DE102011000765A1 - Heating device for, e.g. air conditioning apparatus of electric vehicle, has printed circuit board with several through holes for fluid such that heating element is indirectly or directly arranged with respect to through hole - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für einen Fluidstrom, insbesondere einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Leiterplatte für eine derartige Heizeinrichtung.The invention relates to a heating device for a fluid flow, in particular a gas or liquid flow according to the preamble of
Derartige Heizeinrichtungen werden beispielsweise zur Erwärmung von Dieselkraftstoff, von Luft, zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums oder für Raumheizgeräte im Haushalt verwendet.Such heaters are used for example for heating diesel fuel, air, for air conditioning of a vehicle interior or for space heaters in the home.
Die
Bei der Verwendung einer derartigen Heizeinrichtung als Zuheizer für eine Klimaanlage oder für ein Raumheizgerät sind die PTC-Widerstandselemente häufig thermisch und/oder elektrisch mit Heizlamellen kontaktiert, die zum Wärmeaustausch mit der zu erwärmenden Luft eine vergleichsweise große Wärmeaustauschfläche zur Verfügung stellen. In der
Die
Bei den beiden letztgenannten Lösungen ist die Steuerung seitlich in einem eigenen Gehäuse an die eigentlichen Heizelemente angesetzt. Diese kann auch an anderen Stellen montiert sein.In the latter two solutions, the controller is attached laterally in a separate housing to the actual heating elements. This can also be mounted in other places.
Nachteilig bei allen vorbeschriebenen Lösungen ist, dass diese Heizeinrichtungen einen sehr komplexen Aufbau haben, der zum einen einen erheblichen Bauraum erfordert und zum anderen nur mit hohem Aufwand hergestellt werden kann. Da insbesondere die Automobilindustrie stets bestrebt ist, Bauelemente bei verbesserter Funktion einfach und kostengünstig auszulegen, genügen diese Lösungen nicht immer den Anforderungen der Industrie.A disadvantage of all the above-described solutions is that these heaters have a very complex structure, which requires a considerable amount of space on the one hand and on the other hand can be made only with great effort. Since, in particular, the automobile industry is always anxious to design components with improved function simply and inexpensively, these solutions do not always meet the requirements of the industry.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung mit vereinfachtem Aufbau und eine Leiterplatte für solch eine Heizeinrichtung zu schaffen.In contrast, the present invention seeks to provide a heater with a simplified structure and a circuit board for such a heater.
Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch eine für eine derartige Heizeinrichtung geeignete Leiterplatte gelöst.This object is achieved by a heating device with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist zur Erwärmung von gasförmigen oder flüssigen Fluidströmen geeignet und hat zumindest ein Heizelement, das im Fluidstrom angeordnet ist und beim Umströmen Wärme an diesen abgibt. Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Heizelement auf einer Leiterplatte angeordnet, über die das Heizelement kontaktiert ist. Diese Leiterplatte hat Durchbrüche für den Fluidstrom, wobei diese derart ausgebildet sind, dass das Heizelement mittelbar oder unmittelbar vom Fluidstrom umströmt ist.The heating device according to the invention is suitable for heating gaseous or liquid fluid streams and has at least one heating element, which is arranged in the fluid flow and emits heat when flowing around it. According to the invention, the at least one heating element is arranged on a printed circuit board, via which the heating element is contacted. This circuit board has openings for the fluid flow, wherein these are formed such that the heating element is flowed around directly or indirectly by the fluid flow.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung hat die Leiterplatte damit im Unterschied zu herkömmlichen Lösungen eine Doppelfunktion – sie dient zum einen zur Stromversorgung und Ansteuerung des zumindest einen Heizelementes, des Weiteren dient sie als Strömungsleitelement, das direkt im Fluidstrom angeordnet ist und somit die Fluidströmung bestimmt und vorzugsweise so lenkt, dass die Heizelemente in einer für den Wärmeaustausch optimierten Weise umspült sind.In the solution according to the invention, the printed circuit board in contrast to conventional solutions has a dual function - it serves for a power supply and control of the at least one heating element, further serves as a flow guide, which is arranged directly in the fluid flow and thus determines the fluid flow and preferably so directs that the heating elements are lapped in a manner optimized for the exchange of heat.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Durchbrüche der Leiterplatte als Ausnehmungsmuster ausgeführt, das im Hinblick auf die optimale Strömungsführung, die gewünschte Wärmeverteilung und auch im Hinblick auf die Kontaktierung der auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauteile optimiert ist.In a further development of the invention, the apertures of the printed circuit board are designed as a recess pattern, which is optimized with regard to the optimum flow guidance, the desired heat distribution and also with regard to the contacting of the electronic components arranged on the printed circuit board.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die auf der Leiterplatte positionierten elektronischen Bauteile ebenfalls durch den Fluidstrom umströmt und somit gekühlt werden.Another essential advantage of the invention is that the electronic components positioned on the printed circuit board are likewise flowed around by the fluid flow and thus cooled.
