- ordnet sein, wobei eine direkte thermische Verbindung zwischen der ebenen Fläche 50 und der in Figur 2 nicht dargestellten elektronischen Steuerung vorgesehen ist. FIG. 2 shows a three-dimensional external view of a countercurrent heat exchanger 10. The countercurrent heat exchanger 10 shown in FIG. 2 has a first connection region 24 with a first connection 26. The first port 26 is formed as a simple pipe socket. In the present example, the first port 26 is the inlet port of a fluid 28. The further description of the fluid flow in the countercurrent heat exchanger 10 is based thereon. However, it is also possible for the flow of fluid in the countercurrent heat exchanger 10 to take place in exactly the opposite way. In the example, fluid 28 enters countercurrent heat exchanger 10 at first port 26. The first connection region 24 diverts the entering fluid 28 in an axial extension direction 16, so that the fluid 28 in the interior of the outer tube 18 initially flows in the axial extension direction 16 as far as a deflection region 36. At the deflection region 36, the fluid 28 is deflected in the interior of the outer tube 18 and, contrary to the previous flow direction, flows back parallel to the axial extension direction 16 to a second connection region 40 with a second connection 42. The second connection 42 can likewise be designed as a simple pipe socket, just like the first connection 26. The fluid 28 leaves the countercurrent heat exchanger 10 at the second connection 42. Between the first connection region 24 and the outer tube 18 there is arranged an unspecified optional collar plate, which can serve, for example, for easier installation of the countercurrent heat exchanger 10. On an outer circumferential surface 22 of the outer tube 18, an electrical heating element 20 is indicated in the form of a conductor track. The electrical heating element 20 may be applied to the outer circumferential surface 22, for example by means of a coating method. The coating process may be, for example, a plasma spraying process. It is also possible for the electrical heating element 20 to be in the form of a resistor. Standpaste is applied to the outer surface 22. The outer lateral surface 22 may be electrically insulating or may be coated with a corresponding electrically insulating layer before the electrical heating element 20 is applied to the outer circumferential surface 22. At the first terminal region 24 facing the end of the outer tube 18 is a flat surface 50 can be seen, with other flat surfaces are at least partially hidden by the unspecified collar plate. The recognizable in Figure 2 flat surface 50 can be used to dissipate unwanted thermal waste heat of the electrical heating element driving electronic control circuit. For this purpose, such an electronic control circuit may either be arranged directly on the flat surface 50 or spaced from the flat surface 50, providing a direct thermal connection between the flat surface 50 and the electronic control not shown in FIG ,
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht eines Gegenstromwärmetäuschers 10. Der in Figur 3 dargestellte Gegenstromwärmetäuscher 10 kann eine Schnittansicht des in Figur 2 in ei- ner Außenansicht dreidimensional dargestellten Gegenstromwärmetäuschers 10 sein. Der in Figur 3 dargestellte Gegenstromwärmetäuscher 10 weist den ersten Anschlussbereich 24 mit erstem Anschluss 26 für das Fluid 28 auf. In dem vorliegenden Beispiel ist wieder der erste Anschluss 26 der Einlassanschluss des Fluids 28. Die weitere Beschreibung des Fluidstroms in dem Gegenstromwärmetäuscher 10 baut auch hier auf dieser Strömungs- richtung auf. Es ist allerdings wieder möglich, dass der Fluidstrom in dem Gegenstrom- wärmetauscher 10 genau entgegengesetzt erfolgt. Das an dem ersten Anschluss 26 ein- getretene Fluid 28 wird in dem ersten