WO2014114330A1 - Heizvorrichtung mit einem elektrisch beheizbaren ptc-element und verfahren zum betreiben einer solchen heizvorrichtung - Google Patents

Heizvorrichtung mit einem elektrisch beheizbaren ptc-element und verfahren zum betreiben einer solchen heizvorrichtung Download PDF

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heating device
air flow
air
voltage
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PCT/EP2013/051211
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Martin Stadler
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Stadler Form Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a heating device with a PTC element and with a fan.
  • PTC stands for "Positive Temperature Coefficient"
  • PTC elements can be used in fan heaters. Such PTC elements are self-regulating heating elements.
  • the PTC ceramic which is typically used in PTC elements, belongs to the group of passive electronic components. Due to the self-regulating properties of the PTC ceramic, the supplied and delivered power is automatically reduced.
  • the electrical resistance of a PTC element increases with the temperature of the element. Precisely, the electrical resistance first decreases with increasing temperature.
  • the resistance characteristic of the PTC element has a negative temperature characteristic in this range. Only when the minimum resistance is reached does the negative change into a positive temperature characteristic. Typically, the resistance decreases slowly as the temperature continues to increase. From about 80 ° C, the resistance then increases sharply. The increase in resistance lasts until the PTC element absorbs virtually no additional current.
  • a heating device is provided with an electrically heatable PTC element which heats up when a first voltage is applied.
  • the heater includes an electrically powered fan that moves a first airflow, wherein the PTC element and the fan are arranged such that the first airflow passes the PTC element.
  • the first air stream absorbs heat energy from the PTC element when passing the PTC element, if the PTC element has been heated by applying the first voltage, and outputs a second air flow on the output side.
  • the heating device is characterized in that it comprises an electrical supply circuit to feed the electrically driven fan, wherein the amount of air of the first air flow is adjustable by means of the supply circuit. The dissipation of heat can be done really stepless or quasi-continuous in all embodiments by the amount of air is set via the electrical supply circuit.
  • the setting of the amount of air is done in all embodiments continuously or virtually continuously.
  • a constellation or configuration is called, in which by several switch positions or raster potentiometer positions on the electrical Supply circuit, the volume of the first air flow (ie, the volume flow or the amount of air) is adjustable in several small steps.
  • Preferred embodiments are those in which the user of the heating device, the adjustment occurs as a continuous adjustment. That is, the adjustment of the amount of air is either really stepless (eg by means of a continuously operating potentiometer) or it takes place with a number of steps, which is greater than 3 and preferably greater than 5.
  • stepless If the term “stepless” is used below, then the “quasi stepless” approach is included.
  • the volume flow or the amount of air of the first air flow is infinitely influenced and indirectly is influenced by the continuous influencing the amount of air of the first air flow, the power consumption and -abgäbe of the PTC element. That By setting / setting the first air flow, the heat output is set indirectly.
  • the heat output can be adjusted indirectly by influencing the volume flow or the amount of air. Instead of acting supply technology directly on the PTC element or instead of switching another PTC element or zuzunch another section of a PTC element, the amount of air flowing through the heater is increased.
  • the power supply of the actual heating circuit is electrically and circuitry completely decoupled from the control elements of the device. That is, in principle, a galvanic decoupling, which leads to increased safety.
  • the power supply of the actual heating circuit may include an on / off switch in all embodiments to the heating circuit activate if you want to heat. This on / off switch, if present, can also serve as the on / off switch of the entire device.
  • control elements of the device eg the electrical supply circuit
  • the control elements of the device are operated with low voltage and / or low current, which significantly increases the safety of the heater since this part is galvanically isolated from the heating circuit (power circuit).
  • the device of the invention may be remotely operable (by cable or wireless), wherein in these embodiments, the remote operation is effected by the action on the electrical supply circuit.
  • the heat output can be reduced to zero or almost zero.
  • All embodiments may include, for example, a grid-shaped PTC element or a PTC element in honeycomb or cassette form.
  • the PTC elements may have a flat constellation or even a columnar constellation whose cross section is rectangular, square, circular or oval.
  • a columnar constellation is particularly suitable for PTC elements with honeycomb or cassette shape, wherein the honeycomb or cassette parallel to the longitudinal axis of the columnar constellation and are open throughout to be able to be passed from one end to the other of air. Further preferred embodiments can be found in the dependent claims.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a prior art PTC element with a common wiring
  • Fig. 2 shows a schematic perspective view of a first
  • Heating device of the invention comprising a PTC element and a
  • Fan includes. In the following location and direction are used to describe the invention better. These details refer to the respective installation situation and should therefore not be interpreted as a restriction.
  • FIG. 2 an exemplary heater 100 of the invention is shown in a highly schematic schematic diagram.
  • the heating device 100 comprises an electrically heatable PTC element 10, which acts upon application of a first Voltage VI is heated.
  • the power circuit LK is carried out according to the invention separately from the control circuit RK.
  • the power circuit LK may be connected to the home network (e.g., with a 220V AC voltage) in all embodiments, or it may be powered by a power source.
  • the home network e.g., with a 220V AC voltage
  • the power circuit LK may be connected to the home network (e.g., with a 220V AC voltage) in all embodiments, or it may be powered by a power source.
