DE2625515A1

DE2625515A1 - Heizvorrichtung fuer gase oder fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2625515A1
Application number: DE19762625515
Authority: DE
Inventors: Takashi Kobayashi; Toshikazu Nakamura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-06-05
Publication date: 1977-05-18
Also published as: FR2331229B1; JPS5263748U; JPS5553100Y2; DE2625515C2; FR2331229A1; US4162395A

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE

Anmelder in Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

Murata Manufacturing Co., Ltd. Dr.-ing.Th.Meyer, Köln

16, Nishijin-cho, Kaiden, Dr.-Ing K. W Eishold. Bad Soden

,•,ι,,.,,. -r Dr. J. F. Fues, Köln

Nagaokakyo-Shx, Kyoto, Japan Drehen,. AIeIc von Kreisler. Köln

Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seifing, Köln

Sg-Is 5 KÖLN l 4. Juni 1976

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

Heizvorrichtung für Gase oder Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für Gase oder Flüssigkeiten, mit mehreren parallel zueinander angeordneten Halbleiter-Heizelementen mit positivem Temperaturkoeffizienten, von denen jedes auf mindestens einer seiner parallelen Flächen zwei Elektroden trägt, und mit zwischen den Heizelementen vorgesehenen Durchlässen zum Hindurchströmen der Gase oder Flüssigkeiten.

Heizvorrichtungen mit Halbleiter-Heizelementen mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTCS-Elemente) sind bekannt. In ihnen wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgesetzt. Wenn an das PTCS-Material, beispielsweise an einen Termistor, eine Spannung angelegt wird, ist der daraufhin fließende Strom im Anfangsstadium verhältnismäßig hoch, so daß das PTCS-Material schnell auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt wird, die in Beziehung zu der angelegten Spannung steht. Danach fällt der Strom auf einen niedrigen Wert ab, so daß die Wärmeerzeugung des PTCS-Körpers sich wesentlich verringert und eine vorbestimmte Temperatur

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aufrechterhalten wird.

Die Verwendung derartiger PTCS-Heizelemente in Heizvorrichtungen zur Aufheizung von Gasen oder Flüssigkeiten ist bekannt. Die Gase oder Flüssigkeiten (Fluide) strömen dicht an dem PTCS-Material vorbei und nehmen dessen Wärme auf.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Heizvorrichtung a, die mehrere PTCS-Heizelemente b in paralleler Ausrichtung nebeneinander enthält. Die Heizelemente b sind mit gegenseitigen Abständen angeordnet und werden von den vier Eckschienen c1 bis c4 getragen. Jedes PTCS-Heizelement b besteht aus einem PTCS-Heizkörper d mit rechteckigen parallelen Flächen und zwei Elektroden el und e2, die an gegenüberliegenden Rändern des PTCS-Heizkörpers d vorgesehen sind, wie man am besten aus Fig. 2 ersieht. Da die Eckschienen aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, schließen die Eckschienen c1 und c2 die jeweiligen Elektroden, z.B. die Elektrode el, elektrisch an, während die Eckschienen c3 und c4 die andere Elektrode e2 elektrisch anschließen. Wenn zwischen die Elektroden el und e2 über die entsprechenden Eckschienen eine geeignete Spannung angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom durch den PTCS-Heizkörper d sowohl im inneren Bereich als auch im äußeren Bereich des PTCS-Heizkörpers, so daß dieser gesamte Heizkörper d aufgeheizt wird, um Wärme abzugeben. Die von dem PTCS-Heizkörper d zu emittierende Wärme wird an dessen Mitte ο erzeugt, wie Fig. 3 zeigt. Anders ausgedrückt: der Wärmeerzeugungsursprung χ fällt mit dem Mittelpunkt ο zusammen. Da die erzeugte Wärme nur von der Außenfläche des PTCS-Heizkörpers d emittiert

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wird, sollte der Wärmeerzeugungsursprung χ vorzugsweise an der Oberfläche des PTCS-Heizkörpers d liegen, um rasch Wärme von dem PTCS-Heizelement b, das schnell auf die Umgebungstemperatur reagiert, zu emittieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß mehr Wärme an den Oberflächen des PTCS-Heizkörpers erzeugt wird. Ferner sollen die Heizelemente durch die Eckschienen leicht in der Heizvorrichtung zu positionieren und festzuhalten sein. Die Heizvorrichtung soll imstande sein, schnell und wirksam Wärme zu erzeugen und schnell auf die Umgebungstemperatur zu reagieren. Schließlich soll sie in der Konstruktion einfach und leicht herstellbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die erste Elektrode und die zweite Elektrode jeweils mehrere finger- oder kammförmige Streifen aufweisen, die abwechselnd derart angeordnet sind, daß jeweils benachbarte Streifen unterschiedlichen Elektroden angehören.

