WO2009052994A2

WO2009052994A2 - Heizvorrichtung und wärmetauscher

Info

Publication number: WO2009052994A2
Application number: PCT/EP2008/008786
Authority: WO
Inventors: Hartmut Eisenhauer; Elmar Mangold
Original assignee: Stego-Holding Gmbh
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2009-04-30
Also published as: US8478117B2; JP5412435B2; PT2217864E; CN103256717A; KR20100089083A; WO2009052994A3; DE102008030212A1; ES2541460T3; PL2217864T3; JP2011519410A; HK1145867A1; US20100220985A1; EP2217864B1; DK2217864T3; CN103256717B; BRPI0818032B1; CN101868675A; CN101868675B; KR101559598B1; BRPI0818032A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einer Heizanordnung in einem in einer Längsrichtung von einem fluiden Medium durchströmbares Gehäuse, wobei die mindestens eine Heizanordnung mindestens zwei Gitterelemente als Wärmetauscher-Platten mit Öffnungen umfasst, durch welche das Medium strömt, deren Gitterebenen zum Austausch von Wärmeenergie zwischen Platte und dem fluiden Medium ausgebildet sind, mindestens ein Heizelement, insbesondere ein PTC-Element, das zwischen den Gitterelementen angeordnet ist, wobei die mindestens eine Heizanordnung derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass die Gitterebenen der Gitterelemente im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung angeordnet sind, so dass der Mediumstrom im Wesentlichen senkrecht zu den Gitterebenen ausgerichtet ist, wobei die Gitterelemente und das mindestens eine Heizelement mittels mindestens eines Spannelements zu deren Berührung gegeneinander verspannt angeordnet sind, und wobei die Gitterelemente jeweils mindestens einen Kontaktbereich aufweisen und derart angeordnet sind, dass sie die Wärmeenergie von dem mindestens einen Heizelement im Wesentlichen über den Kontaktbereich aufnehmen. Die Heizvorrichtung ist bei vereinfachter Fertigung mit geringen Kosten herzustellen, wobei Umweltaspekte auch während des Betriebs der Heizvorrichtung Berücksichtigung finden.

Description

Heizvorrichtung und Wärmetauscher

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einer Heizanordnung sowie einen Wärmetauscher.

Derartige Heizgeräte werden vielfältig eingesetzt, so z. B. in Schaltschränken, um die darin enthaltene Elektronik auch bei niedrigen Außentemperaturen auf Betriebstemperatur zu halten oder entsprechende Kondensatbildung zu vermeiden. Sie werden mit unterschiedlichen Wärmeleistungen in hohen Stückzahlen gefertigt. Der auf dem Markt akzeptierte Preis ist relativ niedrig, zudem haben bekannte Geräte oftmals einen hohen Stromverbrauch. Die Nachfrage nach umweltverträglichen Produkten steigt.

Bekannte Geräte sind teuer und aufwändig in der Herstellung. Insbesondere sind die Betriebskosten aufgrund des hohen Stromverbrauchs meist hoch. Auch werden oftmals Materialien für derartige Geräte verwendet, die eine Umweltbelastung mit sich bringen.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zu Grunde, Heiz Vorrichtungen der eingangs genannten Art bei vereinfachter Fertigung mit geringen Kosten herzustellen, wobei Umweltaspekte auch während des Betriebs der Heizvorrichtungen Berücksichtigung finden sollen.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.

Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Heizvorrichtung gelöst, umfassend mindestens eine Heiz an Ordnung,

Stromzuführungseinrichtungen zum Zuführen von Strom an die Heiz an Ordnung, ein in einer Längsrichtung von einem fluiden Medium durchströmbares Gehäuse zur Aufnahme der Heiz an Ordnung, wobei die mindestens eine Hei2anordnung umfasst mindestens zwei Gitterelemente als Wärmetauscher-Platten mit Öffnungen, durch welche das Medium strömt, deren Gitterebenen zum Austausch von Wärmeenergie zwischen Platte und dem fluiden Medium ausgebildet sind, mindestens ein Heizelement, insbesondere ein PTC-Element, das zwischen den

Gitterelementen angeordnet ist, wobei die mindestens eine Heizanordnung derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass die Gitterebenen der Gitterelemente im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung angeordnet sind, so dass der Mediumstrom im Wesentlichen senkrecht zu den Gitterebenen ausgerichtet ist, wobei die Gitterelemente und das mindestens eine Heizelement mittels mindestens eines Spannelements zu deren Berührung gegeneinander verspannt angeordnet sind, und wobei die Gitterelemente jeweils mindestens einen Kontaktbereich aufweisen und derart angeordnet sind, dass sie die Wärmeenergie von dem mindestens einen Heizelement im Wesentlichen über den Kontaktbereich aufnehmen.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass ein Gitterelement als Wärmetauscher-Platte verwendet wird, das es ermöglicht, aufgrund seiner Öffnungen einen hohen Verwirbelungsgrad des durchströmenden Mediums, z. B. Luft, zu erzielen, während sich das strömende Medium zwischen den Gitterelementen wieder beruhigen kann. Damit lässt sich die Wärmeabgabe aus der Heizvorrichtung deutlich erhöhen und so ein höherer Wirkungsgrad erzielen. Gleichzeitig werden die Heizelemente durch den Wärmetausch gekühlt und sind so stets einsatzbereit. Durch Öffnungsvariationen, also dem Einsatz verschiedener Lochgitter bzw. Gitterelemente ist zudem eine Leistungsanpassung möglich (Größe, Form der Öffnungen). Es können beliebige Öffnungsformen vorgesehen sein, z. B. rautenförmige, ovale oder runde Öffnungen.

Durch das mindestens eine Spannelement lassen sich Gitterelemente und Heizelement(e) einfach und ohne zusätzliche Verbindungsmaßnahmen aneinander fügen, so dass ein optimaler Wärmeübergang vom Heizelement zu den Gitterelementen gegeben ist. So kann z. B. auf elektrisch leitende Klebeverbindungen verzichtet werden. Die Verspannung ermöglicht die Nutzung höherer Temperaturen, als dies bei Klebe verbin düngen möglich wäre. Insofern stellen die Gitterelemente mit dem mindestens einen dazwischen angeordneten Heizelement eine Heizanordnung dar, die auf einfache Weise mit geringem Materialeinsatz herstellbar ist und effizient arbeitet.

Aufgrund der Öffnungen des Gitterelements wird die Oberfläche der Wärmetauscher- Platte vergrößert und zudem das durchströmende Medium verwirbelt, so dass eine verbesserte Wärmeenergieabgabe erreichbar ist. Nach der Verwirbelung entspannt sich das Medium und strömt eher laminar auf das nächste Gitterelement zu. Verwirb elungs- und Entspannungszonen erhöhen den Wirkungsgrad der Heizvorrichtung.

Mit "Längsrichtung" ist hier die Richtung des Aufbaus der Heizvorrichtung gemeint. Die Gitterelemente sind derart nacheinander im Gehäuse angeordnet, dass sie nacheinander vom Medium durchströmbar sind. Das heißt, das Gehäuse ist in seiner Längsrichtung durchströmbar. Die Längsrichtung kann auch als z-Richtung bezeichnet werden.

Vorzugsweise ist ein Gebläse in dem Gehäuse zur Erzeugung des Mediumstroms angeordnet. Somit ist gewährleistet, dass ausreichend von dem Heizelement oder den Heizelementen erzeugte Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird.

Vorzugsweise sind die Gitterelemente aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet und die Stromzuführungseinrichtungen sind derart ausgebildet und an den Gitterelementen angeordnet dass die Bestromung des mindestens einen Heizelements über die Gitterelemente erfolgt. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung sowohl Wärmeströme als auch elektrische Ströme fließen, ist die Anordnung derart aufgebaut, dass dies auf einfache Weise ermöglicht wird, ohne zwischen den Heizelementen und Gitterelementen Isolationsbereiche vorsehen zu müssen (die die Wärmeabgabe bzw. den Wärmeübergang von Heizelement auf das Gitterelement erschweren würden). So führt der Strompfad über die Gitterelemente zu den Heizelementen, gleichzeitig ist ein optimaler Austausch von Wärmeenergie möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Heizanordnungen vorgesehen, wobei die Heizanordnungen derart sandwichförmig aneinander angeordnet sind, dass sie nacheinander vom Medium durchströmt werden. Dabei sind die Heizelemente und das mindestens eine Spannelement derart angeordnet, dass die Heizelemente und Kontaktbereiche übereinander liegen und über die gesamten Heizanordnungen hinweg gegeneinander verspannt sind. Die Gitterelemente, insbesondere die Kontaktbereiche, müssen eine möglichst ebene Auflagefläche für die Heizelemente, z. B. PTC-Elemente aufweisen, um einen möglichst guten Wärmeübergang zwischen den Heizelementen und den Gitterelemente zu erzielen. Dies ist ein Faktor, um möglichst viel Leistung aus der Heizvorrichtung zu erhalten.

