DE202005012392U1 - A warm air heating system for motor vehicle interiors has PTC heating elements in contact with multiple U-section fins through which air is passed - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwärmung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses Heizmodul ist insbesondere zur Luftstromerwärmung in Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen vorgesehen. Es umfasst mindestens ein PTC-Heizelement und mindestens einen daran angrenzenden, luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich mit wärmeleitenden Lamellen. Die wärmeleitenden Lamellen stehen mit dem PTC-Heizelement direkt oder indirekt in wärmeleitendem Kontakt, und sie sind aus dünnen, mit ihren Schmalseiten in Luftströmungsrichtung angeordneten Blechen gebildet.The The invention relates to an electric heating module for air flow heating after The preamble of claim 1. This heating module is in particular for air flow heating provided in vehicles such as automobiles or aircraft. It includes at least one PTC heating element and at least one adjacent thereto, air can flow Heat-dissipating area with heat-conducting Lamellae. The thermally conductive Slats stand with the PTC heating element directly or indirectly in heat-conducting Contact, and they are made of thin, arranged with their narrow sides in the direction of air flow Sheet metal formed.
PTC-Elemente sind Halbleiter-Widerstände aus Keramik, deren ohmscher Widerstand temperaturabhängig ist. Die Widerstands-Temperatur-Kennlinie verhält sich nichtlinear: Der Widerstand eines PTC-Heizelements sinkt mit steigender Bauteiltemperatur zunächst leicht, um dann bei einer charakteristischen Temperatur (Referenztemperatur) sehr steil anzusteigen. Dieser insgesamt positive Verlauf der Widerstands-Temperatur-Kennlinie (PTC = Positive Temperature Coefficient) führt dazu, dass ein PTC-Heizelement selbstregelnde Eigenschaften aufweist. Bei einer Bauteiltemperatur, die deutlich niedriger als die Referenztemperatur liegt, weist das PTC-Heizelement einen niedrigen Widerstand auf, so dass entsprechend hohe Stromstärken durchgeleitet werden können. Wenn für eine gute Wärmeabfuhr von der Oberfläche des PTC-Heizelements gesorgt ist, wird also entsprechend viel elektrische Leistung aufgenommen und als Wärme abgegeben. Steigt die Temperatur des PTC-Heizelements jedoch über die Referenztemperatur, steigt der PTC-Widerstand rasch an, so dass die elektrische Leistungsaufnahme auf einen sehr geringen Wert begrenzt wird. Die Bauteiltemperatur nähert sich dann einem oberen Grenzwert, der abhängig ist von der Wärmeaufnahme der Umgebung des PTC-Heizelements. Unter normalen Umweltbedingungen kann die Bauteiltemperatur des PTC-Heizelements also nicht über eine charakteristische höchste Temperatur ansteigen, selbst wenn die gewollte Wärmeableitung im Störfall völlig unterbrochen wird. Dies und die selbstregelnden Eigenschaften eines PTC-Heizelements, aufgrund deren die aufgenommene elektrische Leistung genau der abgegebenen thermischen Leistung entspricht, prädestiniert PTC-Heizelemente für den Einsatz in Heizungs- bzw. Klimaanlagen von Fahrzeugen oder bei sonstigen Anwendungen von Luftstromerwärmungen in Fahrzeugen. Denn aus Sicherheitsgründen dürfen in diesem Anwendungsgebiet auch im Störfall keine feuergefährlichen Temperaturen im Heizelement entstehen, wobei gleichwohl im Normalbetrieb eine hohe Heizleistung gefordert wird.PTC elements are semiconductor resistors made out Ceramic whose resistance to resistance is temperature-dependent. The resistance-temperature characteristic behave Nonlinear: The resistance of a PTC heating element decreases rising component temperature initially light, then at a characteristic temperature (reference temperature) to rise very steeply. This overall positive course of the resistance-temperature characteristic (PTC = Positive Temperature Coefficient) causes a PTC heating element has self-regulating properties. At a component temperature, which is significantly lower than the reference temperature, has the PTC heating element a low resistance, so that correspondingly high currents are passed can. If for a good heat dissipation of the surface of the PTC heating element is taken care of, so a corresponding amount of electrical power is absorbed and as heat issued. However, if the temperature of the PTC heater rises above the reference temperature, As the PTC resistance increases rapidly, the electrical power consumption increases a very small value is limited. The component temperature is approaching then an upper limit, which depends on the heat absorption the environment of the PTC heating element. Under normal environmental conditions, the component temperature of the PTC heating element so not over a characteristic highest Temperature rise, even if the desired heat dissipation in case of failure completely interrupted becomes. This and the self-regulating properties of a PTC heating element, due whose recorded electrical power exactly the delivered corresponds to thermal power, predestined PTC heating elements for use in heating or air conditioning systems of vehicles or other applications of airflow heats in vehicles. Because for safety reasons may in this application area even in case of failure no flammable Temperatures in the heating element arise, but nevertheless in normal operation a high heating capacity is required.