Nach der Erfindung enthält die Heizvorrichtung, die in ein Heizgerät eingebaut werden kann, mehrere PTCS-Heizelemente, die parallel zueinander ausgerichtet und mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind. Vier Eckschienen mit L-förmigem Querschnitt greifen an den Ecken der Heizelemente an. Jedes PTCS-Heizelement besteht aus einem PTCS-Heizkörper von rechtwinkliger Form mit parallelen gegenüberliegenden Flächen und zwei in gegenseitigem Abstand angeordneten Elektroden an mindestens einer der Flächen des PTCS-Heizkörpers. Jede Elektrode weist mehrere

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Streifen auf , die finger- oder gabelförmig angeordnet sind. Jeder Streifen ist so angeordnet, daß benachbarte Streifen durch einen bestimmten Mindestabstand voneinander getrennt sind. Gleichzeitig gehören zwei benachbarte Streifen stets unterschiedlichen Elektroden an. Um einen derartigen Elektrodentyp auf beiden Flachseiten des PTCS-Körpers anzubringen, müssen die Streifen gleichnamig gepolter Elektroden einander exakt durch den PTCS-Heizkörper hindurch gegenüberliegen. Wenn zwischen die Elektroden eine geeignete Spannung gelegt wird, fließt der elektrische Strom zwischen den benachbarten Streifen in einem Bereich,der vorwiegend in der Oberflächennähe des PTCS-Heizkörpers liegt, so daß nur ein dünner Außenbereich des PTCS-Körpers zwischen zwei entgegengesetzten Elektroden als Wärmeerzeugungsbereich wirkt. Dadurch wird erreicht, daß die Wärmeemission außerordentlich schnell in Abhängigkeit von den elektrischen Strömen erfolgt. Der Wärmeerzeugungsbereich χ kann daher so betrachtet werden, als läge er auf der Oberfläche des PTCS-Heizelementes.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung bestehen in der Positionierung der Befestigung der PTCS-Heizelemente an den Eckschienen an bestimmten dafür vorgesehenen Stellen der Heizvorrichtung.

Bei der Positionierung der PTCS-Heizelemente an den Eckschienen greifen vorgefertigte Ausnehmungen oder ausgeschnittene Bereiche oder Vorsprünge an den Eckschienen an jedem der PTCS-Heizelemente an dessen Ecken an, an denen sich die Elektroden befinden. Dadurch wird eine exakte Positionierung der Heizelemente möglich. Die exakt positionierten Heizelemente können an den jeweiligen Stel-

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len durch Löten, Schichtauftrag oder Flammsprühen unter Verwendung elektrisch leitfähigen Materials fixiert werden.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann ferner an den einander entgegengesetzten Außenwänden Wände oder Platten aufweisen, die das Fluid exakt zwischen den PTCS-Heizelementen durch die Heizvorrichtung leiten.

Jede der erwähnten Platten kann auch durch PTCS-Heizelemente ersetzt werden, die zwei entgegengesetzte Elektroden in dem oben beschriebenen Sinne lediglich an der Innenfläche tragen, die den PTCS-Heizelementen zugewandt ist, so daß die Wärmeerzeugungsfläche der Heizvorrichtung vergrößert wird.

Zur Verhinderung von Beschädigungen oder Zerstörungen der PTCS-Heizelemente durch Feuchtigkeit oder chemische Substanzen, die in dem aufzuheizenden Fluid enthalten sind, kann die Heizvorrichtung von einer dünnen Schicht aus elektrisch isolierendem Material umschlossen sein.

