CN101868675A - 加热设备和热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热设备，包括在沿纵向方向可由流体介质流过的壳体中的加热装置，其中至少一个加热装置包括至少两个格栅元件，用作带有孔的热交换器板，介质通过这些孔流动，它们的格栅平面构造为用于在板与流体介质之间进行热能交换，还包括至少一个加热元件、特别是PTC元件，其设置在各格栅元件之间，其中，在壳体中设置至少一个加热装置，使格栅元件的格栅平面基本上垂直于纵向方向设置，从而介质流基本上垂直于各格栅平面定向，其中，各格栅元件和至少一个加热元件借助于至少一个夹紧元件相互夹紧设置而形成它们的接触，以及，格栅元件分别具有至少一个接触区域并且设置为，使它们基本上经由接触区域吸收至少一个加热元件的热能。该加热设备能在简化加工生产的情况下低成本地制造，其中，在加热设备的运行过程中也考虑了环境方面的因素。

Description

加热设备和热交换器

本发明涉及一种具有加热装置的加热设备以及一种热交换器。

这样的加热器被广泛使用，例如在开关柜中，为的是在外部温度很低时也能使包含于其内的电子器件保持在工作温度或者避免相应的冷凝物形成。该加热器以不同的热功率大批量地制造。市场上接受的价格是比较低的，此外，已知设备通常有很高的耗电量。对于环境友好型生产的要求也日益提高。

已知设备在制造中是昂贵和麻烦的。特别是，运行成本由于耗电量高也通常是很高的。对于这种设备，经常也采用一些带来环境负担的材料。

本发明的目的在于，能在简化加工生产的情况下低成本地制造开头所述型式的加热设备，同时，在加热设备的运行过程中也应考虑环境方面的因素。

上述目的通过按照权利要求1所述的加热设备得以实现。

特别是通过这样一种加热设备实现上述目的，其包括：

-至少一个加热装置，

-供电装置，用于向加热装置供给电流，

-沿纵向方向可由流体介质流过的壳体，用以容纳加热装置，

其中所述至少一个加热装置包括：

-至少两个格栅元件，用作带有孔的热交换器板，介质通过这些孔流动，

它们的格栅平面构造为用于在板与流体介质之间进行热能交换，

-至少一个加热元件、特别PTC元件(正温度系数热敏电阻元件)，其设置在各格栅元件之间，

其中，所述至少一个加热装置这样设置在壳体中，即，格栅元件的格栅平面基本上垂直于纵向方向设置，使得介质流基本上垂直于各格栅平面定向，

其中，所述格栅元件和所述至少一个加热元件借助于至少一个夹紧元件相互夹紧设置而形成它们的接触，

以及，各格栅元件分别具有至少一个接触区域并且设置为，使它们基本上经由接触区域吸收所述至少一个加热元件的热能。

本发明的一个要点在于，将格栅元件用作热交换器板，格栅元件由于其有许多孔之故而能够使得流过的介质例如空气达到高的涡流程度，而在各格栅元件之间流动的介质又可以平静下来。因而可以明显提高加热设备的散热效果并由此达到较高的效率。同时，通过热交换而冷却了加热元件，因此加热元件总是可以随时投入使用。并且通过孔的变化，亦即通过不同多孔栅格或者说格栅元件的使用，实现功率匹配是可能的(孔的尺寸、形状)。可以设定任何的孔形状，例如菱形的、椭圆的或圆形的孔。

通过所述至少一个夹紧元件，格栅元件和加热元件可以简单而无附加连接措施地相互接合，从而产生加热元件向格栅元件的最佳传热。这样就可以例如放弃导电的胶粘连接。与胶粘连接情况可能允许的温度相比，夹紧允许更高温度下的使用。在此方面，各格栅元件与至少一个在其中间设置的加热元件构成一个加热装置，该加热装置可以简单地利用少量的材料进行制造并且高效地工作。

由于格栅元件的孔之故，加大了热交换器板的表面，并且流过的介质还产生涡流，因而可实现更好的热能散发。在产生涡流之后，介质缓和下来并且是以层流方式流向下一个格栅元件。涡流区和缓和区提高了加热设备的效率。

所说“纵向方向”在这里指的是加热设备构造建立的方向。各格栅元件依次相继设置在壳体中，使它们可由介质相继地流过。也就是说，介质可沿壳体的纵向方向流过壳体。纵向方向也可称为Z方向。

优选地，在壳体中设置一风扇，用以产生介质流。因此确保：将由这个或这些加热元件产生的热能充分地向周围环境释放。

优选地，格栅元件由能导电的材料构成，并且供电装置这样构造和设置在格栅元件上，使得能经由格栅元件实现所述至少一个加热元件的通电。由于在按照本发明的设置系统中流动的不仅是热流而且还有电流，该设置系统是这样构造的，即，使其能够以简单的方式实现，而不必在加热元件与格栅元件之间设置绝缘区域(这些区域会使加热元件向格栅元件的散热或传热变得困难)。这样，电流通路经由各格栅元件导向各加热元件，同时热能的最佳交换也是可能的。

在一种优选的实施形式中，设置有至少两个加热装置，其中，各加热装置相互迭层状设置，使它们相继地由介质流过。在此，将所述加热元件和所述至少一个夹紧元件设置为，使得加热元件和接触区域上下叠置并且越过全部的加热装置相互夹紧。格栅元件、特别是接触区域必须具有一种尽可能为平面的用于加热元件(例如PTC元件)的接触面，以便在加热元件与格栅元件之间实现尽可能好的传热。这是一个用以从加热设备获取尽可能多的功率的因素。

