DE102009038978A1 - Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten - Google Patents
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-
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten mit einem Gehäuse, das einen von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmbaren Innenraum mit einer Gehäuseöffnung zum Flüssigkeitseintritt und einer Gehäuseöffnung zum Flüssigkeitsaustritt aufweist.
- Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in Fahrzeugen benötigt, um wässrige Flüssigkeiten, in der Regel Mischungen aus Wasser und einem Frostschutzmittel, beispielsweise Glykol, zu erwärmen. Dabei stellt sich das Problem, dass relativ große Energiemengen möglichst gleichmäßig und rasch in die zu erwärmende Flüssigkeit eingebracht werden sollen. Eine punktuelle Erwärmung der Flüssigkeit sollte möglichst vermieden werden, da eine solche zu einer lokalen Überhitzung und Zersetzung der Flüssigkeit führen kann.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie Wärmeenergie rasch und gleichmäßig in eine zu erwärmende Flüssigkeit eingebracht werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung hat ein Gehäuse, in dem ein von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmbarer Kanal verläuft, der von einer Gehäuseöffnung zum Flüssigkeitseintritt zu einer Gehäuseöffnung zum Flüssigkeitsaustritt führt. Der Kanal verläuft dabei in mehreren Windungen an einer Gehäusewand entlang, die wenigstens ein Heizungsgehäuse trägt, in dem wenigstens ein elektrisches Heizelement angeordnet ist. Vorteilhaft kann die Gehäusewand auf diese Weise eine Wärmeverteilplatte bilden, welche die von dem oder den Heizelementen erzeugte Wärme großflächig verteilt. Die erzeugte Wärme kann deshalb von einer in dem Strömungskanal mit mehreren Windungen an der Gehäusewand entlang strömenden Flüssigkeit rasch und gleichmäßig aufgenommen werden kann.
- Bevorzugt ist das Gehäuse aus mindestens zwei Gehäuseteilen zusammengefügt, zwischen denen der Strömungskanal verläuft. Die beiden Gehäuseteile können stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen, flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sein. Es ist aber auch möglich, dass zwischen den Gehäuseteilen eine Dichtung verpresst ist und auf diese Weise eine flüssigkeitsdichte Verbindung der beiden Gehäuseteile erreicht wird. Hierfür können die Gehäuseteile von Schrauben zusammengehalten werden, so dass ein zwischen den Gehäuseteilen liegender Dichtring verpresst wird. Die beiden Gehäuseteile weisen bevorzugt jeweils eine plattenförmige Wand auf, die den Boden bzw. einen Deckel des Gehäuses bildet.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht dabei vor, dass zumindest eines der beiden Gehäuseteile an seiner Innenseite eine Struktur zur Ausbildung des Kanals aufweist. Die Struktur kann beispielsweise durch eine Nut in dem Gehäuseteil bestehen und/oder durch nach innen ragende Erhebungen gebildet sein, die den Kanal begrenzen. Eine solche Struktur kann besonders vorteilhaft bei einem Gussteil ausgebildet sein. Bevorzugt ist deshalb wenigstens eines der beiden Gehäuseteile, insbesondere das die beiden Öffnungen aufweisende Gehäuseteil, ein Gussteil.
- Bevorzugt bilden die Gehäuseteile Wände des Kanals. Eine durch den Kanal strömende Flüssigkeit tritt deshalb mit den beiden Gehäuseteilen in Kontakt und kann von diesen Wärme effizient aufnehmen.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
-
1 : Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 : eine weitere Ansicht zu1 ; -
3 : eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie AA von2 ; -
4 : ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
5 : eine Seitenansicht zu4 ; -
6 : eine Schnittansicht zu4 entlang der Schnittlinie AA; -
7 : eine Schnittansicht zu5 entlang der Schnittlinie CC; -
8 : eine Seitenansicht zu4 ; -
9 eine Schnittansicht zu4 entlang BB; und -
10 : ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. - Die in den
1 bis3 dargestellte Vorrichtung dient zum Erwärmen von wässrigen Flüssigkeiten in Fahrzeugen, insbesondere Mischungen aus Wasser und Frostschutzmittel, beispielsweise Glykol. Die Vorrichtung hat ein Gehäuse, in dem ein von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmbare Kanal1 verläuft, der von einer Gehäuseöffnung6 zum Flüssigkeitseintritt zu einer Gehäuseöffnung7 zum Flüssigkeitsaustritt führt. In den beiden Gehäuseöffnungen6 ,7 ist jeweils eine Tülle2 eingesetzt, beispielsweise eine eingeschraubte Gewindetülle. Der Kanal1 läuft mit mehreren Windungen an einer Gehäusewand entlang, die mehrere als Vierkantrohre ausgebildete Heizungsgehäuse3 trägt, in denen jeweils wenigstens ein, bevorzugt mehrere, elektrische Heizelemente, angeordnet sind. - Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen
4 ,5 zusammengefügt, zwischen denen der mäanderförmige Strömungskanal1 verläuft. Zwischen den beiden durch Schrauben miteinander verbundenen Gehäuseteilen4 ,5 ist ein Dichtring8 verpresst. Eines oder beide Gehäuseteile4 ,5 können beispielsweise durch Gießen, insbesondere durch Druckguss, hergestellt sein. Der Kanal1 kann in einem als Gussteil ausgebildeten Gehäuseteil4 ,5 vorteilhaft durch eine innere Struktur ausgebildet sein, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Nut ist. - Eines der beiden Gehäuseteile
4 trägt die in den Heizungsgehäusen3 enthaltenen Heizelemente, während das andere Gehäuseteil5 die Gehäuseöffnungen6 ,7 zum Flüssigkeitseintritt und Flüssigkeitsaustritt aufweist. Die Gehäuseöffnungen6 ,7 sind also in einer Gehäusewand angeordnet, die der die Heizungsgehäuse3 tragenden Gehäusewand gegenüberliegt. - Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Heizungsgehäuse
3 als ein Strangpressprofil ausgebildet, das an einem Gehäuseteil4 befestigt ist, beispielsweise durch Löten, Schweißen oder mit einem Wärmeleitkleber. Die Gehäusewand dieses Gehäuseteils4 bildet eine Wärmeverteilplatte, bewirkt also eine flächige Verteilung der von den Heizelementen erzeugten Wärme, so dass diese von einer durch den Kanal strömenden Flüssigkeit aufgenommen werden kann. - Anstatt das Strangpressprofil an dem Gehäuse zu befestigen, ist es auch möglich, dass das Strangpressprofil eine Gehäusewand und somit einen Gehäuseteil bildet, der beispielsweise als Gehäusedeckel das Gehäuse verschließt. Beispielsweise kann das Strangpressprofil eine die einzelnen Rohrgehäuse verbindende Platte aufweisen, welche eine Gehäusewand bildet.
- In den
4 bis9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das ebenfalls ein aus zwei Teilen4 ,5 zusammengefügtes Gehäuse aufweist, in dem ein von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmbarer Kanal1 zwischen zwei Gehäuseöffnungen verläuft. Ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verläuft der Kanal1 in mehreren Windungen an einer Gehäusewand entlang, die mehrere als Rohre ausgebildete Heizungsgehäuse3 trägt, in denen jeweils mehrere elektrische Heizelemente9 angeordnet sind. Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Heizungsgehäuse3 aber nicht außen an dem durchströmbaren Gehäuse der Vorrichtung, sondern in dessen durchströmbaren Innenraum angeordnet. Die Heizungsgehäuse3 werden im Betrieb also von einer zu erwärmenden Flüssigkeit umspült, die mäanderförmig an den einzelnen Heizungsgehäusen3 entlang geführt wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine noch bessere Wärmeankopplung der Heizungsgehäuse3 an die zu erwärmende Flüssigkeit erreicht werden. - Bei den in den Heizungsgehäusen
3 angeordneten Heizelementen9 handelt es sich um PTC-Heizelemente, bevorzugt um keramische Heizelemente, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat. PTC-Heizelemente zeigen bei einer kritischen Temperatur einen sprunghaften Anstieg ihres elektrischen Widerstandes, so dass eine Überhitzung weitestgehend ausgeschlossen ist. Die Heizelemente9 sind in den Heizungsgehäusen3 zwischen zwei Kontaktplatten10 angeordnet, die elektrisch gegenüber den Heizungsgehäusen3 isoliert sind und aus den Heizungsgehäusen3 herausragen. Wie insbesondere in2 erkennbar, sind die Kontaktplatten10 an ihren herausragenden Enden umgebogen und zur Spannungsversorgung an quer zu ihrer Längsrichtung verlaufende Stromschienen11 angeschlossen. Die Stromschienen11 können ebenso wie die Kontaktplatten10 als Blechstreifen ausgebildet sein. Die Kontaktplatten10 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit den Stromschienen11 verschraubt. - Um die Wärmeankopplung der Heizelemente
9 an die Heizungsgehäuse3 zu verbessern, können die Heizungsgehäuse3 nach dem Einbringen der PTC-Elemente verpresst werden. Dies kann vor dem Zusammenbau des flüssigkeitsdurchströmbaren Gehäuses geschehen. Möglich ist es auch, die Heizungsgehäuse3 zu verpressen, indem mit einer Presskraft auf die beiden Gehäuseteile4 ,5 eingewirkt wird, zwischen denen die Heizungsgehäuse3 angeordnet sind. In diesem Fall ist darauf zu achten, dass die Kontaktplatten10 in den Heizungsgehäusen3 so angeordnet sind, dass ihre Flachen der Gehäuseoberseite bzw. der Gehäuseunterseite, auf welche die Presskraft einwirkt, zugewandt sind. - Besonders vorteilhaft kann ein Gehäuseteil