Zur
Innenraumheizung von Kraftfahrzeugen ist es bereits bekannt, elektrische
Heizmodule mit einem Rahmen, der eine Mehrzahl von PTC-Heizelementen
und daran angrenzenden, luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereichen mit wärmeleitenden
Lamellen zu einem Modul zusammenfasst, einzusetzen. Ein Beispiel
für derartige
bekannte elektrische Heizmodule findet sich in der
Ein
weiteres Beispiel für
einen solchen bekannten Aufbau eines elektrischen Heizmoduls der eingangs
genannten Art ist in der
Aufgrund der notwendigerweise sehr dünnen Ausbildung der wärmeleitenden Lamellen, die mit ihren Breitseiten mäanderförmig zwischen zwei Stegen mit PTC-Heizelementen oder zwischen einem solchen Steg und dem Rahmen zusammengepresst angeordnet sind, muss die Federkraft des Federelements definiert begrenzt sein. Ansonsten besteht die Gefahr einer ungewollten plastischen Verformung der wärmeleitenden Lamellen. Andererseits darf die Federkraft auch nicht zu klein sein, da sonst der Wärmeübergang von den PTC-Heizelementen in die wärmeleitenden Lamellen nicht optimal ist. Dies bedingt hohe fertigungstechnische Anforderungen bei der Herstellung der in der Regel für den vorliegenden Anwendungsfall speziell anzufertigenden Federelemente sowie eine entsprechende Sorgfalt beim Zusammenbau des Heizmoduls.by virtue of the necessarily very thin training the heat-conducting Slats, with their broad sides meandering between two webs with PTC heating elements or between such a web and the frame When pressed together, the spring force of the spring element must be defined be limited. Otherwise, there is a risk of unwanted plastic deformation of the heat-conducting Lamellae. On the other hand, the spring force must not be too small otherwise the heat transfer from the PTC heating elements in the heat-conducting Slats is not optimal. This requires high production engineering Requirements in the production of the usually for the present Use case specially prepared spring elements and a appropriate care when assembling the heating module.
Andere
Beispiele für
wärmeleitende
Lamellen in PTC-Heizmodulen sind in der
Den wärmeleitenden Lamellen aus dem Stand der Technik ist gemeinsam, das ein langes, schmales Metallband so periodisch umgeformt wird, dass dessen Breitseite einen Wärmekontakt zum PTC-Heizelement herstellt, während die Kanten des Bandes, also die Schmalseiten der Lamellen, stirnseitig im Luftstrom stehen. Das Band wird also in einer Art und Weise stetig umgeformt bzw. gewellt, dass die Breitseiten der Lamellen immer in zur Hauptluftströmungsrichtung der Luft parallelen Ebenen verbleiben.The thermally conductive Slats of the prior art is common, which is a long, narrow Metal strip is so periodically reshaped that its broadside a thermal contact to the PTC heating element, while the edges of the band, so the narrow sides of the slats, the front side to stand in the air stream. So the band will be steady in a way deformed or wavy, that the broad sides of the slats always in to the main air flow direction the air parallel planes remain.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Heizmodul der eingangs genannten Art hinsichtlich der Stabilität der wärmeleitenden Lamellen zu verbessern.In contrast, lies The present invention has the object, an electrical Heating module of the type mentioned in terms of the stability of the heat-conducting To improve slats.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein elektrisches Heizmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 niedergelegt.This is solved Task by an electric heating module with the features of claim 1. Preferred embodiments and further developments of the invention are in the claims 2 to 9 laid down.
