DE102007062302A1 - heater - Google Patents

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DE102007062302A1
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Jürgen Hetzler
Frank Bartmann
Norbert Ernst
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Original Assignee
Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Beru AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Beheizen eines Fluids, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (2) und mindestens einem von dem zu beheizenden Fluid durchströmbaren Wärmeübertrager (1), um von dem mindestens einen Heizelement (2) erzeugte Wärme an das Fluid abzugeben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wärmeübertrager (1) ein offenporiger Schaumwerkstoff ist.The invention relates to a heating device for heating a fluid, comprising at least one electric heating element (2) and at least one heat exchanger (1) through which the fluid to be heated can deliver heat generated by the at least one heating element (2) to the fluid. According to the invention, it is provided that the heat exchanger (1) is an open-pore foam material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The The invention relates to a heating device with the in the preamble of claim 1 specified characteristics.

Eine derartige Heizvorrichtung ist aus der WO 2007/071335 bekannt. Bei der bekannten Heizvorrichtung wird als Wärmeübertrager ein Strangpressprofil verwendet, das Öffnungen aufweist, durch welche ein zu erwärmendes Fluid strömt.Such a heater is from the WO 2007/071335 known. In the known heating device is used as a heat exchanger, an extruded profile having openings through which flows a fluid to be heated.

Eine Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist auch aus der DE 101 02 671 A1 bekannt. Bei dieser Heizeinrichtung sind als Wärmeübertrager zahlreiche lammellenförmige Bleche klemmend auf zueinander parallele Heizstäbe aufgeschoben, die mit PTC Heizelementen gefüllt sind.A heating device with the features specified in the preamble of claim 1 is also known from DE 101 02 671 A1 known. In this heater, numerous lamellar sheets are pushed as clamping heat transfer to mutually parallel heating rods, which are filled with PTC heating elements as a heat exchanger.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.task The invention is a heater of the aforementioned Kind of improving.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Wärmeübertrager ein offenporiger Schaumwerkstoff ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved according to the invention the heat exchanger is an open-pore foam material is. Advantageous developments of the invention are the subject the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann die von einem oder mehreren elektrischen Heizelementen erzeugte Wärme besonders effizient an einen zu beheizenden Fluidstrom, beispielsweise einen Luftstrom, abgeben, da der als Wärmeübertrager verwendete offenporige Schaumwerkstoff eine vorteilhaft große Oberfläche hat. Die Verwendung eines offenporigen Schaumwerkstoffs, bevorzugt eines Metall- oder Keramikschaums, als Wärmeübertrager ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Heizvorrichtungen mit Lamellen oder Strangpressprofilen als Wärmetauscher zudem eine deutliche Gewichtsersparnis.A Heating device according to the invention can the of heat generated by one or more electrical heating elements particularly efficient at a fluid flow to be heated, for example an air stream, because the used as a heat exchanger open-cell foam material has an advantageously large surface area Has. The use of an open-cell foam material, preferred a metal or ceramic foam, as a heat exchanger allows compared to conventional heaters with fins or extruded profiles as a heat exchanger also a clear Weight savings.

Bei einem offenporigen Schaumwerkstoff ist zumindest ein Teil der in dem Schaumwerkstoff enthaltenen Zellen miteinander verbunden, so dass ein Fluid durch den Schaumwerkstoff hindurchfließen kann. Ein Verfahren zur Herstellung eines geeigneten Metallschaums ist aus der DE 199 39 155 bekannt.In the case of an open-pored foam material, at least part of the cells contained in the foam material are connected to one another so that a fluid can flow through the foam material. A method for producing a suitable metal foam is known from DE 199 39 155 known.

Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist insbesondere als Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeugs zum Erwärmen eines Luftstroms geeignet.A heating device according to the invention is particular as an interior heating of a motor vehicle for heating a stream of air suitable.

