WO2009083107A1 - Heating device - Google Patents

Heating device Download PDF

Info

Publication number
WO2009083107A1
WO2009083107A1 PCT/EP2008/010435 EP2008010435W WO2009083107A1 WO 2009083107 A1 WO2009083107 A1 WO 2009083107A1 EP 2008010435 W EP2008010435 W EP 2008010435W WO 2009083107 A1 WO2009083107 A1 WO 2009083107A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating device
heat exchanger
heating
heating element
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/010435
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen Hetzler
Frank Bartmann
Norbert Ernst
Original Assignee
Eichenauer Heizelemente Gmbh & Co. Kg
Beru Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eichenauer Heizelemente Gmbh & Co. Kg, Beru Aktiengesellschaft filed Critical Eichenauer Heizelemente Gmbh & Co. Kg
Priority to DE112008002833T priority Critical patent/DE112008002833A5/en
Publication of WO2009083107A1 publication Critical patent/WO2009083107A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/02Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/02Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429For vehicles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/02Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429For vehicles
    • F24H3/0435Structures comprising heat spreading elements in the form of fins
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/02Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429For vehicles
    • F24H3/0452Frame constructions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00Details
    • F24H9/18Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1854Arrangement or mounting of grates or heating means for air heaters
    • F24H9/1863Arrangement or mounting of electric heating means
    • F24H9/1872PTC
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials

Definitions

  • the invention relates to a heating device with the features specified in the preamble of claim 1.
  • Such a heating device is known from WO 2007/071335.
  • the known heating device is used as a heat exchanger, an extruded profile having openings through which flows a fluid to be heated.
  • a heating device with the features specified in the preamble of claim 1 is also known from DE 101 02 671 A1.
  • 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.
  • 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.
  • a heating device 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.
  • a heating device according to the invention is particularly suitable as interior heating of a motor vehicle for heating an air flow.
  • a heating device 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.
  • 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.
  • 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.
  • the foam material has a density which decreases with increasing distance from the heating element (s).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the flow channels may be formed, for example, as slots, slots or holes.
  • 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.
  • a heating device preferably contains a plurality of heating elements.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • heating elements can be positioned without a mounting frame in the housing, 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.
  • the heat capacity of the housing can prevent the encapsulation of the housing in its interior excessive temperatures occur.
  • 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.
  • Figure 1 shows an embodiment of a heating device according to the invention
  • Figure 2 shows the embodiment shown in Figure 1 from the side
  • FIG 3 shows the embodiment shown in Figure 1 from above
  • Figure 4 is a sectional view of the embodiment shown in Figure 1;
  • Figure 5 is a sectional view of a modified embodiment
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a heating device according to the invention.
  • Figure 7 shows the embodiment shown in Figure 6 in an exploded view.
  • 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.
  • the heater shown has a heat exchanger 1 made of an open-cell foam material, such as a metal foam.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the housing 3 may also be materially connected to the heat exchanger 1, in particular soldered, which also causes a good thermal contact.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • a connection housing 5 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.
  • 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.
  • 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 êtraumbeheizer a motor vehicle. For simplicity, in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, no electrical connections are shown.
  • the heat exchanger 1 is also an open-pore metal foam in the embodiment shown in Figure 6.
  • two heat exchangers 1 are present, between which PTC heating elements 2 are arranged in accordance with the exploded illustration shown in FIG.
  • PTC heating elements 2 are arranged between two metal strips 10 and held there by a plastic frame 11.
  • 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.
  • the 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. Bezu ⁇ swoo

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a heating device for heating a fluid, with at least one electric heating element (2) and at least one heat exchanger (1) through which the fluid which is to be heated can flow in order for heat generated by the at least one heating element (2) to be transmitted to the fluid. According to the invention, the heat exchanger (1) is an open-pore foam material.