Anschlussbereich 24 umgelenkt und in der axialen Erstreckungsrichtung 16 durch einen ringförmigen Spalt in einen Mantelströmungsraum 32 zwischen dem äußeren Rohr 18 und einem inneren Rohr 14 geführt. Das äußere Rohr 18 und das innere Rohr 14 können in der axialen Erstreckungsrichtung 16 insbesondere kon- zentrisch zueinander angeordnet sein. Der erste Anschlussbereich 24 grenzt somit an einem ersten Endbereich 30 an das innere Rohr 14 und das äußere Rohr 18 an. An einem dem ersten Endbereich 30 gegenüberliegenden zweiten Endbereich 34 liegt ein Umlenk- bereich 36, in dem ein Verschlussdeckel 70 angeordnet ist. Der Verschlussdeckel 70 leitet das Fluid 28 zunächst senkrecht zu der axialen Erstreckungsrichtung 16 in radialer Rich- tung nach innen um. Anschließend strömt das Fluid 28 entgegen der axialen Erstre- ckungsrichtung 16 im Inneren des inneren Rohrs 14 in einem Rohrströmungsraum 38 zu dem ersten Endbereich 30 zurück. Dort tritt es entgegen der axialen Erstreckungsrichtung 16 in einen zweiten Anschlussbereich 40 ein und schließlich entgegen der axialen Erstre- ckungsrichtung 16 an dem zweiten Anschluss 42 aus dem Gegenstromwärmetäuscher 10 aus. An dem dem ersten Anschlussbereich 24 zugewandten ersten Endbereich 30 ist wei- terhin die ebene Fläche 50 erkennbar. Im Bereich der ebenen Fläche 50 ist die Tempera- tur des gerade in das äußere Rohr eingetretenen Fluids am geringsten, so dass sich die ebene Fläche 50 insbesondere zur Kühlung von elektronischen Komponenten der elektro- nischen Heizeinrichtung eignet, welche auf einer möglichst niedrigen Temperatur gehalten werden sollen. FIG. 3 shows a sectional view of a countercurrent heat exchanger 10. The countercurrent heat exchanger 10 shown in FIG. 3 may be a sectional view of the countercurrent heat exchanger 10 illustrated in three dimensions in an external view in FIG. The countercurrent heat exchanger 10 shown in FIG. 3 has the first connection region 24 with the first connection 26 for the fluid 28. Again, in the present example, the first port 26 is the inlet port of the fluid 28. The further description of the fluid flow in the countercurrent heat exchanger 10 is also based on this flow direction. However, it is again possible that the fluid flow in the countercurrent heat exchanger 10 takes place exactly opposite. The fluid 28 that has entered the first port 26 is deflected in the first connection region 24 and guided in the axial extension direction 16 through an annular gap into a jacket flow space 32 between the outer tube 18 and an inner tube 14. The outer tube 18 and the inner tube 14 may be arranged in the axial extension direction 16 in particular concentric with each other. The first connection region 24 thus adjoins the inner tube 14 and the outer tube 18 at a first end region 30. A deflection region 36, in which a closure lid 70 is arranged, is located on a second end region 34 opposite the first end region 30. The closure lid 70 initially directs the fluid 28 inward in the radial direction in a direction perpendicular to the axial extension direction 16. Subsequently, the fluid 28 flows back against the axial extension direction 16 in the interior of the inner tube 14 in a tube flow space 38 to the first end region 30. There it enters the second extension region 40 opposite to the axial extension direction 16 and finally against the axial extension direction 16 at the second connection 42 from the countercurrent heat exchanger 10 out. The flat surface 50 can still be seen on the first end region 30 facing the first connection region 24. In the region of the flat surface 50, the temperature of the fluid that has just entered the outer tube is lowest, so that the flat surface 50 is particularly suitable for cooling electronic components of the electronic heating device, which are kept at the lowest possible temperature should.
