Heizvorrichtung heater
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a heating device with the features specified in the preamble of claim 1.
Eine derartige Heizvorrichtung ist aus der WO 2007/071335 bekannt. Bei der bekannten Heizvorrichtung wird als Wärmeübertrager ein Strangpressprofil verwendet, das Öffnungen aufweist, durch welche ein zu erwärmendes Fluid strömt.Such a heating device is known from WO 2007/071335. In the known heating device is used as a heat exchanger, an extruded profile having openings through which flows a fluid to be heated.
Eine Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist auch aus der DE 101 02 671 A1 bekannt. Bei dieser Heizeinrichtung sind als Wärmeübertrager zahlreiche lammellenförmige Bleche klemmend auf zueinander parallele Heizstäbe aufgeschoben, die mit PTC Heizelementen gefüllt sind.A heating device with the features specified in the preamble of claim 1 is also known from DE 101 02 671 A1. In this heater, numerous lamellar sheets are pushed as clamping heat transfer to mutually parallel heating rods, which are filled with PTC heating elements as a heat exchanger.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Wärmeübertrager ein offenporiger Schaumwerkstoff ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object of the invention is to improve a heater of the type mentioned. This object is achieved in that the heat exchanger is an open-cell foam material. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann die von einem oder mehreren elektrischen Heizelementen erzeugte Wärme besonders effizient an einen zu beheizenden Fluidstrom, beispielsweise einen Luftstrom, abgeben, da der als Wärmeübertrager verwendete offenporige Schaumwerkstoff eine vorteilhaft große Oberfläche hat. Die Verwendung eines offenporigen Schaumwerkstoffs, bevorzugt eines Metall- oder Ke- ramikschaums, als Wärmeübertrager ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Heizvorrichtungen mit Lamellen oder Strangpressprofilen als Wärmetauscher zudem eine deutliche Gewichtsersparnis.A heating device according to the invention can deliver the heat generated by one or more electric heating elements particularly efficiently to a fluid flow to be heated, for example an air flow, since the open-cell foam material used as heat exchanger has an advantageously large surface area. The use of an open-pore foam material, preferably a metal or ceramic foam, as a heat exchanger also enables a significant weight saving in comparison with conventional heating devices with lamellae or extruded profiles as a heat exchanger.
Bei einem offenporigen Schaumwerkstoff ist zumindest ein Teil der in dem Schaum- Werkstoff enthaltenen Zellen miteinander verbunden, so dass ein Fluid durch den Schaumwerkstoff hindurchfließen kann. Ein Verfahren zur Herstellung eines geeigneten Metallschaums ist aus der DE 199 39 155 bekannt.In the case of an open-pore foam material, at least some of the cells contained in the foam material are connected to one another so that a fluid can flow through the foam material. A method for producing a suitable metal foam is known from DE 199 39 155.
Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist insbesondere als Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeugs zum Erwärmen eines Luftstroms geeignet.A heating device according to the invention is particularly suitable as interior heating of a motor vehicle for heating an air flow.
Bevorzugt hat eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung mehrere elektrische Heizelemente, insbesondere PTC Heizelemente. Die Heizelemente können in einem Gehäuse angeordnet sein, beispielsweise einem stabförmigen Gehäuse wie es bei- spielsweise aus der DE 101 02 671 A1 bekannt ist. Der Wärmeübertrager kann kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig an dem Gehäuse befestigt sein, beispielsweise können Wärmeübertrager und Gehäuse verklemmt, verpresst, verrastet, verklebt, verlötet oder verschweißt sein. Bevorzugte Befestigungsmöglichkeiten sind insbesondere klemmen oder kleben sowie an das Gehäuses einen Schaumwerkstoff zum Ausbilden des Wärmeübertragers anzuspritzen. Bei einer klemmenden Verbindung ist es möglich, einzelne Wärmeübertrager und Gehäuse beispielsweise mittels Klammern mit einander zu verbinden, oder die gesamte Heizvorrichtung, die beispielsweise schichtweise aufgebaut sein kann, in einem Rahmen klemmend zu halten.
