EP3153789A1 - Heizmodul - Google Patents

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EP3153789A1
EP3153789A1 EP15196735.3A EP15196735A EP3153789A1 EP 3153789 A1 EP3153789 A1 EP 3153789A1 EP 15196735 A EP15196735 A EP 15196735A EP 3153789 A1 EP3153789 A1 EP 3153789A1
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EP
European Patent Office
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heating module
module according
heating
clamping
heating elements
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15196735.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Viktor Rempel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rempel Power Systems GmbH
Original Assignee
Rempel Power Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Rempel Power Systems GmbH filed Critical Rempel Power Systems GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429—For vehicles
    • F24H3/0435—Structures comprising heat spreading elements in the form of fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2250/00—Electrical heat generating means
    • F24H2250/04—Positive or negative temperature coefficients, e.g. PTC, NTC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429—For vehicles
    • F24H3/0452—Frame constructions
    • F24H3/0476—Means for putting the electric heaters in the frame under strain, e.g. with springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1854—Arrangement or mounting of grates or heating means for air heaters
    • F24H9/1863—Arrangement or mounting of electric heating means
    • F24H9/1872—PTC

Definitions

  • the invention relates to a heating module with a plurality of heating elements and a heat exchanger.
  • heating elements are high-temperature heating elements based on an Al 2 O 3 insulation ceramic, such as those offered by Rauschert. Such heating elements are installed in heating modules, for which a heat exchanger for delivering the heating power is necessary.
  • High temperature heating elements are often used in hot air blowers.
  • a resistance heating element is described, in which a honeycomb body made of resistor material with a positive temperature coefficient is clamped in a metal frame.
  • a hot air blower is described in which the porous heating element is inserted into a metal tube and is traversed by air to an air outlet. The porous heating element sets the air flow a great resistance.
  • DE 37 08 056 A1 is a heater with a plurality of heating elements described, each of which is tubular and are enclosed as a package of a metal tube.
  • the heating module according to the invention is equipped with a plurality of electrically operated ceramic heating elements with a positive temperature coefficient, so that a large heating power can be achieved.
  • the heating elements are clamped inside a metal heat exchanger, so that they have a large-area contact to this. They are not flowed through by the medium to be heated, but the medium flows around the outside of the heat exchanger.
  • the heating elements are ceramic high-temperature heating elements based on an Al 2 O 3 insulation ceramic, which are operated at temperatures of up to 1100 ° C. These heating elements are clamped in a heat exchanger, which is formed from an outer jacket and an inner clamping body.
  • the outer jacket is advantageously designed essentially as a tube whose tube opening has a quadrangular or hexagonal internal cross-section.
  • the clamping body for this purpose is designed as a divided into clamping pieces tube with square or hexagonal outer surface which is clamped in the tube opening of the shell.
  • the clamping pieces of the clamping body are pressed apart and thus pressed against the inner surfaces of the jacket.
  • the heating elements are thus clamped between the pipe opening and the outer surfaces of the clamping body, and they are located inside a large area of the outer jacket.
  • the heating elements are pressed on both sides of metal surfaces and the metal surfaces ensure good heat transfer.
  • the clamping of the clamping body takes place in one embodiment via a central screw which is formed on a conical surface of the clamping pieces.
  • the clamping is done via inside, inserted into the grooves of the clamping pieces snap rings.
  • the electrical contacting of the heating elements is advantageously carried out over the jacket and the clamping body between which the electrically conductive heating elements.
  • each electrical connections are provided on the jacket and on the clamping body, for example via screws for cable lugs.
  • the heat transfer is optimized by forming heat transfer ribs on the outer surfaces of the shell. These can be adapted to the respective medium to be heated.
  • a preferred application for the heating element described is a heater in which a fan with an air flow is passed outside via the heating module.
  • a heater can be used for example for a motor vehicle heating.
  • Fig. 1 is a front view of the heating module shown.
  • his coat 1 2 of the clamping body 2 is inserted with its clamping pieces 3 in the pipe opening.
  • the clamping pieces 3 are here pressed by means of the screw 6 and the conical surface 12 at their pitches 10 from each other and thus pressed firmly against the inner wall of the pipe opening 4.
  • the heat transfer takes place through the heat transfer ribs 7 on the outer surface of the shell. 1
  • the electrical connections are made via the first connection 5 on the jacket 1 and the second connection on the screw 6.
  • Fig. 2 shows an external view of the shell 1 with its heat transfer ribs 7, which are optimized for heat transfer.
  • the clamping body 2 can be used.
  • Fig. 3 shows an oblique view of the clamping body 2 with its clamping pieces 3, which are divided over the partitions 10.
  • the heating elements are used and later pressed outwards against the pipe opening of the shell.
  • the tension of the clamping pieces 3 can be done via snap rings in the clamping grooves 11 or a screw on the conical surface 12.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizmodul mit mehreren Heizelementen und einem Wärmeübertrager, wobei die Heizelemente elektrisch betriebene Keramikheizelemente mit positivem Temperaturkoeffizienten sind und diese innen in einen metallenen Wärmeübertrager innen eingespannt sind, der außen von einem Medium umströmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Heizmodul mit mehreren Heizelementen und einem Wärmeübertrager.
