CN101102624B

CN101102624B - 电加热装置

Info

Publication number: CN101102624B
Application number: CN2007101421474A
Authority: CN
Inventors: K·赫斯; K·斯廷森
Original assignee: Dimplex North America Ltd
Current assignee: Glendinoplex America Limited
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-05-18
Also published as: CN101102624A; CA2590028C; CA2590028A1

Abstract

本发明涉及一种电加热装置，其包括：用于以基本上对应于风扇转速的速率移动一定量空气的风扇和用于在速度范围内使风扇旋转的风扇马达。该装置还包括具有一个或多个用于产生热量并将热量传递给移动的空气的PTC元件的热发生器。另外，该装置具有用于基于变化的所需热量输出成比例地控制风扇马达的控制组件，从而使移动的空气的运动速率与所需的热量输出的变化成比例地变化。

Description

电加热装置

技术领域

本发明涉及电加热装置。

背景技术

使用PTC(“正温度系数”)元件的各种类型的电空气加热装置是已知的。PTC元件在任何给定的温度下都具有给定的电阻率，并且PTC元件的电阻率随着其温度上升或下降。特别地，一旦PTC元件温度增大到超过一定温度，那么PTC元件的电阻率呈指数地上升。因此，一旦PTC元件的温度足够高，PTC元件的电阻率就会变得足够高，以致从中流过的电流接近停止。由于这种属性，PTC元件具有自我限制的有利特性，从而减少包括PTC元件的电加热器可引起火灾的风险。然而，在现有技术中，PTC元件已经被主要用作传感器，以为安全起见，在必要时严格限制电流。

另外，具有包括一个或多个为特定气流产生特定输出的PTC元件的加热元件的加热器是已知的。然而，这种现有技术的装置没有提供加热元件的比例(即，可变化的)控制。相反，这种装置在起动时，产生用于预选气流的预选功率输出，即控制是固定的，因为加热器只能起动或停用，并且如果起动，只能提供一定的输出量。响应于来自恒温器的信号，重复地开启和关闭这种现有技术的加热器往往会造成周围温度的显著变化，即典型的恒温器直到房间温度相对远低于设定温度才发出进一步加热的信号。而且，典型的恒温器直到温度超过设定温度，通常达到房间中的人们能够注意到的程度才停止加热器运行。

因此需要一种克服或减少现有技术的一种或多种缺陷的电加热装置。

发明内容

在主要方面，本发明提供包括用于以基本上对应于风扇转速的速率移动一定量空气的风扇和用于使风扇在速度范围内旋转的风扇马达的电加热装置。所述装置还包括具有一个或多个PTC元件的热发生器，该PTC元件用于产生热量并将热量传递给移动的空气。同样，该装置具有用于基于变化的所需热量输出而成比例地控制风扇马达的控制组件，从而使移动空气的运动速率与所需热量输出的变化成比例地变化。

另一方面，本发明提供一种加热具有环境温度的空气的方法。该方法包括，首先，提供用于以基本上对应于风扇转速的速率移动一定量空气的风扇，随后，提供在速度范围内用于旋转风扇的电动风扇马达。接着，提供包括一个或多个用于产生热量并将热量传递给移动空气的PTC元件的热发生器。最后，提供用于基于变化的所需热量输出而成比例地控制马达的控制组件，从而使移动空气的运动速率与所需的热量输出的变化成比例地变化。

在又一方面，本发明提供包括用于以基本上对应于风扇转速的速度移动一定量空气的风扇和用于在速度范围内旋转风扇的电动风扇马达的电加热装置。该装置还包括具有一个或多个用于产生热量的PTC元件和一个或多个用于将热量从PTC元件传递给移动空气的传热元件的热发生器。另外，该装置包括用于基于变化的所需热量输出而成比例地控制风扇马达的控制组件，从而使移动空气的运动速率与所需的热量输出的变化成比例地变化。

