DE102011050992A1

DE102011050992A1 - Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102011050992A1
Application number: DE102011050992A
Authority: DE
Inventors: Ralph Wächter; Norbert Ernst
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten, mit einer Schale (2) aus Metall, die in einer Oberseite einen gewundenen Kanal (2a) für zu erwärmende Flüssigkeit aufweist, eineeckt, und Heizstäben (1), die jeweils wenigstens ein keramisches Heizelement enthalten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Heizstäbe (1) an der Unterseite der Schale (2) angeordnet sind. Bevorzugt sind die Heizstäbe (1) von einer zweiten Schale (2) bedeckt, die mit ihrer Unterseite der ersten Schale (2) zugewandt ist und in einer Oberseite einen gewundenen Kanal (2a) für zu erwärmende Flüssigkeit aufweist, und die Oberseite der zweiten Schale (2) von einem zweiten Deckel (3) bedeckt ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, wie sie aus der DE 10 2009 038 978 A1 bekannt ist.
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, das 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 sich die Beheizung von Flüssigkeiten in Kraftfahrzeugen noch weiter verbessern lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können Heizstäbe zwischen zwei Schalen angeordnet sein, die an ihrer von den Heizstäben abgewandten Oberseite jeweils einen gewundenen Kanal für zu erwärmende Flüssigkeit aufweisen. Die Oberseiten der beiden Schalen sind jeweils mit einem Deckel bedeckt, der eine obere Wand der gewundenen Kanäle bildet. Die von den Heizstäben erzeugte Wärme kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders effizient an die zu erwärmende Flüssigkeit abgeführt werden, da die Heizstäbe auf zwei gegenüberliegenden Seiten an den Schalen anliegen. Leistungsverluste durch Strahlung oder Wärmeabgabe an Umgebungsluft können so vorteilhaft minimiert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der beiden Schalen an ihrer Unterseite Nuten aufweist, in denen die Heizstäbe angeordnet sind. Vorteilhaft können die Heizstäbe auf diese Weise auf ihrer gesamten Umfangsfläche mit den beiden Schalen in wärmeleitendem Kontakt stehen, so dass die von den Heizstäben erzeugte Wärme besonders effizient an die beiden Schalen und von diesen an zu erwärmende Flüssigkeit abgeführt werden kann. Möglich ist es dabei, das nur eine der beiden Schalen an ihrer Unterseite Nuten aufweist, während die andere Schale eine glatte Unterseite hat. Bevorzugt haben aber beide Schalen an ihrer Unterseite Nuten. Die Heizstäbe können dabei jeweils auf der Hälfte ihres Umfangs an der betreffenden Schale anliegen. Besonders bevorzugt sind beide Schalen gleich ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich eine kostengünstige und effiziente Fertigung realisieren.
Die beiden Deckel sind bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet. Die gegenüber Metall schlechtere Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff bietet dabei den Vorteil, dass sich die Deckel im Betrieb der Vorrichtung weniger stark erwärmen und deshalb auch weniger Wärme an die Umgebung der Vorrichtung abgeben.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Deckel Teil eines Gehäuses sind, in dem die Schalen eingeschlossen sind. Vorteilhaft können die Schalen so gegenüber der Umgebung thermisch isoliert und Leistungsverluste reduziert werden. Die Deckel können die einzigen Teile des Gehäuses sein oder zusammen mit einem Teil oder weiteren Teilen das Gehäuse bilden.
Bevorzugt sind die Kanäle in den beiden Schalen durch einen Leitungsabschnitt, beispielsweise einen Schlauch oder ein Rohr miteinander verbunden, so dass die Flüssigkeit zu erst durch den Kanal der einen Schale und danach durch den Kanal der anderen Schale strömt. Öffnungen zum Anschließen eines solchen Leitungsabschnitts sind bevorzugt in den Seitenflächen der beiden Schalen angeordnet. Es ist aber auch möglich, die Vorrichtung zum Erwärmen von unterschiedlichen Flüssigkeiten auszubilden, indem die Kanäle in den beiden Schalen nicht miteinander verbunden sind. Beispielsweise könnte in dem Kanal der ersten Schale Waschflüssigkeit für einen Scheibenwischer und in der zweiten Schale Flüssigkeit für eine Fahrzeugklimaanlage erwärmt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung; und
2 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels.
Die in den 1 und 2 dargestellte Vorrichtung dient zum Erwärmen von Flüssigkeiten, beispielsweise wässrigen Flüssigkeiten in Kraftfahrzeugen. Die dargestellte Heizvorrichtung hat mehrere, beispielsweise drei bis sechs, Heizstäbe 1, die jeweils ein Rohrgehäuse aufweisen, in dem wenigstens ein nicht dargestelltes Heizelement, beispielsweise ein keramisches PTC-Heizelement angeordnet ist. Die Heizstäbe 1 sind zwischen zwei Schalen 2 angeordnet, die mit ihren Unterseiten an einander anliegen und an ihren Oberseiten einen gewundenen Kanal 2a für zu erwärmende Flüssigkeit aufweisen. Die Oberseiten der Schalen 2 sind jeweils von einem Deckel 3 bedeckt. Die Schalen 2 sind aus Metall, beispielsweise aus einer Aluminiumbasislegierung. Die Deckel 3 sind bevorzugt aus Kunststoff.
An ihrer Unterseite haben die Schalen 2 mehrere Nuten 2b, in denen jeweils ein Heizstab 1 liegt, der bevorzugt vierkantig ausgebildet ist. Ein Ende der Heizstäbe 1 liegt in den Nuten 2b. Aus dem anderen Ende der Heizstäbe 1 ragen ein oder zwei Kontaktbleche 4 heraus, mit denen die in den Heizstäben 1 enthaltenen Heizelemente elektrisch kontaktiert werden können. An sich genügt ein einziges Kontaktblech pro Heizstab 1, wenn das Gehäuse des Heizstabs 1 zur Massekontaktierung der Heizelemente genutzt wird. Bevorzugt sind die Heizelemente aber elektrisch gegenüber dem Gehäuse der Heizstäbe 1 isoliert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Heizelemente jeweils zwischen zwei Kontaktblechen 4 angeordnet sind, die jeweils mit einer Isolationsschicht, beispielsweise einem Streifen aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial gegenüber den Rohrgehäusen isoliert sind, die bevorzugt Vierkantrohre sind.
Die Rohrgehäuse der Heizstäbe 1 können so kurz sein, dass beide Enden der Rohrgehäuse zwischen den beiden Schalen 2 liegen. Die Kontaktbleche 4 ragen aus den Rohrgehäusen und aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Metallschalen 2 hinaus.
Die Deckel 3 können Teil eines Gehäuses sein, das die Schalen 2 umgibt. Bevorzugt bilden die Deckel 3 zusammen mit einem weiteren Gehäuseteil 5, das bevorzugt aus Kunststoff ist, ein Gehäuse, in dem die Schalen 2 eingeschlossen und thermisch gegenüber der Umgebung sind. In dem Gehäuse, insbesondere an einer Stirnseite der Schalen 2, kann zusätzlich auch eine nicht dargestellte Steuerelektronik zum Steuern oder Regeln der Heizleistung angeordnet sein.
Die Schalen 2 weisen in einer Seitenwand jeweils eine bzw. Eintritts- bzw. Austrittsöffnung 6a, 6b für zu erwärmende Flüssigkeit auf. Bevorzugt sind die Schalen 2 rechteckig. Eintritts- und Austrittsöffnungen 6a, 6b können dabei in derselben Seitenwand einer Metallschale 2 angeordnet sein. Bevorzugt sind Eintritts- und Austrittsöffnungen 6a, 6b aber in verschiedenen Seitenwänden der Schalen 2 angeordnet. Eine Eintrittsöffnung 6b der ersten Schale kann von einem U-förmigen Leitungsabschnitt (nicht dargestellt), beispielsweise einem U-förmig gebogenem Rohr oder Schlauch, mit einer Eintrittsöffnung 6a der zweiten Schale verbunden sein.
Die Schalen 2 weisen miteinander fluchtende Löcher auf, in die zum Verbinden der beiden Schalen 2 nicht dargestellte Schrauben gesteckt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Heizstab
2: Schalen
2a: Kanal
2b: Nuten
3: Deckel
4: Kontaktbleche
5: Gehäuseteil
6a: Eintrittsöffnung
6b: Austrittsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009038978 A1 [0001]

