Heiz- bzw. Kühldecke, insbesondere für Betten
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heiz- bzw. Kühl decke, insbesondere für Betten.
Heizdecken mit elektrisch geheizten Widerstandsdrähten sind wohlbekannt. Sie weisen Steuermittel zur Einstellung der gewünschten Temperatur und thermostatische Mittel zur Kontrolle der Wirkungsweise der Deckel auf. Die elektrischen Drähte sind isoliert, um jede Unfallgefahr auszuschliessen.
Diese Decken sind jedoch oft gerollt oder zusammengefaltet, währenddem sie noch an der Stromquelle angeschlossen sind. Dies ist insofern gefährlich, dass durch das Rollen oder das Falten der Wärmeverlust bzw. das Wärmeabgabevermögen der Decke stark reduziert wird. Es entsteht dadurch eine erhöhte Brandgefahr. Es ist daher nötig, eine grössere Anzahl von Sicherheitsthermostaten vorzusehen.
Es entsteht aber trotzdem bei dem Schlafenden eine gewisse Psychose, die auch dadurch erhöht ist, dass Betten aus leicht entzündbarem Material bestehen. Trotzdem diese Decken ziemlich leichter sind als die Decken und Federzeuge, die sie ersetzen, haben sie ein gewisses Gewicht, weil die Kupferdrähte eine genügende Isolation erfordern. Sie sind ferner nicht leicht zu waschen, weil die Thermostaten dann gegen Einwirkung des Wassers geschützt sein müssen.
Die erfindungsgemässe Decke bietet die Vorteile der bisherigen Ausführungen, ohne ihre Nachteile und ist gekennzeichnet durch einen folienförmigen, biegsamen Träger, an welchem eine Anzahl biegsamer, parallel geschalteter Leitungen angebracht sind, durch welche ein Fieiz- bzw. Kühlmedium fliesst.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Bett mit der Decke,
Fig. 2 einen Grundriss der Decke,
Fig. 3 in grösserem Massstab einen Teil der Leitungen,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 44 in Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Förderund Steuervorrichtung,
Fig. 6 einen Schnitt durch diese Vorrichtung,
Fig. 7 in grösserem Massstab einen Schnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 6 und
Fig. 8 ein Diagramm der Temperaturverteilung in einem Rohr.
Die in Fig. 1 dargestellte Heizdecke 10 liegt auf einem Bett 11. Die Leitungen für das Heizmedium sind in Fig. 1 nur angedeutet und in Fig. 2 dargestellt.
12 bezeichnet eine Förder- und Steuervorrichtung, die am Fuss des Bettes angeordnet ist, so dass die Verbindungswege zwischen dieser Vorrichtung und der Decke kurz sind. Diese Vorrichtung könnte natürlich irgendwo auf dem Boden oder an Trägern des Bettes angebracht sein. Sie besitzt einen Einstellknopf 13, um die gewünschte Temperatur einstellen zu können. Dieser Knopf 13 könnte getrennt von der Vorrichtung 12 ausgeführt und auf dem Nachttisch oder sonstwo angeordnet sein. Vorzugsweise wird er jedoch direkt an der Vorrichtung angebracht. Ein übliches Anschlusskabel 14 ist über einen Stecker 15 mit der Stromquelle 16 verbunden.
Der Träger für die weiter unten erwähnten Leitungen der Decke 10 besteht z. B. aus Textilstoff.
Man kann aber gegebenenfalls auch einen nicht gewobenen bzw. nicht gewirkten folienförmigen, biegsamen Träger verwenden. Farbe und Muster werden entsprechend der beabsichtigten Verwendung gewählt. Der Träger kann aus einer einzigen Lage mit eingewobenen Durchgängen oder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) aus zwei Lagen 19, 20 bestehen, welche Lagen mittels eines Saumes 21 ver bunden sind, die der Decke 10 ein übliches Aussehen gibt. Die beiden Lagen 19, 20 sind durch parallele Nähte 23 miteinander verbunden. Diese Nähte erstrecken sich über die ganze Decke und enden beidseitig etwas vor dem Saum 21 und lassen somit einen Durchgang frei am Kopf- und Fussende der Decke (d. h. oben und unten in Fig. 2). Der obere Durchgang am Kopfende ist mit 24, der untere am Fussende mit 25 bezeichnet. Die Durchgänge zwischen den Nähten 23 sind mit 27 bezeichnet.
Diese Anordnung bleibt die gleiche, wenn die Durchgänge in der Decke eingewoben sind.
Im Durchgang 25 sind zwei parallele Sammelbzw. Verteilleitungen 28, 29 angeordnet. Die Leitung 28 ist die Einlassleitung und die Leitung 29 die Auslassleitung. Diese Leitungen sind identisch. Die Leitung 28 ist in grösserem Massstab und im Schnitt in Fig. 3, 4 teilweise dargestellt. Sie besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffrohr, z. B. aus Polyvinylchlorid, mit gewissen Weichmachern. Um die gewünschte Wärmeübertragung und gleichzeitig ein leichtes Gewicht zu gewährleisten, haben diese Leitungen 28, 29 einen Innendurchmesser von 2,28 bis 5,08 mm und eine Wanddicke von 0,508 bis 1,27 mm. Zweckmässig ist dieser Innendurchmesser gleich 2,41 mm und diese Wanddicke gleich 1,02 mm. Diese Leitungen dienen der Zufuhr und der Abfuhr des Heizmediums in die und von der Decke 10.
Um eine gleichmässige Wärmeverteilung zu erreichen, ist eine Anzahl biegsamer Rohre 31 vorgesehen. Diese Rohre 31 sind U-förmig, wobei der runde Teil sich am Kopfende befindet, während die Schenkel je an eine der Leitungen 28, 29 angeschlossen sind. Die Rohre 31 sind somit alle parallel geschaltet. Jeder der Schenkel befindet sich in einem der Durchgänge 27; die Rohre sind somit innerhalb der Decke 10 festgehalten. Die Rohre 31 bestehen ebenfalls vorzugsweise aus Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, haben jedoch kleinere Dimensionen als die Leitungen 28, 29. Ihr Innendurchmesser beträgt 0,635 bis 1,905 mm und ihre Wandstärke 0,406 bis 0,76 mm. Vorzugsweise werden sechzehn solche Rohre in zweiunddreissig Durchgängen 27 angeordnet, wobei die Rohre einen Innendurchmesser von 1,07 mm und eine Wandstärke von 0,635 mm haben.