在又一方面，本发明提供包括用于以基本上对应于风扇转速而移动一定量空气的风扇和用于在速度范围内旋转风扇的风扇马达的电加热装置。该装置还包括电路，该电路具有一个或多个用于产生热量的加热电阻和一个或多个与用于产生热量和用于控制流过电路的电流的加热电阻串联电连接的PTC元件。另外，该装置包括一个或多个用于从加热电阻和PTC元件向移动空气传递热量的传热元件。另外，该装置具有用于基于变化的所需热量输出成比例地控制风扇马达的控制组件，从而使移动空气的运动速率与所需的热量输出的变化成比例地变化。

附图说明

参照附图，将更好地理解本发明，其中：

图1是本发明的电空气加热装置的一个实施方式的剖面图；

图2是用于图1所示的加热装置的电路的一个实施方式的示意线路图；

图3是以较小比例画出、显示从壳体中取出的格栅的图1所示加热装置的分解轴测图；

图4是带有去除了部分壳体的图1所示装置的后视图；

图5是带有去除了部分壳体的图1所示装置的俯视图；

图6是以放大比例画出的本发明的热发生器的一个实施方式的主视图；和

图7是基于由图1所示的装置的一个实施方式的测试得出的数据，绘出的空气速度对功率的曲线图。

具体实施方式

首先参考图1-5，描述本发明电加热装置的一种实施方式，该装置总体上由数字20表示。优选地，装置20包括用于以基本上对应于风扇22的转速的速度移动一定量空气(总体上由数字24表示)的风扇22和用于在预定的速度范围内旋转风扇22的风扇马达26。装置20优选还包括热发生器28和控制组件30。在一个实施方式中，热发生器28优选包括一个或多个用于产生热量并将热量传递给移动空气的PTC元件32(图4)。优选地，热发生器28还包括一个或多个具有相对较大暴露表面区域的传热元件34(图4)，用于有效地将热量从PTC元件32传递给流过热发生器的空气。控制组件30(图2)用于基于变化的所需热量输出成比例地控制风扇马达26，从而使移动空气的运动速率(即，穿过热发生器28运动)如将被描述的那样与需要的热量输出的变化成比例变化。

在一个实施方式中，风扇马达26适合于在与供应给风扇马达26的电压的范围成比例的速度范围内旋转风扇22。控制组件30优选包括三端双向可控硅开关元件(triac)，该开关元件用于与环境温度和预选设定温度之间的实测差值的变化成比例地改变供应给马达26的电压。实测差值通过任何适合的温度传感器确定。

控制组件30优选用于基于环境温度和预选设定温度之间的实测差值成比例地控制风扇马达26。优选地，比例控制借助于闭环控制系统来实现，即在控制系统中给系统提供反馈，以确定风扇马达是否启动。反馈优选提供任意适合的环境温度传感装置。例如，适合的恒温器(例如，包括用于感测环境温度的热敏电阻)可用于提供反馈。因为这种提供反馈的装置和闭环控制系统一般在本领域是已知的，因此不需要对它们进一步描述。

如图2所示，加热装置20优选包括电路35，控制组件30可运行地连接到该电路上，用于基于用户借助控制装置36输入的设定值和基于热敏电阻38的输入控制风扇马达26。控制装置36允许控制设定温度，该设定温度与由热敏电阻38提供的关于环境温度的信息进行比较。控制电路30基于设定温度和环境温度之间的差值控制马达26的速度。如上面所提到的，控制电路30优选通过使包括在其中的三端双向可控硅开关基于设定温度和环境温度之间的差值来改变供应给马达26的电压而控制马达26的速度。

如图3-5所示，移动的空气优选通过槽路装置40导向热发生器28。槽路装置40优选位于壳体组件43中的壳体本体42中。壳体组件43由任一适合的材料制成，并优选包括包括带有入口部46和出口部48的格栅44。槽路装置40优选包括两个基本上平行的侧部41(图4)和底部47，两个侧部41大致地从风扇22延伸到热发生器28。优选地，移动的空气量一般由槽路装置40和壳体本体42的弯曲部45(图1)所封闭的空间限定。槽路装置40优选由任一适合的材料制成，例如，薄板金属。