Bevorzugt hat eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung mehrere elektrische Heizelemente, insbesondere PTC Heizelemente. Die Heizelemente können in einem Gehäuse angeordnet sein, beispielsweise einem stabförmigen Gehäuse wie es beispielsweise aus der DE 101 02 671 A1 bekannt ist. Der Wärmeübertrager kann kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig an dem Gehäuse befestigt sein, beispielsweise können Wärmeübertrager und Gehäuse verklemmt, verpresst, verrastet, verklebt, verlötet oder verschweißt sein. Bevorzugte Befestigungsmöglichkeiten sind insbesondere klemmen oder kleben. Bei einer klemmenden Verbindung ist es möglich, einzelne Wärmeübertrager und Gehäuse beispielsweise mittels Klammern mit einander zu verbinden, oder die gesamte Heizvorrichtung, die beispielsweise schichtweise aufgebaut sein kann, in einem Rahmen klemmend zu halten.A heating device according to the invention preferably has a plurality of electrical heating elements, in particular PTC heating elements. The heating elements may be arranged in a housing, for example a rod-shaped housing, as is known for example from US Pat DE 101 02 671 A1 is known. The heat exchanger may be non-positively, positively or materially secured to the housing, for example, heat exchanger and housing may be jammed, pressed, locked, glued, soldered or welded. Preferred mounting options are in particular clamp or glue. In a clamping connection, it is possible to connect individual heat exchangers and housing, for example by means of brackets with each other, or to hold the entire heater, which may be constructed, for example, in layers, clamping in a frame.

Möglich ist es aber auch, dass der Wärmeübertrager ein Gehäuse ausbildet, in dem das oder die Heizelemente angeordnet sind. Möglich ist es auch, auf ein Gehäuse zu verzichten, so dass die Heizelemente dem zu erwärmenden Fluidstrom direkt ausgesetzt sind. Die Heizelemente können kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Wärmeübertrager verbunden sein. Bevorzugt ist dabei, die gesamte Anordnung in einem Rahmen zu verklemmen oder die einzelnen Heizelemente in Hohlräumen anzuordnen und gemeinsam zu verpressen. Möglich ist auch, dass die Heizelemente aus einem offenporigen Schaumwerkstoff hergestellt sind und den Wärmeübertrager oder einen Teil des Wärmeübertragers bilden.Possible but it is also that the heat exchanger a Housing forms, in which arranged the one or more heating elements are. It is also possible to access a case dispense so that the heating elements to be heated Fluid flow are exposed directly. The heating elements can non-positive, positive or cohesive be connected to the heat exchanger. Prefers is about to jam the entire assembly in a frame or to arrange the individual heating elements in cavities and to press together. It is also possible that the heating elements are made of an open-cell foam material and the Heat exchanger or part of the heat exchanger form.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Schaumwerkstoff einen geschlossenen Oberflächenbereich hat, der dem mindestens einen Heizelement zugewandt ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass von dem oder den Heizelementen erzeugte Wärme besonders effizient von dem Wärmeübertrager aufgenommen werden kann. Der geschlossene Oberflächenbereich kann beispielsweise an einem das oder die Heizelemente umgebenden Gehäuse oder einer die Heizelemente kontaktierenden Metallleiste anliegen. Möglich ist es auch, dass der Schaumwerkstoff mit seinem geschlossenen Oberflächenbereich direkt an dem oder den Heizelementen anliegt.A advantageous development of the invention provides that the foam material has a closed surface area corresponding to the at least one Heating element facing. This measure has the advantage the heat generated by the heating element (s) is particularly high efficiently absorbed by the heat exchanger can be. The closed surface area can be, for example on a surrounding housing or the heating elements or abut a metal strip contacting the heating elements. Possible It is also that of the foam material with its closed surface area directly applied to the or the heating elements.

Bevorzugt hat der Schaumwerkstoff eine Dichte, die mit zunehmendem Abstand von dem oder den Heizelementen abnimmt. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragers an die zu transportierende Wärmemenge anpassen. Die Wärmemenge, welche durch den Wärmeübertrager fließt, nimmt nämlich mit dem Abstand von dem oder den Heizelementen ab. Nahe an den Heizelementen ist deshalb eine höhere Dichte vorteilhaft, so dass eine große Wärmemenge von dem oder den Heizelementen abgeführt werden kann. Mit zunehmender Entfernung von dem oder den Heizelementen nimmt die zu transportierende Wärmemenge ab, weshalb eine geringere Dichte, insbesondere eine größere Porengröße, zunehmend vorteilhaft sind, um den Strömungswiderstand des Wärmetauschers herabzusetzen und Gewicht zu sparen. Die Dichte des Schaumwerkstoffs kann sich kontinuierlich oder sprunghaft ändern. Um die vorstehend beschriebenen Vorteile einer ortsabhängigen Dichte zumindest zu einem Teil zu nutzen, genügt es bereits, wenn sich die Dichte ein einziges Mal sprunghaft ändert, was sich beispielsweise durch Zusammenfügen von zwei Platten eines Schaumwerkstoffs mit unterschiedlicher Dichte, insbesondere unterschiedlicher Porengröße, erreichen lässt.Preferably, the foam material has a density which decreases with increasing distance from the heating element (s). In this way, the thermal conductivity of the heat exchanger can be adapted to the amount of heat to be transported. The amount of heat flowing through the heat exchanger decreases with the distance from the heating element (s). Therefore, close to the heating elements, a higher density is advantageous, so that a large amount of heat can be dissipated by the heating element or elements. With increasing distance from the heating elements or the amount of heat to be transported decreases, which is why a lower density, in particular a larger pore size, are increasingly advantageous to reduce the flow resistance of the heat exchanger and to save weight. The density of the foam material can change continuously or suddenly. In order to use the advantages of a location-dependent density described above at least in part, it is sufficient if the density changes suddenly once, which can be achieved, for example, by joining two plates of a foam material with different density, in particular different pore size.

