DE4123467A1 - Double-sided electric heater with positive temp. coefficient - has low-resistance contact between lamellar heating elements and foils under pressure of liquid flow - Google Patents

Double-sided electric heater with positive temp. coefficient - has low-resistance contact between lamellar heating elements and foils under pressure of liquid flow

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Abstract

Two separate partial channels (2,3) are formed in a carrier (1), assembled from two thermally and electrically insulating shells (4,5) and electrically insulating mouldings (6) which separate the edges (8,10) of two contact foils (9,11) on the channel walls. The PTC heating elements (13) are arranged in two rows between the foils (9,11), which are wired to electric mains (L,N) and curved (14) around two stops (15) for protection against shorting and to secure the elements (13) in position. The contacts (9 to 13, 11 to 13) are reinforced by hydraulic pressure. USE/ADVANTAGE - For liq. heating, uniform output of heat is secured with low losses and safe electrical contact.

Description

Die Erfindung betrifft PTC-Heizkörper mit einem oder mehreren PTC-Heizelementen, die in einem Träger zwischen Kontaktflächen zum elektrischen Anschluß und zur beidseitigen Wärmeabfuhr liegen.The invention relates to PTC radiators with one or several PTC heating elements in a carrier between Contact surfaces for electrical connection and heat dissipation on both sides.

Ein derartiger PTC-Heizkörper ist in der DE 39 42 266 C1 beschrieben. Dort wird von den PTC-Heizelementen der Trägerkörper selbst erwärmt. Der Trägerkörper weist außen eine Anlagefläche auf, über die die Wärme abgeleitet werden soll. Soll eine ein Rohr durchfließende Flüssigkeit erwärmt werden, dann ist die Anlagefläche entsprechend konkav geformt. In den Träger sind die PTC- Heizelemente und die Kontaktflächen eingespannt. Da der Träger elektrisch leitend ist, müssen die Kontaktflächen zur Vermeidung eines Kurzschlusses mittels einer elektrisch nichtleitenden Folie gegenüber dem Träger isoliert sein.Such a PTC heater is in DE 39 42 266 C1 described. There is the PTC heating elements Carrier body itself warmed. The carrier body faces outside a contact surface through which the heat is dissipated shall be. Should a pipe flowing through Liquid are heated, then the contact surface correspondingly concave. In the carrier are the PTC Heating elements and the contact surfaces clamped. Since the Carrier is electrically conductive, the contact surfaces to avoid a short circuit by means of a electrically non-conductive film opposite the carrier be isolated.

Bei der DE 39 42 266 C1 wird die Wärme der PTC-Heizelemente zwar beidseitig abgeleitet. Die Wärmeabfuhr erfolgt jedoch in den Träger, der seinerseits die Wärme nur an seiner einen Anlagefläche weiterleitet. Insbesondere bei der Erwärmung von Flüssigkeiten treten dabei beachtliche Wärmeverluste auf.In DE 39 42 266 C1 the heat of the PTC heating elements are derived on both sides. The However, heat dissipation takes place in the carrier, which in turn only transfers the heat to its one contact surface. Especially when heating liquids occur considerable heat losses.

Ein ähnlicher PTC-Heizkörper ist in der EP 02 62 243 B1 beschrieben. Auch dieser eignet sich nur beschränkt zur Erwärmung von Flüssigkeiten.A similar PTC heater is in EP 02 62 243 B1 described. This is also only of limited use Heating of liquids.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen PTC-Heizkörper der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der zu einer gleichmäßigen, verlustarmen Wärmeabgabe an Flüssigkeiten bei sicherer elektrischer Kontaktierung führt.The object of the invention is to provide a PTC radiator to propose the type mentioned at the beginning, which leads to a  uniform, low-loss heat transfer to liquids leads with safe electrical contact.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß der Träger einen Strömungskanal zur Führung einer zu beheizenden Flüssigkeit bildet, daß die Kontaktflächen als Kontaktfolien den Querschnitt des Strömungskanals in zwei Teilkanäle teilen, wobei die eine Kontaktfolie eine Wand des einen Teilkanals und die andere Kontaktfolie eine Wand des anderen Teilkanals ist.According to the invention, the above object is achieved in that the Carrier a flow channel for guiding one heating liquid that forms the contact surfaces the contact cross section of the flow channel in divide two sub-channels, one contact foil one Wall of one subchannel and the other contact foil is a wall of the other subchannel.

