特許第6974765号(P6974765)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6974765
(24)【登録日】2021年11月9日
(45)【発行日】2021年12月1日
(54)【発明の名称】電気ヒータ
(51)【国際特許分類】
   H05B 3/40 20060101AFI20211118BHJP
   B60H 1/22 20060101ALI20211118BHJP
   F28F 9/24 20060101ALI20211118BHJP
   F28F 9/22 20060101ALI20211118BHJP
   F24H 1/12 20060101ALI20211118BHJP
   F24H 9/00 20060101ALI20211118BHJP
【FI】
   H05B3/40 A
   B60H1/22 611C
   F28F9/24
   F28F9/22
   F24H1/12 A
   F24H9/00 A
【請求項の数】21
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2019-551640(P2019-551640)
(86)(22)【出願日】2018年3月23日
(65)【公表番号】特表2020-511763(P2020-511763A)
(43)【公表日】2020年4月16日
(86)【国際出願番号】EP2018057414
(87)【国際公開番号】WO2018172509
(87)【国際公開日】20180927
【審査請求日】2019年10月17日
(31)【優先権主張番号】102017106250.5
(32)【優先日】2017年3月23日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】591018763
【氏名又は名称】ベバスト エスエー
【氏名又は名称原語表記】Webasto SE
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(72)【発明者】
【氏名】クラウス メスル
(72)【発明者】
【氏名】パウル ラインスレ
(72)【発明者】
【氏名】ヴィターリ デル
(72)【発明者】
【氏名】パトリック シュピールバーガー
【審査官】 河内 誠
(56)【参考文献】
【文献】 特開2011−143780(JP,A)
【文献】 実開平01−111973(JP,U)
【文献】 実開平01−111980(JP,U)
【文献】 米国特許出願公開第2012/0315024(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05B 3/00−3/86
B60H 1/00−3/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
自動車両のための電気ヒータであって、液体を受け取り、且つ、誘導するための体積(15)を備え、また、液体入口(13)及び液体出口(14)であって、液体が前記液体入口(13)を介して前記体積(15)中に流入することができ、また、前記液体出口(14)を介して流出することができる液体入口(13)及び液体出口(14)を備え、少なくとも一つの発熱体(16)及び流れ誘導デバイス(12)が前記体積(15)中に配置され、前記流れ誘導デバイス(12)が、流れを偏向させ、及び乱流を発生するための少なくとも一つの流れ偏向及び乱流発生デバイス(25)を備え、前記流れ誘導デバイス(12)は、前記少なくとも一つの発熱体(16)を支持する機能も支える機能も有していない、自動車両のための電気ヒータ。
【請求項2】
記流れ誘導デバイス(12)が、前記電気ヒータのメイン・ボディ(22)に取外し可能に接続される、請求項1に記載の電気ヒータ。
【請求項3】
前記流れ誘導デバイス(12)及び/又は前記メイン・ボディ(22)が、前記流れ誘導デバイス(12)がクランピング方式で保持される方法で少なくとも一つの対応するデバイスと協同する少なくとも一つのクランピング・デバイス(20a、20b)を有することを特徴とする請求項に記載の電気ヒータ。
【請求項4】
前記流れ誘導デバイス(12)が、前記液体入口(13)から前記液体出口(14)へ流れる液体が偏向され、したがって流路が長くなる方法で、偏向デバイスを備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項5】
前記流れ誘導デバイス(12)によって延長される前記流路が、液体入口(13)と液体出口(14)の間の距離の長さの少なくとも2倍であことを特徴とする請求項に記載の電気ヒータ。
【請求項6】
前記流れ偏向及び乱流発生デバイス(25)が、縁の内側に少なくとも一つの開口(26、26a、26b、26c、27、28)を、及び/又は縁の上に少なくとも一つの凹所(21a、21b)を、及び/又は前記流れ誘導デバイス(12)から前記流れ誘導デバイス(12)の厚さの少なくとも2倍だけ突出する少なくとも一つの突起(31、32)を、有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項7】
前記流れ偏向及び乱流発生デバイス(25)が、前記流れ誘導デバイス(12)から突出する少なくとも一つのフラップ(23、24)を有し、前記フラップ(23、24)は、前記流れ誘導デバイス(12)の切断された断面によって形成され、及び/又は少なくとも部分的に前記流れ誘導デバイス(12)の上に置かれることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項8】
前記流れ偏向及び乱流発生デバイス(25)が少なくとも一つのタービュレータ(44)を備えることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項9】
前記流れ偏向及び乱流発生デバイス(25)が、前記流れ誘導デバイスの流入表面(33、34)の上流側端部よりも下流側端部に近く、或いはその逆であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項10】
前記流れ誘導デバイス(12)を前記液体入口(13)に近い近位1/2と前記液体入口(13)から遠い遠位1/2との1/2ずつに分けたとき、前記流れ偏向及び乱流発生デバイス(25)が部分的又は全体的に前記流れ誘導デバイス(12)の遠位1/2に形成されることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項11】
前記流れ誘導デバイス(12)が、少なくとも一つの流れ誘導板及び/又は少なくとも一つの流れ誘導円筒を備えることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項12】
前記流れ誘導デバイス(12)が、少なくとも実質的に互いに平行である少なくとも二つの壁断面(37、38)、即ち第1の壁断面(37)及び第2の壁断面(38)を有し、前記発熱体(16)の少なくとも一つの断面がそれらの間延在、第1の流れ偏向及び乱流発生デバイス前記第1の壁断面(37)の上に設けられ、第2の流れ偏向及び乱流発生デバイス前記第2の壁断面(38)の上に設けられ、前記第1の流れ偏向及び乱流発生デバイス及び前記第2の流れ偏向及び乱流発生デバイスが互いに対してオフセットして、或いは互いに整列して配置されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項13】
前記液体入口(13)及び前記液体出口(14)が互いに隣接し、及び/又は前記電気ヒータの同じ側に配置され、及び/又は互いに対してオフセットして配置されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項14】
前記液体入口(13)及び前記液体出口(14)が、前記体積の内部の二つの点の間の最大可能距離より著しく短い互いからの距離、例えば互いからのこの最大可能距離の1/2未満の距離を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項15】
前記流れ誘導デバイス(12)が前記体積(15)を少なくとも二つの部分体積(17、18)に分割し、これらが少なくとも一つの、或いは正確には一つの接続開口によって相互接続され、前記接続開口は、前記液体出口(14)からよりも前記液体入口(13)からの方がより広く間隔を隔ててい、及び/又は発熱体(16)又は前記発熱体(16)の断面が、いずれも部分体積(17、18)中に配置されることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項16】
少なくとも一つの管状加熱体及び/又は少なくとも一つの層ヒータが、発熱体(16)又はその一部として設けられることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の電気ヒータ。
