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EP3417227A1 - Wärmetauscher, insbesondere wasser-luft-wärmetauscher oder öl-wasser-wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere wasser-luft-wärmetauscher oder öl-wasser-wärmetauscher

Info

Publication number
EP3417227A1
EP3417227A1 EP17707776.5A EP17707776A EP3417227A1 EP 3417227 A1 EP3417227 A1 EP 3417227A1 EP 17707776 A EP17707776 A EP 17707776A EP 3417227 A1 EP3417227 A1 EP 3417227A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
fluid
water
oil
receiving volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP17707776.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3417227B1 (de
Inventor
Christian Hainzlmaier
Marvin LAPPE
Christoph CAP
Karl GÖTTL
Hans Rechberger
Tobias Hentrich
Jürgen Lipp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP3417227A1 publication Critical patent/EP3417227A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3417227B1 publication Critical patent/EP3417227B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D13/00—Electric heating systems
    • F24D13/04—Electric heating systems using electric heating of heat-transfer fluid in separate units of the system
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F24H9/1818—Arrangement or mounting of electric heating means
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    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/05316—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0089—Oil coolers
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    • F28D2021/0094—Radiators for recooling the engine coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings

Definitions

  • Heat exchanger in particular water-air heat exchanger
  • the invention relates to a heat exchanger, in particular a water-air heat exchanger or an oil-water heat exchanger according to claim 1 and a method for producing a heat exchanger, in particular a water-air heat exchanger or an oil-water heat exchanger according to claim 9.
  • EP 2 466 241 AI describes an oil-water heat exchanger with a plurality of stacked and soldered together tub elements. Such oil-water heat exchangers are usually integrated into the cooling circuit of internal combustion engines and can be used for example for cooling the engine oil.
  • an electrical heater in an interior of the heat exchanger to heat one of the interacting fluids of the heat exchanger.
  • WO 2013/186106 AI and WO 2013/030048 AI referenced.
  • heaters are described which have an electrical heating layer which heats when an electrical voltage (or the flow of a current) is applied.
  • DE 10 2011 006 248 AI with regard to the prior art.
  • DE 10 2011 006 248 AI with regard to the prior art.
  • the heater is produced as a layer heating by painting and applied to a surface of an evaporator of the household refrigerator.
  • the layer heating according to DE 10 2011 006 248 AI is applied directly on a surface of the evaporator surface and hardly thermally insulating to affect the functionality of the evaporator only as low as possible.
  • it is regarded as disadvantageous that the production according to this prior art is comparatively complicated and appears tailored to a very specific application.
  • permeable fluid allows.
  • a heat exchanger in particular water-air heat exchanger or oil-water heat exchanger, comprising at least one first fluid channel for guiding a first fluid (eg oil of an oil-water heat exchanger or water of a water). Air-heat exchanger), and at least one second fluid channel for guiding a second fluid (eg., Water of the oil-water heat exchanger or air of the water-air heat exchanger), wherein the at least one first fluid channel to a first fluid channel for guiding a first fluid (eg oil of an oil-water heat exchanger or water of a water).
  • Air-heat exchanger Air-heat exchanger
  • a second fluid for guiding a second fluid
  • Fluid receiving volume (in particular outlet side) is connected, wherein the fluid receiving volume is equipped with an electric heating coating.
  • the heat exchanger may generally be a liquid-liquid heat exchanger or liquid-gas heat exchanger or gas-gas heat exchanger.
  • a core idea of the invention resides therein, for example, in itself
  • a fluid to be heated with the heat exchanger can be additionally heated or the temperature of a heating fluid can be further increased (in particular) when the electrical heating coating is connected on the input side to a fluid channel of the heating fluid).
  • a heating of a fluid for example a heating of an oil of an oil-water heat exchanger for an internal combustion engine of a motor vehicle, can take place effectively.
  • the heat exchanger may have a plurality of first fluid channels and / or a plurality of second fluid channels.
  • the fluid receiving volume is a volume of the heat exchanger before (or after) the fluid is distributed to a plurality of individual fluid channels (eg, a fluid collection device or fluid distribution device).
  • the first fluid may be oil or water.
  • the second fluid may be water or air.
  • first and / or second fluid can be liquid or gaseous.
  • the fluid receiving volume is defined by a fluid receptacle, in particular oil receptacle.
  • a fluid receptacle in particular oil receptacle, is preferably connected on the outlet side to one or more fluid channels through which preferably flows oil.
  • the fluid receiving volume can be defined by a connection pipe, in particular outlet pipe, preferably an oil-water heat exchanger.
  • a connection pipe in particular outlet pipe, preferably an oil-water heat exchanger.
  • a turbulator may be provided. This is preferably provided in the vicinity of an electrical heating coating (ie in particular not more than 5 cm, in particular 2 cm away).
  • the turbulator may be disposed within the outlet tube (provided with an electrical heating coating).
  • the electrical heating coating can be arranged on an outer wall of the fluid receiving volume (for example outlet tube) or on an inner wall of the fluid receiving volume (for example outlet tube). If a turbulator is provided, it may possibly also be provided with an electrical heating coating itself.