Als Heizelemente eignen sich, wie bereits angemerkt PTC-Elemente. Aber auch andere Heizelemente können hierfür vorgesehen sein.

Das heißt, da die Heizanordnungen im Gehäuse übereinander in Längsrichtung, also in Strömungsrichtung, angeordnet sind, liegen auch die Kontaktbereiche übereinander, wobei zwischen den Kontaktbereichen innerhalb einer Heizanordnung jeweils die Heizelemente vorgesehen sind. Bei der Anordnung ist darauf zu achten, dass die Stromzuführungseinrichtungen derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Heizelemente, insbesondere die PTC-Elemente, parallel geschaltet sind, da nur so ein reibungsfreier Betrieb der Heizeinrichtung gewährleistet ist.

PTC-Elemente (positiver Temperaturkoeffizient) leiten den Strom bei tiefen Temperaturen sehr gut, während mit zunehmender Temperatur auch deren elektrischer Widerstand steigt. Damit sind PTC-Elemente selbstbegrenzend, da sie bei einer bestimmten Temperatur abschalten. Eine Überhitzung wird damit vermieden.

In einer Ausführungsform ist mindestens ein Abstandshalter zwischen den Heizanordnungen vorgesehen, der vorzugsweise so ausgebildet ist, dass alle Gitterelemente im Wesentlichen denselben Abstand voneinander haben. Die Gitterelemente innerhalb einer Heizanordnung werden vorteilhafterweise durch das mindestens eine Heizelement voneinander beabstandet. Der Abstandshalter ist nun vorzugsweise derart ausgebildet, dass die einander zugewandten Gitterelemente der nacheinander angeordneten Heizanordnungen ebenfalls voneinander beabstandet sind, wobei der Abstand vorzugsweise im Wesentlichen dem Abstand der Gitterelemente in einer Heizanordnung entspricht. Die Anordnung muss dabei derart vorgesehen sein, dass ein Strompfad durch die Vielzahl von Heizanordnungen geführt und so die Stromversorgung der Heizelemente gewährleistet ist.

Im Übrigen sind bzgl. der Abstände ohnehin elektrische Vorgaben von VDE zu beachten. Auch müssen die Abstände derart ausgebildet sein, dass sich tatsächlich Beruhigungszonen für das strömende Medium, wie eingangs erwähnt, ausbilden können. Der Abstand ist auch durch die Feder vorgegeben, die die Vorspannung, den elektrischen Kontakt und die entsprechende thermische Entkopplung zum benachbarten in Serie angeordneten PTC übernimmt.

Eine erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass an einander gegenüberliegenden Rändern der Gitterelemente Kontaktbereiche vorgesehen sind. So können die Kontaktbereiche z. B. an zwei gegenüberhegenden Seiten angeordnet sein. Damit lässt sich in sandwichför- miger Anordnung auch eine Vielzahl von Heizelementen an den Kontaktbereichen eines Gitterelements zur Bildung eines stabilen Stapels aus Gitterelementen und Heizelementen anordnen. Gegebenenfalls sind ferner die Abstandshalter vorgesehen, wie bereits oben beschrieben, wobei diese ebenfalls im Bereich der Kontaktbereiche und Heizelemente derart angeordnet sind, dass sie zur Stabilität des Stapels beitragen.

Vorzugsweise ist ein Brückenelement oder Haltebügel derart vorgesehen und als Spannelement ausgebildet, dass es die mindestens zwei Heizanordnungen umgreift und die Gitterelemente und die Heizelemente gegeneinander verspannt. Das heißt, das Brückenelement dient dem Zusammenhalten der Heiz an Ordnungen, wobei durch das Brückenelement auch innerhalb einer jeden Heizanordnung der Zusammenhalt zwischen Gitterelementen und dem mindestens einen Heizelement gewährleistet ist. Zudem übernimmt das Brückenelement — wie später noch genauer erläutert wird — die Aufgabe der Stromführung.

Auch eine einzelne Heizanordnung kann mit dem Brückenelement umgeben sein, um die Gitterelemente und das mindestens eine Heizelement in Position und gegeneinander verspannt zu halten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Brückenelement derart mit Abstandselementen ausgebildet, dass die mindestens eine Heizanordnung in dem Gehäuse fixierbar und beabstandet von dem Gebläse und/oder dem Gehäuse in diesem lagerbar ist. Die Abstandselemente erstrecken sich vorzugsweise derart aus dem Brückenbereich hervor, dass sie sich beispielsweise gegen Vorsprünge im Innenraum des Gehäuses abstützen bzw. zwischen diese eingeklemmt werden und so die Heizanordnung(en) in Position im Inneren des Gehäuses halten. Gleichzeitig kann durch die Abstandselemente eine geeignete Beabstandung zu anderen Bauteilen im Gehäuse, z. B. zum Gebläse, gewährleistet werden. Damit kann das Brückenelement in diesem Falle die Positionierung der Heizanordnung in dem Gehäuse übernehmen, so dass ein funktionsgerechter Betrieb der Heizvorrichtung gewährleistet ist.

Vorzugsweise ist der mindestens eine, vorzugsweise zwischen den Heiz an Ordnungen angeordnete Abstandshalter zur Bildung eines zusätzlichen Spannelements federnd ausgebildet und wirkt z. B. dem Brückenelement entgegen. Der Abstandshalter ist, wie bereits oben beschrieben, z. B. zwischen den Heiz an Ordnungen angeordnet, um eine Beabstandung der Heizanordnungen zu gewährleisten. Eine federnde Ausführung ermöglicht, dass die Gitterelemente und Heizelemente allesamt gegeneinander zur verbesserten Kontaktierung verspannt sind. Zudem ermöglicht der federnde Abstandshalter bei relativ steifem Brückenelement unterschiedliche Ausgleichsmöglichkeiten für die verschiedensten Heiz an Ordnungen. So können mit den federnden Abstandshaltern z. B. unterschiedliche Dicken der Gitter- und/oder Heizelemente oder deren Anzahl innerhalb eines Brückenelements ausgeglichen werden. Auch lässt sich z. B. die Spannkraft einstellen, d. h. die Kraft, mit welcher die Bauteile gegeneinander verspannt werden sollen. Vorzugsweise sind die Abstandshalter derart zwischen den Heizanordnungen integriert, dass sie die anhegenden Gitterelemente im Wesentlichen über den gesamten Kontaktbereich kontaktieren, um so eine gleichmäßige Verspannung zu erzielen (Linienkontakt). Außerdem wird die Klemmwirkung durch die Ausdehnung des Materials der Spannelemente bei höheren Temperaturen verbessert.

Zur Feder allgemein ist ferner zu sagen, dass der Wärmetransport zu benachbarten in Serie angeordneten Heizelementen, also z. B. zu den PTCs, durch die linienförmigen Auflageflächen gehemmt ist. Dies erhöht die Leistung der Anordnung. Eine erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass das Brückenelement und/oder der mindestens eine Abstandshalter als Stromzuführungseinrichtungen ausgebildet sind. Mittels der Einbindung dieser Elemente in den Strompfad kann eine betriebsgerechte Bestromung der Heizelemente, insbesondere der PTC-Elemente bereitgestellt werden.

Als Abstandshalter lassen sich die verschiedensten Federtypen einsetzen, wie z. B. ein einfaches V-Blech, aber auch Schrauben- oder Tellerfeder.

Es ist natürlich auch möglich, die Heizanordnungen bzw. deren Elemente mittels eines an dem - in Längsrichtung betrachtet — obersten Gitterelement ansetzenden Spannelements, das gegen die Heizanordnungen drückt, gegeneinander zu verspannen, wobei dann an dem untersten Gitterelement ein nicht federndes Gegenelement vorgesehen ist. Die Heiz an Ordnungen sind derart voneinander zu beabstanden, dass kein Kurzschluss entstehen kann.

Vorzugsweise sind das mindestens eine Heizelement und/oder die Gitterelemente und ggf. der mindestens eine Abstandshalter in Aufnahm ebereichen eines Rahmenelements gelagert, wobei die Aufnahm eb er eiche derart ausgebildet sind, dass das mindestens eine Heizelement und/oder die Gitterelemente und ggf. der mindestens eine Abstandshalter im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung fixiert und in Längsrichtung herausnehmbar angeordnet sind, wobei das mindestens eine Heizelement und ggf. der mindestens eine Abstandshalter in Längsrichtung an dem Kontaktbereich der Gitterelemente anliegen.

