(57)【要約】【課題】熱交換器について特にその電力需要に関して一層簡単に制御可能である改良された実施形態を提供する。【解決手段】  熱交換器、例えば自動車用の暖房目的に役立つ熱交換器であって、‐複数の平行な管（２）と、‐２つの隣接する管（２）の間にそれぞれ配置される少なくとも１つの電気発熱装置（４）と、‐対で隣接する管（２）の間および各発熱装置（４）とこれに隣接する管（２）との間にそれぞれ配置される複数のフィン要素（５）とを有するものにおいて、‐各発熱装置（４）が２つの個別に制御可能な発熱体（６、７）を有し、‐一方の発熱体（６）が発熱装置（４）の、一方の隣接する管（２）に向き合う側（８）に配置されている一方、‐他方の発熱体（７）が発熱装置（４）の、他方の隣接する管（２）に向き合う反対側の別の側（９）に配置されていることを特徴とする熱交換器。
2005522666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器、例えば自動車用の暖房目的に役立つ熱交換器であって、
‐複数の平行な管（２）と、
‐２つの隣接する管（２）の間にそれぞれ配置される少なくとも１つの電気発熱装置（４）と、
‐対で隣接する管（２）の間および各発熱装置（４）とこれに隣接する管（２）との間にそれぞれ配置される複数のフィン要素（５）とを有するものにおいて、
‐各発熱装置（４）が２つの個別に制御可能な発熱体（６、７）を有し、
‐一方の発熱体（６）が発熱装置（４）の、一方の隣接する管（２）に向き合う側（８）に配置されている一方、
‐他方の発熱体（７）が発熱装置（４）の、他方の隣接する管（２）に向き合う反対側の別の側（９）に配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
各発熱装置（４）が管状筐体（１０）内に配置されており、この筐体が２つの互いに平行な側壁（１１、１２）を有し、側壁の外面（１６、１７）にフィン要素（５）が伝熱的に配置され、筐体の内面（１４、１５）に発熱体（６、７）が伝熱的に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
各発熱装置（４）が２つの押付板（１８、１９）を含み、押付板がそれぞれ発熱体（６、７）の一方に当接し、かつ発熱体（６、７）を筐体（１０）の側壁（１１、１２）に押し付けるために少なくとも１つのばね要素（２０）で押し広げられていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
‐筐体（１０）と押付板（１８、１９）が電気導体として構成されており、
‐各発熱体（６、７）において各押付板（１８、１９）に当接するその内面（２１、２２）が発熱体（６、７）の第１電気端子を形成する一方、筐体（１０）の各側壁（１１、１２）に当接するその外面（２３、２４）が発熱体（６、７）の第２電気端子を形成し、
‐両方の押付板（１８、１９）が相互に電気絶縁されていることを特徴とする、請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
ばね要素（２０）が電気絶縁して構成されていることを特徴とする、請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
ばね要素（２０）と押付板（１８、１９）の少なくとも一方との間に電気絶縁体（２６）が配置されていることを特徴とする、請求項４または５記載の熱交換器。
【請求項７】
ばね要素（２０）が、少なくとも押付板（１８、１９）の一方に当接する接触領域（２５）に、および／または押付板（１８、１９）の少なくとも一方が、少なくともばね要素（２０）に当接する接触領域（２９）に、電気絶縁フィルムおよび／または被覆および／または塗膜を備えており、および／または陽極酸化処理によって電気絶縁された表面を有することを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項８】
発熱体（６、７）を位置決めするための支持体（２７）が筐体（１０）内に配置されていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１項記載の熱交換器。
【請求項９】