Die Halblexterelemente haben einen solchen gegenseitigen Abstand voneinander, daß das strömende Fluid, das an den Hauptseiten der Heizelemente entlangstreicht, in seiner Strömung möglichst wenig behindert wird, daß andererseits aber auch jeder Fluidpartikel in die Nähe mindestens eines Heizelementes gelangt.

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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,

Fig. 5a zeigt eine Ansicht eines in der Heizvorrichtung nach Fig. 4 verwandten Heizelementes,

Fig. 5b zeigt einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 5a,

Fig. 6a zeigt eine perspektivische Ansicht der Eckschiene, wobei insbesondere deren Vorsprünge erkennbar sind.

Fig. 6b zeigt eine Ansicht ähnlich derjenigen der Fig. 6a, jedoch mit in der Eckschiene vorgesehenen Ausnehmungen.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Heizgerätes, das die oben beschriebene Heizvorrichtung enthält, teilweise aufgebrochen,

Fig. 8 zeigt eine Explosionsdarstellung der Heizvorrichtung und des Stützrahmens, mit dem sie in das in Fig. dargestellte Heizgerät eingebaut wird,

Fig. 9 und 10 zeigen ähnliche Ansichten wie Fig. 4, wobei jedoch in den Eckschienen Ausschnitte vorgesehen sind.

Fig. 11 zeigt eine Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 4, jedoch mit Seitenplatten, und

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Fig. 12 zeigt eine Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 11, wobei jedoch die Heizvorrichtung mit elektrisch isolierendem Material beschichtet ist.

Vor Weiterführung der Beschreibung der Ausführungsbeispiele sei angemerkt, daß bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen durchgehend jeweils gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 bis 5b weist die Heizvorrichtung 2a vier PTCS-Heizelemente 4a, 4b, 4c und 4d aus Halbleitermaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten auf, die durch vier Eckschienen 6a, 6b, 6c und 6d aus elektrisch leitendem Material zusammengehalten sind. Jede der Eckschienen hat L-förmigen Querschnitt und ist mit den Ecken der vier PTCS-Heizelemente verbunden. Jedes der PTCS-Heizelemente 4a bis 4d enthält einen PTCS-Heizkörper 8 und zwei Elektrodengruppen 10a und 10b, wie man am besten aus den Fig. 5a und 5b ersieht. Der PTCS-Heizkörper 8 ist rechteckig und weist zwei ebene und parallel zueinander verlaufende Flächen 8a und 8b sowie zwei Paare von Umfangsflachen 8c, 8d, 8e und 8f auf. An der Umfangsflache 8c ist die Elektrode 10a in Form einer dünnen Metallfilmschicht angebracht. Diese Elektrode weist vier fingerförmig abstehende Bereiche auf, die generell als Streifen 12 bezeichnet werden und mit den Flächen 8a und 8b verbunden sind. Die Streifen 12 an der Fläche 8a überlappen sich durch den PTCS-Heizkörper 8 hindurch mit den an der Fläche 8b angeordneten Streifen 12 bzw. die Streifen auf beiden Flächen sind kongruent. In gleicher Weise ist an der Umfangsflache 8e die Elektrode 10 angebracht, die ebenfalls aus einer dünnen Metallfilmschicht besteht

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und abstehende Streifen 14 aufweist, die auf den Flächen 8a und 8b befestigt sind. Die Streifen der Elektrode 10b ragen in die Zwischenräume zwischen den Streifen 12 hinein, so daß die Streifen abwechselnd so angeordnet sind, daß benachbarte Streifen jeweils einen bestimmten Abstand voneinander haben und unterschiedlichen Elektrodengruppen angehören. Die Spitzen der Streifen sind von der jeweiligen Gegenelektrode ebenfalls durch den erwähnten Abstand getrennt.

Die Streifen 12 auf der Fläche 8a, von denen gesagt wurde, daß sie sich durch den PTCS-Heizkörper 8 exakt mit den Streifen 12 auf der Fläche 8b überdecken, überdecken sich mit den Streifen 12 an der Fläche 8b dann nicht unbedingt, wenn die Stärke des PTCS-Körpers relativ groß ist, weil man davon ausgeht, daß die elektrische Stromkomponente in Dickenrichtung des PTCS-Körpers dann nicht entsteht. Die Streifen 12, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel an den Flächen 8a und 8b vorgesehen sind, können evtl. auch nur an einer der Flächen 8a oder 8b angeordnet sein.