Das heißt, die in den einen Aufnahmebereichen gelagerten Bauteile (z. B. Heizelement und Ab Standshalter) sind nur in der Längsrichtung (angenommene z-Richtung) verschieblich und in x- und y-Richtung fixiert. Dies erleichtert die Montage der Heizeinrichtung und auch die Positionierung der Heizelemente bzw. Abstandshalter in dem Gehäuse.

Der Aufnahmebereich für die Gitterelemente wird durch Fixierungsvorsprünge an dem Rahmenelement ausgebildet, so dass die beiden, das Heizelement bzw. die Heizelemente umgebenden Gitterelemente im Wesentlichen zentriert an das Rahmenelement anorden- bar sind. Die Fixierungsvorsprünge weisen in z-Richtung sowohl nach unten als auch nach oben, um beide Gitterelemente aufnehmen zu können.

Sind, wie oben bereits beschrieben, die Kontaktbereiche an z. B. zwei einander gegenüberliegenden Seiten oder Rändern an einem Gitterelement vorgesehen, so sind die Aufnahmebereiche in den Rahmenelementen entsprechend angeordnet, das heißt, auch die Aufnahmebereiche befinden sich an zwei einander gegenüberhegenden Seiten oder Rändern der Rahmenelemente. Nur so ist gewährleistet, dass die Heizelemente die Kontaktbereiche kontaktieren können.

Vorzugsweise ist das Rahmenelement derart mit Beabstandungselementen ausgebildet, dass die mindestens eine Heizanordnung beabstandet von dem Gehäuse in diesem lagerbar ist. Das heißt, das Rahmenelement weist z. B. Vorsprünge auf, die ein Annähern der Heizanordnung(en) an die Gehäusewandung verhindern. Damit wird eine ausreichende Belüftung und Kühlung der Heizelemente (direkte Kühlung) gewährleistet und gleichzeitig das Gehäuse vor Überhitzung geschützt.

Die Beabstandungselemente dienen ferner als Montageführung, um die montierte Heizanordnung in das Gehäuse zur Endmontage der Heiz Vorrichtung einführen zu können. Dies erleichtert den Herstellungsprozess.

Das Rahmenelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die einander gegenüberhegenden Aufnahmebereiche mittels einer Mittelstrebe miteinander verbunden sind. Die Strebe dient der Stabilität des Rahmenelements, insbesondere auch bei der Verspannung der Elemente gegeneinander und ferner als Montage- und Positionierungshilfe. Durch das Rahmenelement lässt sich das Heizelement bzw. lassen sich die Heizelemente in der gewünschten Position halten.

In einer Aus führungs form umfasst das Gitterelement ein Streckmetallgitter und/oder ein Stanzgitter. Wandbereiche, die die Öffnung der Gitterelemente (ggf. wenigstens teilweise) umgeben, können zur Längsrichtung (den Aufbau der Heizvorrichtung betreffend) mindestens teilweise schräg ausgerichtet sind. Das heißt, die Wandbereiche können nicht nur parallel zur Längsrichtung ausgerichtet sein, sondern sind gegenüber dieser verkippt. Auch ist es möglich, dass die Wandbereiche nach oben und/oder unten in Bezug auf die Längsrichtung über die Öffnung hinaus hervorstehen (dies ist nachfolgend noch näher beschrieben). Damit wird ein höherer Verwirb elungsgrad des Mediums beim Durchströmen durch das Gitterelement erreicht, als dies bei einem Lochgitter ohnehin schon gegeben ist. Die laminare Strömung kann bei Gittern und insbesondere bei Streckgittern bzw. strukturierten Gittern "aufgerissen" werden und damit auch die isolierenden Luftbzw. Mediumschichten. Die Verwirbelung sorgt dafür, dass vermehrt kalte Luft an die Wärme abgebenden Flächen geführt wird und so letztendlich eine erhöhte Leistung erzielbar ist.

Die Wandbereiche können also hervorstehen oder es können sich Erhebungen aus der Gitterebene heraus erstrecken, die Wandbereiche aufweisen, deren Ausrichtung in Bezug auf die Längsrichtung mindestens teilweise schräg ist. Grundsätzlich kann gerade mit strukturierten Gittern (z. B. Erhebungen in Längs- bzw. z-Richtung, z. B. geriffelt und damit plastisch strukturiert) ein hoher Verwirb elungsgrad und damit eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Heizvorrichtung erzielt werden. Streckmetallgitter weisen in der Regel insbesondere aufgrund der schrägen Flächenbereiche mehr Fläche als solche auf. Damit kann sich das Medium ohne erhöhten Strömungswiderstand länger erhitzen und das Streckmetall kann gleichzeitig besser seine Kühlfunktion ausüben.

Gerade bei Stanzgitter lassen sich die Gitteröffnungen z. B. beliebig formen. Bei Streckmetallgittern ergeben sich oftmals durch den Herstellungsprozess "verzerrte" Wandbereiche, wie es hier erwünscht sein kann.

Im Prinzip entsteht bereits durch die Herstellungsmethode der Streckmetalle eine Gitterform, die Verwirbelungszonen für den Luftstrom in hohem Maße bereitstellen (Verzerrung der Öffnungen, z. B. Rautenform). Das Gitter bricht laminare Luftströmungen auf und ermöglicht so eine wesentlich gleichmäßigere und stärkere Erwärmung der durch die Gitter strömenden Luft. Zwischen den Gittern beruhigt sich die Strömung wieder (Beruhigungszonen), bis ein erneutes Aufreißen der Strömung durch das nächstliegende Gitter erfolgt. Damit kann die Heizleistung der Anordnung erheblich gesteigert werden. In jedem Falle können Teilabschnitte (in Gittetebene odet darüber hinaus stehend) der Gitterelemente zur Plattenoberfläche und damit zur Strömungsrichtung schräg gerichtet sein, so dass für den Wärmeaustausch mehr Fläche zur Verfügung steht und die Verwir- belung begünstigt wird.

Bei plastisch strukturierten Gittern (aus der Gitterebene heraus) sollte besonderer Augenmerk auf die Kontaktbereiche gerichtet werden. Diese müssen ggf. zusätzlich an das strukturierte Gitterelement angebracht werden, um eine ebene Auflagefläche zu gewährleisten.

Streckmetallgitter sind kostengünstig herstellbar, insbesondere deshalb, weil kein Abfall entsteht. Die Gitteröffnungen entstehen bei Streckmetallen durch das Stanzen von Schnitten und dem anschließenden Verformen des Gitters (z. B. Auseinanderziehen der Schnitte). Aufgrund der Material sparenden Herstellungsmethode der Streckmetalle sind diese besonders geeignet, der Nachfrage nach kostengünstigen Heizvorrichtungen entgegen zu kommen. Streckmetall verfügt über eine ggf. geriffelte, plastisch strukturierte Oberfläche (mit Schrägbereichen), die die Verwirbelung begünstigt. Zudem weisen Streckmetallgitter eine hohe Festigkeit und Flächenstabilität auf.

Die Gitterstrukturen lassen sich an unterschiedliche Leistungen anpassen, so dass der Luftdurchsatz erhöht oder gesenkt werden kann. Dies beeinflusst den Wärmeentzug der Heizelemente. Auch können PTC-Elemente mit unterschiedlicher Leistung verwendet werden.

Vorteilhafterweise weisen die Gitterelemente mindestens einen öffnungslosen Kontaktbereich auf. Dies ist insbesondere bei strukturierten Gitterelementen vorteilhaft, die aufgrund ihrer Strukturierung keine gleichmäßig glatte Oberfläche und damit auch keinen Kontaktbereich aufweisen, der ein vollständiges Anliegen der Heizelemente über den gesamten Kontaktbereich ermöglichen würde. Bei einem Lochgitter mit planer Oberfläche können Heizelemente auch auf dem Lochbereich aufliegen. Ein expliziter Kontaktbereich (ohne Öffnungen) verbessert jedoch auch hier die Wärmeübertragung. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Heizelemente und die Kontaktbereiche im Wesentlichen über jeweils den gesamten Rand der Gitterelemente. Somit wird ein möglichst großer Auflage- bzw. Anlage- oder Kontaktbereich für eine optimale Wärmeübertragung genutzt.

Auf diese Weise lässt sich eine Vielzahl von Heiz an Ordnungen in einer Heiz Vorrichtung vorsehen, je nach Bedarf und Größe der Heizvorrichtung. Mit der besonderen Ausgestaltung der Heiz an Ordnungen ist die Heizvorrichtung so in allen drei Dimensionen veränderbar, d. h. die Abmessung der Heizvorrichtung ist nach Bedarf änderbar.

Mit der WO 2006/058687 ist eine Anordnung, ein Heizlüfter, gezeigt, in der der hier beschriebene erfindungsgemäße Gegenstand ebenfalls angewendet werden kann.