Erfindungsgemäß kann es vorgesehen werden, wenn die Leiterplatte mit mehreren unterschiedlichen Ausnehmungsmustern ausgeführt ist, sodass eine Platzierung der Heizelemente und der Leiterbahnen und elektronischen Bauelemente durch Wahl des geeigneten Ausnehmungsmusters vereinfacht ist.According to the invention, it can be provided if the printed circuit board is designed with a plurality of different recess patterns, so that a placement of the heating elements and the printed conductors and electronic components is simplified by selecting the suitable recess pattern.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Leiterplatte nach der SMD-Technologie (Surface-Mounted-Device) bestückt und verlötet werden, wobei dann die Bauelemente einschließlich der Heizelemente im Wesentlichen auf einer Seite der Leiterplatte montiert sind. Die Bauelemente können dann relativ zur Strömung so positioniert werden, dass sie entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Durchbrüche angeordnet sind. According to the invention it is preferred if the circuit board according to the SMD technology (surface-mounted device) are equipped and soldered, in which case the components including the heating elements are mounted substantially on one side of the circuit board. The devices may then be positioned relative to the flow to be located either upstream or downstream of the apertures.
Die Durchbrüche können beispielsweise als kreisförmige Bohrungen, Langlöcher, elliptische Ausnehmungen etc. ausgeführt sein.The breakthroughs can be performed, for example, as circular holes, slots, elliptical recesses, etc.
Bei einer Variante kann die Leiterplatte auch flexibel gestaltet sein, so sind unterschiedliche Bauformen für das Heizelement möglich.In a variant, the circuit board can also be designed flexibly, so different designs for the heating element are possible.
Bei einer Variante der Erfindung sind mehrere Heizelemente oder Heizelementgruppen mit unterschiedlicher Charakteristik vorgesehen, sodass diese beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur in mehreren Heizkreisen ansteuerbar sind und somit unterschiedliche Leistungen abgeben.In a variant of the invention, a plurality of heating elements or heating element groups are provided with different characteristics, so that they can be controlled, for example, depending on the ambient temperature in several heating circuits and thus deliver different benefits.
Vorteilhafter Weise kann die elektronische Steuerung für die Heizelemente ebenfalls auf der Leiterplatte ausgebildet sein und dabei vom Fluidstrom umströmt werden, sodass auch die eigentliche Steuerung gekühlt wird. Dabei kann die gesamte Steuerung oder aber auch nur ein thermisch besonders beanspruchter Bereich der Steuerung in dem Fluidstrom angeordnet sein.Advantageously, the electronic control for the heating elements can also be formed on the circuit board and thereby flow around the fluid flow, so that the actual control is cooled. In this case, the entire control system or else only a region of the control unit subject to particular thermal stress can be arranged in the fluid flow.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Fluidstrom Luft, die zur Klimatisierung des Innenraums oder aber auch zur Erwärmung von Antriebselementen, wie beispielsweise der Batterie eines Elektrofahrzeugs oder dergleichen verwendet wird.In a preferred embodiment of the invention, the fluid stream is air that is used for air conditioning the interior or even for heating drive elements, such as the battery of an electric vehicle or the like.
