Wärmeübertrager

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.

[0002] Kraftfahrzeugklimaanlagen dienen dazu, die dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges zuzuführende Luft zu erwärmen und/oder zu kühlen. In Kraftfahrzeugklimaanlagen werden Wärmeübertrager als elektrische Heizeinrichtungen eingesetzt, um die Luft zu erwärmen, welche dem Innenraum zugeführt wird. Die elektrische Heizeinrichtung umfasst PTC-Elernente, PTC-Elemente (PTC: Positive Temperature Coefficient) sind Strom leitende Materialien, die einen elektrischen Widerstand aufweisen und bei tieferen Temperaturen den Strom besser leiten können als bei höheren Temperaturen. Ihr elektrischer Widerstand vergrößert sich somit bei steigender Temperatur. Das PTC-Element besteht im Allgemeinen aus Keramik und ist ein Kaltleiter. Dadurch stellt sich unabhängig von den Randbedingungen - wie z. B. angelegte Spannung, Nominalwiderstand oder Luftmenge an dem PTC-Element - eine sehr gleichmäßige Oberflächentemperatur am PTC-Element ein. Eine Überhitzung kann verhindert werden wie sie z. B. mit einem normalen Wärme abgebenden Heizdraht auftreten könnte, da hier unabhängig von den Randbedingungen immer ungefähr der gleiche Widerstand und dadurch eine im Wesentlichen identische elektrische Heizleistung aufgebracht wird.

[0003] Der Wärmeübertragern umfasst PTC-Elemente, wenigstens zwei elektrische Leiter mittels denen elektrischer Strom durch das PTC-Element geleitet wird und Wärmeleitelemente, insbesondere Lamellen bzw. Wellrippen, mittels denen die Oberfläche zum Erwärmen der Luft vergrößert wird. In zunehmendem Maße werden Kraftfahrzeuge hergestellt, welche über einen ausschließlichen elektrischen Antrieb oder über einen Hybridantrieb verfügen. Kraftfahrzeugklimaanlagen für diese Kraftfahrzeuge verfügen im Allgemeinen nicht mehr über einen Wärmeaustauscher zum Erwärmen der Luft, der von Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Die gesamte Heizleistung der Kraftfahrzeugklimaanlage muss deshalb von der elektrischen Heizeinrichtung bzw. den PTC-Elementen aufgebracht werden. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die PTC-Elemente auch mit Hochspannung, z.. B. im Bereich von 50 bis 600 Volt anstelle von Niederspannung mit 12 Volt, zu betreiben. Hochspannung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage stellt jedoch ein Sicherheitsproblem dar, weil beispielsweise durch eine menschliche Berührung von unter Hochspannung stehenden Teilen dem Menschen von der Hochspannung gesundheitlicher Schaden zugefügt werden kann.

[0004] Die US 4 327 282 zeigt einen Wärmeübertrager mit einem PTC-Heizelement. Mittels Kontaktplatten wird Strom durch das PTC-Heizelement geleitet und an den Kontaktplatten ist eine Isolierschicht angeordnet. Die Komponenten werden mittels eines U-förmigen Clipses zusammengehalten.

[0005] Aus der EP 1 768 458 A1 ist ein Wärme erzeugendes Element einer Heizvorrichtung zur Lufterwärmung bekannt, umfassend wenigstens ein PTC-Element und an gegenüberliegenden Seitenflächen des PTC-Elementes anliegende elektrische Leiterbahnen, wobei die beiden elektrischen Leiterbahnen außenseitig von einer nicht elektrisch leitenden Isolierschicht umgeben sind.

[0006] Die europäische Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10290318.4 zeigt einen gattungsgemäßen Wärmeübertrager. Innerhalb eines Rohres mit Wandungen als Hohlraumwandungen ist ein Hohlraum begrenzt. In dem Hohlraum sind zwei Leiter und wenigstens ein elektrisches Widerstandsheizelement angeordnet. Mit einem zusätzlichen elektrischen Isolierelement sind die zwei Leiter von dem Rohr elektrisch isoliert, so dass neben dem Rohr als zusätzliches Bauteil das elektrische Isolierelement erforderlich ist.

