Elektrischer Grossflächenheizkörper, insbesondere für Flüssigkeitserhitzung. Es ist allgemein bekannt, dass bei direk ter elektrischer Beheizung grösserer Flächen das Einhalten einer gleichmässigen Flächen temperatur grösste Schwierigkeiten bietet, und dass eine automatische Temperaturregu lierung in solchen Fällen gänzlich unmöglich ist.
Das hat seinen Grund darin, dass ein direkt beheizter elektrischer Grossflächen heizkörper, der zum Beispiel aus sogenannten elektrischen Heizstäben bestehen kann, seine Temperatur vollständig in Abhängigkeit der Wärmeübergangszahl einstellt. Solange ein Grossflächenheizkörper, wie er zum Beispiel in Verdampfungs- und Siedebehältern, Gär bottichen, Bädern etc. Verwendung findet, immer das gleiche Gut (meistens eine Flüs sigkeit) beheizt und, solange die Oberflä chenbeschaffenheit des Heizkörpers nicht ändert,
bleibt für eine gegebene Temperatur und sonst gleiche Verhältnisse die Vrärme- übergangszahl konstant. Ändert sich dieselbe aber, was zum Beispiel eintritt, wenn sich die Oberflächenbeschaffenheit des Heizkör pers ändert oder wenn eine andere Substanz beheizt werden soll, so ändert sich natürlich auch die Temperatur des direkt wirkenden Heizkörpers. Sinkt die Wärmeübergangszahl, so steigt die Temperatur des Heizkörpers und umgekehrt.
Um einen häufig in der Natur auftretenden Fall zu nennen, sei auf die be- lrannte gesselsteinbildung verwiesen. Durch gesselsteinansatz auf der Heizkörperober- fläche wird der Wärmeübergang auf das zu beheizende Gut sofort stark verschlechtert.
Da die dem Heizkörper zugeführte Wärme energie im Falle einer elektrischen Behei- zung konstant bleibt, steigt die Temperatur des Heizkörpers, erzeugt dadurch ein erhöh tes Temperaturgefälle und hält so den Wärmefluss weiterhin aufrecht. Wird dieses Temperaturgefälle aber zu gross, so kann der elektrische Heizkörper infolge Überhitzung verbrennen.
Diesem Übelstand kann dadurch abgehol fen werden, dass an Stelle einer direkten eine indirekte elektrische Beheizung der Heiz fläche zur Anwendung gelangt, besonders in Fällen, wo es sich um die Erwärmung von Gut auf Temperaturen von 1011 bis 300 C handelt. Als Heizmedium kommt in solchen Fällen 01, Wasser oder Dampf in Frage, tvobei diese Flüssigkeiten in einem separaten Heizapparat erwärmt werden.
Dieser Lösung einer indirekten Behei- zung haften aber sehr grosse Nachteile an. Wird als Heizflüssigkeit 01 verwendet, so kann sich dasselbe schon bei relativ niedri gen Temperaturen zersetzen, explosions gefährliche Gase bilden oder auch auf der Heizfläche verkracken. Zudem ist der Wärme übergang vom 01 auf die Heizfläche sehr schlecht.
Wird hingegen Wa ser oder Dampf als Heizmedium verwendet, so sind zur Er zielung von Heiztemperaturen von 100 bis 400 C entsprechend hohe Drücke notwen dig, was die Aufstellung einer Hoelidruck- Dampfanlage bedingt und nicht. nur die An lage als solche verteuert, sondern auch die Betriebskosten in die Höhe treibt. Es ist ohne weiteres klar, da.ss die Kosten der Hoeh- druek-Dampfanlage diejenigen der eigent lichen Wärmeapparate um ein Vielfaches übersteigen kann.
Alle diese Nachteile können durch die nachfolgend beschriebenen erfindun.gsgeniä.- ssen, indirekt beheizten elektrischen Gross flächenheizkörper behoben werden.
Der erfindungsgemässe elektrische Gross- flächenheizkörper besteht aus eine Mehrzahl von miteinander verbundenen, hohlen Me tallkörpern, von denen jeder in seinem In nern ein elektrisches Heizelement, z. B. be kannter Bauart, enthält. Diese Metallkörper werden von ihren Heizelementen nicht di rekt, sondern mittelbar über eine in ihnen enthallene und die Heizelemente umgebende Heizflüssigkeit, z. B. Wasser. erhitzt und geben ihrerseits die erzeugte Wärme an das zii erhitzende Gut. ab.