因此，移动的空气量优选通过槽路装置40引导穿过热发生器28。这样被引导的空气穿过热发生器28中的孔29。正如所指出的那样，热发生器28优选包括在电流从中经过时产生热量的PTC元件32和配置成用于从PTC元件向流经孔29的空气传递热量的传热元件34。在一个实施方式中，传热元件34一体地形成为PTC元件32的一部分，其形状用于最佳传热特征。然而，如将要描述的，传热元件34可替换地由适合热传导的材料制成并与PTC元件32适当地连接。

使用中，风扇22安装在壳体42的底部区域50。风扇22被配置成通过入口部46将空气引进壳体42，如图1中的箭头“A”所示。移动空气接着由风扇22导入槽路装置40，如箭头“B”所示。槽路装置40引导移动空气越过(或穿过)热发生器28并随后穿过格栅44的出口部48，如箭头“C”所示。风扇22在热发生器28下方的定位和出口部48在入口部46上方的定位很重要，因为这利用了热气流(即相对于周围的空气)上升的事实。

控制组件30基于需要的热量输出控制风扇马达26。如上所述，控制分组件30优选包括三端双向可控硅开关元件，该开关用于与环境温度和预选设定温度之间的实测差值成比例地改变供应给风扇马达的电压。例如，如果预选设定温度是20℃且环境温度是18℃，优选可操作地与热敏电阻连接的三端双向可控硅开关元件相应地调整供应给风扇马达26的电压。然而，如果环境温度是，例如17℃，那么成比例的更高电压将供给风扇马达26。供应给风扇马达26的增加电压使风扇22的转速成比例地增大。

可以理解，风扇22速度的增大会使经过热发生器的移动空气的运动速率成比例增大，从而降低PTC元件的温度。PTC元件温度的降低将引起更大电流被允许流过PTC元件(即热发生器)。

如图7所示，在一个实施方式中，空气速度和功率之间的关系接近线性，尽管不是精确的线性。相反，空气速度对功率图表的曲线显示，尽管在空气速度大致为1.7米/秒时，功率输出约为800瓦，而在空气速度大致为5.3米/秒时，功率输出约为1200瓦。图7所示曲线的相对平的轮廓指示本发明的加热器具有相对较高的操作稳定性的程度，即二者关系几乎为线性。

本发明的又一实施方式在图6中公开，其中的元件对应于图1-5所示的类似元件被编号。在加热装置的实施方式120中，热发生器128包括一个或多个用于产生热量的PTC元件132和一个或多个将热量从PTC元件132传递给移动的空气的传热元件134(图6)。

优选地，传热元件134是具有最佳传热特性(即用于从元件134向流经这些元件的空气的传热)的翅片，并适当地连接到PTC元件(图6)，用于从PTC元件132到传热元件134最大限度地传热。传热元件优选是任一适合的热传导材料，如铝。

在一个实施方式中，热发生器128为约9.5英寸长、约0.5英寸宽和约3.3英寸高。如图6中可以看出，热发生器128优选包括多个孔129，以提供用于有效传热的相对大的表面积。固体容积(solid volumn)为约8.9立方英寸，其中表面积为约187平方英寸。

没有明确描述用于执行规定功能的“装置”或者执行规定功能的“步骤”的权利要求中的任一元件不能解释为如35U.S.C.§112、第6段规定的“装置”或“方法”条款。

本领域技术人员将意识到本发明可以呈现许多形式，并且这样的形式在本发明所要求的范围内。因而，所附权利要求的精神和范围不应局限于对包含于此的优选模式的说明。

Claims

1.一种电加热装置，用于加热具有环境温度的空气，所述电加热装置包括：

风扇，其用于以基本上对应于风扇转速的速率移动一定量空气；

风扇马达，其用于在一个速度范围内使风扇旋转；

热发生器，其包括至少一个PTC元件，所述PTC元件用于产生热量并将所述热量传递给移动的所述一定量空气；

控制组件，其用于形成设定温度，并且比较环境温度和设定温度，以基于所述环境温度和所述设定温度之间的实测差值成比例地控制所述风扇马达；以及

所述控制组件进一步用于控制风扇马达，以使移动的所述一定量空气的运动速率与所需的可变热量输出的变化成比例地变化。

2.根据权利要求1所述的电加热装置，其中，所述风扇马达用于在与供应给所述风扇马达的电流的电压范围成比例的一速度范围内所述旋转风扇。

3.根据权利要求2所述的电加热装置，其中，所述控制组件包括三端双向可控硅开关元件，该开关元件用于与环境温度和预选的设定温度之间的实测差值成比例地改变供应给所述风扇马达的所述电流的所述电压。

