Sähkölämmittimen konsepti
Ennen kehitystyötä analysoitiin useita olemassa olevia ja mahdollisia teknologioita (esim. lankaresistanssi tai positiivinen lämpötilakerroin (PTC) lämmitys). Neljää pääkehitystavoitetta arvioitiin ja useita mahdollisia teknologioita verrattiin näiden tavoitteiden suhteen:
(1) Tehokkuuden kannalta uuden lämmittimen on oltava erittäin tehokas, jotta sen pitäisi pystyä tuottamaan vaadittu lämpöteho laajalla jäähdytysnesteen lämpötilojen alueella ja kaikilla jännitteillä;
(2) Uuden lämmittimen on oltava massaltaan ja kooltaan mahdollisimman pieni ja kevyt;
(3) Käytettävyyden ja kustannusten kannalta harvinaisten maametallien ja Pb:n käyttöä on vältettävä, kun taas uuden tuotteen kustannusten on oltava kilpailukykyisiä.
(4) Turvallisuuden kannalta sähköisku- tai palovammavaara on estettävä kaikissa olosuhteissa.
Olemassa olevista autojen sähkölämmittimien konsepteista suosituimpia ovat PTC-lämmittimet, joiden vastukset on valmistettu bariumtitanaatista (BaTiO3) ja joiden lämpötilakerroin on positiivinen. Tästä syystä selitetään useita yksityiskohtia sen toimintaperiaatteesta ja sitä verrataan HVH:n mukaan korkeajännitelämmittimille kehitettyyn laminaarilämmittimeen.
Vaikka PTC-elementin itserajoittuvat ominaisuudet voivat joissakin suhteissa helpottaa järjestelmän suunnittelua, erityisesti vikatilojen osalta, sillä on tiettyjä luontaisia haittoja, joista tärkeimpiä ovat:
(1) Pb-seostuksen tarve, kun PTC-lämpötila ylittää 120 astetta. Nopean lämmönsiirron varmistamiseksi pienessä pakkauskoossa PTC-elementtien on toimittava lämpötila-alueella, jolla Pb-seostus on välttämätöntä käytettäessä autojen jäähdytysnesteen lämmittimiä;
(2) Harvinaisen maametallin La käyttö on hyvin yleistä PTC:issä;
(3) Epälineaarinen resistanssi/lämpötilaprofiili, joka johtaa korkeaan käynnistysvirtaan jännitteen ollessa kytkettynä, yhdistettynä PTC-elementin korkeaan lämpövastukseen tekee PTC-lämmittimen vasteajasta suhteellisen hitaan;
(4) Alempi PTC-lämpötila johtaa vähemmän lämmön siirtymiseen jäähdytysnesteeseen, mikä heikentää lämpötehoa jäähdytysnesteen lämpötilan noustessa;
(5) Kun PTC-lämpötila laskee, lämpöteho heikkenee jännitteen pienentyessä, mikä rajoittaa lämmönsiirtoa. (6) Koska PTC-elementin lämpötila on suoraan verrannollinen syötettyyn jännitteeseen, sitä on vaikea ohjata osakuormalla.