  • Es sind elektrisch betriebene Keramikheizelemente bekannt geworden, die mit einer kleinen Bauform große Heizleistungen erzeugen können. Solche Heizelemente sind Hochtemperaturheizelemente auf Basis einer Al2O3-Isolationskeramik, wie sie etwa von der Firma Rauschert angeboten werden.
    Solche Heizelemente werden in Heizmodule eingebaut, für die ein Wärmeübertrager zur Abgabe der Heizleistung notwendig ist.
  • Hochtemperaturheizelemente werden häufig in Heißluftgebläsen eingesetzt. In der Patentschrift DE 102 01 262 B4 ist ein Widerstandsheizelement beschrieben, in das ein Wabenkörper aus Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten in einen Metallrahmen eingespannt ist.
    In der Patentanmeldung DE 10 2007 020 531 A1 ist ein Heißluftgebläse beschrieben, bei dem das poröse Heizelement in ein metallenem Rohr eingesetzt ist und von Luft zu einem Luftaustritt durchströmt wird. Das poröse Heizelement setzt dem Luftstrom einen großen Widerstand entgegen.
    In der Patentanmeldung DE 37 08 056 A1 ist ein Heizgerät mit einer Vielzahl von Heizelementen beschrieben, die jeweils rohrförmig ausgebildet sind und als Paket von einem Metallrohr umschlossen sind.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Heizmodul zu offenbaren, in dem die Heizelemente nicht selbst von dem zu erwärmenden Medium durchströmt werden sondern diese in direktem Kontakt zu einem Wärmetauscher stehen der für die Wärmeübertragung optimiert ist.
  • Ein derart optimiertes Heizmodul ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beschrieben.
  • Die Unteransprüche enthalten Gestaltungsmerkmale, die eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes darstellen.
  • Das erfindungsgemäße Heizmodul ist mit mehreren elektrisch betriebenen Keramikheizelementen mit positivem Temperaturkoeffizienten ausgerüstet, so dass eine große Heizleistung erreicht werden kann. Die Heizelemente sind in einen metallenen Wärmeübertrager innen eingespannt, so dass sie einen großflächigen Kontakt zu diesem besitzen. Dabei werden sie nicht von dem zu erwärmenden Medium durchströmt, sondern das Medium strömt außen um den Wärmeübertrager herum.
  • Die Heizelemente sind keramische Hochtemperaturheizelemente auf Basis einer Al2O3-Isolationskeramik, die mit Temperaturen von bis zu 1100°C betrieben werden.
    Diese Heizelemente sind in einen Wärmeübertrager eingespannt, der aus einem äußeren Mantel und einem inneren Spannkörper gebildet ist.
    Der äußere Mantel ist vorteilhaft im Wesentlichen als ein Rohr ausgebildet, dessen Rohröffnung einen viereckigen oder sechseckigem inneren Querschnitt besitzt. Der Spannkörper dazu ist als ein in Spannstücke geteiltes Rohr mit viereckiger oder sechseckiger Außenfläche ausgebildet, das in die Rohröffnung des Mantels einspannbar ist.
  • Die Spannstücke des Spannkörpers werden auseinander gedrückt und damit an die Innenflächen des Mantels gepresst. Die Heizelemente sind somit zwischen der Rohröffnung und den Außenflächen des Spannkörpers eingespannt, und sie liegen großflächig innen an dem äußeren Mantel an. So sind die Heizelemente beidseitig an Metallflächen angepresst und die Metallflächen gewährleisten eine gute Wärmeübertragung.
  • Das Spannen des Spannkörpers erfolgt in einer Ausführungsform über eine zentrale Schraube, die an einer Kegelfläche der Spannstücke ausgebildet ist.
    In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Spannen über innen, in Spannnuten der Spannstücke eingesetzte Sprengringe.
    Mit diesen Mitteln ist ein einfaches Spannen der Spannstücke möglich.
  • Die elektrische Kontaktierung der Heizelemente erfolgt vorteilhaft über den Mantel und den Spannkörper zwischen den sich die elektrisch leitenden Heizelemente befinden. Für die Kontaktierung sind am Mantel und am Spannkörper jeweils elektrische Anschlüsse vorgesehen, beispielweise über Schrauben für Kabelschuhe.
  • Die Wärmeübertragung wird dadurch optimiert, dass an den Außenflächen des Mantels Wärmeübertragungsrippen angeformt sind. Diese können auf das jeweils zu erwärmende Medium angepasst sein.
  • Ein bevorzugter Einsatzfall für das beschriebene Heizelement ist ein Heizgerät, bei dem mit einem Lüfter ein Luftstrom außen über das Heizmodul geleitet wird. Ein solches Heizgerät kann beispielsweise für eine Kraftfahrzeugheizung genutzt werden.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren näher dargestellt.
    • Fig. 1
    zeigt eine Frontansicht des Heizmoduls;
    Fig. 2
    zeigt eine Schrägansicht des Mantels;
    Fig. 3
    zeigt eine Schrägansicht des Spannkörpers.
  • In Fig. 1 ist eine Frontansicht des Heizmoduls dargestellt. In seinem Mantel 1 ist in der Rohröffnung 4 der Spannkörper 2 mit seinen Spannstücken 3 eingesetzt. Die Spannstücke 3 werden hier mittels der Schraube 6 und der Kegelfläche 12 an ihren Teilungen 10 aus einander gedrückt und damit fest an die innere Wandung der Rohröffnung 4 angepresst.
    Die Wärmeübertragung erfolgt durch die Wärmeübertragungsrippen 7 an der Außenfläche des Mantels 1.
    Die elektrischen Anschlüsse werden über den ersten Anschluss 5 an dem Mantel 1 und dem zweiten Anschluss an der Schraube 6 hergestellt.
  • Fig. 2 zeigt eine Außenansicht des Mantels 1 mit seinen Wärmeübertragungsrippen 7, die für den Wärmeübergang optimiert sind.
    In die Rohröffnung 7 kann der Spannkörper 2 eingesetzt werden.
    Fig. 3 zeigt eine Schrägansicht des Spannkörpers 2 mit seinen Spannstücken 3, die über die Teilungen 10 geteilt sind. In die Einlageflächen 8 werden die Heizelemente eingesetzt und später nach außen gegen die Rohröffnung des Mantels gepresst.
    Die Spannung der Spannstücke 3 kann über Sprengringe in den Spannnuten 11 oder über eine Schraube an der Kegelfläche 12 erfolgen.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Mantel
    2
    Spannkörper
    3
    Spannstück
    4
    Rohröffnung
    5
    Erster elektrischer Anschluss
    6
    Zweiter elektrischer Anschluss, Schraube
    7
    Wärmeübertragungsrippen
    8
    Einlagefläche
    9
    Spannloch
    10
    Teilung
    11
    Spannnute
    12
    Kegelfläche

