DE2808210A1

DE2808210A1 - Air flow heating appts. - has sloping heating elements spaced apart on vertical supports with spacings in direction of flow

Info

Publication number: DE2808210A1
Application number: DE19782808210
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Nauerth
Original assignee: Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 1978-02-25
Filing date: 1978-02-25
Publication date: 1979-09-06

Abstract

The method of heating a flow of air (4) uses an outlet tube (1) with a tapered discharge and (2) and a fan (3) at the other end. The air is blown past sets of heating elements (5) at right angles to the flow. These consist of uprights each carrying a set of heat exchangers (6) which slope at an angle to the flow. These heat exchangers are plate shaped electric heating elements which may be made of barium titanate ceramic material metallised with mercury. The uprights may be spaced apart along the direction of flow. In one design, the heat exchange elements may be mounted on a conical surface.

Description

Vorrichtung zum Heizen bzw0 Kühlen Device for heating or cooling

eines strömenden Mediums Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen bzw. of a flowing medium The invention relates to a device for heating or

Kühlen eines strömenden Mediums, mit mindestens einem in der Strömung angeordneten Wärmetauscherelement mit in Strömungsrichtung im wesentlichen geradlinigen Wärmeübergangsflächen.Cooling a flowing medium, with at least one in the flow arranged heat exchanger element with essentially rectilinear in the direction of flow Heat transfer surfaces.

Derartige Vorrichtungen sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, die sich hinsichtlich des zu erwärmenden bzw. zu kühlenden Mediums und hinsichtlich der Ausbildung der Wärmetauscherelemente unterscheiden. Das Medium kann im Rahmen der Erfindung sowohl flüssig als auch gasförmig sein, beispielsweise handelt es sich bei einem Fön, auf den sich die Erfindung insbesondere bezieht, um Luft. Die Strömung kann entweder durch Konvektion oder durch einen Lüfter od. dgl.Such devices are known in numerous embodiments, which differ in terms of the medium to be heated or cooled and in terms of differ in the design of the heat exchanger elements. The medium can be in the frame the Invention be both liquid and gaseous, for example it is in a hair dryer to which the invention particularly relates, to air. The current can either by convection or by a fan or the like.

erzwungen erfolgen.forced to take place.

Als Wärmetauscherelemente werden zum Heizen eines strömenden Mediums in der Regel lfidetstandsheizelemente aus metallischem Widerstandsdraht bzw. -band oder - in einer von der Erfindung bevorzugten Ausführungsform - aus Halbleitermaterial mit besonderen, nachfolgend noch zu erläuternden Eigenschaften eingesetzt. Zum Kühlen können beispielsweise Peltierelemente eingesetzt werden. Um einen intensiven Wärmeaustausch zu erreichen, und auch aus fertigungstechnischen Gründen ist vorgesehen, daß die Wärmeübergangsflächen sich in Strömungsrichtung im wes-entlichen geradlinig (über eine gewisse Länge des Strömungsweges) erstrecken. Das bedeutet mit anderen Worten, daß eine Wärmeübergangsfläche im Längsschnitt in der Projektionsebene der Strömungsrichtung auf die Wärmeübergangsfläche geradlinig verläuft. In zahlreichen Fällen werden die Wärmeübergangsflächen insgesamt im wesentlichen eben sein, wobei die Wärmetauscherelemente quader- bzw. plättchenförmig mit zwei zueinander parallelen Wärmeübergangsflächen ausgeführt sind. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, daß die Wärmeübergangsflächen in zur Strömungsrichtung senkrechter Richtung gekrümmt verlaufen.As heat exchanger elements are used to heat a flowing medium As a rule, fluid level heating elements made of metallic resistance wire or tape or - in an embodiment preferred by the invention - of semiconductor material with special properties to be explained below. For cooling For example, Peltier elements can be used. To an intensive heat exchange to achieve, and also for manufacturing reasons, it is provided that the Heat transfer surfaces are essentially straight in the direction of flow (over a certain length of the flow path). In other words, that means that a heat transfer surface in longitudinal section in the projection plane of the flow direction runs in a straight line on the heat transfer surface. In many cases, the Overall, heat transfer surfaces are essentially flat, with the heat exchanger elements Cuboid or platelet-shaped with two parallel heat transfer surfaces are executed. But it is also easily possible that the heat transfer surfaces are curved in the direction perpendicular to the direction of flow.