Die Dichte eines Schaumwerkstoffs hängt in erster Linie von der Porengröße und der Dicke der zwischen den Poren vorhanden Wände. Eine Änderung der Dichte kann deshalb durch eine Variation der Porengröße bewirkt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Änderung der Dichte ist eine Variation der Wandstärken zwischen den Poren.The Density of a foam material depends primarily on the pore size and the thickness of the between Pores present walls. A change in density can therefore by a variation of the pore size be effected. Another way to change Density is a variation of the wall thicknesses between the pores.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Wärmeübertrager geradlinig verlaufende Strömungskanäle vorhanden sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, den Strömungswiderstand des Wärmeübertragers herabzusetzen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn mit der Heizvorrichtung ein Luftstrom erwärmt werden soll, wie dies beispielsweise zur Innenraumbeheizung eines Fahrzeugs erforderlich ist. Die Strömungskanäle können beispielsweise als Schlitze, Langlöcher oder Bohrungen ausgebildet sein. Im einfachsten Fall können die Strömungskanäle senkrecht zur Oberfläche des Wärmeübertragers verlaufen. Möglich ist es aber auch, dass die Strömungskanäle schräg zur Oberfläche des Wärmeübertragers verlaufen. Auf diese Weise kann der Strömungsweg des Fluids verlängert werden, so dass Wärme verstärkt an das Fluid abgegeben werden kann, oder die Strömungsrichtung beeinflusst werden. Geradlinige Strömungskanäle können in dem Schaumwerkstoff bei seiner Herstellung erzeugt werden oder in dem Wärmetauscher mit geringem Aufwand beispielsweise durch Bohren, Fräsen oder Ausstanzen erzeugt werden.A Further advantageous development of the invention provides that in the heat exchanger rectilinear Flow channels are present. This measure has the advantage of the flow resistance of the heat exchanger decrease. This is particularly advantageous when using the heater an air flow should be heated, as for example is required for interior heating of a vehicle. The flow channels For example, as slots, slots or holes are formed. In the simplest case, you can the flow channels perpendicular to the surface of the heat exchanger. Possible but it is also that the flow channels at an angle extend to the surface of the heat exchanger. In this way, the flow path of the fluid can be extended so that heat is increasingly released to the fluid can be, or the flow direction can be influenced. Straight flow channels can be in the foam material are produced in its manufacture or in the heat exchanger with little effort, for example by Drilling, milling or punching are generated.