Die zu beheizende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, strömt in den beiden Teilkanälen jeweils direkt längs einer der beiden Kontaktfolien. Dadurch ist eine wirkungsvolle Wärmeübertragung der Wärme der PTC- Heizelemente auf die Flüssigkeit gewährleistet. Da die Flüssigkeitsströme in den beiden Teilkanälen voneinander getrennt sind, kann die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit nicht zu einem Kurzschluß der beiden Kontaktflächen führen. Der Träger selbst liegt nicht im Wege der Wärmeübertragung. Er besteht vorzugsweise aus einem elektrisch nichtleitenden, wärmeisolierenden Material. Die Kontaktfolien bestehen aus einem elektrisch und thermisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer. Sie lassen sich leicht an eine Spannungsquelle anschließen.The liquid to be heated, for example water, flows directly along the two subchannels one of the two contact foils. This is one effective heat transfer of the heat of the PTC Guaranteed heating elements on the liquid. Since the Liquid flows in the two sub-channels from each other are separated, the electrical conductivity of the Liquid did not short out the two Lead contact areas. The carrier itself is not in the Ways of heat transfer. It preferably consists of an electrically non-conductive, heat-insulating Material. The contact foils consist of an electrical and thermally conductive material, for example copper. They can easily be connected to a voltage source connect.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontaktfolien so gestaltet, daß der in den Teilkanälen herrschende Druck der Flüssigkeit die Kontaktfolien an die PTC-Heizelemente andrückt. Dies verringert den elektrischen Übergangswiderstand zwischen den PTC-Heizelementen und den Kontaktfolien und verbessert einen gleichmäßigen Wärmeübergang von den PTC-Heizelementen auf die Kontaktfolien. Dieser Druck wird einerseits durch den Fließdruckverlust in den Teilkanälen und andererseits durch die Fließdruckverluste nachgeschalteter Bauteile, wie Ventile und Armaturen, erreicht. In an embodiment of the invention, the contact foils are like this designed that the pressure prevailing in the subchannels the liquid, the contact foils on the PTC heating elements presses. This reduces the electrical Contact resistance between the PTC heating elements and the contact foils and improves a uniform Heat transfer from the PTC heating elements to the Contact foils. This pressure is caused by the Flow pressure loss in the subchannels and on the other hand due to the flow pressure losses of downstream components, such as valves and fittings.  

Der PTC-Heizkörper eignet sich zum Aufbau eines Flüssigkeitserhitzers nach dem Durchlauferhitzerprinzip. Je nach der gewünschten Leistung können mehr oder weniger PTC-Heizelemente zwischen den beiden Kontaktfolien angeordnet bzw. elektrisch parallelgeschaltet sein. Um am Eintritt und am Austritt der Teilkanäle die notwendige elektrische Isolation zwischen der mit den Kontaktfolien in Verbindung stehenden Flüssigkeit und anderen elektrischen Bauteilen zu gewährleisten, lassen sich in den Teilkanälen bei Blankdraht-Durchlauferhitzern übliche Vorlauf- und Nachlaufstrecken vorsehen.The PTC radiator is suitable for building a Liquid heater based on the instantaneous water heater principle. Depending on the desired performance, you can do more or less PTC heating elements between the two contact foils arranged or electrically connected in parallel. To on Entry and exit of the subchannels the necessary electrical insulation between the one with the contact foils related liquid and others to ensure electrical components can be in the sub-channels customary for bare wire instantaneous water heaters Provide lead and follow-up routes.