Wie bereits angedeutet, werden vorzugsweise besondere Heizelemente eingesetzt, die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen, dementsprechend auch als PTC-Elemente bezeichnet werden und vorzugsweise aus einem Keramikmaterial auf Bariumtitanat-Basis bestehen. Solche PTC-Heizelemente haben die Eigenschaft, daß sie sich gewissermaßen selbst stabilisieren. Im kalten Zustand ist ihr Widerstand gering, und es fließt dementsprechend bei vorgegebener elektrischer Spannung ein verhältnismäßig hoher Strom. Dadurch wird in kurzer Zeit die Betrieltemperatur mit dem vorgesehenen Betriebswiderstand erreicht. Nimmt aus irgendwelchem Gründen die Temperatur des PTC-Heizelements über die vorgesehene Temperatur hinaus zu, so steigt der Widerstand weiter an1 so daß die umgesetzte elektrische Leistung reduziert wird.As already indicated, special heating elements are preferred used, which have a positive temperature coefficient, accordingly can also be referred to as PTC elements and preferably made of a ceramic material are based on barium titanate. Such PTC heating elements have the property that they stabilize themselves to a certain extent. in the cold condition its resistance is low, and it flows accordingly at a given electrical Voltage is a relatively high current. This will set the operating temperature in a short time achieved with the intended operating resistance. Takes for some reason the temperature of the PTC heating element increases above the intended temperature, so the resistance rises further1 so that the converted electrical power is reduced will.

Diese Eigenschaften solcher PTC-Heizelemente sind bekannt (vgl. DT-OS 25 04 237).These properties of such PTC heating elements are known (cf. DT-OS 25 04 237).

Bei (aus der Praxis) bekannten Vorrichtungen zum Heizen eines strömenden Mediums, insbesondere in der Ausführung als Fön, Heizlüfter od. dgl.,sind die Heizelemente häufig als runde, über einen Isolierkörper gewickelte Drähte ausgeführt. Soweit die Heizelemente in der erläuterten Weise ebene Wärmeübergangsflächen aufweisen, liegen diese regelmäßig aus geometrischen Gründen parallel oder senkrecht zur Strömungsrichtung. Das gleiche glit auch für eine bekannte Vorrichtung der eingangs erläuterten Gattung (vgl. DT-OS 26 25 515), bei der Heizelemente aus PTC-Material vorgesehen sind. Auch hier sind die Heizelemente mit zur Strömung richtung senkrechten Wärmeübergangsflächen angeordnet.In (from practice) known devices for heating a flowing The medium, especially in the form of a hair dryer, fan heater or the like, are the heating elements often designed as round wires wound over an insulating body. So far the heating elements have flat heat transfer surfaces in the manner explained, For geometric reasons, these are usually parallel or perpendicular to the direction of flow. The same applies to a known device of the type explained at the beginning (cf. DT-OS 26 25 515), in which heating elements made of PTC material are provided. Even here are the heating elements with heat transfer surfaces perpendicular to the direction of flow arranged.