Die Anzahl der Rohre 31 kann natürlich variieren mit den Dimensionen der Decke. Die angegebene Gestaltung hat sich als leichter erwiesen als eine elektrische Heizdecke gleicher Dimensionen und aus dem gleichen Stoff, dies bei mit Heizmedium gefüllten Rohren.
Die Verbindung zwischen den Leitungen 28, 29 und den Rohren 31 ist in Fig. 3, 4 dargestellt. Die Leitungen 28, 29 weisen je eine der Anzahl der Rohre 31 entsprechende Anzahl von Öffnungen 35 auf. Ferner sind Anschlussstücke 36 mit einem ge gabelten Ende 36a aus Kunststoff vorgesehen, welches Ende einen Teil der Leitung 28 bzw. 29 umschliesst.
Diese Anschlussstücke sind an den Leitungen 28, 29 befestigt. Der rohrförmige Teil des Anschlussstückes nimmt das Ende des Rohres 31 auf, dieses kann ebenfalls in diesem Teil thermoplastisch befestigt sein.
In Anbetracht der Anzahl Verbindungsstellen ist es wünschenswert, dass das Material der Leitungen eine thermoplastische Verbindung mittels hochfrequentem Strom zulässt. Aus diesem Grund wurde Polyvinylchlorid vorgeschlagen, das sich auf diese Weise besonders leicht bearbeiten lässt, man könnte aber auch z. B. Polyäthylen verwenden. In diesem Falle müsste man aber eine andere Verbindungsart vorsehen, da Polyäthylen sich thermoplastisch nicht gut behandeln lässt. Das gewählte Material muss natürlich auch gegenüber dem Heizmedium beständig sein.
Die Lagen 19, 20 werden zuerst mittels der Nähte 23 aneinander befestigt, worauf die Leitungen 28, 29 und 31 eingeführt werden. Man könnte sie natürlich auch an der Lage 19 befestigen und die Nähte anschliessend ausführen, dies ist jedoch nachteilig.
Eine der Leitungen 28, 29 wird an dem einen Arm jedes Rohres 31 angeschlossen. Die noch gerade verlaufenden Rohre werden dann in jeden zweiten Durchgang 27 eingeführt, bis die bereits angeschlossene Leitung sich im Durchgang 25 befindet.
Die Rohre 31 werden dann umgebogen und in die freien Durchgänge eingeführt. Die zweite Leitung wird in dem Durchgang 25 plaziert und an den noch freien Enden der Rohre 31 angeschlossen. Diese Verbindungen werden dann thermoplastisch fest gemacht, worauf der Saum 21 angebracht wird.
Die Leitungen 28, 29 weisen jede ein Verbindungsteil 38, 39 auf, um sie an der Zu- bzw. Abfuhrleitung anzuschliessen. Diese Verbindungsteile sind ebenfalls aus Kunststoff und an den Leitungen befestigt. Diese Teile sind T-förmig und an Rohren 40, 41 der Decke 10 angeschlossen. Um einen Temperaturverlust in diesen Rohren 40, 41 zu vermeiden, sind sie verhältnismässig kurz. Sie sind an ihrem Ende mit einem Kupplungsteil 43 bzw. 42 versehen (Fig. 2, 5).
Der Kupplungsteil 43 weist einen mit Gewinde versehenen, vorspringenden bolzenartigen Teil auf, der in eine entsprechende Bohrung des Kupplungsteiles 42 eingeschraubt werden kann.
Wenn die Decke ausser Gebrauch ist, werden diese Teile 42 und 43 aneinander gekuppelt, um zu vermeiden, dass allfällig in den Rohren 31 verbliebenes Medium herausfliesst.
Die Decke 10 ist eher zum Heizen als zum Kühlen verwendet. Wenn man annimmt, dass keine Wärmeverluste in den Leitungen 28, 29 vorhanden sind, und dass die Temperatur des Heizmediums in der Leitung 28 um 11"C höher ist als in der Leitung 29, sieht man, dass das warme Heizmedium von der Leitung 28 über die Rohre 31 in die Leitung 29 fliesst. Beim gebogenen Teil der Rohre 31 hat das Medium eine mittlere Temperatur in bezug auf beide Leitungen 28, 29. Von diesem Punkt aus fällt die Temperatur weiter gleichmässig bis zur Leitung 29.
In jedem Punkt der Längsmitte jedes Rohres 31 herrscht somit eine mittlere Temperatur, die gleich der Temperatur beim gebogenen Teil ist. Ein ent sprechendes Diagramm ist in Fig. 8 dargestellt. Die Linie A stellt den Temperaturverlauf zwischen der Leitung 28 und dem gebogenen Teil und die Linie B den Temperaturverlauf zwischen diesem Teil und der Leitung 29 dar. In Wirklichkeit sind die Linien A, B nicht streng gerade. Die Linie C stellt die mittlere Temperatur in Längsmitte des Rohres 31 dar. Die Temperatur über die ganze Decke ist somit annähernd konstant. Die Verbindungsteile 38, 39 sind in der Mitte der Leitungen 28, 29, um den kleinsten Temperaturverlust zu verursachen, angeordnet. Bei einer Kühldecke wären diese wärmetechnischen Vorgänge sinngemäss die gleichen.
Die dargestellte Decke soll eine maximale Leistung von 200 Watt haben, während übliche elektrische Decken eine Höchstleistung von 180 Watt haben. Um diese Energiemenge zu verbrauchen, muss die Durchflussmenge pro Zeiteinheit zwischen den Leitungen 28, 29 bestimmt werden, Vorzugsweise wird eine konstante Durchflussmenge eingehalten. Im darge stellten Beispiel soll diese Durchflussmenge 296 cm3 pro Min. betragen. Man hätte diese Menge höher wählen können, dieser Wert erwies sich jedoch vorteilhaft, da eine kleine Pumpenleistung vorzuziehen ist. Die dargestellte (Fig. 2) Decke verbraucht 200 Watt, wenn 296 cm3 Wasser pro Minute durch die Rohre 40, 41 fliessen und wenn der Temperaturunterschied zwischen diesen Rohren etwa 10 C ist.