Gemäß Fig. 6a sind die Eckschienen 6a bis 6d an ihrer Innenseite mit zahlreichen VorSprüngen 16 versehen, um ein exaktes Zusammengreifen.der PTCS-Heizelemente mit den jeweiligen Eckschienen zu bewirken. Damit die PTCS-Heizelemente präzise in die Eckschienen eingreifen, können die Vorsprünge 16 durch Ausnehmungen 18 an der Innenfläche der Eckschienen ersetzt werden, wie in Fig. 6b dargestellt ist. Solche VorSprünge und Ausnehmungen sind für die Positionierung eines jeden PTCS-Heizelementes vorgesehen. Durch Angreifen an den Ecken der PTCS-Heiz-

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elemente werden diese durch die Eckschienen in der vorgesehenen Stellung gehalten.

Gemäß Fig. 4 greifen die Eckschienen 6a und 6b an den entgegengesetzten Enden der Umfangsfläche 8c von vier PTCS-Heizelementen an, während die anderen beiden-Eckschienen 6c und 6d an den gegenüberliegenden Enden der Umfangsfläche 8e in der Weise angreifen, daß die vier PTCS-Heizelemente parallel zueinander ausgerichtet und in vorbestimmten Abständen voneinander angeordnet sind, und daß die Elektrodenpaare der PTCS-Heizelemente durch die Eckschienen, die gleichzeitig der Stromversorgung dienen, parallelgeschaltet sind.

Anstelle von vier PTCS-Heizelementen können selbstverständlich auch mehr oder weniger Heizelemente eingesetzt werden, was von der jeweils benötigten Heizleistung, bzw. dem benötigten Temperaturunterschied und der aufzuheizenden Luftmenge abhängt.

Ferner können zwei Eckschienen, beispielsweise die Eckschienen 6a und 6b, die an dieselbe Elektrode angeschlossen sind, in einer einzigen Eckstütze untergebracht sein. Die Eckstütze enthält in diesem Falle eingebaute (nicht dargestellte) Verbindungsstangen, die die Eckschienen 6a und 6b an bestimmten Stellen, beispielsweise an ihren Endbereichen, miteinander verbinden. Auf diese Weise ist eine einfachere Montage der Stützteile an den PTCS-Heizelementen möglich.

Die oben beschriebene Heizvorrichtung 2a wird in ein Heizgerät für ein Strömungsmedium, beispielsweise Luft, einge-

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baut, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.

Das in den Fig. 7 und 8 dargestellte Heizgerät 20 enthält eine Heizvorrichtung 2a nach der Erfindung sowie einen Lüfter 22 mit mehreren Flügeln 26, die radial von der Achse 28 abstehen, und einen (nicht dargestellten) Motor, der das Lüfterrad 22 um die Achse 28 dreht. Der Lüfter 22 ist in einem Gehäuse 30 untergebracht, das einen Kanal 24 aufweist, in welchem die Heizvorrichtung 2a in der Nähe der Auslaßöffnung 29 angeordnet ist. Die Anbringung der Heizvorrichtung erfolgt mit einem U-förmigen Rahmen 28, in dessen Basisschenkel eine große Öffnung 28a vorgesehen ist, wie man am besten aus Fig. 8 ersieht. Die Heizvorrichtung 2a wird in dem Kanal 24 in der Weise montiert, daß die PTCS-Heizelemente 4a bis 4d parallel zur Strömungsrichtung der Luft liegen, die durch die Pfeil R angedeutet ist, so daß die aufzuheizende Luft eng an den Flächen 8a und 8b der Heizelemente 4a bis 4d entlangstreicht.

Das Gehäuse 30 weist mehrere Einlaßöffnungen 36 auf, die an der dem Kanal 24 gegenüberliegenden Stelle des Gehäuses 30 angeordnet sind, und durch die Außenluft angesaugt wird. Die Heizvorrichtung 20 weist fernen einen Ständer 38 und einen Fuß 40 auf. An dem Fuß befindet sich ein Schalter 42 mit drei Alternativstellungen, mit dem eine (nicht dargestellte) Stromquelle mit der Heizvorrichtung 2 über Zuleitungen 32 und 34 verbunden wird. Die Zuleitungen sind an die Eckschiene 6c und den Rahmen 28 angeschlossen, d.h. zwischen den Elektroden 10a und 10b der Heizelemente 4a bis 4d.