作为加热元件，例如已说明的PTC元件是适用的。但为此也可以设置其他的加热元件。

也就是说，由于各加热装置在壳体中叠置地沿纵向方向、亦即沿流动方向设置，因此各接触区域也是重叠设置的，其中，在各接触区域之间在一加热装置内分别设置加热元件。在该设置结构中考虑，将供电装置这样设置和构造，使得各加热元件特别是PTC元件是并联的，因为只有这样才确保加热设备的无摩擦(无干涉)操作。

PTC元件(正温度系数)在低温时导电性非常好，而随着温度升高其电阻也增大。因此PTC元件是自限制性的，它在一定的温度下断路。由此避免发生过热现象。

在一种实施形式中，在加热装置之间设置至少一个间隔件，其优选构造为，使得全部的格栅元件彼此间具有基本上相同的间距。在一个加热装置内的各格栅元件有利地通过至少一个加热元件彼此间隔开。间隔件现在优选这样设计，即，依次相继设置的加热装置的相互面对的格栅元件同样彼此间隔开，其中，该间距优选基本上相当于在一加热装置内各格栅元件的间距。其中，该设置结构必须这样设定，即，电流通路通过大量加热装置引导并由此确保各加热元件的供电。

另外，关于所述间距，无论如何要考虑VDE(德国电工规范/德国电气工程师协会)的电气规定。各间距还必须这样设计，即，如上文所述，可以构成用于流动的介质的实际的平静区域。该间距也通过弹簧预先给定，该弹簧承担偏压、电接触和相应地与相邻的串联设置的PTC热脱联的功能。

按照本发明的一种方案规定，在格栅元件的相互对置的边缘上设置接触区域。这样可以例如在两个对置的侧面上设置接触区域。借此，在层状的设置结构中，也可以在一格栅元件的各接触区域上设置大量加热元件，以形成一个包括多个格栅元件和多个加热元件的稳定的堆叠。必要时还设置间隔件，如以上所述，这些间隔件同样设置在接触区域和加热元件的区域内，使得它们有助于堆叠的稳定性。

优选地设置一桥接元件或固定卡箍并且构造为夹紧元件，使其包围至少两个加热装置并且将各格栅元件和各加热元件相互夹紧。就是说，该桥接元件用作加热设备的联接固定，其中，通过桥接元件也在每一加热设备内确保在各格栅元件与至少一个加热元件之间的联接固定。此外，桥接元件(如下文还要详细说明的那样)还承担着导电的任务。

单独一个加热装置也可以用桥接元件包围，用以使各格栅元件和所述至少一个加热元件就位并相互夹紧固定。

在一种优选的实施形式中，桥接元件设计有间隔元件，使得至少一个加热装置能被固定于壳体中并且能与风扇和/或与壳体有间隔地支承于壳体中。间隔元件优选从桥接区域中伸出，使它们例如支承到壳体内部空间中的突出部上或夹紧在它们之间，这样便将加热装置在壳体内部固定就位。同时通过间隔元件可以确保一种适合的相对壳体中其他构件的间距。由此，桥接元件在这种情况下可以承担加热装置在壳体中定位的功能，从而确保加热设备的功能合理的运行。

优选地，所述至少一个优选在各加热设备之间设置的间隔件设计为有弹性的，以构成一个附加的夹紧元件并且例如反作用于桥接元件。该间隔件，如上所述，例如设置在各加热装置之间，以便确保将各加热装置间隔开。弹性的实施形式能使各格栅元件和各加热元件全部相互夹紧，形成更好的接触。并且，弹性的间隔件在桥接元件较为刚性的情况下对于不同的加热装置能够实现不同的补偿可能性。这样，利用弹性的间隔件便可以补偿在一个桥接元件内的各格栅元件和/或各加热元件的不同厚度或其数目。也可以例如实现夹紧力调节，亦即调节借以使各构件相互夹紧的力。优选地，间隔件被这样组合在加热装置之间，即，它们使得贴紧的各格栅元件基本在全部的接触区域上接触，以实现均匀的夹紧(线接触)。此外，通过夹紧元件的材料在较高温度时的膨胀还改善了夹紧作用。

关于弹簧，总体上还要说明的是，其阻止了通过线形接触面向相邻的串联设置的加热元件亦即例如向PTC元件的传热。这就提高了装置的功率。

按照本发明的一种方案规定，所述桥接元件和/或所述至少一个间隔件构造为供电装置。借助于这些元件在电流通路中的结合，可以提供加热元件特别是PTC元件的操作合理的通电。

作为间隔件，可以使用不同的弹簧型式，例如简单的V形薄钢板，但也可使用螺旋弹簧或碟簧。

当然也有可能的是，借助于一个在沿纵向方向观察最上面的格栅元件上加接的压向加热装置的夹紧元件，将各加热装置或其构件相互夹紧，其中，在最下面的格栅元件上则设置一个非弹性的配对元件。各加热装置彼此保持间距，因而可以不形成短路。

优选地，所述至少一个加热元件和/或所述格栅元件以及必要时所述至少一个间隔件支承于一框架元件的容纳区域内，其中，各容纳区域构造为，使得基本上垂直于纵向方向固定所述至少一个加热元件和/或所述格栅元件以及必要时还有所述至少一个间隔件，并且使它们沿纵向方向可取出地设置，其中，所述至少一个加热元件以及必要时所述至少一个间隔件沿纵向方向贴紧所述格栅元件的接触区域。

也就是说，在一容纳区域内支承的各构件(例如加热元件和间隔件)只是沿纵向方向(假定的Z方向)可以移动，而沿X方向和Y方向是固定的。这便于在壳体中加热设备的安装，并且也便于各加热元件或间隔件的定位。