Das Material der Leitungen 28, 29 und der Rohre 31, 40, 41 muss sich leicht ziehen lassen. Er soll ferner bei Temperatur zwischen 65,5 und -17,7"C beständig bleiben.
Das Heizmedium muss auch gewisse Eigenschaften aufweisen, da es durch Rohre mit einem sehr kleinen Durchmesser befördert wird. Es wird in der Vorrichtung 12 bis 54,4o C geheizt und diese Tempe- ratur sollte beim Verlassen der Decke nicht um mehr als 10"C fallen. Das Medium soll aber eine grosse Wärmekapazität und eine kleine Viskosität aufweisen, um das Mediumvolumen und die Pumpenleistung zu reduzieren. Es sollte ebenfalls gute Schmiereigenschaften haben, um die verschiedenen Lager schmieren zu können. Es soll auch weder die Heizund Fördervorrichtung noch die Rohre angreifen. Es soll ferner wasserlöslich sein, um beim allfälligen Lecken mit Wasser und Seife abgewaschen werden zu können. Ferner soll es nicht färben, wenn es mit Baum- oder Naturwolle in Kontakt kommt.
Das Medium dient gleichzeitig als Kühlmittel für Motor und Pumpe und darf nicht über -17,7"C einfrieren.
Destilliertes Wasser genügt allen diesen Anforderungen bis auf die Schmiereigenschaften. Es genügt, ein Antifriermittel beizugeben. In Wirklichkeit kann auch ein leichter Kohlenwasserstoff verwendet werden.
Die Steuer- und Heizvorrichtung 12 ist in den Fig. 5 bis 7 dargestellt. In dieser Vorrichtung muss eine Pumpe eingebaut werden, die das Medium fördert. Sie kann den Dampfdruck des Mediums als Übertragungsmittel verwenden. Da die Pumpe in einem Schlafzimmer arbeiten muss, muss sie möglichst geräuschlos funktionieren. Dies lässt sich durch Benützung des Dampfdruckes verwirklichen. Die dargestellte mechanisch arbeitende Pumpe ist ebenfalls sehr ruhig und geräuschlos.
Die ganze Vorrichtung ist in einem aus Kunststoff bestehenden Gehäuse 50 untergebracht, das schalldicht ist. Das Gehäuse 50 besteht aus einem Hauptteil 50a und einem Deckel SOb, beide aus gegossenem Kunststoff. Im Deckel 50b ist eine Öffnung 51 zum Einsetzen des Knopfes 13 vorgesehen.
Innerhalb des Gehäuses 50 ist ein zweites dichtes Gehäuse 52 für den elektrischen Motor 53 und die Pumpe 54 vorgesehen. Das Volumen dieses Gehäuses 52 ist sehr klein und seine grösste Dimension ist nicht über 127 mm. Das Gehäuse 51 besteht selber aus zwei Teilen 52a und 52b, die bei 55 dicht aneinander befestigt sind.
Der Motor 53 treibt eine Pumpe 54 an. Diese Pumpe 54 ist eine Flügelpumpe mit einem Gehäuse, in welchem eine Pumpenkammer 57 vorgesehen ist.
In der Pumpenkammer 57 ist der Rotor 58 mit dem Flügel 59 drehbar angeordnet. Der Flügel 59 ist aus Kunststoff, z. B. aus Teflon (eingetragene Marke).
Der Rotor 58 ist zylindrisch mit einer Nut zur Aufnahme des Flügels 59 ausgebildet. Der Arbeitsraum der Kammer 57 ist sichelförmig, wie in Fig. 7 dargestellt. Der Durchmesser der Kammer 57 durch das Zentrum des Rotors ist in jedem Punkt derart, dass der Flügel 59 stets an der Wandung anliegt. Im Gehäuse 56 ist ein Einlass 60 und ein Auslass 61 vorgesehen. Der Einlass befindet sich am unteren Teil der Pumpe und normalerweise unter dem Spiegel des Mediumsumpfes 62, der annähernd die in Fig. 6 dargestellte Höhe einnimmt. Das Gehäuse ist allerdings gross genug, um das sich in den Leitungen der Decke befindliche Medium auch aufzunehmen.
Der Auslass 61 ist mit einem Verbindungsorgan 63 und einem Rohr 64 verbunden, das durch die Gehäuse 52 und 50 geführt ist. Das Rohr 64 ist ziemlich ausserhalb des Gehäuses 50 und mit einem Kupplungsstück 65 versehen, das mit dem Kupplungsteil 42 verbunden werden kann.
Der Rotor 58 ist mittels eines Zapfens 69 in einem Lager 67, z. B. einem Bronzelager montiert.
Das andere Ende des Rotors trägt eine Welle 70 mit einem dickeren Teil 70a, der mit einer Verlängerung 58a des Rotors 58 z. B. kraftschlüssig verbunden ist.
Der Rotor 58 und die Verlängerung 5 8a können geschlitzt werden, um das Einsetzen des Flügels 59 vorzunehmen, worauf die Teile 58a und 70a kraftschlüssig zusammenmontiert werden. Auf der Welle 70 ist ferner der Rotor 71 des Motors 53 montiert.
Der Motor 53 ist ein abgeschirmter Polmotor mit einem magnetischen Kern 72, der als Stator für den Fluss der Wicklung 73 dient, welcher Fluss zwischen einem Luftspalt und dem Rotor 71 verläuft. Träger 74, 75 tragen ein Lager 77 und das Pumpengehäuse 56, das von einem Flansch 78 geschlossen ist. Das Lager 77 stützt einen Teil der Welle 70 und enthält auch ein Drucklager 80. Eine Einstellschraube 81 erlaubt, die Vorspannung des Drucklagers 80 einzustellen. Der Rotor 71 ist ein Kurzschlussanker, der komplett in das Medium 62 getaucht ist. Es ist daher wichtig, dass dieses Medium diesen Rotor nicht angreift. Es war daher nicht notwendig, eine besondere Abdichtung der Pumpe vorzusehen, da auslaufendes Medium in das Gehäuse 52 zurückfliesst und höchstens die Leistung der Pumpe vermindert.