【請求項17】
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の電気ヒータを備える自動車両。
【請求項18】
前記液体が前記液体入口(13)を通って流入し、また、高められた温度で前記液体出口(14)から流出する、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の電気ヒータ又は請求項17に記載の自動車両を動作させるための方法。
【請求項19】
前記体積(15)から流出する前記液体を使用して自動車両の内部及び/又は運転要素が加熱されることを特徴とする請求項18に記載の方法。
【請求項20】
予備加熱デバイス及び/又は追加加熱デバイスとしての、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の電気ヒータの使用。
【請求項21】
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の電気ヒータを備えるセットであって、それらの少なくとも一つの乱流発生デバイスの構造に関して互いに異なっている少なくとも第1の流れ誘導要素及び第2の流れ誘導要素を備える、セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気ヒータ、詳細には自動車両のための補助加熱システム、及びヒータを動作させるための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車両のための、例えば補助加熱システムなどの電気ヒータは広く知られている。電気補助加熱システムは、通常、主流れ方向を有する水運搬領域(水運搬体積)を有している。更に、水接続が水運搬領域に設けられており、それにより水を水運搬領域へ導き入れまた、この領域から導き出すことができる。このような補助加熱システムを永久に動作させるためには、通常、換気を可能にする必要がある。この点に関して、利用可能な設置空間の利用を改善することが必要であると思われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
したがって本発明の目的は、自動車両中の利用可能な設置空間を有効に利用することができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
この目的は、請求項1の特徴によって解決される。
【0005】
本発明の第1の態様によれば(この第1の態様は、詳細には後続する第2の態様と組み合わされてもよい)、自動車両(乗用車両又はトラックであることが好ましい)のための電気ヒータ、詳細には補助加熱システムは、液体、詳細には水を受け取り、且つ、誘導するための体積を備え、また、液体入口及び液体出口であって、液体が液体入口を介して体積中に流入することができ、また、液体出口を介して流出することができる液体入口及び液体出口を備え、少なくとも一つの発熱体、詳細には発熱抵抗体、及び流れ誘導デバイス(詳細には偏向デバイス)が体積中に配置され、流れ誘導デバイスは、流れを(局所的に)偏向させ、及び/又は乱流を(局所的に)発生するための少なくとも一つの流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスを備える。
【0006】
第1の態様の鍵となる着想は、少なくとも一つの流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(即ち例えば開口又は間隙及び/又は凹所及び/又は突起)を備え、したがって流れを(局所的に)偏向させてデッド・スペースを小さくするか、又は回避することができ、或いは少なくとも一つの発熱体への熱伝達を改善する乱流を導入することができる流れ誘導デバイス(流れ誘導要素)を提供することにある。
【0007】
更に、上記目的は、液体、詳細には水を受け取り、且つ、誘導するための体積を備え、また、液体入口及び液体出口であって、液体が液体入口を介して体積中に流入することができ、また、液体出口を介して流出することができる液体入口及び液体出口を備える、自動車両(例えば乗用車両又はトラック)のための、補助加熱システムであることが好ましい電気ヒータによって第2の態様に従って解決され(この第2の態様は、詳細には第1の態様と組み合わされてもよい)、少なくとも一つの発熱体、詳細には発熱抵抗体、及び流れ誘導デバイス(詳細には偏向デバイス)が体積中に配置され、流れ誘導デバイスは、電気ヒータのメイン・ボディに取外し可能に接続され、詳細には電気ヒータのメイン・ボディ上にプラグ・オンされる。
【0008】
第2の態様の鍵となる着想は、取外し可能流れ誘導デバイス(流れ誘導要素)を提供し、したがって流れ誘導デバイスを取り外し、及び/又は交換することができることにある。この手段により、流れ誘導デバイスを特定的に、或いはより特定的に所望の状況に適合させることができ、したがって電気ヒータの有効な動作を可能にすることができ、また、とりわけ必要な設置空間をかなり小さくすることができる。例えば適切な流れ誘導デバイスを製造中に予め選択することができ(おそらくは複数の異なる流れ誘導デバイスから)、また、特定のメイン・ボディに取り付けることができる。その後の交換も任意選択で実行可能である。
【0009】
原理的には、本発明による(電気)ヒータは給湯器を備えている。このような給湯器は、例えば車両の冷却水回路中に統合することができる。水の代わりに、異なる液体又は水−混合物(例えば水−グリコール)を使用することも可能である。給湯器中に解放される熱は、熱源から冷却水へ伝達することができる。これは、熱交換器中又はハウジング内で達成することができる。
【0010】
例えば内部及び/又は構成要素を加熱するために、電気エネルギを使用して流体(冷却水)を加熱することができ、熱交換器を介して流体へ熱を伝達することができる。原理的には、熱伝達は、冷却水誘導チャネル及び発熱体(抵抗熱導体)の空間分離によって達成することができる(詳細には高電圧ヒータの場合)。この場合、冷却水(流体)及び発熱体(抵抗熱導体)は互いに直接接触しない。しかしながら本発明では、冷却水(流体)及び発熱導体は空間的に分離されないことが好ましい(また、後で例えば投込み電熱器として構成される)。発熱導体(例えば管状発熱体、管状加熱体)は、冷却水誘導(流体誘導)チャネル中に直接統合することができる。
【0011】
流れ誘導デバイスは、詳細には、(流体誘導)体積の内部に配置され、また、流れる流体の方向を少なくとも部分的に(共同)画定するデバイス(要素)として理解されたい。したがって流れ誘導デバイスは、少なくとも一つの発熱体と厳密に同じ方法で体積中に浸される(体積中の流体が流れ誘導デバイス及び同じく少なくとも一つの発熱体の両方と接触する方法で)。流れ誘導デバイスは、(何らかの)電気発熱体を支持し、及び/又は支える機能を有していないことが好ましい。実施形態では、流れ誘導デバイス及び少なくとも一つの(又はすべての提供されている)発熱体は、機械的に接触していない、即ち互いに間隔を隔てている。この場合、流れ誘導デバイスは、板又は円筒として構成することができ、また、(一般的には)一定の厚さを有することができる(おそらくは例えば乱流入力のための突起、開口及び/又は凹所を別にして)。流れ誘導デバイスは、金属、詳細にはアルミニウムを少なくとも主体(重量パーセントで)として形成されることが好ましい。
【0012】
乱流発生デバイスは、詳細には、流れ誘導デバイスを介して誘導される、即ち流れ誘導デバイスの上、及び/又は中、及び/又は(周囲)を流れる流体ストリーム中に乱流を加える方法で構造的に条件付けられる、貫通混合を促進し、また、いわゆるデッド・スペースの形成を防止する(或いは少なくともデッド・スペースの形成の対応する可能性を小さくする)デバイス(要素)として理解されたい。
【0013】
流れ偏向デバイスは、詳細には、流れを局所的に(おそらくはいくつかの位置で)偏向させる(詳細には乱流を発生することなく)デバイスとして理解されたい。流れ偏向デバイスは、この目的のために、対応する流れ偏向デバイスがない場合、流れが到達することがない、或いはそこを通る流れが生じない領域(デッド・スペース)に液体ストリームを偏向させる複数の開口(間隙)及び/又は凹所及び/又は突起を有することができることが好ましい。
【0014】
流れ誘導デバイスは、穴あき円筒の形態を有することができる。穴あき円筒は、細長い孔のタイプの横断面を有することが好ましい。横断面の長さは、幅の1.5倍の長さであることが好ましく、幅の少なくとも2.5倍及び/又は最大10倍の長さであることが更に好ましく、幅の最大5倍の長さであることが好ましい。流れ誘導デバイスの軸方向の長さは、横断面の長さの少なくとも0.5倍の長さであることが好ましく、横断面の長さの少なくとも1.0倍及び/又は最大3.0倍の長さであることが好ましく、横断面の長さの最大1.8倍の長さであることが好ましい。別法又は追加として、流れ誘導デバイスの軸方向の長さは、横断面の幅の少なくとも1.8倍の長さであることが好ましく、横断面の幅の少なくとも3.0倍及び/又は最大12.0倍の長さであることが更に好ましく、横断面の幅の最大6.0倍の長さであることが好ましい。