Bei dieser bekannten Anordnung zeigt sich1 daß der Wärmeübergang zwischen den Heizelementen und dem vorbeiströmenden Medium unbefriedigend ist. Das gilt ebenso auch für entsprechend angeordnete Kühleeaente. Die Folge davon ist zunächst ein unbefriedigender Wirkungsgrad dieser bekannten Vorrichtungen, ausserdem besteht die Gefahr, daß durch Wärmestau und damit verbundene Überhitzung die Heizelemente oier andere Teile (insbesondere aus Kunststoff hergestellte Gehäuseteile) der Vorrichtung Schaden erleiden.In this known arrangement it is shown that the heat transfer between the heating elements and the medium flowing past is unsatisfactory. That also applies also for appropriately arranged coolers. The consequence of this is initially a unsatisfactory efficiency of these known devices, there is also the risk that the heating elements due to heat build-up and the associated overheating oier other parts (in particular housing parts made of plastic) of the device Suffer damage.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Gattung so weiterzubilden, daß ein verbesserter Wärmeübergang errreicht wird.The invention is therefore based on the object of providing a device of to develop the type explained at the beginning so that an improved heat transfer is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmeübergangsflächen gegenüber der Strömung geneigt angeordnet sind. - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der bei den bekannten Vorrichtungen festgestellte unbefriedigende Wärmeaustausch darauf zurückzufühen ist, daß sich beim rechtwinkligen Auftreffen des Mediums auf die Wärmeübergangsfläche vor dieser ein stationärer Bereich bildet, der an der Strömung nicht teilnimmt und die Wärmeübergangsfläche von der Strömung thermisch isoliert, Es kommt hinzu, daß dadurch der Strömungswiderstand erhöht und folglich der Strömungsdurchsatz zusätzlich verringert wird, was zu einer weiteren Verschlechterung des Wärmeaustauschs führt. Durch die erfindungsgemäße geneigte Anordnung der Wärmeübergangsflächen gegenüber der Strömung wird die Ausbildung solcher stationärer Strömungsbereiche vor den Wärmeübergangsflächen unterbunden. Es kommt zu einer bis an die Wärmeübergangs flächen heranreichenden laminaren Strömung und damit zu einem wesentlich verbesserten Wärmeaustausch zwischen Wärmeübergangsfläche und Strömung. Zugleich werden die durch den Strömungswiderstand der Wärmetauscherelemente verursaehten Druckverluste herabgesetzt, was zu einer weiteren Verbesserung des Wärmeaustauschs führt.This object is achieved according to the invention in that the heat transfer surfaces are arranged inclined to the flow. - The invention is based on knowledge from that the unsatisfactory heat exchange found in the known devices This is due to the fact that when the medium hits at right angles the heat transfer surface in front of this forms a stationary area that is connected to the flow does not participate and the heat transfer surface is thermally insulated from the flow, In addition, this increases the flow resistance and consequently the flow rate is additionally reduced, which leads to a further deterioration in the heat exchange leads. Due to the inclined arrangement of the heat transfer surfaces according to the invention the flow is the formation of such steady flow areas in front of the heat transfer surfaces prevented. There is an area reaching up to the heat transfer surfaces laminar flow and thus a significantly improved heat exchange between Heat transfer surface and flow. At the same time, they are caused by the flow resistance of the heat exchanger elements caused pressure losses are reduced, resulting in a further improvement of the heat exchange leads.

Die vorstehenden Erläuterungen beziehen sich sowohl auf den Fall der Kühlung als auch der Heizung von flüssigen ebenso wie gasförmigen strömenden Medit Von besonderer Bedeutung ist jedoch der Fall, daß ein gasförmiges Medium (insbesondere Luft) geheizt werden soll 9 weil hierbei der Wärmeaustausch besonders kritisch ist. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Anordnung die Möglichkeit geschaffen, mit wesentlich größerer Leistungsdichte als bisher zu arbeiten, so daß ohne unzulässige Materialbeanspruchungen bei unveränderten Abmessungen erheblich größere Leistungen beherrscht werden können. Der optimale Neigungswinkel der Wärmeübergangsflächen gegenüber der Strömung hängt von den jeweiligen Bedinungen, insbesondere von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ab, und läßt sich im Einzelfall ohne weiteres ermitteln.The above explanations relate both to the case of Cooling as well as heating of liquid as well as gaseous flowing medite Of particular importance, however, is the case that a gaseous medium (in particular Air) should be heated 9 because this is where the heat exchange occurs particularly is critical. Overall, the arrangement according to the invention makes the possibility created to work with much greater power density than before, so that without inadmissible material stresses with unchanged dimensions considerably greater achievements can be mastered. The optimal angle of inclination of the heat transfer surfaces compared to the flow depends on the respective conditions, in particular on the Flow rate of the medium from, and can be easily in individual cases determine.