Dank den Trägern 74, 75 bilden Motor und Pumpe eine einzige Einheit, die mittels Trägern 83 im Gehäuse 52 gehalten ist.
Das Gehäuse 52 muss schalldicht im Gehäuse 50 befestigt werden. Zu diesem Zweck sind vibrationsaufnehmende Mittel zwischengeschaltet. Diese Mittel können aus Gummikörpern oder dergleichen bestehen. Gemäss Fig. 6 ist jedoch ein Träger 85 am oberen Teil des Gehäuses 52 angebracht. Dieser Träger 85 ist an Federn 86 befestigt, die Elemente der Befestigungsmittel 87 sind.
Die Gruppe Motor 53-Pumpe 54 sind somit in ihrem Gehäuse 52 untergebracht, das an jeder seiner obern Ecken an einer solchen Feder 86 aufgehängt ist, so dass alle Vibrationen und Geräusche aufgenommen werden. Um diese Federn 86 gegen unsachgemässe Behandlung zu schützen, oder wenn das Ganze umgedreht wird, kommt der Träger 85 mit Anschlägen 88 des Deckels 50b in Kontakt. Das Spiel zwischen dem Träger 85 und den Anschlägen 88 ist sehr klein und dient lediglich dazu, um zu verhindern, dass Vibrationen vom Gehäuse 52 auf das Gehäuse 50 übertragen werden.
Ausser den beschriebenen Mitteln zur Förderung des Heizmediums muss die Vorrichtung 12 noch Mittel zur Steuerung der Temperatur dieses Mediums aufweisen. Ferner sind noch Mittel zur Kühlung des Mediums vorhanden, falls die Decke als Kühldecke verwendet wird. In der Zeichnung sind lediglich Heizmittel für das Medium dargestellt. 90 bezeichnet ein Heizelement, das mit dem Medium seine Wärme austauscht. Das Heizelement 90 kann entweder innerhalb des Sumpfes 62 oder im Kontakt mit dem Gehäuse 52 angeordnet werden. Diese letztere Lösung ist in Fig. 6 dargestellt. In einem Rohr 92 ist ein Heizwiderstand 91 angeordnet. Der Raum zwischen dem Widerstand 91 und dem Rohr 92 ist mit einem elektrisch isolierenden, jedoch wärmeleitenden Material gefüllt. Solche Heizelemente sind an sich bekannt.
Die hier zur Anwendung kommenden Elemente müssen lediglich C-förmig und eng an dem Gehäuse 52 angebracht sein. Zu diesem Zweck weist dieses Gehäuse 52 eine Einbuchtung 94 auf zur Aufnahme des Elementes 90, das an dem Gehäuse 52 gelötet oder sonstwie befestigt wird. Die Enden 90a und 90b erstrecken sich längs einer der vertikalen Wände des Gehäuses und weisen Klemmen 96, 97 auf, die über Leitungen 98, 99 mit Steuermitteln und Energiequellen verbunden sind, wie nachstehend beschrieben.
Die Tatsache, dass Motor und Pumpe in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht sind, stellt das Problem der Ableitung der vom Motor erzeugten Wärme dar. Das Medium im Sumpf 62 wird zur Kühlung des Motors verwendet, es wird in diesem Falle in entsprechende Durchgänge des Rotors 71 geführt. Zu diesem Zwecke können die Stangen des Ankers Kupfer- oder Messingrohre aufweisen. Vorzugsweise wird jedoch, insbesondere bei Verwendung der Decke als Heizdecke, das von der Decke zurückfliessende Medium über die Motorwicklung zur Kühlung desselben fliessen. Das zurückfliessende Medium fliesst deshalb durch ein Anschlussstück 100 und eine Leitung 101 in das Gehäuse 50 und dann in einen schachtelartigen, metallischen, vom Gehäuse 52 isolierten, jedoch an diesem befestigten Behälter 102.
Dieser Behälter 102 ist über eine isolierte Leitung 103 mit dem Innern des Gehäuses 52 verbunden, welche Leistung direkt über der Motorwicklung 73 einmündet. Da der Kupplungsteil 43 bolzenförmig und das Anschlussstück 100 eine Bohrung mit Gewinde aufweist, ist es nicht möglich, einen falschen Anschluss zwischen der Decke und der Vorrichtung 12 vorzunehmen. Dank der symmetrischen Anordnung der Leitungen 28, 29 wäre dies an sich ohne Konsequenzen.
Bei den üblichen elektrisch beheizten Decken ist eine Anzahl, z. B. bis neun Thermostaten zur Steuerung der Temperatur vorgesehen. Die dadurch erzielte Temperatursteuerung ist trotzdem nicht genügend.
In der dargestellten Decke dient das Heizmedium nicht nur als Wärmeüberträger, - sondern auch noch als Übertragungsmittel für temperaturempfindliche Mittel. Das zurückfliessende Medium überträgt die Angaben zu den Steuermitteln. Die Steuerung kann dann sehr präzis durchgeführt werden.
Als temperaturempfindliches Steuermittel ist ein Bimetallstreifen 110 vorgesehen, der in gutem thermischem Kontakt mit dem Behälter 102 steht. Der Auslass 103 hat einen kleineren Querschnitt als der Einlass 102, so dass der Behälter 103 normalerweise mit zurückfliessendem Medium voll ist und der Bimetallstreifen 110 reagiert tadellos auf die Temperatur dieses Mediums.
Der Behälter 103 ist an dem Träger 85 unter Zwischenschaltung einer Reihe von isolierenden Schichten 111, 112, 113 befestigt. Die untere Schicht 113 ist in Kontakt mit dem Träger 85. Eine erste Leitung 114 ist zwischen den Schichten 112, 113, eine zweite 122 zwischen den Schichten 111, 112 angeordnet, welche Leitungen mittels einer isolierenden Hülse 116 vom Durchgang 103 isoliert sind.