【0015】
更に、流れ誘導デバイスは、複数の(例えば円形の)孔を備えていることが好ましく、これらの孔は、格子又はメッシュ様の方式、或いは(いくつかの)行、例えば少なくとも5行又は少なくとも10行、及び/又はいくつかの列、例えば少なくとも5列又は少なくとも10列で配列されることが更に好ましい。「線」は、軸方向の「列」である、穴あき円筒の円周方向に延在することが好ましい。例えば全部で少なくとも20個又は少なくとも100個の孔を設けることができる。孔は、個々の事例において、それら自身で、或いは全体で、流れを(局所的に)偏向させる流れ偏向デバイスを形成することができ、したがってデッド・スペースが回避されるか、或いは少なくとも低減される。
【0016】
個々の孔、又はいくつかの孔、或いはすべての孔は、丸い横断面又は丸くない横断面、例えば楕円形、長円形及び/又は多角形、詳細には四角形及び/又は三角形の横断面、及び/又は以下の実施形態で説明されている横断面を有することができる。
【0017】
穴あき円筒の縦軸は、ハウジングの縦軸に対して横方向に延在することができる。第2の流れ誘導デバイス(詳細には穴あき円筒に加えて)は、分割壁、詳細には分割板の形態で設けることができる。第2の流れ誘導デバイスは、穴あき円筒の軸方向の長さの少なくともほぼ半分(任意選択で軸方向の長さの+/−10%)にわたって配置することができる。更に、第2の流れ誘導デバイスは、穴あき円筒の軸方向に対して少なくとも実質的に直角であってもよい。
【0018】
第1の(穴あき円筒)及び/又は第2の流れ誘導デバイスは、(個々の事例において、それら自身で、或いは相俟って)偏向デバイスを形成することができる。
【0019】
体積は、第2の流れ誘導デバイス(分割壁又は分割板)によって二つの部分体積に分割することができる。この場合、第2の流れ誘導デバイスは、ハウジングの一つの(縦方向の)側壁から反対側の側壁まで真っ直ぐに通っていることが好ましい(これらの側壁に対して直角に)。液体入口及び液体出口は、同じ側壁に配置することができる(また、とりわけ、ハウジングの縦方向の延長に対して互いに隣り合っていることが好ましい)。とりわけ液体入口及び液体出口は、側壁の端部断面に配置することができる。
【0020】
液体は、全体で(第1の)流れ誘導デバイス(穴あき円筒)の周囲を(第1の)流れ誘導デバイス(穴あき円筒)及び/又は(第2の)流れ誘導デバイスの縁の周囲を介して端から端まで流れることができ、したがって全体で多数の「経路」を液体のために利用することができ、又はデッド・スペースを回避し、或いは少なくとも小さくすることができる。
【0021】
発熱体(詳細には発熱コイル又は発熱管の形態の)は、(第1の)流れ誘導デバイス(穴あき円筒)の周囲に配置されることが好ましい。(第1の)流れ誘導デバイス12は、発熱体に(機械)接触させることができ、例えば発熱体中にプラグ・インすることができるが、発熱体とは間隔を隔てていることが好ましい。したがって熱伝達を期待して液体の流れを更に改善することができる。
【0022】
更に、(第1の)流れ誘導デバイス(穴あき円筒)は、詳細にはプラグ・オン又はプラグ・インによってメイン・ボディに取外し可能に接続することができる。(第1の)流れ誘導デバイス(穴あき円筒)は、第2の流れ誘導デバイスによって保持することができ、詳細には第2の流れ誘導デバイス中にプラグ・インされる。第2の流れ誘導デバイスは、本質的にメイン・ボディに(例えばプラッギング又は溶接によって)取外し可能に、或いは非取外し可能に接続することができる。
【0023】
流れ誘導デバイスは、偏向デバイス、詳細には少なくとも一つの分割壁を備えていることが好ましく、或いは液体入口で流入し、液体出口へ向かう液体が偏向され、したがって流路が拡張される方法であることが好ましい方法で、偏向デバイス、詳細には分割壁として構成されることが好ましい。この更なる開発の鍵となる着想は、液体入口から液体出口までの液体の「短縮」が(少なくとも大幅に)防止されるよう、体積を通り、偏向デバイスを通って流れる液体を経路上に強制することにある。したがって発熱体の周囲の良好な(少なくともほぼ完全な)、画定された流れを達成することができる(詳細には設置位置に無関係に)。したがって発熱体の周囲のこのタイプの流れは、設置位置に(少なくともほぼ)無関係である。それにもかかわらず様々な(例えば二つ又は三つの異なる)設置位置で十分な換気を同じく達成することができる。したがって全体として、利用可能な設置空間をより有効に利用することができる(電気ヒータの適切な配向により)。全体として電気ヒータを多様に使用することができる。
【0024】
体積(水誘導領域)は、(少なくとも部分的に)発熱体、詳細には発熱抵抗体が配置される容器によって形成されることが好ましい。体積即ち容器は、詳細には長方形(おそらくは丸い縁を有する)又は(円形)円筒状であってもよい。容器は、任意選択で偏向デバイスと一片で形成することができる(一体であることが好ましい)。別法としては、容器は複数の要素から構成することができ、及び/又は容器及び偏向デバイスは、個別の構成要素によって形成することができる。容器は、(少なくとも部分的に)金属及び/又はプラスチックから製造することができる。
【0025】
液体入口及び/又は出口は丸い横断面を有することが好ましい。
【0026】
発熱体は、詳細には、体積中の液体を加熱することができ、したがって液体出口から出る際の液体の温度が液体入口を通って入る際の温度と比較すると高くなる要素として理解されたい。このような発熱体は、封止される(即ち、詳細には、中に流体チャネルが統合されることなく構成される)ことが好ましい。発熱体は(電気)発熱抵抗体、即ち電流が印加されると加熱されるようになる構造であることが好ましく、熱は、次に体積中の液体に引き渡すことができる。体積中の発熱体の構造は、詳細には、発熱体が体積の内部へ突出する構造として理解されたい。しかしながらこの構造は、発熱体が体積の壁の内側の表面に配置されるか、或いは壁自体によって画定される構造を同じく備えることも可能である。特定の実施形態では、正確に一つの液体入口及び一つの液体出口が設けられる。二つ以上の液体入口及び/又は二つ以上の液体出口が設けられることも同じく想定可能である。
【0027】
偏向デバイスによる偏向は、詳細には、液体入口と液体出口の間の直接経路が偏向デバイスによって少なくとも部分的に阻止され、したがって体積を通って流れることによって液体入口から液体出口へ到達するために、液体が少なくとも部分的に迂回路上へ強制されることを意味することを理解されたい。この手段によって、体積を通って流れる液体の少なくとも一部が(例えば液体の少なくとも微小部分が迂回路なしに液体入口から液体出口まで流れることを許容する偏向デバイス中の一つ又は複数の開口を通って)液体入口から液体出口までの直接経路上を同じく流れ得ることが防止されてはならない。しかしながら液体の少なくとも大部分は偏向デバイスによって迂回路上へ強制される。この迂回路は、液体入口と液体出口の間の(潜在的)直接経路の長さの少なくとも2倍の長さにするべきであることが好ましく、少なくとも4倍の長さにするべきであることが更に好ましい。
【0028】
特定の構成では、流れ誘導デバイス(偏向デバイス)は、ハウジングの二つの互いに反対側の(例えば平行に通っている)壁断面の間の距離の少なくとも25%にわたって延在することができ、少なくとも50%及び/又は最大98%にわたって延在することができることがより一層好ましく、最大92%にわたって延在することができることが好ましい。例えば(円形)円筒状構成では、流れ誘導デバイス(偏向デバイス)は、円筒の長さの少なくとも25%、詳細には少なくとも50%及び/又は最大98%にわたって延在することができることが好ましく、最大92%にわたって延在することができることが好ましい。
【0029】
流れ誘導デバイス及び/又はメイン・ボディは、詳細には少なくとも一つのプラグ・イン・フラップを備えた少なくとも一つのクランピング・デバイスを有することが好ましい。クランピング・デバイス(プラグ・イン・フラップ)は、流れ誘導デバイスがクランピング方式で保持される方法で少なくとも一つの対応するデバイス(例えば縁及び/又はトリップ様突起)と協同することが好ましい。この手段により、単純な方法で流れ誘導デバイスを取り付けることができ、且つ、安全に保持することができる。
【0030】
流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、少なくとも一つのフラップ(詳細には流れ誘導デバイスから突出している)を有することが好ましい。フラップは、少なくとも部分的に切断され、及び/又は少なくとも部分的にその上に置かれる(ベント)流れ誘導デバイスの断面によって少なくとも部分的に形成することができることが好ましい。