  • the fluid receiving volume is defined by a header or header, preferably a water-to-air heat exchanger. This can be a simple way of heating a fluid
  • the water take place to heat over a heat exchange, the other fluid (for example, air).
  • the other fluid for example, air
  • the fluid receiving volume is an integral part of the heat exchanger. This allows the heat exchanger to work very effectively.
  • the fluid receiving volume is provided by a separate module, with the separate module attached to the others
  • the modular design of the fluid receiving volume also has the advantage that manufacturing costs can possibly be reduced, for example, by using the same fluid intake module for different heat exchanger types and / or sizes.
  • the heating coating for operation in the low-voltage range preferably designed for 12 volts, 24 volts or 48 volts.
  • Corresponding electrical and / or electronic components of the oil-water heat exchanger are then preferably also designed for such a low-voltage range (12 volts, 24 volts or 48 volts). Especially when used in the low-voltage range, preferably designed for 12 volts, 24 volts or 48 volts.
  • low-voltage range should preferably be understood an operating voltage of less than 100 V, in particular less than 60 V (direct current).
  • the heating coating is indirectly mediated, in particular via an insulating layer, applied to or in the fluid receiving volume.
  • an insulating layer can be formed, for example, by a primer layer or attached via such on the oil-water heat exchanger.
  • a polymer material or a ceramic material eg Al 2 O 3
  • the insulating layer is replaced by a passivation,
  • an oxidation, in particular anodization of aluminum or an aluminum alloy
  • a surface for example an outer and / or inner surface, of the fluid receiving volume
  • Heating coating even be applied directly on or in the fluid receiving volume (for example, in low-voltage applications and / or if the substrate is not or only poorly electrically conductive).
  • the heating coating and / or insulating layer is preferably (fully) on the surface
  • the heating coating and / or the insulation layer may have an (at least substantially) constant layer thickness.
  • the heating coating and / or the insulating layer can / may be formed in a form unstable per se (or non-self-supporting). It is possible to dispense with a substrate so that the heating coating (and an optional insulation layer) is optionally formed free of a substrate.
  • a possibly necessary supporting and / or supporting structure can be provided by the fluid receiving volume (or a wall thereof).
  • the heating coating may be materially bonded to a surface, in particular outer and / or inner surface of the fluid receiving volume.
  • the heating coating is formed as a continuous (in particular unstructured and / or uninterrupted) layer.
  • the heating coating can generally be at least one section
  • the heating coating at least one
  • rectangular section with a length and a width of at least 1 cm, preferably at least 2 cm, more preferably at least 4 cm include, within which no interruptions or possibly other
  • break within the heating coating is meant a section through which no current can flow, for example because this section remains (wholly) free of material and / or (at least partially) filled by an insulator ) (regardless of whether it is unstructured or structured, in its final state) It has surprisingly been found that even such a simply formed heating coating can cause sufficient heating of the oil.
  • the heating coating is formed as a structured layer.
  • the heating coating is preferably structured by a masking process (preferably using silicone that can be embossed).
  • a masking process preferably using silicone that can be embossed.
  • the insulating layer described above may have a thickness of at least 50 ⁇ , preferably at least 200 ⁇ and / or at most 1000 ⁇ , preferably at most 500 ⁇ amount.
  • the heating coating preferably has a height (thickness) of at least 5 ⁇ , preferably at least 10 ⁇ and / or at most a 1 mm, preferably at most 500 ⁇ , even more preferably at most 30 ⁇ , even more preferably at most 20 ⁇ .
  • a conductor track defined by the heating coating may be at least 1 mm, preferably at least 3 mm, more preferably at least 5 mm, even more preferably at least 10 mm, even more preferably at least 30 mm wide.
  • the term "width" is intended to mean the extent of the conductor perpendicular to its longitudinal extension (the
  • over the heating coating is a
  • Protective cover such as a silicone protective layer attached.
  • the heating coating define an outside or inside of the fluid receiving volume.
  • the oil-water heat exchanger has a plurality of modules, in particular tray elements, which may be further preferably designed as described in EP 2 466 241 A1.
  • the oil-water heat exchanger (apart from the inventive Fluid receiving volume) as described in EP 2 466 241 AI or US 2015/0176913 AI, be formed.
  • the disclosure of these references is hereby incorporated by reference. If several modules are provided, at least one heating coating can be arranged between two modules. If the oil-water heat exchanger comprises a plurality of well elements, optionally at least one heating coating between two of these
  • Tub elements on one of the tub elements arranged (applied).
  • preheating heating
  • an additional heating coating may be applied to wider areas of the heat exchanger.
  • the object is further achieved by a method for producing a heat exchanger, in particular a water-air heat exchanger or an oil-water heat exchanger, in particular of the type described above, comprising providing at least one first fluid channel for guiding a first fluid (eg an oil of the oil-water heat exchanger or water of the water-air heat exchanger) and at least one second fluid channel for guiding a second fluid (eg water of the oil-water heat exchanger or air of the water-air heat exchanger), wherein the at least one first fluid channel to a fluid receiving volume, in particular the outlet side, is connected, wherein the fluid receiving volume is provided with an electric heating coating (or a surface of the fluid receiving volume is directly or indirectly coated with the electric heating coating).