Möglich ist es aber auch, dass der Wärmeübertrager ein Gehäuse ausbildet, in dem das oder die Heizelemente angeordnet sind. Möglich ist es auch, auf ein Gehäuse zu verzichten, so dass die Heizelemente dem zu erwärmenden Fluidstrom direkt ausge- setzt sind. Die Heizelemente können kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Wärmeübertrager verbunden sein. Bevorzugt ist dabei, die gesamte Anordnung in einem Rahmen zu verklemmen oder die einzelnen Heizelemente in Hohlräumen anzuordnen und gemeinsam zu verpressen. Möglich ist auch, dass die Heizelemente aus einem offenporigen Schaumwerkstoff hergestellt sind und den Wärme- Übertrager oder einen Teil des Wärmeübertragers bilden.A heating device according to the invention preferably has a plurality of electrical heating elements, in particular PTC heating elements. The heating elements can be arranged in a housing, for example a rod-shaped housing as is known, for example, from DE 101 02 671 A1. The heat exchanger may be non-positively, positively or materially secured to the housing, for example, heat exchanger and housing may be jammed, pressed, locked, glued, soldered or welded. Preferred attachment options are in particular clamping or sticking and to the housing to spray a foam material for forming the heat exchanger. In a clamping connection, it is possible to connect individual heat exchanger and housing, for example by means of brackets with each other, or to hold the entire heater, which may be constructed, for example, in layers, clamping in a frame. But it is also possible that the heat exchanger forms a housing in which the one or more heating elements are arranged. It is also possible to dispense with a housing so that the heating elements are exposed directly to the fluid flow to be heated. The heating elements can be non-positively, positively or materially connected to the heat exchanger. It is preferred to jam the entire assembly in a frame or to arrange the individual heating elements in cavities and to press together. It is also possible that the heating elements are made of an open-cell foam material and form the heat exchanger or a part of the heat exchanger.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Schaumwerkstoff einen geschlossenen Oberflächenbereich hat, der dem mindestens einen Heizelement zugewandt ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass von dem oder den Heiz- elementen erzeugte Wärme besonders effizient von dem Wärmeübertrager aufgenommen werden kann. Der geschlossene Oberflächenbereich kann beispielsweise an einem das oder die Heizelemente umgebenden Gehäuse oder einer die Heizelemente kontaktierenden Metallleiste anliegen. Möglich ist es auch, dass der Schaumwerkstoff mit seinem geschlossenen Oberflächenbereich direkt an dem oder den Heizelementen anliegt.An advantageous development of the invention provides that the foam material has a closed surface area, which faces the at least one heating element. This measure has the advantage that heat generated by the heating elements or the heating elements can be absorbed by the heat exchanger in a particularly efficient manner. The closed surface area can rest, for example, on a housing surrounding the heating elements or a metal strip contacting the heating elements. It is also possible that the foam material rests with its closed surface area directly on the one or more heating elements.
Bevorzugt hat der Schaumwerkstoff eine Dichte, die mit zunehmendem Abstand von dem oder den Heizelementen abnimmt. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragers an die zu transportierende Wärmemenge anpassen. Die Wärmemenge, welche durch den Wärmeübertrager fließt, nimmt nämlich mit dem Abstand von dem oder den Heizelementen ab. Nahe an den Heizelementen ist deshalb eine höhere Dichte vorteilhaft, so dass eine große Wärmemenge von dem oder den Heizelementen abgeführt werden kann. Mit zunehmender Entfernung von dem oder den Heizelementen nimmt die zu transportierende Wärmemenge ab, wes- halb eine geringere Dichte, insbesondere eine größere Porengröße, zunehmend vorteilhaft sind, um den Strömungswiderstand des Wärmetauschers herabzusetzen und Gewicht zu sparen. Die Dichte des Schaumwerkstoffs kann sich kontinuierlich oder sprunghaft ändern. Um die vorstehend beschriebenen Vorteile einer ortsabhängigen Dichte zumindest zu einem Teil zu nutzen, genügt es bereits, wenn sich die Dichte
ein einziges Mal sprunghaft ändert, was sich beispielsweise durch Zusammenfügen von zwei Platten eines Schaumwerkstoffs mit unterschiedlicher Dichte, insbesondere unterschiedlicher Porengröße, erreichen lässt.Preferably, the foam material has a density which decreases with increasing distance from the heating element (s). In this way, the thermal conductivity of the heat exchanger can be adapted to the amount of heat to be transported. The amount of heat flowing through the heat exchanger decreases with the distance from the heating element (s). Therefore, close to the heating elements, a higher density is advantageous, so that a large amount of heat can be dissipated by the heating element or elements. With increasing distance from the heating element or elements, the quantity of heat to be transported decreases, which is why a lower density, in particular a larger pore size, are increasingly advantageous in order to reduce the flow resistance of the heat exchanger and to save weight. The density of the foam material can change continuously or suddenly. In order to utilize the above-described advantages of a location-dependent density at least in part, it is sufficient if the density changes only once, which can be achieved for example by joining two plates of a foam material with different density, in particular different pore size.