Aus Obigem geht hervor, dass mit der Erfindung auch ein Wärmetauscher mit einer Wärmequelle oder Kältequelle und mindestens einer Wärmetauscher-Platte umfasst ist.

Wärmetauscher werden z. B. für die Abgas- oder Abluftwärmenutzung oder ganz allgemein für die Lufterhitzung oder — kühlung in Klimaanlagen eingesetzt. Beispielsweise lassen sich Schaltschränke mit empfindlichen elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen unter Nutzung eines Wärmetauschers in geeignetem Maße temperieren.

Bekannte Wärmetauscher haben aufgrund Ihrer Bauweise meist nur einen geringen Wirkungsgrad, so dass vorhandene Energie nicht ausreichend genutzt werden kann. Zudem ist der auf dem Markt akzeptierte Preis relativ niedrig.

Das Wärmtauscherelement ist eine universell einsetzbare, für sich autarke Einheit, die mit beliebigen Leistungen und Abmessungen in diverse Geräte und Anordnungen eingebaut werden kann.

Wärmetauscher sollen ebenfalls bei vereinfachter Fertigung mit geringen Kosten herzustellen sein, wobei ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden soll. Ein derartiger Wärmetauscher ist mit Anspruch 18 beschrieben und umfasst Folgendes: mindestens eine Wärme- oder Kältequelle zur Erzeugung von Wärmeenergie, sowie mindestens eine Wärmetauscher-Platte, deren Oberfläche zum Austausch von Wärmeenergie zwischen Platte und einem umgebenden fluiden Medium ausgebildet ist, wobei die Wärmetauscher-Platte ein Streckmetallgitter umfasst, mit Öffnungen, durch welche das Medium strömt, wobei die mindestens eine Wärmetauscher-Platte derart angeordnet ist, dass der Mediumstrom im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Wärmetauscher- Platte ausgerichtet ist.

Die Oberfläche ist im Wesentlichen die Fläche, die die Gitterebene ausbildet.

Es ist ein Gitterelement, nämlich ein Streckmetallgitter als Wärmetauscher-Platte vorgesehen, das es ermöglicht, aufgrund seiner Öffnungen einen hohen Verwirb elungsgrad des durchströmenden Mediums, z. B. Luft, zu erzielen. Damit lässt sich die Wärmeabgabe oder Kühlwirkung des Wärmetauschers deutlich erhöhen und so ein höherer Wirkungsgrad erzielen.

Durch Öffnungsvariationen, also dem Einsatz verschiedener Streckmetallgitter bzw. Gitterelemente ist zudem eine Leistungsanpassung möglich (Größe, Form der Öffnungen). Es können beliebige Öffnungsformen vorgesehen sein, z. B. rautenförmige, ovale oder runde Öffnungen.

Streckmetallgitter sind kostengünstig herstellbar, insbesondere deshalb, weil kein Abfall entsteht. Streckmetall verfügt über eine ggf. geriffelte, plastisch strukturierte Oberfläche (mit Schrägbereichen), die die Verwirbelung begünstigt. Zudem weisen Streckmetallgitter eine hohe Festigkeit und Flächenstabilität auf.

Aufgrund der Öffnungen des Streckmetallgitters wird die Oberfläche der Wärmetauscher- Platte vergrößert und zudem das durchströmende Medium verwirbelt, so dass ein verbesserter Wärmeübergang erreichbar ist. Nach der Verwirbelung entspannt sich das Medium und strömt eher laminar weiter und führt dabei die entsprechende Wärmeenergie mit sich. Verwirbelungs- und Entspannungszonen erhöhen den Wirkungsgrad des Wärmetauschers.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff "Wärmeenergie" ebenso den Begriff "Kälteenergie" umfasst und der Begriff "Wärmeübertragung" den Begriff "Kälteübertragung". "Wärmeenergie" meint also im Folgenden sowohl die entsprechende Wärmeenergie, als auch die Kälteenergie.

Vorzugsweise sind die Öffnungen umgebende Wandbereiche des mindestens einen Streckmetallgitters zur Strömungsrichtung mindestens teilweise schräg ausgerichtet. Auch können die Öffnungen alternativ oder zusätzlich jeweils mindestens von einer sich aus der Gitterebene in Strömungsrichtung heraus erstreckenden, zur Strömungsrichtung mindestens teilweise schräg ausgerichteten Erhebung umgeben sein. In jedem Falle können Teilabschnitte (in Gitterebene oder darüber hinaus stehend) der Wärmetauscher- Platte, die ein Streckmetallgitter umfasst, zur Plattenoberfläche und damit zur Strömungsrichtung schräg gerichtet sein, so dass für den Wärmeaustausch mehr Fläche zur Verfügung steht und die Verwirbelung begünstigt wird.

Streckmetallgitter weisen in der Regel (schon bereits aufgrund der Öffnungen, aber) insbesondere aufgrund der schrägen Flächenbereiche mehr Fläche als solche auf. Damit kann sich das Medium ohne erhöhten Strömungswiderstand aufgrund größerer Kontaktfläche länger erhitzen oder abkühlen. Außerdem kann die laminare Strömung gerade mit Streckgittern bzw. strukturierten Gittern (Gitter, die mindestens teilweise eine nicht-plane Oberfläche aufweisen, z. B. geriffelt) mit schrägen Bereichen "aufgerissen" werden und damit auch die isolierenden Luft- bzw. Mediumschichten. Die Verwirbelung sorgt dafür, dass vermehrt noch im Wesentlichen unerwärmtes oder ungekühltes Medium an die Wärmetauscher-Platte geführt wird und so letztendlich eine erhöhte Leistung des Wärmetauschers erzielbar ist. Nach dem Aufreißen der laminaren Strömung kann sich die aufgewärmte oder abgekühlte Luft dann wieder entspannen und gleichmäßig weitergeführt werden.

Im Falle eines Wärmetauschers mit einer Heizquelle sind diese vorzugsweise als PTC- Elemente ausgebildet. PTC-Elemente (positiver Temperaturkoeffizient) leiten den Strom bei tiefen Temperaturen sehr gut, während mit zunehmender Temperatur auch deren elektrischer Widerstand steigt. Damit sind PTC-Elemente selbstbegrenzend, da sie bei einer bestimmten Temperatur abschalten. Eine Überhitzung wird damit vermieden.

Vorzugsweise weist die mindestens eine Wärmetauscher-Platte mindestens einen Kontaktbereich auf und ist derart angeordnet, dass sie die Wärmeenergie von der Wärmequelle oder Kältequelle im Wesentlichen über den Kontaktbereich aufnimmt. Da die mindestens eine Wärmequelle oder Kältequelle das Streckmetallgitter möglichst großflächig für eine gute Wärmeübertragung kontaktieren soll, sollten die Kontaktbereiche möglichst plan ausgebildet sein. Bei Streckmetallgittern, insbesondere mit den oben beschriebenen Erhebungen, kann hierzu ein gesonderter, insbesondere ungelochter Bereich vorgesehen sein, der die Kontaktierung mit der Wärmequelle oder Kältequelle ermöglicht. Platte und Wärmequelle oder Kältequelle sind somit sandwichförmig aneinander angeordnet.

In einer Aus führungs form sind mindestens zwei Wärmetauscher-Platten vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass sie nacheinander vom Medium durchströmt werden, wobei die mindestens eine Wärmequelle oder Kältequelle zwischen den beiden Wärmetauscher- Platten angeordnet ist. Damit kann die Wärmequelle oder Kältequelle (oder auch die mehreren Elemente) die Wärmeenergie sowohl an das oben, als auch an das unten liegende Gitter abgeben, um so die Leistung des Wärmetauschers zu steigern. Die beiden Platten bilden dann mit der mindestens einen dazwischen angeordneten Wärmequelle oder Kältequelle eine Wärmeübertragungs-Anordnung.

Vorzugsweise ist mindestens ein Spannelement derart ausgebildet und angeordnet, dass die Wärmetauscher-Platte bzw. die Wärmetauscher-Platten und die mindestens eine Wärmequelle oder Kältequelle zu deren Berührung gegeneinander verspannt angeordnet sind. So kann z. B. ein Brückenelement vorgesehen sein, das die mindestens eine Wärmetauscher-Platte und die mindestens eine Wärmequelle oder Kältequelle umgreift und so den Zusammenhalt und die gute Kontaktierung zwischen Platte und Wärmequelle oder Kältequelle gewährleistet.

Durch das mindestens eine Spannelement lassen sich Gitterelemente und Wärmequelle (n) oder Kältequelle (n) einfach und ohne zusätzliche Verbindungsmaßnahmen aneinander fügen, so dass ein optimaler Wärmeübergang von der Wärmequelle oder Kältequelle zu den Gitterelementen gegeben ist. So kann z. B. auf Klebeverbindungen verzichtet werden. Die Verspannung ermöglicht die Nutzung höherer Temperaturen, als dies bei Klebeverbindungen möglich wäre.