Der Vorteil der so gebildeten elektrischen Grossfläelienheizkör- per, die zum Beispiel die Form von Böden, Wänden oder Deckeln von Wärineaustauseh- apparaten haben können, besteht darin, dass eine separate, teure Hochdruck-Dampfanlage wegfällt. Es kann zudem eine sehr einfache Temperaturregulierung vorgesehen werden. Wärmeerzeuger und Wärmeaustauscher bil den baulich eine Einheit.
Die erfindungsgemässen elektrischen Gross- fläelienheizkörper seien an Hand der folgen den Figuren, die beispielsweise Ausfüh rungsformen darstellen, beschrieben: Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Behälter, dessen Boden aus einem er findungsgemässen elektrischen Heizkörper be stellt. Dieser Heizkörper, von welchem in Fig. 2 Einzelheiten gezeichnet sind, besteht aus einer Anzahl 3leta.llrohre a, die mit einer Heizflüssigkeit e gefüllt sind. Jedes dieser flüssigkeitsgefüllten Rohre a enthält ein zweckmässiges elektrisches Heizelement d, z. B. bekannter Bauart.
Die einzelnen Me tallrohre a sind in dem gezeigten Beispiel so angeordnet, dass die einzelnen Rohrachsen in einer Ebene liegen und parallel zueinander verlaufen. Sie sind so aneinandergereiht, dass sie sich berühren, und werden auf geeignete Weise, z. B. durch Verschweissen, längs ihren Berührungslinien dicht miteinander verbun den. An die beiden äussersten Rohre des auf diese Weise konstruierten Gefässbodens wer den die beiden Seitenwände b durch zum Beispiel Schweissen befestigt. Die Rohre a werden durch die beiden Stirnwände r hin durchgeführt, wobei ebenfalls eine dichte Verbindung hergestellt wird.
Die Rohre a werden auf ihren Stirnseiten durch geeignete und bekannte Mittel dicht. und druckfest ver schlossen, wobei vorher, wie in Fig. 2 be schrieben, das Rohr a bis zu einer gewissen Höhe seines Querschnittes mit einer geeig neten Heizflüssigkeit gefüllt wurde.
Es ist natürlich ohne weiteres möglich, die Rohrachsen des Heizkörpers nicht nur auf einer Ebene. sondern auch auf einer ge krümmten Fläche, wie zum Beispiel auf einem Zvlinder, Kegel, einer Kugel etc., an zuordnen.
Während bei dem in Fig. 1 und 2 gezeig ten Heizkörper jedes Rohr a an und für sich unabhängig ist, das heisst nicht mit andern in kommunizierender Verbindung steht und daher einzeln mit einem in der Figur nicht gezeigten Sicherheitsventil ausgerüstet sein muss, können natürlich sämtliche Rohre a miteinander in kommunizierende Verbindung gebracht werden. In diesem letzteren Falle ist natürlich nur ein einziges Sicherheitsven til notwendig.
Das gleiche gilt auch für die Temperatur regulierung. Wird automatische Temperatur regulierung gefordert, so wird bei voneinan der unabhängigen Rohrkörpern a jeder der selben mit einem geeigneten Thermostaten versehen. Stehen aber die Rohre a unterein ander in kommunizierender Verbindung, so ist nur ein. einziger, an zweckmässiger Stelle angeordneter Thermostat erforderlich.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Kreisform der Rohrkörper a kann natürlich durch eine andere geeignete Querschnittsform ersetzt werden. Wichtig ist, dass jedes Rohr a so mit einer geeigneten Heizflüssigkeit gefüllt ist, dass dieselbe das im Rohrkörper unter gebrachte elektrische Heizelement d unter allen Umständen deckt. Diese Bedingung er fordert eine genau horizontale Aufstellung der so konstruierten erfindungsgemässen Heizkörper.
Fig. 3 zeigt eine weitere Form eines er findungsgemässen elektrischen Grossflächen heizkörpers, während Fig. 4 eine perspek tivische Ansicht desselben gibt. In dieser Ausführungsform bestehen die einzelnen me tallischen Hohlkörper aus je zwei parallel miteinander verlaufenden und vertikal unter einander liegenden Metallrohren a1 und a2, die unter sich durch die Rohre g in Verbin dung stehen. Im übrigen ist im Prinzip die Anordnung genau dieselbe wie in Fig. 2 ge zeigt.