Die Dichte eines Schaumwerkstoffs hängt in erster Linie von der Porengröße und der Dicke der zwischen den Poren vorhanden Wände. Eine Änderung der Dichte kann deshalb durch eine Variation der Porengröße bewirkt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Änderung der Dichte ist eine Variation der Wandstärken zwischen den Poren.The density of a foam material depends primarily on the pore size and the thickness of the walls present between the pores. A change in density can therefore be effected by a variation of the pore size. Another way to change the density is to vary the wall thicknesses between the pores.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Wärmeübertrager geradlinig verlaufende Strömungskanäle vorhanden sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, den Strömungswiderstand des Wärmeübertragers herabzusetzen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn mit der Heizvorrichtung ein Luftstrom erwärmt werden soll, wie dies beispielsweise zur Innenraumbeheizung eines Fahrzeugs erforderlich ist. Die Strömungskanäle können beispielsweise als Schlitze, Langlöcher oder Bohrungen ausgebildet sein. Im einfachsten Fall können die Strömungskanäle senkrecht zur Oberfläche des Wärmeübertragers verlaufen. Möglich ist es aber auch, dass die Strömungskanäle schräg zur Oberfläche des Wärmeübertra- gers verlaufen. Auf diese Weise kann der Strömungsweg des Fluids verlängert werden, so dass Wärme verstärkt an das Fluid abgegeben werden kann, oder die Strömungsrichtung beeinflusst werden. Geradlinige Strömungskanäle können in dem Schaumwerkstoff bei seiner Herstellung erzeugt werden oder in dem Wärmetauscher mit geringem Aufwand beispielsweise durch Bohren, Fräsen oder Ausstanzen er- zeugt werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that in the heat exchanger straight running flow channels are present. This measure has the advantage of reducing the flow resistance of the heat exchanger. This is particularly advantageous if the air heater is to be used to heat an air stream, as is required, for example, for heating the interior of a vehicle. The flow channels may be formed, for example, as slots, slots or holes. In the simplest case, the flow channels can run perpendicular to the surface of the heat exchanger. But it is also possible that the flow channels run obliquely to the surface of the heat exchanger. In this way, the flow path of the fluid can be extended, so that heat can be released to the fluid more intensively, or the flow direction can be influenced. Linear flow channels can be produced in the foam material during its production or can be produced in the heat exchanger with little effort, for example by drilling, milling or punching.