Bevorzugt enthält eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung mehrere Heizelemente. Bevorzugt sind dabei jeweils mehrere Heizelemente in einer langgestreckten Baugruppe zusammengefasst, welche mehrere Heizelemente in geradliniger Anordnung hintereinander enthält. Bei einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung können mehrere derartige Baugruppen, beispielsweise mehrere Heizstäbe mit PTC Elementen, vorhanden sein. Die Heizelemente können in einer solchen Baugruppe durch eine gemeinsame Leiterbahn, bevorzugt eine Metallleiste, kontaktiert und mit Strom versorgt werden. Der Stromkreis kann über die Wärmeübertrager oder eine weitere Leiterbahn, beispielsweise eine weitere Metallleiste, geschlossen werden. Bei einer sol chen Anordnung ist die für die Stromzuführung verwendete Leiterbahn gegenüber dem Wärmeübertrager zu isolieren. Dies kann durch einen sich über die Länge der Leiterbahn erstreckenden Streifen eines elektrisch isolierenden Materials geschehen oder dadurch, dass die Leiterbahn mit Ausnahme der Auflageflächen für die Heizelemente mit einem isolierenden Werkstoff umspritzt wird. Vorzugsweise wird ein direkter Kontakt der Strom zuführenden Leiterbahn zu dem Wärmeübertrager dadurch verhindert, dass als Heizelemente PTC Widerstände verwendet werden, welche paarweise nebeneinander liegend angeordnet sind. In einem solchen Fall kann die Leiterbahn zwischen den PTC Elementen eines jeden Paares verlaufen, die dadurch beide kontaktiert werden, so dass die Strom zuführende Leiterbahn durch die PTC Heizelemente von dem Wärmeübertrager getrennt ist.Prefers contains a heating device according to the invention several heating elements. Preference is given in each case a plurality of heating elements summarized in an elongated assembly, which several Contains heating elements in a straight line arrangement one behind the other. In a heating device according to the invention can several such assemblies, such as multiple heating elements with PTC elements, to be present. The heating elements can in such an assembly by a common conductor, preferably a metal strip, contacted and powered. The circuit can be via the heat exchanger or a another trace, such as another metal strip, closed become. In a sol chen arrangement that is for the power supply used trace against the heat exchanger to isolate. This can be done by looking over the length of the Strip extending strip of an electrically insulating Materials happen or in that the trace except the bearing surfaces for the heating elements with a insulating material is overmoulded. Preferably, a direct Contact of the current-supplying conductor track to the heat exchanger This prevents PTC resistors as heating elements can be used, which are arranged in pairs next to each other are. In such a case, the trace between the PTC Elements of each couple that contacts both of them so that the current-carrying trace is through the PTC Heating elements separated from the heat exchanger is.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:Further Details and advantages of the invention will become apparent to embodiments explained with reference to the accompanying drawings. Same and corresponding components are consistent with Reference number marked. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung; 1 an embodiment of a heating device according to the invention;

2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel von der Seite; 2 this in 1 illustrated embodiment of the page;

3 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel von oben; 3 this in 1 illustrated embodiment from above;

4 eine Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels; 4 a sectional view of the in 1 shown embodiment;

5 eine Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform; 5 a sectional view of a modified embodiment;

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung; 6 a further embodiment of a heating device according to the invention;

7 das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung. 7 this in 6 shown embodiment in an exploded view.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Heizvorrichtung, die zum Erwärmen eines Luftstroms als Innenraumbeheizung eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Die Heizvorrichtung ist in 1 in Blickrichtung der Strömungsrichtung eines zu erwärmenden Luftstroms dargestellt, in 2 in einer Seitenansicht und in 3 in einer Ansicht von oben. 1 shows an embodiment of a heating device, which is designed for heating an air flow as interior heating of a vehicle. The heater is in 1 shown in the direction of the flow direction of an air stream to be heated, in 2 in a side view and in 3 in a view from above.

Die dargestellte Heizvorrichtung hat einen Wärmeübertrager 1 aus einem offenporigen Schaumwerkstoff, beispielsweise einem Metallschaum. Im Betrieb wird der Wärmeübertrager 1 von dem zu erwärmenden Luftstrom durchströmt. Die dabei von dem Wärmeübertrager 1 an den Luftstrom abgegebene Wärme wird mittels PTC Heizelementen 2 erzeugt, die von dem Wärmeübertrager 1 umschlossen und in der in 4 gezeigten schematischen Schnittdarstellung zu sehen sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die PTC Heizelemente 2 in stabförmigen Gehäusen 3 angeordnet, die in dem Wärmeübertrager 1 stecken. Die Gehäuse 3 schützen die PTC Heizelemente 2 vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Luftstrom.The heater shown has a heat exchanger 1 from an open-cell foam material, for example a metal foam. In operation, the heat exchanger 1 from flows through the air stream to be heated. The case of the heat exchanger 1 Heat released to the airflow is heated by PTC heating elements 2 generated by the heat exchanger 1 enclosed and in the in 4 shown schematic sectional view can be seen. In the illustrated embodiment, the PTC heating elements 2 in rod-shaped housings 3 arranged in the heat exchanger 1 stuck. The housing 3 protect the PTC heating elements 2 before contact with the air stream to be heated.

