DE1155545B

DE1155545B - Mains powered, electrically heated heat exchanger, especially for space heaters

Info

Publication number: DE1155545B
Application number: DES62591A
Authority: DE
Inventors: Guenther Suchy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-04-15
Filing date: 1959-04-15
Publication date: 1963-10-10

Description

Mit Netzstrom betriebener, elektrisch beheizter Wärmeaustauscher, insbesondere für Raumheizgeräte Die Erfindung betrifft einen mit Netzstrom betriebenen, elektrisch beheizten Wärmeaustauscher, insbesondere für Raumheizgeräte, bei dem das zu erwärmende Medium durch ein durch Strom durchflossene Windungen eines Heizleiters auf induktivem Wege erhitztes Rohr bzw. einen rohrförmigen Körper aus ferromagnetischem Material bewegt wird. Hierbei bestehen die Heizleiter aus einem eine selbsttätige Temperaturregelung herbeiführenden Eisenmaterial.Mains powered, electrically heated heat exchanger, in particular for space heaters The invention relates to a mains powered, electrically heated heat exchangers, in particular for space heaters, in which the medium to be heated through a winding of a heating conductor through which current flows inductively heated pipe or a tubular body made of ferromagnetic Material is moved. The heating conductors consist of an automatic one Temperature control inducing iron material.

Heizende Transformatoren, bei denen sowohl die Erregerwicklung als auch die ferromagnetische Masse als Heizkörper dient, sind bekannt. Ferner sind auch elektrische Induktionsheizvorrichtungen, insbesondere Durchlauferhitzer, bekannt, bei denen zur Selbstreglung der Temperatur als Heizwiderstand ein Material von hohem positivem Temperaturkoeffizienten, z. B. Eisen, verwendet wird. Die Stromstärke in der Sekundärwicklung - bestimmt durch das übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwindungszahl - und die Oberfläche des Sekundärleiters sind hierbei derartig gewählt, daß beim Ausbleiben des zu erhitzenden Mittels der stationäre Zustand bezüglich der im Sekundärleiter erzeugten und der durch Leitung und Strahlung abgegebenen Wärmemenge bei einer Temperatur eintritt, bei der der Heizwiderstand keinen Schaden erleidet.Heating transformers in which both the field winding and the ferromagnetic mass also serves as a heating element are known. Furthermore are also known electrical induction heating devices, in particular water heaters, in those for self-regulation of the temperature as a heating resistor a material of high positive temperature coefficient, e.g. B. iron is used. The strength of the current in the secondary winding - determined by the transmission ratio between the primary and number of secondary turns - and the surface of the secondary conductor are of this type here chosen that in the absence of the agent to be heated, the steady state with respect to those generated in the secondary conductor and those emitted by conduction and radiation Amount of heat enters at a temperature at which the heating resistor is not damaged suffers.

Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, mit Netzfrequenz betriebene heizende Transformatoren besonders hohen Wirkungsgrades, deren hitzebeständige, zylinderförmige Primärspule mit vertikaler Achse innerhalb eines aus dichtem Gefüge bestehenden Gehäuses aus ferromagnetischem Material angeordnet ist, und die zur Erwärmung eines sie durchströmenden Mediums, wie Luft, Gas oder Flüssigkeit, dienen, in solcher Weise auszugestalten, daß das Gehäuse aus zwei konzentrisch ineinanderliegenden, oben und unten durch Distanzlappen gegeneinander distanzierten Rohren aus gewalztem Stahl, weißem Temperguß oder Schwerterstahlguß hergestellt ist. In dem zwischen den Rohren gebildeten Durchflußkanal ist eine nur aus einer Lage bestehende, auf der Wand des inneren Rohres angeordnete, über deren gesamte Länge sich erstreckende und in ihrer Windungszahl gegenüber dem ferromagnetischen Material abgeglichene Erregerspule aus hitzebeständigem Material vorgesehen, deren Leitermaterial hinsichtlich des ohmschen Widerstandes einen starken positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.It has also already been proposed to operate with mains frequency heating transformers of particularly high efficiency, whose heat-resistant, cylindrical primary coil with a vertical axis within a dense structure existing housing made of ferromagnetic material is arranged, and the for They are used to heat a medium flowing through them, such as air, gas or liquid, designed in such a way that the housing consists of two concentrically nested, Rolled tubes spaced from each other at the top and bottom by spacer tabs Steel, white malleable cast iron or sword steel cast is made. In the between The flow channel formed by the tubes is a single layer only arranged on the wall of the inner tube, extending over the entire length thereof and adjusted in their number of turns compared to the ferromagnetic material Excitation coil made of heat-resistant material is provided, the conductor material with regard to of the ohmic resistance has a strong positive temperature coefficient.