支持体（２７）が少なくとも１つの仕切壁（２８）を有し、この仕切壁に片側で押付板（１８、１９）の一方が当接し、反対側では少なくとも１つのばね要素（２０）が仕切壁を加圧し、
‐支持体（２７）が少なくともその仕切壁（２８）の領域で電気絶縁体として構成されていることを特徴とする、請求項８および少なくとも請求項４記載の熱交換器。
【請求項１０】
支持体（２７）がプラスチック製射出成形品であり、その仕切壁（２８）の領域で各押付板（１８、１９）に射出成形されていることを特徴とする、請求項９記載の熱交換器。
【請求項１１】
各発熱体（６、７）がＰＴＣ素子として構成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、特に自動車用の暖房目的に役立つ熱交換器であって、複数の平行な管と、２つの隣接する管の間にそれぞれ配置される少なくとも１つの電気発熱装置と、対で隣接する管の間および各発熱装置とこれに隣接する管との間にそれぞれ配置される複数のフィン要素とを有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような熱交換器が例えば特許文献１により公知であり、複数の平行な管と２つの隣接する管の間にそれぞれ配置される複数の電気発熱装置とを有する。さらに、複数のフィン要素が設けられており、フィン要素は対で隣接する管の間および各発熱装置とこれに隣接する管との間にそれぞれ配置されている。このような熱交換器は例えば自動車において空気処理装置の暖房回路内で、車室に供給される空気を加熱するのに利用される。この目的のために暖房回路の液体が管内を循環する。加熱されるべき空気は管の間でフィン要素内を貫流する。正常運転のとき高温の暖房液体が熱を管に伝達し、管からフィン要素に伝達する。次に熱はフィン要素から空気に達する。暖房液体を介して十分な熱を供給できない場合のために電気発熱装置が設けられており、発熱装置はそれらの作動時に電流を熱に変換してこの熱をフィン要素に放出する。
【０００３】
公知の熱交換器では各発熱装置が単一の発熱体を含み、発熱体は望ましくは少なくとも１つのＰＴＣ素子によって形成しておくことができる。発熱体は相反する２つの外面がそれぞれフィン要素と伝熱的に結合されている。空気流の十分に均一な加熱を保証できるようにするために、複数のこのような発熱装置が熱交換器のフィンの間にほぼ均一に嵌挿されている。空気流への所要の伝熱を保証できるようにするために正常運転用に十分な数の管が設けられていなければならないので、これら発熱装置の数は任意の大きさに選択することはできない。個々の発熱体の電力需要が比較的高く、自動車内で使用時に特定の車両運転状態のとき単数または複数の発熱体を遮断して車両電源網の過負荷を避ける必要がある。しかし複数の発熱体を遮断すると空気流中で均一な加熱はもはや達成することができず、そのことから快適性を損なうことがある。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９８３５２２９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、熱交換器について特にその電力需要に関して一層簡単に制御可能である改良された実施形態を提供する課題に取り組む。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、各発熱装置が２つの個別に制御可能な発熱体を有し、一方の発熱体が発熱装置の、一方の隣接する管に向き合う側に配置されている一方、他方の発熱体が発熱装置の、他方の隣接する管に向き合う反対側の別の側に配置されてなる熱交換器によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の対象である。
【発明を実施する形態】
【０００６】
本発明は、個々の発熱装置がそれぞれ２つの発熱体を備えており、発熱体が個別に制御可能であり、かつその熱を発熱装置の相反する２つの側でフィン要素に直接または間接的に放出するとの一般的考えに依拠している。その際各発熱体は、主にＰＴＣ素子として実施される少なくとも１つの発熱素子を備えている。本発明に係る構成によって、一定した数の発熱装置において、倍の数の発熱体を熱交換器内に収容することが可能である。こうして一定した発熱出力において個々の発熱体の電気出力は半分にすることができる。それゆえに本発明に係る構成によって、個々の発熱体の接続もしくは切断は発熱装置が接続されている電源網の実際の負荷容量に一層良好に適合することが可能である。