Claims

Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten, mit einer Schale (2) aus Metall, die in einer Oberseite einen gewundenen Kanal (2a) für zu erwärmende Flüssigkeit aufweist, einem Deckel (3), der die Oberseite der Schale (2) bedeckt, und Heizstäben (1), die jeweils wenigstens ein keramisches Heizelement enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstäbe (1) an der Unterseite der Schale (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstäbe (1) von einer zweiten Schale (2) bedeckt sind, die mit ihrer Unterseite der ersten Schale (2) zugewandt ist und in einer Oberseite einen gewundenen Kanal (2a) für zu erwärmende Flüssigkeit aufweist, und die Oberseite der zweiten Schale (2) von einem zweiten Deckel (3) bedeckt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckel (3) aus Kunststoff sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Schalen (2) an ihrer Unterseite Nuten (2b) aufweist, in denen die Heizstäbe (1) sitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Heizstäbe (1) in den Nuten (2b) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schalen (2) an ihrer Unterseite Nuten (2b) für die Heizstäbe (1) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schalen (2) gleich ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalen (2) mit ihren Unterseiten aneinander anliegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schalen (2) in einer Seitenwand eine Eintrittsöffnung (6a) für zu erwärmende Flüssigkeiten aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schalen (2) in einer Seitenwand eine Austrittsöffnung (6b) für zu erwärmende Flüssigkeit aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Deckel (3) Teil eines Gehäuses (5) sind, in dem die Schalen (2) eingeschlossen sind.