Description

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

Claims

Patentansprüche claims
1. Heizvorrichtung zum Beheizen eines Fluids, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (2) und mindestens einem von dem zu beheizenden Fluid durchströmbaren Wärmeübertrager (1), um von dem mindestens einen Heizelement (2) erzeugte Wärme an das Fluid abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) ein offenporiger Schaumwerkstoff ist.A heating device for heating a fluid, comprising at least one electric heating element (2) and at least one heat exchanger (1) through which the fluid to be heated can deliver heat generated by the at least one heating element (2) to the fluid, characterized in that the heat exchanger (1) is an open-pore foam material.
2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff eine Dichte hat, die mit zunehmendem Abstand von dem mindesten einen Heizelement (2) abnimmt.2. Heating device according to claim 1, characterized in that the foam material has a density which decreases with increasing distance from the at least one heating element (2).
3. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Schaumwerkstoffs mit zunehmendem Abstand von dem mindestens einen Heizelement (2) mindestens einmal sprunghaft abnimmt.3. Heating device according to claim 2, characterized in that the density of the foam material decreases with increasing distance from the at least one heating element (2) at least once in a leap.
4. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Schaumwerkstoffs kontinuierlich abnimmt.4. Heating device according to claim 2, characterized in that the density of the foam material decreases continuously.
5. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Dichte des Schaumwerkstoffs auf einer Änderung der Porengröße beruht.5. Heating device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the change in the density of the foam material is based on a change in the pore size.
6. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff einen geschlossenen Oberflächenbereich hat, der dem mindestens einen Heizelement (2) zugewandt ist.6. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the foam material has a closed surface area, which faces the at least one heating element (2).
7. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmeübertrager (1) geradlinig verlaufende Strömungs- kanale (12) vorhanden sind. 7. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that in the heat exchanger (1) rectilinear flow channels (12) are present.
8. Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (12) Schlitze oder Löcher sind.8. Heating device according to claim 7, characterized in that the flow channels (12) are slots or holes.
9. Heizvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (12) senkrecht zur Oberfläche des Wärmeübertragers (1) verlaufen.9. Heating device according to claim 7 or 8, characterized in that the flow channels (12) extend perpendicular to the surface of the heat exchanger (1).
10. Heizvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (12) schräg zur Oberfläche des Wärmeübertragers (1) verlau- fen.10. Heating device according to claim 7 or 8, characterized in that the flow channels (12) run obliquely to the surface of the heat exchanger (1) fen.
11. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) in einem Gehäuse (3) angeordnet ist, an dem der Wärmeübertrager (1) befestigt ist.11. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element (2) in a housing (3) is arranged, on which the heat exchanger (1) is attached.
12. Heizvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) stabförmig ist.12. Heating device according to claim 11, characterized in that the housing (3) is rod-shaped.
13. Heizvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) in dem Gehäuse verpresst ist.13. Heating device according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one heating element (2) is pressed in the housing.
14. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) in dem Wärmeübertrager (1) verpresst ist.14. Heating device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the housing (3) is pressed in the heat exchanger (1).
15. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) mit dem Wärmeübertrager (1) verklebt ist.15. Heating device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the housing (3) with the heat exchanger (1) is glued.
16. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) an das Gehäuse (3) angespritzt ist.16. Heating device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the heat exchanger (1) is molded onto the housing (3).
17. Heizvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Längsseiten des Gehäuses frei von Schaumwerkstoff sind. 17. Heating device according to claim 16, characterized in that two opposite longitudinal sides of the housing are free of foam material.
18. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gehäuse (3) vorhanden sind, in denen jeweils mindestens ein Heizelement (2) angeordnet ist.18. Heating device according to one of claims 11 to 17, characterized in that a plurality of housing (3) are present, in each of which at least one heating element (2) is arranged.
19. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) in einem von dem Wärmeübertrager (1) gebildeten Gehäuse angeordnet ist.19. Heating device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one heating element (2) is arranged in a housing formed by the heat exchanger (1).
20. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) von dem Wärmeübertrager20. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element (2) of the heat exchanger
(1) umgeben ist.(1) is surrounded.
21. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) als ein Block ausgebildet ist, der eine Öffnung aufweist, in der das mindestens eine Heizelement (2) angeordnet ist.21. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (1) is designed as a block having an opening in which the at least one heating element (2) is arranged.
22. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) zwischen zwei Wärmeübertragern (1 , 1a, 1b) angeordnet ist.22. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element (2) between two heat exchangers (1, 1a, 1b) is arranged.
23. Heizvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (1a, 1b) in Strömungsrichtung des zu beheizenden Fluids hintereinander angeordnet sind.23. Heating device according to claim 22, characterized in that the heat exchangers (1a, 1b) are arranged one behind the other in the flow direction of the fluid to be heated.
24. Heizvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (1) in Strömungsrichtung des zu beheizenden Fluids nebeneinander angeordnet sind.24. Heating device according to claim 22, characterized in that the heat exchangers (1) are arranged side by side in the flow direction of the fluid to be heated.
25. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Wärmeübertager (1a, 1 b), zwischen denen das mindestens eine Heizelement (2) angeordnet ist, eine Ausnehmung für das Heizelement (2) aufweisen. 25. Heating device according to one of claims 22 to 24, characterized in that at least one of the two heat exchangers (1 a, 1 b), between which the at least one heating element (2) is arranged, a recess for the heating element (2).
26. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wärmeübertager (1), zwischen denen das mindestens eine Heizelement (2) angeordnet ist, eine Ausnehmung für das Heizelement (2) oder die Heizelemente (2) aufweisen.26. Heating device according to one of claims 22 to 25, characterized in that both heat exchanger (1), between which the at least one heating element (2) is arranged, a recess for the heating element (2) or the heating elements (2).
27. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das mindestens eine Heizelement (2) zwischen zwei Metallleisten (10) angeordnete ist, die zwischen zwei Wärmeübertragern (1) angeordnet sind.27. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one heating element (2) between two metal strips (10) is arranged, which are arranged between two heat exchangers (1).
28. Heizvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) zwischen den beiden Metallleisten (10) in einem Kunststoffrahmen (11) gehalten ist.28. Heating device according to claim 27, characterized in that the at least one heating element (2) is held between the two metal strips (10) in a plastic frame (11).
29. Heizvorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleisten (10) jeweils stoffschlüssig mit einer Schmalseite eines Wärmeübertragers (1) verbunden sind.29. Heating device according to claim 27 or 28, characterized in that the metal strips (10) are each materially connected to a narrow side of a heat exchanger (1).
30. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleisten (10) mit den Wärmeübertragern (1) verlötet sind30. Heating device according to one of claims 27 to 29, characterized in that the metal strips (10) with the heat exchangers (1) are soldered
31. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff ein Metallschaum ist.31. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the foam material is a metal foam.
32. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) einen positiven Temperaturkoeffizienten hat.32. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element (2) has a positive temperature coefficient.
33. Heizvorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) ein keramisches PTC-Element ist.33. Heating device according to claim 32, characterized in that the at least one heating element (2) is a ceramic PTC element.
34. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) aus einem offenporigen Schaumwerkstoff ist. 34. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating element (2) is made of an open-cell foam material.
35. Heizvorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (2) den Wärmeübertrager (1) oder einen Teil des Wärmeübertragers (1) bildet.35. Heating device according to claim 33, characterized in that the at least one heating element (2) forms the heat exchanger (1) or a part of the heat exchanger (1).
36. Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms als Innen- raumbeheizung eines Fahrzeugs ausgebildet ist. 36. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device is designed for heating an air flow as an interior space heating of a vehicle.
PCT/EP2008/010435 2007-12-21 2008-12-09 Heating device WO2009083107A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112008002833T DE112008002833A5 (en) 2007-12-21 2008-12-09 heater