【0031】
好ましい実施形態では、少なくとも一つのフラップは、流れ誘導デバイスの縁(板の形であることが好ましい)に配置され、また、流れ誘導デバイスの主表面から外側に向かってピボットさせることができる(例えば湾曲させることによって)。したがって流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、とりわけ単純な方法で適合させることができる(詳細には同じく製造後に)。別法又は追加として、流れ誘導デバイスの縁には設けられない少なくとも一つのフラップを同じく設けることも可能である。しかしながら同じくここでは、フラップは、外側に向かって様々な距離で置くことができるように条件付けられることが好ましい(したがってフラップは様々な距離まで突出することができる)。
【0032】
特定の一実施形態では、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、少なくとも一つのタービュレータを備えている。タービュレータは、(詳細には板の形の)流れ誘導デバイスによって予め画定される平面上に直角に延在することが好ましい。タービュレータは、円筒状の形を有することができ、及び/又は円形の横断面を有することができる。
【0033】
一実施形態では、少なくとも一つの突起は、流れ誘導デバイスの厚さの少なくとも2倍だけ流れ誘導デバイスから突出することができ、流れ誘導デバイスの厚さの少なくとも3倍だけ流れ誘導デバイスから突出することができることが好ましい。流れ誘導デバイスの厚さ(局所厚さが変化する)は、詳細には、一定の厚さのすべての凝集領域の間の平均厚さ、又は一定の厚さの最大凝集領域の厚さとして理解されたい。別法又は追加として、突起は、少なくとも2mmだけ流れ誘導デバイスから突出することができ、少なくとも3mm及び/又は最大100mmだけ流れ誘導デバイスから突出することができることが好ましく、最大50mmだけ流れ誘導デバイスから突出することができることが好ましく、最大10mmだけ流れ誘導デバイスから突出することができることが更に好ましい。
【0034】
実施形態では、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(詳細には突起の形態の)は、流れ誘導デバイスの流入表面の上流側端部よりも下流側端部に近く、或いはその逆である。流れ誘導デバイスの流入表面は、詳細には、通り越して流れる流体と(直接)接触する表面として理解されたい。「上流側」及び「下流側」は、この文脈では、すべての乱流又は局所偏位が考慮されない主流れ方向に関している。例えば液体入口は、この意味では上流側に位置しており、また、液体出口は下流側に位置している。
【0035】
流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、少なくとも一つの開口(間隙)を有することが好ましく、縁の内側に(又は縁から間隔を隔てて)少なくとも一つの開口(間隙)を有することが更に好ましい。別法又は追加として、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、少なくとも一つの凹所を有することができ、縁の上に少なくとも一つの凹所を有することができることが好ましい。別法又は追加として、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、少なくとも一つの突起を有することができる。突起は、例えば下流側又は上流側に向かって傾斜するように条件付けることができる(ここでも同じく主流れ方向に対して)。とりわけ突起及び対応する開口及び/又は凹所は、突起が開口又は凹所と直接隣接するか、或いは開口又は凹所と少なくとも部分的に境界をなすように結合することができることが好ましい。したがって単純な方法で乱流を導入することができる。製造中、例えばたったの一ステップで突起及び対応する開口/凹所を製造することができる(例えば金属シートから切断することによって)。
【0036】
実施形態では、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、部分的に又は全面的に流れ誘導デバイスの遠位1/2に形成される。流れ誘導デバイスの遠位1/2は、流れ誘導デバイスのアセンブリ領域からより大きく距離を隔てた半分(例えば蓋又はフランジ部分或いは他のハウジング要素の上の)として理解されたい。したがって液体は、最初は流れ誘導デバイスの特定の断面にわたって、流れ誘導デバイスに沿って流れることができ(個々の事例において、少なくとも対応する近位1/2にわたって)、また、遠位領域にのみ乱流を導入することができる。この手段により、十分な動作を達成することができる。
【0037】
流れ誘導デバイスは、少なくとも一つの流れ誘導板(偏向板)、及び/又は少なくとも一つの流れ誘導円筒(偏向円筒)を備えることができる。流れ誘導板は、体積又は対応するハウジング(体積を画定している)の縦軸に対して平行に延在することが好ましい。流れ誘導円筒は、ハウジングの縦軸に対して直角に形成されることが好ましい。流れ誘導円筒の(半径方向の)横断面は、円形又は楕円形或いは細長い孔の形になるように構成することができる。横断面の長さは、横断面の幅の少なくとも2倍の長さにすることができ、横断面の幅の少なくとも4倍の長さであることが好ましい。流れ誘導円筒は中空円筒であることが好ましい。
【0038】
流れ誘導デバイスは、(少なくとも実質的に)互いに平行である少なくとも二つの壁断面、即ち第1の壁断面及び第2の壁断面を有することができる。発熱導体の少なくとも一つの断面は、壁断面の間を延在することが好ましい。第1の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(詳細には開口)は第1の壁断面の上(中)に設けられることが好ましく、及び/又は第2の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(詳細には開口)は第2の壁断面の上に設けられることが好ましい。第1の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)及び第2の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)は、互いに対して(部分的に、又は完全に)オフセットして、或いは(別法としては)互いに整列して配置されることが好ましい。整列した配置は、詳細には、すべての直線が一方では第1の壁断面又は第2の壁断面に対して直角であり、また、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)を通過し、同じく第2の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)を通過するように理解されたい。オフセットが存在している限り、これは部分的又は完全に形成され得る。部分オフセットは、上で定義した直線のサブセットのみが第1の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)を通過し、また、他のサブセットが第1の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)及び第2の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)の両方を通過するように理解されたい。完全オフセットは、上で定義したすべての直線が第1の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)のみを通過し、第2の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)、又は第2の壁断面上のすべての他の流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)は通過しない配置として理解されたい。流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(開口)のこのようなオフセットの結果として、追加(重畳した)速度成分がもたらされ、それにより液体(流体)への熱伝達を更に促進することができる。
【0039】
液体入口及び液体出口は互いに隣接して配置することができ、及び/又は電気ヒータの同じ側に配置され、及び/又は互いに対してオフセットして配置される。オフセット配置の結果として(例えば同じ側の)、流れる液体に他の速度成分を加えることができ、これは熱伝達を更に改善することができる。
【0040】
