EP1296102A2 - Verfahren zum Betreiben einer aus mehreren Heizelementen bestehenden mehrstufigen elektrischen Heizung - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer aus mehreren Heizelementen bestehenden mehrstufigen elektrischen Heizung Download PDF

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    • F24H15/144—Measuring or calculating energy consumption
    • F24H15/148—Assessing the current energy consumption

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a multi-stage electrical consisting of several heating elements Heater.
  • a multi-stage electric heater for example one Heating with positive resistance temperature coefficient PTC consists of several individual elements, often also called Heating rods are referred to and electrically connected in parallel are. Each heating element can in turn consist of several sub-elements, that is, consist of individual PCT stones.
  • Each individual heating element can be switched on or off via an electronically designed switch, for example.
  • the electrical resistance R H of the heating elements is, however, subject to large variations due to production. This means that the power emitted by the heating elements is also scattered to the same extent.
  • complex measures for example matching or sorting, are therefore necessary in order to maintain the electrical resistance R H of the individual heating elements required for the operating point.
  • a heater composed of several heating elements can meet the demand for a defined overall performance sufficient, the heating power of the individual heating elements can however be different. That usually results from that over a larger area heat output to a Temperature stratification of the exiting from the heating Air flow.
  • the heated air points over the outlet surface noticeable temperature differences. That is for example undesirable in heating or air conditioning systems because it is too Irregularities in the temperature control of the heated room leads for example of a vehicle interior. It follows that all individual heating elements of a heating system implement or deliver the same service.
  • the object underlying the invention is to specify a procedure of the type mentioned at the outset by which It is guaranteed that even if the individual heating elements have scattering resistance values, all heating elements implement or deliver the same service.
  • this object is achieved by that based on a maximum electrical resistance of the individual heating elements, at which the full applied operating voltage the nominal output of the individual required for operation Heating elements gives the tension to the individual Heating elements separately to the required nominal power is regulated.
  • each heating element is kept at a preset value P Hsoll by regulating the electrical power consumption.
  • P Hsoll a predetermined value
  • This default value can be changed so that the output of the heater can be set.
  • the voltage on the heating element is reduced to the required value P H , for example by clocking the operating voltage, in particular by pulse width modulation and thereby the power consumption of the heating element.
  • the power consumption of the heating element is determined by measuring the applied voltage and the current consumed.
  • the method according to the invention has the advantage that despite the scatter of the resistance value of the heating elements on Operating point required nominal power can be met, the exiting air flow has the same temperature everywhere, that means no temperature stratifications occur, and the sorting effort of the heating elements with regard to their electrical Resistance is significantly reduced, making the committee strong diminishes or even avoids. Depending on the spreading range, this can Sorting is even completely eliminated. Individuals sorted out Heating elements can also be used in heaters with other ratings be used.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer aus mehreren Heizelementen bestehenden mehrstufigen elektrischen Heizung. Bei üblichen mehrstufigen elektrischen Heizungen streut der Widerstandswert der einzelnen Heizelemente. Um zu erreichen, dass die einzelnen Heizelemente trotz der streuenden Widerstandswerte die gleiche Leistung, nämlich die geforderte Nennleistung abgeben, wird ausgehend von einem maximalen elektrischen Widerstand der einzelnen Heizelemente, bei dem die volle anliegende Betriebsspannung die für den Betrieb geforderte Nennleistung der einzelnen Heizelemente ergibt, die Spannung an den einzelnen Heizelementen separat auf die Nennleistung herunter geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aus mehreren Heizelementen bestehenden mehrstufigen elektrischen Heizung.
Eine mehrstufige elektrische Heizung, beispielsweise eine Zuheizung mit positivem Widerstandstemperaturkoeffizienten PTC, besteht aus mehreren Einzelelementen, die oft auch als Heizstäbe bezeichnet werden und elektrisch parallel geschaltet sind. Jedes Heizelement kann seinerseits aus mehreren Unterelementen, das heißt einzelnen PCT-Steinen bestehen.
