SK9745Y1 - Modular PTC electric heater - Google Patents

Modular PTC electric heater Download PDF

Info

Publication number
SK9745Y1
SK9745Y1 SK108-2022U SK1082022U SK9745Y1 SK 9745 Y1 SK9745 Y1 SK 9745Y1 SK 1082022 U SK1082022 U SK 1082022U SK 9745 Y1 SK9745 Y1 SK 9745Y1
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
module
electric heater
modular
ptc electric
modules
Prior art date
Application number
SK108-2022U
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK1082022U1 (en
Inventor
Ing. Kovár Stanislav
Original Assignee
Protherm Production S.R.O.
Vaillant Gmbh
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 Protherm Production S.R.O., Vaillant Gmbh filed Critical Protherm Production S.R.O.
Priority to SK108-2022U priority Critical patent/SK9745Y1/en
Publication of SK1082022U1 publication Critical patent/SK1082022U1/en
Publication of SK9745Y1 publication Critical patent/SK9745Y1/en
Priority to EP23190607.4A priority patent/EP4325137A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10Continuous-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
    • F24H1/101Continuous-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 using electric energy supply
    • F24H1/102Continuous-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 using electric energy supply with resistance
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10Continuous-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
    • F24H1/12Continuous-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
    • F24H1/121Continuous-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10Continuous-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
    • F24H1/12Continuous-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
    • F24H1/14Continuous-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 by tubes, e.g. bent in serpentine form
    • F24H1/142Continuous-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 by tubes, e.g. bent in serpentine form using electric energy supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18Water-storage heaters
    • F24H1/20Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/201Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply
    • F24H1/202Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply with resistances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00Details
    • F24H9/0005Details for water heaters
    • F24H9/001Guiding means
    • F24H9/0015Guiding means in water channels
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02Details
    • H05B3/04Waterproof or air-tight seals for heaters
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02Details
    • H05B3/06Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78Heating arrangements specially adapted for immersion heating
    • H05B3/82Fixedly-mounted immersion heaters
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/02Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/021Heaters specially adapted for heating liquids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

A modular PTC electric heater equipped with a heated liquid inlet (30) and a heated liquid outlet (40) is assembled from at least two structurally identical modules (10). The module (10) is designed as a cylindrical or cuboid container (1) with a cavity watertightly closed by two flanges or plugs (2), while the module (10) has a tubular inlet opening (3) and a tubular outlet opening (4), both openings are connected with the container cavity (1). The modules (10) are interconnected by a connecting part (7) provided with two sealings (71, 72) and each module (10) is equipped with at least one PTC cassette heating element (5) fixed on at least one flange or plug (2).

Description

Oblasť technikyThe field of technology

Predložené technické riešenie sa týka elektrického ohrievača teplonosnej kvapaliny, najmä vody alebo zmesi vody s nemrznúcou kvapalinou, ktorá je vedená v uzavretom okruhu vykurovacieho systému budov. Technické riešenie sa týka najmä pomocného (záložného) elektrického ohrievača vo vykurovacích systémoch s tepelným čerpadlom.The presented technical solution concerns an electric heater of a heat-carrying liquid, in particular water or a mixture of water with antifreeze liquid, which is conducted in a closed circuit of the heating system of buildings. The technical solution mainly concerns the auxiliary (backup) electric heater in heating systems with a heat pump.

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

Súčasné ekologické koncepty vykurovania budov využívajú systémy tepelného čerpadla, v ktorých sa teplo odoberá z vonkajšieho prostredia. Systémy tepelného čerpadla bývajú doplnené ďalším zdrojom ohrevu napríklad solárnym ohrevom alebo pomocným (záložným) elektrickým ohrievačom, prípadne kombináciou niekoľkých zdrojov ohrevu.Current ecological building heating concepts use heat pump systems in which heat is taken from the outside environment. Heat pump systems are usually supplemented with another heating source, for example solar heating or an auxiliary (backup) electric heater, or a combination of several heating sources.

Pomocný (záložný) elektrický ohrievač je v systémoch tepelného čerpadla využitý najmä vtedy, keď teplo odobraté z vonkajšieho prostredia nie je dostatočné na komfortné vykurovanie a/alebo ohrev teplej úžitkovej vody, najmä v zimných mesiacoch. Zároveň elektrický ohrievač zabraňuje aj zamrznutiu teplonosného média.An auxiliary (backup) electric heater is used in heat pump systems especially when the heat taken from the outside environment is not sufficient for comfortable heating and/or heating of domestic hot water, especially in the winter months. At the same time, the electric heater also prevents freezing of the heat-carrying medium.