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Der Motor des Lüfters 22 wird einen anderen (nicht dargestellten) Schalter gesteuert, der in dem Heizgerät 20 vorgesehen ist oder auf andere Weise dem Schalter 42 entspricht. Der Schalter 42 muß in diesem Falle drei Alternativstellungen haben, so daß die Heizvorrichtung 2a eingeschaltet oder abgeschaltet sein kann, während der Lüfter 22 läuft.

Während der Zeit, in der der Lüfter 22 eingeschaltet ist, d.h. wenn Luft durch die Einlaßöffnungen 36 in das Gehäuse eingesaugt und durch die Auslaßöffnung 29 bzw. den Kanal 24 in Richtung des Pfeiles R ausgeblasen wird, ist der Schalter 42 eingeschaltet, so daß die Heizvorrichtung 2a mit Strom versorgt wird und die sie durchströmende Luft aufheizt.

Da jedes der Heizelemente 4a bis 4d zwei entgegengesetzte Elektroden 10a und 10b aufweist, die direkt auf den Flächen 8a und 8b angeordnet sind, fließt der elektrische Strom vorwiegend in dem Bereich in der Nähe der Oberfläche des PTCS-Heizkörpers 8 zwischen benachbarten Streifen. Da die wirksame Wärmeerzeugungsfläche an den Flächen 8a und 8b einen relativ großen Anteil hat, verbraucht jedes der PTCS-Heizelemente verhältnismäßig viel elektrische Energie, die sehr schnell in Wärme umgesetzt wird. Daher wird im Inneren der PTCS-Heizkörper kaum Wärme gespeichert und ein sehr großer Anteil der erzeugten Wärme wird durch die die Heizvorrichtung 2a zwischen den Heizelementen 4a bis 4d durchströmende Luft aufgenommen. Beispielsweise wird in dem Falle, daß die Geschwindigkeit der Luftströmung verhältnismäßig groß ist, viel Wärme von der Heizvorrichtung 2a auf die Luft übertragen, während jedes der PTCS-

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Heizelemente schnell in bezug auf die Wärmeübertragung reagiert und an den jeweiligen Oberflächen Wärme erzeugt, um ihre Temperatur in einem bestimmten Bereich zu halten. Es wird also mehr elektrische Energie verbraucht und mehr Wärme erzeugt. Dies geschieht durch die Selbstregelungseigenschaften der Heizvorrichtung 2a, die auf diese Weise die hindurchströmende Luft auf einem vorbestimmten Temperaturniveau hält.

Da die in dem Heizgerät 20 verwendeten PTCS-Heizelemente keine elektrische Stromkomponente haben, die in Dickenrichtung fließt, spielt die Stärke der PTCS-Heizelemente keine wesentliche Rolle. Daher kann man PTCS-Heizelemente in verhältnismäßig dünnen Schichten herstellen, was zu einer Heizvorrichtung mit kleinen Abmessungen führt.

Die von den Erfindern durchgeführten Experimente haben ergeben, daß eine Heizvorrichtung 2a mit zwanzig parallel angeordneten PTCS-Heizelementen die Temperatur hindurchgeblasener Luft auf etwa 80° C hält, wenn die elektrische Leistung 200 W und die Luftgeschwindigkeit 5 m/sek. betragen. Wenn die Luftströmung abnimmt, reduziert sich die elektrische Leistung auf 25 W. Wenn daher aufgrund einer Störung die Luftströmung nachläßt, wird der Leistungsbedarf der PTCS-Heizelemente automatisch reduziert, so daß die Solltemperatur gerade eingehalten wird. Dieses Betriebsverhalten schützt vor Überhitzung.