[0007] Die EP 0 333 906 A1 zeigt den Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Wärmeübertrager und eine Kraftfahrzeugklimaanlage zur Verfügung zu stellen, bei dem ein mit elektrischen Strom unter Hochspannung, z. B. mehr als 50 V, betriebener Wärmeübertrager ohne Gefährdung für die Umwelt, insbesondere Menschen, betrieben werden kann und einen einfachen Aufbau mit wenig Bauteilen aufweist. Der Wärmeübertrager und die Kraftfahrzeugklimaanlage sollen in der Herstellung preiswert sein und zuverlässig im Betrieb arbeiten.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Wärmeübertrager, umfassend wenigstens ein elektrisches Widerstandsheizelement, insbesondere wenigstens ein PTC-Element, wenigstens zwei mit dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement elektrisch leitend verbundene Leiter, insbesondere Leiterplatten, um elektrischen Strom durch das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement zu leiten und dadurch das elektrische Widerstandsheizelement zu erwärmen, wenigstens ein elektrisches Isolierelement, welches die wenigstens zwei Leiter elektrisch isoliert, vorzugsweise von wenigstens einem Wärmeleitelement, wobei die wenigstens zwei Leiter und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement in wenigstens einem von wenigstens einer Hohlraumwandung begrenzten Hohlraum angeordnet sind, wobei die wenigstens eine Hohlraumwandung von dem wenigstens einen elektrischen Isolierelement gebildet ist. Insbesondere ein Rohr bzw. Flachrohr zur Ausbildung der wenigstens einen Hohlraumwandung bildet somit zugleich auch das wenigstens eine elektrische Isolierelement. Dadurch ist in vorteilhafter Weise neben der Hohlraumwandung bzw. dem Rohr kein zusätzliches Bauteil für das elektrische Isolierelement erforderlich, weil die Hohlraumwandung das wenigstens eine elektrische Isolierelement bildet.

[0009] Erfindungsgemäß ist das wenigstens eine elektrische Isolierelement ein elastischer Schlauch und der Schlauch bildet die fluiddichte, äußere Hohlraumwandung als Rohr. Der Schlauch in der Form eines Rohres, insbesondere Flachrohres, bildet somit die Hohlraumwandung zur Begrenzung des Hohlraumes und stellt zusätzlich das elektrische Isolierelement dar. Dadurch ist nur ein Bauteil, nämlich der Schlauch, erforderlich um einerseits ein elektrisches Isolierelement für den Wärmeübertrager zur Verfügung zu stellen und um andererseits die wenigstens zwei Leiter und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement in dem wenigstens einem von der wenigstens einen Hohlraumwandung begrenzten Hohlraum anzuordnen, weil der Schlauch bzw. die Wandungen des Schlauches die Hohlraumwandung bilden. Dabei stellt der Schlauch eine äußerste fluiddichte Hohlraumwandung des Wärmeübertragers dar.

[0010] Erfindungsgemäß ist der Schlauch an einem ersten Ende geöffnet und an einem anderen zweiten Ende geschlossen.

[0011] Erfindungsgemäß ist der Schlauch fluiddicht und weist als Öffnung nur das erste geöffnete Ende auf. Der Schlauch weist somit nur eine Öffnung an dem ersten, insbesondere oberen, Ende auf. Dadurch können die wenigstens zwei Leiter und das wenigsten eine elektrische Widerstandsheizelement fluiddicht von dem Schlauch eingeschlossen sein, weil der Schlauch nur die eine Öffnung aufweist. Diese eine Öffnung ist dabei vorzugsweise fluiddicht bezüglich der Umgebung abgedichtet, z. B. mit einem Dichtgel oder Silikon als Dichtmittel, so dass dadurch die wenigstens zwei Leiter und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement fluiddicht, insbesondere flüssigkeitsdicht, bezüglich der Umgebung abgedichtet sind und trotzdem eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit von dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement nach außerhalb besteht.

[0012] Vorzugsweise ist der Schlauch ein Schrumpfschlauch. Bei der Herstellung des Wärmeübertragers werden zunächst die elektrischen Widerstandsheizelemente stoffschlüssig mit Kleben auf den beiden Leitern verbunden und bilden dadurch eine Heizeinheit. Die Heizeinheit wird anschließend in den Schlauch eingeschoben und anschließend durch Erwärmen des Schlauches schrumpft der Schlauch auf die Heizeinheit auf.

[0013] In einer Variante weist der Schlauch zwei Breitseitenwandungen und zwei Schmalseitenwandungen auf.

[0014] Erfindungsgemäß besteht der Schlauch aus Kunststoff mit wärmeleitenden Partikeln.

[0015] In einer weiteren Ausführungsform bestehen die wärmeleitenden Partikel aus Bornitrid und/oder Siliziumkarbid und/oder Metalloxide, z. B. Aluminiumoxid oder Berylliumoxyd. Der Schlauch weist somit einerseits eine ausreichend große Wärmeleitfähigkeit auf, um die Wärme aus dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement in die Umgebung des Schlauches abzuleiten zur Erwärmung eines Fluides und andererseits verfügt der Schlauch über eine ausreichend hohe elektrische Isolation zur Isolierung des durch die Leiter geleiteten Stromes als Hochspannung.

[0016] Insbesondere sind die wenigstens zwei Leiter und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement vollständig von dem wenigstens einen elektrischen Isolierelement, insbesondere Schlauch, eingeschlossen.