本発明の他の態様によれば(この態様は、上記第1の態様及び/又は第2の態様と組み合わせることができることが好ましい)、目的は、自動車両のための電気ヒータ(詳細には補助加熱システム)によって解決され、自動車両は、上で説明したタイプの自動車両であることが好ましく、電気ヒータは、液体、詳細には水を受け取り、且つ、誘導するための体積を備え、また、液体入口及び液体出口であって、液体が液体入口を介して体積中に流入することができ、また、液体出口を介して流出することができる液体入口及び液体出口を備え、発熱抵抗体が体積中に配置され、電気ヒータは、少なくとも二つの異なる設置位置で換気することができるように構成され、少なくとも三つの異なる設置位置で換気することができるように構成されることが好ましい。本発明の基本着想によれば、様々な設置位置で機能する(永久的に)ように、詳細には換気することができるように構成される電気ヒータが提案される。更に、電気ヒータは、複数の設置位置でも動作する(有効に)ことができるように、即ち対応する熱伝達が生じ得るように構成されなければならない。最後に、電気ヒータは、様々な設置位置(設置配向)で取り付けることができるように同じく構成される。これは、いくつかの設置位置(設置配向)での取付けを同じく可能にする対応する取付けデバイスを想定している。この場合、重力は常に下に向かっているため、異なる力が異なる設置位置に作用することに留意されたい。
【0041】
したがって最初に第1の設置位置を可能にすることができる。第2の設置位置は、任意選択で、電気ヒータを第1の設置位置から90度だけ回転させることによって達成することができる。任意選択で第3の設置位置は、第2の設置位置から第2の(異なる)軸の周りに90度だけ回転させることによって達成することができる。第2の軸は第1の軸に対して直角であることが好ましい。例えば第1の軸は、電気ヒータの縦方向の延長に対して平行であってもよく、また、第2の軸は、電気ヒータの縦方向の延長に対して直角であってもよい(即ち横方向に延在する)。電気ヒータ、詳細には従来技術の電気補助加熱システムでは、詳細には貫通流構成のタイプ及び水接続の構造の場合、ヒータの様々な設置位置が実現され得ることを妨げている。本発明によれば、もはやこの制約が克服される。一般に、様々な設置位置は、重力ベクトルに関連して電気ヒータの様々な配向を意味している。
【0042】
偏向デバイス(偏向要素、詳細には分割壁)は金属で形成することができ、及び/又は板の形として、或いは板として構成することができる。偏向デバイスは、少なくとも部分的に、(真っ直ぐであることが好ましい)金属シートを備えることができる。偏向デバイスの輪郭は四角形であってもよい。
【0043】
流れ誘導デバイス即ち偏向デバイス(偏向要素)は、発熱体から間隔を隔てることができ、即ち発熱体に接続されなくてもよく、詳細には少なくとも一つの発熱体、又はいくつかの発熱体、或いはすべての発熱体と接触していなくてもよい。
【0044】
流れ誘導デバイス即ち偏向デバイスは、電気ヒータの内部の近位端、詳細には電気ヒータのハウジング又はハウジング部分の上に取り付けることができる。遠位端は自由であることが好ましい。
【0045】
液体入口及び液体出口は互いに隣接していることが好ましい。別法又は追加として、液体入口及び液体出口は、電気ヒータの(又は体積を形成している容器の)同じ側(例えば同じ壁、詳細には側壁)に配置することができる。「互いに隣接している」は、詳細には、液体入口と液体出口の間の距離が5cm未満であるとして理解されたい。例えば液体入口及び液体出口は、電気ヒータ(又は体積)の縦方向に延在している壁の上、詳細にはこのような縦方向の壁の一方の端部の上に配置することができ、この縦方向の壁の一方の端部は、縦方向の延長の20%の領域(一方の端部縁から見た場合の)によって画定することができる。このような配置の結果として、一方では、様々な設置位置で換気を効果的に実施することができ、また、それにもかかわらず電気ヒータは、様々な設置位置における発熱体の周囲の適切な流れが偏向デバイスによって保証されるため、効果的に動作することができる。全体として、様々な設置位置における有効な動作、即ち利用可能な設置空間の利用を可能にすることができる。
【0046】
液体入口及び液体出口は、体積の内部の二つの点の間の最大可能距離より(著しく)短い互いからの距離、例えば互いからのこの最大可能距離の1/2未満の距離を有することができ、互いからのこの最大可能距離の1/4未満の距離を有することができることが好ましく、互いからのこの最大可能距離の1/8未満の距離を有することができることが好ましい。(完全な)立方形では、例えば最大可能距離は、空間対角線に対応することになる。
【0047】
液体出口は、液体入口と同じ高さであれ、或いはそれを超える高さであれ、少なくとも三つの異なる設置位置に配置され/配置することができることが好ましい。特定の実施形態では、液体入口は、液体入口の高さの二つの設置位置、及び液体入口より高い第3の設置位置に配置され/配置することができる。したがって三つの異なる設置位置において、単純な方法で有効な動作及び同じく換気を可能にすることができる。
【0048】
液体出口及び液体入口が体積の同じ壁の上に配置される場合(例えば同じ側壁上の立方形の場合、或いは横方向の表面の円筒の場合)、液体出口及び液体入口は、この壁の同じ高さに配置されるか、或いは接続線が液体入口と液体出口の間を、壁境界に対して平行に通るように配置されることが好ましい。
【0049】
流れ誘導デバイスによって拡張される流路は、液体入口と液体出口の間の距離の長さの少なくとも2倍にすることができ、少なくとも4倍にすることができることが好ましく、少なくとも8倍にすることができることが更に好ましく、少なくとも16倍にすることができることがより一層好ましい。
【0050】
偏向デバイスは、体積の内部を体積の(縦方向の)延長の少なくとも50%にわたって延在することが好ましく、少なくとも80%にわたって延在することが好ましく、少なくとも90%及び/又は最大95%にわたって延在することがより一層好ましく、最大92%にわたって延在することが好ましい。
【0051】
特定の一実施形態では、流れ誘導デバイス即ち偏向デバイスは、体積を二つの部分体積に分割し、これらは少なくとも一つの、或いは正確には一つの接続開口によって相互接続されることが好ましい。接続開口は、液体出口からよりも液体入口からの方がより広く間隔を隔てることができることが好ましい(液体入口から)。別法又は追加として、発熱体又は発熱体の断面は、両方の部分体積中に配置することができる。流れ誘導デバイス即ち偏向デバイス(分割壁)によって画定される分割表面は、(面積の)最大20%にわたって一つ又は複数の開口を有することが好ましく、最大10%にわたって一つ又は複数の開口を有することが更に好ましい。言い換えると、分割表面は大部分が封止される。特定の実施形態では、部分体積間の間隙は、流れ誘導デバイス即ち偏向デバイスの一つの遠位端(液体入口から遠ざかる方向を指す)に排他的に存在し得る。しかしながら任意選択で、例えば換気及び/又は発熱体の個々の領域の流入を改善するために、(少なくともより小さい)間隙を液体入口の方向に更に配置することも可能である。
【0052】
流れ誘導デバイス即ち偏向デバイス(分割壁)は、偏向デバイスの縦方向の延長に対して直角の液体案内の横断面が、液体入口及び/又は液体出口から始まって漏斗形に先細りになるか、或いは広がる方法で配置及び配向することができる。流れ誘導デバイス即ち偏向デバイス(分割壁)は、第1の側から第2の(反対側の、任意選択で平行に通っている)側まで縦方向に通ることができる。このような(漏斗様)先細り又は広がりの結果として、体積を通る流れを有効に実現することができ(設置位置が異なっても)、全体として効率を改善する。
【0053】
体積を画定しているハウジング及び流れ誘導デバイス即ち偏向デバイスは、一部品(一体)構成要素として実現することができる。したがって製造費用を低減することができ、また、(追加として)封止点を回避することができる。
【0054】
少なくとも一つの管状加熱体及び/又は少なくとも一つの層ヒータが発熱体又は発熱体の一部として設けられることが好ましい。管状加熱体は、詳細には、(任意選択で封止される、即ち内部流体チャネルなしに構成される)電気導体の蛇行及び/又は螺旋及び/又は渦巻き形プロファイルとして理解され得る。層ヒータは、詳細には、電気導体がベース(例えばハウジング内壁)に対して平らに加えられ(例えば少なくとも5cm又は10cmにわたって)、且つ、電流で加熱するために置かれる発熱体である。例えばこの点に関して、WO 2013/186106 A1及びWO 2013/030048 A1を参照されたい。そこに記述されているヒータは、電気電圧が印加されると(又は電流が流れると)加熱される電気発熱層を有している。管状加熱体を使用することにより、詳細には製造が容易な幾何構造を実現することができる。
【0055】
上記の目的は、上で説明したタイプの電気ヒータを備える自動車両によって更に解決される。
【0056】
更に、目的は、上で説明したタイプのヒータを動作させるための方法、又は上で説明したタイプの自動車両によって解決され、液体は、液体入口を通って流入し、また、高められた温度で液体出口から流出する。体積から流出する液体は、自動車両の内部、詳細には乗員室を加熱するために、及び/又は運転要素、詳細にはエンジンを加熱(又は予備加熱)するために使用されることが好ましい。