用于格栅元件的容纳区域由框架元件上的固定突出部构成，从而两个围绕加热元件的格栅元件基本上可定心地设置在框架元件上。各固定突出部在Z方向上不仅指向上方而且指向下方，以便可以容纳两个格栅元件。

如上所述，如果将接触区域设置在一格栅元件的例如两个相互对置的侧面或边缘上，则在各框架元件中相应地设置各容纳区域，也就是说，容纳区域也处在各框架元件的两相互对置的侧面或边缘上。只有这样才能保证使加热元件接触到所述接触区域

优选地，框架元件设计有间隔元件，使得所述至少一个加热装置能与壳体有间隔地支承于壳体中。也就是说，框架元件例如具有突出部，它们阻碍加热装置向壳体壁接近。借此确保各加热元件的充分的通风和冷却(直接的冷却)，同时防止壳体过热。

间隔元件另外还用作安装导向装置，以便能将所安装的加热装置插入壳体中直到加热设备的最终安装状态。这便于实施制造过程。

框架元件优选构造为，使得相互对置的容纳区域借助于一中间撑杆相互连接。该撑杆有助于框架元件的稳定性，特别是也在各元件相互夹紧的情况下并且还用作为安装和定位的辅助手段。通过框架元件，加热元件可以保持固定在符合要求的位置。

在一种实施形式中，格栅元件包括金属板网格栅和/或冲孔格栅。(有可能至少部分地)围绕格栅元件的孔的壁区域可以相对于纵向方向(涉及加热设备的构建形式)至少部分地倾斜定向。也就是说，各壁区域不仅可以平行于纵向方向定向，而且可以相对它倾斜。也有可能的是，壁区域向上和/或向下相对于纵向方向突出于孔以外(这在下文还要更详细地描述)。由此，在介质流过格栅元件时达到(比在多孔格栅中本来已产生的涡流)更高的涡流程度。在格栅中，特别是在板网式格栅(Streckgitter)或成型构造式格栅(strukturierte Gitter)中，可以“撕开”层流流动并由此也撕开绝缘的空气层或介质层。涡流用来将更多的冷空气导向散热的表面，这样最终可实现提高的效能。

因此各壁区域可以隆突起来，或者可以是包括壁区域的从格栅平面延伸出来突起部，它们的取向相对于纵向方向至少部分地是倾斜的。原则上可以就利用成型构造式格栅(例如突起部沿纵向或者说z方向例如加工折皱，因而是塑性构造的)达到高的涡流程度并从而提高加热设备的效率。金属板网格栅通常特别是由于倾斜的表面区域本身就具有更大的面积。借此可以更长时间地加热介质，而不提高流动阻力，并且同时金属板网能更好地发挥其冷却功能。

特别对于冲孔格栅，格栅孔可以例如是任何形状。在金属板网格栅中，常通过制造过程产生“歪曲的”壁区域，这在此可能是符合要求的。

原则上通过金属板网的制造工艺已经产生了格栅形状，其提供用于空气流的强涡流区(扭曲的孔，例如菱形形状)。格栅层流的空气流动扯裂开来，这样便能实现流过格栅之空气的显著更为均匀和更为强烈的加热。在格栅之间，流动重新平静下来(平静区域)，直到流动通过近旁的格栅又重新撕开。借此可以显著提高装置的热功率。

在任何情况下，格栅元件的局部部分(在格栅平面内或从其上突出)可以相对于板表面并从而相对于流动方向倾斜定向，从而为热交换提供更大的面积并促进涡流。

在塑性成型构造的格栅中(从格栅平面出来)应该特别将注意接触区域。该接触区域必要时必须附加设置在成型构造式格栅元件上，以便确保得到平整的接触面。

金属板网格栅特别是因为不产生废料而可以低成本地制造。在金属板网中通过切口冲孔和紧接着格栅变形(例如将切口相互拉开)而形成格栅孔。由于金属板网的节省材料的制造工艺，它特别适合于满足低成本加热设备的需求。金属板网具有必要时加工折皱的塑性构造的表面(具有倾斜区域)，其促进涡流。并且，金属板网格栅具有高的强度和表面稳定性。

格栅结构可以匹配于不同的功率，从而可以增加或减少空气流量。这对加热元件的散热产生影响。也可以采用不同的功率的PTC元件。

有利的是，格栅元件具有至少一个无孔的接触区域。这一点特别对于成型构造式格栅元件是有利的，其由于其成型构造之故不具有均匀的光滑表面，因而也没有能沿整个接触区域完全贴紧加热元件的接触区域。在具有平面表面的多孔格栅中，加热元件也可支承在多孔区域上。但纯粹的接触区域(无孔)在这里也改善传热。

在一种优选的实施形式中，加热元件和接触区域基本上都是沿格栅元件的整个边缘延伸。因此，为了实现最佳的传热而利用尽可能大的支承或贴合或接触区域。

以此方式，按照需要和按照加热设备的尺寸，可以在一个加热设备中设置大量加热装置。利用加热装置的特别的结构形式，在全部三个维度内可以这样改变加热设备，即，按需要可改变加热设备的尺寸。

WO 2006/058687披露了一种设置系统、一种热风扇，其中同样可以采用在这里所描述的发明主题。

由上文所述可知，本发明还包括一种具有热源或冷源和至少一个热交换器板的热交换器。

热交换器例如用于废燃气或废空气热的利用，或者总体来看用于在空气调节装置中的空气加热或空气冷却。例如，利用热交换热器可以将具有敏感的电气或电子构件的开关柜的温度调节到适合的程度。