  • the power circuit LK in all embodiments comprises a switch Sl, which enables switching on and off of the power supply of the PTC element 10, as shown in FIG. 2 shown by way of example.
  • This on / off switch Sl if present, can also serve as an on / off switch of the entire device 100, in which case by activating the switch Sl both the power circuit LK and the control circuit RK are turned on.
  • switch S1 is mechanically or electrically (e.g., via a relay or contactor) connected to a main switch of heater 100. By operating such a main switch not only the control circuit RK but also the power circuit LK is turned on in this case.
  • the heater 100 comprises at least one electrically driven fan 20, which moves a first air flow LI.
  • the PTC element 10 and the fan 20 are arranged (as shown for example in FIG. 2) such that the first air flow LI passes through the PTC element 10.
  • the word "pass” is used herein to describe circulating and / or flowing through the PTC element 10.
  • a design is chosen that is designed so that the entire first air flow passes through the PTC element 10
  • the PTC element 10 can be arranged in front of or behind the fan 20 in all embodiments (viewed in the flow direction). Embodiments in which the fan 20 is located in front of the PTC element 10 are preferred. as shown in Fig. 2, since the fan 20 is in this case on the "cold" side, ie the fan 20 moves cold air.
  • the first air flow LI takes on passing the PTC element 10 heat energy from the PTC element 10 is on a second air stream L2, as indicated in Fig. 2 on the basis of two block arrows.
  • the second block arrow representing the second airflow L2 is shown in black to show that this airflow has a higher temperature T2 than the temperature T1 of the first airflow LI. More specifically, it can be said that the second airflow L2 per unit time transports a larger amount of heat than the first airflow LI.
  • the heater 100 is characterized in that it comprises an electrical supply circuit 150 to feed the electrically driven fan 20, wherein the volume flow or the amount of air of the first air flow LI is adjustable by means of the supply circuit 150. That the supply circuit 150 is used to control the fan 20.
  • the control circuit RK and the power circuit LK are electrically isolated from each other (except that they may be connected by a common main switch). This galvanic isolation forms an essential safety aspect of the invention. An actuation / touching of the elements of the supply circuit 150 can not lead to a touching of the live or current-conducting elements of the power circuit LK even in the event of a short circuit or another fault.
  • the control circuit RK is designed in all embodiments as a low-voltage and / or low-current circuit.
  • the electrically driven fan 20 according to the invention comprises an electric motor 21 which provides rotational movement on an axis. This axis is connected to a fan, propeller or fan to implement the rotational movement of the axle in a movement of an air flow (referred to here as the first air flow LI).
  • fan 22, rotor, propeller or fan are referred to here as the air wheel 22.
  • the design of the fan 20 is not relevant to the function of the invention. Preference is given to designs which have a low power consumption in relation to the moving volume flow or the air flow and which run quietly, since the device 100 is preferably used in the household or office environment.
  • the fan 20 preferably in all embodiments, a radial construction, a Axialbauweise or a screw design.
  • motors 21 there are various types of motors 21 that may be used in conjunction with the present invention. It is important that the speed of the fan 20, respectively the throughput of the air quantity, is directly or indirectly steplessly adjustable by predetermining a controlled variable by means of the supply circuit 150. Adjustment can be purely electrical in all embodiments, or in all embodiments an electro-mechanical adjustment (for example via a variably adjustable transmission) can also be used.
  • a control element 151 is shown in the form of a potentiometer, which can be adjusted manually (eg via a continuously rotatable knob or via a continuously movable slide). It can also be a potentiometer or switch with many finely graduated positions are used to allow a quasi-continuous adjustability.
  • the device 100 may include a DC electric motor in all embodiments, which is infinitely variable by means of the supply circuit 150.
  • an electronically commutated brushless DC motor serves as a DC electric motor, wherein the supply circuit 150 includes an electronic control loop to steplessly control the DC motor can.
  • the electronic control loop preferably comprises an electronic converter.
  • the electronic converter which is required for driving an electronically commutated brushless DC motor, may be either part of the motor 21 in all embodiments of the invention, or it may be included in the supply circuit 150 with.
  • the electrically driven fan 20 may also include an AC or a three-phase electric motor in all embodiments, which is infinitely variable by means of an AC or three-phase supply circuit 150.
  • the PTC element 10 may be a DC-PTC element 10, in which case the heater 100 provides a DC voltage as the first voltage VI in the power circuit LK to supply the DC voltage.
  • the power circuit LK preferably comprises a rectifier in order to be able to operate the DC voltage PTC element 10 on an AC voltage network.
  • the PTC element 10 may be an AC PTC element 10, in which case the heater 100 in the power circuit LK provides an AC voltage as the first voltage VI to supply the AC voltage.
  • a first voltage VI is applied to an electrically heatable PTC element 10 (eg by a direct or indirect actuation of the switch S1), wherein the PTC element 10 heats up when the first voltage VI is applied.
  • an electrical control variable for operating the electrically driven fan 20 is set, wherein the fan 20 moves a first air flow LI, the volume flow or air quantity is directly or indirectly influenced by the predetermining the electrical control variable. This can be z. B. by pressing / adjusting the control element 151 done.