【0057】
本発明の他の態様によれば、上で説明したタイプのヒータの、予備加熱デバイスとしての使用、及び/又は追加デバイス、詳細には補助加熱システムとしての使用が提案される。
【0058】
本発明の他の態様によれば、上記ヒータを備えたセット(少なくとも一つの流れ誘導デバイスが任意選択で解放即ち分離される)が提案され、そのセットは、それらの構造に関して互いに異なる少なくとも第1の流れ誘導デバイス及び第2の流れ誘導デバイスを備えており、構造の相違は、少なくとも一つの流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスの構造によるものであることが好ましい。第1の流れ誘導デバイス及び第2の流れ誘導デバイスは、基本的にそれぞれヒータに関連して上で説明したように構成することができる。第1の流れ誘導デバイス及び第2の流れ誘導デバイスは、互いに交換することができ、及び/又は相俟って使用することができることが好ましい。例えば第1の流れ誘導デバイス及び第2の流れ誘導デバイスは、そのサイズ及び/又は形状に関して、及び/又は流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスのサイズ及び/又は形状及び/又は数に関して異なっていてもよい(詳細には突起又は開口或いは凹所のサイズ及び/又は形状及び/又は数に関して異なっている)。このセットにより、単純な方法で所望の使用位置へのヒータの比較的良好な適合を達成することができる。
【0059】
発熱体(電気発熱抵抗体)には、自動車両の電源(例えば車両蓄電池)を介して、及び/又は(外部)電源回路網を介して電流を供給することができる。
【0060】
部分体積は、個々の事例において、(全)体積の少なくとも10%を含み、(全)体積の少なくとも20%を含むことが好ましく、(全)体積の少なくとも40%を含むことがより一層好ましい。
【0061】
体積は少なくとも200cmを備えることができ、少なくとも1000cmを備えることができることが好ましい。更に、体積(縦方向の延長における)は少なくとも5cmの長さであってもよく、少なくとも12cmの長さであることが好ましい。上限は40cmであってもよく、30cmであることが好ましい。幅及び/又は深さ及び/又は(例えば円筒状設計の場合は)直径は、例えば少なくとも4cmであってもよく、少なくとも6cmであることが好ましい。対応する上限は12cmであってもよく、8cmであることが好ましい。
【0062】
設置/取付けサイトにおける取付けのために、電気ヒータは、対応する締付けデバイス(例えばボア)を有することが好ましい。
【0063】
流れ誘導デバイスは、(正確に)一つ又は複数の金属シート(穴あきシート)を有することができる。ボア(開口)を通して流れの断続(局所領域)を制御することができ、或いは(局所)デッド領域を回避することができる。更に、穴あきシートは、高い費用有効性で製造することができる。
【0064】
原理的には、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス(例えば複数の孔を備える)により、流れに対する局所要求事項を考慮することができる。詳細には、それに応じて(局所的に)流入する流体の流れ(冷却水質量の流れ)を調整することができる。流体の流れは、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスの数、直径及び位置決め(例えば突起、孔、詳細にはボア、凹所など)によって変更可能に分割することができる。
【0065】
流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスの任意選択で設けられる開口は、様々な形態(例えば円形の孔及び/又は細長い孔及び/又は多角形の形態、詳細には四角形及び/又は三角形)を有することができる。任意選択で構成される四角形は、細長い(一つの長さが、詳細には幅の少なくとも2倍又は少なくとも5倍を超える)ことが好ましい。細長い孔又は(細長い)四角形は、流れの主方向に対して横方向に配向されることが好ましい。細長い孔又は細長い四角形は、発熱体(詳細にはヒータ)のより長い(真っ直ぐな)断面が存在する場合にとりわけ有利である。
【0066】
本発明によれば、(的を絞った)二次流れを有効な方法で一次流れ(主流)に加えることができ、したがって流体の流れ(冷却水の流れ)における貫通混合及び循環を著しく強化することができる。流体の流れは、流れ誘導デバイス(偏向デバイス)の厚さの少なくとも5倍又は少なくとも15倍の空間深さ(即ち流れ誘導デバイス、詳細には偏向デバイスに対して直角)で影響され得ることが好ましい。
【0067】
したがって二次流れが形成されることがとりわけ好ましい。更に、マクロ・レベルの(追加)大規模渦構造を流体(冷却水)中に導入することも可能である。
【0068】
個々の事例において、強化された貫通混合及び循環は、ヒータ動作に対する有利な効果を有している。
【0069】
的を絞って流体の流れ(冷却水の流れ)に乱流を導入することにより、例えば部分的又は完全な膜沸騰などの好ましくない沸騰過程を比較的良好に防止することができる。
【0070】
乱流の導入は、渦縦続が後続する流れ分離の原理に基づくことが好ましい。この渦縦続(二次流れ)は、一次流れに重畳することができ、また、ヒータ内の熱伝達係数が高い値に維持される(永久的に)方法で固定することができる。したがって対応する発熱体からの制御された熱除去を(高い信頼性で)達成することができ、また、任意選択で(制御された)核沸騰を達成することができる。これは、一つ又は複数の分離縁が形成されるよう、流れ誘導デバイス(偏向デバイス)の中又は上の少なくとも一つのクリアランス及び/又は鋭い縁輪郭によって達成することができることがとりわけ好ましい。
【0071】
流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、流れ誘導デバイス(偏向デバイス)の外部輪郭の内側に存在する(長方形の)開口(例えば押抜き)(窓と同様の)を備えることが好ましい。別法又は追加として、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイスは、流れ誘導デバイス(偏向デバイス)の外部輪郭内に存在する開口の縦続(例えばスロットの縦続)を有することも可能である。別法又は追加として、乱流デバイスは、例えば流れ誘導デバイス(偏向デバイス)の偏向縁(遠位端)に沿って延在する外観(例えば長方形又は台形)のレジスタを有することも可能である(次に、対応する自由端に例えば櫛の形態で実現することができる)。別法又は追加として、流れ誘導デバイス(偏向デバイス)の(局所)打抜き即ち貫通孔が存在し得る(スクリーンと同様)。
【0072】
全体として、本発明によって有利な貫通混合を達成することができ、あらゆる熱伝達を(著しく)促進することができる。流体(液体又は冷却水)は、デッド水領域から吸い込まれ、或いは循環される。より高い加熱能力を全体的に、また、同じく局所的に達成することができる。好ましくない沸騰過程(例えば部分的又は完全な膜沸騰)に関する安全性が高くなる。
【0073】
更に、流れを局所的(好ましくは)に制御することができる。製造(詳細には穴あき金属シートを使用した)は、比較的費用有効性が高い。
【0074】
流体の流れ(冷却水の流れ)は、的を絞った方法で単純に影響され得る(より大きい動作窓が得られる)。望ましくない、或いは危機的な動作状態を体系的に回避することができる。流れ誘導デバイス(偏向デバイス)の製造過程における費用の増加はわずかである。
【0075】
一般に、(局所)バイパス領域を導入することができる(デッド水領域の定義された低減が得られる)。
【0076】
流れ誘導デバイスは、取外し可能に構成される(詳細にはプラグ・インされ得るように構成される)ことが好ましい。しかしながら別法としては、これは、異なる方式、例えばメイン・ボディへの溶接で、一片で取り付けることも可能である。
【0077】
全体として、有利なモジュール式構造のシステム(ヒータ・アーキテクチャのための)が可能である。
【0078】