【０００７】
各発熱装置が管状筐体を有し、この筐体が２つの互いに平行な側壁を有し、側壁の外面にフィン要素が、また筐体の内面に発熱体が伝熱的に配置されていることによって、簡素化された構成は達成することができる。
【０００８】
１構成において、各発熱装置が２つの押付板を含むことができ、押付板はそれぞれ発熱体の一方に当接し、かつ発熱体を筐体の側壁に押し付けるために少なくとも１つのばね要素で押し広げられている。発熱体を実際に筐体に加圧することによって発熱体から筐体への集中的伝熱を保証することができる。
【０００９】
特別有利な実施形態では、筐体と押付板は電気導体として構成しておくことができ、その場合各発熱体において各押付板に当接する内面がこの発熱体の第１電気端子を形成する一方、筐体の各側壁に当接する外面はこの発熱体の第２電気端子を形成する。さらに、両方の押付板は相互に電気絶縁されている。
【００１０】
両方の導電性押付板を相互に電気絶縁できるようにするために、以下の措置を選択的にまたは累積的に適用することができる。
【００１１】
‐ばね要素は電気絶縁して構成しておくことができ、
‐ばね要素と押付板の少なくとも一方との間に電気絶縁体を配置しておくことができ、
‐ばね要素は、少なくとも押付板の一方に当接する接触領域に電気絶縁フィルム、被覆、塗膜、陽極酸化処理部および／または表面を備えておくことができ、
‐押付板の少なくとも一方は、少なくともばね要素に当接する接触領域に電気絶縁フィルム、被覆、塗膜および／または表面を備えておくことができる。
【００１２】
本発明の他の重要な特徴と利点は従属請求項、図面、図面を基にした付属する図の説明から明らかとなる。
【００１３】
前記特徴および以下になお説明する特徴がその都度記載された組合せにおいてだけでなく別の組合せや単独でも本発明の範囲から逸脱することなく適用可能であることは自明である。
【００１４】
本発明の好ましい実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。同じ符号は同一部材または機能上同一または類似の部材に関係している。
【実施例】
【００１５】
図１と図２によれば、本発明に係る熱交換器１は互いに平行に配置される多数の管２からなる。ふつうこれらの管２は１平面に並べて配置されており、この平面は図１の図面平面に一致しており、図２では符号３とされている。管２はここではいわゆる「扁平管」として構成されており、従って平面３を横切る寸法が平面３に平行な寸法よりもかなり大きい横断面を有する。熱交換器１はさらに複数の、ここでは４つの電気発熱装置４を有し、発熱装置はやはり管２と平行に延びており、２つの隣接する管２の間にそれぞれ配置されている。さらに多数のフィン要素５が設けられており、それらのフィンは平面３を横切って流通可能であるように延びている。フィン要素５は、一方で対で隣接する管２の間にそれぞれ配置されている。他方でこのようなフィン要素５は、各発熱装置４とこれに隣接する管２との間にそれぞれ配置されている。
【００１６】
熱交換器１は主に自動車の空気処理装置内で、車室に供給されるべき空気流を必要に応じて加熱するのに使用される。この目的のために空気流は平面３を横切って熱交換器１内に通される。この場合熱交換器１が暖房回路に接続されており、熱交換器１の管２内を暖房液体が循環する。この暖房回路は例えば車両内燃機関の冷却回路に一体化しておくことができる。その際、暖房液体から空気流への伝熱は管２とフィン要素５とを介して行われる。
【００１７】
暖房液体が十分な熱量を用意できない場合のため、発熱装置４が通電されるが、当該電流端子がここには図示されていない。
【００１８】
図３〜図６によれば、各発熱装置４は、管２に対してそれぞれ平行に延びる２つの発熱体６、７を含む。その際望ましくは各発熱体６、７が発熱装置４の全長に沿って、つまり管２の全長に沿って延びている。両方の発熱体６、７は発熱装置４の相反する側８もしくは９に配置されている。その際両方の発熱体６、７の配置と向きは、発熱装置４に隣接する管２に各発熱体６、７が向き合うように行われる。
【００１９】