Um die Leistung des Wärmetauschers zu steigern, können zwei Wärmeübertragungs- Anordnungen sandwichförmig aneinander angeordnet sein, so dass das Medium die beiden Anordnungen nacheinander durchströmt. Um entsprechende Verwirbelungs- und Entspannungszonen vorzusehen, können die Anordnungen beabstandet voneinander angeordnet sein, wobei der Mediumstrom im Wesentlichen senkrecht auf die Gitterebenen auftrifft. Das Spannelement (z. B. Brückenelement) kann dann beide Anordnungen umgreifen. Die Beabstandung zwischen den beiden Wärmeübertragungs-Anordnungen können durch mindestens einen Abstandshalter realisiert werden, der vorzugsweise als ein weiteres Spannelement, z. B. ein V-Blech, ausgebildet ist und dem Brückenelement entgegenwirkt. Damit wird eine gleichmäßige Verspannung der Wärmequellen oder Kältequellen mit den Wärmetauscher-Platten erzielt, so dass eine optimale Wärmeübertragung gewährleistet ist.

Um eine möglichst gleichmäßige Wärmeübertragung von der Wärmequelle oder Kältequelle auf das Streckmetallgitter zu gewährleisten, sind vorzugsweise zwei Kontaktbereiche vorgesehen, die an zwei einander gegenüberliegenden Rändern der Wärmetauscher- Platte^) angeordnet sind. Dementsprechend sind eine Vielzahl von Wärmequellen oder Kältequellen zur Bildung eines stabilen Stapels aus Wärmetauscher-Platten und Wärmequellen oder Kältequellen anordenbar, wobei die Quellen und die Kontaktbereiche übereinander liegen. Die Ausbildung stabiler Stapel ist vor allem bei Wärmeübertragungs- Anordnungen relevant, bei welchen eine Wärme- oder Kältequelle zwischen zwei Gittern angeordnet ist. Es lassen sich dann also mindestens zwei Wärmequellen oder Kältequellen an den Streckmetallgitter (oder auch an einem) anordnen. Auch so kann der Wirkungsgrad des Wärmetauschers erhöht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens eine Wärmequelle oder Kältequelle und/oder das mindestens eine Streckmetallgitter in Aufnahmebereichen eines Rahmenelements gelagert, wobei die Aufnahmebereiche derart ausgebildet sind, dass die mindestens eine Wärmequelle oder Kältequelle und/oder das Streckmetallgitter im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung fixiert und in Strömungsrichtung herausnehmbar angeordnet sind und wobei die mindestens eine Wärmequelle oder Kältequelle in Strömungsrichtung an dem Kontaktbereich des mindestens einen Streckmetallgitters anliegt.

Das heißt, die in den Aufnahmebereichen gelagerten Bauteile sind nur in der Strömungsrichtung (angenommene z-Richtung) verschieblich und in x- und y-Richtung fixiert. Dies erleichtert die Montage des Wärmetauschers und auch die Positionierung der Wärmequelle oder Kältequelle und der Platten.

Der Aufnahmebereich für das oder die Streckmetallgitter, also für die Wärmetauscher- Platten wird durch Fixierungsvorsprünge an dem Rahmenelement ausgebildet, so dass das oder die Streckmetallgitter (die die Wärmequelle oder Kältequelle bzw. quellen umgeben) im Wesentlichen zentriert an das Rahmenelement anordenbar ist bzw. sind. Die Fixierungsvorsprünge weisen in z-Richtung sowohl nach unten als auch nach oben, um zwei Gitterelemente aufnehmen zu können.

Sind, wie oben bereits beschrieben, die Kontaktbereiche an z. B. zwei einander gegenüberliegenden Seiten oder Rändern an einem Gitterelement vorgesehen, so sind die Aufnahmebereiche in den Rahmenelementen entsprechend angeordnet, das heißt, auch die Aufnahm ebereiche befinden sich an zwei einander gegenüberliegenden Seiten oder Rändern der Rahmenelemente. Nur so ist gewährleistet, dass die Wärmequellen oder Kältequellen die Kontaktbereiche optimal kontaktieren können.

Vorzugsweise sind Stromzuführungseinrichtungen derart ausgebildet und vorgesehen, dass die mindestens eine Wärmequelle (ggf. auch Kältequelle) über die mindestens zwei Wärmetauscher-Platten mit Strom versorgbar ist.

Insbesondere lassen sich die PTC-Elemente so einfach mit Strom versorgen. Hierzu ist jeweils ein Anschluss der Stromzuführungseinrichtungen an jeweils einem Streckmetallgitter derart angebracht, dass die PTC-Elemente parallel geschaltet sind (nur so ist deren funktionsgerechter Betrieb gewährleistet). Sind zwei Wärmeübertragungs-Anordnungen vorgesehen, so können die Spannelemente (Brückenelement und Abstandshalter) elektrisch leitfähig ausgebildet sein und einen Teil der Stromzuführungseinrichtungen ausbilden. Durch das Verspannen der Elemente gegeneinander ist nicht nur ein optimaler Wärmeübergang gewährleistet, sondern auch ein Strompfad vorgegeben.

Möglich ist es natürlich auch, die Wärmequellen und ggf. auch die Kältequellen direkt mit Strom zu versorgen. Oder aber die Elemente, z. B. die Kühlquellen sind als Kühlschlangen vorgesehen und werden außerhalb der Wärmeübertragungs-Anordnung, z. B. in einer Klimaanlage gekühlt.

Als Heiz- bzw. Kühlelemente sind z. B. auch Peltier-Elemente anwendbar.

Mit den Streckmetallgittern als Wärmetauscher-Platten sind alle Arten von Wärme oder Kälte liefernden Elemente anwendbar. So können z. B. auch Heiz- oder Kühlschlangen mit den Platten zusammenwirken. In jedem Falle lässt sich ein aufzuwärmendes oder abzukühlendes Medium auf jegliche Art und Weise an die Wärmetauscher-Platten führen.

Mit den erfindungsgemäßen Wärmetauschern lässt sich auf effiziente Weise Wärmeenergie übertragen, wobei die Wärmeübertragungs-Anordnung aus umweltfreundlichen Materialien aufgebaut ist.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

- Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heiz Vorrichtung, wobei eine perspektivische Darstellung mit aufgeschnittenem Gehäuse gezeigt ist;

- Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Heizanordnung, wie sie in der Ausführungsform nach Fig. 1 vorgesehen ist;

- Fig. 3 die Heizanordnung gemäß Fig. 2 als fertig montiertes Bauteil; - Fig. 4 ein Ersatzschaltbild, wobei ein Stromlaufplan für zwei sandwich-förmig angeordnete Heizanordnungen dargestellt ist;

- Fig. 5 die Ausführungsform gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung von unten;

- Fig. 6 die Ausführungsform gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung von hinten;

- Fig. 7 beispielhaft ein Gitterelement mit Kontaktbereichen;

- Fig. 8 eine weitere Ausgestaltung eines Brücken elements.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Es sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Heizanordnungen, Gitterelementen, Rahmenelementen, Brückenelementen und Abstandshaltern jeweils mit einem eigenen Bezugszeichen versehen sind. Die anderen Elementen, wie z. B. die Öffnungen der Gitterelemente, Kontaktbereiche, Ränder, Heizelemente, Aufnahmebereiche etc. sind nur jeweils für eine Ebene (also für ein Gitterelemente oder ein Rahmenelement) bezeichnet, da sonst die Übersichtlichkeit in den Figuren nicht mehr gegeben wäre. Die für eine Heizanordnung bzw. für ein Gitterelement oder ein Rahmenelement bezeichneten Details sind auch in der zweiten Heizanordnung bzw. in den weiteren Gitter- oder Rahmenelementen zu finden.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 in einer perspektivischen Darstellung. Dabei ist eine Schnittdarstellung gezeigt. Die Heizvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 20, das im Wesentlichen Heizanordnungen 30, 31 und ein Gebläse 100 zur Erzeugung eines Mediumstroms aufnimmt. Das Gehäuse 20 ist in einer Längsrichtung L vom fluiden Medium durchströmbar und weist deshalb sowohl an einer Oberseite als auch an einer Unterseite ein Schutzgitter 22, 23 auf, durch welche der Mediumstrom leitbar ist und die gleichzeitig den Eingriff in das Gehäuseinnere verhindern. Über die Unterseite des Gehäuses 20 und durch das Schutzgitter 23 an der Unterseite (deutlicher sichtbar in Fig. 5) hindurch saugt das Gebläse 100 beispielsweise Umgebungsluft an und befördert diese durch die Heizanordnungen 30, 31 und das Schutzgitter 22 an der Oberseite des Gehäuses 20 in die Umgebung.