  • the PTC element 10 and the fan 20 are arranged relative to each other so that the first air flow LI passes through the PTC element 10 and the PTC element 10 thereby extracts heat energy.
  • a second air stream L2 is discharged, which has a higher temperature T2 than the first air flow LI before passing through the PTC element 10th
  • the temperature output of the PTC element 10 follows quasi the predetermined amount of air.
  • the heat output is regulated in all embodiments indirectly via the amount of air without having to act on the power circuit LK circuitry (apart from turning on / off the power circuit LK).
  • PTC element 10 instead of just a single PTC element 10 can be used in all embodiments, several PTC elements in a known manner. It is also possible to use multistage PTC elements 10, as is customary in the prior art, whereby even in these cases the temperature output of the PTC element (s) 10 is influenced only by the amount of air.
  • Preferred embodiments of the invention include only a simple PTC element 10 (eg, as shown in Figure 2), which is less expensive than multi-stage PTC elements.
  • the heater 100 is preferably self-sufficient in all embodiments. That is, the heater 100 only needs to be connected to an electrical supply (eg, the 22V AC power supply) to operate.
  • the heater 100 thus serves as a stand-alone solution that needs no further connections or connections (eg to an externally provided air stream).
  • Control element 151

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Abstract

Heizvorrichtung (100) mit einem elektrisch beheizbaren PTC-Element (10), das sich beim Anlegen einer ersten Spannung (VI) erwärmt. Die Heizvorrichtung (100) umfasst einen elektrisch antreibbaren Lüfter (20), der einen ersten Luftstrom (L1) bewegt, wobei das PTC-Element (10) und der Lüfter (20) so angeordnet sind, dass der erste Luftstrom (L1) das PTC-Element (10) passiert. Der erste Luftstrom (L1) nimmt beim Passieren des PTC-Elements (10) Wärmeenergie auf und gibt ausgangsseitig einen zweiten Luftstrom (L2) ab. Die Heizvorrichtung (100) zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine elektrische Versorgungsschaltung (150) umfasst, um den elektrisch antreibbaren Lüfter (20) zu speisen, wobei die Luftmenge des ersten Luftstrom (L1) mittels der Versorgungsschaltung (150) stufenlos einstellbar ist.

Description

Heizvorrichtung mit einem elektrisch beheizbaren PTC-Element und Verfahren zum Betreiben einer solchen Heizvorrichtung
[0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Heizvorrichtung mit einem PTC Element und mit einem Lüfter.„PTC" steht für„Positive Temperature Coefficient"
[0002] Es ist bekannt, das PTC-Elemente in Heizlüftern eingesetzt werden können. Solche PTC-Elemente sind selbstregelnde Heizelemente. Die PTC- Keramik, die typischerweise in PTC-Elementen eingesetzt wird, gehört zu der Gruppe der passiven elektronischen Bauelemente. Durch die selbstregelnde Eigenschaften der PTC-Keramik wird die zugeführte und abgegebene Leistung selbstständig reduziert. Im Prinzip steigt der elektrische Widerstand eines PTC- Elements mit der Temperatur des Elementes. Genau betrachtet sinkt zunächst der elektrische Widerstand mit steigender Temperatur. Die Widerstandskennlinie des PTC-Elements hat in diesem Bereich eine negative Temperaturcharakteristik. Erst wenn der minimale Widerstand erreicht ist, ändert sich die negative in eine positive Temperaturcharakteristik. Typischerweise nimmt der Widerstand mit weiter steigender Temperatur zuerst langsam ab. Ab ca. 80°C nimmt der Widerstand dann stark zu. Die Zunahme des Widerstands dauert so lange, bis das PTC-Element praktisch keinen zusätzlichen Strom mehr aufnimmt. D.h. es wird kaum noch Wärmeenergie bereitgestellt und die Oberflächentemperatur des PTC-Elements bleibt in einem unkritischen Bereich. [0003] Es ist auch bekannt, dass man mehrere PTC-Elemente in einem Heizlüfter verbauen kann, wobei die Heizleistung durch Zuschalten weiterer Elemente stufenweise erhöht werden kann. [0004] Leider hat sich gezeigt, dass die Regulierbarkeit der Wärmeabgabe solcher Heizlüfter unbefriedigend ist.
[0005] Es stellt sich daher die Aufgabe einen einfachen und sicheren Heizlüfter bereit zu stellen, der eine stufenlose Regulierbarkeit der Wärmeabgabe ermöglicht. Dieser Heizlüfter soll einfach zu bedienen und sicher sein.
[0006] Gemäss Erfindung wird eine Heizvorrichtung mit einem elektrisch beheizbaren PTC-Element bereit gestellt, das sich beim Anlegen einer ersten Spannung erwärmt. Die Heizvorrichtung umfasst einen elektrisch antreibbaren Lüfter, der einen ersten Luftstrom bewegt, wobei das PTC-Element und der Lüfter so angeordnet sind, dass der erste Luftstrom das PTC-Element passiert. Der erste Luftstrom nimmt beim Passieren des PTC-Elements Wärmeenergie von dem PTC-Element auf, falls das PTC-Element durch Anlegen der ersten Spannung erwärmt wurde, und gibt ausgangsseitig einen zweiten Luftstrom ab. Die Heizvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine elektrische Versorgungsschaltung umfasst, um den elektrisch antreibbaren Lüfter zu speisen, wobei die Luftmenge des ersten Luftstrom mittels der Versorgungsschaltung einstellbar ist. [0007] Das Abgeben von Wärme kann bei allen Ausführungsformen echt stufenlos oder quasi stufenlos erfolgen, indem die Luftmenge über die elektrische Versorgungsschaltung vorgegeben wird .