Bevorzugt enthält eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung mehrere Heizelemente. Bevorzugt sind dabei jeweils mehrere Heizelemente in einer langgestreckten Baugruppe zusammengefasst, welche mehrere Heizelemente in geradliniger Anordnung hintereinander enthält. Bei einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung können mehrere derartige Baugruppen, beispielsweise mehrere Heizstäbe mit PTC Elementen, vorhanden sein. Die Heizelemente können in einer solchen Baugruppe durch eine gemeinsame Leiterbahn, bevorzugt eine Metallleiste, kontaktiert und mit Strom versorgt werden. Der Stromkreis kann über die Wärmeübertrager oder eine weitere Lei-
terbahn, beispielsweise eine weitere Metallleiste, geschlossen werden. Bei einer solchen Anordnung ist die für die Stromzuführung verwendete Leiterbahn gegenüber dem Wärmeübertrager zu isolieren. Dies kann durch einen sich über die Länge der Leiterbahn erstreckenden Streifen eines elektrisch isolierenden Materials geschehen oder dadurch, dass die Leiterbahn mit Ausnahme der Auflageflächen für die Heizelemente mit einem isolierenden Werkstoff umspritzt wird. Vorzugsweise wird ein direkter Kontakt der Strom zuführenden Leiterbahn zu dem Wärmeübertrager dadurch verhindert, dass als Heizelemente PTC Widerstände verwendet werden, welche paarweise nebeneinander liegend angeordnet sind. In einem solchen Fall kann die Leiterbahn zwischen den PTC Elementen eines jeden Paares verlaufen, die dadurch beide kontaktiert werden, so dass die Strom zuführende Leiterbahn durch die PTC Heizelemente von dem Wärmeübertrager getrennt ist.A heating device according to the invention preferably contains a plurality of heating elements. In each case a plurality of heating elements are preferably combined in an elongated assembly, which contains a plurality of heating elements in a straight line arrangement one behind the other. In a heating device according to the invention a plurality of such assemblies, for example a plurality of heating elements with PTC elements, may be present. The heating elements can be contacted in such an assembly by a common conductor, preferably a metal strip, and supplied with power. The circuit can be connected via the heat exchangers or another line terbahn, for example, another metal strip to be closed. In such an arrangement, the conductor used for the power supply is to be insulated from the heat exchanger. This can be done by an extending over the length of the conductor strip strips of an electrically insulating material or in that the conductor track, with the exception of the bearing surfaces for the heating elements is encapsulated with an insulating material. Preferably, a direct contact of the current-supplying conductor to the heat exchanger is prevented by using as heating elements PTC resistors, which are arranged in pairs next to each other. In such a case, the trace may pass between the PTC elements of each pair, which are thereby both contacted so that the current-carrying trace is separated from the heat exchanger by the PTC heating elements.
Bevorzugt ist zur Ausbildung des Wärmetauschers der Schaumwerkstoff an das we- nigstens eine Gehäuse angespritzt. Besonders bevorzugt ist dabei, dass zwei gegenüberliegende Längsseiten des Gehäuses frei bleiben. Auf diese Weise ist es möglich, eine Heizeinrichtung erst nach dem Anspritzen des Schaumwerkstoffs in das Gehäuse einzubringen. Auch nach dem Anspritzen des Schaumwerkstoffes kann das Gehäuse durch Druck auf seine freien Schmalseiten noch verpresst werden, um eine gute thermische Ankopplung von darin angeordneten Heizelementen zu erreichen. Zudem können Heizelemente problemlos mit einem Montagerahmen aus Kunststoff in das Gehäuse eingebracht werden, da dieser nicht den beim Anspritzen auftretenden hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Möglich ist es auch, Schaumwerkstoff zur Ausbildung eines Wärmetauschers an drei oder sogar alle Längsseiten an- zuspritzen, so dass das Gehäuse von dem Wärmetauscher umgeben ist. In diesem Fall können Heizelemente beispielsweise ohne einen Montagerahmen in dem Gehäuse positioniert werden. Es muss jedoch selbst bei einem Umspritzen des Gehäuses nicht unbedingt auf die Vorteile eines Montagerahmens verzichtet werden. Beispielsweise kann ein Montagerahmen aus einer Polymerkeramik verwendet werden. Polymerkeramiken sind hinreichend hitzebeständig, um den beim Anspritzen eines Metallschaums in dem Gehäuse auftretenden Temperaturen stand zu halten. Es ist sogar möglich, selbst bei einem Umspritzen des Gehäuses einen Montagerahmen aus herkömmlichem Kunststoff zu verwenden. Einerseits kann die Wärmekapazität des Gehäuses verhindern, dass beim Umspritzen des Gehäuses in dessen Innern