已知的热交换器由于其结构型式大多只具有不高的效率，从而不可能充分地利用现有的能量。此外在市场上接受的价格是比较低的。

热交换器元件是一种可通用的本身自给自足的单元，其可以以任何的功率和尺寸装入各种不同的设备和配置系统中。

同样，热交换器也应该能在简化加工生产的情况下低成本地制造，同时应达到高的效率。

权利要求18描述了这样一种热交换器，包括：

-至少一个热源或冷源，用以产生热能，

-以及至少一个热交换器板，

其表面构造为用于在板与围绕的流体介质之间进行热能交换，

其中，热交换器板包括金属板网格栅，其具有许多孔，介质通过这些孔流动，

其中，所述至少一个热交换器板设置为，使介质流基本上垂直于热交换器板的表面定向。

该表面基本上就是构成格栅平面的面。

设置一种格栅元件、亦即金属板网格栅用作热交换器板，它由于其多孔之故而能够使流过的介质例如空气达到很高的涡流程度。借此明显提高热交换器的散热或冷却作用，并由此达到较高的效率。

此外，通过孔的变化，亦即通过不同的金属板网格栅或格栅元件的使用，功率匹配是可能的(孔的尺寸、形状)。可以设定任意的孔形状，例如菱形的、椭圆的或圆形的孔。

金属板网格栅特别是因为不产生废料故而可以低成本地制造。金属板网具有必要时加工折皱的塑性构造的表面(带有倾斜区域)，其促进涡流。并且金属板网格栅具有高的强度和表面稳定性。

由于金属板网格栅的多孔之故，加大了热交换器板的表面，并且还使流过的介质产生涡流，从而可以改善传热。在产生涡流以后，介质缓和下来，并且更有可能继续层流，同时随带相应的热能。涡流区和缓和区了提高热交换器的效率。

应该指出，所说术语“热能”也包括“冷能”的概念，而所说术语“传热”也包括“传冷”的概念。“热能”因此在下文不仅指相应的热的能量而且还指冷的能量。

优选地，至少一个金属板网格栅的围绕各孔的壁区域至少部分地相对于流动方向倾斜定向。各孔选择性地或者附加地也可以分别至少由一个从格栅平面出来沿流动方向延伸的、至少部分地相对于流动方向倾斜定向的突起部围绕。在任何情况下，包括金属板网格栅的热交换器板的局部部分(在格栅平面内或从其上突出)可以相对于板表面并从而相对于流动方向倾斜定向，从而为热交换器提供更大的面积并促进涡流。

金属板网格栅通常(但已经由于多孔)特别由于倾斜的表面区域本身具有较大的面积。因此，由于有较大的接触面积而可以更长时间地加热或冷却介质，而不提高流动阻力。此外，特别是利用板网式格栅或成型构造式格栅(即至少部分地具有非平面表面的格栅，例如是折皱的)及倾斜的区域，可以“撕开”层流流动并从而也撕开绝缘的空气层或介质层。涡流用来将还要增多基本未加热的或未冷却的介质导向热交换器板，这样最终可实现热交换器的一种提高的效能。在层流流动撕开以后，加热的或冷却的空气接着可以重新缓和下来并均匀地继续进行。

对于具有热源的热交换器，将其优选构造为PTC元件。PTC元件(正温度系数)在低温时导电性非常好，而随着温度升高其电阻也增大。因此PTC元件是自限制性的，它在一定的温度下断路。由此避免发生过热现象。

优选地，所述至少一个热交换器板具有至少一个接触区域并且设置为，使其基本上经由接触区域吸收热源或冷源的热能。由于为了实现良好的传热，至少一个热源或冷源应尽可能大面积地接触金属板网格栅，因此，应该将接触区域设计为尽可能平面的结构。在特别是具有上述突起部的金属板网格栅中，为此可以设置一个单独的特别是无孔的区域，其能够与热源或冷源接触。板和热源或冷源因此相互迭层状设置。

在一种实施形式中，设置有至少两个热交换器板，它们这样设置，即，使它们由介质相继地流过，其中，至少一个热源或冷源设置在两热交换器板之间。因此，热源或冷源(或还有多个元件)不仅可以向上面的格栅而且向下面的格栅发送热能，以便由此提高热交换器的效能。两个板在这种情况下与至少一个在其中间设置的热源或冷源一起构成一个传热装置。

优选地，将至少一个夹紧元件构成和设置为，使热交换器板和至少一个热源或冷源相互夹紧地设置而形成其接触。这样，例如可以设置一桥接元件，其包围所述至少一个热交换器板和所述至少一个热源或冷源，并且这样联接固定而确保在板与热源或冷源之间良好接触。

通过所述至少一个夹紧元件，可以简单地而无附加连接措施地将各格栅元件和热源或冷源相接合，从而产生从热源或冷源向格栅元件的最佳传热。这样就可以例如放弃胶粘连接。与胶粘连接情况可能允许的温度相比，夹紧允许更高温度下的使用。

为了提高热交换器的效能，可以相互迭层状设置两个传热装置，从而介质相继流过这两个装置。为了设置相应的涡流区和缓和区，可以彼此间隔开地设置各装置，其中，介质流基本上垂直地冲击到格栅平面上。夹紧元件(例如桥接元件)在这种情况下可以包围两个装置。两传热装置之间的间距可以通过至少一个间隔件来实现，该间隔件优选构造为另一夹紧元件，例如V形薄钢板，并且反作用于桥接元件。借此达到热源或冷源与热交换器板之间的均匀夹紧，从而确保最佳的传热。