Im einzelnen erlaubt die Erfindung eine Vielzahl vorteilhafter Ausgestaltungen. Wird beispielsweise mit mehreren Wärmetauscherelementen gearbeitet, so empfiehlt es sich, diese in einer zur Strömungsrichtung orthogonalen Ebene und mit untereinander parallelen Wärmeübergangsflächen anzuordnen. Es resultiert dabei eine jalousieartige Anordnung, die wie ein Strömungsgleichrichter wirkt. Dabei stellen sich Strömungsverhältnisse ein, unter denen auch an den rückwärtigen Wärmeübergangsflächen ein wirkungsvoller Wärmeaustausch stattfindet. Handelt es sich bei den Wärmetauscherelementen um elektrische Widerstandsheizelemente, so werden diese vorzugsweise unEreinander parallel geschaltet. Eine weitere Erhöhung der Leistungsdichte ergibt sich dadurch, daß die Wärmetauscherelemente in mehreren Ebenen (in denen jeweils mehrere Wärmetauscherelemente nebeneinander angeordnet sind) angeordnet sind und daß in aufeinanderfolgenden Ebenen die Wärmeübergangsflächen in entgegengesetzten Richtungen gegenüber der Strömungsrichtung geneigt sind. Dabei erfährt die Strömung bei jedem Übergang zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ebenen eine Richtungsumkehr, was zu einer weiteren Intensivierung des Wärmeaustauschs führt.In detail, the invention allows a large number of advantageous configurations. If, for example, several heat exchanger elements are used, it is recommended it is, these in a plane orthogonal to the direction of flow and with each other to arrange parallel heat transfer surfaces. The result is a blind-like Arrangement that acts like a flow straightener. This creates flow conditions one, including an effective one on the rear heat transfer surfaces Heat exchange takes place. If the heat exchanger elements are electrical Resistance heating elements, these are preferably connected in parallel with one another. A further increase in the power density results from the fact that the heat exchanger elements in several levels (each with several heat exchanger elements next to each other are arranged) are arranged and that the heat transfer surfaces in successive levels are inclined in opposite directions with respect to the direction of flow. Included experiences the flow at every transition between two successive levels a direction reversal, which leads to a further intensification of the heat exchange.

In fertigungstechnischer Hinsicht vorteilhaft ist es, wenn die Wärmetauscherelemente einer Ebene einstückig mit seitlichen Verbindungsstegen aus PTO-Keramik (vorzugsweise Bariumtitanat) gepreßt und an den Verbindungsstegen kontaktiert sind. Die Wärmetauscherelemente sind dabei wie die Sprossen einer Leiter zwischen den Verbindungsstegen angeordnet und untereinander elektrisch parallel geschaltet.From a manufacturing point of view, it is advantageous if the heat exchanger elements one level in one piece with lateral connecting webs made of PTO ceramic (preferably Barium titanate) are pressed and contacted at the connecting webs. The heat exchanger elements are arranged like the rungs of a ladder between the connecting webs and electrically connected in parallel with each other.

Die Wärmeübergangsflächen können bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ohne weiteres eben sein und werden in der Regel auch eben ausgeführt werden.The heat transfer surfaces can in the embodiments explained above without further ado, and as a rule will be carried out evenly.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnetX daß die Wärmetauscherelemente an der Wandung eines Kegelstumpfes angeordnet sind. Die Wärmetauscherelemente bilden dabei nicht wie bei den vorstehend behandelten Ausführungsformen gleichsam einen Einbau in den Strömungsweg sondern eine den Strömungsweg begrenzende Wandung. Der Kegelstumpf kann sich in Strömungsrichtung erweitern, in diesem Fall wird ermzumindest wenn nur ein Kegelstumpf vorgesehen ist- aus hydro- bzw. aerodynamischen Gründen vorzugsweise an seiner Außenseite von der Strömung umspült. Vorteilhafter ist es jedoch einen einzigen Kegelstumpf so anzuordnens daß er sich in Strömungsrichtung verjüngt und an seiner Innenwandung mit der Strömung in Kontakt steht, so daß er den Strömungsquerschnitt definiert und zugleich einen Strömungsleiter bildete Der Querschnitt des Kegelstumpfes wird in der Regel kreisförmig sein, er kann aber auch anders, beispielsweise elliptisch gestaltet sein. Jedenfalls erlauben die vorstehend erläuterten Ausführungsformen es gleichfalls mit ebenen Wärmeübergangsflächen zu arbeiten.Another advantageous embodiment of the invention is thereby characterizedX that the heat exchanger elements on the wall of a truncated cone are arranged. The heat exchanger elements do not form as in the above Treated embodiments, as it were, an installation in the flow path but rather a wall delimiting the flow path. The truncated cone can move in the direction of flow expand, in this case at least one truncated cone is provided is - for hydro- or aerodynamic reasons, preferably on its outside of lapped by the current. However, it is more advantageous to have a single truncated cone like this to be arranged that it tapers in the direction of flow and on its inner wall is in contact with the flow so that it defines the flow cross-section and at the same time formed a flow conductor. The cross-section of the truncated cone is usually circular, but it can also be different, for example elliptical be designed. In any case, allow those explained above Embodiments also work with flat heat transfer surfaces.

