EP4617584A1 - Ptc-elektroheizung - Google Patents

Ptc-elektroheizung

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Publication number
EP4617584A1
EP4617584A1 EP25161249.5A EP25161249A EP4617584A1 EP 4617584 A1 EP4617584 A1 EP 4617584A1 EP 25161249 A EP25161249 A EP 25161249A EP 4617584 A1 EP4617584 A1 EP 4617584A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ptc
heater
electric
liquid
distribution channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25161249.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dusan Necas
Michal Jamriska
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.)
Vaillant GmbH
Protherm Production sro
Original Assignee
Vaillant GmbH
Protherm Production sro
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH, Protherm Production sro filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4617584A1 publication Critical patent/EP4617584A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
    • F24H1/121—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium using electric energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D13/00—Electric heating systems
    • F24D13/04—Electric heating systems using electric heating of heat-transfer fluid in separate units of the system
    • 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
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F24H9/1818—Arrangement or mounting of electric heating means
    • F24H9/1827—Positive temperature coefficient [PTC] resistor

Definitions

  • the technical solution presented relates to a PTC electric heater for a heat transfer fluid, in particular water or a mixture of water and antifreeze, which is run in a closed circuit of a building's heating system.
  • the technical solution relates in particular to an electric auxiliary heater for the heat transfer fluid in heat pump heating systems.
  • Heat pump systems that extract heat from the environment.
  • Heat pump systems are typically supplemented by an additional heat source—e.g., solar thermal energy, gas-fired auxiliary heating, electric auxiliary heating, or a combination of several heat sources.
  • an additional heat source e.g., solar thermal energy, gas-fired auxiliary heating, electric auxiliary heating, or a combination of several heat sources.
  • Electric auxiliary heating is used in heat pump systems primarily when the heat extracted from the outside air is insufficient for comfortable heating and/or hot water production, especially in the winter months. At the same time, the electric heater also prevents the heat transfer medium from freezing under extremely unfavorable temperature conditions.
  • the heating elements are designed as resistance heating elements (rods, coils) or, preferably, as PTC resistance elements.
  • the heating coil is heated to a temperature of up to 850°C, which can lead to overheating of adjacent components if the temperature of the heat source is not appropriately regulated or monitored. To avoid thermal damage caused by the temperatures of these heat sources, which are significantly higher than the temperature of the fluid to be heated, a costly safety concept is required.
  • Electrical resistance heaters are described, for example, in the documents EP3910260 A1 , EP3869118 A1 and EP3037741 A1 described.
  • PTC elements are electrically conductive at low temperatures, but after reaching a certain temperature threshold, their electrical conductivity drops sharply. Therefore, as the temperature of a PTC element rises, its resistance increases. Negative feedback is used, which kicks in when the PTC element is actually heated due to the current flowing through it. When powered by a constant voltage source, this causes a power drop across the PTC element, which counteracts any further temperature increase. This results in simple heating with effective temperature stabilization of the heated medium.
  • PTC liquid heaters typically comprise a PTC heating element with a heat transfer structure that is typically very complex, resulting in disadvantages such as low heat transfer rates and uneven heat transfer.
  • Several channels are provided inside the heater, some of which house the PTC heating elements, while others are used for fluid flow.
  • the profiles are made of a metal with good heat conductivity, with extruded aluminum being a suitable material.
  • the profile cavity is preferably provided with ribs to increase the heating surface.
  • the plastic fittings are T-shaped and provided with a clip connection and seal for hydraulically tight connection with the hollow profile, at the same time the plastic fittings are provided with another clip connection and seal to to form a hydraulically tight inlet distribution channel or a hydraulically tight outlet distribution channel.
  • the liquid flows through the hollow profile in the direction from the inlet channel to the outlet channel and is heated by a PTC heater arranged between two adjacent hollow profiles.
  • An insulating foil e.g. Kapton foil
  • Kapton foil is inserted between each electrode and the hollow profile to conduct the liquid, which forms the electrical insulation of the PTC but does not prevent the heat transfer from the PTC heating unit to the hollow profile.
  • Kapton foil is also suitable as secondary insulation (decoupling) for conductors, withstanding high temperatures and electrically insulating the electrodes from the hollow metal profile.