Der Streifen 110 kann zur Steuerung des Heizelementes 90 und/oder des Motors 53 dienen. Der Motor ist aber zweckmässig dann erregt, wenn das Anschlusskabel 14 mit dem Stecker 16 verbunden ist, oder mit anderen Worten, der Motor läuft ständig, wenn die Decke gebraucht wird. Das Kabel 14 (Fig. 5) ist direkt mit der Wicklung 73 über einen Schalter 117 verbunden, welcher Schalter 117 nicht unbedingt notwendig ist. Eine Anzeigelampe 118 ist über einen strombegrenzenden Widerstand 119 mit der Motor wicklung 73 parallel geschaltet. Diese Lampe 118 wird auf dem Gehäuse 50 befestigt, z. B. kann sie zur Beleuchtung einer durchsichtigen Skala für den Knopf 13 dienen.
Zur Einstellung des Heizelementes 90 dient ein Schalter mit relativ zueinander beweglichen Kontakten 120, 121. Der Kontakt 121 ist feststehend und mit der Leitung 114 verbunden. Der Kontakt 120 ist von einem beweglichen Arm getragen, der als Verlängerung der zwischen den Schichten 111, 112 angeordneten Leitung 122 ausgebildet ist. Die Klemme 96 des Heizelementes ist über die Leitungen 98 und 114 mit dem Kontakt 121 verbunden. Die Klemme 97 ist über die Leitung 99 mit einer der Leitungen des Kabels 14 verbunden. Die Leitung 122 ist andern- ends über die Leitung 124 mit der anderen Leitung des Kabels 14 verbunden.
Um eine Steuerung der Kontakte 120, 121 durch den Streifen 110 zu erreichen, ist das freie Ende dieses Streifens mit einem isolierenden Kopf 125 versehen, der in einem hakenartigen Teil 122a des Armes 122 liegt. Wenn die Temperatur des zurückfliessenden Mediums zunimmt, hebt sich der Streifen 110, und die Kontakte 120, 121 werden getrennt; nimmt diese Temperatur genügend ab, so senkt sich der Streifen 110 und diese Kontakte 120, 121 kommen wieder aufeinander, somit wird das Element 90 aus- oder eingeschaltet, dies entsprechend der Temperatur der Decke selbst.
Zur Einstellung der Temperatur, bei welcher das Heizelement 90 ausgeschaltet werden muss, ist auf dem Träger 85 ein gebogener Lappen 127 befestigt, durch welchen eine Stange 128 mit Gewinde geschraubt ist, welche Stange 128 den Knopf 13 trägt.
Das Ende 128a der Stange 128 ist mit dem Arm 122 in Kontakt, so dass derselbe wahlweise unter mehr oder weniger starke Vorspannung gesetzt werden kann. Natürlich könnten andere Mittel zur Einstellung der kritischen Temperatur vorgesehen werden.
Der Deckel 50b ist in an sich bekannter und daher nicht dargestellter Weise mit dem Teil 50a verbunden.
Die elektrische Energie, die im Motor in Wärme umgewandelt wird, geht nicht verloren, sondern sie wird dem Medium übertragen, das gleichzeitig zur Kühlung des Motors dient, wobei diese Wärme schliesslich zum Wärmen der Decke dient. Der Streifen 110 und die Kontakte 120, 121 könnten in einer getrennten Einheit angeordnet sein. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einmal gewählter Temperatur diese selten wieder geändert wird, so dass ohne Unannehmlichkeit für den Besitzer das Ganze in die Vorrichtung 12 untergebracht werden kann.
Wenn die Decke nicht verwendet wird, wird sie geleert und werden die Anschlussteile 42, 43 gemäss Fig. 2 miteinander verbunden. Beim Leeren der Decke wird die Vorrichtung 12 umgekippt, so dass der Einlass 60 der Pumpe nicht mehr in dem Sumpf 62 liegt, und die von der Decke kommende Flüssigkeit fliesst in das Gehäuse 52. Die Anschlussteile 100 und 65 werden dann miteinander gekuppelt. Für den Gebrauch wird das Kabel 14 an dem Stecker 16 angeschlossen und der Schalter 117 geschlossen, worauf der Motor 53 die Pumpe 54 ständig antreibt.
Die Steuermittel könnten die Pumpe 54 statt das Heizelement 90 steuern, die dargestellte Anordnung ist jedoch aus Sicherheitsgründen vorzuziehen. Mittels des Knopfes 13 wird die gewünschte Temperatur eingestellt.
Die dargestellte Decke ist besonders gefahrlos, weil sich keine elektrischen Leitungen im Bett selbst befinden, die zerreissen und Brand verursachen können. Bei üblichen elektrischen Decken absorbiert öfters die Isolation grössere Mengen Feuchtigkeit, insbesondere in bezug auf den Atem des Schlafenden, wodurch Stromverluste entstehen. Dies ist mit der dargestellten Decke unmöglich. Keine heissen Stellen können entstehen, wenn die Decke doppelt gefaltet oder unter dem Schlafenden ist. Die üblichen Decken bieten trotz ihren zahlreichen Thermostaten keine Gewähr, dass nie etwas passiert oder dass diese Thermostaten auf eine spezielle heisse Stelle reagieren, dies, weil die Decke derart schlecht wärmeleitend ist, dass eine heisse Stelle, einige Zentimeter entfernt von einem Thermostaten, auf diesen nicht einwirkt.
Die dargestellte Decke ist ferner ausserordentlich leicht. Die üblichen elektrischen Decken mit ihren Kupferdrähten sind schwerer als diese Decke mit ihren flüssigkeitsgefüllten Kunststoffröhren.
Heating and cooling blankets, in particular for beds
The present invention relates to a heating or cooling blanket, in particular for beds.
Electric blankets with electrically heated resistance wires are well known. They have control means for setting the desired temperature and thermostatic means for controlling the operation of the lid. The electrical wires are insulated to avoid any risk of accident.
However, these blankets are often rolled or folded while they are still connected to the power source. This is dangerous in that rolling or folding greatly reduces the heat loss or the heat dissipation capacity of the blanket. This creates an increased risk of fire. It is therefore necessary to provide a larger number of safety thermostats.