In Längsrichtung L über dem Gebläse 100, also in Richtung der Oberseite des Gehäuses sind die Heiz an Ordnungen 30, 31 zur Erzeugung der erforderlichen Wärmeenergie angeordnet. Mit den Fig. 2 und 3 sind die Heizanordnungen 30, 31 näher beschrieben. Wie der Explosionsdarstellung gemäß Fig. 2 zu entnehmen und wie auch in Fig. 1 gezeigt ist, sind hier zwei Heiz an Ordnungen 30, 31 vorgesehen, die miteinander gekoppelt sind. Die Heizanordnungen 30, 31 sind derart sandwichförmig aneinander angeordnet, dass sie nacheinander vom Medium durchströmt werden.

Eine Heizanordnung 30 oder 31 umfasst mindestens zwei Gitterelemente 40, 41 oder 42, 43 die als Wärmetauscher-Platten vorgesehen sind. Die Gitterelemente 40, 41 oder 42, 43 weisen Öffnungen 44 auf, durch welche das Medium strömen kann, um beispielsweise die von dem Gebläse 100 angesaugte Luft durch das Gehäuse 20 wieder in die Umgebung (erwärmt) abzugeben. Die Gitterelemente 40, 41 oder 42, 43 bzw. die Gitterebenen 46 sind zum Austausch von Wärmeenergie zwischen Platte und dem fluiden Medium ausgebildet und derart in dem Gehäuse angeordnet (s. auch Fig. 1), dass die Gitterebenen 46 der Gitterelemente 40, 41 oder 42, 43 im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung L angeordnet sind, so dass der Mediumstrom im Wesentlichen senkrecht zu den Gitterebenen 46 ausgerichtet ist.

Jeweils zwischen den beiden Gitterelementen 40, 41 oder 42, 43 sind Heizelemente 50a, 50b, 50c, 5Od angeordnet, die die erzeugte Wärme an die Gitterelemente 40, 41, 42, 43 abgeben können. Die Heizelemente 50a, 50b, 50c, 5Od sind hier vorzugsweise PTC- Elemente. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die PTC-Elemente in einem vierseitigen Rahmenelement 60 bzw. 62 gelagert, derart, dass sie mit ihren Oberflächen die Gitterelemente in Längsrichtung L berühren können, in allen anderen Richtungen, im Wesentlichen senkrecht zu dieser Längsrichtung L, fixiert sind. Um die Heizelemente 50a, 50b, 50c, 5Od festzuhalten, weisen die Rahmenelemente 60, 62 Aufnahmeber eiche 63a, 63b auf, die miteinander durch eine Mittelstrebe 65 verbunden sind. Die Aufnahmebereiche 63a, 63b sind an einander gegenüberliegenden Rändern 67a, 67b jeweils eines Rahmenelements 60, 62 angeordnet, so dass jedes Rahmenelement mindestens zwei Heizelemente aufnehmen kann. In diesem Falle werden Standard-PTC-Elemente verwendet, so dass in einem Aufnahmebereich jeweils zwei PTC-Elemente 50a, 50b bzw. 50c, 5Od und damit insgesamt vier Elemente 50a, 50b, 50c, 5Od in jedem Rahmenelement 60, 62 untergebracht sind.

In dieser Ausführungsform weisen die Gitterelemente 40, 41, 42, 43 ungelochte Bereiche, nämlich Kontaktbereiche 45a, 45b auf, über welche die Heizelemente 50a, 50b bzw. 50c, 5Od an den Gitterelementen 40, 41, 42, 43 anliegen. Die Kontaktbereiche 45a, 45b liegen sich — entsprechend den Aufnahmebereichen 63a, 63b der Rahmenelemente 60, 62 — einander an zwei Rändern 47a, 47b der Gitterelemente gegenüber, so dass die Heizelemente die Kontaktbereiche kontaktieren können. Somit wird die Wärmeenergie von den Heizelementen 50a, 50b bzw. 50c, 5Od im Wesentlichen über den Kontaktbereich 45a, 45b auf die Gitterelemente 40, 41, 42, 43 übertragen, wobei die Heizelemente über die Gitterelemente gleichzeitig gekühlt werden.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Gitterelemente 40, 41, 42, 43 als einfaches Lochgitter ausgebildet, so wie dies mit Fig. 7 gezeigt ist. Bei Gittern mit ebener Oberfläche, so wie in dem gezeigten Beispiel, könnten die Kontaktbereiche 45a, 45b auch gelocht ausgebildet sein, da die Heizelemente 50a, 50b, 50c, 5Od immer eben an dem Gitterelement anliegen. Bei Verwendung strukturierter Gitter, also Gitterelemente, die z. B. in Längsrichtung Erhebungen aufweisen, bieten sich ungelochte, ebene Kontaktbereiche an, um ein gleichmäßiges Anliegen der Heizelemente zu garantieren. Die Erhebungen um die Öffnungen herum sind beispielsweise bei Streckmetallgittern gegeben, wobei die Strukturierung z. B. mit dem Herstellungsprozess des Gitters erzeugbar ist. Auch können die Öffnungen bei Stanzgittern von verformtem Material umgeben sein (bedingt durch den Herstellungsprozess der Öffnungen), wobei das Material dann aus der Gitterebene in Längs- oder z-Richtung L hervorsteht. Bei Streckgittern können etwaige Erhebungen auf einfache Weise hergestellt werden. Diese Erhebungen erhöhen den Verwirbelungsgrad des durchströmenden Mediums, so dass der Wirkungsgrad der Heizvorrichtung gesteigert werden kann. Eine besonders gute Verwirbelung kann dann erzielt werden, wenn die Erhebungen Wandbereiche aufweisen, die in Bezug auf die Längsrichtung der Anordnung mindestens teilweise schräg gerichtet sind. Auch können die Öffnungen selbst (in der Gitterebene) von Wandbereichen umgeben sein, deren Ausrichtung mindestens teilweise schräg ist.

Aufgrund der Öffnungen 44, insbesondere mit schrägen Wandbereichen in der Gitterebene 46 und/oder bei Erhebungen, die um die Öffnungen 44 herum ausgebildet sind und aus der Gitterebene 46 hervorstehen und dem daran anschließenden barrierefreien Raum (ggf. bis zum nächsten Gitterelement) lassen sich Verwirb elungs- und Entspannungszonen für den Mediumstrom aufbauen, die den Wirkungsgrad der Heizvorrichtung erheblich erhöhen. Das heißt, nach der Verwirbelung beruhigt sich der Mediumstrom und kann dann im Wesentlichen laminar mit veränderter Wärmeenergie weitergeführt werden.

Die Rahmenelemente 60, 62 weisen an den Seiten bzw. Rändern, an welchen keine Heizelemente angeordnet sind, Fixierungsvorsprünge 64 auf, die auch für die Gitterelemente 40, 41, 42, 43 einen weiteren Aufnahmebereich 63c festlegen. Die Fixierungsvorsprünge 64 erstrecken sich in Längsrichtung L sowohl nach unten als auch nach oben, so dass beide Gitterelemente an dem Rahmenelement fixiert werden können.

Ferner weist das Rahmenelement 60, 62 — in diesem Falle in den vier Eckbereichen — Beabstandungselemente 66a, 66c, 66d (ein viertes Beabstandungselement ist hier nicht sichtbar) auf, so dass die Heiz an Ordnungen 30, 31 beabstandet von dem Gehäuse 20 in diesem lagerbar sind. Die Beabstandungselemente 66a, 66c, 66d dienen ferner als Montagehilfe, um die Heiz an Ordnungen 30, 31 einfacher in das Gehäuse einführen zu können.

Wie Fig. 2 zudem entnommen werden kann, ist ein weiteres Rahmenelement 61 zwischen den beiden Heizanordnungen 30, 31 angeordnet. Dieses Rahmenelement 61 fixiert einerseits über die Fixierungsvorsprünge 64 die beiden anliegenden Gitterelemente 41, 42 der beiden Heizanordnungen 30, 31, andererseits werden über die zwei Aufnahmeber eiche 63a, 63b für die Heizelemente Abstandshalter 80, 81 festgehalten. Das heißt, an Stelle der Heizelemente sind hier Abstandshalter 80, 81 vorgesehen, so dass die beiden Heizanordnungen 30, 31 beabstandet voneinander angeordnet sind. Zwei Brückenelemente 70, 71 umschließen die beiden Heizanordnungen 30, 31 — wie insbesondere Fig. 3 zu entnehmen — an jeweils einander gegenüberliegenden Seiten, an welchen auch die Kontaktbereiche 45a, 45b vorgesehen sind, mit einer Art Greifarme. Die Brückenelemente 70, 71 sind derart als Spannelemente ausgebildet, dass sie die mindestens zwei Heizanordnungen 30, 31 umgreifen und die Gitterelemente 40, 41, 42, 43 und die Heizelemente 50a, 50b, 50c, 5Od in jedem der Rahmenelemente 60, 62 gegeneinander verspannen (aneinander drücken).