  • the electrodes are connected to the electrical wires at the top.
  • the laminated PTC heating unit is surrounded on the outside by an insulating plastic frame that has holes for the electrical wires to pass through.
  • the entire PTC heating unit is therefore housed in an insulating plastic frame, and only the power supply wires are exposed.
  • the liquid is heated by applying a voltage (of appropriate strength and polarity) to the two wires of the PTC heating unit to generate heat in the PTC wafers, which is transferred through the hollow profile into the liquid.
  • a voltage of appropriate strength and polarity
  • the liquid heated in the individual hollow profiles is mixed in the outlet distribution channel and directed to the outlet of the heated liquid.
  • the total output of the electric heater depends on the number and dimensions of the hollow profile and the power of the PTC heating unit/PTC replacement. For different flow rates, a heater with the desired power can be easily assembled by adding an additional hollow profile and a PTC heating unit to the heater. Unlike the round design, there are no unheated areas.
  • One of the plastic nozzles in the inlet manifold is preferably provided with a connection for a vent valve
  • All hollow profiles and frames surrounding the PTC heaters are mechanically connected to each other, e.g., by springs inserted into the profile recesses or by other suitable means.
  • the mechanical stiffening of the entire assembly ensures its structural properties, good heat transfer and the required electrical performance.
  • the PTC electric heater 100 consists of structurally identical square hollow profiles 3 for conducting fluid, which are provided with two connection openings, one at the top and one at the bottom.
  • the upper opening of the profile can be connected to a distribution channel for the inlet of cold fluids (on the top of the heater) with a fluid inlet 1, and the lower opening can be connected to a distribution channel for the outlet of heated fluids with a fluid outlet 2 on the bottom of the heater.
  • the connection is made with plastic closures 4, 6.
  • the distribution channels are provided with plugs 5.
  • the profiles are made of a metal with good heat conductivity, with extruded aluminum being a suitable material.
  • the profile cavity is preferably provided with 12 ribs to increase the heating surface.
  • the plastic connecting elements 4, 6 are T-shaped and provided with a clamp connection 18 and a seal 16 for hydraulically tight connection to the hollow profile; at the same time, the plastic connecting elements are provided with an additional clamp connection 17 and a seal 15 for forming a hydraulically tight inlet distribution channel or a hydraulically tight outlet distribution channel.
  • An insulating film 9 (e.g., a Kapton film) is inserted between each electrode 8 and the liquid-conducting hollow profile 3. This film forms electrical insulation for the electrode 8 while simultaneously not preventing heat transfer from the PTC element 7 to the hollow profile 3.
  • the power supply lines are connected to the top of the electrodes 8.
  • the PTC layer heating assembly is externally surrounded by an insulating plastic frame 10, which has openings 14 for electrical power cables.
  • the liquid is heated by applying a voltage (of suitable strength and polarity) to the two electrodes 8 in the PTC heating unit in order to generate heat in the PTC element 7.
  • To generate heat which is transferred to the liquid through heat exchange with the hollow profiles 3.
  • the liquid flows through the cavity of the hollow profile 3 in the direction from the inlet distribution channel to the outlet distribution channel and is heated by each PTC heating unit adjacent to the hollow profile 3.
  • the liquid heated in the individual hollow profiles 3 is mixed in the outlet distribution channel and directed to the liquid outlet 2.
  • the total output of the electric heater 100 depends on the number and dimensions of the hollow profile 3 and the electrical output of the PTC heating assembly(s).
  • three hollow profiles 3 and two PTC heating assemblies are used.
  • a heater with the desired output can be easily assembled by adding another hollow profile 3 and another PTC heating assembly. Unlike the circular design, no unheated areas are created.
  • the PCT electric heater is advantageously used in heating systems with heat pumps, where it takes on the function of an additional electric heater for the heat transfer fluid.

