Концепция электрического нагревателя
Перед разработкой были проанализированы несколько существующих и потенциальных технологий (например, сопротивление проволочной обмотке или нагрев с положительным температурным коэффициентом (PTC)). Были оценены четыре основные цели разработки и проведено сравнение нескольких потенциальных технологий в отношении этих целей:
(1) С точки зрения эффективности новый нагреватель должен быть высокоэффективным, т. е. обеспечивать требуемую тепловую мощность в широком диапазоне температур теплоносителя и при всех напряжениях;
(2) По массе и размерам новый обогреватель должен быть как можно меньше и легче;
(3) с точки зрения удобства использования и стоимости следует избегать использования редкоземельных материалов и свинца, при этом стоимость нового продукта должна быть конкурентоспособной;
(4) С точки зрения безопасности любой риск поражения электрическим током или ожогов должен быть предотвращен при любых условиях.
Среди существующих концепций электронагревателей для автомобилей наиболее популярны нагреватели с положительным температурным коэффициентом с резисторами из титаната бария (BaTiO3) с положительным температурным коэффициентом. По этой причине объясняются некоторые детали его принципа действия и проводится сравнение с ламинарным нагревателем, разработанным в соответствии с HVH для высоковольтных нагревателей.
Хотя самоограничивающие характеристики элемента PTC могут в некоторых отношениях упростить проектирование системы, особенно для режимов отказа, ему присущи определенные недостатки, основные из которых включают:
(1) Необходимость легирования Pb, когда температура PTC превышает 120 градусов. Чтобы обеспечить быструю теплопередачу при небольшом размере корпуса, элементы PTC должны работать в диапазоне температур, где необходимо легирование Pb при использовании автомобильных нагревателей охлаждающей жидкости;
(2) Применение редкоземельного металла La очень распространено для PTC;
(3) Нелинейный профиль сопротивления/температуры, который приводит к высокому пусковому току при подаче питания, в сочетании с высоким термическим сопротивлением элемента PTC делает время отклика нагревателя PTC относительно медленным;
(4) Более низкая температура PTC приводит к тому, что охлаждающей жидкости передается меньше тепла, что снижает тепловые характеристики при повышении температуры охлаждающей жидкости;
(5) Когда температура PTC становится ниже, тепловые характеристики снижаются по мере снижения напряжения, что ограничивает теплопередачу. (6) Поскольку температура элемента PTC напрямую связана с приложенным напряжением, ее трудно контролировать при частичной нагрузке.