本発明によれば両方の発熱体６、７が相互に独自に制御可能もしくは作動可能である。
【００２０】
ここに示す実施形態において熱交換器はさらに少なくとも１つの管状筐体１０を有し、この筐体は発熱装置４の相反する両方の側８、９に２つの互いに平行な側壁１１もしくは１２を有する。発熱体６、７は筐体１０の内部１３に収容されており、各発熱体６、７はそれぞれ側壁１１、１２の内面１４もしくは１５に伝熱的に当接している。さらに、これらの側壁１１、１２はそれらの外面１６もしくは１７がそれぞれフィン要素５の１つと伝熱的に結合されている。それに応じて、側壁１１、１２を介して発熱体６、７とフィン要素５との伝熱的連結が生じる。
【００２１】
発熱体６、７を側壁１１、１２に押し付けて伝熱を向上するために、筐体１０の内部１３に２つの押付板１８もしくは１９が配置されており、押付板は各発熱体６、７の側壁１１、１２から離れた方の内面２１もしくは２２にそれぞれ当接する。さらに複数のばね要素２０を設けておくことができ、そのうち図３〜図６には各１つのみが示してあり、押付板１８、１９の間に配置されて押付板を外方に押し広げる。こうしてばね要素２０によって押付板１８、１９が発熱体６、７に加圧され、発熱体６、７が側壁１１、１２に加圧される。
【００２２】
特別有利な実施形態によれば筐体１０と押付板１８、１９が電気導体として構成されている。特に筐体１０と押付板１８、１９は金属から製造されている。その際に使用される発熱体６、７は、各発熱体６、７において各押付板１８もしくは１９の当接する内面２１もしくは２２が各発熱体６、７の第１電気端子を形成するように構成されている。さらに、各発熱体６、７が外面２３もしくは２４で筐体１０の各側壁１１、１２に当接し、各発熱体６、７においてこの外面が各発熱体６、７の第２電気端子として構成されている。
【００２３】
ところで発熱体６、７に通電できるようにするには、押付板１８、１９と筐体１０を適宜に電源に接続すれば十分である。両方の発熱体６、７は発熱のため相互に独自に制御することができるので、両方の発熱体６、７を相互に独自に各電源と接続することも必要である。この目的のために両方の押付板１８、１９は相互に絶縁されていなければならない。
【００２４】
両方の押付板１８、１９の相互絶縁はさまざまな仕方で実現することができる。
【００２５】
例えば図３によれば、単数または複数のばね要素２０を電気絶縁して構成することが可能である。例えば各ばね要素２０は不導電性材料からなる。同様に、少なくともばね要素２０が両方の押付板１８、１９の一方に当接する接触領域２５において各ばね要素２０を電気絶縁することが可能である。この絶縁は例えば絶縁フィルム、被覆、塗膜、陽極酸化処理部によって達成することができる。同様に、この接触領域２５に陽極酸化処理によって電気絶縁表面を備えることが可能である。
【００２６】
図４によれば、所要の絶縁はばね要素２０と押付板１８、１９の一方との間に電気絶縁体２６を配置しておくことによっても達成することができる。このような絶縁体２６は例えば好適なプラスチックで構成することができ、または例えばマイカフィルムによってまたはガラス繊維強化エポキシ樹脂によって形成しておくことができる。
【００２７】
図３〜図５によれば、発熱体６、７の位置決めを簡素にするために筐体１０内に支持体２７が配置されており、この支持体に例えば押付板１８、１９が挟着可能である。このような支持体２７を利用して発熱装置４の組立は著しく簡素にすることができる。
【００２８】
図５による特別な実施形態においてこの支持体２７は仕切壁２８を有することができ、仕切壁は、この仕切壁２８に片側で一方の押付板１８が当接しかつ反対側ではばね要素２０が加圧するように位置決めされている。その際支持板２７用に使用される材料は、仕切壁２８に当接する押付板１８にばね要素２０の加圧力を実質的に伝達できる程度に弾力的である。さらに支持体２７は少なくともその仕切壁２８の領域で電気絶縁材料から製造されており、これにより両方の押付板１８、１９の所要の相互絶縁が実現されている。支持体２７がプラスチック製射出成形品によって製造されている場合、支持体２７は少なくともその仕切壁２８の領域で各押付板１８に直接射出成形するのが望ましい。これによっても発熱装置４の製造簡素化を生じることができる。仕切壁２８は押付板１８の全長に沿って延設することができる。同様に、仕切壁２８を腹部としてばね要素２０の領域にのみ延設することが可能であり、その場合ばね要素２０の数に応じて複数の腹部状仕切壁２８を設けておくこともできる。