Fig. 5 zeigt eine weitere Form des erfin dungsgemässen elektrischen Grossflächenheiz- körpers, die sich insbesondere zur Wand beheizung von Flüssigkeitsbehältern eignet. In dieser Figur wird ebenfalls gezeigt, wie sich eine zur Bodenbeheizung geeignete Form mit einer Wandbeheizung kombinieren lässt. Die für die Bodenbeheizung verwendete Form des Heizkörpers ist mit der in Fig. 2 beschriebenen identisch, während der bereits in Fig. 3 beschriebene Heizkörper nach zweckmässiger Lageveränderung für die Wandbeheizung Verwendung findet.
Für die Wandbeheizung sind die Doppelrohrelemente so angeordnet, dass die Rohre a" nicht verti kal unter die Rohre a, zu liegen kommen, sondern dass sie um einen durch die Kon struktion bedingten Winkel aus der verti kalen Lage herausgedreht sind.
Fig. 6 zeigt eine weitere Form eines erfindungsgemässen Grossflächenheizkörpers und dessen Verwendung als Bodenbeheizung. Känelförmige Metallkörper i werden auf ge eignete Weise, z. B. durch Schweissen, mit einer den Boden des Behälters bildenden Metallplatte h und dadurch auch miteinander verbunden. Die auf diese Weise gebildeten Hohlkörper werden bis auf eine gewisse Höhe ihres Querschnittes mit einer Heizflüs- sigkeit e gefüllt, die ein elektrisches Heiz- element d überdeckt.
Fig. 7 zeigt eine weitere Form des elek trischen Grossflächenheizkörpers, die mit der in Fig. 6 gezeigten identisch ist, mit Aus nahme, dass die einzelnen metallenen Hohl körper und die darin untergebrachten elek trischen Heizelemente nicht auf der Innen seite des zu beheizenden Behälters, sondern auf dessen Aussenseite angeordnet sind. Die Bezeichnungen stimmen mit denjenigen der Fig. 6 überein.
Allgemein sei zu den Fig. 1 bis 7 be merkt, dass die konstruktive Durchbildung von Details, wie Endverschlüsse, Sicherheits ventile, Thermostaten etc. nicht gezeigt wird, da sie als bekannt vorausgesetzt wer den. Desgleichen werden die elektrischen Heizelemente in den einzelnen Hohlkörpern sowie deren Schaltungen als bekannt voraus gesetzt.
Electric large surface heating element, in particular for heating liquids. It is generally known that with direct electrical heating of large surfaces, maintaining a uniform surface temperature is extremely difficult, and that automatic temperature regulation is completely impossible in such cases.
The reason for this is that a directly heated large electric radiator, which can consist of so-called electric heating rods, for example, adjusts its temperature completely depending on the heat transfer coefficient. As long as a large surface heating element, such as that used in evaporation and boiling tanks, fermentation tanks, baths, etc., always heats the same product (mostly a liquid) and as long as the surface quality of the heating element does not change,
the heat transition number remains constant for a given temperature and otherwise the same conditions. If the same changes, however, which occurs, for example, when the surface properties of the radiator changes or when another substance is to be heated, the temperature of the direct-acting radiator naturally also changes. If the heat transfer coefficient falls, the temperature of the radiator rises and vice versa.
To name a case that occurs frequently in nature, reference is made to the burned limestone formation. The heat transfer to the item to be heated is immediately and severely impaired by the build-up of scale on the surface of the radiator.
Since the heat energy supplied to the radiator remains constant in the case of electrical heating, the temperature of the radiator rises, creating an increased temperature gradient and thus maintaining the flow of heat. If this temperature gradient is too great, however, the electric heater can burn up as a result of overheating.
This inconvenience can be remedied by using indirect electrical heating of the heating surface instead of direct, especially in cases where goods are heated to temperatures of 1011 to 300 C. In such cases, oil, water or steam can be used as the heating medium, with these liquids being heated in a separate heating device.
However, this indirect heating solution has very major disadvantages. If 01 is used as the heating fluid, it can decompose at relatively low temperatures, form explosive gases or crack on the heating surface. In addition, the heat transfer from the 01 to the heating surface is very poor.
If, on the other hand, water or steam is used as the heating medium, high pressures are necessary to achieve heating temperatures of 100 to 400 C, which requires the installation of a high-pressure steam system and not. only makes the system more expensive as such, it also drives up operating costs. It is immediately clear that the costs of the high-pressure steam system can exceed those of the actual heating apparatus many times over.