Gegenüber diesen bekannten Einrichtungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen mit Netz-Strom betriebenen, elektrisch beheizten Wärmeaustauscher, insbesondere für Raumheizzwecke, der eingangs erwähnten Art in solcher Weise auszugestalten, daß eine besonders feinfühlige Regelung bei ganz geringem Eigengewicht und einfachem Aufbau erzielt wird.In relation to these known devices, the object of the invention is to be found based on an electrically heated heat exchanger operated with mains electricity, in particular for space heating purposes, of the type mentioned at the beginning, to be designed in such a way, that a particularly sensitive control with a very low weight and simple Construction is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das induktiv erhitzte Rohr bzw. der rohrförmige Körper aus ferromagnetischem Material aus schraubenförmig angeordneten Heizleitern gebildet ist, die aus verhältnismäßig massearmen Heizwendeln aus Eisen reinster Zusammensetzung bestehen und damit eine besonders feinfühlige automatische Temperaturselbstregelung herbeiführen.This object is achieved according to the invention in that the inductive heated tube or the tubular body made of ferromagnetic material from helical arranged heating conductors is formed, which consists of relatively low-mass heating coils consist of iron of the purest composition and therefore a particularly sensitive one bring about automatic self-regulation of temperature.

Eine derartige Auslegung der Heizwendeln ermöglicht für eine gewünschte Temperaturhöhe selbsttätig eine Regelung und Begrenzung des Stromes sowie der Temperatur, wodurch ein wirtschaftliches massearmes Heizgerät mit selbsttätiger Anpassung des Wärmeaustausches an die Umgebungstemperatur, z. B. den zu beheizenden Raum, erhalten wird, das neben einem hohen Wirkungsgrad ein verhältnismäßig geringes Eigengewicht, einfachen konstruktiven Aufbau, billiges Heizleitermaterial und eine hohe nutzbare Wärmeabgabe aufweist. Dieser Wärmeaustauscher erzeugt in kurzer Anheizzeit eine große Heißluftmenge, wobei im heißen Zustand die geringste Stromaufnahme eintritt. Beim Betrieb erwärmt sich der Heizleiter nur bis 360' C und kommt nicht zum Glühen. Hierdurch wird eine hohe Sicherheit gegen Brandgefahr erreicht, und es können auch Räume mit Explosionsgefahr ohne weiteres. beheizt werden. Infolge der erfindungsgemäßen Auslegung und Anordnung des Heizleiters wird der äußere Umkleidungsmantel nicht übermäßig erwärmt, wodurch Berührungsverbrennungen vermieden werden. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht. Es zeigt Abb. 1 den Längsschnitt eines Raumheizgerätes, Abb. 2 den Querschnitt in der Ebene a-b der Abb. 1, Abb. 3, 3 a -und 3 b Einzelteile dieses Raumheizgerätes, Abb.4 den Längsschnitt einer anderen Ausführungsform des -Raumheizgerätes, -Abb. 4 a den Querschnitt. der Ausführungsform nach Abb. 4.Such a design of the heating coils allows for a desired temperature level to automatically regulate and limit the current and the temperature. B. the room to be heated, is obtained, which, in addition to a high degree of efficiency, has a relatively low weight, simple structural design, cheap heating conductor material and a high usable heat output. This heat exchanger generates a large amount of hot air in a short heating-up time, with the lowest power consumption occurring when it is hot. During operation, the heating conductor only heats up to 360 ° C and does not glow. This achieves a high level of security against the risk of fire, and rooms with a risk of explosion can easily be used. be heated. As a result of the design and arrangement of the heating conductor according to the invention, the outer casing jacket is not excessively heated, as a result of which contact burns are avoided. Two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in the drawing. There is shown in Fig. 1 is a longitudinal section of a space heater, Fig. 2 shows the cross section in the plane from the Fig. 1, Fig. 3, 3a -and 3 b Parts of this space heating apparatus, Fig.4 is a longitudinal section of another embodiment of -Raumheizgerätes, - Fig. 4 a the cross section. the embodiment according to Fig. 4.