Figur 4 zeigt eine weitere Schnittansicht eines Gegenstromwärmetäuschers 10. Erkennbar ist ein schalenartiger Aufbau des Gegenstromwärmetäuschers 10. Die äußerste Schale bildet das äußere Rohr 18 mit der äußeren Mantelfläche 22 und einer inneren Mantelflä- che 52. Konzentrisch zu dem äußeren Rohr 18 ist das innere Rohr 14 angeordnet und über optionale Trennwände 44, 46, 48 mit dem äußeren Rohr 18 verbunden. Die Trenn- wände 44, 46, 48 können insbesondere thermisch gut leitend sein, so dass die auf der äußeren Mantelfläche 22 des äußeren Rohrs 18 eingetragene elektrische Heizleistung auch das innere Rohr 14 noch gut erwärmen kann. Die Trennwände 44, 46, 48 dienen weiterhin als vergrößerte Wärmeübertragungsflächen und tragen somit ebenfalls zur Er- wärmung des Fluids bei. Weiterhin begrenzen die Trennwände 44, 46, 48 unerwünschte Strömungskomponenten des Fluids senkrecht zu der axialen Erstreckungsrichtung 16 des inneren Rohrs und des äußeren Rohrs und tragen zu einer im Mittel gleichmäßigen Strö- mungsverteilung im Inneren des Gegenstromwärmetäuschers 10 bei. Die Trennwände 44, 46, 48 können gleichmäßig oder ungleichmäßig entlang des Mantelströmungsraumes 32 verteilt angeordnet sein. FIG. 4 shows a further sectional view of a countercurrent heat exchanger 10. A shell-like structure of the countercurrent heat exchanger 10 can be seen. The outermost shell forms the outer tube 18 with the outer shell surface 22 and an inner shell surface 52. Concentric with the outer tube 18 is the inner tube 14 and connected via optional partitions 44, 46, 48 connected to the outer tube 18. The partition walls 44, 46, 48 can in particular be thermally highly conductive, so that the electrical heating power introduced on the outer lateral surface 22 of the outer tube 18 can still heat the inner tube 14 well. The partition walls 44, 46, 48 continue to serve as enlarged heat transfer surfaces and thus also contribute to the heating of the fluid. Furthermore, the dividing walls 44, 46, 48 define undesirable flow components of the fluid perpendicular to the axial extent direction 16 of the inner tube and the outer tube and contribute to an average uniform flow distribution in the interior of the counterflow heat exchanger 10. The partitions 44, 46, 48 may be distributed uniformly or non-uniformly along the jacket flow space 32.
Das innere Rohr 14 weist ebenfalls eine Innenrohraußenmantelfläche 54 und eine Innen- rohrinnenmantelfläche 60 auf, an denen, genau wie an der inneren Mantelfläche 52 des äußeren Rohrs 18 Wärme auf das vorbeiströmende Fluid übertragen wird. Im Inneren des inneren Rohrs 14 kann ein Verdrängerkörper 62 angeordnet sein, welcher den im Inneren des inneren Rohrs 14 liegenden Rohrströmungsraum 38 in einen inneren Mantelströ- mungsraum verwandelt. Der Verdrängerkörper 62 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Der Verdrängerkörper 62 kann über Rippen 74, 76 mit dem inneren Rohr verbunden sein. Die gesamte in Figur 4 dargestellte mehrschalige Konstruktion des Gegenstromwärme- tausches 10 kann beispielweise mit Hilfe eines Strangpressverfahrens in ihrer Gesamtheit gleichzeitig hergestellt werden. Möglich ist allerdings auch, dass mehrere Teile des mehr- schaligen Aufbaus voneinander unabhängig hergestellt und anschließend in der axialen Erstreckungsrichtung ineinander geschoben werden. Figur 5 zeigt eine dreidimensionale Außenansicht eines Gegenstromwärmetäuschers 10 ohne ersten Anschlussbereich. Bei dem in Figur 5 dargestellten Gegenstromwärmetau- scher 10 wurde auf Darstellung des ersten Anschlussbereichs und des Kragenblechs ver- zichtet, um die Vielzahl der ebenen Flächen 50 besser erkennen zu können. Anstelle des ersten Anschlussbereichs ist in Figur 5 nunmehr ein Ringspalt 78 erkennbar, an dem das Fluid zwischen dem Mantelströmungsraum, der zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr gebildet wird, und dem nicht dargestellten ersten Anschlussbereich Übertritt. The inner tube 14 also has an inner tube outer surface 54 and an inner tube inner lateral surface 60 at which, just as on the inner surface 52 of the outer tube 18, heat is transferred to the passing fluid. Inside the inner tube 14, a displacer 62 may be arranged, which transforms the pipe flow space 38 located in the interior of the inner tube 14 into an inner jacket flow space. The displacer 62 may be hollow or solid. The displacer 62 may be connected via ribs 74, 76 with the inner tube. The entire multi-shell construction of the countercurrent heat exchange 10 shown in FIG. 4 can be produced simultaneously, for example, by means of an extrusion process in its entirety. However, it is also possible that several parts of the multi-skin structure are produced independently of each other and then pushed into each other in the axial extension direction. FIG. 5 shows a three-dimensional external view of a counter flow heat exchanger 10 without a first connection area. In the case of the countercurrent heat exchanger 10 shown in FIG. 5, the representation of the first connection region and of the collar plate was dispensed with in order to be able to better recognize the multiplicity of flat surfaces 50. Instead of the first connection region, an annular gap 78 can now be seen in FIG. 5, at which the fluid between the jacket flow space, which is formed between the outer tube and the inner tube, and the first connection region, not shown, cross over.