[0017] In einer weiteren Ausgestaltung ist an den wenigstens zwei Leitern jeweils eine Kontaktplatte oder eine Stromleitung angeordnet und diese ist durch die Öffnung an dem ersten Ende des Schlauches fluiddicht geführt, so dass die zwei Leiter und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement fluiddicht von dem Schlauch eingeschlossen sind. Die Kontaktplatten oder die Stromleitungen sind durch die Öffnung an dem ersten Ende des Schlauches fluiddicht geführt. Dies erfolgt dadurch, dass entweder der Schlauch als Schrumpfschlauch geschrumpft ist und dadurch die Kontaktplatten und die Stromleitungen von dem geschrumpften Schrumpfschlauch fluiddicht eingeschlossen sind oder die Öffnung am ersten Ende des Schlauches von einem Dichtmittel, z. B. Silikon oder eine elastische Dichtpaste, fluiddicht abgedichtet ist.

[0018] In einer ergänzenden Variante ist das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement mit den wenigstens zwei Leitern stoffschlüssig, insbesondere mit Kleben, verbunden.

[0019] In einer weiteren Variante umfasst der Wärmeübertrager wenigstens ein Wärmeleitelement, z. B. eine Metallplatte und/oder Wellrippen, zur Übertragung von Wärme von dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement auf ein zu erwärmendes Fluid. Das äußere Wärmeleitelement, z. B, eine Metallplatte und/oder Wellrippen, leiten die durch den Schlauch geleitete Wärme an das zu erwärmende Fluid ab und erhöhen dadurch die Oberfläche des Wärmeübertragers.

[0020] In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine Wärmeleitelement mit dem wenigstens einen Isolierelement, insbesondere Schlauch, stoffschlüssig, z. B. mit Kleben, und/oder kraftschlüssig, z. B. mit wenigstens einer Spannfeder oder Clips, verbunden.

[0021] Zweckmäßig sind eine Vielzahl von Wärmeübertragern bzw. Heizregistern mit einem Spannrahmen oder einer Kombination eines Rahmens und eines Federelementes und/oder mit einer Verlötung und/oder einer Verschweißung und/oder einer Verklebung miteinander verbunden. Die Wärmeübertrager sind dabei mit oder an den Wellrippen und/oder den Metallplatten miteinander verbunden, z. B. kraftschlüssig mit einem Spannrahmen oder einer Kombination eines Rahmens und eines Federelementes oder stoffschlüssig mit einer Verlötung und/oder einer Verschweißung und/oder einer Verklebung.

[0022] Eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage umfasst wenigstens einen in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Wärmeübertrager

[0023] In einer Variante weist das wenigstens eine Wärmeleitelement keinen unmittelbaren Kontakt zu dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement auf.

[0024] In einer weiteren Variante umfasst der Wärmeübertragern keinen Positionierrahmen zur Positionierung des wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelementes.

[0025] Zweckmäßig besteht das wenigstens eine Wärmeleitelement, insbesondere die Wellrippen und/oder Metallplatte, wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl, oder Kunststoff.

[0026] Zweckmäßig besteht das wenigstens eine elektrische Isolierelement bzw. die wenigstens eine Hohlraumwandung, insbesondere der Schlauch, aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitfähigen Material. Aufgrund der geometrischen Anordnung des wenigstens einen elektrischen Isoiierelemetes innerhalb des Wärmeübertragers sind die wenigstens zwei Leiter und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement elektrisch isoliert.

[0027] In einer zusätzlichen Variante weist der Wärmeübertrager eine IP-Schutzklasse von 67 auf, so dass eine ausreichende Wasserdichtheit und Staubdichtheit vorhanden ist.

[0028] In einer weiteren Ausgestaltung sind die Wellrippen und mittels Kleben und/oder Löten und/oder kraftschlüssig unter Vorspannung miteinander verbunden.

[0029] In einer weiteren Ausgestaltung weist die wenigstens eine Hohlraumwandung und/oder das wenigstens eine elektrische Isolierelement, insbesondere der Schlauch, eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 1 W/mK, insbesondere wenigstens 15 W/mK auf.

[0030] In einer weiteren Ausführungsform weist die wenigstens eine Hohlraumwandung und/oder das wenigstens eine elektrische Isolierelement, insbesondere der Schlauch, eine elektrische Isolation von wenigstens 1 kV/mm, insbesondere wenigstens 5, 15 oder 25 kV/mm auf.

[0031] In einer Variante weist die wenigstens eine Hohlraumwandung und/oder das wenigstens eine elektrische Isolierelement, insbesondere der Schlauch, eine Durchschlagfestigkeit von wenigstens 1 kV auf.