V známych pomocných elektrických ohrievačoch sú vyhrievacie prvky vytvorené ako odporové vyhrievacie prvky (tyče, špirály). Vyhrievacia špirála sa ohrieva až na teplotu 850 °C, čo môže spôsobiť prehriatie priľahlých častí, ak teplota zdroja ohrevu nie je vhodne riadená alebo monitorovaná. Aby sa predišlo tepelným škodám spôsobeným teplotami týchto zdrojov ohrevu, ktoré sú výrazne vyššie ako teplota kvapaliny, ktorá sa má ohrievať, je potrebný nákladný bezpečnostný koncept.In known auxiliary electric heaters, the heating elements are designed as resistance heating elements (rods, spirals). The heating coil heats up to 850°C, which can cause overheating of adjacent parts if the temperature of the heating source is not properly controlled or monitored. In order to avoid thermal damage caused by the temperatures of these heating sources, which are significantly higher than the temperature of the liquid to be heated, an expensive safety concept is required.

Elektrické ohrievače s odporovými špirálami sú opísané napríklad v dokumentoch EP3910260 A1, EP3869118 A1 a EP3037741 A1.Electric heaters with resistance coils are described for example in documents EP3910260 A1, EP3869118 A1 and EP3037741 A1.

Alternatívou elektrických ohrievačov s odporovými špirálami sú v stave techniky známe elektrické ohrievače s PTC (Positive Temperature Coeficient) vyhrievacími prvkami, ktorých použitie je výhodné najmä vďaka tomu, že teplota vyhrievacieho elementu nepresahuje 300 °C, alebo aj menej, podľa konkrétneho vyhotovenia PTC vyhrievacieho prvku.An alternative to electric heaters with resistance coils are electric heaters with PTC (Positive Temperature Coefficient) heating elements known in the state of the art, the use of which is advantageous mainly due to the fact that the temperature of the heating element does not exceed 300 °C, or even less, depending on the specific design of the PTC heating element .

PTC prvky sú prvky, ktoré sú elektricky vodivé pri nízkych teplotách, ale po dosiahnutí určitej teplotnej bariéry elektrická vodivosť prudko klesá. Pri náraste teploty PTC prvku teda vzrastie jeho odpor. Využíva sa negatívna spätná väzba, pôsobiaca pri vlastnom ohreve PTC prvku v dôsledku prechádzajúceho prúdu. Pri napájaní zo zdroja konštantného napätia to spôsobí pokles výkonu na PTC prvku, čo pôsobí proti ďalšiemu rastu teploty. Výsledkom je jednoduché vyhrievanie so stabilizáciou teploty vyhrievaného priestoru.PTC elements are elements that are electrically conductive at low temperatures, but after reaching a certain temperature barrier, the electrical conductivity drops sharply. As the temperature of the PTC element increases, its resistance increases. Negative feedback is used, acting during the self-heating of the PTC element due to the passing current. When powered from a constant voltage source, this will cause a drop in power on the PTC element, which counteracts further temperature rise. The result is simple heating with stabilization of the temperature of the heated space.

Existujúce PTC zariadenia na ohrev kvapaliny (na použitie najmä v automobiloch) vo všeobecnosti obsahujú PTC vykurovací článok so štruktúrou prenosu tepla, ktorá je typicky veľmi zložitá, a preto má nevýhody, ako je nízka rýchlosť prenosu tepla a nerovnomerný prenos tepla. Aj modulárne riešenia umožňujúce rozšírenie výkonu ohrievača sú zložité a na ohrev vo vykurovacích systémoch nepoužiteľné. Takéto zariadenia sú napríklad opísané v dokumente EP2792211 A1.Existing PTC liquid heating devices (mainly for use in automobiles) generally include a PTC heating element with a heat transfer structure that is typically very complex and therefore has disadvantages such as low heat transfer rate and uneven heat transfer. Even modular solutions allowing expansion of the heater's performance are complex and unusable for heating in heating systems. Such devices are for example described in document EP2792211 A1.

Dokument WO2021/014432 opisuje elektrický kazetový vykurovací prvok, ktorý je jednoduchší z konštrukčného a funkčného hľadiska, elektrický vykurovací prvok obsahuje aspoň jednu rúrkovú kazetu obsahujúcu aspoň jeden PTC rezistor v nej, ďalej obsahuje hliníkový alebo zliatinový blok prelisovaný tlakovým liatím okolo uvedenej aspoň jednej pancierovej rúrkovej kazety, pričom povlaková vrstva z plastového materiálu je nanesená okolo uvedeného hliníkového bloku.Document WO2021/014432 describes an electric cartridge heating element which is simpler in terms of design and function, the electric heating element comprises at least one tubular cartridge containing at least one PTC resistor therein, further comprising an aluminum or alloy block pressed by die casting around said at least one armored tubular cassettes, while a coating layer of plastic material is applied around said aluminum block.

Kazetové vykurovacie prvky podobnej konštrukcie optimalizujú prenos tepla na zabezpečenie rovnomerného ohrevu a používajú sa aj na ohrev veľmi malých objemov so špecifickým výkonom a s vysokými teplotami. Konštrukcia plášťa z nehrdzavejúceho materiálu (hliníka, hliníkovej zliatiny alebo ocele) s jedným koncom uzavretým a napájacími vodičmi vychádzajúcimi z druhého konca zjednodušuje inštaláciu a elektrické pripojenie.Cassette heating elements of a similar design optimize heat transfer to ensure uniform heating and are also used for heating very small volumes with specific power and high temperatures. The stainless steel (aluminum, aluminum alloy or steel) shell construction with one end closed and power leads coming out of the other end simplifies installation and electrical connection.