Aus dem Brückenbereich heraus erstrecken sich (in diesem Falle vier) Abstandselemente 72, so dass die Heiz an Ordnungen 30, 31 in dem Gehäuse 20 fixierbar und beabstandet von dem Gebläse 100 und ggf. auch von dem Gehäuse 20 in diesem lagerbar sind. Hierzu sind in dem Gehäuse 20 Vorsprünge 21 vorgesehen, gegen die sich die Abstandselemente 72 abstützen bzw. zwischen diese eingeklemmt werden und so die Heiz an Ordnung (en) 30, 31 in Position im Inneren des Gehäuses 20 halten. Gleichzeitig kann durch die Abstandselemente 72 eine geeignete Beabstandung zu anderen Bauteilen im Gehäuse 20, z. B. zum Gebläse 100, gewährleistet werden. Damit kann das Brückenelement 70, 71 in diesem Falle die Positionierung der Heizanordnungen 30, 31 in dem Gehäuse 20 übernehmen, so dass ein funktionsgerechter Betrieb der Heizvorrichtung 10 gewährleistet ist.

Eine andere Ausgestaltung eines Brückenelements, wie es ebenfalls eingesetzt werden kann, ist mit Fig. 8 gezeigt. Dieses Element 70' erfüllt dieselbe Funktion, wie das oben beschriebene, allerdings sind die Greifarme hier gebogen ausgebildet. Die Biegung ist derart ausgestaltet, dass eine Einführ schräge vorgesehen ist und das Brückenelement mit den Heizanordnungen leichter in Eingriff gelangt. Dies erleichtert den Herstellungspro- zess, insbesondere im automatisierten Betrieb.

Die zwischen den beiden Heizanordnungen 30, 31 angeordneten Abstandshalter 80, 81 sind in diesem Falle als weitere Spannelemente ausgebildet, die den Brückenelementen 70, 71 entgegenwirken. Gitterelemente 40, 41, 42, 43 und Heizelemente 50a, 50b, 50c, 5Od werden mittels der Spannelemente (Brückenelemente, Abstandshalter) zu deren Berührung gegeneinander verspannt, um so eine optimale Wärmeübertragung von den Heizelementen auf die Gitterelement zu gewährleisten und Spiel zwischen den Bauteilen im Wesentlichen zu vermeiden. Das Zusammenwirken von Brückenelement(en) 70, 71 und Abstandshalter(n) 80, 81 ermöglicht eine optimale Verspannung von Heiz- und Gitterelementen gegeneinander, wobei die Spannkraft einstellbar ist. Hierzu können z. B. verschiedene Federarten angewendet werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind z. B. wannenförmige V- Bleche 80, 81 vorgesehen, die über die Heizelemente über deren gesamter Länge an die jeweiligen Kontaktbereiche drücken (Linienkontakt). Die Verspannung ermöglicht die Nutzung höherer Temperaturen, als dies mit einer Klebeverbindung möglich wäre.

Um nun die Heizelemente 50a, 50b, 50c, 5Od in jedem der Rahmenelemente 60, 62 mit Strom zu versorgen, sind Stromzuführungseinrichtungen 90, 91 vorgesehen, die gemäß der Fig. 2 und 3 an zwei der Gitterelemente 40, 42 angeschlossene Anschlüsse umfassen. Durch das Verspannen der Elemente gegeneinander ist nicht nur ein optimaler Wärmeübergang gewährleistet, sondern auch ein Strompfad vorgegeben. Hierzu sind die Abstandshalter 80, 81 (V-Bleche) und die Brückenelemente 70, 71 aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet. Um einen funktionsgerechten Betrieb zu ermöglichen, müssen PTC- Elemente 50a, 50b, 50c, 5Od aller Heizanordnungen 30, 31 parallel geschaltet sein. In der hier gezeigten Ausführungsform mit zwei Heizanordnungen 30, 31 ist jeweils eine Stromzuführungseinrichtung (Anschluss) an dem, in Längsrichtung von oben nach unten gezählt, ersten und vorletzten Gitter angeordnet. Der Strompfad führt also von dem obersten Gitterelement 40 einerseits über die oberen PTC-Elemente und dem Gitterelement 41 zu den Abstandshaltern 80, 81 und andererseits über die Brückenelemente zu dem untersten Gitterelement 43, zu den unteren PTC-Elementen und dann zu dem Gitterelement 42 bzw. zu den Ab Standshaltern 80, 81. Dies ist insbesondere in Fig. 4 erkennbar. Die Anschlüsse der Stromzuführungseinrichtungen 90, 91 sind an die Gitterelemente z. B. angeschweißt (z. B. mit einem Punktschweißgerät), angelötet oder mittels eines Crimpverfahrens oder eines Nietverfahrens befestigt.

Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild, wie es der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 entspricht. Die PTC-Elemente sind als parallel geschaltete Widerstände eingezeichnet (hier ist nur das Bezugszeichen 50a für eines der Heizelemente in einem Rahmenelement eingezeichnet). In Längsrichtung von oben nach unten gezählt ist eine Stromzuführungseinrichtung (Anschluss) 90 an dem ersten und eine weitere Stromzuführungseinrichtung (Anschluss) 91 an dem dritten und damit vorletzten Gitterelement 40, 42 angeordnet. Das Brückenelement 71 umgreift die Schaltung. Zwischen den beiden Heizanordnungen 30, 31 ist der Abstandshalter 80 oder 81 eingezeichnet. Die Schaltung ist vereinfacht dargestellt. So ist z. B. nur eine Verbindungsleitung als Abstandshalter und auch nur ein Brückenelement eingezeichnet.

Auch mit nur einer Heizanordnung ließe sich die Heizvorrichtung realisieren. So würde über das eine Gitterelement der Strom zugeführt und über das andere wieder abgeführt. Als Spannelement zum Zusammenhalten von Gitter- und Heizelementen könnten wieder Brückenelemente vorgesehen sein, die dann allerdings aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet sein müssten.

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht, so dass das untere Schutzgitter 23 sichtbar ist. Auch hier ist das Gehäuse 20 wieder aufgeschnitten dargestellt, wobei die beiden Heiz an Ordnungen 30, 31 und das Gebläse 100 erkennbar sind.

Fig. 6 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht. Das Gehäuse 20 ist hier von hinten dargestellt. Über Hakenelemente 24, die an dem Gehäuse 20 befestigt sind, lässt sich die Heizvorrichtung 10 beispielsweise an einer in einem Schaltschrank befindlichen Schiene befestigen. Möglich ist auch eine Clipbefestigung. Das Gehäuse 20 ist derart ausgebildet, dass die Heiz Vorrichtung 10 auch seitlich befestigbar ist.

Fig. 7 zeigt ein Lochgitter, das explizite Kontaktbereiche 45a, 45b an den Rändern 47a, 47b des Gitterelements (z. B. 40) aufweist. An diesen Kontaktbereichen liegen die Heizelement an, so dass eine gute Wärmeübertragung von Heizelement auf das bzw. die Gitter gewährleistet ist.

Statt der Heizelemente können grundsätzlich auch Kühlelemente verwendet werden, so dass hier eine kühlende Einrichtung vorgesehen ist. Es sei erwähnt, dass die Heizvorrichtung (oder auch der Wärmetauscher) derart ausgebildet ist, dass das Medium (also z. B. Luft) im Wesentlichen in Längsrichtung durch das Gehäuse, also durch die Hei2vorrichtung fließt. Diese Formulierung soll natürlich nicht ausschließen, dass der Mediumstrom verwirbelbar ist (wie oben beschrieben). Durch Verwirb elungen kann und soll der Mediumstrom zumindest teilweise und zeitweise auch in Richtungen fließen, die nicht parallel zur Längsrichtung verlaufen.

Ein Wärmetauscher, wie er oben beschrieben worden ist, könnte z. B. gemäß den Fig. 2 und 3 ausgebildet sein.

Mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mit der hier beschriebenen Heizanordnung lässt sich auf einfache Weise ein dafür vorgesehener Raum beheizen, da hier eine hohe Leistungsdichte durch kontrolliertes Beheizen möglich ist. Die Heizvorrichtung ist aus umweltfreundlichen Materiahen aufgebaut und kann mit geringen Betriebskosten betrieben werden.