[0032] Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1

einen Querschnitt einer Kraftfahrzeugklimaanlage,

Fig. 2

eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers mit mehreren Heizregistern in einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3

eine Seitenansicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2,

Fig. 4

eine Draufsicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2,

Fig. 5

einen Explosionsdarstellung eines Heizregisters des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 bis 4,

Fig. 6

eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 mit einem Spannrahmen,

Fig. 7

einen Querschnitt eines Heizregisters in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8

einen Querschnitt eines Heizregisters in einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 9

einen Querschnitt eines Heizregisters in dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5,

Fig. 10

einen Querschnitt eines Heizregisters in einem vierten Ausführungsbeispiel und

Fig. 11

einen Querschnitt eines Heizregisters in einem fünften Ausführungsbeispiel.

[0033] Fig. 1 zeigt eine Kraftfahrzeugklimaanlage 24. In einem Klimaanlagengehäuse 26 mit einer Bodenwandung 27 und einem Austrittsabschnitt 29 ist ein Gebläse 25, ein Luftfilter 30, ein Kältemittelverdampfer 31 und ein Wärmeübertrager 1 als eine elektrische Heizeinrichtung angeordnet. Das Klimaanlagengehäuse 26 bildet somit einen Kanal 35 zum Durchleiten der Luft. Gehäusewandungen 28 des Klimaanlagengehäuses 26 weisen an der Innenseite eine Oberfläche 36 auf, welche den Kanal 35 begrenzen. Die Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges wird mittels des Gebläses 25 durch den Luftfilter 30, den Kältemittelverdampfer 31 sowie den Wärmeübertrager 1 geleitet.

[0034] Die Kraftfahrzeugklimaanlage 24 ist somit nicht mit einem von Kühlmittel durchströmten Wärmeaustauscher versehen zum Erwärmen der durch die Kraftfahrzeuganlage 24 geleiteten Luft. Die durch die Kraftfahrzeugklimaanlage 24 geleitete Luft wird ausschließlich mittels des Wärmeübertrager 1 elektrisch erwärmt. Die Kraftfahrzeugklimaanlage 24 wird vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug mit ausschließlich elektrischem Antrieb oder mit einem Hybridantrieb eingesetzt (nicht dargestellt). Um mittels des Wärmeübertragers 1 die notwendige elektrische Heizleistung zu erreichen, muss der Wärmeübertrager 1 mit Hochspannung, z. B. mit mehr als 50 Volt, beispielsweise mit 60 V oder 600 V, betrieben werden, um keine zu großen Stromstärken und damit zu dicke Stromleitungen (nicht dargestellt) zu erhalten.

[0035] In den Fig. 2 bis 11 sind Ausführungsbeispiele des Wärmeübertragers 1 für die Kraftfahrzeugklimaanlage 24 dargestellt. Im Nachfolgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bis 6 und Fig. 9 beschrieben. Ein Schlauch 8 als Flachrohr 13 bzw. Rohr 18 weist zwei Breitseitenwandungen 20 und zwei Schmalseitenwandungen 21 auf. Die Breiten- und Schmalseitenwandungen 20, 21 stellen dabei Hohlraumwandungen 17 dar, welche einen Hohlraum 19 (Fig. 9) innerhalb des Rohres 18 einschließen.

[0036] Der Schlauch 8 bildet dabei auch ein elektrisches Isolierelement 22. Der Schlauch 8 besteht dabei aus elastischem Silikon mit wärmeleitenden Partikeln. Auf den beiden rechteckförmigen Breitseitenwandungen 20 des Schlauches 8 liegen zwei Leiter 4, nämlich eine erste Leiterplatte 6 und eine zweite Leiterplatte 7, auf. Zwischen den beiden Leiterplatten 6, 7 sind drei als PTC-Elemente 3 ausgebildete elektrische Widerstandsheizelemente 2 angeordnet. Die PTC-Elemente 3 sind dabei mit den beiden Leiterplatten 6, 7 mit Klebstoff stoffschlüssig miteinander verbunden. An den beiden Leitern 4 ist jeweils eine elektrische Kontaktplatte 5 ausgebildet (Fig. 2 und 3). Der von den Hohlraumwandungen 17 des Flachrohres 13 eingeschlossene Hohlraum 19 ist im Bereich der Schmalseitenwandungen 21 ein Leerraum, d. h. in dem Leerraum ist lediglich Luft (Fig. 9).