为了确保从热源或冷源向金属板网格栅尽可能均匀的传热，优选设置两个接触区域，它们设置在热交换器板的两个相互对置的边缘上。与此相应地，可设置大量的热源或冷源，以构成多个热交换器板和多个热源或多个冷源的一个稳定的堆叠，其中，热/冷源和多个接触区域上下叠置。稳定的堆叠的设计特别对于传热装置是关键的，其中，一个热源或冷源设置在两个格栅之间。因此就可以将至少两个热源或冷源设置在金属板网格栅上(或者也在一个上)。这样也可以提高热交换器的效率。

在一种优选的实施形式中，所述至少一个热源或冷源和/或所述至少一个金属板网格栅支承于一框架元件的容纳区域内，其中，各容纳区域构造为，使得基本上垂直于流动方向固定所述至少一个热源或冷源和/或所述金属板网格栅，并且使它们沿流动方向可取出地设置，而且所述至少一个热源或冷源沿流动方向贴紧所述至少一个金属板网格栅的接触区域。

也就是说，在各纳容区域内支承的各构件只是沿流动方向(假定的Z方向)可以移动，而沿X和Y方向是固定的。这便于热交换器的安装并且也便于热源或冷源和各板的定位。

用于一个或多个金属板网格栅、亦即用于热交换器板的容纳区域由框架元件上的固定突出部构成，从而所述金属板网格栅(其围绕热源或冷源)可以基本上定心地设置在框架元件上。各固定突出部沿z方向不仅指向下方而且指向上方，以便能容纳两个格栅元件。

如上所述，如果各接触区域设置在例如在一个格栅上的两个相互对置的侧面或边缘上，则在框架元件中相应地设置各容纳区域，也就是说，容纳区域也处在框架元件的两个相互对置的侧面或边缘上。只有这样才能确保：热源或冷源可以最好地接触到各接触区域。

优选这样地构造和设置供电装置，即，使得可以经由两个热交换器板向至少一个热源(必要时也冷源)供电。

特别是可以这样简单地向PTC元件供电。为此，将供电装置的各一个接头安置在各一个金属板网格栅上，使得各PTC元件并联(只有这样才能确保其功能合理的操作)。如果设置有两个传热装置，则各夹紧元件(桥接元件和间隔件)可以设计为能导电的并且构成供电装置的一部分。通过各元件的相互夹紧，不仅确保了最佳的传热，而且还给定了电流通路。

当然也有可能的是，向热源以及必要时也向冷源直接供电。或者，将这些元件例如冷源设置为蛇形冷却管，并且在传热装置之外例如在一空气调节装置中加以冷却。

作为加热或冷却元件，例如也可采用Peltier(帕尔贴)元件。

利用金属板网格栅作为热交换器板，可以采用所有型式的供给热或冷的元件。这样，例如加热或冷却蛇形管也可以与各板协同配合。在任何情况下，待加热的或待冷却的介质可以按任何方式导向热交换器板。

利用按照本发明的热交换器可以有效地传输热能，其中，传热装置是由环保的材料构造的。

本发明的其他实施形式可参见从属权利要求。

下文借助于实施例来描述本发明，这些实施例借助附图得以更加详细地说明。其中：

图1本发明的加热设备的一个实施形式，其中示出的是透视图，壳体是剖开的；

图2本发明的加热装置的分解示图，其可设置在按图1的实施形式中；

图3按图2的加热装置，作为完成组装的构件；

图4等效电路图，其中示出用于两个迭层状设置的加热装置的电路方案；

图5按图1的实施形式的从下面看的透视图；

图6按图1的实施形式的从后面看的透视图；

图7示例性示出具有接触区域的格栅元件；

图8桥接元件的另一结构形式。

在以下的描述中，对于相同的和起相同作用的部分/部件采用相同的附图标记。

应该指出，大量的加热装置、格栅元件、框架元件、桥接元件和间隔件分别具有自身的附图标记。其他的元件，例如格栅元件的孔、接触区域、边缘、加热元件、容纳区域等只分别对一个平面(亦即对一格栅元件和一框架元件)进行标明，以使各附图清楚、明晰。对于一个加热装置或对于一个格栅元件或者一个框架元件标明的细节也可在另一加热装置或在其他格栅元件或者框架元件中找到。

图1示出按照本发明的加热设备10的一个实施形式的透视图。在此示出的是剖开视图。加热设备10包括一壳体20，其主要容纳加热装置30、31和风扇100用以产生介质流。壳体20沿纵向方向L可由流体介质流过并且因此不仅在上面而且在下面具有一防护格栅22、23，通过它们可引导介质流并同时防止壳体内部的干涉。经由壳体20的下面并通过下面上的防护格栅23(在图5中可明显看出)，风扇100例如吸入外界空气并将其通过加热装置30、31以及壳体20的上面的防护格栅22输向外界环境。

沿着纵向方向L在风扇100上方、亦即向壳体的上面的方向设置加热装置30、31，用以产生所需要的热能。借助图2和3更详细地描述加热装置30、31。如由按图2的分解图可看出的那样并且也如图1中示出的那样，在这里设置两个加热装置30、31，它们相互连接。加热装置30、31相互迭层状设置，而使它们相继地由介质流过。

一个加热装置30或31包括至少两个格栅元件40、41或42、43，它们设置为热交换器板。格栅元件40、41或42、43具有孔44，介质可以流过这些孔，以便例如将由风扇100吸入的空气通过壳体20重新向外界环境(被加热地)释放。格栅元件40、41或42、43或各格栅平面46构造为用于在板与流体介质之间进行热能交换，并且这样设置在壳体中(也见图1)，即，格栅元件40、41或42、43的各格栅平面46基本上垂直于纵向方向L设置，从而介质流基本上垂直于格栅平面46定向。