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Abstract

Der PTC-Elektroheizer (100) umfasst mindestens zwei identische quadratische Hohlprofile (3) zur Leitung von Flüssigkeit, die jeweils mit zwei Anschlussöffnungen, einer oberen und einer unteren, versehen sind, wobei die obere Öffnung am Hohlprofil (3) mit einem Verteilerkanal für den Einlass kalter Flüssigkeit mit einem Flüssigkeitseinlass (1) und die untere Öffnung am Hohlprofil (3) mit einem Verteilerkanal für den Auslass erwärmter Flüssigkeit mit einem Flüssigkeitsauslass (2) verbindbar ist, wobei zwischen den beiden Hohlprofilen (3) jeweils eine PTC-Heizeinheit angeordnet ist.

Description

  • Die vorgestellte technische Lösung bezieht sich auf einen PTC-Elektroheizer für eine Wärmeträgerflüssigkeit, insbesondere Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, der in einem geschlossenen Kreislauf eines Heizungssystems eines Gebäudes geführt wird. Die technische Lösung bezieht sich insbesondere auf einen elektrischen Zusatzheizer für die Wärmeträgerflüssigkeit in Wärmepumpen-Heizsystemen.
  • Aktuelle umweltfreundliche Gebäudeheizungskonzepte verwenden Wärmepumpensysteme, bei denen die Wärme aus der Umgebung entnommen wird. Wärmepumpensysteme werden in der Regel durch eine zusätzliche Heizquelle ergänzt - z. B. Solarthermie, Gas-Zusatzheizung oder elektrische Zusatzheizung oder eine Kombination aus mehreren Heizquellen.
  • Die elektrische Zusatzheizung wird in Wärmepumpensystemen vor allem dann eingesetzt, wenn die der Außenluft entzogene Wärme nicht für eine komfortable Heizung und/oder Warmwasserbereitung ausreicht, insbesondere in den Wintermonaten. Gleichzeitig verhindert die elektrische Heizung auch das Einfrieren des Wärmeträgers bei extrem ungünstigen Temperaturverhältnissen. Bei bekannten elektrischen Zuheizern sind die Heizelemente als Widerstandsheizelemente (Stäbe, Spulen) oder bevorzugt als PTC-Widerstandselemente ausgebildet. Die Heizspirale wird bis zu einer Temperatur von 850°C aufgeheizt, was zu einer Überhitzung angrenzender Teile führen kann, wenn die Temperatur der Heizquelle nicht entsprechend geregelt oder überwacht wird. Um thermische Schäden zu vermeiden, die durch die Temperaturen dieser Heizquellen verursacht werden, die wesentlich höher sind als die Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit, ist ein kostspieliges Sicherheitskonzept erforderlich.
  • Elektrische Widerstandsheizungen sind z. B. in den Dokumenten EP3910260 A1 , EP3869118 A1 und EP3037741 A1 beschrieben.
  • Eine Alternative zu den elektrischen Widerstandsheizungen ist die moderne elektrische PTC-Heizung (Positive Temperature Coefficient), deren Einsatz besonders vorteilhaft ist, da die Temperatur des Heizelements 300°C nicht übersteigt, je nach Ausführung des PTC-Heizelements auch weniger.
  • PTC-Elemente sind Elemente, die bei niedrigen Temperaturen elektrisch leitfähig sind, aber nach Erreichen einer bestimmten Temperaturschwelle nimmt die elektrische Leitfähigkeit stark ab. Wenn also die Temperatur eines PTC-Elements steigt, erhöht sich sein Widerstand. Es wird eine negative Rückkopplung verwendet, die dann greift, wenn das PTC-Element aufgrund des durchfließenden Stroms tatsächlich erwärmt wird. Bei Speisung aus einer Konstantspannungsquelle bewirkt dies einen Leistungsabfall am PTC-Element, der einem weiteren Temperaturanstieg entgegenwirkt. Dies führt zu einer einfachen Beheizung mit effektiver Temperaturstabilisierung des beheizten Mediums.
  • Bestehende PTC-Flüssigkeitsheizgeräte (insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen) umfassen in der Regel ein PTC-Heizelement mit einer Wärmeübertragungsstruktur, die typischerweise sehr komplex ist und daher Nachteile wie eine geringe Wärmeübertragungsrate und eine ungleichmäßige Wärmeübertragung aufweist. Im Inneren der Heizvorrichtung sind mehrere Kanäle vorgesehen, wobei einige der Kanäle zur Aufnahme der PTC-Heizelemente dienen, während andere der Kanäle für den Durchfluss des Fluids verwendet werden.
  • Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist die im Dokument EP3001118 A1 beschriebene Lösung.
  • Die beschriebenen Lösungen lassen keine Variabilität des Geräts zu, insbesondere nicht das einfache Hinzufügen zusätzlicher PTC-Heizelemente, um die Leistung des Geräts zu erhöhen. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich die gesamte PTC-Heizzelle mit Ausnahme der Drähte im Wärmetauscherkanal befindet und die elektrische Isolierung nur mit großem Aufwand möglich ist.
  • Die elektrische Zusatzheizung für Wärmepumpensysteme ist für Leistungen von typischerweise 5 kW bis 12 kW ausgelegt. Um die erforderliche höhere Leistung zu erreichen, müssen natürlich immer mehrere PTC-Heizelemente verwendet werden, die so angeordnet sind, dass die Heizenergie so effizient wie möglich übertragen wird.
  • Eine weitere Anforderung an eine elektrische Zusatzheizung ist daher, dass die Konstruktion leicht erweiterbar (modular) sein muss und gleichzeitig die erforderliche Wasserdichtigkeit der Baugruppe und die elektrische Sicherheit gewährleistet sein muss.
  • Aus dem Stand der Technik ist ein modularer PTC-Elektroheizer einfacher Bauart bekannt, der in dem Dokument SK1082022 U1 beschrieben ist. Dieser PTC-Heizer verwendet Patronen-PTC-Heizelemente, die in den Strömungskanal eines Wärmetauschers eingebettet sind, und weist daher keine idealen Strömungsparameter auf.
  • Darüber hinaus ist ein in EP4290155A1 beschriebener PTC-Elektroheizer mit einem Schichtaufbau im Stand der Technik bekannt. Sein Nachteil ist die runde Bauweise des Wärmetauschers, die es nicht erlaubt, die Anzahl der PTC-Heizelemente zu erhöhen, da mit zunehmendem Durchmesser des Wärmetauschers auch die unbeheizte Fläche des Wärmetauschers zunimmt.
  • Die vorgenannten Mängel des Standes der Technik werden durch die vorliegende technische Lösung eines PTC-Elektroheizers mit PTC-Schichtaufbau und mit integriertem Flüssigkeitsverteiler, der auf einfache Weise erweiterbar ist, beseitigt.
  • Der PTC-Elektroheizer besteht aus strukturell identischen quadratischen Hohlprofilen für die Leitung von Flüssigkeiten, die mit zwei Anschlusslöchern (oben und unten) versehen sind. Die obere Bohrung des Profils kann an den Verteilerkanal für den Flüssigkeitseinlass (auf der Oberseite des Heizers) mit dem Einlass für kalte Flüssigkeit und die untere Bohrung an den Verteilerkanal für den Auslass (auf der Unterseite des Heizers) mit dem Auslass für erwärmte Flüssigkeit angeschlossen werden, die Verbindung erfolgt mit Kunststoffverschlüssen
  • Die Profile werden aus einem gut wärmeleitenden Metall hergestellt, wobei stranggepresstes Aluminium als geeignetes Material verwendet wird. Vorzugsweise ist der Profilhohlraum mit Rippen versehen, um die Heizfläche zu vergrößern.
  • Die Kunststoff-Fittings sind T-förmig und mit einer Clipverbindung und Dichtung zur hydraulisch dichten Verbindung mit dem Hohlprofil versehen, gleichzeitig sind die Kunststoff-Fittings mit einer weiteren Clipverbindung und Dichtung versehen, um einen hydraulisch dichten Zulaufverteilerkanal oder einen hydraulisch dichten Ablaufverteilerkanal zu bilden.
  • Die Flüssigkeit durchströmt das Hohlprofil in Richtung vom Einlasskanal zum Auslasskanal und wird durch eine zwischen zwei benachbarten Hohlprofilen angeordnete PTC-Heizung erwärmt.