Elektrický záložný ohrievač pre systémy tepelného čerpadla má poskytovať výkony spravidla od 5 kW do 12 kW. Komerčne vyrábaný kazetový vykurovací prvok poskytuje výkon spravidla do 450 W. Je zrejmé, že na dosiahnutie požadovaného celkového výkonu bude potrebné použitie viacerých kazetových PTC vykurovacích prvkov vhodne usporiadaných tak, aby energia ohrevu bola odovzdávaná čo najefektívnejšie.The electric back-up heater for heat pump systems should generally provide outputs from 5 kW to 12 kW. A commercially produced cassette heating element usually provides a power of up to 450 W. It is obvious that in order to achieve the required total power, it will be necessary to use several cassette PTC heating elements suitably arranged so that the heating energy is transferred as efficiently as possible.

Odporové špirály použité v predošlej generácii záložných elektrických ohrievačov sa dali usporiadať jednoduchým spôsobom do valcového výmenníka a nevyžadovali pri navyšovaní výkonu záložného ohrievača ďalšie zväčšovanie rozmerov, t. j. pre všetky výkonové rady bolo možné použiť jeden rozmer výmenníka.The resistance coils used in the previous generation of back-up electric heaters could be arranged in a simple way in a cylindrical exchanger and did not require a further increase in dimensions when increasing the power of the back-up heater, i.e. j. it was possible to use one exchanger dimension for all performance ranges.

Použitie kazetových PTC vyhrievacích prvkov vyžaduje iné priestorové usporiadanie ohrievacích prvkov vo výmenníku.The use of cassette PTC heating elements requires a different spatial arrangement of the heating elements in the exchanger.

Cieľom predkladaného technického riešenia je navrhnúť PTC elektrický ohrievač s vysokou mierou výkonovej a rozmerovej variability s použitím kazetového vyhrievacieho PTC prvku. Tento cieľ sa dosiahne modulárnou zostavou s možnosťou rozšírenia. PTC elektrický ohrievač menšieho výkonu bude mať menšie rozmery než výkonnejší PTC elektrický ohrievač. Modulárna zostava bude ľahko rozšíriteľná, pričom bude zabezpečená požadovaná vodotesnosť zostavy.The aim of the presented technical solution is to design a PTC electric heater with a high degree of performance and dimensional variability using a cassette heating PTC element. This goal is achieved by a modular assembly with the possibility of expansion. A lower power PTC electric heater will have smaller dimensions than a more powerful PTC electric heater. The modular assembly will be easily expandable, while the required waterproofing of the assembly will be ensured.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Rozšíriteľný modulárny PTC elektrický ohrievač je zostavený zo samostatných modulov, ktoré sa jednoducho prepoja vodotesným spojom pomocou spojovacieho dielu vybaveného tesnením. Všetky moduly majú rovnakú konštrukciu.The expandable modular PTC electric heater is assembled from separate modules that are simply connected by a watertight joint using a joint equipped with a gasket. All modules have the same construction.

Modul je vyhotovený ako valcová alebo kvádrová (sploštená) nádoba s dutinou vodotesne uzavretou dvoma prírubami alebo zátkami. Modul má rúrkový vstupný otvor a rúrkový výstupný otvor, oba otvory sú prepojené s dutinou.The module is designed as a cylindrical or cuboidal (flattened) container with a cavity sealed watertight by two flanges or plugs. The module has a tubular inlet and a tubular outlet, both openings are connected to the cavity.

Na každom module je aspoň na jednej prírube (alebo zátke) pripevnený aspoň jeden PTC kazetový vyhrievací prvok vybavený plášťom z nehrdzavejúceho materiálu (napríklad hliníka, hliníkovej zliatiny alebo ocele) s jedným koncom uzavretým a napájacími vodičmi vychádzajúcimi z druhého konca. Plášť vyhrievacieho prvku môže byť výhodne potiahnutý izolačným plastovým materiálom.On each module, at least one PTC cartridge heating element is mounted on at least one flange (or plug) and equipped with a jacket of stainless material (such as aluminum, aluminum alloy or steel) with one end closed and power leads coming out of the other end. The jacket of the heating element can advantageously be coated with an insulating plastic material.

Vyhotovenie plášťa nevyžaduje žiadnu dodatočnú izoláciu plášťa pri inštalácii do dutiny modulu.The construction of the jacket does not require any additional insulation of the jacket when installed in the module cavity.

Kazetový PTC vyhrievací prvok môže byť vybavený prostriedkami na upevnenie v prírube (alebo v zátke), upevnenie PTC vyhrievacieho prvku k prírube nie je podrobne opísané, nakoľko je súčasťou stavu techniky (používa sa upevňovacia matica, silikónové tesnenie a podobne).The cassette PTC heating element can be equipped with means for fixing in the flange (or in the plug), the fixing of the PTC heating element to the flange is not described in detail, as it is part of the state of the art (fixing nut, silicone gasket, etc. are used).