【００２９】
図６によれば両方の押付板１８、１９の間に所要の絶縁を達成するために一方または両方の押付板１８、１９において、少なくともばね要素２０が各押付板１８、１９に当接する接触領域２９は好適な電気絶縁部３０を備えておくことができる。この絶縁部３０は例えば電気絶縁フィルム、被覆または塗膜によって形成しておくことができる。同様に、陽極酸化処理を利用して製造された電気絶縁表面によって絶縁部３０を構成することが可能である。
【００３０】
各支持板１８、１９もしくは各ばね要素２０に絶縁部を製造するのに使用される被覆または塗膜は例えば単層または多層に塗布された耐熱性塗料で、またはテフロン（登録商標）被覆またはガラス繊維被覆によって、達成することができる。同様に、高温ポリエステルフィルムを各押付板１８、１９もしくはばね要素２０に貼り付けることが可能である。さらに、好適な仕方で例えば電気絶縁フィルム、被覆または塗膜によって絶縁構成されたアルミニウム接着テープも使用することができる。さらに、前記さまざまな絶縁部の可能性を互いに組合せることができる。１０〜５００μｍの層厚が可能であり、その際、熱交換器１の予定された寿命全体にわたって各ばね要素２０によって発生されるばね力にそれが耐えるように各絶縁部が寸法設計されていることを常に考慮しなければならない。絶縁被覆またはフィルムは、熱交換器１の寿命全体にわたって熱可塑性変形を受けないように形成されねばならない。
【００３１】
相互に独自に制御可能もしくは動作可能な発熱体６、７を本発明により発熱装置４に一体化すると、発熱装置４の改善され特に比較的細かく等級付けされた電力消費が可能になる。これにより、必要な場合に多かれ少なかれ発熱体６、７の作動によって空気流を付加的に加熱するために、用意された出力を最適に利用することが可能である。各２つの発熱体６、７を含む発熱装置４を使用すると、一方で、熱交換器１の既存構造を変更する必要がなくまたはごく僅かに変更しなければならないだけとなることが保証される。他方でさらに、すべての発熱装置４のすべての発熱体６、７が作動しているのではない場合でも、空気流への熱導入が一層均一になる。
【００３２】
発熱体６、７はそれぞれ主に少なくとも１つのＰＴＣ素子で形成されている。ＰＴＣ素子は、一方で電流印加時に熱を発生しかつ他方で熱の増加に伴って電気抵抗を高める半導体である。そのことから、このようなＰＴＣ素子は電流印加時に自動的に所定温度となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る熱交換器の正面図である。
【図２】図１の切断線ＩＩに沿った図１の熱交換器の断面図である。
【図３】熱交換器の発熱装置の１つの実施形態の横断面図。
【図４】熱交換器の発熱装置の他の実施形態の横断面図。
【図５】熱交換器の発熱装置の他の実施形態の横断面図。
【図６】熱交換器の発熱装置の他の実施形態の横断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  熱交換器
２  管
３  平面
４  発熱装置
５  フィン要素
６  発熱体
７  発熱体
８  １０の側
９  １０の側
１０  筐体
１１  １０の側壁
１２  １０の側壁
１３  １０の内部
１４  １１の内面
１５  １２の内面
１６  １１の外面
１７  １２の外面
１８  押付板
１９  押付板
２０  ばね要素
２１  ６の内面
２２  ７の内面
２３  ６の外面
２４  ７の外面
２５  ２０の接触領域
２６  絶縁体
２７  支持体
２８  ２７の仕切壁
２９  １８、１９の接触領域
３０  絶縁部／被覆／塗膜／フィルム／表面
【図１】
2005522666.tif 000003
【図２】
2005522666.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005522666.tif 000008
【国際調査報告】
2005522666.tif 000009
2005522666.tif 000010
2005522666.tif 000011
2005522666.tif 000012