Nevertheless, a certain psychosis develops in the sleeper, which is also increased by the fact that beds are made of easily inflammable material. Even though these blankets are quite lighter than the blankets and spring tools they replace, they have a certain weight because the copper wires require adequate insulation. They are also not easy to wash because the thermostats must then be protected against the effects of water.
The blanket according to the invention offers the advantages of the previous designs without their disadvantages and is characterized by a film-shaped, flexible carrier on which a number of flexible, parallel lines are attached, through which a heating or cooling medium flows.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in the accompanying drawing.
Show it:
Fig. 1 a bed with the blanket,
2 shows a floor plan of the ceiling,
3 shows a part of the lines on a larger scale,
FIG. 4 shows a section along line 44 in FIG. 3,
5 shows a schematic representation of the conveying and control device,
6 shows a section through this device,
7 shows, on a larger scale, a section along the line 7-7 in FIGS
8 shows a diagram of the temperature distribution in a pipe.
The heating blanket 10 shown in FIG. 1 lies on a bed 11. The lines for the heating medium are only indicated in FIG. 1 and shown in FIG.
12 denotes a conveyor and control device which is arranged at the foot of the bed, so that the connecting paths between this device and the blanket are short. This device could of course be attached anywhere on the floor or on straps of the bed. It has an adjusting knob 13 to set the desired temperature. This button 13 could be implemented separately from the device 12 and arranged on the bedside table or elsewhere. However, it is preferably attached directly to the device. A conventional connection cable 14 is connected to the power source 16 via a plug 15.
The carrier for the lines mentioned below of the ceiling 10 consists, for. B. made of textile.
However, if necessary, a non-woven or non-knitted, flexible, film-shaped carrier can also be used. The color and pattern are chosen according to the intended use. The carrier can consist of a single layer with woven passages or, as in the illustrated embodiment (FIG. 2), of two layers 19, 20, which layers are connected ver by means of a hem 21, which gives the ceiling 10 a usual appearance. The two layers 19, 20 are connected to one another by parallel seams 23. These seams extend all over the ceiling and end on both sides slightly in front of the hem 21, thus leaving a passage free at the head and foot of the ceiling (i.e. top and bottom in Fig. 2). The upper passage at the head end is designated with 24, the lower one at the foot end with 25. The passages between the seams 23 are denoted by 27.
This arrangement remains the same when the passageways are woven into the ceiling.
In passage 25 are two parallel collecting or. Distribution lines 28, 29 arranged. Line 28 is the inlet line and line 29 is the outlet line. These lines are identical. The line 28 is partially shown on a larger scale and in section in FIGS. It preferably consists of a plastic tube, e.g. B. made of polyvinyl chloride, with certain plasticizers. In order to ensure the desired heat transfer and at the same time a light weight, these lines 28, 29 have an inner diameter of 2.28 to 5.08 mm and a wall thickness of 0.508 to 1.27 mm. This inside diameter is expediently equal to 2.41 mm and this wall thickness is equal to 1.02 mm. These lines serve to supply and discharge the heating medium into and from the ceiling 10.
In order to achieve an even distribution of heat, a number of flexible tubes 31 are provided. These tubes 31 are U-shaped, the round part being at the head end, while the legs are each connected to one of the lines 28, 29. The tubes 31 are thus all connected in parallel. Each of the legs is located in one of the passages 27; the pipes are thus held within the ceiling 10. The tubes 31 are also preferably made of plastic, such as polyvinyl chloride, but have smaller dimensions than the lines 28, 29. Their inner diameter is 0.635 to 1.905 mm and their wall thickness is 0.406 to 0.76 mm. Preferably sixteen such tubes are arranged in thirty-two passages 27, the tubes having an inner diameter of 1.07 mm and a wall thickness of 0.635 mm.
The number of tubes 31 can of course vary with the dimensions of the ceiling. The specified design has proven to be lighter than an electric heating blanket of the same dimensions and made of the same material, this with pipes filled with heating medium.
The connection between the lines 28, 29 and the tubes 31 is shown in FIGS. 3, 4. The lines 28, 29 each have a number of openings 35 corresponding to the number of tubes 31. Furthermore, connection pieces 36 are provided with a forked end 36a made of plastic, which end encloses part of the line 28 or 29.
These connection pieces are attached to the lines 28, 29. The tubular part of the connection piece receives the end of the tube 31, which can also be thermoplastically fastened in this part.
In view of the number of connection points, it is desirable that the material of the lines allows a thermoplastic connection by means of high-frequency current. For this reason, polyvinyl chloride has been proposed, which can be processed particularly easily in this way, but you could also z. B. Use polyethylene. In this case, however, a different type of connection would have to be provided, since polyethylene cannot be treated well thermoplastically. The selected material must of course also be resistant to the heating medium.
The layers 19, 20 are first attached to one another by means of the seams 23, after which the lines 28, 29 and 31 are introduced. You could of course also attach them to the layer 19 and then execute the seams, but this is disadvantageous.
One of the lines 28, 29 is connected to one arm of each tube 31. The pipes that are still straight are then inserted into every second passage 27 until the line already connected is in passage 25.
The tubes 31 are then bent over and inserted into the free passages. The second line is placed in the passage 25 and connected to the ends of the tubes 31 which are still free. These connections are then made thermoplastic, whereupon the seam 21 is applied.
The lines 28, 29 each have a connecting part 38, 39 in order to connect them to the supply and discharge line. These connecting parts are also made of plastic and are attached to the lines. These parts are T-shaped and connected to pipes 40, 41 of the ceiling 10. In order to avoid a temperature loss in these tubes 40, 41, they are relatively short. They are provided at their end with a coupling part 43 or 42 (Fig. 2, 5).
The coupling part 43 has a threaded, protruding bolt-like part which can be screwed into a corresponding bore in the coupling part 42.
When the ceiling is not in use, these parts 42 and 43 are coupled to one another in order to prevent any medium remaining in the pipes 31 from flowing out.