  • Die PTC-Heizeinheit hat einen aus dem Stand der Technik bekannten Schichtaufbau Jede PTC-Heizeinheit in der vorliegenden technischen Lösung umfasst zwei Elektroden, die mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen des PTC-Elements verbunden sind. Das PTC-Element besteht aus PTC-Keramikscheiben, die in Streifen angeordnet sind.
  • Die Abmessungen der PTC-Elemente und deren Anzahl bestimmen die elektrische Leistung des Heizgeräts.
  • Zwischen jeder Elektrode und dem Hohlprofil wird eine Isolierfolie (z. B. Kapton-Folie) zur Leitung der Flüssigkeit eingelegt, die die elektrische Isolierung des PTC bildet, aber die Wärmeübertragung von der PTC-Heizeinheit zum Hohlprofil nicht verhindert.
  • Kapton-Folie eignet sich auch als Sekundärisolierung (Entkopplung) von Leitern, die hohen Temperaturen standhält und die Elektroden vom Metallhohlprofil elektrisch isoliert. Die Elektroden sind oben mit den elektrischen Leitungen verbunden.
  • Um die elektrische Isolierung zu gewährleisten, die laminierte PTC-Heizeinheit außen von einem isolierenden Kunststoffrahmen umgeben, der mit Löchern für die elektrischen Drähte versehen ist, durch die diese geführt werden.
  • Die gesamte PTC-Heizeinheit ist daher in einem isolierenden Kunststoffrahmen untergebracht, und nur die Stromversorgungsdrähte liegen frei.
  • Die Erwärmung der Flüssigkeit erfolgt durch Anlegen einer Spannung (mit geeigneter Stärke und Polarität) an die beiden Drähte der PTC-Heizeinheit, um Wärme in den PTC-Wafern zu erzeugen, die durch das Hohlprofil in die Flüssigkeit übertragen wird.
  • Die in den einzelnen Hohlprofilen erwärmte Flüssigkeit wird im Auslassverteilerkanal gemischt und zum Auslass der erwärmten Flüssigkeit geleitet.
  • Die Gesamtleistung des elektrischen Erhitzers hängt von der Anzahl und den Abmessungen des Hohlprofils und der Leistung der PTC-Heizeinheit/des PTC-Ersatzes ab. Für unterschiedliche Volumenströme kann ein Erhitzer mit der gewünschten Leistung einfach durch Hinzufügen eines zusätzlichen Hohlprofils und einer PTC-Heizeinheit zum Erhitzer zusammengebaut werden, wobei es im Gegensatz zur runden Ausführung keine unbeheizten Bereiche gibt.
  • Einer der Kunststoffstutzen im Einlassverteilerkanal ist vorzugsweise mit einem Anschluss für ein Entlüftungsventil versehen
  • Alle Hohlprofile und Rahmen, die die PTC-Heizungen umgeben, werden mechanisch miteinander verbunden, z. B. durch Federn, die in die Aussparungen des Profils eingesetzt werden, oder durch andere geeignete Mittel.
  • Die mechanische Versteifung der gesamten Baugruppe (durch Federn) gewährleistet ihre strukturellen Eigenschaften, eine gute Wärmeübertragung und die erforderliche elektrische Leistung.
  • Die technische Lösung wird mit Hilfe von Bildern erläutert, ohne sich jedoch darauf zu beschränken.
  • Die Bilder zeigen:
    • Abb. 1 - Ansicht des PTC-Elektroheizers mit drei Hohlprofilen
    • Abb. 2 - Längsschnitt durch den PTC-Elektroheizer aus Abb. 1
    • Abb. 3 - PTC-Elektroheizungsbaugruppe aus Abb. 1 in Explosionsdarstellung mit dargestellten PTC-Heizungsbaugruppenschichten
    • Abb. 4 - gedrehter Längsschnitt des PTC-Elektroheizers aus Abb. 1 mit Detail des Kunststoffrahmens
  • Der PTC-Elektroheizer 100 besteht aus strukturell identischen quadratischen Hohlprofilen 3 für die Leitung von Flüssigkeit, die mit zwei Anschlussöffnungen, oben und unten, versehen sind. Die obere Öffnung des Profils kann mit einem Verteilerkanal für den Einlass kalter Flüssigkeiten (auf der Oberseite des Heizgeräts) mit einem Flüssigkeitseinlass 1 verbunden werden, und die untere Öffnung kann mit einem Verteilerkanal für den Auslass erwärmter Flüssigkeiten mit einem Flüssigkeitsauslass 2 auf der Unterseite des Heizgeräts) verbunden werden. Die Verbindung wird mit Kunststoffverschlüssen 4,6 hergestellt. Die Verteilerkanäle sind mit Stopfen 5 versehen.