  • a first fluid channel for guiding a first fluid
  • a second fluid channel eg water of the oil-water heat exchanger or air of the water-air heat exchanger
  • an insulating layer to a surface of the fluid receiving volume can be carried out (or a surface of the fluid receiving volume can be coated directly or indirectly with the insulating layer), for example by passivation (oxidation, in particular anodization) of a substrate, for example one
  • the electrical heating coating can be sprayed on (thermally). Insofar as above (in connection with the
  • Heat exchanger of the type described above or made according to the above described type as a water-air heat exchanger or as an oil-water heat exchanger, in particular for the internal combustion engine of a motor vehicle, solved.
  • the insulating layer may be a ceramic material or a
  • the heating layer may, for example, in a plasma coating process, in particular plasma spraying, or in a screen printing process or as
  • Resistance paste in particular on the insulating layer, are applied.
  • an electrically conductive layer in particular on the insulating layer, are applied. Subsequently areas can be cut out of the electrically conductive layer so that one printed conductor or a plurality of printed conductors remain.
  • the printed conductors can then form the heating resistor or several heating resistors.
  • the regions mentioned can alternatively be cut out of the conductive layer by means of a masking technique, for example by means of a laser.
  • the heating coating can be, for example, a metal layer and optionally contain nickel and / or chromium or consist of these materials. For example, 70-90% nickel and 10-30% chromium can be used, with a
  • Ratio of 80% nickel and 20% chromium is considered to be well suited.
  • the heating coating may, for example, occupy an area of at least 5 cm 2 , preferably at least 10 cm 2 and / or at most 200 cm 2 , preferably at most 100 cm 2 .
  • the oil-water heat exchanger can
  • the oil-water heat exchanger may be 15-25 cm long and / or 8-12 cm wide and / or 3-7 cm high (thick).
  • the oil-water heat exchanger preferably has one or more first fluid channels for guiding the oil and one or more second fluid channels for guiding the water.
  • the electrical heating coating a bi-metal switch, possibly. with two redundant switch devices, be provided.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an oil-water heat exchanger according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 an oil-water heat exchanger according to an alternative
  • Fig. 3 shows a water-air heat exchanger according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an oil-water heat exchanger (as described in detail in EP 2 466 241 AI) with a plurality of (soldered) tub elements 10, a lid 19, an inlet tube 11 and an outlet tube 12 for in the oil flowing to the heat exchanger. At least on the outlet pipe 12 (possibly in the inlet pipe 11) is an electrical
  • Heating coating 13 applied.
  • the fluid receptacle 14 has a (significantly) increased diameter compared to the outlet tube 12 according to FIG. 1 or FIG
  • Fluid receptacle outlet tube 15 so that the fluid (oil) in the
  • Fluid receptacle 14 can be stored.
  • Fluid receptacle 14 may be, for example, a cuboid or cylindrical body act.
  • the fluid receptacle 14 is provided as an additional module, which is connected to an outlet 20 of a heat exchanger main body 21. It would also be conceivable to form the fluid receptacle 14 as an integral part of the oil-water heat exchanger, so that the outlet 20 can be dispensed with.
  • a water-air heat exchanger which has a collecting tank 16 and heat exchanger tubes 17, wherein both through the
  • Sump 16 and the heat exchanger tubes 17 water for heating (or cooling) of a flowing past the heat exchanger tubes 17 gas (in particular air) is provided.
  • an electric heating coating 13 On the collecting box 16 is an electric heating coating 13.
  • Heat exchanger tubes 17 connected via connecting pieces 18. At least 3, or at least 5, or at least 20 heat exchanger tubes 17 may be connected to the same collection box 16. The water can enter via an inlet (inlet pipe 11) and exit via an outlet (outlet pipe 12).

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Wasser-Luft- Wärmetauscher oder Öl-Wasser-Wärmetauscher, umfassend mindestens einen ersten Fluidkanal zum Führen eines ersten Fluids, sowie mindestens einen zweiten Fluidkanal zum Führen eines zweiten Fluids, wobei der mindestens eine erste Fluidkanal an ein Fluidaufnahmevolumen, insbesondere auslassseitig, angeschlossen ist, wobei das Fluidaufnahmevolumen mit einer elektrischen Heizbeschichtung (13) ausgestattet ist.

Description

Wärmetauscher, insbesondere Wasser-Luft-Wärmetauscher
oder Öl-Wasser-Wärmetauscher
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Wasser-Luft- Wärmetauscher oder einen Öl-Wasser-Wärmetauscher nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Wasser- Luft-Wärmetauschers oder eines Öl-Wasser-Wärmetauschers nach Anspruch 9.
Beispielsweise EP 2 466 241 AI beschreibt einen Öl-Wasser-Wärmetauscher mit mehreren aufeinandergestapelten und miteinander verlöteten Wannenelementen. Derartige Öl-Wasser-Wärmetauscher werden üblicherweise in den Kühlkreislauf von Verbrennungsmotoren integriert und können beispielsweise zum Kühlen des Motoröls verwendet werden..
Ein weiterer Öl-Wasser-Wärmetauscher ist in US 2015/0176913 AI gezeigt.