Die PTC-Heizelemente können als Einzelbauteile zwischen den beiden Kontaktfolien angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, die PTC-Heizelemente in Pastenform auf eine der Kontaktfolien aufzubringen, was beispielsweise im Siebdruckverfahren oder in einem anderen bekannten Verfahren erfolgen kann.The PTC heating elements can be used as individual components between be arranged in the two contact foils. However, it is also possible to use the PTC heating elements in paste form to apply the contact foils, for example in Screen printing process or in another known Procedure can take place.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigtFurther advantageous embodiments of the invention result from the subclaims and the following Description of an embodiment. In the drawing shows

Fig. 1 einen Querschnitt eines PTC-Heizkörpers und Fig. 1 shows a cross section of a PTC radiator and

Fig. 2 einen Teilschnitt etwa längs der Linie II-II nach Fig. 1. Fig. 2 is a partial section taken approximately along the line II-II of FIG. 1.

Ein langgestreckter Träger (1) schließt einen Strömungskanal ein, dessen Querschnitt in zwei getrennte Teilkanäle (2, 3) aufgeteilt ist.An elongated support ( 1 ) includes a flow channel, the cross section of which is divided into two separate subchannels ( 2 , 3 ).

Der Träger (1) ist von Schalen (4, 5) und Zwischenleisten (6) gebildet. In die Schale (4) ist eine Dichtung (7) eingelegt, auf der Ränder (8) einer Kontaktfolie (9) aufliegen. Die Zwischenleisten (6) trennen die Ränder (8) der Kontaktfolie (9) von Rändern (10) einer zweiten Kontaktfolie (11), die eine Wand des Teilkanals (2) bildet. Zwischen den Rändern (10) und der Schale (5) ist eine weitere Dichtung (12) vorgesehen. Die Kontaktfolien (9, 11) sind dadurch in den Träger (1) eingespannt und trennen die Teilkanäle (2, 3) wassertechnisch gegeneinander.The carrier ( 1 ) is formed by shells ( 4 , 5 ) and intermediate strips ( 6 ). A seal ( 7 ) is placed in the shell ( 4 ), on which edges ( 8 ) of a contact foil ( 9 ) rest. The intermediate strips ( 6 ) separate the edges ( 8 ) of the contact film ( 9 ) from the edges ( 10 ) of a second contact film ( 11 ), which forms a wall of the partial channel ( 2 ). A further seal ( 12 ) is provided between the edges ( 10 ) and the shell ( 5 ). The contact foils ( 9 , 11 ) are thereby clamped in the carrier ( 1 ) and separate the subchannels ( 2 , 3 ) from each other in terms of water technology.

Zumindest die Zwischenleisten (6) bestehen aus einem elektrisch nichtleitenden Material. Die Schalen (4, 5) bestehen aus einem wärmeisolierenden Material und sind vorzugsweise ebenfalls elektrisch nichtleitend. Der Träger (1) ist damit elektrisch potentialfrei. Die Kontaktfolie (9, 11) bestehen aus einem elektrisch und thermisch gut leitenden Material, beispielsweise Kupfer.At least the intermediate strips ( 6 ) consist of an electrically non-conductive material. The shells ( 4 , 5 ) consist of a heat-insulating material and are preferably also electrically non-conductive. The carrier ( 1 ) is thus electrically potential-free. The contact foil ( 9 , 11 ) consist of an electrically and thermally highly conductive material, for example copper.

Im Mittelbereich der Kontaktfolien (9,11) sind zwischen diesen blättchenförmige PTC-Heizelemente (13) angeordnet. An diesen liegen die Kontaktfolien (9, 11) an. Die Kontaktfolie (9) ist an den einen Pol (N) des elektrischen Netzes angeschlossen. Die Kontaktfolie (11) ist an den anderen Pol (L) des Netzes angeschlossen. Dies ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt.In the middle area of the contact foils ( 9, 11 ), platelet-shaped PTC heating elements ( 13 ) are arranged between them. The contact foils ( 9 , 11 ) rest on these. The contact foil ( 9 ) is connected to one pole (N) of the electrical network. The contact foil ( 11 ) is connected to the other pole (L) of the network. This is only shown schematically in FIG. 1.

Die für die Wärmeübertragung auf das Wasser wirksamen Flächen der Kontaktfolien (9, 11) sind größer als die wärmeabgebenden Flächen der PTC-Heizelemente (13). Dies vergleichmäßigt die Wärmeübertragung.The areas of the contact foils ( 9 , 11 ) effective for the heat transfer to the water are larger than the areas of the PTC heating elements ( 13 ) which emit heat. This equalizes the heat transfer.