[0037] Dadurch sind die beiden Leiterplatten 6, 7 mit den dazwischen angeordneten drei PTC-Elementen 3 aufgrund der elektrischen Isolation des Schlauches 8 elektrisch isoliert. Die elektrische Kontaktierung der beiden Leiterplatten 6, 7 erfolgt mittels nicht dargestellter elektrischer Leitungen an den Kontaktplatten 5. Die beiden Leiterplatten 6, 7 mit den drei PTC-Elementen 3 stellen dabei eine Heizeinheit 10 dar. Zusammen mit dem Schlauch 8 bilden diese ein Heizregister 9 bzw. den Wärmeübertrager 1. Mehrere Heizregister 9 gemäß der Darstellung in Fig. 2, 3, 4 und 6 können auch zu einem Wärmeübertrager 1 mit einer größeren Anzahl von Heizregistern 9 zueinander verbunden werden.

[0038] Die Netzhöhe H_N des Wärmeübertragers 1 gemäß der Darstellung in Fig. 3 beträgt ca. 50 bis 300 mm, vorzugsweise 100 bis 200 mm und die Netzbreite B_N beträgt ca. 50 bis 300 mm, vorzugsweise 100 bis 200 mm. Die Querteilung Q, d. h. der Abstand zwischen den Schläuchen 8 als Flachrohre 13 gemäß der Darstellung in Fig. 4, beträgt dabei zwischen 5 und 30 mm, vorzugsweise 9 bis 18 mm und die Bautiefe T_N gemäß der Darstellung in Fig. 8 beträgt 6 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 40 mm. Die Dicke der Leiterplatten 6, 7 beträgt 0,2 bis 1,5 mm und die Breite des Rohres 18 beträgt 2 bis 10 mm. Die Dicke der PTC-Elemente 3 liegt im Bereich zwischen 0,8 bis 3 mm.

[0039] Zwischen den Schläuchen 8 sind Wellrippen 12 als Wärmeleitelemente 11 angeordnet (Fig. 2 bis 6). Die Wellrippen 12 dienen dabei dazu, die Oberfläche des Wärmeübertragers 1 zu vergrößern, um die von den PTC-Elementen 3 abgegebene Wärme besser an die Luft abgeben zu können, welche durch den Wärmeübertrager 1 strömt. Dabei stellen auch die Schläuche 8 Wärmeleitelemente 11 dar, weil diese eine große Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

[0040] Die Schläuche 8 als Schrumpfschläuche 32 weisen ein erstes oberes Ende 14 und ein zweites unteres Ende 15 auf. Der Schlauch 8 ist dabei am unteren zweiten Ende 15 fluiddicht verschlossen und weist am ersten oberen Ende 14 eine Öffnung 23 auf (Fig. 5). Die Öffnung 23 ist dabei von einem nicht dargestellten Dichtmittel, z. B. ein Silikongel oder ein elastische Dichtgummi, fluiddicht verschlossen. Dadurch sind die PTC-Element 3 und die beiden Leiter 4 innerhalb des von dem Schlauch 8 eingeschlossenen Hohlraumes 19 fluiddicht von der Umgebung abgetrennt (nicht dargestellt). In der Darstellung in den Fig. 2 bis 4 ist die Ausdehnung von Metallplatten 34 als Blechplatten 38, welche auch Wärmeleitelemente 11 bilden, in Richtung der von den Metallplatten 34 aufgespannten Ebene und in Richtung von der Zeichenebene von Fig. 9 bei der Darstellung in den Fig. 2 bis 5 kleiner als in der Darstellung in Fig. 9, so dass in den Fig. 2 bis 4 die Metallplatten 34 nicht sichtbar sind. Die Blechplatten 38 sind dabei stoffschlüssig mit Klebstoff auf die Breitseitenwandungen 20 des Schrumpfschlauches 8 aufgeklebt. Auch die PTC-Elemente 3 sind - wie bereits beschrieben - auf die Leiter 4 stoffschlüssig mit Klebstoff aufgeklebt und auch die beiden Leiter 4 sind auf die Innenseiten der beiden Breitseitenwandungen 20 des Schlauches 8 aufgeklebt.

[0041] Bei einer Anordnung von einer Vielzahl von Wärmeübertragern 1 bzw. Heizregistern 9 zu einer Anordnung gemäß Fig. 6 sind zwischen den Wärmeübertragern 1 gemäß Fig. 9 die Wellrippen 12 angeordnet und diese aufgrund einer Druckkraft 33, welche von einem Spannrahmen 37 aufgebracht ist, kraftschlüssig mit dem Wärmeübertrager 1 gemäß der Darstellung in Fig. 9 verbunden.