In einer besonderen Ausführungsform wird dort ein elektrischer Heizer in einem Innenraum des Wärmetauschers vorgeschlagen, um eines der miteinander wechselwirkenden Fluide des Wärmetauschers zu erwärmen.
Grundsätzlich wird es bei den bekannten Öl-Wasser-Wärmetauschern als nachteilig empfunden, dass bei diesen entweder gar nicht oder nur
vergleichsweise aufwändig und ineffektiv ein Vorheizen erfolgen kann.
Insbesondere wird die Reduktion von Schadstoffen, die entstehen, wenn das Motoröl nicht auf Betriebstemperatur ist, als verbesserungswürdig angesehen.
Weiterhin sei hinsichtlich des Standes der Technik grundsätzlich auf
WO 2013/186106 AI und WO 2013/030048 AI verwiesen. Dort werden Heizungen beschrieben, die eine elektrische Heizschicht aufweisen, die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung (bzw. dem Fließen eines Stroms) erwärmt. Weiterhin sei hinsichtlich des Standes der Technik auf DE 10 2011 006 248 AI verwiesen. Dort wird ein Haushaltskältegerät mit einer Heizvorrichtung
beschrieben. Die Heizvorrichtung ist als Schichtheizung durch Lackieren hergestellt und auf eine Oberfläche eines Verdampfers des Haushaltskältegeräts aufgetragen. Konkret ist die Schichtheizung gemäß DE 10 2011 006 248 AI direkt auf einer Oberfläche des Verdampfers flächig aufgetragen und kaum thermisch isolierend, um die Funktionalität des Verdampfers nur möglichst gering zu beeinträchtigen. Als nachteilhaft wird jedoch angesehen, dass die Herstellung gemäß diesem Stand der Technik vergleichsweise aufwändig ist und auf einen sehr speziellen Anwendungsfall zugeschnitten erscheint.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher vorzuschlagen, der auf einfache Weise und effektiv eine Erwärmung eines de Wärmetauscher
durchströmenden Fluids ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch einen Wärmetauscher, insbesondere Wasser-Luft-Wärmetauscher oder Öl-Wasser-Wärmetauscher, gelöst, umfassend mindestens einen ersten Fluidkanal zum Führen eines ersten Fluids (z. B. Öl eines Öl-Wasser-Wärmetauschers oder Wasser eines Wasser-Luft-Wärmetauschers), sowie mindestens einen zweiten Fluidkanal zum Führen eines zweiten Fluids (z. B. Wasser des Öl-Wasser-Wärmetauschers oder Luft des Wasser-Luft- Wärmetauschers), wobei der mindestens eine erste Fluidkanal an ein
Fluidaufnahmevolumen (insbesondere Auslassseite) angeschlossen ist, wobei das Fluidaufnahmevolumen mit einer elektrischen Heizbeschichtung ausgestattet ist. Der Wärmetauscher kann im Allgemeinen ein Flüssigkeit-Flüssigkeit- Wärmetauscher oder Flüssigkeit-Gas-Wärmetauscher oder Gas-Gas- Wärmetauscher sein.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, die an sich beispielsweise aus
WO 2013/186106 AI oder WO 2013/030048 AI bekannten elektrischen
Heizbeschichtungen an einem Fluidaufnahmevolumen aufzubringen, das mit mindestens einem der Fluidkanäle verbunden ist. Dadurch (insbesondere wenn die elektrische Heizbeschichtung auslassseitig angeordnet ist) kann effektiv ein mit dem Wärmetauscher zu erwärmendes Fluid zusätzlich erwärmt werden oder die Temperatur eines erwärmenden Fluids weiter erhöht werden (insbesondere wenn die elektrische Heizbeschichtung eingangsseitig an einem Fluidkanal des erwärmenden Fluids angeschlossen ist). Insgesamt kann effektiv eine Erwärmung eines Fluids, beispielsweise eine Erwärmung eines Öls eines Öl-Wasser- Wärmetauschers für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, erfolgen. Der Wärmetauscher kann mehrere erste Fluidkanäle und/oder mehrere zweite Fluidkanäle aufweisen. Beispielsweise ist das Fluidaufnahmevolumen ein Volumen des Wärmetauschers bevor (oder nachdem) das Fluid auf mehrere einzelne Fluidkanäle verteilt wird (also z. B. eine Fluid-Sammeleinrichtung oder Fluid- Verteileinrichtung). Bei dem ersten Fluid kann es sich um Öl oder Wasser handeln. Bei dem zweiten Fluid kann es sich um Wasser oder Luft handeln.
Generell können erstes und/oder zweites Fluid flüssig oder gasförmig sein.
In einer konkreten Ausführungsform wird das Fluidaufnahmevolumen durch einen Fluidaufnahmebehälter, insbesondere Ölaufnahmebehälter, definiert. Ein derartiger Fluidaufnahmebehälter, insbesondere Ölaufnahmebehälter, ist vorzugsweise auslassseitig an einen oder mehrere Fluidkanäle angeschlossen, durch die vorzugsweise Öl strömt. Dadurch kann auf effektive Art und Weise eine zusätzliche Erwärmung (beispielsweise nach dem Motorstart eines
Kraftfahrzeuges) erfolgen.