Die Kontaktfolien (9,11) weisen neben ihren Rändern (8,10) Auswölbungen (14) auf. Diese begünstigen eine ständig plane Anlage der Kontaktfolien (9, 11) an den PTC- Heizelementen (13). Die Kontaktfolien (9, 11) sind nicht starr, sondern legen sich unter dem in den Teilkanälen (2,3) herrschenden Wasserdruck an die PTC- Heizelemente (13) an.The contact foils ( 9, 11 ) have bulges ( 14 ) in addition to their edges ( 8, 10 ). These favor a constantly flat contact of the contact foils ( 9 , 11 ) on the PTC heating elements ( 13 ). The contact foils ( 9 , 11 ) are not rigid, but lie against the PTC heating elements ( 13 ) under the water pressure prevailing in the subchannels (2, 3 ).

Um die PTC-Heizelemente (13) in ihrer Lage und die Auswölbungen (14) gegen ein Zusammenbrechen zu sichern, sind neben den Heizelementen (13) zwischen den Kontaktfolien (9,11) Anschläge (15) vorgesehen. Diese bestehen aus elektrisch nichtleitendem Material und können von einem einstückigen Formteil gebildet sein.In order to secure the position of the PTC heating elements ( 13 ) and the bulges ( 14 ) against collapse, stops ( 15 ) are provided in addition to the heating elements ( 13 ) between the contact foils ( 9, 11 ). These consist of electrically non-conductive material and can be formed from a one-piece molded part.

Der beschriebene PTC-Heizkörper arbeitet nach dem Durchlauferhitzerprinzip etwa folgendermaßen:
Bei die Teilkanäle (2, 3) durchströmendem Wasser liegen die Kontaktfolien (9, 11) an Spannung, so daß sich die von den Kontaktfolien (9, 11) kontaktierten PTC-Heizelemente (13) mit positivem Temperaturkoeffizienten erwärmen. Die Kontaktfolien (9, 11) leiten die Wärme von den PTC- Heizelementen (13) ab und geben diese direkt an das die Teilkanäle (2, 3) durchströmende Wasser, weil sie jeweils eine Wand der Teilkanäle (2, 3) bilden. Der sich durch die Wasserströmungen in den Teilkanälen (2, 3) ergebende Druck preßt die Kontaktfolien (9, 11) an die PTC- Heizelemente (13), so daß sich nur ein kleiner elektrischer Übergangswiderstand zwischen den PTC- Heizelementen (13) und den Kontaktfolien (9, 11) ergibt und sich eine gleichmäßige Wärmeleitung von dem PTC- Heizelement (13) auf die Kontaktfolien (9, 11) einstellt. Die Auswölbungen (14) vermeiden auch, daß temperaturbedingte Dehnungen der Kontaktfolien (9, 11) dazu führen, daß sich die Kontaktfolien (9, 11) von den PTC- Heizelementen (13) abheben. Denn Dehnungen der Kontaktfolien (9, 11) können in die Auswölbungen (14) ausweichen.The described PTC radiator works according to the instantaneous water heater principle as follows:
In the case of water flowing through the subchannels ( 2 , 3 ), the contact foils ( 9 , 11 ) are under voltage, so that the PTC heating elements ( 13 ) contacted by the contact foils ( 9 , 11 ) heat up with a positive temperature coefficient. The contact foils ( 9 , 11 ) conduct the heat away from the PTC heating elements ( 13 ) and give them directly to the water flowing through the subchannels ( 2 , 3 ) because they each form a wall of the subchannels ( 2 , 3 ). The pressure resulting from the water flows in the subchannels ( 2 , 3 ) presses the contact foils ( 9 , 11 ) against the PTC heating elements ( 13 ), so that there is only a small electrical contact resistance between the PTC heating elements ( 13 ) and the Contact foils ( 9 , 11 ) and uniform heat conduction from the PTC heating element ( 13 ) to the contact foils ( 9 , 11 ). The bulges ( 14 ) also prevent temperature-related expansions of the contact foils ( 9 , 11 ) from causing the contact foils ( 9 , 11 ) to stand out from the PTC heating elements ( 13 ). This is because expansions of the contact foils ( 9 , 11 ) can escape into the bulges ( 14 ).