In Fig. 9 ist eine Heizvorrichtung 2b dargestellt, die gegenüber der Heizvorrichtung 2a,die oben beschrieben wurde, modifiziert ist. Jede der vier Eckschienen 6a bis 6d ist mit Kerben oder Aushöhlungsbereichen 50 entlang

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seiner Kanten versehen. Die Kerben befinden sich an Stellen, an denen die Kanten die Elektroden der PTCS-Heizelemente 4a bis 4d berühren. Jeder der Aushöhlungsbereiche ist schmaler als die Breite der PTCS-Heizelemente, so daß jeder Aushöhlungsbereich 50 auf der Randfläche des betreffenden PTCS-Elementes liegt.

Bei der Herstellung der Heizvorrichtung 2b wird jedes der PTCS-Heizelemente 4a bis 4d in vorbestimmte Position durch Angriff an den oben beschriebenen Ausnehmungen oder VorSprüngen 16 gebracht. Anschließend erfolgt eine Befestigung durch Abtragen (sputtering), Schweißen oder Löten an den Kerben 50, in denen sich das geschmolzene Verbindungsmaterial, wie z.B. Lötmittel, sammelt und somit nicht unerwünscht verteilt. Auf diese Weise wird der Herstellungsprozeß vereinfacht.

Die Eckschienen können anstelle der oben beschriebenen Kerben 50 auch Bohrungen aufweisen, um dieselbe Wirkung wie mit den Hohlbereichen 50 zu erzielen.

In Fig. 10 ist eine Heizvorrichtung 2c abgebildet, die eine weitere Modifizierung der Heizvorrichtung 2a darstellt. Anstelle der oben erwähnten Kerben 50 weisen die Eckschienen 6a bis 6d größere Hohlbereiche oder Ausschnitte 52 an ihren Kanten auf. Diese Ausschnitte befinden sich an Positionen, an denen die Ränder die Elektroden der PTCS-Heizelemente 4a bis 4d berühren. Jeder der Ausschnittsbereiche 52 ist bei diesem Ausführungsbeispiel etwas breiter als die PTCS-Heizelemente, so daß die Eckenrandbereiche der PTCS-Heizelemente in die Ausschnittsbereiche 52 eingesetzt werden können, die auf diese Weise

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die PTCS-Heizelemente 4a bis 4d vorzugsweise mit gegenseitigem Abstand zeitweilig festhalten.

Die in der richtigen Weise in den entsprechenden Ausschnitten positionierten PTCS-Heizelemente 4a bis 4d werden anschließend durch Abtragung, Schweißen, Löten, Flammspritzen oder dgl. in ihren Stellungen fixiert.

Da die Ausschnittsbereiche 52 geringfügig breiter sind als die PTCS-Heizelemente, können diese leicht in die jeweiligen Ausschnittsbereiche 52 eingesetzt werden, ohne daß sich Dickenabweichungen oder Dickendifferenzen der Heizelemente bemerkbar machten. Obwohl die erwähnten Dickenabweichungen der PTCS-Heizelemente sich auf den Zwischenraum zwischen den Flächen der PTCS-Heizelemente und dem Rand des Ausschnittsbereiches 52 auswirken, kann ein solcher Zwischenraum leicht mit dem Befestigungsmaterial, wie Lötmittel, gefüllt werden, so daß die PTCS-Heizelemente von den Eckschienen in der festgelegten Position unverrückbar festgehalten werden.

Die Vorsprünge 16 oder Ausnehmungen 18 sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendigerweise an den Eckschienen angebracht, da die Positionierung der PTCS-Heizelemente durch die Ausschnittsbereiche 52 erfolgt. Der oben beschriebene Ausschnittsbereich 52 kann ferner an seinem Rand (nicht dargestellte) Zacken aufweisen, die sich in das PTCS-Heizelement eingraben und dieses in dem jeweiligen Ausschnittsbereich festhalten.

