HEIZMODUL

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizmodul mit mehreren Heizelementen und einem Wärmeübertrager, wobei die Heizelemente elektrisch betriebene Keramikheizelemente mit positivem Temperaturkoeffizienten sind und diese innen in einen metallenen Wärmeübertrager innen eingespannt sind, der außen von einem Medium umströmt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Heizmodul mit mehreren Heizelementen und einem Wärmeübertrager.

[0002] Es sind elektrisch betriebene Keramikheizelemente bekannt geworden, die mit einer kleinen Bauform große Heizleistungen erzeugen können. Solche Heizelemente sind Hochtemperaturheizelemente auf Basis einer Al₂O₃-Isolationskeramik, wie sie etwa von der Firma Rauschert angeboten werden.
Solche Heizelemente werden in Heizmodule eingebaut, für die ein Wärmeübertrager zur Abgabe der Heizleistung notwendig ist.

[0003] Hochtemperaturheizelemente werden häufig in Heißluftgebläsen eingesetzt. In der Patentschrift DE 102 01 262 B4 ist ein Widerstandsheizelement beschrieben, in das ein Wabenkörper aus Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten in einen Metallrahmen eingespannt ist.
In der Patentanmeldung DE 10 2007 020 531 A1 ist ein Heißluftgebläse beschrieben, bei dem das poröse Heizelement in ein metallenem Rohr eingesetzt ist und von Luft zu einem Luftaustritt durchströmt wird. Das poröse Heizelement setzt dem Luftstrom einen großen Widerstand entgegen.
In der Patentanmeldung DE 37 08 056 A1 ist ein Heizgerät mit einer Vielzahl von Heizelementen beschrieben, die jeweils rohrförmig ausgebildet sind und als Paket von einem Metallrohr umschlossen sind.

[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung ein Heizmodul zu offenbaren, in dem die Heizelemente nicht selbst von dem zu erwärmenden Medium durchströmt werden sondern diese in direktem Kontakt zu einem Wärmetauscher stehen der für die Wärmeübertragung optimiert ist.

[0005] Ein derart optimiertes Heizmodul ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beschrieben.

[0006] Die Unteransprüche enthalten Gestaltungsmerkmale, die eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes darstellen.

[0007] Das erfindungsgemäße Heizmodul ist mit mehreren elektrisch betriebenen Keramikheizelementen mit positivem Temperaturkoeffizienten ausgerüstet, so dass eine große Heizleistung erreicht werden kann. Die Heizelemente sind in einen metallenen Wärmeübertrager innen eingespannt, so dass sie einen großflächigen Kontakt zu diesem besitzen. Dabei werden sie nicht von dem zu erwärmenden Medium durchströmt, sondern das Medium strömt außen um den Wärmeübertrager herum.

[0008] Die Heizelemente sind keramische Hochtemperaturheizelemente auf Basis einer Al₂O₃-Isolationskeramik, die mit Temperaturen von bis zu 1100°C betrieben werden.
Diese Heizelemente sind in einen Wärmeübertrager eingespannt, der aus einem äußeren Mantel und einem inneren Spannkörper gebildet ist.
Der äußere Mantel ist vorteilhaft im Wesentlichen als ein Rohr ausgebildet, dessen Rohröffnung einen viereckigen oder sechseckigem inneren Querschnitt besitzt. Der Spannkörper dazu ist als ein in Spannstücke geteiltes Rohr mit viereckiger oder sechseckiger Außenfläche ausgebildet, das in die Rohröffnung des Mantels einspannbar ist.

[0009] Die Spannstücke des Spannkörpers werden auseinander gedrückt und damit an die Innenflächen des Mantels gepresst. Die Heizelemente sind somit zwischen der Rohröffnung und den Außenflächen des Spannkörpers eingespannt, und sie liegen großflächig innen an dem äußeren Mantel an. So sind die Heizelemente beidseitig an Metallflächen angepresst und die Metallflächen gewährleisten eine gute Wärmeübertragung.

[0010] Das Spannen des Spannkörpers erfolgt in einer Ausführungsform über eine zentrale Schraube, die an einer Kegelfläche der Spannstücke ausgebildet ist.
In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Spannen über innen, in Spannnuten der Spannstücke eingesetzte Sprengringe.
Mit diesen Mitteln ist ein einfaches Spannen der Spannstücke möglich.

[0011] Die elektrische Kontaktierung der Heizelemente erfolgt vorteilhaft über den Mantel und den Spannkörper zwischen den sich die elektrisch leitenden Heizelemente befinden. Für die Kontaktierung sind am Mantel und am Spannkörper jeweils elektrische Anschlüsse vorgesehen, beispielweise über Schrauben für Kabelschuhe.