Figur 6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht von Wärmetauscherkomponenten. In Figur 6 sind zunächst die ebenen Flächen 50 an einem Ende der dargestellten Wärmetauscher- komponenten erkennbar. Hieran angrenzend erstrecken sich in der axialen Erstreckungs- richtung ein erster axialer Abschnitt 56 und ein zweiter axialer Abschnitt 58 des äußeren Rohrs 18, wobei an dem äußeren Rohr 18 in radialer Richtung die Trennwände 44, 46, 48 sowohl an dem ersten axialen Abschnitt 56 als auch an dem zweiten axialen Abschnitt 58 erkennbar sind. Der zweite axiale Abschnitt 58 ist, wie in Figur 6 erkennbar, um die axiale Erstreckungsrichtung 16 gegenüber dem ersten axialen Abschnitt 56 gedreht, so dass die jeweiligen Trennwände 44, 46, 48 einen Versatz 80 haben und in dem nach Einschub be- ziehungsweise nach Anordnung des inneren Rohrs 14 gebildeten Mantelströmungsraum Anström- und Abrisskanten ausbilden, die eine Turbulenzbildung in dem Mantelströ- mungsraum begünstigen. FIG. 6 shows a three-dimensional view of heat exchanger components. In FIG. 6, the flat surfaces 50 are initially recognizable at one end of the illustrated heat exchanger components. Adjacent thereto extend in the axial extension direction, a first axial portion 56 and a second axial portion 58 of the outer tube 18, wherein on the outer tube 18 in the radial direction, the partitions 44, 46, 48 both at the first axial portion 56 as can also be seen on the second axial section 58. As can be seen in FIG. 6, the second axial section 58 is rotated about the axial extension direction 16 with respect to the first axial section 56, so that the respective partition walls 44, 46, 48 have an offset 80 and in the following manner after insertion Form the sheath flow space formed by the inner tube 14 inflow and demolition edges, which promote turbulence formation in the Mantelströ- mung space.