Claims (10)

1. PTC-Heizkörper mit einem oder mehreren PTC- Heizelementen, die in einem Träger zwischen Kontaktflächen zum elektrischen Anschluß und zur beidseitigen Wärmeabfuhr liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) einen Strömungskanal (2, 3) zur Führung einer zu beheizenden Flüssigkeit bildet, daß die Kontaktflächen als Kontaktfolien (9, 11) den Querschnitt des Strömungskanals in zwei Teilkanäle (2, 3) teilen, wobei die eine Kontaktfolie (9) eine Wand des einen Teilkanals (3) und die andere Kontaktfolie (11) eine Wand des anderen Teilkanals (2) ist.1. PTC heater with one or more PTC heating elements, which are located in a carrier between contact surfaces for electrical connection and for heat dissipation on both sides, characterized in that the carrier ( 1 ) has a flow channel ( 2 , 3 ) for guiding a liquid to be heated forms that the contact surfaces as contact foils ( 9 , 11 ) divide the cross section of the flow channel into two subchannels ( 2 , 3 ), one contact foil ( 9 ) a wall of one subchannel ( 3 ) and the other contact foil ( 11 ) a wall of the other subchannel ( 2 ). 2. PTC-Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) aus zwei Schalen (4, 5) besteht und die beiden Kontaktfolien (9, 11) elektrisch gegeneinander isoliert zwischen die Schalen (4, 5) eingespannt sind.2. PTC heater according to claim 1, characterized in that the carrier ( 1 ) consists of two shells ( 4 , 5 ) and the two contact foils ( 9 , 11 ) are electrically insulated from one another between the shells ( 4 , 5 ) are clamped. 3. PTC-Heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Kontaktfolien (9, 11) neben den PTC-Heizelementen (13) Anschläge (15) eingesetzt sind.3. PTC heater according to claim 1 or 2, characterized in that between the contact foils ( 9 , 11 ) in addition to the PTC heating elements ( 13 ) stops ( 15 ) are used. 4. PTC-Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfolien (9, 11) Auswölbungen (14) aufweisen.4. PTC heater according to one of the preceding claims, characterized in that the contact foils ( 9 , 11 ) have bulges ( 14 ). 5. PTC-Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Teilkanäle (2, 3) herrschende Druck der Flüssigkeit die Kontaktfolien (9, 11) an die PTC-Heizelemente (13) andrückt.5. PTC heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure of the liquid prevailing in the subchannels ( 2 , 3 ) presses the contact foils ( 9 , 11 ) onto the PTC heating elements ( 13 ). 6. PTC-Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) aus wärmeisolierendem, elektrisch nichtleitendem Material besteht.6. PTC heater according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 1 ) consists of heat-insulating, electrically non-conductive material. 7. PTC-Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Träger (1) elektrisch nichtleitende Zwischenleisten (6) die eingespannten Ränder (8, 10) der Kontaktfolien (9, 11) trennen.7. PTC heater according to one of the preceding claims, characterized in that on the carrier ( 1 ) electrically non-conductive intermediate strips ( 6 ) separate the clamped edges ( 8 , 10 ) of the contact foils ( 9 , 11 ). 8. PTC-Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schalen (4,5) des Trägers (1) und den Rändern (8, 10) der Kontaktfolien (9,11) Dichtungen (7) angeordnet sind.8. PTC heater according to one of the preceding claims, characterized in that between the shells ( 4,5 ) of the carrier ( 1 ) and the edges ( 8 , 10 ) of the contact foils ( 9, 11 ) seals ( 7 ) are arranged. 9. PTC-Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die PTC- Heizelemente (13) von Einzelbauteilen gebildet sind.9. PTC heater according to one of the preceding claims, characterized in that the PTC heating elements ( 13 ) are formed by individual components. 10. PTC-Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die PTC- Heizelemente (13) auf eine der Kontaktfolien (9, 11) haftend aufgebracht sind.10. PTC heater according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the PTC heating elements ( 13 ) on one of the contact foils ( 9 , 11 ) are adhesively applied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2561016A (en) * 2017-03-23 2018-10-03 Edwards Vacuum Llc Inline fluid heater

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