Claims (11)

  1. Heizmodul mit mehreren Heizelementen und einem Wärmeübertrager, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizelemente elektrisch betriebene Keramikheizelemente mit positivem Temperaturkoeffizienten sind und diese innen in einen metallenen Wärmeübertrager innen eingespannt sind, der außen von einem Medium umströmt wird.
  2. Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente mit einer Temperatur von bis zu 1100°C betrieben werden.
  3. Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager aus einem äußeren Mantel (1) und einem inneren Spannkörper (2) gebildet ist.
  4. Heizmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Mantel (1) im Wesentlichen als ein Rohr ausgebildet ist, dessen Rohröffnung (4) einen viereckigen oder sechseckigem inneren Querschnitt besitzt.
  5. Heizmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkörper (2) als ein in Spannstücke (3) geteiltes Rohr mit viereckiger oder sechseckiger Außenfläche ausgebildet ist, das in die Rohröffnung (4) des Mantels einspannbar ist.
  6. Heizmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente zwischen der Rohröffnung (4) und den Außenflächen des Spannkörpers (2) eingespannt sind.
  7. Heizmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannen des Spannkörpers (2) über eine zentrale Schraube (6) erfolgt, die die Spannstücke (3) des Spannkörpers (2) auseinander drückt.
  8. Heizmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannen des Spannkörpers (2) über innen eingesetzte Sprengringe erfolgt, die die Spannstücke (3) auseinander drücken.
  9. Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung der Heizelemente über den Mantel (1) und den Spannkörper (2) erfolgt.
  10. Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (1) an seiner Außenfläche Wärmeübertragungsrippen (7) besitzt.
  11. Heizgerät mit einem Heizmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Lüfter ein Luftstrom über das Heizmodul geleitet wird.
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Citations (6)

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