Damit die von den Heizelementen 2 erzeugte Wärme gut auf das Gehäuse 3 übertragen werden kann ist dieses bevorzugt verpresst, so dass es flächig an den Heizelementen 2 anliegt. Wegen der besseren Übersichtlichkeit ist dies in der schematischen Schnittdarstellung der 4 jedoch nicht gezeigt, so dass dort ein Abstand zwischen den Heizelementen 2 und der ihnen zugewandten Innenfläche der Gehäuse 3 zu sehen ist.So that of the heating elements 2 generated heat well on the case 3 can be transferred, this is preferably pressed so that it is flat on the heating elements 2 is applied. For better clarity, this is in the schematic sectional view of 4 however not shown, so there is a distance between the heating elements 2 and the inner surface of the housing facing them 3 you can see.

Die stabförmigen Gehäuse 3 sind klemmend mit dem Wärmeübertrager 1 verbunden, so dass sich ein guter wärmeleitender Kontakt zwischen den Gehäusen 3 und dem Wärmeübertrager 1 ergibt. Alternativ können die Gehäuse 3 auch stoffschlüssig mit dem Wärmeübertrager 1 verbunden, insbesondere verlötet sein, was ebenfalls einen guten Wärmekontakt bewirkt.The rod-shaped housing 3 are clamping with the heat exchanger 1 connected, so that there is a good heat-conducting contact between the housings 3 and the heat exchanger 1 results. Alternatively, the housings 3 also cohesively with the heat exchanger 1 connected, in particular soldered, which also causes a good thermal contact.

Der Wärmeübertrager 1 trägt ein Anschlussgehäuse 5 und an seinem gegenüberliegenden Ende eine Haube 7, die den Wärmeübertrager 1 vor Beschädigung beim Einbau schützt.The heat exchanger 1 carries a connection housing 5 and at its opposite end a hood 7 that the heat exchanger 1 protects against damage during installation.

Der Metallschaum des Wärmeübertragers 1 hat eine Porengröße, die mit zunehmendem Abstand von dem stabförmigen Gehäuse 3 ansteigt. Mit zunehmendem Abstand von den Heizelementen 2 sinkt nämlich die von dem Metallschaum zu transportierende Wärmemenge. Nah an den Heizelementen 2 ist deshalb eine kleinere Porengröße vorteilhaft, um erzeugte Wärme rasch weiterleiten zu können, während mit zunehmender Entfernung eine größere Porengröße, die einen geringern Strömungswiderstand für das zu erwärmende Fluid ermöglicht, vorteilhafter wird. Die Porengröße kann kontinuierlich ansteigen oder sprunghaft ansteigen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Wärmeübertrager 1 im Bereich der die Gehäuse 3 aufnehmenden Ausnehmungen einen geschlossenen Oberflächenbereich. Indem der Wärmeübertrager 2 mit einer geschlossenen Oberfläche an den Gehäusen 3 anliegt, ergibt sich ein besonders guter wärmeleitender Kontakt.The metal foam of the heat exchanger 1 has a pore size with increasing distance from the rod-shaped housing 3 increases. With increasing distance from the heating elements 2 namely, decreases the amount of heat to be transported by the metal foam. Close to the heating elements 2 Therefore, a smaller pore size is advantageous in order to be able to conduct heat generated quickly, while with increasing distance, a larger pore size, which allows a lower flow resistance for the fluid to be heated, is more advantageous. The pore size can increase continuously or jump up. In the illustrated embodiment, the heat exchanger 1 in the area of the housing 3 receiving recesses a closed surface area. By the heat exchanger 2 with a closed surface on the housings 3 is applied, results in a particularly good heat-conducting contact.

Die PTC Elemente 2 sind in den stabförmigen Gehäusen 3 hintereinander angeordnet und werden durch starre elektrische Zuleitungen 4 mit Strom versorgt, die in ein in 3 gezeigtes Anschlussgehäuse 5 hineinragen. In das Anschlussgehäuse 5 ragt ferner eine Masseleitung 6 hinein, welche elektrisch leitend über den Wärmetauscher 1 mit den Außenseiten der Gehäuse 3 und somit auch mit den Heizelementen 2 verbunden ist. Die Zuleitungen 4 und die Masseleitung 6 können über Steckverbinder beispielsweise an das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs oder an ein Steuergerät angeschlossen werden. Die Heizelemente 2 sind in den Gehäusen 3 bevorzugt paarweise angeordnet, wobei sich die als Metallleisten ausgebildete Zuleitungen 4 jeweils zwischen den Heizelementpaaren erstrecken. Auf diese Weise ist keine zusätzliche elektrische Isolation erforderlich. Möglich ist es auch, in den Gehäusen 3 die PTC Heizelemente 2 einzeln hintereinander anzuordnen und die Zuleitung 4 durch eine Isolationsschicht von dem Gehäuse 3 zu isolieren.The PTC elements 2 are in the rod-shaped housings 3 arranged one behind the other and are connected by rigid electrical leads 4 Powered in an in 3 shown connection housing 5 protrude. In the connection housing 5 further protrudes a ground line 6 into it, which is electrically conductive via the heat exchanger 1 with the outside of the case 3 and thus also with the heating elements 2 connected is. The supply lines 4 and the ground line 6 can be connected via connectors, for example, to the electrical system of a motor vehicle or to a control unit. The heating elements 2 are in the cases 3 preferably arranged in pairs, with the supply lines designed as metal strips 4 each extending between the heating element pairs. In this way, no additional electrical insulation is required. It is also possible in the cases 3 the PTC heating elements 2 one after the other and the supply line 4 through an insulating layer of the housing 3 to isolate.