Jedes einzelne Heizelement kann über einen beispielsweise elektronisch ausgebildeten Schalter ein- oder ausgeschaltet werden. Die in einem Heizelement umgesetzte Leistung PH, das heißt die zugeführte elektrische Leistung, die gleich der abgegebenen thermischen Leistung ist, ist bei vorgegebener Betriebsspannung UB vom elektrischen Widerstand RH des Heizelementes am Betriebspunkt abhängig: PH = (UB)2 / RH
Der elektrische Widerstand RH der Heizelemente ist fertigungsbedingt jedoch großen Streuungen unterworfen. Damit streut in gleichem Maße auch die von den Heizelementen jeweils abgegebene Leistung. Um der Forderung beispielsweise der Klimaanlage-Hersteller nach einer definierten Leistung zu einem gegebenen Betriebspunkt zu genügen, sind daher aufwendige Maßnahmen, zum Beispiel Abgleichen oder Sortieren, erforderlich, um den für den Betriebspunkt erforderlichen elektrischen Widerstand RH der einzelnen Heizelemente einzuhalten.
Eine aus mehreren Heizelementen zusammengesetzte Heizung kann zwar der Forderung nach einer definierten Gesamtleistung genügen, die Heizleistung der einzelnen Heizelemente kann dabei jedoch verschieden sein. Das führt aufgrund der in der Regel über eine größere Fläche abgegebenen Wärmeleistung zu einer Temperaturschichtung des aus der Heizung austretenden Luftstromes. Die erwärmte Luft weist über die Austrittsfläche merkliche Temperaturunterschiede auf. Das ist beispielsweise bei Heiz- beziehungsweise Klimaanlagen unerwünscht, da es zu Unregelmäßigkeiten in der Temperierung des beheizten Raumes beispielsweise eines Fahrzeuginnenraumes führt. Daraus ergibt sich, dass alle einzelnen Heizelemente einer Heizung die gleiche Leistung umsetzen, beziehungsweise abgeben sollten.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, durch das gewährleistet ist, dass auch dann, wenn die einzelnen Heizelemente streuende Widerstandswerte haben, alle Heizelemente die gleiche Leistung umsetzen beziehungsweise abgeben.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass ausgehend von einem maximalen elektrischen Widerstand der einzelnen Heizelemente, bei dem die volle anliegende Betriebsspannung die für den Betrieb geforderte Nennleistung der einzelnen Heizelemente ergibt, die Spannung an den einzelnen Heizelementen separat auf die geforderte Nennleistung herunter geregelt wird.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die in einer elektrischen mehrstufigen Heizung und damit in jedem Heizelement umgesetzte Leistung wird durch Regeln der elektrischen Leistungsaufnahme auf einem Vorgabewert PHsoll gehalten. Bei einer n-stufigen Heizung wird somit jedes Heizelement auf einem vorgebenen Wert PHsoll/n gehalten. Dieser Vorgabewert kann veränderlich sein, so dass die Leistungsabgabe der Heizung einstellbar ist.
Jedes einzelne Heizelement wird individuell geregelt, so dass die Dimensionierung der einzelnen Heizelemente hierdurch wesentlich vereinfacht wird. Es muß nur noch gewährleistet werden, dass durch die Streuung des elektrischen Widerstandes RH der einzelnen Heizelemente ein Wert RHmax nicht überschritten wird. Bei diesem angenommenen Maximalwert des Widerstandes erreicht ein Heizelement gerade seine am Betriebspunkt geforderten Nennleistung, wenn die volle Betriebsspannung UB anliegt: PH = (UB)2 / RHmax
Liegt der Widerstand RH eines einzelnen Heizelementes unter dem Wert RHmax, wird die Spannung am Heizelement beispielsweise durch Takten der Betriebsspannung, insbesondere durch Pulsweitenmodulation und dadurch die Leistungsaufnahme des Heizelementes auf den geforderten Wert PH reduziert. Die Leistungsaufnahme des Heizelementes wird durch Messen der anliegenden Spannung und des aufgenommenen Stromes ermittelt.
Ein weiterer Vorteil dieser Regelung der einzelnen Heizelemente auf die geforderte Nennleistung besteht darin, dass nicht nur die Streuungen des Widerstandes RH der Heizelemente ausgeglichen werden können, sondern dass auch Schwankungen der Betriebsspannung UB ausgeregelt werden können, so lange diese Spannung UB nicht unter einen Minimalwert UBmin absinkt. Hierfür gilt: UBmin = (PH*RH)1/2.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass trotz der Streuungen des Widerstandswertes der Heizelemente die am Betriebspunkt geforderte Nennleistung eingehalten werden kann, der austretende Luftstrom überall die gleiche Temperatur hat, das heißt keine Temperaturschichtungen auftreten, und der Sortieraufwand der Heizelemente hinsichtlich ihres elektrischen Widerstandes erheblich reduziert wird, was den Ausschuß stark vermindert oder sogar vermeidet. Je nach Streubereich kann das Sortieren sogar vollständig entfallen. Aussortierte einzelne Heizelemente können im übrigen in Heizungen mit anderen Nennleistungen verwendet werden.

Claims (1)

  1. Verfahren zum Betreiben einer aus mehreren Heizelementen bestehenden mehrstufigen elektrischen Heizung, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem maximalen elektrischen Widerstand der einzelnen Heizelemente, bei dem die volle anliegende Betriebsspannung die für den Betrieb geforderte Nennleistung der einzelnen Heizelemente ergibt, die Spannung an den einzelnen Heizelementen separat auf die geforderte Nennleistung herunter geregelt wird.
EP02019196A 2001-09-25 2002-09-02 Verfahren zum Betreiben einer aus mehreren Heizelementen bestehenden mehrstufigen elektrischen Heizung Expired - Lifetime EP1296102B1 (de)

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