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007062302.1 2007-12-21
DE102007062302A DE102007062302A1 (en) 2007-12-21 2007-12-21 heater

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009083107A1 true WO2009083107A1 (en) 2009-07-09

Family

ID=40689808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/010435 WO2009083107A1 (en) 2007-12-21 2008-12-09 Heating device

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE102007062302A1 (en)
WO (1) WO2009083107A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113411924A (en) * 2020-03-17 2021-09-17 赫姆斯多夫埃贝赫卡滕有限两合公司 Electric heating device and method for manufacturing the same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013010850B4 (en) * 2013-06-28 2019-03-28 Webasto SE Electric heating module, electric heater, vehicle and method of making an electric heating module
DE102016122767A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-30 Dbk David + Baader Gmbh fluid heater
DE102018200433A1 (en) * 2018-01-11 2019-07-11 Eberspächer Catem Gmbh & Co. Kg Electric heater
FR3096075B1 (en) * 2019-05-17 2022-09-02 Faurecia Systemes Dechappement Device for purifying the exhaust gases of a vehicle, method of manufacture, corresponding exhaust line and vehicle
DE102020112293B4 (en) 2020-05-06 2024-10-24 Volkswagen Aktiengesellschaft heat exchanger for a motor vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1603878A (en) * 1977-05-04 1981-12-02 Sentras Ag Device for heating-up fluids
EP0876080A1 (en) * 1997-05-02 1998-11-04 Réalisations et Diffusion pour l'Industrie (R.D.I) Heating device having resistive elements with a positive temperature coefficient (PTC)
DE10055454A1 (en) * 2000-11-09 2002-05-23 Fujitsu Siemens Computers Gmbh Cooling body for electronic components or devices having a heat emitting region formed by an open pore metal foam body
DE10123456A1 (en) * 2001-05-14 2002-11-21 Pore M Gmbh Heat exchanger consists of open pored metal foam, whereby at least some cells contained in metal foam are connected together so that fluid medium can flow through metal foam
EP1528837A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-04 Behr GmbH & Co. KG Electrically heatable plastic matrix
WO2007071335A1 (en) * 2005-12-20 2007-06-28 Beru Aktiengesellschaft Electrical heating apparatus, in particular for automobiles