In einer konkreten Ausführungsform kann das Fluidaufnahmevolumen durch ein Anschlussrohr, insbesondere Auslassrohr, vorzugsweise eines Öl-Wasser- Wärmetauschers, definiert sein. Dadurch wird auf einfache Art und Weise (unter Ausnutzung bestehender Strukturen) eine Zuerwärmung des Fluids, insbesondere Öls, ermöglicht.
In einer Ausführungsform kann ein Turbulator vorgesehen sein. Dieser ist vorzugsweise in der Nähe einer elektrischen Heizbeschichtung (also insbesondere nicht weiter als 5 cm, insbesondere 2 cm entfernt) vorgesehen. Beispielsweise kann der Turbulator innerhalb des (mit einer elektrischen Heizbeschichtung versehenen) Auslassrohres angeordnet sein.
Grundsätzlich kann die elektrische Heizbeschichtung an einer Außenwand des Fluidaufnahmevolumens (beispielsweise Auslassrohres) oder an einer Innenwand des Fluidaufnahmevolumens (beispielsweise Auslassrohres) angeordnet sein. Wenn ein Turbulator vorgesehen ist, kann dieser ggf. auch selbst mit einer elektrischen Heizbeschichtung versehen sein. Vorzugsweise wird das Fluidaufnahmevolumen durch einen Sammelkasten oder ein Sammelrohr, vorzugsweise eines Wasser-Luft-Wärmetauschers, definiert. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine Erwärmung eines Fluids
(beispielsweise des Wassers) erfolgen, um über einen Wärmeaustausch auch das andere Fluid (beispielsweise Luft) zu erwärmen.
In einer Ausführungsform ist das Fluidaufnahmevolumen integrierter Bestandteil des Wärmetauschers. Dadurch kann der Wärmetauscher besonders effektiv arbeiten.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Fluidaufnahmevolumen durch ein separates Modul bereitgestellt, wobei das separate Modul an die übrigen
Bestandteile des Wärmetauschers befestigbar ist oder befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform wird also ein separates Fluidaufnahmevolumen vorgeschlagen, so dass bestehende Wärmetauscher (insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher) durch eine einfache Aufrüstung weiter verbessert werden können. Andererseits hat die modulartige Ausbildung des Fluidaufnahmevolumens auch den Vorteil, dass Herstellungskosten ggf. reduziert werden können, beispielsweise dadurch, dass dasselbe Fluidaufnahmemodul für verschiedene Wärmetauschertypen und/oder -großen eingesetzt wird.
Besonders bevorzugt ist die Heizbeschichtung zum Betrieb im Niedervoltbereich, vorzugsweise für 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt ausgelegt. Entsprechende elektrische und/oder elektronische Komponenten des Öl-Wasser-Wärmetauschers sind dann vorzugsweise ebenfalls für einen solchen Niedervoltbereich (12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt) ausgelegt. Insbesondere bei einer Anwendung im
Niedervoltbereich kann auf synergistische Art und Weise eine effektive
Vorheizung mit einfachen Mitteln realisiert werden. Unter„Niedervoltbereich" soll vorzugsweise eine Betriebsspannung von unter 100 V, insbesondere unter 60 V (Gleichstrom) verstanden werden.
In einer Ausführungsform ist die Heizbeschichtung mittelbar, insbesondere über eine Isolationsschicht vermittelt, auf dem oder in dem Fluidaufnahmevolumen aufgebracht. Eine derartige Isolationsschicht kann beispielsweise durch eine Haftvermittlerschicht gebildet werden oder über eine solche auf dem Öl-Wasser- Wärmetauscher angebracht sein. Bevorzugt kann für die Isolationsschicht ein Polymermaterial oder ein keramisches Material (z. B. Al203) verwendet werden. Vorzugsweise wird die Isolierschicht jedoch durch eine Passivierung,
insbesondere ein Oxidieren, insbesondere Eloxieren (von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung), vorzugsweise einer Oberfläche, beispielsweise einer Außen- und/oder Innenfläche, des Fluidaufnahmevolumens, bereitgestellt. Insgesamt wird (gerade in Niedervolt-Anwendungen) eine einfache und dennoch
ausreichende elektrische Isolierung bereitgestellt. Alternativ kann die
Heizbeschichtung sogar unmittelbar auf dem oder in dem Fluidaufnahmevolumen aufgebracht sein (beispielsweise in Niedervolt-Anwendungen und/oder wenn der Untergrund nicht oder nur schlecht elektrisch leitend ist). Die Heizbeschichtung und/oder Isolationsschicht ist vorzugsweise (voll-)f lächig auf dem