Osadený a na elektrický zdroj pripojený PTC kazetový vyhrievací prvok odovzdáva teplo kvapaline pretekajúcej dutinou modulu.A PTC cassette heating element installed and connected to an electrical source transfers heat to the liquid flowing through the module cavity.

Modul je vybavený rebrami usporiadanými v dutine na zamedzenie vírenia a na usmernenie toku kvapaliny od vstupného rúrkového otvoru k výstupnému rúrkovému otvoru. Rebrá súčasne slúžia na spevnenie celého modulu a zvýšenie odolnosti proti tlaku pretekajúcej kvapaliny.The module is equipped with fins arranged in the cavity to prevent swirling and to direct the flow of liquid from the inlet pipe opening to the outlet pipe opening. At the same time, the ribs serve to strengthen the entire module and increase the resistance against the pressure of the flowing liquid.

Na spojenie dvoch modulov sa na výstupný rúrkový otvor prvého modulu pripojí vstupný rúrkový otvor druhého modulu, pričom druhý modul je otočený o 180°.To connect two modules, the inlet pipe opening of the second module is connected to the outlet pipe opening of the first module, while the second module is rotated by 180°.

Týmto spôsobom je možné rozširovať elektrický ohrievač podľa potreby.In this way, it is possible to expand the electric heater as needed.

Rúrkové otvory majú dorazy pre spojovací diel. Spojovací diel z kovu alebo vhodného plastu je vybavený dvoma tesniacimi krúžkami, ktorý sa do rúrkových otvorov vkladá na vytvorenie vodotesného spojenia.The pipe openings have stops for the connecting piece. The connecting part made of metal or suitable plastic is equipped with two sealing rings, which is inserted into the pipe openings to create a watertight connection.

Ďalej je modul vybavený na vonkajšom povrchu vystupujúcou stenou s výrezom na vzájomné spojenie a/alebo fixovanie polohy modulov.Furthermore, the module is equipped on the outer surface with a protruding wall with a cut-out for mutual connection and/or fixing the position of the modules.

Ďalej je modul vybavený na vonkajšom povrchu dvoma príchytkami s otvormi na prevlečenie spojovacích tyčí. Spojovacia tyč je výhodne kovová a na oboch koncoch môže mať závit s maticou na stlačenie modulov k sebe a vytvorenie tesného spojenia všetkých modulov.Furthermore, the module is equipped on the outer surface with two clamps with holes for threading the connecting rods. The connecting rod is preferably metal and can have a thread with a nut on both ends to press the modules together and create a tight connection of all the modules.

Modul môže byť vyrobený z vhodného kovového alebo plastového materiálu určeného na horúcu teplonosnú kvapalinu, tiež spojovacia tyč môže byť vyhotovená z akéhokoľvek pevného materiálu.The module can be made of a suitable metal or plastic material designed for hot heat transfer fluid, also the connecting rod can be made of any solid material.

Vo výhodnom prevedení je modul vytvorený z plastu vstrekovaním do formy.In an advantageous embodiment, the module is made of plastic by injection into a mold.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings

Technické riešenie bude vysvetlené pomocou obrázkov, ale bez obmedzenia na ne. Obrázky ukazujú:The technical solution will be explained using, but not limited to, pictures. The pictures show:

obr. 1 - pohľad na modul s osadenými kazetovými PTC vyhrievacími prvkami, obr. 2 - pozdĺžny prierez modulom z obrázka 1, obr. 3 - pohľad spredu do dutiny modulu s rebrami (bez osadených kazetových PTC vyhrievacích modulov), obr. 4 - detail spojovacieho dielu s dvoma tesneniami a umiestnenie spojovacieho dielu v rúrkovom otvore modulu, obr. 5 - naznačený smer prúdenia kvapaliny v modulárnom PTC elektrickom ohrievači a obr. 6 - modulárny elektrický PTC ohrievač zostavený zo štyroch modulov.Fig. 1 - view of the module with installed cassette PTC heating elements, fig. 2 - longitudinal section of the module from figure 1, fig. 3 - front view of the cavity of the module with ribs (without installed cassette PTC heating modules), fig. 4 - detail of the connecting part with two seals and the location of the connecting part in the tubular opening of the module, fig. 5 - indicated direction of liquid flow in a modular PTC electric heater and fig. 6 - modular electric PTC heater assembled from four modules.

Príklady uskutočneniaImplementation examples

Príklad 1Example 1

Na obr. 6 je vyobrazený rozšíriteľný modulárny elektrický PTC ohrievač 100.In fig. 6, an expandable modular electric PTC heater 100 is depicted.