Die Leiterplatte wird vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung positioniert und kann vollständig oder abschnittsweise im Fluidstrom liegen.The circuit board is preferably positioned perpendicular to the flow direction and can be completely or partially in the fluid flow.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Heizelemente als PTC-Widerstandselemente ausgeführt sind.According to the invention it is preferred if the heating elements are designed as PTC resistor elements.
Wie bereits erwähnt, wird mit der vorliegenden Anmeldung auch eine Leiterplatte für eine derartige Heizeinrichtung abgedeckt. Diese Leiterplatte trägt die Heizelemente und ist mit einer Vielzahl von Durchbrüchen ausgeführt, die in dem Fluidstrom angeordnet sind und von diesem zum Wärmeaustausch mit dem Heizelement durchströmt werden.As already mentioned, the present application also covers a printed circuit board for such a heating device. This circuit board carries the heating elements and is designed with a plurality of openings which are arranged in the fluid flow and are flowed through by this for heat exchange with the heating element.
Die Durchbrüche der Leiterplatte können, wie erläutert, in einem oder in einer Vielzahl von Ausnehmungsmustern angeordnet sein.The breakthroughs of the circuit board can, as explained, be arranged in one or in a plurality of Ausnehmungsmustern.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Heizeinrichtung für Zuluft einer Klimaanlage oder zur Temperierung eines Gasstroms erläutert. Dabei zeigt
Der zu erwärmende Fluidstrom ist in
Zur Durchströmung der Leiterplatte
Es ist auch möglich, die Leiterplatte schräg oder sogar parallel dem Luftstrom anzuordnen.It is also possible to arrange the printed circuit board obliquely or even parallel to the air flow.
Dabei ist es nicht notwendiger Weise erforderlich, dass jedem Durchbruch
Das Ausnehmungsmuster
Bei der in
Die Vorteile des vorbeschriebenen Systems liegen zum einen in einem kostengünstigen Aufbau, zum anderen erlaubt die Konstruktion der Leiterplatte
Die Leistung der Heizeinrichtung kann flexibel durch unterschiedliche Bestückung der Leiterplatte
Die Anbindung an die Steuerung
Die Elektronik muss jedoch keinesfalls an der Leiterplatte
Das Ausnehmungsmuster wird so angeordnet, dass der Fluidstrom gezielt gesteuert ist und dass auch einzelne Bereiche der Leiterplatte mehr oder weniger durchströmt und somit eine Temperaturverteilung im Fluidstrom eingestellt werden kann.The recess pattern is arranged so that the fluid flow is controlled in a controlled manner and that individual areas of the printed circuit board flow through more or less and thus a temperature distribution in the fluid flow can be adjusted.
Offenbart ist eine Heizeinrichtung für einen Fluidstrom und eine Leiterplatte für eine derartige Heizeinrichtung, bei der Heizelemente auf der Leiterplatte angeordnet sind, die ihrerseits Durchbrüche für den Fluidstrom aufweist.Disclosed is a heating device for a fluid flow and a printed circuit board for such a heater in which heating elements are arranged on the circuit board, which in turn has openings for the fluid flow.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Heizeinrichtungheater
- 22
- Leiterplattecircuit board
- 44
- PTC-WiderstandselementPTC resistive element
- 66
- Steuerungcontrol
- 88th
- Bauelementmodule
- 1010
- Fluidstromfluid flow
- 1212
- Durchbruchbreakthrough
- 1414
- Ausnehmungsmusterrecess pattern
- 1616
- Ausnehmungsmusterrecess pattern
- 1818
- Ausnehmungsmusterrecess pattern
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 0350528 B1 [0004] EP 0350528 B1 [0004]
- DE 102009033988 A1 [0005] DE 102009033988 A1 [0005]
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- 2011-02-16 DE DE201110000765 patent/DE102011000765A1/en not_active Withdrawn
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