Die in den Abb. 1 bis 3 b dargestellte Ausführungsform -des. Raumheizgerätes besteht aus einem zylindrischen Gehäusemantel A z. B. aus Eisenblech, der mit Füßen versehen ist. Der Gehäusemantel A umschließt ein z. B. ebenfalls aus Blech bestehendes Rohr B von kleinerem Durchmesser, das oben und unten durch je drei wärmeisolierende Distanzbolzen E in dem Gehäusemantel A gehalten ist und mit diesem einen ringförmigen Kanal bildet. In dem Rohr B ist ein von drei gleichmäßig verteilten Keramikstäben F getragener schraubenförmiger Heizleiter D eingebaut, der aus verhältnismäßig massearmen Heizwendeln. aus Eisen reinster Zusammensetzung, z. B. aus reinem verzinktem Eisendraht, besteht. Die drei Keramikstäbe F halten den Heizleiter D frei schwebend und'sind mittels Distanzteilen mit dem Rohr verbunden. Die Drahtenden des Heizleiters D sind an einen im unteren Teil des Gehäusemantels A vorgesehenen Anschlußstecker geführt, der über ein nicht gezeichnetes Kabel an ein Wechselstromnetz anschheßbar ist. Das Heizgerät ist oben durch einen siebartigen Deckel abgeschlossen.The embodiment shown in Figs. 1 to 3 b -des. Space heater consists of a cylindrical housing jacket A z. B. made of sheet iron, with feet is provided. The housing jacket A encloses a z. B. also made of sheet metal Tube B of smaller diameter, the top and bottom by three heat-insulating Spacer bolt E is held in the housing jacket A and with this one annular Channel forms. In the tube B is one of three evenly spaced ceramic rods F supported helical heating conductor D installed, which consists of relatively low mass Heating coils. from iron of the purest composition, e.g. B. made of pure galvanized iron wire, consists. The three ceramic rods F keep the heating conductor D floating and are connected to the pipe by means of spacers. The wire ends of the heating conductor D are led to a connector provided in the lower part of the housing shell A, which can be connected to an alternating current network via a cable (not shown). That The top of the heater is closed by a sieve-like lid.

Wie aus Abb. 3 b ersichtlich ist, besteht der schraubenförmig angeordnete Heizleiter D aus einer fortlaufenden einlagigen Wendel, die durch die Keramikstäbe F zu einem einbaufertigen Element zusammengehalten ist.As can be seen from Fig. 3 b, there is the helically arranged Heating conductor D consists of a continuous single-layer helix that goes through the ceramic rods F is held together to form a ready-to-install element.

Die zu erwärmende Luft strömt in Pfeilrichtung durch den Ringkanal zwischen dem Gehäusemantel A und dem Rohr B, das durch den Heizleiter D induktiv erhitzt wird. Ein weiterer Teil der Luft strömt in Pfeilrichtung durch den schraubenförmigen Heizleiter D, der seine Wärme unmittelbar an die Luft abgibt. Auf diese Weise wird die Luft rasch und mit geringem Stromaufwand erwärmt, wobei der Heizleiter D eine Betriebstemperatur von etwa 350° C innerhalb des Heizgerätes annimmt. Ist die Raumtemperatur auf den gewünschten Wert angestiegen, so wird je nach Auslegung des Gerätes nur die Endtemperatur abgegeben, für die das Gerät bestimmt ist. Bei Erreichen der Endtemperatur des zu beheizenden Raumes nimmt das Heizgerät nur einen geringen Strom aus dem Wechselstromnetz auf, weil sein innerer selbstregelnder Widerstand am höchsten ist und somit die Energiezufuhr feinfühlig selbst regelt, ohne daß hierzu besondere Regeleinrichtungen erforderlich sind.The air to be heated flows in the direction of the arrow through the ring channel between the housing jacket A and the tube B, which is inductively heated by the heating conductor D. Another part of the air flows in the direction of the arrow through the helical heating conductor D, which gives off its heat directly to the air. In this way, the air is heated quickly and with little power consumption, the heating conductor D assuming an operating temperature of about 350 ° C. within the heater. If the room temperature has risen to the desired value, depending on the design of the device, only the final temperature for which the device is intended is output. When the final temperature of the room to be heated is reached, the heater draws only a small amount of current from the alternating current network, because its internal self-regulating resistance is highest and thus regulates the energy supply itself sensitively without the need for special control devices.