本発明と比較すると、従来技術の解決法には様々な欠点がある。流れ誘導デバイスの形状は、通常、製造可能性によってのみ事前に定義される(供給者において)。ヒータの内部(詳細には熱交換器及びハウジングの内部)の局所沸騰過程は、流体(冷却水)を介した熱除去に対する好ましくない影響を有している。したがってこれは局所過熱の原因になり得る。また、これは、かき乱し(例えばヒータ内における蒸気気泡、蒸気ハンマの形成)として理解される望ましくない動作状態の原因にもなり得る。極めて高い熱流密度では、また、膜沸騰が開始されると、加熱ユニットの温度が著しく高くなり、加熱ユニットが破壊する原因になり得る。この場合、移動電気ヒータ(例えば1kW乃至5kWの電力を有する)の通常の加熱電力要求事項の場合、寿命及び安全上の理由で、(少なくとも約15W/cm乃至20W/cmの)特定の熱流密度を超えてはならないことに留意されたい。したがって(また、コンパクト・ヒータに対する一般要求事項の結果として)通常の発熱体は、特定の湿った表面を得るために、通常、螺旋(管状加熱体として)になるように構成される。このような複雑な螺旋管状加熱体の周囲を流れている間に、局所分離領域を形成する。このようなブリッジ領域では、流体への熱伝達が(比較的)貧弱であり、発熱導体の(局所)過熱及び望ましくない強力な初期沸騰又は蒸気ハンマをもたらす。この問題は、従来技術における加熱電力に上限を課している。
【0079】
以下、本発明について、線図を参照して詳細に説明される例示的実施形態を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0080】
図1】本発明によるヒータの第1の実施形態の断面を示す図である。
図2図1による実施形態の側面図である。
図3】本発明による電気ヒータの他の実施形態を示す斜視図である(ハウジングはない)。
図4】本発明によるヒータの他の実施形態を示す分解斜視図である。
図5】本発明による流れ誘導デバイス(偏向デバイス)を示す図である。
図6】他の実施形態による、図5と同様の流れ誘導デバイス(偏向デバイス)を示す図である。
図7】他の実施形態による、図5と同様の流れ誘導デバイス(偏向デバイス)を示す図である。
図8】他の実施形態による、図5と同様の流れ誘導デバイス(偏向デバイス)を示す図である。
図9】本発明によるヒータの他の実施形態を示す断面図である。
図10図9による流れ誘導デバイスを示す平面図である。
図11図10による流れ誘導デバイス(偏向デバイス)を示す側面図である。
図12】本発明によるヒータの他の実施形態を示す断面図である。
図13図12によるヒータのための、図10と同様の平面図である。
図14図12によるヒータのための、図11と同様の側面図である。
図15】ヒータの内部の発熱導体断面の構造を示す略断面図である。
図16】ヒータの内部の発熱導体の構造の断面を示す他の略図である。
図17】本発明によるヒータの他の実施形態を示す斜視図(部分的に分解図)である。
図18】本発明によるヒータの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0081】
以下の説明では、同じ部品又は同じ効果を有する部品に対しては同じ参照番号が使用されている。
【0082】
図1及び図2は、本発明によるヒータの実施形態を示したものである(断面図で)。
【0083】
このヒータは、ハウジング10及びおそらくはカバー即ちフランジ部分(図示せず)を有している。液体入口13及び液体出口14は、対応する矢印によって記号で表されている。
【0084】
ハウジング10は、(ほぼ)長方形(任意選択で丸い縁を有する)であるか、或いは(円形)円筒状であってもよく、したがってハウジング10によって画定される対応する体積15も同じく長方形(丸い縁を有する)又は(円形)円筒状になるように構成される。発熱体(加熱デバイス)16は、ハウジング10の内側又は体積15の中に配置されており、この例示的実施形態では管状加熱体を備えている。この発熱体16は電流の結果として熱くなり、したがって体積15中の液体(水)を同じく加熱することができる。
【0085】
穴あき円筒の形態の流れ誘導デバイス12は、図1によれば斜視図で示されている。穴あき円筒は、細長い孔タイプの横断面を有していることが好ましい。横断面の長さは、幅の1.5倍の長さであることが好ましく、幅の少なくとも2.5倍及び/又は最大10倍の長さであることが更に好ましく、幅の最大5倍の長さであることが好ましい。
【0086】
流れ誘導デバイス12の軸方向の長さは、横断面の長さの少なくとも0.5倍の長さであることが好ましく、横断面の長さの少なくとも1.0倍及び/又は最大3.0倍の長さであることが好ましく、横断面の長さの最大1.8倍の長さであることが好ましい。別法又は追加として、流れ誘導デバイス12の軸方向の長さは、横断面の幅の少なくとも1.8倍の長さであることが好ましく、横断面の幅の少なくとも3.0倍及び/又は最大12.0倍の長さであることが更に好ましく、横断面の幅の最大6.0倍の長さであることが好ましい。
【0087】
更に、図1による流れ誘導デバイスは、複数の孔40を備えており、これらの孔は、(複数の)行、例えば少なくとも5行又は少なくとも10行、及びいくつかの列、例えば少なくとも5列又は少なくとも10列で配列される。「線」は、軸方向の「列」である円周方向に延在することが好ましい。例えば全部で少なくとも20個又は少なくとも100個の孔40を設けることができる。孔40は、全体で、流れを局所的に偏向させる流れ偏向デバイス25を形成し、したがってデッド・スペースが回避されるか、或いは少なくとも低減される。
【0088】
個々の孔、又はいくつかの孔、或いはすべての孔は、丸い横断面又は丸くない横断面、例えば楕円形、長円形及び/又は多角形、詳細には四角形及び/又は三角形の横断面、及び/又は以下の実施形態で説明されている横断面を有することができる。
【0089】
図1及び図2では、流れ誘導デバイス12の縦軸は、ハウジング10の縦軸に対して横方向に延在していることを更に識別することができる(図2に破線によって示されている)。第2の流れ誘導デバイス12aは、分割壁、詳細には分割板の形態で設けることができる。第2の流れ誘導デバイス12aは、流れ誘導デバイス12の軸方向の長さの少なくともほぼ半分(任意選択で軸方向の長さの+/−10%)にわたって配置することができる。更に、流れ誘導デバイス12aは、流れ誘導デバイス12の軸方向に対して少なくとも実質的に直角であってもよい。
【0090】
第1の流れ誘導デバイス12及び/又は第2の流れ誘導デバイス12aは、(個々の事例において、それら自身で、或いは相俟って)偏向デバイスを形成することができる。
【0091】
体積15は、第2の流れ誘導デバイス12a(分割壁又は分割板)によって二つの部分体積17、18に分割される。この場合、第2の流れ誘導デバイス12aは、ハウジング10の一つの(縦方向の)側壁から反対側の側壁まで真っ直ぐに通っていることが好ましい(これらの側壁に対して直角に)。液体入口13及び液体出口14は、同じ側壁に配置することができる(また、とりわけハウジング10の縦方向の延長に対して互いに隣り合っている)。とりわけ液体入口13及び液体出口14は、側壁の端部断面に配置することができる。
【0092】
液体は、流れ誘導デバイス12の周囲を流れ誘導デバイス12及び/又は流れ誘導デバイス12aの縁41の周囲を介して端から端まで流れることができ、したがって全体で多数の「経路」を液体のために利用することができ、及び/又はデッド・スペースを回避し、或いは少なくとも小さくすることができる。
【0093】
発熱体16(ここでは発熱コイル又は発熱管の形態の)は、流れ誘導デバイス12の周囲に配置されることが好ましい。流れ誘導デバイス12は、発熱体に(機械)接触させることができ、例えば発熱体中にプラグ・インすることができるが、発熱体16とは間隔を隔てていることが好ましい。したがって熱伝達を期待して液体の流れを更に改善することができる。
【0094】
更に、流れ誘導デバイス12は、詳細にはプラグ・オン又はプラグ・インによってメイン・ボディ22に取外し可能に接続することができる。流れ誘導デバイス12は、第2の流れ誘導デバイス12aによって保持することができ、詳細には第2の流れ誘導デバイス12a中にプラグ・インされる。第2の流れ誘導デバイス12aは、例えば図3又は図3の流れ誘導デバイスのための図2を参照して説明されているように、本質的にメイン・ボディに(例えばプラッギング又は溶接によって)取外し可能に、或いは非取外し可能に接続することができる。
【0095】
図2ではガイド要素29を更に識別することができ、このガイド要素29については、図2を参照して以下で更に詳細に説明される(図4で説明されるように他のガイド要素を設けることができ、図4には参照番号30で示されている)。
【0096】
図3は、本発明によるヒータの他の実施形態を示したものである。この実施形態は、ハウジング10(破線によってしか示されていない)及びカバー即ちフランジ部分11を備えている。流れ誘導デバイス12(分割板の形態の)は、フランジ部分11の上に配置されている。液体入口13及び液体出口14は、対応する矢印によって記号で表されている。
【0097】
ハウジング10は、(ほぼ)長方形(任意選択で丸い縁を有する)であるか、或いは(円形)円筒状になるように構成することができ、したがってハウジング10によって画定される対応する体積15も長方形(丸い縁を有する)又は(円形)円筒状になるように構成される。発熱体(加熱デバイス)16は、ハウジング10の内側又は体積15の中に配置されており、この例示的実施形態では管状加熱体を備えている。電流の結果としてこの発熱体16が熱くなり、したがって体積15中の液体(水)を同じく加熱することができる。