分别在两个格栅元件40、41或42、43之间设置加热元件50a、50b、50c、50d，它们可以向格栅元件40、41、42、43释放产生的热量。加热元件50a、50b、50c、50d在这里优选是PTC元件。如由图2可看出的那样，PTC元件支承于一个四边的框架元件60或62中，使它们以其表面沿纵向方向L可以接触各格栅元件，在全部其他的基本上垂直于该纵向方向L的方向是固定的。为了固定加热元件50a、50b、50c、50d，框架元件60、62具有容纳区域63a、63b，它们通过一中间撑杆65相互连接。容纳区域63a、63b设置在各一个框架元件60、62的相互对置的边缘67a、67b上，从而每一框架元件可以容纳至少两个加热元件。在当前情况下采用标准PTC元件，从而在一个容纳区域内分别设置两个PTC元件50a、50b或50c、50d，并从而在每一框架元件60、62中设置了总共四个元件50a、50b、50c、50d。

在该实施形式中，格栅元件40、41、42、43具有未打孔的区域，即接触区域45a、45b，通过它们，加热元件50a、50b或50c、50d贴紧格栅元件40、41、42、43。接触区域45a、45b(相应于框架元件60、62的容纳区域63a、63b)相互对置地设置在格栅元件的边缘47a、47b上，从而加热元件可以接触到接触区域。因此加热元件50a、50b或50c、50d的热能主要是经由接触区域45a、45b传向格栅元件40、41、42、43，其中，通过栅格元件同时冷却各加热元件。

在这里所示的实施例中，格栅元件40、41、42、43构造为简单的多孔格栅，正如其在图7中所示的那样。对于具有平面表面的格栅，正如在所示实例中，接触区域45a、45b也可以打孔构造，因为加热元件50a、50b、50c、50d总是平面地贴紧格栅元件，在成型构造式格栅、亦即例如沿纵向方向具有多个突起部的格栅元件的应用中，提供未打孔的平面的接触区域，以便保证加热元件的均匀贴紧。例如，在金属板网格栅中设置围绕孔的突起部，其中，例如格栅的制造过程可产生所述的构造。在冲孔格栅中，各孔也可以由变形的材料所围绕(通过孔的制造过程引起)，其中，该材料则沿纵向方向或z方向L突出于格栅平面。在板网式格栅中，可以按简单的方式制造可能有的突起部。这些突起部可提高流过的材料的涡流程度，从而能提高加热设备的效率。若各突起部具有壁区域，它们相对于装置的纵向方向至少部分地倾斜定向，则可以实现特别好的涡流。各孔本身(在格栅平面内)也可能由壁区域所围绕，其定向至少部分地是倾斜的。

由于有孔44，特别是具有在格栅平面上和/或在突起部中的倾斜的壁区域，它们围绕各孔44构成并且突出于格栅平面46和在其后紧接着的无阻挡的空间(可能一直到下一格栅元件)，可以构成介质流的涡流区和缓和区。就是说，在涡流以后介质流就缓和下来，并且可以紧接着使其基本上层流式地以改变的热能继续行进。

框架元件60、62在各侧面或各边缘上(在侧面或边缘上没有设置加热元件)具有多个固定突出部64，它们也为格栅元件40、41、42、43确定出另一容纳区域63c。固定突出部64沿纵向方向L不仅向下而且向上延伸，从而可以将两格栅元件固定在框架元件上。

此外，框架元件60、62(在当前情况下是在四个角部)具有间隔元件66a、66c、66d(第四间隔元件在图中是看不见的)，从而加热装置30、31能与壳体20有间隔地支承于其中。间隔元件66a、66c、66d还用作安装辅助手段，以便能将加热装置30、31较简单地导入壳体中。

如由图2还可看出的那样，另一框架元件61设置在两加热装置30、31之间。该框架元件61一方面经由固定突出部64固定两加热装置30、31的两贴紧的格栅元件41、42，另一方面经由加热元件的两个容纳元件63a、63b固定间隔件80、81。也就是说，代替加热元件在这里设置间隔件80、81，从而使两个加热装置30、31彼此间隔开设置。

两个桥接元件70、71在各相互对置的侧面上(在其上也设置接触区域45a、45b)以抓臂的方式包住两加热装置30、31，正如特别由图3可以看出的那样。桥接元件70、71构造为夹紧元件，使得它们包围至少两个加热装置30、31并且将格栅元件40、41、42、43和加热元件50a、50b、50c、50d相互夹紧(相互挤压)于每一框架元件60、62中。

从桥接区域向外延伸出(在当前情况下为四个)间隔件72，从而加热装置30、31可固定于壳体20中并且能与风扇100以及必要时也与壳体20有间隔地支承于其中。为此，在壳体20中设置有突出部21，将各间隔件72支承在它们上或夹紧在它们之间并且将加热装置30、31在壳体20的内部固定就位。同时，通过各间隔件72可以确保到壳体20中的其他的构件例如到风扇100有适合的间距。借此，桥接元件70、71在此情况下承担加热装置30、31在壳体20中的定位功能，从而确保加热设备10的功能合理的操作。

同样也可以采用桥接元件的另一种设计形式，其示于图8中。该元件70′满足与以上所述相同的功能，不过抓臂在这里构造成弯曲的。弯曲是这样构造的，即，设有一插入斜面，并且使桥接元件与加热装置能容易地进入嵌接。这便于制造过程，特别是在自动的操作中。

在两加热装置30、31之间设置的间隔件80、81在当前情况下构造为其他的夹紧元件，它们反作用于桥接元件70、71。格栅元件40、41、42、43和加热元件50a、50b、50c、50d借助于夹紧元件(桥接元件、间隔件)相互夹紧而形成它们的接触，以便确保加热元件向格栅元件的最佳传热并且基本上避免各构件之间的游隙。