Bezugszeichenliste

10 Heizvorrichtung

20 Gehäuse

21 Vorsprünge

22 Oberes Schutzgitter

23 Unteres Schutzgitter

24 Hakenelement

30 H eiz an Ordnung

31 Heiz an Ordnung

40 Gitterelement

41 Gitterelement

42 Gitterelement

43 Gitterelement

44 Öffnung

45a Kontaktbereich

45b Kontaktb er eich 46 Gitterebene

47a Rand

47b Rand

50a Heizelement

50b Heizelement

50c Heizelement

5Od Heizelement

60 Rahmenelement

61 Rahmenelement

62 Rahmenelement 63a Aufnahmebereich 63b Aufnahmebereich 63c Aufnahmebereich

64 Fixierungsvorsprung

65 Mittelstrebe

66a Beabstandungselement

66c Beabstandungselement

66d Beabstandungselement

67a Rand

67b Rand

70, 70' Brückenelement, Spannelement

71 Brückenelement, Spannelement

72 Abstandselement

80 Abstandshalter, Spannelement

81 Abstandshalter, Spannelement

90 Stromzuführungseinrichtung, Anschluss

91 Stromzuführungseinrichtung, Anschluss 100 Gebläse

L Längsrichtung, z -Richtung

Claims

Patentansprüche

1. Heizvorrichtung, umfassend mindestens eine Heizanordnung (30, 31),

Stromzuführungseinrichtungen (90, 91) zum Zuführen von Strom an die Heizanordnung (30, 31), ein in einer Längsrichtung (L) von einem fluiden Medium durchströmbares Gehäuse (20) zur Aufnahme der Heizanordnung (30, 31), wobei die mindestens eine Heizanordnung umfasst mindestens zwei Gitterelemente (40, 41 oder 42, 43) als Wärmetauscher-Platten mit Öffnungen (44), durch welche das Medium strömt, deren Gitterebenen (46) zum Austausch von Wärmeenergie zwischen Platte und dem fluiden Medium ausgebildet sind, mindestens ein Heizelement (50, 51, 52, 53), insbesondere ein PTC-Element, das zwischen den Gitterelementen (40, 41 oder 42, 43) angeordnet ist,

wobei die mindestens eine Heizanordnung (30, 31) derart in dem Gehäuse (20) angeordnet ist, dass die Gitterebenen (46) der Gitterelemente (40, 41, 42, 43) im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung (L) angeordnet sind, so dass der Mediumstrom im Wesentlichen senkrecht zu den Gitterebenen (46) ausgerichtet ist,

wobei die Gitterelemente (40, 41, 42, 43) und das mindestens eine Heizelement (50, 51, 52, 53) mittels mindestens eines Spannelements (70, 71, 70', 80, 81) zu deren Berührung gegeneinander verspannt angeordnet sind,

und wobei die Gitterelemente (40, 41, 42, 43) jeweils mindestens einen Kontaktbereich (45a, 45b) aufweisen und derart angeordnet sind, dass sie die Wärmeenergie von dem mindestens einen Heizelement (50, 51, 52, 53) im Wesentlichen über den Kontaktbereich (45a, 45b) aufnehmen.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn et, dass ein Gebläse (100) in dem Gehäuse (20) zur Erzeugung des Mediumstroms angeordnet ist.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichn et, dass die Gitterelemente (40, 41, 42, 43) aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet sind und die Stromzuführungseinrichtungen (90, 91) derart ausgebildet und an den Gitterelementen angeordnet sind, dass die Bestromung des mindestens einen Heizelements (50, 51, 52, 53) über die Gitterelemente (40, 41, 42, 43) erfolgt.

4. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, dass mindestens zwei Heizanordnungen (30, 31) vorgesehen sind, wobei die Heizanordnungen derart sandwichförmig aneinander angeordnet sind, dass sie nacheinander vom Medium durchströmt werden, wobei die Heizelemente (50, 51, 52, 53) und das mindestens eine Spannelement (70, 71, 70', 80, 81) derart angeordnet sind, dass die Heizelemente (50, 51, 52, 53) und Kontaktbereiche (45a, 45b) übereinander hegen und über die gesamten Heizanordnungen (30, 31) hinweg gegeneinander verspannt sind, und wobei die Stromzuführungseinrichtungen (90, 91) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Heizelemente (50, 51, 52, 53) parallel geschaltet sind.

5. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichn et, dass zwischen den Heizanordnungen (30, 31) mindestens ein Abstandshalter (80, 81) vorgesehen ist, der vorzugsweise so ausgebildet ist, dass alle Gitterelemente (40, 41, 42, 43) im Wesentlichen denselben Abstand voneinander haben.

6. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennz eichn et, dass an einander gegenüberliegenden Rändern (47a, 47b) der Gitterelemente (40, 41, 42, 43) Kontaktbereiche (45a, 45b) vorgesehen sind und dementsprechend eine Vielzahl von Heizelementen (50, 51, 52, 53) und ggf. Abstandshalter (80, 81) zur Bildung eines stabilen Stapels aus Gitterelementen, Heizelementen und ggf. Abstandshalter vorgesehen sind.

7. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, dass ein Brückenelement (70, 71, 70') derart vorgesehen und als Spannelement ausgebildet ist, dass es die mindestens zwei Heizanordnungen (30, 31) umgreift und die Gitterelemente (40, 41, 42, 43) und die Heizelemente (50, 51, 52, 53) gegeneinander verspannt.

8. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennz eichnet, dass das Brückenelement (70, 71, 70') derart mit Abstandselementen (72) ausgebildet ist, dass die mindestens eine Heizanordnung (30, 31) in dem Gehäuse (20) fixierbar und beabstandet von dem Gebläse (100) und/oder dem Gehäuse (20) in diesem lagerbar ist.

9. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennz eichnet, dass der mindestens eine Abstandshalter (80, 81) zur Bildung eines zusätzlichen Spannelements federnd ausgebildet ist.

10. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichn et, dass das Brückenelement (70, 71, 70') und/oder der mindestens eine Abstandshalter (80, 81) als Stromzuführungseinrichtungen ausgebildet sind.

11. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennz eichn et, dass das mindestens eine Heizelement (50, 51, 52, 53) und/oder die Gitterelemente (40, 41, 42, 43) und ggf. der mindestens eine Abstandshalter (80, 81) in Aufnahmebereichen (63a, 63b, 63c) eines Rahmenelements (60, 61, 62) gelagert sind, wobei die Aufnahmebereiche (63a, 63b, 63c) derart ausgebildet sind, dass das mindestens eine Heizelement und/oder die Gitterelemente und ggf. der mindestens eine Abstandshalter im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung (L) fixiert und in Längsrichtung (L) herausnehmbar angeordnet sind, wobei das mindestens eine Heizelement und ggf. der mindestens eine Abstandshalter in Längsrichtung (L) an dem Kontaktbereich (45a, 45b) der Gitterelemente (40, 41, 42, 43) anliegen.

12. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennz eichnet, dass das Rahmenelement (60, 61, 62) derart mit Beabstandungselementen (66a, 66c, 66d) ausgebildet ist, dass die mindestens eine Heizanordnung (30, 31) beabstandet von dem Gehäuse (20) in diesem lagerbar ist.

13. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, dass das Gitterelement (40, 41, 42, 43) ein Streckmetallgitter und/oder ein Stanzgitter umfasst.

14. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichn et, dass die Öffnungen (44) der Gitterelemente umgebende oder wenigstens teilweise umgebende Wandbereiche zur Längsrichtung (L) mindestens teilweise schräg ausgerichtet sind.

15. Heiz Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichn et, dass

Teilabschnitte der Gitterelemente zur Plattenoberfläche und damit zur Strömungsrichtung schräg gerichtet sind.

16. Heiz Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, dass die Gitterelemente (40, 41, 42, 43) mindestens einen öffnungslosen Kontaktbereich (45a, 45b) aufweisen.

17. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, dass sich die Heizelemente (50, 51, 52, 53) und die Kontaktbereiche (45a, 45b) im Wesentlichen über jeweils den gesamten Rand (47a, 47b) der Gitterelemente (40, 41, 42, 43) erstrecken.

18. Wärmetauscher, umfassend mindestens eine Wärme- oder Kältequelle (50a, 50b, 50c, 5Od) zur Erzeugung von Wärmeenergie, sowie mindestens eine Wärmetauscher-Platte (40, 41, 42, 43), deren Oberfläche (46) zum Austausch von Wärmeenergie zwischen Platte und einem umgebenden fluiden Medium ausgebildet ist, wobei die Wärmetauscher-Platte (40, 41, 42, 43) ein Streckmetallgitter umfasst, mit Öffnungen (44), durch welche das Medium strömt, wobei die mindestens eine Wärmetauscher-Platte (40, 41, 42, 43) derart angeordnet ist, dass der Mediumstrom im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Wärmetauscher-Platte (40, 41, 42, 43) ausgerichtet ist.