Ein elektrisches Heizmodul nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich neben den eingangs genannten Merkmalen also dadurch aus, dass die wärmeleitenden Lamellen als U-Profile ausgebildet sind. Ein U-Profil enthält zwei U-Schenkel und einen U-Rücken, der die beiden U-Schenkel über zwei Abkantungen verbindet. Dementsprechend besitzen U-Profile in mehreren Raumrichtungen, insbesondere in den zu den U-Schenkeln parallelen Ebenen eine überaus hohe Stabilität. Bei einem Heizmodul der vorliegenden Art verläuft zwar die Luftströmungsrichtung weiterhin bevorzugt in einer zu den U-Schenkel-Ebenen parallelen Richtung; im Unterschied zum Stand der Technik müssen die Richtung der größten Stabilität der Lamellen und die Richtung der Luftströmung jedoch nicht übereinstimmen, da sie jeweils lediglich parallel zur U-Schenkel-Ebene verlaufen müssen, also als eindimensionale Richtungen auf einer zweidimensionalen Ebene ohne weiteres auch senkrecht aufeinanderstehen können.One electric heating module according to the present invention itself in addition to the features mentioned above characterized in that the heat-conducting Slats are designed as U-profiles. A U-profile contains two U-thighs and a U-back, the the two U-thighs over connects two folds. Accordingly, have U-profiles in several spatial directions, especially in the U-thighs parallel levels an exceedingly high stability. In a heating module of the present type, although the air flow direction runs furthermore preferably in a parallel to the U-leg planes Direction; unlike the prior art, the direction of the greatest stability of the slats must and the direction of the airflow however, do not match since they each only have to run parallel to the U-leg plane, ie as a one-dimensional Directions on a two-dimensional plane easily too can stand perpendicular to each other.
Dies ermöglicht neuartige Anordnungen von wärmeleitenden Lamellen in Heizmodulen der vorliegenden Art, beispielsweise eine Anordnung der normalerweise flachen PTC-Heizelemente quer zur Luftströmungsrichtung, also mit ihren Breitseiten in Luftströmungsrichtung zeigend, während der wärmeleitende Kontakt zwischen den Lamellen und den PTC-Heizelementen über den U-Rücken der Lamellen erfolgt, welcher U-Rücken im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der U-Schenkel und damit zur Luftströmungsrichtung steht. Der Anpressdruck zwischen den wärmeleitenden Lamellen und den PTC-Heizelementen kann dann parallel zur U-Schenkel-Ebene aufgebracht werden, in welcher Ebene die wärmeleitenden Lamellen eine vorteilhaft hohe Stabilität aufweisen. Hierbei können die PTC-Heizelemente außen umfangsverteilt um den Wärmeabgabebereich bzw. den Luftstrom angeordnet sein, so dass sie den Luftstrom nicht abschatten, während die U-Profile so ausgebildet sind, dass die U-Rücken nur an denjenigen Bereichen die U-Schenkel verbinden, in denen die wärmeleitenden Lamellen auf den PTC-Heizelementen aufliegen. Insofern gibt es auch keine Abschattung des Luftstroms durch die U-Rücken.This allows novel arrangements of thermally conductive Slats in heating modules of the present type, for example a Arrangement of the normally flat PTC heating elements transversely to the air flow direction, So pointing with their broadsides in the air flow direction, while the thermally conductive Contact between the fins and the PTC heating elements over the U-back of the Slats take place, which U-back substantially perpendicular to the plane of the U-legs and thus to Air flow direction stands. The contact pressure between the thermally conductive fins and the PTC heating elements can then be applied parallel to the U-leg plane, in which Level the heat-conducting Slats have an advantageous high stability. Here, the PTC heating elements outside circumferentially distributed around the heat delivery area or the airflow may be arranged so that they do not block the airflow shade off while The U-profiles are designed so that the U-back only on those areas connect the U-legs, in which the heat-conducting fins on the PTC heating elements rest. In this respect, there is no shading of the air flow through the U-backs.
Dieser strömt vielmehr ungehindert zwischen den U-Schenkeln hindurch, wo er sich erwärmt und den wärmeleitenden Lamellen Wärme entzieht.This flows rather unhindered between the u-thighs, where he himself heated and the heat-conducting Slats heat withdraws.
Die U-Profile können jeweils separat gefertigt und zur Bildung des Wärmeabgabebereichs an ihren U-Schenkeln jeweils mit einer benachbarten Lamelle verbunden, insbesondere verschweißt sein. Über ein automatisiertes Punktschweißverfahren kann dies sehr schnell und mit hoher Effizienz erfolgen.The U profiles can each made separately and to form the heat dissipation area at their U-legs in each case connected to an adjacent lamella, in particular welded be. about an automated spot welding process can This can be done very quickly and with high efficiency.