Demgegenüber geht eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung aus, daß die Wärmeübergangsflächen in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene gekrümmt sind. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement als die Strömung (außen- oder innenseitig) umschließender Hohlkegelstumpf ausgebildet ist. Dieser Hohlkegelstumpf, der im Querschnitt gleichfalls kreisförmig, elliptisch oder in sonst geeigneter Weise gestaltet sein kann, bildet einen Strömungsleiter in Form eines Mantels, dessen Wanddicke in der Regel verhältnismäßig gering ist gegenüber seiner Längs- und Umfangs ausdehnung. Fertigungstechnisch läßt sich ein solches kegelstumpfförmiges Wärmetauscherelement ohne weiteres realisieren, insbesondere besteht die vorteilhafte Möglichkeit, es aus PTC-Keramik, insbesondere aus Bariumtitanat zu pressen.In contrast, there is a further, particularly advantageous embodiment of the invention that the heat transfer surfaces in a direction of flow vertical plane are curved. This embodiment is characterized by that the heat exchanger element than the flow (outside or inside) enclosing Hollow truncated cone is formed. This hollow truncated cone, the same in cross-section can be designed circular, elliptical or in any other suitable manner, forms a flow guide in the form of a jacket, the wall thickness of which is usually proportionate is small compared to its longitudinal and circumferential expansion. Technically lets Such a frustoconical heat exchanger element can be easily realized, in particular, there is the advantageous possibility of it made of PTC ceramic, in particular to be pressed from barium titanate.

Der Kegelwinkel richtet sich bei allen diesen Ausführungs formen ähnlich wie der Neigungswinkel der ebenen Wärmeübergangsflächen vor allem nach der Strömungageschwindigkeit des Mediums.The cone angle is similar in all of these execution forms like the angle of inclination of the flat heat transfer surfaces, especially according to the flow velocity of the medium.

Wird ein als Widerstandsheizelement eingesetzter Hohlkegelstumpf von einem elektrischen Strom durchflossen, so erweist die Umsetzung von elektrischer Energie in Wärme sich entsprechend der jeweiligen Stromdichte in der Wandung des Hohlkegelstumpfes als ortsabhängig. Ortsabhängig ist außerdem der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetauscherelement und dem hindurchströmenden Medium, Diese Verhältnisse lassen sich durch geeignete Auslegung der Wanddicke beherrschen und insbesondere lehrt die Erfindung, daß die Wanddicke über die Länge des Hohlkegelstumpfes variiert. Insbesondere empfiehlt es sich, die Wanddicke in Verjüngungsrichtung des Kegelstumpfes ZUnehmen zu lassen. Das gilt bei sich in Strömungsrichtung verjüngendem und erweiterndem Kegelstumpf.Is a hollow truncated cone used as a resistance heating element of When an electric current flows through it, it proves the conversion of electric Energy is converted into heat according to the current density in the wall of the Hollow truncated cone as location-dependent. The heat exchange also depends on the location between the heat exchanger element and the medium flowing through, these ratios can be controlled and in particular by suitable design of the wall thickness the invention teaches that the wall thickness over the length of the hollow truncated cone varies. In particular, it is recommended that the wall thickness in the tapering direction of the To increase the truncated cone. This applies to anything that tapers in the direction of flow and widening truncated cone.

Die Kontaktierung eines solchen Wärmetauscherelements erfolgt vorzugsweise in der Form, daß am Strömungsein- und -austritt auf gegenüberliegenden Mantelflächen Kontaktringe vorgesehen sind. Mit anderen Worten ist am einen Ende auf der Innen-und am anderen Ende auf der Außenseite des Hohlkegelstumpfes je ein Kontaktring vorgesehen. Die Kontaktringe lassen sich in üblicher Weise durch Aufdampfen oder Aufstäuben von Metall, durch einen elektrisch leitenden Anstrich od. dglo ausführen.Such a heat exchanger element is preferably contacted in the form that at the flow inlet and outlet on opposite lateral surfaces Contact rings are provided. In other words, one end is on the inside and out a contact ring is provided at the other end on the outside of the hollow truncated cone. The contact rings can be made in the usual way by vapor deposition or sputtering of metal, by means of an electrically conductive paint or dglo.

Zur Erzielung einer besonders hohen Leistungsdichte empfiehlt es sich, mehrere hohlkegelstumpfförmige Wärmetauscherelemente koaxial und mit gleicher Verjüngungsrichtung ineinander anzuordnen. Dabei erfolgt der Wärmetausch sowohl an der Innenals auch an der Außenseite der Hohlkegelstümpfe. Diese können in Strömungsrichtung sich verjüngend angeordnet sein und damit als Düse wirken, was besonders bei einem Fön von Vorteil ist.To achieve a particularly high power density, it is advisable to several hollow frustoconical heat exchanger elements coaxially and with the same tapering direction to be arranged one inside the other. The heat exchange takes place on the inside as well on the outside of the hollow truncated cones. These can taper in the direction of flow be arranged and thus act as a nozzle, which is particularly advantageous with a hair dryer is.