桥接元件70、71和间隔件80、81的协同配合能够实现加热元件和格栅元件相互的最佳夹紧，其中，夹紧力是可调的。为此，可以采用例如不同的弹簧型式。在这里所示的实施例中设置例如槽状的V形薄钢板80、81，它们经由加热元件沿其全长压向相应的接触区域(线接触)。与胶粘连接情况可能允许的温度相比，夹紧允许更高温度下的使用。

现在为了向每一框架元件60、62中的加热元件50a、50b、50c、50d供应电流，而设置了供电装置90、91，其按照图2和3包括连接在其中两个格栅元件40、42上的接头。通过各元件相互的夹紧不仅确保了最佳的传热，而且也给定了电流通路。为此由能导电的材料构成间隔件80、81(V形薄钢板)和桥接元件70、71。为了能够实现功能合理的操作，必须并联全部加热装置30、31的PTC元件50a、50b、50c、50d。在这里所示的具有两个加热装置30、31的实施形式中，分别有一个供电装置(接头)设置在沿纵向方向从上向下数的第一个和倒数第二个格栅上。电流通路因此从最上面的格栅元件40一方面经由上面的PTC元件和格栅元件41导向间隔件80、81，而另一方面经由各桥接元件导向下面的格栅元件43、导向下面的PTC元件并接着导向格栅元件42或导向间隔件80、81。这一点特别是可以从图4看出。供电装置90、91的接头例如熔焊(例如用点焊机)、钎焊在格栅元件上或借助于卷压方法或铆接方法固定在其上。

图4示出一等效电路图，其符合于按图2和3的实施形式。各PTC元件作为并联的电阻表示(其中只表示出用于一框架元件中加热元件之一的附图标记50a)。沿纵向方向从上向下数有一供电装置(接头)90设置在第一个格栅元件40上，有另一供电装置(接头)91设置在第三个也就是倒数第二个格栅元件40、42上。桥接元件71包围电路。在两加热装置30、31之间示出了间隔件80或81。该电路是简化示出的。因此例如只示出一个连接导线作为间隔件并且也只示出一个桥接元件。

仅用一个加热装置也可以实现加热设备。这样，经由一格栅元件供给电流而经由另一格栅元件又输出电流。作为用于格栅元件和加热元件联接固定的夹紧元件可以再次设置桥接元件，不过这些桥接元件在这种情况下必须由电绝缘的材料构成。

图5示出按图1的实施形式的另一透视图，从而可看出下面的防护格栅23。在这里也再次剖开地示出了壳体20，其中可看出两个加热装置30、31和风扇100。

图6示出按图1的实施形式的另一透视图。在这里是从下面示出壳体20。经由钩形元件24(其固定在壳体20上)，可以将加热设备10例如固定在处于开关柜中的导轨上。采用卡夹固定也是可能的。壳体20构造为，使得也可以在侧面固定加热设备10。

图7示出一个多孔格栅，其在格栅元件(例如40)的边缘47a、47b上具有明显的接触区域45a、45b。加热元件贴紧这些接触区域，从而确保从加热元件向格栅的良好传热。

代替加热元件，原则上也可采用冷却元件，从而在这里就设置了一种冷却装置。

应该提到，加热设备(或者还有热交换器)构造为，使介质(亦即例如空气)基本上沿纵向方向流过壳体，亦即流过加热设备。当然，这样的说法并不是要排除介质流可产生涡流的情况(如上所述)。通过涡流，介质流可以并且应该至少部分地以及在有些时候沿着不平行于纵向方向延伸的方向流动。

如上所述，热交换器可以例如按图2和3进行设计。

利用按照本发明的具有在此所描述的加热装置的加热设备，可以按简单的方式加热为此设置的空间，这里，通过控制加热可实现很高的功率密度。该加热设备由环保材料构造而成，并且可以低运行成本地工作。

附图标记清单

10加热设备        25    60框架元件

20壳体                  61框架元件

21突出部                62框架元件

22上面的防护格栅        63a容纳区域

23下面的防护格栅        63b容纳区域

24钩形元件        30    63c容纳区域

30加热装置              64固定突出部

31加热装置              65中间撑杆

40格栅元件              66a间隔元件

41格栅元件              66c间隔元件

42格栅元件        35    66d间隔元件

43格栅元件              67a边缘

44孔                    67b边缘

45a接触区域             70、70′桥接元件，夹紧元件

45b接触区域             71桥接元件，夹紧元件

46格栅平面        40    72间隔元件

47a边缘                 80间隔件，夹紧元件

47b边缘                 81间隔件，夹紧元件

50a加热元件             90供电装置，接头

50b加热元件             91供电装置，接头

50c加热元件     45      100风扇

50d加热元件             L纵向方向，z方向

Claims (18)

1.加热设备，包括：

-至少一个加热装置(30、31)，

-供电装置(90、91)，用于向加热装置(30、31)供给电流，

-沿纵向方向(L)可由流体介质流过的壳体(20)，用以容纳加热装置(30、31)，

其中，所述至少一个加热装置包括：

-至少两个格栅元件(40、41或42、43)，用作带有孔的热交换器板(44)，介质通过这些孔流动，

它们的格栅平面(46)构造为用于在板与流体介质之间进行热能交换，

-至少一个加热元件(50、51、52、53)，特别是PTC元件，其设置在格栅元件(40、41或42、43)之间，

其中，所述至少一个加热装置(30、31)按下述方式设置在所述壳体(20)中：格栅元件(40、41、42、43)的格栅平面(46)基本上垂直于纵向方向(L)设置，使得介质流基本上垂直于各格栅平面(46)定向，