The blanket 10 is used for heating rather than cooling. If one assumes that there are no heat losses in the lines 28, 29 and that the temperature of the heating medium in the line 28 is 11 "C higher than in the line 29, it can be seen that the warm heating medium from the line 28 is over the tubes 31 flows into the line 29. In the bent part of the tubes 31, the medium has an average temperature with respect to both lines 28, 29. From this point the temperature continues to drop evenly to the line 29.
At each point in the longitudinal center of each tube 31 there is thus an average temperature which is equal to the temperature at the bent part. A corresponding diagram is shown in FIG. Line A shows the temperature profile between the line 28 and the bent part and line B shows the temperature profile between this part and the line 29. In reality, lines A, B are not strictly straight. The line C represents the mean temperature in the longitudinal center of the pipe 31. The temperature over the entire ceiling is thus approximately constant. The connecting parts 38, 39 are arranged in the middle of the lines 28, 29 in order to cause the smallest temperature loss. With a cooling ceiling, these thermal processes would be the same.
The blanket shown is said to have a maximum power of 200 watts, while conventional electrical blankets have a maximum power of 180 watts. In order to consume this amount of energy, the flow rate per unit of time between the lines 28, 29 must be determined. A constant flow rate is preferably maintained. In the example shown, this flow rate should be 296 cm3 per minute. This amount could have been chosen to be higher, but this value has proven to be advantageous since a low pump capacity is preferable. The blanket shown (FIG. 2) consumes 200 watts when 296 cm3 of water per minute flow through the pipes 40, 41 and when the temperature difference between these pipes is about 10 ° C.
The material of the lines 28, 29 and the tubes 31, 40, 41 must be easy to pull. It should also remain stable at temperatures between 65.5 and -17.7 "C.
The heating medium must also have certain properties as it is conveyed through pipes with a very small diameter. The device is heated from 12 to 54.4 ° C and this temperature should not drop by more than 10 ° C when leaving the ceiling. The medium should, however, have a large heat capacity and low viscosity in order to maintain the medium volume and the pump output It should also have good lubricating properties in order to be able to lubricate the various bearings. It should neither attack the heating and conveying device nor the pipes. It should also be water-soluble so that it can be washed off with soap and water if it leaks should not stain it if it comes into contact with cotton or natural wool.
The medium also serves as a coolant for the motor and pump and must not freeze above -17.7 "C.
Distilled water meets all of these requirements except for the lubricating properties. It is sufficient to add an anti-freeze agent. In reality, a light hydrocarbon can also be used.
The control and heating device 12 is shown in FIGS. A pump that delivers the medium must be installed in this device. It can use the vapor pressure of the medium as a transmission medium. Since the pump has to work in a bedroom, it has to work as quietly as possible. This can be achieved by using the steam pressure. The mechanical pump shown is also very quiet and noiseless.
The entire device is housed in a plastic housing 50 which is soundproof. The housing 50 consists of a main part 50a and a cover SOb, both made of molded plastic. An opening 51 for inserting the button 13 is provided in the cover 50b.
A second, sealed housing 52 for the electric motor 53 and the pump 54 is provided within the housing 50. The volume of this housing 52 is very small and its largest dimension is not more than 127 mm. The housing 51 itself consists of two parts 52a and 52b which are fastened tightly to one another at 55.
The motor 53 drives a pump 54. This pump 54 is a vane pump with a housing in which a pump chamber 57 is provided.
In the pump chamber 57, the rotor 58 is rotatably arranged with the wing 59. The wing 59 is made of plastic, e.g. B. made of Teflon (registered trademark).
The rotor 58 is cylindrical with a groove for receiving the blade 59. The working space of the chamber 57 is sickle-shaped, as shown in FIG. 7. The diameter of the chamber 57 through the center of the rotor is such at every point that the wing 59 always rests on the wall. An inlet 60 and an outlet 61 are provided in the housing 56. The inlet is located at the lower part of the pump and normally below the level of the medium sump 62, which assumes approximately the height shown in FIG. However, the housing is large enough to accommodate the medium located in the pipes in the ceiling.
The outlet 61 is connected to a connecting element 63 and a pipe 64 which is guided through the housings 52 and 50. The tube 64 is quite outside the housing 50 and is provided with a coupling piece 65 which can be connected to the coupling part 42.
The rotor 58 is by means of a pin 69 in a bearing 67, for. B. mounted a bronze bearing.
The other end of the rotor carries a shaft 70 with a thicker part 70a which is connected to an extension 58a of the rotor 58 e.g. B. is positively connected.
The rotor 58 and the extension 58a can be slotted in order to make the insertion of the wing 59, whereupon the parts 58a and 70a are positively assembled together. The rotor 71 of the motor 53 is also mounted on the shaft 70.
The motor 53 is a shielded pole motor with a magnetic core 72, which serves as a stator for the flux of the winding 73, which flux runs between an air gap and the rotor 71. Carriers 74, 75 carry a bearing 77 and the pump housing 56, which is closed by a flange 78. The bearing 77 supports part of the shaft 70 and also includes a thrust bearing 80. An adjustment screw 81 allows the preload of the thrust bearing 80 to be adjusted. The rotor 71 is a short-circuit armature that is completely immersed in the medium 62. It is therefore important that this medium does not attack this rotor. It was therefore not necessary to provide a special seal for the pump, since leaking medium flows back into the housing 52 and at most reduces the performance of the pump.
Thanks to the supports 74, 75, the motor and pump form a single unit which is held in the housing 52 by means of supports 83.
The housing 52 must be fastened in the housing 50 in a soundproof manner. For this purpose, vibration-absorbing means are interposed. These means can consist of rubber bodies or the like. According to FIG. 6, however, a carrier 85 is attached to the upper part of the housing 52. This carrier 85 is fastened to springs 86, which are elements of the fastening means 87.
The group of motor 53-pump 54 are thus accommodated in their housing 52, which is suspended from such a spring 86 at each of its upper corners, so that all vibrations and noises are absorbed. In order to protect these springs 86 against improper handling, or when the whole is turned over, the support 85 comes into contact with stops 88 of the cover 50b. The play between the carrier 85 and the stops 88 is very small and only serves to prevent vibrations from being transmitted from the housing 52 to the housing 50.