Rozšíriteľný modulárny PTC elektrický ohrievač 100 je vybavený vstupom ohrievanej kvapaliny 30 a výstupom ohriatej kvapaliny 40 a je zostavený zo štyroch samostatných modulov 10, pričom každý modul 10 je vyhotovený ako valcová nádoba 1 s dutinou vodotesne uzavretou dvoma prírubami 2. Modul 10 má rúrkový vstupný otvor 3 a rúrkový výstupný otvor 4, oba otvory 3, 4 sú prepojené s dutinou nádoby 1.The expandable modular PTC electric heater 100 is equipped with a heated liquid inlet 30 and a heated liquid outlet 40 and is assembled from four separate modules 10, each module 10 being made as a cylindrical container 1 with a cavity watertightly closed by two flanges 2. The module 10 has a tubular inlet opening 3 and the tubular outlet opening 4, both openings 3, 4 are connected to the cavity of the container 1.

Každý modul 10 má na každej prírube 2 pripevnené štyri PTC kazetové vyhrievacie prvky 5 vybavené plášťom z nehrdzavejúceho materiálu s koncom ponoreným do kvapaliny uzavretým a napájacími vodičmi vychádzajúcimi z druhého konca. Plášť PTC vyhrievacieho prvku 5 môže byť výhodne potiahnutý izolačným plastovým materiálom.Each module 10 has mounted on each flange 2 four PTC cartridge heating elements 5 equipped with a jacket of stainless material with the liquid-immersed end closed and power leads coming from the other end. The jacket of the PTC heating element 5 can be advantageously coated with an insulating plastic material.

Modul 10 vyobrazený na obrázkoch 1, 2 a 3 je vybavený rebrami 9 usporiadanými v dutine na zamedzenie vírenia a na usmernenie toku kvapaliny od vstupného rúrkového otvoru 3 k výstupnému rúrkovému otvoru 4. Rebrá 9 súčasne slúžia na spevnenie celého modulu 10 a zvýšenie pevnosti proti tlaku pretekajúcej kvapaliny. PTC kazetové vyhrievacie prvky 5 sú v prírube 2 osadené tak, že zasahujú do dutiny modulu 10 medzi rebrami 9.The module 10 shown in Figures 1, 2 and 3 is equipped with ribs 9 arranged in the cavity to prevent swirling and to direct the flow of liquid from the inlet pipe opening 3 to the outlet pipe opening 4. The ribs 9 simultaneously serve to strengthen the entire module 10 and increase the strength against pressure flowing liquid. The PTC cassette heating elements 5 are fitted in the flange 2 in such a way that they extend into the cavity of the module 10 between the ribs 9.

Na spojenie dvoch modulov 10 za sebou sa na výstupný rúrkový otvor 4 prvého modulu 10 pripojí vstupný rúrkový otvor 3 druhého modulu 10, pričom druhý modul 10 je otočený o 180°. Prvým modulom 10 sa rozumie modul predchádzajúci a druhým modulom 10 sa rozumie modul nasledujúci v smere prúdenia kvapaliny.To connect two modules 10 in a row, the inlet pipe opening 3 of the second module 10 is connected to the outlet pipe opening 4 of the first module 10, while the second module 10 is rotated by 180°. The first module 10 means the preceding module and the second module 10 means the following module in the direction of liquid flow.

Rúrkové otvory 3, 4 majú dorazy 11 pre spojovací diel 7, ktorý sa do otvorov 3, 4 vkladá na vytvorenie vodotesného spojenia. Spojovací diel 7 je vybavený dvoma tesniacimi krúžkami 71, 72 a je vyobrazený na obrázku 4.The pipe openings 3, 4 have stops 11 for the connecting part 7, which is inserted into the openings 3, 4 to create a watertight connection. The connecting part 7 is equipped with two sealing rings 71, 72 and is shown in figure 4.

Po spojení modulov 10 pomocou spojovacieho dielu 7 kvapalina preteká cez vstup ohrievanej kvapaliny 30 v smere prúdenia od vstupného otvoru 3 každého modulu 10 k jeho výstupnému otvoru 4, prietok je usmerňovaný rebrami 9 a tento spôsob vedenia kvapaliny modulmi 10 vykazuje najmenšie tlakové straty. Smer prúdenia ohrievanej kvapaliny cez spojené moduly 10 je znázornený šípkami na obr. 5.After connecting the modules 10 using the connecting part 7, the liquid flows through the heated liquid inlet 30 in the direction of flow from the inlet opening 3 of each module 10 to its outlet opening 4, the flow is directed by the ribs 9 and this way of conducting the liquid through the modules 10 shows the smallest pressure losses. The direction of flow of the heated liquid through the connected modules 10 is shown by the arrows in Fig. 5.