Alternativ können die wärmeleitenden Lamellen jedoch auch aus einem zur Bildung von U-Profilen mehrfach abgekanteten bzw. gefalteten Blechband bestehen. Dies hat neben fertigungstechnischen Vereinfachungen den Vorteil, dass die U-Rücken mehr oder weniger nahtlos aneinanderliegen und ein separater Herstellungsschritt, nämlich das Verschweißen oder Verkleben entfällt. Die möglicherweise nicht optimale Tatsache der hierdurch entstehenden doppellagigen U-Schenkel kann dadurch kompensiert werden, dass sehr dünnes Material verwendet wird.alternative can the heat-conducting Slats but also from one to the formation of U-profiles several times folded or folded sheet metal strip exist. This has next Production simplifications have the advantage that the U-back more or less closely against each other and a separate manufacturing step, namely the welding or gluing is omitted. The possibly not optimal fact of the resulting two-ply U-legs can be compensated by that very thin material is used.
Besondere Vorteile entfaltet die erfindungsgemäße Ausbildung der wärmeleitenden Lamellen als U-Profile dann, wenn der Wärmeabgabebereich ringförmig, vorzugsweise kreisrund ausgebildet wird, wobei die wärmeleitenden Lamellen dann so angeordnet werden, dass die U-Schenkel im Wesentlichen radial verlaufen. Hierdurch ergibt sich dann der große Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, dass die Lamellen nicht nur in axialer Richtung vom Luftstrom durchströmt werden, sondern dass der Luftstrom zusätzlich eine radiale Geschwindigkeitskomponente entlang der Lamellen erhalten kann, so dass diese nicht nur eindimensional, sondern zweidimensional durchströmt werden. Dies erhöht die Effizienz der Wärmeauskopplung in den Luftstrom. Die radiale Anordnung der wärmeleitenden Lamellen ist darüber hinaus geeignet, den Luftstrom axial zu führen, was bei einer Kombination des erfindungsgemäßen Heizmoduls mit einem Axial- oder Diagonallüfter von großem Vorteil ist.Special Advantages unfolds the inventive design of the heat-conducting Slats as U-profiles when the heat dissipation area annular, preferably is formed circular, wherein the heat-conducting fins then be arranged so that the U-legs are substantially radial run. This results in the great advantage over the Previous state of the art that the slats not only in the axial Direction flows through the air flow but that the air flow additionally a radial velocity component along the lamellae, so that they are not just one-dimensional, but flows through two-dimensionally become. This increases the efficiency of heat extraction in the airflow. The radial arrangement of the heat-conducting fins is beyond suitable to guide the air flow axially, resulting in a combination the heating module according to the invention with an axial or diagonal fan of great Advantage is.
Bei einer radialen Anordnung von wärmeleitenden Lamellen in einem ringförmigen Wärmeabgabebereich ist es bevorzugt, wenn die Lamellen jeweils radial innenliegend mit den benachbarten Lamellen verbunden, insbesondere verschweißt sind. Die Verbindung zwischen den einzelnen U-Profilen (soweit die wärmeleitenden Lamellen aus einzelnen U-Profilen hergestellt werden) erfolgt dann also in demjenigen Bereich, in dem die radial angeordneten Lamellen ohnehin aneinanderstoßen. Die Verschweißung kann beispielsweise mittels Laser-Punktschweißverfahren vorgenommen werden. Da die wärmeleitenden Lamellen gemäß der vorliegenden Erfindung als U-Profile hergestellt sind, ist zwischen den U-Schenkeln jedes U-Profils Platz zum Einbringen der Schweißenergie, auch wenn die einzelnen U-Profile in dem Bereich, in dem die Schweißung erfolgen soll, aneinanderstoßen.at a radial arrangement of heat-conducting Slats in an annular Heat-dissipating area it is preferred if the lamellae each radially inward connected to the adjacent fins, in particular welded. The Connection between the individual U-profiles (as far as the heat-conducting Slats made of individual U-profiles are then made that is, in the area in which the radially arranged lamellae anyway clash anyway. The welding can be done for example by means of laser spot welding. Because the thermally conductive Slats according to the present invention are made as U-profiles, each is between the U-legs U-profile space for introducing the welding power, even if the individual U-profiles in the area in which the weld is to be made, abut each other.