  • Die Profile werden aus einem gut wärmeleitenden Metall hergestellt, wobei stranggepresstes Aluminium als geeignetes Material verwendet wird. Vorzugsweise ist der Profilhohlraum mit 12 Rippen versehen, um die Heizfläche zu vergrößern.
  • Die Kunststoff-Verbindungselemente 4,6 sind T-förmig ausgebildet und mit einer Klammerverbindung 18 und einer Dichtung 16 zur hydraulisch dichten Verbindung mit dem Hohlprofil versehen, gleichzeitig sind die Kunststoff-Verbindungselemente mit einer zusätzlichen Klammerverbindung 17 und einer Dichtung 15 zur Bildung eines hydraulisch dichten Einlass-Verteilerkanals oder eines hydraulisch dichten Auslass-Verteilerkanals versehen.
  • Die Flüssigkeit durchläuft den Hohlraum des Hohlprofils 3 in der Richtung vom Einlassverteilungskanal zum Auslassverteilungskanal und wird durch eine PTC-Heizung erwärmt, die immer zwischen zwei benachbarten (benachbarten) Hohlprofilen angeordnet ist.
  • Die PTC-Heizeinheit hat einen aus dem Stand der Technik bekannten Schichtaufbau. Jede PTC-Heizeinheit in der vorliegenden technischen Lösung umfasst zwei Elektroden 8, die mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen des PTC-Elements 7 verbunden sind. Das PTC-Element 7 ist aus streifenförmig angeordneten PTC-Keramikplättchen aufgebaut. Die Abmessungen des PTC-Elements 7 und die Gesamtzahl der PTC-Elemente in der elektrischen Heizung 100 bestimmen die Leistung der Heizung 100.
  • Zwischen jeder Elektrode 8 und dem flüssigkeitsführenden Hohlprofil 3 ist eine Isolierfolie 9 (z. B. eine Kapton-Folie) eingelegt, die eine elektrische Isolierung der Elektrode 8 bildet und gleichzeitig die Wärmeübertragung vom PTC-Element 7 auf das Hohlprofil 3 nicht verhindert. Die Stromversorgungsleitungen sind oben an den Elektroden 8 angeschlossen. Um die elektrische Isolierung zu gewährleisten, ist die PTC-Schichtheizungsbaugruppe außen von einem isolierenden Kunststoffrahmen 10 umgeben, der Öffnungen 14 für elektrische Stromkabel aufweist. Die Erwärmung der Flüssigkeit erfolgt durch Anlegen einer Spannung (mit geeigneter Stärke und Polarität) an die beiden Elektroden 8 in der PTC-Heizeinheit, um im PTC-Element 7 Wärme zu erzeugen, die durch Wärmeaustausch mit den Hohlprofilen 3 auf die Flüssigkeit übertragen wird. Die Flüssigkeit strömt durch den Hohlraum des Hohlprofils 3 in der Richtung vom Einlassverteilungskanal zum Auslassverteilungskanal und wird von jeder PTC-Heizeinheit neben dem Hohlprofil 3 erwärmt. Die in den einzelnen Hohlprofilen 3 erwärmte Flüssigkeit wird im Auslassverteilerkanal gemischt und zum Flüssigkeitsauslass 2 geleitet.
  • Die Gesamtleistung des Elektroerhitzers 100 hängt von der Anzahl und den Abmessungen des Hohlprofils 3 und der elektrischen Leistung der PTC-Heizbaugruppe(n) ab, im Ausführungsbeispiel werden drei Hohlprofile 3 und zwei PTC-Heizbaugruppen verwendet. Für unterschiedliche Fluid-Volumenströme kann durch Hinzufügen eines weiteren Hohlprofils 3 und einer weiteren PTC-Heizbaugruppe ein Heizer mit der gewünschten Leistung leicht zusammengestellt werden, wobei im Gegensatz zur kreisförmigen Ausführung keine unbeheizten Bereiche entstehen.