Na obr. 5 je vstup ohrievanej kvapaliny 30 na najnižšom mieste modulárneho elektrického PTC ohrievača 100, takéto usporiadanie je výhodné kvôli odstraňovaniu vzduchových bublín smerujúcich nahor, k miestu, kde v systéme býva umiestnený odvzdušňovací ventil. Samozrejme, v inom vyhotovení môže byť vstup ohrievanej kvapaliny 30 na najvyššie položenom mieste modulárneho elektrického PTC ohrievača 100. Vyobrazený smer prúdenia kvapaliny ukazuje, že kvapalina prúdi cez spojené moduly 10 vždy od vstupného kruhového otvoru 3 k výstupnému kruhovému otvoru 4.In fig. 5 is the heated liquid inlet 30 at the lowest point of the modular electric PTC heater 100, such an arrangement is advantageous due to the removal of air bubbles directed upwards to the place where the vent valve is located in the system. Of course, in another embodiment, the heated liquid inlet 30 can be at the highest point of the modular electric PTC heater 100. The depicted direction of liquid flow shows that the liquid flows through the connected modules 10 always from the inlet circular opening 3 to the circular outlet opening 4.

Modul 10 je vybavený na vonkajšom povrchu vystupujúcou stenou 8 s výrezom na vzájomné spojenie modulov a/alebo fixovanie ich polohy pred spojením pomocou spojovacieho dielu 7.The module 10 is equipped on the outer surface with a protruding wall 8 with a cut-out for connecting the modules to each other and/or fixing their position before connection using the connecting part 7.

Ďalej je modul 10 vybavený na vonkajšom povrchu dvoma príchytkami 6 s otvormi na prevlečenie spojovacích tyčí 50. Spojovacia tyč 50 je výhodne kovová a na oboch koncoch môže mať závit s maticou na dodatočné pritlačenie modulov 10 k sebe a vytvorenie tesného spojenia všetkých modulov 10 a príslušných spojovacích dielov 5.Furthermore, the module 10 is equipped on the outer surface with two clips 6 with holes for passing through the connecting rods 50. The connecting rod 50 is preferably metal and can have a thread with a nut at both ends for additional pressing of the modules 10 together and creating a tight connection of all the modules 10 and the corresponding connecting parts 5.

Modul 10 môže byť vyrobený z vhodného kovového alebo plastového materiálu určeného na horúcu teplonosnú kvapalinu, tiež spojovacia tyč 50 môže byť vyhotovená z akéhokoľvek pevného materiálu.The module 10 can be made of a suitable metal or plastic material designed for hot heat transfer fluid, also the connecting rod 50 can be made of any solid material.

Vo výhodnom prevedení je modul 10 vytvorený z plastu vstrekovaním do formy.In an advantageous embodiment, the module 10 is made of plastic by injection into a mold.

V príklade uskutočnenia je modulárny PTC elektrický ohrievač 100 zostavený zo štyroch modulov 10, každý z nich má osem kazetových vyhrievacích PTC prvkov 5 s výkonom 400 W a celkový výkon modulárneho PTC elektrického ohrievača je teda 12,8 kW. Modulárny elektrický PTC ohrievač má celkové rozmery 300 mm x 110 mm x 480 mm (dĺžka x šírka x výška), čo predstavuje vhodný výkon a rozmery na použitie modulárneho ohrievača ako záložného elektrického ohrievača pre systémy s tepelným čerpadlom.In the exemplary embodiment, the modular PTC electric heater 100 is assembled from four modules 10, each of which has eight cassette PTC heating elements 5 with a power of 400 W, and the total power of the modular PTC electric heater is therefore 12.8 kW. The modular electric PTC heater has an overall dimensions of 300mm x 110mm x 480mm (L x W x H), which is a suitable power and size for using the modular heater as a backup electric heater for heat pump systems.

Príklad 2 (nevyobrazený)Example 2 (not shown)

Modulárny PTC elektrický ohrievač 100 je zostavený z dvoch modulov 10, každý z nich má osem kazetových vyhrievacích PTC prvkov 5 s výkonom 400 W a celkový výkon modulárneho PTC elektrického ohrievača je teda 6,4 kW. Už pri spojení dvoch modulov 10 so šestnástimi kazetovými vyhrievacími PTC prvkami je vytvorený menší záložný elektrický ohrievač pre systémy s tepelným čerpadlom.The modular PTC electric heater 100 is assembled from two modules 10, each of which has eight cassette PTC heating elements 5 with a power of 400 W, and the total power of the modular PTC electric heater is thus 6.4 kW. Already by connecting two modules 10 with sixteen cassette heating PTC elements, a smaller backup electric heater for systems with a heat pump is created.

V samostatnom nároku je chránený systém tepelného čerpadla na vykurovanie budov a/alebo prípravu teplej úžitkovej vody, vyznačujúci sa tým, že záložný elektrický ohrievač zapojený v uzavretom okruhu teplonosného média je modulárny PTC elektrický ohrievač podľa predkladaného technického riešenia.In a separate claim, a heat pump system for heating buildings and/or preparing hot domestic water is protected, characterized in that the backup electric heater connected in a closed circuit of the heat-carrying medium is a modular PTC electric heater according to the presented technical solution.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability

Modulárny PTC elektrický ohrievač podľa predkladaného riešenia môže nahradiť v súčasnosti používané elektrické ohrievače s odporovými špirálami. Technické riešenie umožňuje jednoduchým spôsobom rozšíriť 10 zostavu ohrievača podľa požadovaného výkonu, pričom hodnoty výkonov sú v rozmedzí od 400 W a prakticky zhora neobmedzené.The modular PTC electric heater according to the presented solution can replace the currently used electric heaters with resistance coils. The technical solution makes it possible to easily expand the 10 heater assembly according to the required power, while the power values are in the range from 400 W and practically unlimited from above.