[0042] In Fig. 7 ist ein Querschnitt des Wärmeübertragers 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 beschrieben. Anstelle der Blechplatten 38 sind außenseitig an den Breitseitenwandungen 20 des Schlauches 8 U-förmige Metallplatten 39 angeordnet. Die U-förmigen Metallplatten 39 umschließen den Schlauch 8 nicht fluiddicht und dienen wie im dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 als Auflager für die Wellrippen 12. Die PTC-Elemente 3 sowie die Leiter 4 und der Schlauch 8 sind analog zu dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 mit Klebstoff stoffschlüssig miteinander verbunden. Die U-förmigen Metallplatten 39 sind dabei stoffschlüssig mit Klebstoff oder kraftschlüssig an dem Schlauch 8 befestigt. Bei den kraftschlüssigen Befestigungen sind dabei die U-förmigen Metallplatten 39 miteinander dahingehend verbunden, dass die U-förmigen Metallplatten 39 unter einer Druckvorspannung auf dem Schlauch 8 aufliegen. Die U-förmigen Metallplatten 39 können dabei entweder mittels Klebstoff, oder durch Schweißen oder Klipsen miteinander an den Enden verbunden sein. Dabei sind in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 die beiden U-förmigen Metallplatten 39 mit einer unterschiedlichen Geometrie ausgebildet.

[0043] In Fig. 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 beschrieben. Die beiden U-förmigen Metallplatten 39 sind nicht mit einer unterschiedlichen Geometrie ausgebildet, sondern weisen eine identische Form auf.

[0044] In Fig. 10 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1 beschrieben. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 beschrieben. Auf die beiden Metallplatten 34 ist von einer Spannfeder 40 eine Druckkraft aufgebracht, so dass die beiden Metallplatten 34, der Schlauch 8, die beiden Leiter 4 und die PTC-Elemente 3 als elektrische Widerstandsheizelemente 2 aufgrund der Vorspannung unter Druckkraft kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Das in Fig. 11 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1 unterscheidet sich von dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 nur dadurch, dass zwei Spannfedern 40 auf die beiden Metallplatten 34 eine Druckkraft aufbringen.

[0045] Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 und der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugklimaanlage 24 wesentliche Vorteile verbunden. Der Schlauch 8 schließt den Hohlraum 19 ein und innerhalb des Hohlraumes 19 sind die beiden Leiter 4 sowie die PTC-Elemente 3 fluiddicht von dem Schlauch 8 eingeschlossen. Der Schlauch 8 in der Form eines Rohres 18, insbesondere Flachrohres 13, bildet damit einerseits den Hohlraum 19 zur Aufnahme der PTC-Elemente 3 und der Leiter 4 und ermöglicht zusätzlich als elektrisches Isolierelement 22 die elektrische Isolierung der PTC-Elemente 3 und der Leiter 4. Dadurch können Bauteile bei der Herstellung des Wärmeübertragers 1 eingespart werden und aufgrund der Stoffeigenschaften des Schlauches 8 weist dieser bei einer ausreichend großen Wärmeleitfähigkeit auch eine ausreichende elektrische Isolation auf.

Bezugszeichenliste

[0046] 

1

Wärmeübertrager

2

Elektrisches Widerstandsheizelement

3

PTC-Element

4

Leiter

5

Elektrische Kontaktplatte

6

Erste Leiterplatte

7

Zweite Leiterplatte

8

Schlauch

9

Heizregister

10

Heizeinheit

11

Wärmeleitelement

12

Wellrippen

13

Flachrohr

14

Erstes Ende

15

Zweites Ende

16

Wandungen des Rohres

17

Hohlraumwandung

18

Rohr

19

Hohlraum

20

Breitseitenwandung

21

Schmalseitenwandung

22

Elektrisches Isolierelement

23

Öffnung am ersten Ende

24

Kraftfahrzeugklimaanlage

25

Gebläse

26

Klimaanlagengehäuse

27

Bodenwandung

28

Gehäusewandung

29

Austrittsabschnitt

30

Filter

31

Kältemittelverdampfer

32

Schrumpfschlauch

33

Druckkraft

34

Metallplatte

35

Kanal

36

Oberfläche

37

Spannrahmen 38 Blechplatte

39

U-förmige Metallplatte

40

Spannfeder

H_N

Netzhöhe

B_N

Netzbreite

Q

Querteilung

T_N

Bautiefe

Ansprüche

1. Wärmeübertragern (1), umfassend

- wenigstens ein elektrisches Widerstandsheizelement (2), insbesondere wenigstens ein PTC-Element (3),

- wenigstens zwei mit dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement (2) elektrisch leitend verbundene Leiter (4), insbesondere Leiterplatten (6, 7), um elektrischen Strom durch das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement (2) zu leiten und dadurch das elektrische Widerstandsheizelement (2) zu erwärmen,

- wenigstens ein elektrisches Isolierelement (22), welches die wenigstens zwei Leiter (4) elektrisch isoliert, wobei

- die wenigstens zwei Leiter (4) und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement (2) in wenigstens einem von wenigstens einer Hohlraumwandung (17) begrenzten Hohlraum (19) angeordnet sind, wobei

die wenigstens eine Hohlraumwandung (17) von dem wenigstens einen elektrischen Isolierelement (22) gebildet ist, wobei das wenigstens eine elektrische Isolierelement (22) ein Schlauch (8) ist und der Schlauch (8) die fluiddichte, äußerste Hohlraumwandung (17) als Rohr (18) bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schlauch (8) elastisch ist, wobei der Schlauch (8) aus Kunststoff mit wärmeleitenden Partikeln besteht, wobei der Schlauch (8) an einem ersten Ende (14) geöffnet ist und an einem anderen zweiten Ende (15) geschlossen ist, wobei der Schlauch (8) fluiddicht ist und als Öffnung (23) nur das erste geöffnete (14) Ende aufweist.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (8) ein Schrumpfschlauch (32) ist.

3. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (8) zwei Breitseitenwandungen (20) und zwei Schmalseitenwandungen (21) aufweist.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitenden Partikel aus Bornitrid und/oder Siliziumkarbid und/oder Metalioxide, z. B. Aluminiumoxid oder Berylliumoxyd, bestehen.

5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Leiter (4) und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement (2) vollständig von dem wenigstens einen elektrischen Isolierelement (22), insbesondere Schlauch (8), eingeschlossen sind.

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den wenigstens zwei Leitern (4) jeweils eine Kontaktplatte (5) oder eine Stromleitung angeordnet ist und diese durch die Öffnung (23) an dem ersten Ende (14) des Schlauches (8) fluiddicht geführt ist, so dass die zwei Leiter (4) und das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement (2) fluiddicht von dem Schlauch (8) eingeschlossen sind.

7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement (2) mit den wenigstens zwei Leitern (4) stoffschlüssig, insbesondere mit Kleben, verbunden ist.

8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) wenigstens ein Wärmeleitelement (11), z. B. eine Metallplatte (34) und/oder Wellrippen (12), zur Übertragung von Wärme von dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement (2) auf ein zu erwärmendes Fluid umfasst.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeleitelement (11) mit dem wenigstens einen Isolierelement (22), insbesondere Schlauch (8), stoffschlüssig, z. B. mit Kleben, und/oder kraftschlüssig, z. B. mit wenigstens einer Spannfeder (40) oder Clips, verbunden ist.

10. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Wärmeübertragern (1) mit einem Spannrahmen (37) und/oder mit einer Verlötung und/oder einer Verschweißung miteinander verbunden sind.

11. Kraftfahrzeugklimaaniage (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugklimaanlage (24) wenigstens einen Wärmeübertrager (1) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

Claims

1. A heat exchanger (1), comprising

- at least one electrical resistance heating element (2), in particular at least one PTC element (3),

- at least two conductors (4) which are connected to the at least one electrical resistance heating element (2) in an electrically conductive manner, in particular printed circuit boards (6, 7) in order to conduct electrical current through the at least one electrical resistance heating element (2) and thus heat the electrical resistance heating element (2),

- at least one electrical insulating element (22) which electrically insulates the at least two conductors (4), wherein

- the at least two conductors (4) and the at least one electrical resistance heating element (2) are arranged in at least one cavity (19) delimited by at least one cavity wall (17), wherein the at least one cavity wall (17) is formed by the at least one electrical insulating element (22), wherein the at least one electrical insulating element (22) is a hose (8) and the hose (8) forms the fluid-tight outer cavity wall (17) in the form of a tube (18), characterised in that the hose (8) is flexible, wherein the hose (8) consists of plastic with heat-conducting particles, wherein the hose (8) is open at a first end (14) and closed at another second end (15), wherein the hose (8) is fluid-tight and only has the first open (14) end as an opening (23) .

2. The heat exchanger according to claim 1, characterised in that the hose (8) is a shrink hose (32).

3. The heat exchanger according to one of claims 1 or 2, characterised in that the hose (8) has two broadside walls (20) and two narrow side walls (21).

4. The heat exchanger according to claim 3, characterised in that the heat-conducting particles consist of boron nitride and/or silicon carbide and/or metal oxide, e.g. aluminium oxide or beryllium oxide.

5. The heat exchanger according to one of the preceding claims, characterised in that the at least two conductors (4) and the at least one electrical resistance heating element (2) are fully enclosed by the at least one electrical insulating element (22), in particular hose (8).

6. The heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterised in that one contact plate (5) or one power line each is arranged on the at least two conductors (4) and is guided through the opening (23) at the first end (14) of the hose (8) in a fluid-tight manner, so that the two conductors (4) and the at least one electrical resistance heating element (2) are enclosed by the hose (8) in a fluid-tight manner.

7. The heat exchanger according to one of the preceding claims, characterised in that the at least one electrical resistance heating element (2) is connected to the at least two conductors (4) in a positive manner, in particular by gluing.