[0008] Das Einstellen der Luftmenge geschieht bei allen Ausführungsformen stufenlos oder quasi stufenlos. Als quasi stufenloses Einstellen wird eine Konstellation oder Konfiguration bezeichnet, bei der durch mehrere Schalterstellungen oder gerasterte Potenziometerstellungen über die elektrische Versorgungsschaltung das Volumen des ersten Luftstroms (d .h. der Volumenstrom bzw. die Luftmenge) in mehreren kleinen Schritten einstellbar ist. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen dem Nutzer der Heizvorrichtung das Verstellen als stufenloses Verstellen vorkommt. D.h. das Einstellen der Luftmenge erfolgt entweder wirklich stufenlos (z.B. mittels eines stufenlos arbeitenden Potenziometers) oder es erfolgt mit einer Anzahl von Schritten, die grösser ist als 3 und vorzugsweise grösser ist als 5.
[0009] Wenn im Folgenden der Begriff „stufenlos" verwendet wird, dann ist auch der„quasi stufenlose" Ansatz mit umfasst.
[00010] Durch das Ändern einer elektrischen Regelgrösse ist der Volumenstrom bzw. die Luftmenge des ersten Luftstroms stufenlos beeinflussbar und indirekt wird über das stufenlose Beeinflussen der Luftmenge des ersten Luftstroms die Leistungsaufnahme und -abgäbe des PTC-Elements beeinflusst. D.h. über die Vorgeben/Einstellen des ersten Luftstroms wird indirekt die Wärmeabgabe eingestellt.
[00011] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Wärmeabgabe indirekt durch das Beeinflussen des Volumenstroms bzw. der Luftmenge eingestellt werden kann. Anstatt versorgungstechnisch direkt auf das PTC-Element einzuwirken oder statt schaltungstechnisch ein weiteres PTC-Element oder einen weiteren Abschnitt eines PTC-Elements zuzuschalten, wird die Luftmenge erhöht, die durch die Heizvorrichtung strömt.
[00012] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Leistungsversorgung des eigentlichen Heizkreises elektrisch und schaltungstechnisch komplett von den Regelungselementen der Vorrichtung entkoppelt ist. D.h. man hat im Prinzip eine galvanische Entkopplung, die zu einer erhöhten Sicherheit führt. Die Leistungsversorgung des eigentlichen Heizkreises kann bei allen Ausführungsformen einen An/Ausschalter umfassen, um den Heizkreis zu aktivieren falls geheizt werden soll. Dieser An/Ausschalter, falls vorhanden, kann auch als An/Ausschalter der gesamten Vorrichtung dienen.
[00013] Vorzugsweise werden die Regelungselemente der Vorrichtung (z. B. die elektrische Versorgungsschaltung) mit niedriger Spannung und/oder niedrigem Strom betrieben, was die Sicherheit der Heizvorrichtung deutlich erhöht, da dieser Teil galvanisch von dem Heizkreis (Leistungskreis) getrennt ist.
[00014] Die Vorrichtung der Erfindung kann fernbedienbar (mittels Kabel oder kabellos) ausgelegt sein, wobei bei diesen Ausführungsformen die Fernbedienbarkeit durch das Einwirken auf die elektrische Versorgungsschaltung erfolgt.
[00015] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass das Verhalten bzw. die Charakteristik der Heizvorrichtung intuitiv über die Bedienung eines Regelelements möglich ist. Ein Hochfahren des Volumenstroms bzw. der Luftmenge, die durch die Vorrichtung gefördert wird, erhöht automatisch die Wärmeabgabe des PTC-Elements und eine Reduktion des Volumenstroms bzw. der Luftmenge, die durch die Vorrichtung gefördert wird, reduziert automatisch die Wärmeabgabe des PTC-Elements.
[00016] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass beim Verringern des Volumenstroms bzw. der Luftmenge des ersten Luftstroms unterhalb einer Mindestluftstrommenge das Entziehen von Wärmeenergie am PTC-Element so stark reduziert wird, dass die Leistungsaufnahme des PTC-Elements gegen Null geht. Die Vorrichtung der Erfindung nutzt somit den inhärenten Übertemperaturschutz, den ein PTC-Element bietet.