Die Hohlkegelstümpfe können andererseits auch in Strömungsrichtung sich erweiternd angeordnet werden, was zu einer Diffusorwirkung mit über einen größeren Austrittsquerschnitt gleichmäßigen Strömung führt.The hollow truncated cones can on the other hand also in the direction of flow be arranged widening, resulting in a diffuser effect with over a larger Outlet cross-section leads to uniform flow.

Aus fertigungstechnischen Gründen kann es sich schließlich empfehlen, die Wärmetauscherelemente in einer oder mehreren zur Längsachse parallelen und/oder senkrechten Ebenen teilbar auszuführen. Das mag insbesondere bei der Herstellung aus PTC-Keramik vorteilhaft sein, weil der damit in der Regel verbundene Preßvorgang sich auf diese Weise wirkungsvoller und gleichmäßiger ausführen läßt. Die separat vorgefertigten Abschnitte bzw. Segmente werden anschließend zum Hohlkegelstumpf zusammengesetzt und dabei elektrisch miteinander verbunden.For manufacturing reasons, it can finally be recommended the heat exchanger elements in one or more parallel and / or to the longitudinal axis to be divisible in vertical planes. This may be especially true when it comes to manufacturing made of PTC ceramic can be advantageous because it usually means that connected The pressing process can be carried out more effectively and evenly in this way. The separately prefabricated sections or segments then become the hollow truncated cone assembled and thereby electrically connected to each other.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.The invention is described below on the basis of a mere exemplary embodiment Illustrative drawing explained in more detail.

Es zeigen: Figur 1 Einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung zum Heizen eines Luftstroms im Längsschnitt; Figur 2 eine gegenüber der Figur 1 andere Ausführungsform eines Wärmetauscher elements; Figur 3 den Gegenstand der Figur 2 im Querschnitt.They show: FIG. 1 a section from a device for heating an air flow in longitudinal section; FIG. 2 shows an embodiment that is different from FIG. 1 a heat exchanger element; Figure 3 shows the subject of Figure 2 in cross section.

Die Figur 1 zeigt ausschnittweise eine Vorrichtung zum Heizen eines Luftstroms und zwar am Beispiel des Austrittsteils eines Föns. Man erkennt ein Auslaßrohr 1, eine daran angeschlossene Düse 2 sowie ein durch einen (nicht dargestellten) Motor angetriebenes Lüfterrad 3, das einen Luftstrom 4 durch Auslaßrohr 1 und Düse 2 hindurchfördert. Der Luftstrom 4 wird durch Wärmetauscherelemente in Form von elektrischen Widerstandsheizelementen 5 beheizt, wobei ein Wärmeaustausch an den Wärmeübergangsflächen 6 der Heizelemente 5 erfolgt. Die Wärmeübergangsflächen 6 sind in dem in der Figur i dargestellten Ausführungsbeispiel eben, überdies haben hier die Heizelemente 5 die Gestalt länglicher Plättchen, die mit ihrer Längsausdehnung senkrecht zum Luftstrom 4 angeordnet sind.FIG. 1 shows a section of a device for heating a Air flow using the example of the exit part of a hair dryer. You can see an outlet pipe 1, a nozzle 2 connected to it and a through a (not shown) Motor-driven fan wheel 3, which creates an air stream 4 through outlet pipe 1 and nozzle 2 conveyed through. The air stream 4 is through heat exchanger elements in the form of heated electrical resistance heating elements 5, with a heat exchange to the Heat transfer surfaces 6 of the heating elements 5 takes place. The heat transfer surfaces 6 are flat in the embodiment shown in FIG here the heating elements 5 have the shape of elongated platelets with their longitudinal extension are arranged perpendicular to the air flow 4.