  • Das Kunststoffanschlusselement 6 im Einlassverteilerkanal ist vorzugsweise mit einem Anschluss 13 für ein Entlüftungsventil versehen. Alle Hohlprofile und die Isolierrahmen aus Kunststoff, die die PTC-Heizungen umgeben, werden mechanisch miteinander verbunden, z. B. mit Hilfe von Federn 11, die in die geformten Aussparungen 19 des Hohlprofils 3 eingesetzt werden, oder mit anderen geeigneten Mitteln.
  • Eine mechanische Versteifung der gesamten Heizgerätebaugruppe 100 (z. B. durch Federn 11) ist erforderlich, um einen engen Kontakt und damit eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten und die strukturellen Eigenschaften und die gewünschte elektrische Leistung des Heizgeräts 100 sicherzustellen.
  • Der Elektroheizer PCT wird vorteilhaft in Heizungsanlagen mit Wärmepumpe eingesetzt, wo er die Funktion eines elektrischen Zusatzheizers für die Wärmeträgerflüssigkeit übernimmt.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    PTC-Elektroheizung
    1
    Flüssigkeitszulauf
    2
    Flüssigkeitsleistung
    3
    Hohlprofil
    4
    Verbindungselement
    5
    Stecker
    6
    Verbindungselement
    7
    PTC-Element
    8
    Elektrode
    9
    Isolierfolie
    10
    Isolierrahmen aus Kunststoff
    11
    Verbindungsfeder
    12
    Rippen
    13
    Anschluss für Entlüftungsventil
    14
    Loch
    15
    Versiegelung
    16
    Siegel
    17
    Clip
    18
    Clip
    19
    Kerbe

Claims (14)

  1. Elektrischer PTC-Heizer (100) mit mindestens zwei identischen quadratischen Hohlprofilen (3) zum Leiten von Flüssigkeit, wobei jedes der Profile mit zwei Anschlussöffnungen, einer oberen und einer unteren, versehen ist, wobei die obere Öffnung am Hohlprofil (3) mit einem Verteilerkanal für den Einlass von kalter Flüssigkeit mit einem Flüssigkeitseinlass (1) und die untere Öffnung am Hohlprofil (3) mit einem Verteilerkanal für den Auslass von erwärmter Flüssigkeit mit einem Flüssigkeitsauslass (2) verbindbar ist, wobei zwischen jedem der beiden Hohlprofile (3) eine PTC-Heizanordnung angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verteilerkanäle T-förmige Kunststoff-Verbindungselemente (4, 6) aufweisen, jedes Kunststoffverbindungselement mit einer ersten Klammerverbindung (18) und einer ersten Dichtung (16) zur hydraulisch dichten Verbindung mit dem Hohlprofil (3) versehen ist,
    jedes Kunststoffverbindungselement (4, 6) mit einer zweiten Klammerverbindung (17) und einer zweiten Dichtung (15) versehen ist, um einen hydraulisch dichten Einlassverteilungskanal oder einen hydraulisch dichten Auslassverteilungskanal zu bilden,
    ein Kunststoffverbinder (6) im Einlassverteilerkanal mit einem Anschluss (13) für ein Entlüftungsventil versehen ist,
    jedes Hohlprofil (3) aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt ist.
  2. Elektrischer PTC-Heizer (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Hohlprofilhohlraum (3) mit Rippen (12) versehen ist, um die Heizfläche zu vergrößern.
  3. Elektrischer PTC-Heizer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jede PTC-Heizbaugruppe zwei Elektroden (8) und ein PTC-Element (7) umfasst, wobei die Elektroden (8) mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen des PTC-Elements (7) verbunden sind und das PTC-Element (7) aus PTC-Keramikplättchen zusammengesetzt ist, die in Streifen angeordnet sind.
  4. Elektrischer PTC-Heizer (100) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen jeder Elektrode (8) und dem Hohlmodul (3) zur Leitung der Flüssigkeit eine elektrisch isolierende und wärmeübertragende Folie (9) angeordnet ist und elektrische Stromversorgungsdrähte mit den Elektroden (8) an der Oberseite der Elektroden (8) verbunden sind.