4.根据权利要求1所述的电加热装置，其中，移动的所述一定量空气由槽路装置导向热发生器。

5.根据权利要求1所述的电加热装置，另外还包括至少部分地限定移动的所述一定量空气的壳体。

6.一种加热具有环境温度的空气的方法，所述方法包括：

使用风扇马达以旋转风扇，以便以基本上对应于风扇转速的速率移动一定量空气；

通过包括至少一个PTC元件的热发生器产生热量；

将所述一定量空气引导通过所述热发生器；

通过所述热发生器中的传热元件将所述热量的至少一部分传给移动的所述一定量空气；

形成一设定温度；

测量环境温度；

比较所述环境温度和所述设定温度，以基于所述环境温度和所述设定温度之间的实测差值成比例地控制所述风扇马达；以及

控制所述风扇马达，以使移动的所述一定量空气的所述运动速率与所需的可变热量输出的变化成比例地变化。

7.一种电加热装置，用于加热具有环境温度的空气，所述电加热装置包括：

电动风扇马达，其用于在一速度范围内旋转风扇；

热发生器，其包括：

至少一个PTC元件，其用于产生热量；

至少一个传热元件，其用于将所述热量从所述至少一个PTC元件传递给移动的所述一定量空气；和

控制组件，其适于形成一设定温度，并且比较环境温度和设定温度，以基于所述环境温度和所述设定温度之间的实测差值成比例地控制所述风扇马达；以及

所述控制组件还用于控制所述风扇马达，以使移动的所述一定量空气的运动速率与所需的可变热量输出的变化成比例地变化。

8.根据权利要求7所述的电加热装置，其中，所述风扇马达用于在与供应给所述风扇马达的电流的电压范围成比例的一速度范围内旋转所述风扇。

9.根据权利要求8所述的电加热装置，其中，所述控制组件包括三端双向可控硅开关元件，该开关元件用于与环境温度和预选设定温度之间的实测差值成比例地改变供应给风扇马达的所述电流的所述电压。

10.根据权利要求7所述的电加热装置，其中，移动的一定量空气通过槽路装置导向所述热发生器。

11.根据权利要求7所述的电加热装置，另外还包括至少部分地限定所述一定量空气的壳体。

12.一种电加热装置，用于加热具有环境温度的空气，所述电加热装置包括：

风扇，其用于以基本上时应于风扇转速的速率移动一定量空气流；

风扇马达，其用于在一速度范围内旋转风扇；

电路，包括：

至少一个加热电阻，其用于产生热量；

至少一个PTC元件，其与所述至少一个加热电阻串联电连接，并且用

于产生热量和用于控制流经电路的电流，

至少一个传热元件，其用于将所述热量从所述至少一个加热电阻和所述至少一个PTC元件传递给移动的所述一定量空气；

控制组件，其用于形成一设定温度，并且比较环境温度和设定温度，以基于所述环境温度和所述设定温度之间的实测差值成比例地控制所述风扇马达；以及

所述控制组件还用于成比例地控制所述风扇马达，以使移动的所述一定量空气的运动速率与所需的可变热量输出的变化成比例变化。

13.根据权利要求12所述的电加热装置，其中，所述风扇马达用于在与供应给所述风扇马达的电流的电压范围成比例的一速度范围内旋转。

14.根据权利要求13所述的电加热装置，其中，所述控制组件包括三端双向可控硅开关元件，该开关元件用于与环境温度和预选设定温度之间的实测差值成比例地改变供应给所述风扇马达的所述电流的所述电压。

15.根据权利要求12所述的电加热装置，其中移动的所述一定量空气由所述槽路装置导向所述热发生器。

16.根据权利要求12所述的电加热装置，另外还包括至少部分地限定所述一定量空气的壳体。