【0098】
体積15は、流れ誘導デバイス12(分割壁又は分割板)によって二つの部分体積17、18に分割される。この場合、流れ誘導デバイス12は、ハウジング10の(縦方向の)側壁から反対側の側壁まで真っ直ぐに(斜めに)通っている。液体入口13及び液体出口14は、同じ側壁に配置することができる(また、とりわけハウジング10の縦方向の延長に対して互いに隣り合っている)。とりわけ液体入口13及び液体出口14は、側壁の端部断面に配置することができる。
【0099】
発熱体(加熱デバイス)16は、体積15の縦方向の(ほぼ)全延長にわたって(少なくとも、この縦方向の延長の少なくとも90%にわたって、おそらくはこの縦方向の延長の最大98%にわたって)延在することが好ましい。発熱体16は、詳細には、任意選択で発熱体接続が貫通して通るカバー即ちフランジ部分11から(ほぼ)反対側の壁まで延在している。流れ誘導デバイス12の遠位端19は、発熱体16まで延在していないことが好ましい。個々の事例において、液体(水)は、遠位端19とハウジング10の対応する壁断面との間に配置された断面を介して、遠位端19の周囲を一つの部分体積17から他の部分体積18中へ流入することができ、したがって液体は、液体入口13から液体出口14中へ流入することができる。
【0100】
流れ誘導要素(流れ誘導デバイス)12は、堅固に結合された方法でフランジ部分11の上に構成することができる(例えばフランジ部分11に溶接される)。更に、流れ誘導デバイス12は、以下の図(詳細には図2乃至図12)で説明されるように構成することができる少なくとも一つの乱流デバイスを有することが好ましい。
【0101】
図4は、本発明によるヒータの他の実施形態の断面を示したものである。この実施形態では、流れ誘導デバイス12は、クランピング・デバイス20a、20b(クランピング・タブ)を介してヒータのメイン・ボディ22に接続することができる。更に、流れ誘導デバイス12は、(その遠位端19に隣接して)クリアランス21a、21bを有している。クリアランス21a、21b(詳細には個々の事例では複数、例えば二つのクリアランス)を流れ誘導デバイス12の二つの縦方向の縁に配置することができる。
【0102】
クリアランス21a、21bは、ピボット可能な(詳細には湾曲させることによって)タブ23、24を更に画定しており、したがって、とりわけ、それによって導入される乱流を改善し、/適合させることができる。全体として、構造21a、21b、23及び24は、対応する流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス25を形成している。
【0103】
更に、図4にはガイド要素29、30が提供されており、ガイド要素29、30は、断面では(その遠位端で)先細りになっており、有利には、液体入口13及び液体出口14を通って流れる流体をそれぞれの開口(入口及び出口)の近くへ分割することができ、或いはそれに応じて結合することができ、また、少なくとも液体入口からハウジング10の後部端の方向への成分に関して変位させることができ、或いはこの後部端から液体出口の方向に案内することができる。
【0104】
図5による流れ誘導デバイス12では、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス25は、図4による構造21a、21b、23及び24に加えて、流れ誘導デバイス12の内部(遠位端19の近傍に、或いは遠位端19の対応する遠位1/2に)細長い孔26を備えている。
【0105】
図6は、図5と同様の実施形態を示したものであり、ただの一つではなく、いくつかの(三つの)細長い孔26a、26b、26cが提供され、行で配列されている点が異なっており、細長い孔の幅は、この行内で広くなることが好ましい(遠位端19の方向に広くなることが好ましい)。
【0106】
図7は、流れ誘導デバイス12の他の実施形態を示したものであり、ここでは複数の(丸い)開口27を有している。開口27は、(この場合)いくつかの行で設けることができ、開口径は遠位端19の方向に(行毎に)大きくなることが好ましい。個々の個別の行の数は、同じ数を維持することも、或いは(図7に示されているように)少なくすることも可能である。図8は、流れ誘導デバイス12のいくつかの他の実施形態を示したものであり、ここでは三角形の開口28のいくつかの行を有している(とりわけ、それぞれ三つの開口28を有する三つの行を有しているが、それ以外も実行可能である)。三角形は遠位端19の方向に整列している。
【0107】
図9は、本発明によるヒータの他の実施形態を示したものである。図9による実施形態では、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス25が示されており、流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス25は、(任意選択で設けられる)図4による構造21a、21b、23、24に加えて、(フラップ様)突起31、32を有している。突起31、32は、この場合、それらが下流側又は上流側(それぞれの主流れ方向即ち一次流れ方向に対して)導かれる(斜に向う)ように整列することが好ましい。突起31は、この場合、下流側に配置された(一次流れの進路に従って)対応する流入表面33の1/2に配置することができる。(反対側の)流入表面34に対する突起32についても同様である。別法としては、突起31は、対応する流入表面33の上流側(一次流れの進路が逆である場合)の1/2に配置することも可能である。(反対側の)流入表面34に対する突起32についても同様である。
【0108】
本発明による他のヒータは図12に示されている。これは、基本的に図9乃至図11による実施形態に対応している。突起31、32の代わりに(しかしながらこれらは追加として設けることができる)、ここでは(円筒状)タービュレータ44が提供されており、流れ誘導デバイス12の主平面に対して直角に延在している(両方の方向に延在していることが好ましい)。
【0109】
図15及び図16は、本発明によるヒータの他の実施形態を図解したものである(断面及び横断面で)。
【0110】
図15によれば、発熱体16の断面は、流れ誘導デバイス12の二つの断面37、38の間に配置することができる。断面37、38は、互いに平行に通っている対応する開口39と共に壁断面を形成している。開口39は、図15による実施形態では互いに整列している。
【0111】
別法としては(図16を参照されたい)、開口39は、少なくとも縦方向に(断面37と断面38の間を通っている発熱体16の断面に対して)(別法又は追加として、同じく横方向に)互いに対してオフセットさせることも可能である。図16に示されている発熱体16の断面は、横断面が丸いか、或いは円筒断面を形成することが好ましい。
【0112】
図18は、本発明による他のヒータを示したものである(断面で、斜視図で)。ヒータは、ここでは板の形の流れ誘導デバイス12を有しており、(螺旋)発熱導体16は両側に配置されている。流れ誘導デバイス12は、複数の(少なくとも10個であることが好ましい)孔40を有する穴あき板(穴あきシート)として構成されている。
【0113】
液体入口13及び液体出口14は、ここではハウジング10の縦方向に互いに対してオフセットするように構成されている。したがって熱の量を更に改善することができる。
【0114】
図19は、本発明による電気ヒータの他の実施形態を示したものである(断面で)。流れ誘導デバイス12は、ここでは穴あき円筒(円形円筒)として構成されている。この円筒は、対応する管状発熱コイル断面42と同じ方向に延在していることが好ましい。
【0115】
この時点で、上で説明したすべての部品は、それら自体に鑑みて、任意の組合せ、詳細には図面に示されている詳細において、本発明の本質的要素として特許請求されることに留意されたい。本発明に対する修正は、当業者には当たり前である。
【符号の説明】
【0116】
10 ハウジング
11 フランジ部分(カバー)
12 流れ誘導デバイス(流れ誘導要素)
12a 流れ誘導デバイス
13 液体入口
14 液体出口
15 体積
16 発熱体
17 部分体積
18 部分体積
19 遠位端
20a クランピング・デバイス
20b クランピング・デバイス
21a クリアランス(凹所)
21b クリアランス(凹所)
22 メイン・ボディ
23 タブ
24 タブ
25 流れ偏向及び/又は乱流発生デバイス
26 細長い孔
26a 細長い孔
26b 細長い孔
26c 細長い孔
27 (丸い)開口
28 (三角形の)開口
29 衝撃要素
30 衝撃要素
31 突起
32 突起
33 流入表面
34 流入表面
37 断面
38 断面
39 開口
40 孔
41 縁
44 タービュレータ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18