Die in Abb. 4 und 4 a dargestellte Ausführungsform eines größeren Raumheizgerätes hat ein aus keramischem Werkstoff bestehendes kastenförmiges Gehäuse A', in dem unter Fortfall eines besonderen Heizungsschachtes wie des Rohres B der ersten Ausführungsform der Heizleiter D angeordnet ist. Der Heizleiter besteht ebenfalls aus massearmen Heizwendeln, die um die Keramikstäbe F gewickelt sind. Diese vier Keramikstäbe F sind von einem Blechrahmen J getragen, in den sie oben und unten eingelassen sind. Die Keramikstäbe F sind rillenartig ausgebildet und tragen die gesamte Heizwicklung. Der Blechrahmen J ist mit einem Spannrahmen K verschraubt, der mit Hilfe von vier Stehbolzen L mit einem Fahrgestellrahmen H verschraubt ist. Letzterer hat unten eine siebartige (Öffnung für den Luftzutritt. Das. Gerät ist durch einen siebartigen Blechdeckel verschlossen, der mit dem Spannrahmen K verschraubt ist. Die Enden der Heizwicklung sind an einen nicht gezeichneten Stecker zum Anschluß an ein Wechselstromnetz geführt.The embodiment shown in Fig. 4 and 4 a of a larger The space heater has a box-shaped housing made of ceramic material A ', in which, with the omission of a special heating shaft such as the pipe B of the first embodiment of the heating conductor D is arranged. The heating conductor also exists of low-mass heating coils that are wound around the ceramic rods F. These four Ceramic rods F are carried by a sheet metal frame J, in which they are above and below are let in. The ceramic rods F are groove-like and carry the entire heating coil. The sheet metal frame J is screwed to a clamping frame K, which is screwed to a chassis frame H with the help of four stud bolts L. The latter has a sieve-like opening at the bottom for air access. The device is closed by a sieve-like sheet metal cover that is screwed to the clamping frame K. is. The ends of the heating coil are to be connected to a plug (not shown) led to an alternating current network.

Durch die schwebende Lagerung des Heizleiters D in dem Keramikgehäuse A' sowie die schraubenförmige Anordnung des Heizleiters D wird eine große nutzbare Heizungsfläche erhalten, die sowohl nach innen als auch nach außen schnell wirkt und einen selbstregelnden Wärmeaustausch an die Raumluft ermöglicht.Due to the floating mounting of the heating conductor D in the ceramic housing A 'as well as the helical arrangement of the heating conductor D is a large usable Get a heating surface that works quickly both internally and externally and enables a self-regulating heat exchange to the room air.

Die Formgestaltung des äußeren Gehäusekörpers A bzw. A' ist von untergeordneter Bedeutung. Dieses Gehäuse kann aus verschiedenen Werkstoffen, wie Blech, Keramik od. dgl., bestehen. Dagegen ist der innere Aufbau des Heizgerätes und insbesondere die Anordnung des Heizleiters von Einfluß auf den Wärmeaustausch an die Raumluft. Insbesondere ist es notwendig, daß die Einlaß- und Auslaßöffnung des Raumheizgerätes gleich groß bemessen sind.The shape of the outer housing body A or A ' is of minor importance. This housing can be made of various materials, such as sheet metal, ceramics or the like. On the other hand, the internal structure of the heater and, in particular, the arrangement of the heating conductor have an impact on the heat exchange with the room air. In particular, it is necessary that the inlet and outlet openings of the space heater are of the same size.

Claims

PATENT CLAIM: Mains powered, electrically heated heat exchanger, especially for space heaters, in which the medium to be heated through a Windings of a heating conductor through which current flows, inductively heated pipe or a tubular body made of ferromagnetic material is moved, wherein the heat conductors made of an iron material that automatically regulates the temperature exist, characterized in that the inductively heated tube or the tubular Body made of ferromagnetic material made of helically arranged heating conductors is formed, the purest of relatively low-mass heating coils made of iron Composition exist and thus a particularly sensitive automatic temperature self-regulation bring about. Documents considered: German Patent No. 957148; Austrian patent specification No. 90 023. Earlier patents considered: German U.S. Patent No. 1054,613.