Claims (9)

NÁROKY NA OCHRANUCLAIMS FOR PROTECTION 1. Modulárny PTC elektrický ohrievač vybavený vstupom ohrievanej kvapaliny (30) a výstupom ohriatej kvapaliny (40), zostavený z aspoň dvoch konštrukčne rovnakých modulov (10), vyznačujúci sa tým, že modul (10) je vyhotovený ako valcová alebo kvádrová nádoba (1) s dutinou vodotesne uzavretou dvoma prírubami alebo zátkami (2), modul (10) má rúrkový vstupný otvor (3) a rúrkový výstupný otvor (4), oba otvory sú prepojené s dutinou nádoby (1), moduly (10) sú vzájomne spojené spojovacím dielom (7) vybaveným dvoma tesneniami (71, 72), každý modul (10) je vybavený aspoň jedným PTC kazetovým vyhrievacím prvkom (5) upevneným na aspoň jednej prírube alebo zátke (2).1. A modular PTC electric heater equipped with a heated liquid inlet (30) and a heated liquid outlet (40), assembled from at least two structurally identical modules (10), characterized in that the module (10) is designed as a cylindrical or cuboid container (1 ) with the cavity watertightly closed by two flanges or plugs (2), the module (10) has a tubular inlet opening (3) and a tubular outlet opening (4), both openings are connected to the container cavity (1), the modules (10) are interconnected connecting part (7) equipped with two seals (71, 72), each module (10) is equipped with at least one PTC cassette heating element (5) fixed on at least one flange or plug (2). 2. Modulárny PTC elektrický ohrievač podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že modul (10) je v dutine nádoby (1) vybavený rebrami (9) usporiadanými na zamedzenie vírenia, na usmernenie prúdu ohrievanej kvapaliny a na zvýšenie pevnosti nádoby (1) proti tlaku.2. Modular PTC electric heater according to claim 1, characterized in that the module (10) is equipped in the cavity of the container (1) with ribs (9) arranged to prevent swirling, to direct the flow of the heated liquid and to increase the strength of the container (1) against pressure. 3. Modulárny PTC elektrický ohrievač podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že vstup (30) ohrievanej kvapaliny je pripojený na rúrkový vstupný otvor (3) prvého modulu (10) a výstup ohriatej kvapaliny (40) je pripojený na rúrkový výstupný otvor (4) posledného pripojeného modulu (10).3. Modular PTC electric heater according to claim 2, characterized in that the inlet (30) of the heated liquid is connected to the pipe inlet opening (3) of the first module (10) and the outlet of the heated liquid (40) is connected to the pipe outlet opening (4) ) of the last connected module (10). 4. Modulárny PTC elektrický ohrievač podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nároku, vyznaču júci sa tým, že modul (10) je vybavený na vonkajšom povrchu vystupujúcou stenou (8) s výrezom na vzájomné spojenie modulov (10) a/alebo fixovanie ich polohy pred spojením pomocou spojovacieho dielu (7).4. A modular PTC electric heater according to any preceding claim, characterized in that the module (10) is equipped on the outer surface with a projecting wall (8) with a cut-out for connecting the modules (10) to each other and/or fixing their position before connection by means of a connecting part (7). 5. Modulárny PTC elektrický ohrievač podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nároku, vyznaču júci sa tým, že na spojenie dvoch modulov (10) za sebou sa na výstupný rúrkový otvor (4) prvého modulu (10) pripojí vstupný rúrkový otvor (3) druhého modulu (10), pričom druhý modul (10) je otočený o 180° proti prvému modulu (10).5. A modular PTC electric heater according to any preceding claim, characterized in that to connect two modules (10) one after the other, the inlet pipe opening (3) of the second module (10) is connected to the outlet pipe opening (4) of the first module (10) ), while the second module (10) is turned 180° against the first module (10). 6. Modulárny PTC elektrický ohrievač podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nároku, vyznaču júci sa tým, že modul (10) je vybavený na vonkajšom povrchu dvoma príchytkami (6) s otvormi na prevlečenie spojovacích tyčí (50), pričom spojovacia tyč (50) má na oboch svojich koncoch závit s maticou na dodatočné pritlačenie modulov (10) a príslušných spojovacích dielov (7) k sebe.6. A modular PTC electric heater according to any preceding claim, characterized in that the module (10) is equipped on the outer surface with two clamps (6) with holes for passing connecting rods (50), while the connecting rod (50) has at its ends, a thread with a nut for additional pressing of the modules (10) and the corresponding connecting parts (7) together. 7. Modulárny PTC elektrický ohrievač podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nárokov, vyznaču júci sa tým, že modul (10), spojovací diel (5) a spojovacia tyč (50) sú vyrobené z kovového alebo plastového materiálu určeného na horúcu teplonosnú kvapalinu.7. A modular PTC electric heater according to any of the preceding claims, characterized in that the module (10), the connecting part (5) and the connecting rod (50) are made of metal or plastic material intended for hot heat transfer fluid. 8. Modulárny PTC elektrický ohrievač podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že modul (10) je výhodne vytvorený z plastu vstrekovaním do formy.8. A modular PTC electric heater according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the module (10) is preferably made of plastic by injection molding. 9. Systém tepelného čerpadla na vykurovanie budov a/alebo prípravu teplej úžitkovej vody, vyznačujúci sa tým, že záložný elektrický ohrievač zapojený v uzavretom okruhu teplonosného média je modulárny PTC elektrický ohrievač podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nároku.9. A heat pump system for heating buildings and/or preparing domestic hot water, characterized in that the backup electric heater connected in a closed circuit of the heat-carrying medium is a modular PTC electric heater according to any preceding claim.
SK108-2022U 2022-08-15 2022-08-15 Modular PTC electric heater SK9745Y1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK108-2022U SK9745Y1 (en) 2022-08-15 2022-08-15 Modular PTC electric heater
EP23190607.4A EP4325137A1 (en) 2022-08-15 2023-08-09 Modular ptc electric heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK108-2022U SK9745Y1 (en) 2022-08-15 2022-08-15 Modular PTC electric heater