Die U-Rücken der radial ausgerichteten wärmeleitenden Lamellen können dann, wenn sie nicht das gesamte U-Profil überspannen, radial außenliegend angeordnet sein, um dort den wärmeleitenden Kontakt mit den PTC-Heizelementen zu bilden. Diese PTC-Heizelemente sind dann außen um den Wärmeabgabebereich herum angeordnet, so dass sie die Luftströmung nicht abschatten. Die Einleitung der Wärme in die wärmeleitenden Lamellen von der radial außenliegenden Seite her ist deswegen sinnvoll, weil bei einer radialen Anordnung der wärmeleitenden Lamellen die Abstände zwischen denselben nach radial außen größer werden und der Luftdurchsatz dementsprechend größer ist, so dass die Effizienz der Wärmeauskopplung in den Luftstrom höher wird, wenn die Temperatur der wärmeleitenden Lamellen an der Stelle besonders hoch ist.The U-back the radially oriented heat conducting Slats can if they do not span the entire U-profile, radially outboard be arranged there to the heat-conducting contact with the PTC heating elements to build. These PTC heating elements are then outside the heat dissipation area arranged around so that they do not shade the air flow. The Initiation of heat in the heat-conducting Slats from the radially outer Side ago makes sense because with a radial arrangement the heat-conducting Slats the distances between them radially outward become larger and the air flow is correspondingly larger, so that the efficiency of heat extraction gets higher in the airstream, when the temperature of the heat-conducting Slats at the point is particularly high.
Die U-Schenkel der wärmeleitenden Lamellen können mit Oberflächenstrukturierungen, insbesondere sickenartigen Strukturen zur Lenkung und/oder Verwirbelung des Luftstroms versehen sein. Die Erzeugung von Wirbeln im Luftstrom an solchen Oberflächenstrukturierungen verbessert die konvektive Wärmeleitung im Luftstrom und somit die Wärmeauskopplung aus den Lamellen in den Luftstrom.The U-legs of the heat-conducting Slats can with surface structuring, in particular bead-like structures for steering and / or swirling be provided of the air flow. The generation of eddies in the air stream on such surface structuring improves convective heat conduction in the air stream and thus the heat extraction from the slats in the airflow.
Die radiale Anordnung der als U-Profile ausgebildeten wärmeleitenden Lamellen ist selbstverständlich nicht von einer kreisrunden, ringförmigen Ausgestaltung des Wärmeabgabebereichs abhängig. Die radiale Anordnung kann vielmehr auch bei einem elektrischen Heizmodul in Form eines N-Ecks, insbesondere der herkömmlichen Rechteckform gewählt werden.The radial arrangement of the U-shaped thermally conductive Slats is natural not of a circular, annular configuration of the heat dissipation area dependent. Rather, the radial arrangement can also be applied to an electrical Heating module in the form of an N-corner, in particular the conventional Rectangular shape selected become.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:Various embodiments The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings described in more detail and explained. Show it:
Die
Dies
wird anhand der
Anhand
insbesondere
Wie
der dargestellte Lamellenring
Stromabwärts des
Diagonallüfters
Die
Baueinheit aus unterem Ringblech
Wie
anhand von
Die
Verwendung eines Diagonallüfters
Das
in den
Anhand
Selbstverständlich ist
es auch möglich,
den Wärmeabgabebereich
und somit den Lamellenring
Das
in
Das
untere Ringblech
In
entsprechender Weise sind andere Modifikationen der gezeigten Ausführungsbeispiele
möglich.
So kann beispielsweise der zentrale Bereich des zylindrischen Strömungskanals,
der durch den Lüftermotor
ohnehin abgeschattet wird, zur Anordnung eines runden oder mehrerer
sternförmig
oder sonst wie angeordneter PTC-Heizelemente genutzt werden. Dies
kann auch zusätzlich
zu einem äußeren PTC-Heizelement-Ring
in der in den
Die
In
den
In
den
Der
Lamellenring
Der
in den
Claims (9)
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---|---|---|---|
DE200520012392 DE202005012392U1 (en) | 2005-08-06 | 2005-08-06 | A warm air heating system for motor vehicle interiors has PTC heating elements in contact with multiple U-section fins through which air is passed |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202005012392U1 true DE202005012392U1 (en) | 2005-11-03 |
Family
ID=35336499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE200520012392 Expired - Lifetime DE202005012392U1 (en) | 2005-08-06 | 2005-08-06 | A warm air heating system for motor vehicle interiors has PTC heating elements in contact with multiple U-section fins through which air is passed |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202005012392U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4307832A3 (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-31 | Eberspächer catem GmbH & Co. KG | Electric heating device and method for the production thereof |
-
2005
- 2005-08-06 DE DE200520012392 patent/DE202005012392U1/en not_active Expired - Lifetime
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