8. The heat exchanger according to one of the preceding claims, characterised in that the heat exchanger (1) comprises at least one heat-conducting element (11), e.g. a metal plate (34) and/or corrugated ribs (12), for the transfer of heat from the at least one electrical resistance heating element (2) to a fluid to be heated.

9. The heat exchanger according to claim 8, characterised in that the at least one heat-conducting element (11) is connected to the at least one insulating element (22), in particular hose (8), in a positive manner, e.g. by gluing, and/or in a non-positive manner, e.g. by means of at least one tension spring (40) or clips.

10. The heat exchanger according to one of the preceding claims, characterised in that a plurality of heat exchangers (1) is connected to one another by means of a clamping frame (37) and/or soldering and/or welding.

11. A vehicle air-conditioning system (24), characterised in that the vehicle air-conditioning system (24) comprises at least one heat exchanger (1) according to one or more of the preceding claims.

Revendications

1. Echangeur de chaleur (1) comprenant

- au moins un élément chauffant à résistance électrique (2), en particulier au moins un élément (3) - CTP - à coefficient de température positif,

- au moins deux conducteurs (4) raccordés de manière électroconductrice à l'élément chauffant à résistance électrique (2) au moins au nombre de un, en particulier des plaques à circuits imprimés (6, 7) destinées à faire passer du courant électrique à travers l'élément chauffant à résistance électrique (2) au moins au nombre de un et, de ce fait, destinées à chauffer l'élément chauffant à résistance électrique (2),

- au moins un élément isolant électrique (22) qui isole électriquement les conducteurs (4) au moins au nombre de deux, où

- les conducteurs (4) au moins au nombre de deux et l'élément chauffant à résistance électrique (2) au moins au nombre de un sont disposés dans au moins un espace creux (19) délimité par au moins une paroi d'espace creux (17),

où la paroi d'espace creux (17) au moins au nombre de un est formée par l'élément isolant électrique (22) au moins au nombre de un, où l'élément isolant électrique (22) au moins au nombre de un est un tube flexible (8), et le tube flexible (8) forme, comme tube (18), la paroi d'espace creux (17) placée le plus à l'extérieur et étanche au fluide, caractérisé en ce que le tube flexible (8) est élastique, où le tube flexible (8) se compose d'une matière plastique comprenant des particules conductrices de la chaleur, où le tube flexible (8) est ouvert au niveau d'une première extrémité (14) et est fermé au niveau d'une seconde autre extrémité (15), où le tube flexible (8) est étanche au fluide et présente, comme ouverture (23), seulement la première extrémité ouverte (14).

2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube flexible (8) est un tube flexible thermorétractable (32).

3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube flexible (8) présente deux parois à grands côtés (20) et deux parois à petits côtés (21).

4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les particules conductrices de la chaleur se composent de nitrure de bore et / ou de carbure de silicium et / ou d'oxydes métalliques, par exemple d'oxyde d'aluminium ou d'oxyde de béryllium.

5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conducteurs (4) au moins au nombre de deux et l'élément chauffant à résistance électrique (2) au moins au nombre de un sont complètement enfermés par l'élément isolant électrique (22) au moins au nombre de un, en particulier par le tube flexible (8).

6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une plaque de contact (5) ou une ligne de courant est disposée à chaque fois sur les conducteurs (4) au moins au nombre de deux, et cette plaque de contact ou cette ligne de courant est guidée, en étant étanche au fluide, à travers l'ouverture (23) formée au niveau de la première extrémité (14) du tube flexible (8), de sorte que les deux conducteurs (4) et l'élément chauffant à résistance électrique (2) au moins au nombre de un sont enfermés, par le tube flexible (8), en étant étanches au fluide.

7. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant à résistance électrique (2) au moins au nombre de un est assemblé, par continuité de matière, avec les conducteurs (4) au moins au nombre de deux, l'assemblage étant réalisé en particulier par collage.

8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (1) comprend au moins un élément conducteur de la chaleur (11), par exemple une plaque métallique (34) et / ou des ailettes ondulées (12), servant à la transmission de chaleur depuis l'élément chauffant à résistance électrique (2) au moins au nombre de un, jusqu'à un fluide à chauffer.

9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément conducteur de la chaleur (11) au moins au nombre de un est assemblé, par continuité de matière, avec l'élément isolant (22) au moins au nombre de un, en particulier le tube flexible (8), ledit assemblage étant réalisé par collage, et / ou assemblé par action de force, par exemple avec au moins un ressort tendeur (40) ou des clips.

10. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur (1) formant une multiplicité d'éléments sont assemblés les uns aux autres, avec un cadre de serrage (37), et / ou en effectuant un brasage et / ou un soudage.

11. Système de climatisation d'un véhicule automobile (24), caractérisé en ce que le système de climatisation d'un véhicule automobile (24) comprend au moins un échangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque ou plusieurs des revendications précédentes.

Zeichnung