4 von einem Strangpressprofil gebildet sein, das mehrere über eine Platte verbundene Rohrgehäuse für die Heizelemente aufweist. Dieses Gehäuseteil4 kann mit einem zweiten Gehäuseteil5 verbunden werden, das in seinen Seitenwänden Aussparungen für die Heizungsgehäuse3 aufweist. Das zweite Gehäuseteil5 liegt mit seiner Innenseite an den Heizungsgehäusen3 an, so dass diese Wände des Kanals1 bilden. Das zweite Gehäuseteil5 , das bevorzugt durch Gießen oder Tiefziehen hergestellt ist und die beiden Gehäuseöffnungen6 ,7 aufweist, hat auf seiner Innenseite vor jeder zweiten Aussparung eine Vertiefung12 , durch die Flüssigkeit unter dem darauf liegenden Heizungsgehäuse3 hindurch treten kann, so dass sich ein Kanal1 mit einem mäanderförmiger Strömungsverlauf ergibt. - In
10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten dargestellt, die sich von dem in den1 bis3 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur durch die Ausgestaltung der Heizungsgehäuse3 und der darin angeordneten Heizelemente unterscheidet. Die Heizungsgehäuse3 des in10 dargestellten Ausführungsbeispiels sind keine Strangpressprofile, sondern gegossene oder tiefgezogene Gehäuse3 , die mittels Schrauben an der Gehäusewand der Vorrichtung befestigt sind. Die in den Heizungsgehäusen3 angeordneten Widerstände können beispielsweise aus Widerstandsdraht bestehen und durch Schraub- oder Steckkontakte an das Bordnetz eines Fahrzeugs angeschlossen werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kanal
- 2
- Tülle
- 3
- Heizungsgehäuse
- 4
- Gehäuseteil
- 5
- Gehäuseteil
- 6
- Gehäuseöffnung
- 7
- Gehäuseöffnung
- 8
- Dichtring
- 9
- Heizelement
- 10
- Kontaktplatten
- 11
- Stromschienen
- 12
- Vertiefung
Claims (18)
- Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten mit einem Gehäuse (
4 ,5 ), in dem ein von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmbaren Kanal (1 ) verläuft, der von einer Gehäuseöffnung (6 ) zum Flüssigkeitseintritt zu einer Gehäuseöffnung (7 ) zum Flüssigkeitsaustritt führt, wobei der Kanal (1 ) mit mehreren Windungen an einer Gehäusewand entlang verläuft, die wenigstens ein Heizungsgehäuse (3 ) trägt, in dem wenigstens ein elektrisches Heizelement (9 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen (
4 ,5 ) zusammengefügt ist, zwischen denen der Strömungskanal (1 ) verläuft. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gehäuseteilen (
4 ,5 ) eine Dichtung (8 ) verpresst ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Gehäuseteile (
5 ) ein Gussteil ist. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseöffnungen (
6 ,7 ) in dem gegossenen Gehäuseteil (5 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizungsgehäuse (
3 ) einstückig mit der Gehäusewand ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand eine Wärmeverteilplatte bildet.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseöffnungen (
6 ,7 ) in einer Gehäusewand angeordnet sind, die der das Heizungsgehäuse (3 ) tragenden Gehäusewand gegenüberliegt. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die beiden Gehäuseöffnungen (
6 ,7 ) jeweils eine Gewindetülle (2 ) eingeschraubt ist. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizungsgehäuse (
3 ) ein Rohr, insbesondere ein Vierkantrohr, ist. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heizungsgehäuse (
3 ) von einem einzigen Strangpressprofil gebildet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil die Gehäusewand bildet.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizelement (
9 ) ein PTC-Heizelement ist. - Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement (
9 ) in dem Heizungsgehäuse (3 ) zwischen zwei gegenüber dem Heizungsgehäuse (3 ) elektrisch isolierten Kontaktplatten (10 ) angeordnet ist, die aus dem Heizungsgehäuse (3 ) herausragen. - Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatten (
10 ) zur Spannungsversorgung an quer zu ihrer Längsrichtung verlaufenden Stromschienen (11 ) angeschlossen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatten (
10 ) mit den Stromschienen (11 ) verschraubt sind. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Heizungsgehäuse (
3 ) an einer Außenseite des Gehäuses (4 ,5 ) angeordnet ist. - Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Erwärmen einer wässrigen Flüssigkeit, insbesondere einer Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel, in einem Fahrzeug.
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