Fluidaufnahmevolumen aufgebracht. Weiterhin kann die Heizbeschichtung und/oder die Isolationsschicht eine (zumindest im Wesentlichen) konstante Schichtdicke aufweisen. Die Heizbeschichtung und/oder die Isolationsschicht kann/können per se forminstabil (bzw. nicht-selbsttragend) ausgebildet sein. Auf ein Substrat kann verzichtet werden, so dass die Heizbeschichtung (und eine optionale Isolationsschicht) ggf. frei von einem Substrat ausgebildet ist. Ein ggf. notwendige Trage- und/oder Stützstruktur kann durch das Fluidaufnahmevolumen (bzw. ein Wandung desselben) bereitgestellt werden. Grundsätzlich kann die Heizbeschichtung stoffschlüssig mit einer Oberfläche, insbesondere Außen- und/oder Innenfläche des Fluidaufnahmevolumens verbunden sein.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Heizbeschichtung als durchgehende (insbesondere unstrukturierte und/oder ununterbrochene) Schicht ausgebildet. Die Heizbeschichtung kann im Allgemeinen mindestens einen Abschnitt
aufweisen, innerhalb dessen in zwei aufeinander senkrechten Richtungen über einen Weg von mindestens 1 cm, vorzugsweise mindesten 2 cm, noch weiter vorzugsweise mindestens 4 cm keine Unterbrechungen in der Heizbeschichtung vorliegen. Beispielsweise kann die Heizbeschichtung mindestens einen
rechteckförmigen Abschnitt mit einer Länge und einer Breite von je mindestens 1 cm, vorzugsweise mindesten 2 cm, noch weiter vorzugsweise mindestens 4 cm umfassen, innerhalb dessen keine Unterbrechungen oder ggf. sonstigen
Strukturen in der Heizbeschichtung vorliegen. Unter einer„Unterbrechung" innerhalb der Heizbeschichtung ist ein Abschnitt zu verstehen, durch den kein Strom fließen kann, beispielsweise da dieser Abschnitt (gänzlich) frei von Material bleibt und/oder (zumindest teilweise) durch einen Isolator ausgefüllt ist. Die Heizbeschichtung kann (thermisch) aufgespritzt werden (unabhängig davon, ob sie unstrukturiert oder strukturiert ist, im Endzustand). In diesem Zusammenhang hat es sich überraschend gezeigt, dass selbst eine derartig einfach ausgebildete Heizbeschichtung eine ausreichende Erwärmung des Öls bewirken kann.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Heizbeschichtung als strukturierte Schicht ausgebildet. Die Heizbeschichtung wird dabei vorzugsweise durch ein Maskierverfahren (vorzugsweise unter Verwendung von Silikon, das geprägt werden kann) strukturiert. Derartige bekannte Maskierverfahren, erlauben eine zufriedenstellende Strukturierung und sind weniger aufwändig als beispielsweise Laserverfahren zur Strukturierung, die gerade im Hochvoltbereich eingesetzt werden. Insgesamt werden daher auf synergistische Art und Weise die Vorteile eines Maskierverfahrens im Hinblick auf die vorliegende Heizbeschichtung ausgenutzt.
Die oben beschriebene Isolierschicht kann eine Dicke von mindestens 50 μιτι, vorzugsweise mindestens 200 μιτι und/oder höchstens 1000 μιτι, vorzugsweise höchstens 500 μιτι betragen.
Die Heizbeschichtung hat vorzugsweise eine Höhe (Dicke) von mindestens 5 μιτι, vorzugsweise mindestens 10 μιτι und/oder höchstens einem 1 mm, vorzugsweise höchstens 500 μιτι, noch weiter vorzugsweise höchstens 30 μιτι, noch weiter vorzugsweise höchstens 20 μιτι. Eine durch die Heizbeschichtung definierte Leiterbahn kann mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 5 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 10 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 30 mm breit sein. Unter„Breite" soll die Ausdehnung der Leiterbahn senkrecht zu ihrer Längserstreckung (die
üblicherweise auch die Richtung des Stromflusses definiert) verstanden werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist über der Heizbeschichtung eine
Schutzabdeckung, beispielsweise eine Silikon-Schutzschicht, angebracht.
Alternativ kann jedoch auch (in einer besonders einfach herstellbaren
Ausführungsform) die Heizbeschichtung eine Außenseite oder Innenseite des Fluidaufnahmevolumens definieren.