In Fig. 11 ist eine Heizvorrichtung 2d abgebildet, die eine weitere Modifizierung der oben beschriebenen Heizvor-

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richtung 2a darstellt. Zusätzlich zu den vier PTCS-Heizelementen 4a bis 4d, die parallel zueinander angeordnet und durch die vier Eckschienen 6a bis 6d befestigt sind, enthält dieHexzvorrichtung 2d ferner zwei Platten oder Wandteile 60 von rechteckiger Form aus nicht leitendem Material, beispielsweise aus Kunstharz. Diese Platten sind an den Umfangsflachen 8f und 8d der jeweiligen PTCS-Heizelemente befestigt. Die Breite der Wandteile 60 ist so bemessen wie diejenige der PTCS-Heizelemente und ihre Länge ist gleich oder größer als der Abstand zwischen den äußeren Heizelementen 4a bis 4d. Derartige Wandteile 60 sind an den gegenüberliegenden Umfangsflachen der parallel ausgerichteten Heizelemente 4a bis 4d in der Weise angeordnet, daß der durch den Pfeil R gekennzeichnete Fluiddurchlaß von vier Wänden umschlossen ist, von denen zwei den PTCS-Heizelementen angehören und die anderen beiden den Wandteilen 60. Die Luft wird auf diese Weise in einem verengten Raum geführt.

Bei der Herstellung der Heizvorrichtung 2d wird jedes der PTCS-Heizelemente mit der flachen Oberseite der Wandteile 60 verbunden und die oberen und unteren Umfangsflächen der Wandteile 60 werden mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet, das durch Löten, Schichtauftrag, Flammsprühen oder dgl. aufgetragen wird, um die jeweiligen Elektroden 10a und 10b der PTCS-Heizelemente parallelzuschalten. Die elektrische Leistung kann der Heizvorrichtung 2d durch die Eckschienen zugeführt werden, die an jeder der vier Ecken der Heizvorrichtung 2d in der oben erläuterten Weise angeordnet sind.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Wandteile 60, die bei

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dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Fig. 11 aus Kunstharz bestehen, durch PTCS-Heizelemente der erwähnten Art ersetzt werden können, bei denen die gabel- oder kammförmigen Streifen an der Innenseite angeordnet sind, die dem Luftdurchgang zugewandt ist, um einen zusätzlichen Wärmeerzeugungsraum zu schaffen. Auf diese Weise wird die die Heizvorrichtung durchströmende Luft noch wirksamer aufgeheizt, wie Fig. 12 zeigt.

In Fig. 12 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Heizvorrichtung 2e dargestellt,die ebenfalls eine Modifizierung der Heizvorrichtung 2a darstellt. Die Heizvorrichtung 2e enthält vier PTCS-Heizelemente 4a bis 4d und zwei Wandteile 60, die in gleicher Weise angeorndet sind wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11. Die Heizvorrichtung 2e enthält ferner eine Isolierung 70, mit der jedes der PTCS-Heizelemente beschichtet ist. Außerdem sind die Wandteile 60 mit Ausnahme der vier Eckbereiche 62, 64, 66 und 68 des oberen Randes der Heizvorrichtung 2e und der vier Eckbereiche (in Fig. 12 nicht zu sehen) des unteren Randes der Heizvorrichtung sowie die rechteckigen oberen und unteren Rahmen 72 und 74 aus Metallblech von der Beschichtung freigelassen. Jeder der Rahmen 72 und besitzt Vorsprünge 76 an seinen vier Ecken, um den elektrischen Anschluß der Elektroden 10a und 10b an die oberen und unteren Rahmen 72 bzw. 74 sicherzustellen, wenn die Rahmen 72 und 74 auf die Umfangsflachen der Wandteile aufgesetzt werden. Derartige Rahmen 72 und 74 können fest an den Umfangsflachen der Wandteile 60 beispielsweise mit Schrauben oder durch Kleben angebracht werden. Die Eckschienen 6a bis 6d (in Fig. 12 nicht dargestellt) können an jeder Ecke in der oben beschriebenen Weise ausgebildet

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Eine derartige Isolierung 70 eignet sich insbesondere zur Verhinderung von Beschädigungen der PTCS-Heizelemente, die oft durch Feuchtigkeit oder chemische Substanzen hervorgerufen werden, die in dem aufzuheizenden Fluid mitgeführt werden, das unerwünschte Bestandteile enthält.

Ferner können die Elektroden der Heizvorrichtung ungeachtet der die Heizelemente bedeckenden Isolierung leicht mit elektrischer Energie versorgt werden.

Da die erfindungsgemäße Heizvorrichtung PTCS-Heizelemente verwendet, deren Wärmeerzeugungsmittelpunkte an den flachen Hauptseiten liegen, erzeugen die Heizelemente an den Oberflächen Wärme in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Energie und die PTCS-Heizelemente halten ihre Temperatur in einembestimmten Bereich, ohne unerwünschte Fluktuation. Daher kann die die Heizvorrichtung durchfließende Strömung schnell und wirksam aufgeheizt werden.