In addition to the means described for conveying the heating medium, the device 12 must also have means for controlling the temperature of this medium. Means are also available for cooling the medium if the ceiling is used as a cooling ceiling. In the drawing, only heating means for the medium are shown. 90 denotes a heating element that exchanges its heat with the medium. The heating element 90 can be placed either within the sump 62 or in contact with the housing 52. This latter solution is shown in FIG. A heating resistor 91 is arranged in a tube 92. The space between the resistor 91 and the tube 92 is filled with an electrically insulating, but thermally conductive material. Such heating elements are known per se.
The elements used here only have to be attached to the housing 52 in a C-shape and tightly. For this purpose, this housing 52 has an indentation 94 for receiving the element 90, which is soldered or otherwise attached to the housing 52. The ends 90a and 90b extend along one of the vertical walls of the housing and have clamps 96, 97 which are connected by lines 98, 99 to control means and energy sources, as described below.
The fact that the motor and pump are accommodated in a closed housing poses the problem of dissipating the heat generated by the motor. The medium in the sump 62 is used to cool the motor; in this case it is fed into corresponding passages in the rotor 71 . For this purpose, the rods of the anchor can have copper or brass tubing. Preferably, however, especially when the blanket is used as a heating blanket, the medium flowing back from the blanket will flow via the motor winding to cool it. The returning medium therefore flows through a connection piece 100 and a line 101 into the housing 50 and then into a box-like, metallic container 102, which is isolated from the housing 52 but is attached to it.
This container 102 is connected to the interior of the housing 52 via an insulated line 103, which power flows in directly via the motor winding 73. Since the coupling part 43 is bolt-shaped and the connection piece 100 has a threaded hole, it is not possible to make an incorrect connection between the ceiling and the device 12. Thanks to the symmetrical arrangement of the lines 28, 29, this would in itself have no consequences.
In the usual electrically heated blankets, a number, e.g. B. provided up to nine thermostats to control the temperature. The temperature control achieved thereby is still insufficient.
In the blanket shown, the heating medium serves not only as a heat exchanger, but also as a transfer medium for temperature-sensitive media. The returning medium transmits the information to the control means. The control can then be carried out very precisely.
A bimetal strip 110, which is in good thermal contact with the container 102, is provided as the temperature-sensitive control means. The outlet 103 has a smaller cross-section than the inlet 102, so that the container 103 is normally full with the medium flowing back and the bimetal strip 110 reacts perfectly to the temperature of this medium.
The container 103 is attached to the carrier 85 with a series of insulating layers 111, 112, 113 interposed. The lower layer 113 is in contact with the carrier 85. A first line 114 is arranged between the layers 112, 113, a second 122 between the layers 111, 112, which lines are insulated from the passage 103 by means of an insulating sleeve 116.
The strip 110 can be used to control the heating element 90 and / or the motor 53. The motor is expediently energized when the connection cable 14 is connected to the plug 16, or in other words, the motor runs continuously when the blanket is used. The cable 14 (FIG. 5) is connected directly to the winding 73 via a switch 117, which switch 117 is not absolutely necessary. An indicator lamp 118 is connected in parallel to the motor winding 73 via a current-limiting resistor 119. This lamp 118 is mounted on the housing 50, e.g. B. it can serve to illuminate a transparent scale for the button 13.
A switch with contacts 120, 121 that can move relative to one another is used to set the heating element 90. The contact 121 is stationary and connected to the line 114. The contact 120 is carried by a movable arm which is designed as an extension of the line 122 arranged between the layers 111, 112. The terminal 96 of the heating element is connected to the contact 121 via the lines 98 and 114. The terminal 97 is connected to one of the lines of the cable 14 via the line 99. The other end of the line 122 is connected to the other line of the cable 14 via the line 124.
In order to achieve control of the contacts 120, 121 by the strip 110, the free end of this strip is provided with an insulating head 125 which lies in a hook-like part 122 a of the arm 122. When the temperature of the returning medium increases, the strip 110 rises and the contacts 120, 121 are separated; if this temperature decreases sufficiently, the strip 110 lowers and these contacts 120, 121 come together again, thus the element 90 is switched on or off, this according to the temperature of the ceiling itself.
To set the temperature at which the heating element 90 must be switched off, a bent tab 127 is attached to the support 85, through which a rod 128 with a thread is screwed, which rod 128 carries the button 13.
The end 128a of the rod 128 is in contact with the arm 122, so that the same can optionally be placed under more or less strong prestress. Of course, other means of adjusting the critical temperature could be provided.
The cover 50b is connected to the part 50a in a manner known per se and therefore not shown.
The electrical energy, which is converted into heat in the motor, is not lost, but is transferred to the medium that also serves to cool the motor, with this heat ultimately being used to warm the ceiling. The strip 110 and the contacts 120, 121 could be arranged in a separate unit. It has been shown, however, that once the temperature has been selected, it is seldom changed again, so that the whole can be accommodated in the device 12 without inconvenience for the owner.
When the ceiling is not in use, it is emptied and the connection parts 42, 43 are connected to one another as shown in FIG. When the ceiling is emptied, the device 12 is tipped over so that the inlet 60 of the pump is no longer in the sump 62, and the liquid coming from the ceiling flows into the housing 52. The connection parts 100 and 65 are then coupled to one another. For use, the cable 14 is connected to the plug 16 and the switch 117 is closed, whereupon the motor 53 drives the pump 54 continuously.
The control means could control the pump 54 rather than the heating element 90, but the arrangement shown is preferred for safety reasons. The desired temperature is set by means of the button 13.
The blanket shown is particularly safe because there are no electrical lines in the bed that could tear and cause fire. In the case of conventional electric blankets, the insulation often absorbs large amounts of moisture, especially with regard to the sleeper's breath, which results in power losses. This is impossible with the ceiling shown. No hot spots can arise when the blanket is folded twice or under the sleeping person. In spite of their numerous thermostats, the usual blankets offer no guarantee that nothing will ever happen or that these thermostats will react to a special hot spot, because the blanket is so poorly heat-conducting that a hot spot a few centimeters away from a thermostat affects it does not act.
The ceiling shown is also extremely light. The usual electrical blankets with their copper wires are heavier than this blanket with its liquid-filled plastic tubes.