  5. Elektrischer PTC-Heizer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die PTC-Heizungsbaugruppe außen von einem isolierenden Kunststoffrahmen (10) umgeben ist, in dem Öffnungen (14) für die elektrischen Leistungsdrähte angeordnet sind.
  6. Elektrischer PTC-Heizer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hohlprofile (3) und die Kunststoff-Isolierrahmen (10) mittels Federn (11), die in an den Hohlprofilen (3) angeordnete Kerben (19) eingesetzt sind, mechanisch miteinander verbunden sind.
  7. Heizungsanlage mit Wärmepumpe und geschlossenem Wärmeträgerkreislauf,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die elektrische Zusatzheizung im geschlossenen Kreislauf der Wärmeträgerflüssigkeit eine elektrische PTC-Heizung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.
  8. Elektrischer PTC-Heizer (100) mit mindestens zwei identischen quadratischen Hohlprofilen (3) zur Leitung von Flüssigkeit, wobei jedes der Profile mit zwei Anschlussöffnungen, einer oberen und einer unteren, versehen ist, wobei die obere Öffnung am Hohlprofil (3) mit einem Verteilerkanal für den Einlass kalter Flüssigkeit mit einem Flüssigkeitseinlass (1) und die untere Öffnung am Hohlprofil (3) mit einem Verteilerkanal für den Auslass erwärmter Flüssigkeit mit einem Flüssigkeitsauslass (2) verbindbar ist, wobei zwischen jedem der beiden Hohlprofile (3) eine PTC-Heizanordnung angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vertriebskanäle umfassen T-förmige Kunststoffverschlüsse (4,6),
    Jedes Kunststoffverbindungselement ist mit einer ersten Klammerverbindung (18) und einer ersten Dichtung (16) zur hydraulisch dichten Verbindung mit dem Hohlprofil (3) versehen,
    jedes Kunststoffverbindungselement (4, 6) ist mit einer zweiten Klammerverbindung (17) und einer zweiten Dichtung (15) versehen, um einen hydraulisch dichten Einlassverteilungskanal oder einen hydraulisch dichten Auslassverteilungskanal zu bilden,
    das Kunststoffanschlusselement (6) im Einlassverteilerkanal mit einem Anschluss (13) für das Entlüftungsventil versehen ist,
    Jedes Hohlprofil (3) ist aus einem gut wärmeleitenden Metall gefertigt.
  9. Elektrischer PTC-Heizer (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Hohlprofilhohlraum (3) ist mit Rippen (12) versehen, um die Heizfläche zu vergrößern.
  10. PTC-Elektroheizer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Jede PTC-Heizungsbaugruppe umfasst zwei Elektroden (8) und ein PTC-Element (7), wobei die Elektroden (8) mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen des PTC-Elements (7) verbunden sind und das PTC-Element (7) aus streifenförmig angeordneten PTC-Keramikplättchen zusammengesetzt ist.
  11. Elektrischer PTC-Heizer (100) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Zwischen jeder Elektrode (8) und dem hohlen flüssigkeitsleitenden Modul (3) ist eine elektrisch isolierende und wärmeübertragende Folie (9) angeordnet, und an die Elektroden (8) sind an der Oberseite elektrische Versorgungsleitungen angeschlossen.
  12. PTC-Elektroheizer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Die PTC-Heizeinheit ist außen von einem isolierenden Kunststoffrahmen (10) umgeben, in dem Löcher (14) für die elektrischen Versorgungsleitungen angeordnet sind.
  13. PTC-Elektroheizer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hohlprofile (3) und die Kunststoff-Isolierrahmen (10) sind durch Federn (11), die in an den Hohlprofilen (3) angeordnete Kerben (19) eingesetzt sind, mechanisch miteinander verbunden.
  14. Heizungsanlage mit Wärmepumpe und geschlossenem Wärmeträgerkreislauf,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die elektrische Zusatzheizung im geschlossenen Kreislauf der Wärmeträgerflüssigkeit eine elektrische PTC-Heizung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.
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