Obwohl die erfindungsgemäßen Heizvorrichtungen anhand der Aufheizung von Gas, wie z.B. Luft, beschrieben wurden, ist es möglich, eine derartige Heizvorrichtung auch in einem Heizgerät für Flüssigkeiten einzusetzen, indem die Heizvorrichtung vollständig mit elektrisch isolierendem Material beschichtet wird.

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Claims

Ansprüche

Heizvorrichtung für Gase oder Flüssigkeiten, mit mehreren parallel zueinander angeordneten Halbleiter-Heizelementen mit positivem Temperaturkoeffizienten, von denen jedes auf mindestens einer seiner parallelen Flächen zwei Elektroden trägt, und mit zwischen den Heizelementen vorgesehenen Durchlässen zum Hindurchströmen der Gase oder Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (10a) und die zweite Elektrode (10b) jeweils mehrere finger- oder kammförmige Streifen aufweisen, die abwechselnd derart angeordnet sind, daß jeweils benachbarte Streifen unterschiedlichen Elektroden angehören.
2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (4a, 4b, 4c, 4d) durch eine gemeinsame Halterung (6a, 6b, 6c, 6d) miteinander verbunden sind, die gleichzeitig die elektrischen Anschlüsse für die Elektroden (10a, 10b) darstellt.
3. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus vier metallischen Stützschienen (6a, 6b, 6c, 6d) besteht, die die Heizelemente an ihren Ecken umgreifen und mit den Elektroden (10a, 10b) in Verbindung stehen.
4. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen einer Elektrode (10a, 10b) auf einer Seite des Heizelementes (4a, 4b, 4c, 4d) durch das Heizelement hindurch Elektroden der gleichnamigen Elektrode auf der anderen Seite des Heizelementes exakt gegenüberliegen.

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5. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschienen (6a, 6b, 6c, 6d) mehrere in gegenseitigen Abständen entlang einer Innenfläche der L-förmigen Halteschiene angeordnete Vorsprünge (16) zur Positionierung der Heizelemente aufweist.
6. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Halteschienen (6a, 6b, 6c, 6d) mehrere mit gegenseitigen Abständen entlang einer Innenfläche der L-förmigen Halteschiene angeordnete Ausnehmungen (18) zur Positionierung der Heizelemente aufweist.
7. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Halteschienen (6a, 6b, 6c, 6d) entlang ihrer einen Randkante Ausstanzungen (50) aufweist, deren Größe nicht größer ist als die Dicke der Heizelemente (4a, 4b, 4c, 4d) an denjenigen Stellen, an denen die Halteschienen an den Heizelementen angreifen, und daß die Ausstanzungen (50) so bemessen sind, daß sie das Verbindungsmaterial,mit dem die Verbindung zwischen den Halteschienen und den Heizelementen vorgenommen wird, aufnehmen.
8. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Halteschienen entlang einer Randkante mehrere Ausstanzungen (52) aufweist, deren Abmessungen geringfügig größer sind als die Breite der Heizelemente (4a, 4b, 4c, 4d) an der Stelle, an denen die Heizelemente in die Halteschiene eingreifen, und dadurch die Heizelemente festhält.

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9. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wandteile (60) aus elektrisch isolierendem Material an zwei entgegengesetzten Umfangsflächen der parallel ausgerichteten Heizelemente angesetzt sind und sowohl die Heizelemente abstützen als auch einen Fluiddurchlaß begrenzen.
10. Heizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile aus Halbleiterheizelementen bestehen, an deren Innenflächen zwei Elektroden (10a, 10b) angebracht sind, um die Wärmeerζeugungsfläche in den Pluiddurchgang zu vergrößern.
11. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Heizelemente und die Wandteile von einer Beschichtung (70) umgeben sind.
12. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungserzeugungseinrichtung (22) vorgesehen ist, die eine Fluidströmung durch einen Kanal (24) erzeugt, in dem die Heizelemente (4a, 4b, 4c, 4d) an einer Haltevorrichtung angeordnet sind.

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