[00017] Bei bevorzugten Ausführungsformen kann damit die Wärmeabgabe auf Null oder nahezu auf Null herunter gefahren werden. [00018] Alle Ausführungsformen können z.B. ein gitterförmiges PTC-Element oder ein PTC-Element in Waben- oder Kassettenform umfassen. Die PTC- Elemente können eine flächige Konstellation oder auch eine säulenartige Konstellation haben, deren Querschnitt rechteckig, quadratisch, kreisförmig oder oval ist. Eine säulenartige Konstellation eignet sich vor allem für PTC-Elemente mit Waben- oder Kassettenform, wobei sich die Waben oder Kassetten parallel zur Längsachse der säulenartigen Konstellation erstrecken und durchgängig offen sind, um von einem Ende zum anderen von Luft passiert werden zu können. [00019] Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
[00020] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen nicht maßstäblich sind. Vor allen die Dicke der verschiedenen Elemente sind nicht im wirklichen Verhältnis zueinander gezeigt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines vorbekannten PTC-Elements mit einer gängigen Beschaltung;
Fig. 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer ersten
Heizvorrichtung der Erfindung, das eine PTC-Element und einen
Lüfter umfasst. [00021] Im Folgenden werden Orts- und Richtungsangaben verwendet, um die Erfindung besser beschreiben zu können. Diese Angaben beziehen sich auf die jeweilige Einbausituation und sollen daher nicht als Einschränkung verstanden werden. [00022] In Fig . 2 ist eine beispielhafte Heizvorrichtung 100 der Erfindung in einer stark schematisierten Prinzipskizze gezeigt. Die Heizvorrichtung 100 umfasst ein elektrisch beheizbares PTC-Element 10, das sich beim Anlegen einer ersten Spannung VI erwärmt. Der Leistungskreis LK ist gemäss Erfindung separat von dem Regelkreis RK ausgeführt.
[00023] Der Leistungskreis LK kann zum Beispiel bei allen Ausführungsformen mit dem Hausnetz (z.B. mit einer 220V Wechselspannung) verbunden sein, oder er kann von einer Leistungsquelle versorgt werden.
[00024] Vorzugsweise umfasst der Leistungskreis LK bei allen Ausführungsform einen Schalter Sl, der ein An- und Ausschalten der Spannungsversorgung des PTC-Elements 10 ermöglicht, wie in Fig . 2 beispielhaft gezeigt. Dieser An/Ausschalter Sl, falls vorhanden, kann auch als An/Ausschalter der gesamten Vorrichtung 100 dienen, wobei in diesem Fall durch ein Betätigen des Schalters Sl sowohl der Leistungskreis LK als auch der Regelkreis RK angeschaltet werden. [00025] Vorzugsweise ist der Schalter Sl bei allen Ausführungsformen mechanisch oder elektrisch (z.B. über ein Relais oder Schütz) mit einem Hauptschalter der Heizvorrichtung 100 verbunden. Durch das Betätigen eines solchen Hauptschalters wird in diesem Fall nicht nur der Regelkreis RK sondern auch der Leistungskreis LK angeschaltet.
[00026] Die Heizvorrichtung 100 umfasst mindestens einen elektrisch antreibbaren Lüfter 20, der einen ersten Luftstrom LI bewegt. Das PTC-Element 10 und der Lüfter 20 sind so angeordnet (wie z.B. in Fig. 2 gezeigt), dass der erste Luftstrom LI das PTC-Element 10 passiert. Das Wort„Passieren" wird hier verwendet, um ein Umströmen und/oder ein Durchströmen des PTC-Elements 10 zu umschreiben. Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen ein Aufbau gewählt, der so ausgelegt ist, dass der gesamte erste Luftstrom das PTC-Element 10 passiert. [00027] Das PTC-Element 10 kann bei allen Ausführungsformen vor oder hinter (in Strömungsrichtung betrachtet) dem Lüfter 20 angeordnet sein. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Lüfter 20 vor dem PTC-Element 10 sitzt, wie in Fig. 2 gezeigt, da der Lüfter 20 in diesem Fall auf der„kalten" Seite sitzt, d.h. der Lüfter 20 bewegt kalte Luft.
[00028] Bei allen Ausführungsformen nimmt der erste Luftstrom LI beim Passieren des PTC-Elements 10 Wärmeenergie von dem PTC-Element 10 auf gibt einen zweiten Luftstrom L2 ab, wie in Fig. 2 anhand von zwei Blockpfeilen angedeutet. Der zweite Blockpfeil, der den zweiten Luftstrom L2 darstellt, ist schwarz dargestellt, um zu zeigen, dass dieser Luftstrom eine höhere Temperatur T2 hat als die Temperatur Tl des erstens Luftstroms LI . Genauer ausgedrückt kann gesagt werden, dass der zweite Luftstrom L2 pro Zeiteinheit eine grössere Wärmemenge transportiert als der erste Luftstrom LI.
[00029] Diese Aussage gilt jedoch nur dann, wenn das PTC-Element 10 Wärmeenergie abgibt. D.h. die Wärmeabgabe tritt jedoch nur dann ein, wenn das PTC-Element 10 durch Anlegen der ersten Spannung VI elektrisch beheizt wird (d.h. wenn z. B. der Schalter Sl geschlossen wurde).