All of these disadvantages can be remedied by the inventive, indirectly heated large-area electric heating elements described below.
The inventive electric large-area heater consists of a plurality of interconnected, hollow metal bodies, each of which has an electric heating element in its interior, for. B. be known type contains. These metal bodies are not directly from their heating elements, but indirectly via a heating fluid contained in them and surrounding the heating elements, eg. B. water. heated and in turn give the generated heat to the goods to be heated. from.
The advantage of the large-area electric heaters formed in this way, which can have the shape of floors, walls or lids of heat exchange devices, for example, is that a separate, expensive high-pressure steam system is no longer necessary. A very simple temperature regulation can also be provided. The heat generator and heat exchanger form a structural unit.
The electrical large area heating elements according to the invention are described with reference to the following figures, which represent exemplary embodiments: FIG. 1 shows a perspective view of a container, the bottom of which consists of an electrical heating element according to the invention. This radiator, of which in Fig. 2 details are drawn, consists of a number of 3leta.llrohre a, which are filled with a heating fluid e. Each of these liquid-filled tubes a contains a suitable electrical heating element d, e.g. B. known design.
The individual metal tubes a are arranged in the example shown so that the individual tube axes lie in one plane and run parallel to one another. They are strung together so that they touch each other and are appropriately positioned, e.g. B. by welding, along their lines of contact closely verbun the. The two side walls b are attached to the two outermost tubes of the vessel bottom constructed in this way, for example by welding. The tubes a are passed through the two end walls r, a tight connection also being established.
The tubes a are tight on their end faces by suitable and known means. and pressure-tight ver closed, previously, as described in Fig. 2, the tube a was filled up to a certain height of its cross-section with a suitable heating fluid.
It is of course easily possible to have the pipe axes of the radiator not only on one level. but also on a curved surface, such as on a cylinder, cone, ball, etc., to assign.
While in the radiator shown in Fig. 1 and 2 each pipe a is independent in and of itself, that is, not communicating with others and must therefore be individually equipped with a safety valve not shown in the figure, all pipes can of course a are brought into communicating connection with each other. In this latter case, of course, only a single safety valve is necessary.
The same applies to temperature regulation. If automatic temperature regulation is required, each of the independent tubular bodies a is provided with a suitable thermostat. But if the pipes a are in communicating connection with one another, there is only one. only thermostat at a suitable location required.
The circular shape of the tubular body a shown in FIGS. 1 and 2 can of course be replaced by another suitable cross-sectional shape. It is important that each tube a is filled with a suitable heating fluid in such a way that it covers the electrical heating element d housed in the tube body under all circumstances. This condition he calls for an exactly horizontal installation of the radiator according to the invention constructed in this way.
Fig. 3 shows a further form of he inventive electrical large area radiator, while Fig. 4 is a perspective view of the same. In this embodiment, the individual me-metallic hollow bodies consist of two parallel to each other and vertically lying one below the other metal tubes a1 and a2, which are in connec tion among themselves through the tubes g. Otherwise, in principle, the arrangement is exactly the same as in Fig. 2 shows GE.
5 shows a further form of the electrical large-area heating element according to the invention, which is particularly suitable for heating the walls of liquid containers. This figure also shows how a shape suitable for floor heating can be combined with wall heating. The shape of the radiator used for floor heating is identical to that described in FIG. 2, while the radiator already described in FIG. 3 is used for wall heating after an appropriate change in position.
For the wall heating, the double pipe elements are arranged in such a way that the pipes a ″ do not come to lie vertically under the pipes a, but that they are rotated out of the vertical position by an angle due to the construction.
6 shows a further form of a large-area heating element according to the invention and its use as floor heating. Cup-shaped metal body i are in ge appropriate manner, for. B. by welding, with a metal plate h forming the bottom of the container and thereby also connected to one another. The hollow bodies formed in this way are filled up to a certain height of their cross section with a heating liquid e which covers an electrical heating element d.
Fig. 7 shows a further form of the electric large surface heating element, which is identical to that shown in Fig. 6, with the exception that the individual metal hollow body and the electric heating elements housed therein are not on the inside of the container to be heated, but are arranged on its outside. The designations agree with those of FIG. 6.
In general, it should be noted with regard to FIGS. 1 to 7 that the structural design of details such as terminations, safety valves, thermostats, etc. is not shown, since they are assumed to be known to whoever. Likewise, the electrical heating elements in the individual hollow bodies and their circuits are assumed to be known.