übermäßig hohe Temperaturen auftreten. Andererseits ist eine geringfügige Überwärmung des Montagerahmens, die zu einem Formverlust führt, unproblematisch, da der Montagerahmen seine Funktion nach dem Einsetzten in das Gehäuse erfüllt hat und beim späteren Betrieb der Heizvorrichtung an sich nicht mehr benötigt wird.Preferably, the foam material is molded onto the at least one housing to form the heat exchanger. It is particularly preferred that two opposite longitudinal sides of the housing remain free. In this way, it is possible to introduce a heater into the housing only after the injection of the foam material. Even after the molding of the foam material, the housing can still be pressed by pressure on its free narrow sides in order to achieve a good thermal coupling of heating elements arranged therein. In addition, heating elements can be easily introduced with a mounting frame made of plastic in the housing, as it is not exposed to the high temperatures occurring during injection molding. It is also possible to inject foam material to form a heat exchanger on three or even all longitudinal sides, so that the housing is surrounded by the heat exchanger. In this case, heating elements can be positioned without a mounting frame in the housing, for example. However, even with an encapsulation of the housing, it is not necessary to dispense with the advantages of a mounting frame. For example, a mounting frame made of a polymer ceramic can be used. Polymeric ceramics are sufficiently resistant to heat to withstand the temperatures occurring in the housing during injection molding of a metal foam. It is even possible to use a mounting frame made of conventional plastic, even with an encapsulation of the housing. On the one hand, the heat capacity of the housing can prevent the encapsulation of the housing in its interior excessive temperatures occur. On the other hand, a slight overheating of the mounting frame, which leads to a loss of shape, unproblematic, since the mounting frame has fulfilled its function after insertion into the housing and is no longer needed in the subsequent operation of the heater itself.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will be explained with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings. Identical and corresponding components are identified by matching reference numerals. Show it:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;Figure 1 shows an embodiment of a heating device according to the invention;
Figur 2 das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel von der Seite;Figure 2 shows the embodiment shown in Figure 1 from the side;
Figur 3 das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel von oben;Figure 3 shows the embodiment shown in Figure 1 from above;
Figur 4 eine Schnittdarstellung des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;Figure 4 is a sectional view of the embodiment shown in Figure 1;
Figur 5 eine Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform;Figure 5 is a sectional view of a modified embodiment;
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;FIG. 6 shows a further embodiment of a heating device according to the invention;
Figur 7 das in Figur 6 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung.Figure 7 shows the embodiment shown in Figure 6 in an exploded view.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Heizvorrichtung, die zum Erwärmen eines Luftstroms als Innenraumbeheizung eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Die Heizvorrichtung ist in Figur 1 in Blickrichtung der Strömungsrichtung eines zu erwärmenden Luftstroms dargestellt, in Figur 2 in einer Seitenansicht und in Figur 3 in einer Ansicht von oben.Figure 1 shows an embodiment of a heating device, which is designed for heating an air flow as interior heating of a vehicle. The heating device is shown in Figure 1 in the direction of the flow direction of an air stream to be heated, in Figure 2 in a side view and in Figure 3 in a view from above.
Die dargestellte Heizvorrichtung hat einen Wärmeübertrager 1 aus einem offenporigen Schaumwerkstoff, beispielsweise einem Metallschaum. Im Betrieb wird der Wärmeübertrager 1 von dem zu erwärmenden Luftstrom durchströmt. Die dabei von dem Wärmeübertrager 1 an den Luftstrom abgegebene Wärme wird mittels PTC
Heizelementen 2 erzeugt, die von dem Wärmeübertrager 1 umschlossen und in der in Figur 4 gezeigten schematischen Schnittdarstellung zu sehen sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die PTC Heizelemente 2 in stabförmigen Gehäusen 3 angeordnet, die in dem Wärmeübertrager 1 stecken. Die Gehäuse 3 schützen die PTC Heizelemente 2 vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Luftstrom.The heater shown has a heat exchanger 1 made of an open-cell foam material, such as a metal foam. In operation, the heat exchanger 1 is flowed through by the air stream to be heated. The heat emitted by the heat exchanger 1 to the air flow is by means of PTC Produces heating elements 2, which are enclosed by the heat exchanger 1 and can be seen in the schematic sectional view shown in Figure 4. In the illustrated embodiment, the PTC heating elements 2 are arranged in rod-shaped housings 3, which are stuck in the heat exchanger 1. The housings 3 protect the PTC heating elements 2 from contact with the air flow to be heated.