4 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmeübertrager 1 und die in ihm angeordneten Heizstäbe mit ihren Gehäusen 3 und darin enthaltenden Heizelementen 2. Der Wärmeübertrager 1 ist als ein Block ausgebildet, der Öffnungen aufweist, welche die Gehäuse 3 aufnehmen. Möglich ist es aber auch, den Wärmeübertrager 1 aus zwei Wärmeübertragerteilen 1a, 1b zusammenzufügen, zwischen denen die Heizelemente 2 angeordnet sind. Ein Querschnitt durch ein entsprechend abgewandeltes Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt. 4 shows a cross section through the heat exchanger 1 and the heating rods arranged in it with their housings 3 and heating elements contained therein 2 , The heat exchanger 1 is formed as a block having openings which the housings 3 take up. But it is also possible, the heat exchanger 1 from two heat exchanger parts 1a . 1b put together, between which the heating elements 2 are arranged. A cross section through a correspondingly modified embodiment is shown in FIG 5 shown.

5 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, dass sich von dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass der Wärmeübertrager 1 aus zwei plattenförmigen Wärmeübertragern 1a, 1b zusammengesetzt ist, zwischen denen die Heizelemente 2 in Gehäusen 3 angeordnet sind. Die beiden Wärmeübertragerteile 1a, 1b sind gleich ausgebildet und haben jeweils Ausnehmungen, die der Form der Gehäuse 3 angepasst sind. 5 shows a cross section through a further embodiment that is different from the in the 1 to 3 illustrated embodiment only differs in that the heat exchanger 1 from two plate-shaped heat exchangers 1a . 1b is composed, between which the heating elements 2 in housings 3 are arranged. The two heat exchanger parts 1a . 1b are the same design and each have recesses, the shape of the housing 3 are adjusted.

6 und 7 zeigen ein weiters Ausführungsbeispiel einer Heizvorrichtung, die ebenfalls zum Erwärmen eines Fluidstroms dient und als Innenraumbeheizer eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Zur Vereinfachung sind bei dem in 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel keine elektrischen Anschlüsse dargestellt. Ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auch bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Wärmeübertrager 1 ein offenporiger Metallschaum. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Wärmeübertrager 1 vorhanden, zwischen denen gemäß der in 7 gezeigten Explosionsdarstellung PTC Heizelemente 2 angeordnet sind. Auf die Seitenflächen der Längsseiten der Wärmeübertrager 1 sind jeweils Metallleisten 10, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gelötet. Die PTC Heizelemente 2 sind zwischen zwei Metallleisten 10 angeordnet und dort von einem Kunststoffrahmen 11 gehalten. 6 and 7 show a further embodiment of a heating device, which also serves to heat a fluid flow and is designed as Innenraumbeheizer a motor vehicle. For simplicity, the in 6 and 7 shown embodiment, no electrical connections shown. Similar to the embodiment described above, the in 6 shown embodiment of the heat exchanger 1 an open-pored metal foam. At the in 6 illustrated embodiment are two heat exchangers 1 between which according to the in 7 shown exploded view PTC heating elements 2 are arranged. On the side surfaces of the long sides of the heat exchanger 1 are each metal strips 10 , in the illustrated embodiment of aluminum or an aluminum alloy, soldered. The PTC heating elements 2 are between two metal strips 10 arranged and there by a plastic frame 11 held.