In einer konkreten Ausführungsform weist der Öl-Wasser-Wärmetauscher mehrere Module, insbesondere Wannenelemente auf, die weiter vorzugsweise, wie in EP 2 466 241 AI beschrieben, ausgebildet sein können. Grundsätzlich kann der Öl-Wasser-Wärmetauscher (abgesehen von dem erfindungsgemäßen Fluidaufnahmevolumen) wie in EP 2 466 241 AI oder US 2015/0176913 AI beschrieben, ausgebildet sein. Die Offenbarung dieser Druckschriften wird hiermit durch Bezugnahme explizit aufgenommen. Wenn mehrere Module vorgesehen sind, kann mindestens eine Heizbeschichtung zwischen zwei Modulen angeordnet sein. Wenn der Öl-Wasser-Wärmetauscher mehrere Wannenelemente umfasst, kann ggf. mindestens eine Heizbeschichtung zwischen zwei dieser
Wannenelemente (auf einem der Wannenelemente) angeordnet (aufgebracht) sein. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Vorheizung (Zuheizung) weiter verbessert werden. Im Allgemeinen kann eine zusätzliche Heizbeschichtung auf weitern Flächen des Wärmetauschers aufgebracht sein.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Wasser-Luft-Wärmetauschers oder eines Öl- Wasser-Wärmetauschers, insbesondere der oben beschriebenen Art, umfassend das Bereitstellen mindestens eines ersten Fluidkanals zum Führen eines ersten Fluids (z. B. eines Öls des Öl-Wasser-Wärmetauschers oder Wasser des Wasser- Luft-Wärmetauschers) sowie mindestens eines zweiten Fluidkanals zum Führen eines zweiten Fluids (z. B. Wasser des Öl-Wasser-Wärmetauschers oder Luft des Wasser-Luft-Wärmetauschers), wobei der mindestens eine erste Fluidkanal an ein Fluidaufnahmevolumen, insbesondere auslassseitig, angeschlossen wird, wobei das Fluidaufnahmevolumen mit einer elektrischen Heizbeschichtung ausgestattet wird (bzw. eine Oberfläche des Fluidaufnahmevolumen unmittelbar oder mittelbar mit der elektrischen Heizbeschichtung beschichtet wird). Zwischen den beiden genannten Schritten kann das Aufbringen einer Isolierschicht auf eine Oberfläche des Fluidaufnahmevolumens durchgeführt werden (bzw. eine Oberfläche des Fluidaufnahmevolumens unmittelbar oder mittelbar mit der Isolierschicht beschichtet werden), beispielsweise durch eine Passivierung (Oxidierung, insbesondere Eloxierung) eines Untergrundes, beispielsweise eines
Wärmetauschergehäuses. Die elektrische Heizbeschichtung kann ggf. (thermisch) aufgespritzt werden. Insofern weiter oben (im Zusammenhang mit dem
Wärmetauscher) Merkmale beschrieben sind, die zumindest auch mit der
Herstellung des Öl-Wasser-Wärmetauschers in Zusammenhang stehen, werden diese Verfahrensmerkmale auch als bevorzugte Ausführungsformen des
Verfahrens vorgeschlagen.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin durch die Verwendung eines
Wärmetauschers der oben beschrieben Art oder hergestellt nach der oben beschriebenen Art, als Wasser-Luft-Wärmetauscher oder als Öl-Wasser- Wärmetauscher, insbesondere für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, gelöst.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Allgemeinen kann die Isolierschicht ein Keramikmaterial oder ein
Polymermaterial sein oder aus einem solchen Material bestehen, wobei als Keramikmaterial beispielsweise Al203 in Frage kommt.
Die Heizschicht kann beispielsweise in einem Plasmabeschichtungsverfahren, insbesondere Plasmaspritzen, oder in einem Siebdruckverfahren oder als
Widerstandspaste, insbesondere auf die Isolierschicht, aufgetragen werden. In dem Plasmabeschichtungsverfahren kann beispielsweise zunächst eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere auf die Isolierschicht, aufgetragen werden. Aus der elektrisch leitfähigen Schicht können anschließend Bereiche ausgeschnitten werden, so dass eine Leiterbahn oder mehrere Leiterbahnen übrigbleiben.
Bevorzugt kommt jedoch eine Maskiertechnik zum Einsatz. Die Leiterbahnen können dann den Heizwiderstand oder mehrere Heizwiderstände bilden. Die genannten Bereiche können alternativ zu einer Maskiertechnik, beispielsweise mittels eines Lasers aus der leitfähigen Schicht herausgeschnitten werden. Die Heizbeschichtung kann beispielsweise eine Metallschicht sein und ggf. Nickel und/oder Chrom enthalten oder aus diesen Materialien bestehen. Beispielsweise können 70-90% Nickel und 10-30% Chrom verwendet werden, wobei ein
Verhältnis von 80% Nickel und 20% Chrom als gut geeignet betrachtet wird .
Die Heizbeschichtung kann beispielsweise eine Fläche von mindestens 5 cm2, vorzugsweise mindestens 10 cm2 und/oder höchstens 200 cm2, vorzugsweise höchstens 100 cm2, einnehmen. Der Öl-Wasser-Wärmetauscher kann ein
Gesamtvolumen von vorzugsweise mindestens 200 cm3, noch weiter vorzugsweise mindestens 500 cm3, noch weiter vorzugsweise mindestens 800 cm3 und/oder höchstens 5000 cm3, vorzugsweise höchstens 2000 cm3, aufweisen.
Beispielsweise kann der Öl-Wasser-Wärmetauscher 15-25 cm lang und/oder 8-12 cm breit und/oder 3-7 cm hoch (dick) sein. Der Öl-Wasser-Wärmetauscher weist vorzugsweise einen oder mehrere erste Fluidkanäle zum Führen des Öls und einen oder mehrere zweite Fluidkanäle zum Führen des Wassers auf.
Für eine Steuerung, insbesondere Regelung, der elektrischen Heizbeschichtung kann ein Bi-Metall-Schalter, evtl . mit zwei redundanten Schaltereinrichtungen, vorgesehen sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen :
Fig . 1 eine schematische Seitenansicht eines Öl-Wasser-Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig . 2 einen Öl-Wasser-Wärmetauscher gemäß einer alternativen
Ausführungsform der Erfindung; und
Fig . 3 einen Wasser-Luft-Wärmetauscher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung .
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht einen Öl-Wasser-Wärmetauscher (wie er beispielsweise im Detail in EP 2 466 241 AI beschrieben ist) mit mehreren (verlöteten) Wannenelementen 10, einem Deckel 19, einem Einlassrohr 11 und einem Auslassrohr 12 für das in dem Wärmetauscher strömende Öl. Zumindest auf dem Auslassrohr 12 (ggf. in dem Einlassrohr 11) ist eine elektrische
Heizbeschichtung 13 aufgebracht.
In der alternativen Ausführungsform gemäß Fig . 2 ist eine elektrische
Heizbeschichtung 13 auf einem Fluidaufnahmebehälter 14 angeordnet. Der Fluidaufnahmebehälter 14 hat einen (deutlich) vergrößerten Durchmesser gegenüber dem Auslassrohr 12 gemäß Figur 1 oder einem
Fluidaufnahmebehälter-Auslassrohr 15, so dass das Fluid (Öl) in dem
Fluidaufnahmebehälter 14 gespeichert werden kann. Bei dem
Fluidaufnahmebehälter 14 kann es sich beispielsweise um einen quaderförmigen oder zylindrischen Körper handeln. In der konkreten Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Fluidaufnahmebehälter 14 als Zusatzmodul vorgesehen, das an einen Auslass 20 eines Wärmetauscher-Hauptkörpers 21 angeschlossen ist. Es wäre auch denkbar, den Fluidaufnahmebehälter 14 als integralen Bestandteil des Öl-Wasser-Wärmetauschers auszubilden, so dass der Auslass 20 entfallen kann.
In Fig . 3 ist ein Wasser-Luft-Wärmetauscher gezeigt, der einen Sammelkasten 16 sowie Wärmetauscherrohre 17 aufweist, wobei sowohl durch den
Sammelbehälter 16 als auch die Wärmetauscherrohre 17 Wasser zum Erwärmen (oder Kühlen) eines an den Wärmetauscherrohren 17 vorbeiströmenden Gases (insbesondere Luft) vorgesehen ist. Auf dem Sammelkasten 16 befindet sich eine elektrische Heizbeschichtung 13. An dem Sammelkasten 16 sind mehrere
Wärmetauscherrohre 17 über Anschlussstücke 18 angeschlossen. Es können mindestens 3, oder mindestens 5, oder mindestens 20 Wärmetauscherrohre 17 an demselben Sammelkasten 16 angeschlossen sein. Das Wasser kann über einen Eingang (Einlassrohr 11) eintreten und über einen Ausgang (Auslassrohr 12) austreten.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig .
Bezugszeichen
10 Wannenelement
11 Einlassrohr
12 Auslassrohr
13 elektrische Heizbeschichtung
14 Fluidaufnahmebehälter
15 Fluidaufnahmebehälter-Auslassrohr
16 Sammelkasten
17 Wärmetauscherrohr
18 Anschlusseinrichtung
19 Deckel
20 Auslass
21 Wärmetauscher-Hauptkörper

Claims

Ansprüche
1. Wärmetauscher, insbesondere Wasser-Luft-Wärmetauscher oder Öl- Wasser-Wärmetauscher, umfassend mindestens einen ersten Fluidkanal zum Führen eines ersten Fluids, sowie mindestens einen zweiten Fluidkanal zum Führen eines zweiten Fluids,
wobei der mindestens eine erste Fluidkanal an ein Fluidaufnahmevolumen, insbesondere auslassseitig, angeschlossen ist, wobei das
Fluidaufnahmevolumen mit einer elektrischen Heizbeschichtung (13) ausgestattet ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
das Fluidaufnahmevolumen durch einen Fluidaufnahmebehälter (14), insbesondere Ölaufnahmebehälter, definiert ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Fluidaufnahmevolumen durch ein Anschlussrohr, insbesondere
Auslassrohr (12), definiert ist.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein Turbulator (vorzugsweise in der Nähe einer elektrischen
Heizbeschichtung (13) vorgesehen ist.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Fluidaufnahmevolumen durch einen Sammelkasten (16) oder
Sammelrohr (vorzugsweise eines Wasser-Luft-Wärmetauschers) definiert ist. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Fluidaufnahmevolumen integraler Bestandteil des Wärmetauschers ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Fluidaufnahmevolumen durch ein separates Modul bereitgestellt wird, wobei das separate Modul an die übrigen Bestandteile des Wärmetauschers befestigbar ist oder befestigt ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die elektrische Heizbeschichtung (13) für einen Betrieb im
Niedervoltbereich, vorzugsweise für 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt ausgelegt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Wasser-Luft-Wärmetauschers oder eines Öl-Wasser-Wärmetauschers, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen von mindestens einem ersten Fluidkanal zum Führen eines ersten Fluids, sowie einem zweiten Fluidkanal zum Führen eines zweiten Fluids, wobei der mindestens eine erste Fluidkanal an ein Fluidaufnahmevolumen, insbesondere auslassseitig,
angeschlossen ist, wobei das Fluidaufnahmevolumen mit einer elektrischen Heizbeschichtung (13) ausgestattet wird.
Verwendung eines Wärmetauschers, insbesondere nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, vorzugsweise hergestellt nach Anspruch 9, als Wasser- Luft-Wärmetauscher oder als Öl-Wasser-Wärmetauscher, insbesondere für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges.
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