Damit die von den Heizelementen 2 erzeugte Wärme gut auf das Gehäuse 3 übertragen werden kann ist dieses bevorzugt verpresst, so dass es flächig an den Heizelementen 2 anliegt. Wegen der besseren Übersichtlichkeit ist dies in der schemati- sehen Schnittdarstellung der Figur 4 jedoch nicht gezeigt, so dass dort ein Abstand zwischen den Heizelementen 2 und der ihnen zugewandten Innenfläche der Gehäuse 3 zu sehen ist.So that the heat generated by the heating elements 2 can be transferred well to the housing 3, this is preferably pressed, so that it rests flat against the heating elements 2. For better clarity, this is not shown in the schematic sectional view of Figure 4, so that there is a distance between the heating elements 2 and the inner surface facing the housing 3 can be seen.
Die stabförmigen Gehäuse 3 sind klemmend mit dem Wärmeübertrager 1 verbun- den, so dass sich ein guter wärmeleitender Kontakt zwischen den Gehäusen 3 und dem Wärmeübertrager 1 ergibt. Alternativ können die Gehäuse 3 auch stoffschlüssig mit dem Wärmeübertrager 1 verbunden, insbesondere verlötet sein, was ebenfalls einen guten Wärmekontakt bewirkt. Insbesondere ist es auch möglich, Metallschaum an die stabförmigen Gehäuse 3 anzuspritzen, um den Wärmeübertrager 1 auszubil- den. Ein angespritzer Wärmeübertrager 1 kann das Gehäuse wie in Figur 4 gezeigt umschließen, also an alle Längsseiten angespritzt sein, oder an nur eine Längsseite angespritzt sein.The rod-shaped housing 3 are connected by clamping with the heat exchanger 1, so that a good heat-conducting contact between the housings 3 and the heat exchanger 1 results. Alternatively, the housing 3 may also be materially connected to the heat exchanger 1, in particular soldered, which also causes a good thermal contact. In particular, it is also possible to spray metal foam onto the rod-shaped housing 3 in order to form the heat exchanger 1. A molded-on heat exchanger 1 can enclose the housing as shown in FIG. 4, that is to say be injection-molded onto all longitudinal sides, or be injection-molded onto only one longitudinal side.
Der Wärmeübertrager 1 trägt ein Anschlussgehäuse 5 und an seinem gegenüberlie- genden Ende eine Haube 7, die den Wärmeübertrager 1 vor Beschädigung beim Einbau schützt.The heat exchanger 1 carries a connection housing 5 and at its opposite end a hood 7, which protects the heat exchanger 1 against damage during installation.
Der Metallschaum des Wärmeübertragers 1 hat eine Porengröße, die mit zunehmendem Abstand von dem stabförmigen Gehäuse 3 ansteigt. Mit zunehmendem Ab- stand von den Heizelementen 2 sinkt nämlich die von dem Metallschaum zu transportierende Wärmemenge. Nah an den Heizelementen 2 ist deshalb eine kleinere Porengröße vorteilhaft, um erzeugte Wärme rasch weiterleiten zu können, während mit zunehmender Entfernung eine größere Porengröße, die einen geringern Strömungswiderstand für das zu erwärmende Fluid ermöglicht, vorteilhafter wird. Die Po-
rengröße kann kontinuierlich ansteigen oder sprunghaft ansteigen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Wärmeübertrager 1 im Bereich der die Gehäuse 3 aufnehmenden Ausnehmungen einen geschlossenen Oberflächenbereich. Indem der Wärmeübertrager 2 mit einer geschlossenen Oberfläche an den Gehäusen 3 an- liegt, ergibt sich ein besonders guter wärmeleitender Kontakt.The metal foam of the heat exchanger 1 has a pore size, which increases with increasing distance from the rod-shaped housing 3. As the distance from the heating elements 2 increases, the amount of heat to be transported by the metal foam decreases. Close to the heating elements 2, therefore, a smaller pore size is advantageous in order to be able to conduct heat generated quickly, while with increasing distance a larger pore size, which allows a lower flow resistance for the fluid to be heated, becomes more advantageous. The Po Reindeer size may increase continuously or skyrocket. In the illustrated embodiment, the heat exchanger 1 in the region of the housing 3 receiving recesses has a closed surface area. By the heat exchanger 2 with a closed surface against the housings 3, a particularly good heat-conducting contact results.