Zur Reduktion des Strömungswiderstandes sind bei den Wärmeübertragern 1 des in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiels geradlinig verlaufende Strömungskanäle 12 vorhanden. Derartige Strömungskanäle 12 können auch bei den vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 vorhanden sein. Die geradlinig verlaufenden Strömungskanäle 12 können senkrecht oder schräg zur angeströmten Oberfläche des Wärmeübertragers 1 verlaufen und als Löcher oder Schlitze ausgeführt sein.To reduce the flow resistance are in the heat exchangers 1 in the 6 and 7 the embodiment shown rectilinear flow channels 12 available. Such flow channels 12 can also in the above-described embodiments of the 1 to 5 to be available. The straight running flow channels 12 can be perpendicular or oblique to the surface of the heat exchanger 1 run and be designed as holes or slots.

Die beiden Wärmeübertrager 1 des in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiels sind in Strömungsrichtung des zu erwärmenden Fluidstroms nebeneinander angeordnet. Bei Bedarf kann die Heizvorrichtung beliebig vergrößert werden, indem weitere Wärmeübertrager 1 mit dazwischen liegenden Heizelementen 2 seitlich nebeneinander angeordnet werden.The two heat exchangers 1 in the 6 and 7 shown embodiment are arranged side by side in the flow direction of the fluid flow to be heated. If necessary, the heater can be arbitrarily increased by adding heat exchangers 1 with intermediate heating elements 2 be arranged side by side.

11
WärmeübertragerHeat exchanger
1a, 1b1a, 1b
WärmeübertragerteileHeat transfer providers'
22
Heizelementeheating elements
33
Gehäusecasing
44
Zuleitungsupply
55
Anschlussgehäuseconnection housing
66
Masseleitungground line
77
HaubeHood
1010
Metallleistemetal bar
1111
KunststoffrahmenPlastic frame
1212
Strömungskanäleflow channels

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (34)