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK1082022U1 SK1082022U1 (en) 2023-01-11
SK9745Y1 true SK9745Y1 (en) 2023-05-17

Family

ID=84810904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK108-2022U SK9745Y1 (en) 2022-08-15 2022-08-15 Modular PTC electric heater

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4325137A1 (en)
SK (1) SK9745Y1 (en)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19613579A1 (en) * 1996-04-04 1997-10-09 Eckerfeld Erika Electrical water heater with continuous flow
EP2022687A1 (en) * 2007-07-30 2009-02-11 Chia-Hsiung Wu Vehicular fluid heater
ITTO20100351A1 (en) * 2010-04-27 2011-10-28 N&W Global Vending Spa BOILER FOR THE HEATING OF A LIQUID
FR2979692B1 (en) * 2011-09-06 2018-06-15 Valeo Systemes Thermiques ELECTRICAL HEATING DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE, AND HEATING AND / OR AIR CONDITIONING APPARATUS THEREFOR
DE102011088773A1 (en) 2011-12-15 2013-06-20 Behr Gmbh & Co. Kg Electrically operated heater
DE102014226892A1 (en) 2014-12-23 2016-06-23 Vaillant Gmbh Method for avoiding dry firing in electric instantaneous water heaters
IT201900012903A1 (en) 2019-07-25 2021-01-25 Irca Spa ELECTRIC HEATER
EP3869118A1 (en) 2020-02-24 2021-08-25 Vaillant GmbH Electric water heater
SK8995Y1 (en) 2020-05-12 2021-01-27 Protherm Production S R O Electric water heater

Also Published As

Publication number Publication date
SK1082022U1 (en) 2023-01-11
EP4325137A1 (en) 2024-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3830489B1 (en) Internally heated phase change material heat batteries
SK9745Y1 (en) Modular PTC electric heater
KR200435845Y1 (en) Closing Solar Heater
KR20110048639A (en) Energy saving type fan heater using nano tube plane heater
CN117906269A (en) Fastening system for a tube passing through a plate of an air treatment unit, and air treatment unit comprising such a system
RU2705348C1 (en) Thermoelectric power supply source for heat point
KR20160117966A (en) Boiler
KR101138668B1 (en) Heat exchanger
JP2008196765A (en) Manufacturing method of heat storage device
RU2804784C1 (en) Heat exchanger for electric water boiler with thermal energy generation by flat thermistor heating elements and method of its manufacture
AU2019308740B2 (en) Internally heated phase change material heat batteries
KR200349121Y1 (en) Heater device having heating element of the cooling water
SK281453B6 (en) Electric through-flow heater and process for producing tubular heating module
CN220826457U (en) Water heating PTC
CN109163372A (en) A kind of electromagnetic heating equipment
KR101062651B1 (en) Heat exchanger for heating
KR101515879B1 (en) Electric boiler heater
CN209840400U (en) High-power water-through PTC heating pipe
RU2783613C2 (en) Heat batteries heated from inside with phase transition material
KR20110011034U (en) heat exchanger and electric boiler utilizing the same
CN116858005A (en) Electric heating device for molten salt storage tank with enhanced heat transfer and use method thereof
EP3805661A1 (en) Heating device
KR200337517Y1 (en) Structure for heating the floor
SK662022U1 (en) PTC electric heater
CN111110048A (en) Heating device and water dispenser using same