Die PTC Elemente 2 sind in den stabförmigen Gehäusen 3 hintereinander angeordnet und werden durch starre elektrische Zuleitungen 4 mit Strom versorgt, die in ein in Figur 3 gezeigtes Anschlussgehäuse 5 hineinragen. In das Anschlussgehäuse 5 ragt ferner eine Masseleitung 6 hinein, welche elektrisch leitend über den Wärmetauscher 1 mit den Außenseiten der Gehäuse 3 und somit auch mit den Heizelementen 2 verbunden ist. Die Zuleitungen 4 und die Masseleitung 6 können über Steckverbinder beispielsweise an das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs oder an ein Steuergerät angeschlossen werden. Die Heizelemente 2 sind in den Gehäusen 3 bevorzugt paar- weise angeordnet, wobei sich die als Metallleisten ausgebildete Zuleitungen 4 jeweils zwischen den Heizelementpaaren erstrecken. Auf diese Weise ist keine zusätzliche elektrische Isolation erforderlich. Möglich ist es auch, in den Gehäusen 3 die PTC Heizelemente 2 einzeln hintereinander anzuordnen und die Zuleitung 4 durch eine Isolationsschicht von dem Gehäuse 3 zu isolieren.The PTC elements 2 are arranged one behind the other in the rod-shaped housings 3 and are supplied with power by rigid electrical leads 4, which project into a connection housing 5 shown in FIG. In the connection housing 5 further protrudes a ground line 6, which is electrically connected via the heat exchanger 1 to the outer sides of the housing 3 and thus also connected to the heating elements 2. The leads 4 and the ground line 6 can be connected via connectors, for example, to the electrical system of a motor vehicle or to a control unit. The heating elements 2 are preferably arranged in pairs in the housings 3, the supply lines 4 formed as metal strips each extending between the heating element pairs. In this way, no additional electrical insulation is required. It is also possible to arrange the PTC heating elements 2 one after another in the housings 3 and to insulate the lead 4 from the housing 3 by means of an insulating layer.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmeübertrager 1 und die in ihm angeordneten Heizstäbe mit ihren Gehäusen 3 und darin enthaltenden Heizelementen 2. Der Wärmeübertrager 1 ist als ein Block ausgebildet, der Öffnungen aufweist, welche die Gehäuse 3 aufnehmen. Möglich ist es aber auch, den Wärmeübertrager 1 aus zwei Wärmeübertragerteilen 1a, 1b zusammenzufügen, zwischen denen die Heizelemente 2 angeordnet sind. Ein Querschnitt durch ein entsprechend abgewandeltes Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 dargestellt.FIG. 4 shows a cross section through the heat exchanger 1 and the heating elements arranged therein with their housings 3 and heating elements 2 contained therein. The heat exchanger 1 is formed as a block having openings which receive the housings 3. But it is also possible, the heat exchanger 1 of two heat exchanger parts 1a, 1b together, between which the heating elements 2 are arranged. A cross section through a correspondingly modified embodiment is shown in FIG.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, dass sich von dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass der Wärmeübertrager 1 aus zwei plattenförmigen Wärmeübertragern 1a, 1b zusammengesetzt ist, zwischen denen die Heizelemente 2 in Gehäusen 3 angeordnet sind. Die beiden Wärmeübertragerteile 1a, 1 b sind gleich ausgebildet und haben jeweils Ausnehmungen, die der Form der Gehäuse 3 angepasst sind.