Heizvorrichtung zum Beheizen eines Fluids, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (2) und mindestens einem von dem zu beheizenden Fluid durchströmbaren Wärmeübertrager (1), um von dem mindestens einen Heizelement (2) erzeugte Wärme an das Fluid abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) ein offenporiger Schaumwerkstoff ist.Heating device for heating a fluid, comprising at least one electric heating element ( 2 ) and at least one heat exchanger through which the fluid to be heated can flow ( 1 ) of the at least one heating element ( 2 ) to deliver heat to the fluid, characterized in that the heat exchanger ( 1 ) is an open-pored foam material. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff eine Dichte hat, die mit zunehmendem Abstand von dem mindesten einen Heizelement (2) abnimmt.Heating device according to claim 1, characterized in that the foam material has a density which increases with increasing distance from the at least one heating element ( 2 ) decreases. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Schaumwerkstoffs mit zunehmendem Abstand von dem mindestens einen Heizelement (2) mindestens einmal sprunghaft abnimmt.Heating device according to claim 2, characterized in that the density of the foam material with increasing distance from the at least one heating element ( 2 ) abruptly decreases at least once. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Schaumwerkstoffs kontinuierlich abnimmt.Heating device according to claim 2, characterized in that that the density of the foam material decreases continuously. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Dichte des Schaumwerkstoffs auf einer Änderung der Porengröße beruht.Heating device according to one of the claims 2 to 4, characterized in that the change of Density of the foam material on a change in pore size based. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff einen geschlossenen Oberflächenbereich hat, der dem mindestens einen Heizelement (2) zugewandt ist.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the foam material has a closed surface area, which the at least one heating element ( 2 ) is facing. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmeübertrager (1) geradlinig verlaufende Strömungskanale (12) vorhanden sind.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that in the heat exchanger ( 1 ) rectilinear flow channels ( 12 ) available. Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (12) Schlitze oder Löcher sind.Heating device according to claim 7, characterized in that the flow channels ( 12 ) Slots or holes are. Heizvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (12) senkrecht zur Oberfläche des Wärmeübertragers (1) verlaufen.Heating device according to claim 7 or 8, characterized in that the flow channels ( 12 ) perpendicular to the surface of the heat exchanger ( 1 ). Heizvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (12) schräg zur Oberfläche des Wärmeübertragers (1) verlaufen.Heating device according to claim 7 or 8, characterized in that the flow channels ( 12 ) obliquely to the surface of the heat exchanger ( 1 ). Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) in einem Gehäuse (3) angeordnet ist, an dem der Wärmeübertrager (1) befestigt ist.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) in a housing ( 3 ) is arranged, on which the heat exchanger ( 1 ) is attached. Heizvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) stabförmig ist.Heating device according to claim 11, characterized in that the housing ( 3 ) is rod-shaped. Heizvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) in dem Gehäuse verpresst ist.Heating device according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) is pressed in the housing. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) in dem Wärmeübertrager (1) verpresst ist.Heating device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the housing ( 3 ) in the heat exchanger ( 1 ) is compressed. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) mit dem Wärmeübertrager (1) verklebt ist.Heating device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the housing ( 3 ) with the heat exchanger ( 1 ) is glued. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gehäuse (3) vorhanden sind, in denen jeweils mindestens ein Heizelement (2) angeordnet ist.Heating device according to one of claims 10 to 14, characterized in that a plurality of housings ( 3 ) are present, in each of which at least one heating element ( 2 ) is arranged. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) in einem von dem Wärmeübertrager (1) gebildeten Gehäuse angeordnet ist.Heating device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) in one of the heat exchanger ( 1 ) Housing is arranged. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) von dem Wärmeübertrager (1) umgeben ist.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) of the heat exchanger ( 1 ) is surrounded. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) als ein Block ausgebildet ist, der eine Öffnung aufweist, in der das mindestens eine Heizelement (2) angeordnet ist.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 1 ) is formed as a block having an opening in which the at least one heating element ( 2 ) is arranged. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) zwischen zwei Wärmeübertragern (1, 1a, 1b) angeordnet ist.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) between two heat exchangers ( 1 . 1a . 1b ) is arranged. Heizvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (1a, 1b) in Strömungsrichtung des zu beheizenden Fluids hintereinander angeordnet sind.Heating device according to claim 20, characterized in that the heat exchanger ( 1a . 1b ) are arranged one behind the other in the flow direction of the fluid to be heated. Heizvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (1) in Strömungsrichtung des zu beheizenden Fluids nebeneinander angeordnet sind.Heating device according to claim 20, characterized in that the heat exchanger ( 1 ) are arranged side by side in the flow direction of the fluid to be heated. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Wärmeübertager (1a, 1b), zwischen denen das mindestens eine Heizelement (2) angeordnet ist, eine Ausnehmung für das Heizelement (2) aufweisen.Heating device according to one of claims 20 to 22, characterized in that at least one of the two heat exchangers ( 1a . 1b ), between which the at least one heating element ( 2 ) is arranged, a recess for the heating element ( 2 ) exhibit. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wärmeübertager (1), zwischen denen das mindestens eine Heizelement (2) angeordnet ist, eine Ausnehmung für das Heizelement (2) oder die Heizelemente (2) aufweisen.Heating device according to one of claims 20 to 23, characterized in that both heat exchangers ( 1 ), between which the at least one heating element ( 2 ) is arranged, a recess for the heating element ( 2 ) or the heating elements ( 2 ) exhibit. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das mindestens eine Heizelement (2) zwischen zwei Metallleisten (10) angeordnete ist, die zwischen zwei Wärmeübertragern (1) angeordnet sind.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) between two metal strips ( 10 ) arranged between two heat exchangers ( 1 ) are arranged. Heizvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) zwischen den beiden Metallleisten (10) in einem Kunststoffrahmen (11) gehalten ist.Heating device according to claim 25, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) between the two metal strips ( 10 ) in a plastic frame ( 11 ) is held. Heizvorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleisten (10) jeweils stoffschlüssig mit einer Schmalseite eines Wärmeübertragers (1) verbunden sind.Heating device according to claim 25 or 26, characterized in that the metal strips ( 10 ) in each case cohesively with a narrow side of a heat exchanger ( 1 ) are connected. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleisten (10) mit den Wärmeübertragern (1) verlötet sindHeating device according to one of claims 25 to 27, characterized in that the metal strips ( 10 ) with the heat exchangers ( 1 ) are soldered Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff ein Metallschaum ist.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the foam material is a metal foam is. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) einen positiven Temperaturkoeffizienten hat.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) has a positive temperature coefficient. Heizvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) ein keramisches PTC-Element ist.Heating device according to claim 30, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) is a ceramic PTC element. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) aus einem offenporigen Schaumwerkstoff ist.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) is made of an open-celled foam material. Heizvorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) den Wärmeübertrager (1) oder einen Teil des Wärmeübertragers (1) bildet.Heating device according to claim 32, characterized in that the at least one heating element ( 2 ) the heat exchanger ( 1 ) or part of the heat exchanger ( 1 ). Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms als Innenraumbeheizung eines Fahrzeugs ausgebildet istHeating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device for heating an air stream is designed as an interior heating of a vehicle
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