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19939155A1 (en) 1999-08-20 2001-02-22 Pore M Gmbh Production of metallic lattice network structure comprises inserting foam pre-structure into container, infiltrating with refractory material, and solidifying
DE10102671C2 (en) 2001-01-17 2003-12-24 Eichenauer Heizelemente Gmbh Electric heating for a motor vehicle
DE10207671B4 (en) * 2002-02-22 2004-01-22 M.Pore Gmbh heat exchangers
DE10346423B4 (en) * 2003-10-07 2006-07-13 M.Pore Gmbh Modular heat exchanger

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1603878A (en) * 1977-05-04 1981-12-02 Sentras Ag Device for heating-up fluids
EP0876080A1 (en) * 1997-05-02 1998-11-04 Réalisations et Diffusion pour l'Industrie (R.D.I) Heating device having resistive elements with a positive temperature coefficient (PTC)
DE10055454A1 (en) * 2000-11-09 2002-05-23 Fujitsu Siemens Computers Gmbh Cooling body for electronic components or devices having a heat emitting region formed by an open pore metal foam body
DE10123456A1 (en) * 2001-05-14 2002-11-21 Pore M Gmbh Heat exchanger consists of open pored metal foam, whereby at least some cells contained in metal foam are connected together so that fluid medium can flow through metal foam
EP1528837A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-04 Behr GmbH & Co. KG Electrically heatable plastic matrix
WO2007071335A1 (en) * 2005-12-20 2007-06-28 Beru Aktiengesellschaft Electrical heating apparatus, in particular for automobiles

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BASTAWROS A-F ET AL: "CHARACTERISATION OF OPEN-CELL ALUMINUM ALLOY FOAMS AS HEAT SINKS FOR HIGH POWER ELECTRONIC DEVICES", CAE/CAD AND THERMAL MANAGEMENT ISSUES IN ELECTRONIC SYSTEMS.ASME INTERNATIONAL MECHANICAL ENGINEERING CONGRESS AND EXPOSITION, XX, XX, 16 November 1997 (1997-11-16), pages 1 - 06, XP008012562 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113411924A (en) * 2020-03-17 2021-09-17 赫姆斯多夫埃贝赫卡滕有限两合公司 Electric heating device and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007062302A1 (en) 2009-06-25
DE112008002833A5 (en) 2010-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007010745B4 (en) Battery with a heat conducting plate
EP1916873B1 (en) Heat-generating element for an electrical heating device and method for manufacturing the same
EP2109345B1 (en) Heating element and heating device containing a heating element
EP3273177B1 (en) Electric heating device
WO2009083107A1 (en) Heating device
EP1916874A2 (en) Heating element of a heating device
EP1988749A1 (en) Electric heating device
EP2211590A1 (en) Heat exchanger
EP1921896A1 (en) Heat producing element for electrical heating device and its method of manufacturing
EP1657963A1 (en) Electrical printed circuit board heating component, printed circuit board and heating process
EP2190258A1 (en) Heat exchanger
DE102014001975A1 (en) Battery for a motor vehicle, motor vehicle and method for producing a battery for a motor vehicle
DE102016219283A1 (en) Electric energy storage with cooling plates arranged between the cells for emergency cooling
DE102019216481A1 (en) Electric heater
WO2008122362A1 (en) Electric heater, particularly for automobiles
EP2395295A1 (en) Heat exchanger
DE102006055216A1 (en) Heating device for use in diesel filter system of diesel engine, has contact plates pressed by initial load in housing, so that front surfaces of plates are pressed against heating element by spring loads exercised by side pieces of plates
EP1457367B1 (en) Electric heating apparatus, particularly for a vehicle
EP2346304B1 (en) Heat exchanger
EP2395296B1 (en) Heat exchanger
DE102016122767A1 (en) fluid heater
DE102013105686A1 (en) car heater
DE102012215123A1 (en) media heater
EP1497594B1 (en) Heat exchanger provided for heating purposes and comprising an electric heating device
DE102018207037A1 (en) An electric heater having a fin structure having a fin structure

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08869059

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120080028338

Country of ref document: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: FESTSTELLUNG EINES RECHTSVERLUSTS NACH REGEL 112(1) EPUE (EPA FORM 1205A 17/09/2010)

REF Corresponds to

Ref document number: 112008002833

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20101209

Kind code of ref document: P

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08869059

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1