Figuren 6 und 7 zeigen ein weiters Ausführungsbeispiel einer Heizvorrichtung, die ebenfalls zum Erwärmen eines Fluidstroms dient und als Innenraumbeheizer eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Zur Vereinfachung sind bei dem in Figur 6 und 7 ge- zeigten Ausführungsbeispiel keine elektrischen Anschlüsse dargestellt. Ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auch bei dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Wärmeübertrager 1 ein offenporiger Metallschaum. Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Wärmeübertrager 1 vorhanden, zwischen denen gemäß der in Figur 7 gezeigten Explosions- darstellung PTC Heizelemente 2 angeordnet sind. Auf die Seitenflächen der Längsseiten der Wärmeübertrager 1 sind jeweils Metallleisten 10, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gelötet. Die PTC Heizelemente 2 sind zwischen zwei Metallleisten 10 angeordnet und dort von einem Kunststoffrahmen 11 gehalten.FIG. 5 shows a cross section through a further exemplary embodiment, which differs from the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 to 3 only in that the heat exchanger 1 is composed of two plate-shaped heat exchangers 1 a, 1 b, between which the heating elements 2 are arranged in housings 3 , The two heat exchanger parts 1 a, 1 b are of identical design and each have recesses which are adapted to the shape of the housing 3. Figures 6 and 7 show a further embodiment of a heating device, which also serves to heat a fluid flow and is designed as Innenraumbeheizer a motor vehicle. For simplicity, in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, no electrical connections are shown. Similar to the embodiment described above, the heat exchanger 1 is also an open-pore metal foam in the embodiment shown in Figure 6. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 6, two heat exchangers 1 are present, between which PTC heating elements 2 are arranged in accordance with the exploded illustration shown in FIG. On the side surfaces of the longitudinal sides of the heat exchanger 1 respectively metal strips 10, in the illustrated embodiment of aluminum or an aluminum alloy, soldered. The PTC heating elements 2 are arranged between two metal strips 10 and held there by a plastic frame 11.
Zur Reduktion des Strömungswiderstandes sind bei den Wärmeübertragern 1 des in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiels geradlinig verlaufende Strömungskanäle 12 vorhanden. Derartige Strömungskanäle 12 können auch bei den vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5 vorhanden sein. Die geradlinig verlaufenden Strömungskanäle 12 können senkrecht oder schräg zur angeströmten Oberfläche des Wärmeübertragers 1 verlaufen und als Löcher o- der Schlitze ausgeführt sein.In order to reduce the flow resistance, straight-flow flow channels 12 are present in the heat exchangers 1 of the exemplary embodiment shown in FIGS. 6 and 7. Such flow channels 12 may also be present in the above described embodiments of Figures 1 to 5. The rectilinear flow channels 12 can run perpendicular or obliquely to the surface of the heat exchanger 1 and be executed as holes or slots.
Die beiden Wärmeübertrager 1 des in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungs- beispiels sind in Strömungsrichtung des zu erwärmenden Fluidstroms nebeneinander angeordnet. Bei Bedarf kann die Heizvorrichtung beliebig vergrößert werden, indem weitere Wärmeübertrager 1 mit dazwischen liegenden Heizelementen 2 seitlich nebeneinander angeordnet werden.
BezuαszahlenThe two heat exchangers 1 of the exemplary embodiment shown in FIGS. 6 and 7 are arranged next to one another in the flow direction of the fluid flow to be heated. If necessary, the heater can be arbitrarily increased by further heat exchanger 1 are arranged with intermediate heating elements 2 side by side. Bezuαszahlen
1 Wärmeübertrager1 heat exchanger
1a, 1 I b Wärmeübertrager^1a, 1 I b heat exchanger ^
2 Heizelemente2 heating elements
3 Gehäuse3 housing
4 Zuleitung4 supply line
5 Anschlussgehäuse5 connection housing
6 Masseleitung6 ground line
7 Haube7 hood
10 Metallleiste10 metal strip
11 Kunststoffrahmen11 plastic frame
12 Strömungskanäle
12 flow channels