[00030] Die Heizvorrichtung 100 zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine elektrische Versorgungsschaltung 150 umfasst, um den elektrisch antreibbaren Lüfter 20 zu speisen, wobei der Volumenstrom bzw. die Luftmenge des ersten Luftstroms LI mittels der Versorgungsschaltung 150 einstellbar ist. D.h. die Versorgungsschaltung 150 dient zum Regeln des Lüfters 20. Gemäss Erfindung sind der Regelkreis RK und der Leistungskreis LK elektrisch voneinander getrennt (ausser das sie eventuell durch einen gemeinsamen Hauptschalter anschaltbar sind). Diese galvanische Trennung bildet einen wesentlichen Sicherheitsaspekt der Erfindung. Ein Betätigen/Berühren der Elemente der Versorgungsschaltung 150 können auch bei einem Kurzschluss oder einem anderen Fehler nicht zu einem Berühren der spannungsführenden oder stromleitenden Elemente des Leistungskreises LK führen.
[00031] Vorzugsweise ist der Regelkreis RK bei allen Ausführungsformen als Niederspannungs- und/oder Niederstromschaltung ausgelegt. [00032] Der elektrisch antreibbare Lüfter 20 umfasst gemäss Erfindung einen Elektromotor 21, der an einer Achse eine Drehbewegung bereit stellt. Diese Achse ist mit einem Lüfterrad, Propeller oder Ventilator verbunden, um die Drehbewegung der Achse in eine Bewegung eines Luftstroms (hier als erster Luftstrom LI bezeichnet) umzusetzen. Zusammenfassend werden Lüfterrad 22, Rotor, Propeller oder Ventilator hier als Luftrad 22 bezeichnet.
[00033] Die Bauform des Lüfters 20 ist für die Funktion der Erfindung nicht relevant. Bevorzugt werden Bauformen, die eine geringe Leistungsaufnahme in Bezug auf den bewegten Volumenstrom bzw. die Luftmenge haben und die leise laufen, da die Vorrichtung 100 vorzugsweise im Haushalts- oder Büroumfeld zum Einsatz kommt.
[00034] Der Lüfter 20 hat gemäss Erfindung vorzugsweise bei allen Ausführungsformen eine Radialbauweise, eine Axialbauweise oder eine Schnecken- Bauform.
[00035] Es gibt verschiedene Typen von Motoren 21, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Wichtig ist, dass die Drehzahl des Lüfters 20, respektive der Durchsatz der Luftmenge, durch das Vorgeben einer Regelgrösse mittels der Versorgungsschaltung 150 direkt oder indirekt stufenlos einstellbar ist. Das Einstellen kann bei allen Ausführungsformen rein elektrisch erfolgen, oder es kann bei allen Ausführungsformen auch eine elektro-mechanische Verstellung (z.B. über ein variabel einstellbares Getriebe) zum Einsatz kommen.
[00036] In Fig. 2 ist beispielhaft ein Regelelement 151 in Form eines Potenziometers gezeigt, das manuell (z.B. über einen stufenlos verdrehbaren Knopf oder über einen stufenlos verschiebbaren Schieber) verstellt werden kann. Es kann hier auch ein Potenziometer oder Schalter mit vielen, fein abgestuften Stellungen eingesetzt werden, um eine quasi stufenlose Verstellbarkeit zu ermöglichen. [00037] Die Vorrichtung 100 kann bei allen Ausführungsformen einen Gleichstrom-Elektromotor umfassen, der mittels der Versorgungsschaltung 150 stufenlos regelbar ist. Vorzugsweise dient bei diesen Ausführungsformen ein elektronisch kommutierter bürstenloser Gleichstrommotor als Gleichstrom- Elektromotor, wobei die Versorgungsschaltung 150 ein elektronische Regelschleife umfasst, um den Gleichstrommotor stufenlos regeln zu können. Die elektronische Regelschleife umfasst vorzugsweise einen Elektronik-Umrichter.
[00038] Der Elektronik-Umrichter, der zum Ansteuern eines elektronisch kommutierten bürstenlosen Gleichstrommotors erforderlich ist, kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung entweder Bestandteil des Motors 21 sein, oder es kann in der Versorgungsschaltung 150 mit umfasst sein.
[00039] Der elektrisch antreibbare Lüfter 20 kann aber auch bei allen Ausführungsformen einen Wechselstrom- oder einen Drehstrom-Elektromotor umfassen, der mittels einer Wechselstrom- oder Drehstrom- Versorgungsschaltung 150 stufenlos regelbar ist.
[00040] Gemäss Erfindung kann es sich bei allen Ausführungsformen bei dem PTC-Element 10 um ein Gleichspannungs-PTC-Element 10 handeln, wobei in diesem Fall die Heizvorrichtung 100 im Leistungskreis LK eine Gleichspannung als erste Spannung VI bereit stellt, um das Gleichspannungs-PTC-Element 10 elektrisch zu beheizen. Der Leistungskreis LK umfasst in diesem Fall vorzugsweise einen Gleichrichter, um das Gleichspannungs-PTC-Element 10 an einem Wechselspannungsnetz betreiben zu können.