Bei den Widerstandsheizelementen 5 handelt es sich um PTC-Elemente auf Basis von Bariumtitanat-Keramiks die durch auf Aufdampfen von Silber kontaktiert sind. Der dargestellte Fön ist für eine elektrische Leistung von mehr als 500 Vatt bei hoher Leistungsdichte ausgelegt, d. h. die angegebene elektrische Leistung wird in einem verhältnismäßig sehr geringen Volumen umgesetzt. Bei elektrische Leistungen dieser Größenordnung kommt unter Berücksichtigung der Forderung nach hoher Leistungsdichte einem wirkungsvollen Wärmeaustausch entscheidende Bedeutung zu, Bei dem dargestellten Fön sind zur Erzielung eines wirkungsvollen Wärmeaustauschs die Wärmeübergangsflächen 6 der Heizelemente 5 gegenüber der Strömungsrichtung des Luftstroms 4 geneigt angeordnet, nämlich um den Anstellwinkel d gegenüber der Strömungsrichtung gekippt.The resistance heating elements 5 are PTC elements based on barium titanate ceramic which is contacted by vapor deposition of silver are. The hair dryer shown is for an electrical output of more than 500 Vatt designed with high power density, d. H. the specified electrical power is implemented in a relatively very small volume. With electrical services this order of magnitude comes in consideration of the requirement for high power density an effective heat exchange is of crucial importance, in the case of the one shown In order to achieve an effective heat exchange, hairdryers are the heat transfer surfaces 6 of the heating elements 5 are arranged inclined with respect to the direction of flow of the air stream 4, namely tilted by the angle of attack d relative to the direction of flow.

Wie anhand der Figur 1 deutlich zu erkennen ist, sind die Heizelemente 5 in zum Luftstrom 4 orthogonalen Ebenen 7 angeordnet. Innerhalb jeder Ebene 7 sind die Wärmeübergangsflächen 6 zueinander parallel. Es sind mehrere, nämlich zwei Ebenen 7 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet, und in den aufeinanderfolgenden Ebenen 7 sind die Wärmeübergangsflächen 6 in entgegengesetzten Richtungen geneigt, nämlich in der Ebene 7a um einen Winkel +6 und in der Ebene 7b um einen Winkel -. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anstellwinkel der beiden Ebenen in ihrem Betrag gleich, es kann sich aber auch empfehlen, in verschiedenen Ebenen unterschiedliche Anstellwinkel vorzusehen0 Die Heizelemente 5 jeder Ebene 7 sind einstückig ausgeführt und mit seitlichen Verbindungsstegen 8 untereinander verbonden. Der elektrische Anschluß erfolgt durch Kontaktbeläge 9 aus aufgedampftem Silber.As can be clearly seen from FIG. 1, the heating elements are 5 arranged in planes 7 orthogonal to the air flow 4. Within each level there are 7 the heat transfer surfaces 6 parallel to one another. There are several, namely two levels 7 arranged one behind the other in the direction of flow, and in the successive ones Planes 7, the heat transfer surfaces 6 are inclined in opposite directions, namely in the plane 7a by an angle +6 and in the plane 7b by an angle -. In the illustrated embodiment, the angles of attack of the two planes are in their amount is the same, but it can also be advisable, different in different levels Provide angle of incidence 0 The heating elements 5 of each level 7 are made in one piece and connected to one another with lateral connecting webs 8. The electric one Connection is made through contact pads 9 made of vapor-deposited silver.

Anhand der Figuren 2 und 3 wird eine andere Ausführungsform des elektrischen Widerstandsheizelementes erläutert.Based on Figures 2 and 3, another embodiment of the electrical Resistance heating element explained.

Das Heizelement hat hier die Gestalt eines verhältnismäßig dünnwandigen Hohlkegelstumpfes 10, der in einer zur Längsachse parallelen Ebene 11 teilbar ist und somit in Stränge aus zwei Halbstümpfen 12 besteht. Die Halbstümpfe 12 bestehen jeweils für sich vollständig aus PTC-Eeramik auf Bariumtitanat-Basis und sind durch Kontaktringe 13 aus aufgedampftem Silber kontaktiert, von denen einer (13a) auf der Innenseite 14 und der andere (13b) auf der Außenseite 15 des Hohlkegelstumpfes 10 aufgebracht ist. Die Kontaktringe 13 sind durch die Trennebene 11 gleichfalls in Halbringe geteilt, und diese sind durch Zuleitungen 16 mit einer gemeinsamen Stromversoi gtng verbunden.The heating element here has the shape of a relatively thin-walled one Hollow truncated cone 10, which is divisible in a plane 11 parallel to the longitudinal axis and thus consists of two half stumps 12 in strands. The half stumps 12 exist each completely made of PTC ceramic on a barium titanate basis and are through Contact rings 13 made of vapor-deposited silver contacted, one of which (13a) on the inside 14 and the other (13b) on the outside 15 of the hollow truncated cone 10 is applied. The contact rings 13 are also due to the parting plane 11 divided into half rings, and these are through leads 16 with a common Power supply connected.