其中，所述格栅元件(40、41、42、43)和所述至少一个加热元件(50、51、52、53)借助于至少一个夹紧元件(70、71、70′、80、81)相互夹紧设置而形成它们的接触，

以及，所述格栅元件(40、41、42、43)分别具有至少一个接触区域(45a、45b)并且设置为，使得它们基本上经由接触区域(45a、45b)吸收所述至少一个加热元件(50、51、52、53)的热能。

2.按照权利要求1所述的加热设备，其特征在于，在所述壳体(20)中设置一风扇(100)，用以产生介质流。

3.按照权利要求1或2所述的加热设备，其特征在于，所述格栅元件(40、41、42、43)由能导电的材料构成，并且，所述供电装置(90、91)按下述方式构造和设置在格栅元件上：使得经由格栅元件(40、41、42、43)实现所述至少一个加热元件(50、51、52、53)的通电。

4.按照上述权利要求之一项所述的加热设备，其特征在于，设置有至少两个加热装置(30、31)，其中，各加热装置相互迭层状设置，使得它们相继地由介质流过，其中，所述加热元件(50、51、52、53)和所述至少一个夹紧元件(70、71、70′、80、81)按下述方式构造：使加热元件(50、51、52、53)和接触区域(45a、45b)上下叠置并且越过全部的加热装置(30、31)相互夹紧，以及，所述供电装置(90、91)设置和构造为，使各加热元件(50、51、52、53)并联。

5.按照上述权利要求之一项所述的加热设备，其特征在于，在各加热装置(30、31)之间设置至少一个间隔件(80、81)，所述间隔件优选构造为，使得全部的格栅元件(40、41、42、43)彼此间具有基本上相同的间距。

6.按照上述权利要求之一项、特别按照权利要求5所述的加热设备，其特征在于，在格栅元件(40、41、42、43)的相互对置的边缘(47a、47b)上设置接触区域(45a、45b)，并且与此相应地设置大量的加热元件(50、51、52、53)以及必要时设置间隔件(80、81)以形成一个包括格栅元件、加热元件以及必要时包括间隔件的稳定的堆叠。

7.按照上述权利要求之一项所述的加热设备，其特征在于，按下述方式设置一桥接元件(70、71、70′)并构造为夹紧元件：使其包围所述至少两个加热装置(30、31)并且将所述格栅元件(40、41、42、43)和加热元件(50、51、52、53)相互夹紧。

8.按照上述权利要求之一项、特别按照权利要求7所述的加热设备，其特征在于，所述桥接元件(70、71、70′)设计有间隔件(72)，使得所述至少一个加热装置(30、31)能被固定于壳体(20)中并且能与风扇(100)和/或与壳体(20)有间隔地支承于壳体中。

9.按照上述权利要求之一项、特别按照权利要求5至8之一项所述的加热设备，其特征在于，所述至少一个间隔件(80、81)设计为有弹性的，以构成一种附加的夹紧元件。

10.按照上述权利要求之一项、特别按照权利要求5至9之一项所述的加热设备，其特征在于，所述桥接元件(70、71、70′)和/或所述至少一个间隔件(80、81)构造为供电装置。

11.按照上述权利要求之一项、特别按照权利要求5至10之一项所述的加热设备，其特征在于，所述至少一个加热元件(50、51、52、53)和/或所述格栅元件(40、41、42、43)以及必要时所述至少一个间隔件(80、81)支承于一框架元件(60、61、62)的容纳区域(63a、63b、63c)内，其中，所述容纳区域(63a、63b、63c)构造为，使得所述至少一个加热元件和/或所述格栅元件以及必要时所述至少一个间隔件基本上垂直于纵向方向(L)被固定并且沿纵向方向(L)可取出地设置，其中，所述至少一个加热元件以及必要时所述至少一个间隔件沿纵向方向(L)贴紧所述格栅元件(40、41、42、43)的接触区域(45a、45b)。

12.按照上述权利要求之一项、特别按照权利要求11所述的加热设备，其特征在于，所述框架元件(60、61、62)设计有间隔元件(66a、66c、66d)，使得所述至少一个加热装置(30、31)能与壳体(20)有间隔地支承于壳体中。

13.按照上述权利要求之一项所述的加热设备，其特征在于，所述格栅元件(40、41、42、43)包括金属板网格栅和/或冲孔格栅。

14.按照上述权利要求之一项所述的加热设备，其特征在于，围绕或者至少部分地围绕格栅元件的孔(44)的壁区域相对于纵向方向(L)至少部分地倾斜定向。

15.按照上述权利要求之一项所述的加热设备，其特征在于，格栅元件的一些局部部分相对于板表面并从而相对于流动方向倾斜定向。

16.按照上述权利要求之一项所述的加热设备，其特征在于，所述格栅元件(40、41、42、43)具有至少一个无孔的接触区域(45a、45b)。

17.按照上述权利要求之一项所述的加热设备，其特征在于，所述加热元件(50、51、52、53)和所述接触区域(45a、45b)基本上都是沿着格栅元件(40、41、42、43)的整个边缘(47a、47b)延伸。

18.热交换器，包括：

-至少一个热源或冷源(50a、50b、50c、50d)，用以产生热能，

-以及至少一个热交换器板(40、41、42、43)，

热交换器板的表面(46)构造为用于在板与围绕的流体介质之间进行热能交换，

其中，所述热交换器板(40、41、42、43)包括金属板网格栅，其具有孔(44)，介质通过这些孔流动，

其中，所述至少一个热交换器板(40、41、42、43)设置为，使得介质流基本上垂直于所述热交换器板(40、41、42、43)的表面定向。

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