[0012] Die Wärmeübertragung wird dadurch optimiert, dass an den Außenflächen des Mantels Wärmeübertragungsrippen angeformt sind. Diese können auf das jeweils zu erwärmende Medium angepasst sein.

[0013] Ein bevorzugter Einsatzfall für das beschriebene Heizelement ist ein Heizgerät, bei dem mit einem Lüfter ein Luftstrom außen über das Heizmodul geleitet wird. Ein solches Heizgerät kann beispielsweise für eine Kraftfahrzeugheizung genutzt werden.

[0014] Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren näher dargestellt.

Fig. 1

zeigt eine Frontansicht des Heizmoduls;

Fig. 2

zeigt eine Schrägansicht des Mantels;

Fig. 3

zeigt eine Schrägansicht des Spannkörpers.

[0015] In Fig. 1 ist eine Frontansicht des Heizmoduls dargestellt. In seinem Mantel 1 ist in der Rohröffnung 4 der Spannkörper 2 mit seinen Spannstücken 3 eingesetzt. Die Spannstücke 3 werden hier mittels der Schraube 6 und der Kegelfläche 12 an ihren Teilungen 10 aus einander gedrückt und damit fest an die innere Wandung der Rohröffnung 4 angepresst.
Die Wärmeübertragung erfolgt durch die Wärmeübertragungsrippen 7 an der Außenfläche des Mantels 1.
Die elektrischen Anschlüsse werden über den ersten Anschluss 5 an dem Mantel 1 und dem zweiten Anschluss an der Schraube 6 hergestellt.

[0016] Fig. 2 zeigt eine Außenansicht des Mantels 1 mit seinen Wärmeübertragungsrippen 7, die für den Wärmeübergang optimiert sind.
In die Rohröffnung 7 kann der Spannkörper 2 eingesetzt werden.
Fig. 3 zeigt eine Schrägansicht des Spannkörpers 2 mit seinen Spannstücken 3, die über die Teilungen 10 geteilt sind. In die Einlageflächen 8 werden die Heizelemente eingesetzt und später nach außen gegen die Rohröffnung des Mantels gepresst.
Die Spannung der Spannstücke 3 kann über Sprengringe in den Spannnuten 11 oder über eine Schraube an der Kegelfläche 12 erfolgen.

Bezugszeichen

[0017] 

1

Mantel

2

Spannkörper

3

Spannstück

4

Rohröffnung

5

Erster elektrischer Anschluss

6

Zweiter elektrischer Anschluss, Schraube

7

Wärmeübertragungsrippen

8

Einlagefläche

9

Spannloch

10

Teilung

11

Spannnute

12

Kegelfläche

Ansprüche

1. Heizmodul mit mehreren Heizelementen und einem Wärmeübertrager, dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizelemente elektrisch betriebene Keramikheizelemente mit positivem Temperaturkoeffizienten sind und diese innen in einen metallenen Wärmeübertrager innen eingespannt sind, der außen von einem Medium umströmt wird.

2. Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente mit einer Temperatur von bis zu 1100°C betrieben werden.

3. Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager aus einem äußeren Mantel (1) und einem inneren Spannkörper (2) gebildet ist.

4. Heizmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Mantel (1) im Wesentlichen als ein Rohr ausgebildet ist, dessen Rohröffnung (4) einen viereckigen oder sechseckigem inneren Querschnitt besitzt.

5. Heizmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkörper (2) als ein in Spannstücke (3) geteiltes Rohr mit viereckiger oder sechseckiger Außenfläche ausgebildet ist, das in die Rohröffnung (4) des Mantels einspannbar ist.

6. Heizmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente zwischen der Rohröffnung (4) und den Außenflächen des Spannkörpers (2) eingespannt sind.

7. Heizmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannen des Spannkörpers (2) über eine zentrale Schraube (6) erfolgt, die die Spannstücke (3) des Spannkörpers (2) auseinander drückt.

8. Heizmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannen des Spannkörpers (2) über innen eingesetzte Sprengringe erfolgt, die die Spannstücke (3) auseinander drücken.

9. Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung der Heizelemente über den Mantel (1) und den Spannkörper (2) erfolgt.

10. Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (1) an seiner Außenfläche Wärmeübertragungsrippen (7) besitzt.

11. Heizgerät mit einem Heizmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Lüfter ein Luftstrom über das Heizmodul geleitet wird.

Zeichnung