[00041] Gemäss Erfindung kann es sich bei allen Ausführungsformen bei dem PTC-Element 10 um ein Wechselspannungs-PTC-Element 10 handeln, wobei in diesem Fall die Heizvorrichtung 100 im Leistungskreis LK eine Wechselspannung als erste Spannung VI bereit stellt, um das Wechselspannungs-PTC-Element 10 elektrisch zu beheizen. [00042] Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung 100 anhand der Verfahrensschritte, die zum Betreiben erforderlich sind, erläutert. [00043] Es wird eine ersten Spannung VI an ein elektrisch beheizbares PTC- Element 10 angelegt (z. B. durch ein direktes oder indirektes Betätigen des Schalters Sl), wobei sich das PTC-Element 10 beim Anlegen der ersten Spannung VI erwärmt. [00044] Weiterhin wird eine elektrische Regelgrösse zum Betreiben des elektrisch antreibbaren Lüfters 20 vorgegeben, wobei der Lüfter 20 einen ersten Luftstrom LI bewegt, dessen Volumenstrom bzw. Luftmenge durch das Vorgeben der elektrischen Regelgrösse direkt oder indirekt beeinflussbar ist. Dies kann z. B. durch Betätigen/Verstellen des Regelelements 151 erfolgen.
[00045] Das PTC-Element 10 und der Lüfter 20 sind so relativ zueinander angeordnet, dass der erste Luftstrom LI das PTC-Element 10 passiert und dem PTC-Element 10 dabei Wärmeenergie entzieht. Dabei wird ein zweiter Luftstrom L2 abgegeben, der eine höhere Temperatur T2 hat als der erste Luftstrom LI vor dem Passieren des PTC-Elements 10.
[00046] Durch ein Ändern der elektrischen Regelgrösse in eine erste Richtung wird der Volumenstrom bzw. die Luftmenge des ersten Luftstroms LI erhöht und damit wird das Entziehen von Wärmeenergie am PTC-Element 10 gesteigert. Das führt aufgrund der inhärenten Eigenschaft des PTC-Elements 10 zu einer Reduktion des inneren Widerstands des PTC-Elements 10 und somit zur vergrößerten elektrischen Leistungsaufnahme und zur erhöhten Bereitstellung von Wärmeenergie. [00047] Durch ein Ändern der elektrischen Regelgrösse in eine der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung wird der Volumenstrom bzw. die Luftmenge des ersten Luftstroms LI verringert und damit wird quasi auf indirektem Wege das Entziehen von Wärmeenergie am PTC-Element 10 reduziert. Das führt aufgrund der inhärenten Eigenschaft des PTC-Elements 10 zu einer Erhöhung des inneren Widerstands des PTC-Elements 10 und somit zur verringerten Leistungsaufnahme und zur reduzierten Bereitstellung von Wärmeenergie.
[00048] Gemäss Erfindung folgt die Temperaturabgabe des PTC-Elements 10 quasi der vorgebbaren Luftmenge. Die Wärmeabgabe wird bei allen Ausführungsformen indirekt über die Luftmenge geregelt ohne auf den Leistungskreis LK schaltungstechnisch (abgesehen vom An/Ausschalten des Leistungskreises LK) einwirken zu müssen.
[00049] Statt nur eines einzigen PTC-Elements 10 können bei allen Ausführungsformen auch mehrere PTC-Elemente in bekannter Art und Weise zum Einsatz kommen. Es können auch mehrstufige PTC-Elemente 10 eingesetzt werden, wie beim Stand der Technik üblich, wobei auch in diesen Fällen die Temperaturabgabe des/der PTC-Elemente 10 nur durch die Luftmenge beeinflusst wird.
[00050] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung umfassen lediglich ein einfaches PTC-Element 10 (z. B. wie in Fig. 2 gezeigt), das kostengünstiger ist als mehrstufige PTC-Elemente.
[00051] Die Heizvorrichtung 100 ist vorzugsweise in allen Ausführungsformen in sich autark. D.h. die Heizvorrichtung 100 muss lediglich mit einer elektrischen Versorgung verbunden werden (z.B. mit dem 22V Wechselspannungsnetz), um betrieben werden zu können. Die Heizvorrichtung 100 dient also als stand-alone Lösung, die keinerlei weitere Anschlüsse oder Verbindungen (z.B. zu einem extern bereitgestellten Luftstrom) braucht. Bezugszeichen
PTC-Element 10
Lüfter 20
Motor 21
Luftrad 22
Heizvorrichtung 100
Versorgungsschaltung 150
Regelelement 151
Erster Luftstrom LI zweiter Luftstrom L2
Leistungskreis LK
Regelkreis RK
Schalter Sl
Erste Spannung VI

Claims

Patentansprüche
1. Heizvorrichtung (100) mit einem elektrisch beheizbaren PTC-Element (10), das sich beim Anlegen einer ersten Spannung (VI) erwärmt, und mit einem elektrisch antreibbaren Lüfter (20), der einen ersten Luftstrom (LI) bewegt, wobei das PTC-Element (10) und der Lüfter (20) so angeordnet sind, dass der erste Luftstrom (LI) das PTC-Element (10) passiert, wobei der erste Luftstrom (LI) beim Passieren des PTC-Elements (10) Wärmeenergie von dem PTC-Element (10) aufnimmt und als zweiten Luftstrom (L2) abgibt, wenn das PTC-Element (10) durch Anlegen den ersten Spannung (VI) elektrisch beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (100) eine elektrische Versorgungsschaltung (150) umfasst, um den elektrisch antreibbaren Lüfter (20) zu regeln, wobei die Luftmenge des ersten Luftstrom (LI) mittels der Versorgungsschaltung (150) einstellbar ist.
2. Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltung (150) zum stufenlosen oder quasi-stufenlosen Regeln der Umdrehungszahl eines Luftrads (22) des Lüfters (20) ausgelegt ist. 3. Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (100) dazu ausgelegt ist eine stufenlos oder quasi- stufenlos regelbare Wärmemenge als zweiten Luftstrom (L2) auf einer in Strömungsrichtung betrachteten Ausgangsseite des PTC-Elements (10) abzugeben.
4. Heizvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass es sich bei dem PTC-Element (10) um ein
Gleichspannungs-PTC-Element (10) handelt, wobei die Heizvorrichtung (100) eine Gleichspannung als erste Spannung (VI) bereit stellt, um das Gleichspannungs-PTC-Element (10) elektrisch zu beheizen.
5. Heizvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass es sich bei dem PTC-Element (10) um ein Wechselspannungs-PTC-Element (10) handelt, wobei die Heizvorrichtung (100) eine Wechselspannung als erste Spannung (VI) bereit stellt, um das Wechselspannungs-PTC-Element (10) elektrisch zu beheizen.
Heizvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch antreibbare Lüfter (20) einen
Gleichstrom-Elektromotor (21) umfasst, der mittels der
Versorgungsschaltung (150) stufenlos regelbar ist.
Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisch kommutierter bürstenloser Gleichstrommotor als Gleichstrom- Elektromotor (21) dient, wobei die Versorgungsschaltung (150) eine Regelschleife umfasst, um den Gleichstrommotor stufenlos regeln zu können.
8. Heizvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der elektrisch antreibbare Lüfter (20) einen
Wechselstrom- oder einen Drehstrom-Elektromotor (21) umfasst, der mittels der Versorgungsschaltung (150) stufenlos regelbar ist.
Heizvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Regelelement (151) umfasst, das manuell betätigbar ist, wobei mittels des Regelelements (151) auf die
Versorgungsschaltung (150) eingewirkt werden kann, um so die Luftmenge des ersten Luftstrom (LI) einstellen zu können.
Heizvorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Betätigen des Regelelements (151) indirekt die elektrische Leistungsaufnahme und die Abgabe der Wärmeenergie des PTC-Elements (10) beeinflussbar sind ohne auf die Spannungsversorgung des PTC- Elements (10) direkt einwirken zu müssen.
11. Heizvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Leistungskreis (LK) mit dem PTC-Element (10) und einen Regelkreis (RK) mit der Versorgungsschaltung (150) umfasst, wobei der Leistungskreis (LK) galvanisch von dem Regelkreis (RK) getrennt ist.
12. Verfahren zum Betrieben einer Heizvorrichtung (100) mit den folgenden Schritten :
- Anlegen einer ersten Spannung (VI) an ein elektrisch beheizbares PTC- Element (10), wobei sich das PTC-Element (10) beim Anlegen der ersten Spannung (VI) erwärmt,
- Vorgeben einer elektrischen Regelgrösse zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Lüfters (20), wobei der Lüfter (20) einen ersten Luftstrom (LI) bewegt, dessen Luftmenge durch das Vorgeben der elektrischen Regelgrösse regelbar ist,
wobei das PTC-Element (10) und der Lüfter (20) so relativ zueinander angeordnet sind, dass der erste Luftstrom (LI) das PTC-Element (10) passiert und dem PTC-Element (10) Wärmeenergie entzieht, um einen zweiten Luftstrom (L2) abzugeben, der eine höhere Temperatur hat als der erste Luftstrom (LI) vor dem Passieren des PTC-Elements (10),
wobei durch ein Ändern der elektrischen Regelgrösse in eine erste Richtung die Luftmenge des ersten Luftstroms (LI) erhöht und damit das Entziehen von Wärmeenergie am PTC-Element (10) gesteigert wird, was zu einer Reduktion des inneren Widerstands des PTC-Elements (10) und somit zur vergrößerten Leistungsaufnahme und zur erhöhten Bereitstellung von Wärmeenergie führt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein
Ändern der elektrischen Regelgrösse in eine der ersten Richtung
entgegengesetzte Richtung die Luftmenge des ersten Luftstroms (LI) verringert und damit das Entziehen von Wärmeenergie am PTC-Element (10) reduziert wird, was zu einer Erhöhung des inneren Widerstands des PTC-Elements (10) und somit zur verringerten Leistungsaufnahme und zur reduzierten Bereitstellung von Wärmeenergie führt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Ändern der elektrischen Regelgrösse die Luftmenge des ersten
Luftstroms (LI) stufenlos oder quasi stufenlos beeinflussbar ist und dadurch gekennzeichnet, dass indirekt über das Beeinflussen der Luftmenge des ersten Luftstroms (LI) die Leistungsaufnahme und -abgäbe des PTC- Elements (10) beeinflussbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verringern der Luftmenge des ersten Luftstroms (LI) unterhalb einer Mindestluftstrommenge das Entziehen von Wärmeenergie am PTC-Element (10) so stark reduziert wird, dass die elektrische Leistungsaufnahme des PTC-Elements (10) gegen Null geht.
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