Bei diesem hohlgekelstumpfförmigen Heizelement 10 verlaufen die siärmeübergangsflächen in einer die Strömungsrichtung des Luftstroms 4 enthaltenden Ebene geradlinig (vgl. Figur 2), dagegen sind sie in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene kreisbogenförmig gekrümmt (vgl. Figur 3). Im dargestellten Ausführungsbeispiel verjüngt der Kegelstumpf 10 sich in Strömungsrichtung des Luftstroms 4, der von der durch die Innenseite 14 gebildeten Wärmeübergangsfläche 6 umschlossen ist. Nicht dargestellt ist, dass innerhalb und außerhalb des Hohlkegelstumpfes 10 weitere grundsätzlich ähnlich ausgebildete Heizelemente angeordnet sein können, die entsprechend kleineren bzw. größeren Durchmesser aufweisen, Dabei werden nicht nur die durch die Innenseiten 14 sondern auch die durch die Außenseiten 15 gebildeten Wärmeübergangsflächen 6 genutzt, da selbstverständlich der Luftstrom 4 alle ineinander gestaffelten Hohlkegelstümpfe erfaßt.In this hollow frustoconical heating element 10, the heat transition surfaces run in a straight line in a plane containing the flow direction of the air flow 4 (cf. Figure 2), on the other hand, they are circular arc-shaped in a plane perpendicular to the direction of flow curved (see FIG. 3). In the illustrated embodiment, the truncated cone tapers 10 extends in the direction of flow of the air flow 4 that flows through the inside 14 formed heat transfer surface 6 is enclosed. What is not shown is that inside and outside of the hollow truncated cone 10 further basically similarly designed Heating elements can be arranged, the correspondingly smaller or larger diameter have, It is not only through the inner sides 14 but also the Heat transfer surfaces 6 formed by the outer sides 15 are used, as of course the air flow 4 covers all staggered hollow truncated cones.

nicht1 Anhand der Figur 2 istJzu erkennen, daß die Wandstärke des Hohlkegelstumpfes 10 sich über dessen Länge ändert, nämlich in Verjüngungsrichtung (die hier mit der Strömungsrichtung des Luftstroms 4 übereinstimmt) Zunimmt.nicht1 On the basis of Figure 2 it can be seen that the wall thickness of the Hollow truncated cone 10 changes over its length, namely in the tapering direction (which here coincides with the direction of flow of the air stream 4) Increases.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Device for heating or cooling a flowing medium, with at least one heat exchanger element arranged in the flow with essentially straight heat transfer surfaces in the direction of flow, thereby g e k e n n n z e i c h n e t X that the heat transfer surfaces (6) with respect to the flow (4) are inclined.

2. Apparatus according to claim 1 in the embodiment with several Heat exchanger elements, characterized in that the heat exchanger elements (5) in a plane (7) orthogonal to the flow direction (4) and with one another parallel heat transfer surfaces (6) are arranged.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the heat exchanger elements (5) in several levels (7a, 7b) are arranged one behind the other and that in successive Levels (7a, 7b) opposite the heat transfer surfaces in opposite directions the direction of flow (4) are inclined.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the heat exchanger elements (5) of a plane (7a, 7b) in one piece with lateral connecting webs (8) are formed.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the heat exchanger elements (5) with the lateral connecting webs (8) made of PTC ceramic and pressed on the connecting webs (8) are contacted.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat exchanger elements (5) are arranged on the wall of a truncated cone.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat exchanger element (5) is designed as a hollow truncated cone (10) enclosing the flow (4).

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the wall thickness of the hollow truncated cone (10) changes over its length.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the wall thickness increases in the taper direction.

10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that that the hollow truncated cone (10) is pressed from PTC ceramic material.

ii. Device according to one of Claims 7 to 10, characterized in that that inflow inlet and outlet on opposite lateral surfaces (14, 15) contact rings (13) are provided.

12. Device according to one of claims 7 to II, characterized in that that several hollow frustoconical heat exchanger elements (10) coaxially and with the same Taper direction are arranged one inside the other.

13. Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that that the hollow truncated cones (10) in one or more parallel to the longitudinal axis and / or vertical plane (11) are divisible.