Figur 7 zeigt eine weitere Ansicht von Wärmetauscherkomponenten. Die in Figur 7 darge- stellten Komponenten können beispielsweise in die in Figur 6 dargestellten Wärmetau- scherkomponenten in der axialen Erstreckungsrichtung 16 eingeschoben werden bezie- hungsweise alternativ auch gemeinsam mit diesen erzeugt werden. Figur 7 zeigt das inne- re Rohr 14 mit Rippen 74, 76, die dieselben Eigenschaften und Wirkungen haben können, wie die Trennwände 44, 46, 48 zwischen dem äußeren Rohr 18 und dem inneren Rohr 14. Im Inneren des inneren Rohrs ist konzentrisch der Verdrängerkörper 62 angeordnet, der aus dem Rohrströmungsraum im Inneren des inneren Rohrs 14 einen inneren Mantel- strömungsraum macht. FIG. 7 shows a further view of heat exchanger components. The components illustrated in FIG. 7 can be inserted, for example, into the heat exchanger components shown in FIG. 6 in the axial extension direction 16 or, alternatively, can also be produced together with them. FIG. 7 shows the inner tube 14 with ribs 74, 76, which may have the same properties and effects as the partitions 44, 46, 48 between the outer tube 18 and the inner tube 14. Inside the inner tube, concentric Displacer 62 is arranged, which makes from the tube flow space in the interior of the inner tube 14 an inner jacket flow space.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen of- fenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombina- tion miteinander für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination with one another. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Gegenstromwärmetäuscher10 countercurrent heat exchangers
12 elektrische Fahrzeugheizung12 electric vehicle heating
14 inneres Rohr 14 inner tube
16 axiale Erstreckungsrichtung 16 axial extension direction
18 äußeres Rohr 18 outer tube
20 elektrisches Heizelement 20 electric heating element
22 äußere Mantelfläche22 outer surface
24 erster Anschlussbereich24 first connection area
26 erster Anschluss 26 first connection
28 Fluid  28 fluid
30 erster Endbereich  30 first end area
32 Mantelströmungsraum 32 sheath flow space
34 zweiter Endbereich 34 second end region
36 Umlenkbereich  36 deflection area
38 Röhrströmungsraum  38 tube flow space
40 zweiter Anschlussbereich 40 second connection area
42 zweiter Anschluss 42 second connection
44 Trennwand  44 partition
46 Trennwand  46 partition
48 Trennwand  48 partition
50 ebene Fläche  50 level surface
52 innere Mantelfläche  52 inner lateral surface
54 Innenrohraußenmantelfläche 54 inner tube outside surface
56 axialer Abschnitt 56 axial section
58 axialer Abschnitt  58 axial section
60 Innenrohrinnenmantelfläche 60 inner tube inside lateral surface
62 Verdrängerkörper 62 displacer
64 Fahrzeug  64 vehicle
66 Stromquelle  66 power source
68 Anschlussleitung  68 connection cable
70 Verschlussdeckel  70 closure lid
74 Rippe Rippe Ringspalt Versatz 74 rib Rib annular gap offset

Claims

Ansprüche claims
1. Gegenstromwärmetäuscher (10) für eine elektrische Fahrzeugheizung (12), um- fassend 1. Countercurrent heat exchanger (10) for an electric vehicle heater (12), comprising
ein inneres Rohr (14) mit einer axialen Erstreckungsrichtung (16);  an inner tube (14) having an axial extension direction (16);
ein äußeres Rohr (18), welches das innere Rohr (14) in der axialen Erstreckungs- richtung (16) ummantelt;  an outer tube (18) which sheaths the inner tube (14) in the axial extension direction (16);
ein elektrisches Heizelement (20), das auf einer äußeren Mantelfläche (22) des äußeren Rohrs (18) angeordnet ist;  an electric heating element (20) disposed on an outer surface (22) of the outer tube (18);
einen ersten Anschlussbereich (24) mit einem ersten Anschluss (26), wobei der erste Anschlussbereich (24) einen Übergang eines Fluids (28) zwischen dem ers- ten Anschluss (26) und einem Mantelströmungsraum (32) ermöglicht, und wobei der Mantelströmungsraum (32) an einem ersten Endbereich (30) des inneren Rohrs (14) und des äußeren Rohrs (18) endet und zwischen dem inneren Rohr (14) und dem äußeren Rohr (18) gebildet ist;  a first connection region (24) having a first connection (26), wherein the first connection region (24) permits a transition of a fluid (28) between the first connection (26) and a jacket flow space (32), and wherein the jacket flow space ( 32) terminates at a first end portion (30) of the inner tube (14) and the outer tube (18) and is formed between the inner tube (14) and the outer tube (18);
an einem dem ersten Endbereich (30) gegenüberliegenden zweiten Endbereich (34), einen Umlenkbereich (36), durch den das Fluid (28) zwischen dem Mantel- strömungsraum (32) und einem Rohrströmungsraum (38) in dem inneren Rohr (14) umlenkbar ist; und  at a second end region (34) opposite the first end region (30), a deflection region (36) through which the fluid (28) can be deflected between the jacket flow space (32) and a tube flow space (38) in the inner tube (14) is; and
einen zweiten Anschlussbereich (40) mit einem zweiten Anschluss (42), wobei der zweite Anschlussbereich (40) einen Übergang des Fluids (28) zwischen dem Rohrströmungsraum (38) und dem zweiten Anschluss (42) an dem ersten Endbe- reich (30) ermöglicht.  a second connection region (40) having a second connection (42), wherein the second connection region (40) forms a transition of the fluid (28) between the tube flow chamber (38) and the second connection (42) to the first end region (30) allows.
2. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach Anspruch 1 , wobei der Mantelströmungs- raum (32) durch mindestens zwei Trennwände (44, 46, 48) unterteilt ist, wobei die mindes- tens zwei Trennwände (44, 46, 48) das innere Rohr (14) und das äußere Rohr (18) senk- recht zu der axialen Erstreckungsrichtung (16) verbinden. 2. Countercurrent heat exchanger (10) according to claim 1, wherein the jacket flow space (32) is subdivided by at least two partition walls (44, 46, 48), wherein the at least two partition walls (44, 46, 48) cover the inner tube (10). 14) and the outer tube (18) perpendicular to the axial extension direction (16) connect.
3. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach Anspruch 2, wobei das innere Rohr (14) und/oder das äußere Rohr (18) aus mindestens zwei axialen Abschnitten (56, 58) zusam- mengesetzt sind, die in der axialen Erstreckungsrichtung (16) gegeneinander verdreht sind. 3. Gegenstromwärmeäuscher (10) according to claim 2, wherein the inner tube (14) and / or the outer tube (18) from at least two axial sections (56, 58) are put together set in the axial direction (16) against each other are twisted.
4. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Anschluss (26) senkrecht zu dem zweiten Anschluss (42) orientiert ist. The countercurrent heat exchanger (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein the first port (26) is oriented perpendicular to the second port (42).
5. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die äu- ßere Mantelfläche (22) des äußeren Rohrs (18) zumindest eine abschnittsweise ebene Fläche (50) aufweist. 5. Gegenstromwärmeäuscher (10) according to one of claims 1 to 4, wherein the outer outer surface (22) of the outer tube (18) has at least one partially planar surface (50).
6. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine innere Mantelfläche (52) des äußeren Rohrs (18) eine Turbulenz fördernde Oberflächen- struktur hat. 6. Gegenstromwärmeäuscher (10) according to any one of claims 1 to 5, wherein an inner circumferential surface (52) of the outer tube (18) has a turbulence-promoting surface structure.
7. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Innenrohraußenmantelfläche (54) des inneren Rohrs (14) eine Turbulenz fördernde Ober- flächenstruktur hat. 7. The countercurrent heat exchanger (10) according to any one of claims 1 to 6, wherein an inner tube outer surface (54) of the inner tube (14) has a turbulence-promoting surface structure.
8. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das innere Rohr (14) an einer Innenrohrinnenmantelfläche (60) radial nach innen weisende Rippen (74, 76) aufweist. 8. Gegenstromwärmeäuscher (10) according to any one of claims 1 to 7, wherein the inner tube (14) on an inner tube inner circumferential surface (60) radially inwardly facing ribs (74, 76).
9. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei im In- neren des inneren Rohrs (14) ein Verdrängerkörper (62) angeordnet ist. 9. Gegenstromwärmeäuscher (10) according to any one of claims 1 to 8, wherein in the interior of the inner tube (14) a displacement body (62) is arranged.
10. Gegenstromwärmetäuscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das elektrische Heizelement (20) durch thermisches Spritzen als thermisch aufgespritzte Schicht auf der äußeren Mantelfläche (22) des äußeren Rohrs (18) angeordnet ist. 10. Gegenstromwärmeäuscher (10) according to any one of claims 1 to 9, wherein the electrical heating element (20) by thermal spraying as a thermally sprayed layer on the outer circumferential surface (22) of the outer tube (18) is arranged.
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