DE1773169A1 - Einrichtung zum Regulieren der Temperatur - Google Patents

Description

Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul

Minnesota 55 101 (V.St.v.A.)

Einrichtung zum Hegulieren der Temperatur

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Ermitteln. Regulieren oder zum Kontrollieren von Temperaturen und im besonderen auf eine Einrichtung, die zu hohe Temperaturen ermittelt und an Zimmerheizöfen oder ähnlichen Heizeinrichtungen verwendet wird.

Die Verwendung elektrischer Energie als Heizquelle hat zur Entwicklung von kleinen kompakten Zimmerheizöfen geführt, die an einer Wand eines zu beheizenden Zimmers aufgestellt werden.

Solche Wandzimmeröfen sind im allgemeinen langgestreckt ausgestaltet und mit einem Gehäuse versehen, in dem ein elektrisches Heizelement angeordnet und in der üblichen Weise an das Stromnetz angeschlossen ist. Die Heizung erfolgt im allgemeinen selbsttätig und wird von einem Thermostaten reguliert, der an geeigneter Stelle in dem zu beheizenden Raum angeordnet ist. Solche Heizöfen können eine Höhe von 15 cm, eine Tiefe von ungefähr 7 cm und eine Länge von ungefähr 65 cm bis zu 2,65 m aufweisen. Das Heizelement kann dem üblichen Chromnickel Heizelement mit einem Gehalt von 80$ nickel und 20$ Chrom bestehen und befindet sich vollkommen eingeschlossen in einer aus Metall bestehenden Umhüllung, z.B. in einem Rohr, das in einem isolierenden Material, wie Magnesiapulver oder dergleichen eingebettet ruht.

Solche Heizelemente sind üblicherweise von Wärmeaustauschrippen umgeben, um die günstigste Abführung der Wärme an die Umgebung zu erzielen. Das Gehäuse ist an der Vorderseite mit Lüftungsdurchlässen versehen, die den natürlichen Zug durch die Heizeinheit fördern, während zugleich das Heizelement abgeschirmt wird, so dass es nicht zufällig von der Hand berührt werden kann.

Da derartige Heizöfen immer weitgehender in Wohnungen, Fabriken, Büros, Ausstellungsräumen uaw. verwendet werden, so hat te sich als erforderlich erwiesen, zusätzlich zum Raum-Thermostaten irgend eine Schutz- oder Kontrollvorrichtung vorzusehen, die eine Überhitzung des elektrischen Heizelementes verhindert. Eine solche überhitzung kann eintreten, wenn unbeabsichtigt einige oder alle lüftungsdurchläeae verstopft werden, eo dass die Luft nur unvollständig oder gar nicht in das Gehäuse einströmen und die Wärme abführen kann.

Xm normalen Betrieb ist die Menge der von der Luftströmung von einem elektrische Heiselement abgeführten Wärme im

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weaentliehen gleich der erzeugten Wärme. Die Heizeinheit ist so ausgestaltet, die Luftströmung aufgrund des von den Lüftungsöffnungen bewirkten natürlichen Zuges ausreicht, um die erzeugte Wärme abzuführen und einen Normalzustand in bezug auf die Temperatur des Widerstandsheizelementes aufrechtzuerhalten, da die Menge der der Heizeinheit zugeführten Wärme im wesentlichen konstant ist und von der elektrischen Kapazität der Einrichtung bestimmt wird.

Werden jedoch eine oder fast alle Luftdurchlässe einer Beheizungseinheit in ihrer Wirkung behindert, so wird die Wärme in den eingeschlossenen Bezirken nicht in dem Ausmaß abgeführt, wie an sich vorgesehen, so dass die Temperatur in den eingeschlossenen Bezirken unzulässig hoch ansteigen kann. Z.B. kann die Temperatur in der Beheizungseinheit, die normalerweise 95 - 150⁰C beträgt, auf 400 - 500°0 und höher ansteigen. Fehlt eine geeignete Schutzvorrichtung, so kann eine solche übermäßig hohe Temperatur zu einer Beschädigung, Verkohlung oder Entzündung von in der Nähe befindlichen entzündbaren Materialien wie z.B. Teppiche, Drapierungen, Papier oder Torhängen führen.

Zum Schute gegen solche Gefahren wurden verschiedene Verfahren angewendet. Ζ·Β· wurde an irgend einer Stelle in der Beheizungseinheit ein Thermostat angeordnet. Die Verwendung eines einzelnen Thermostaten ist jedoch insofern begrenzt, als dieser nur auf Temperaturveränderungen in der unmittelbaren Nahe anspricht. Befindet eich ein Thermostat in der kitte einer 2,4 m langen Beheiiungseinheit, so kann eine Behinderung der Wärmeübertragung durch Konvektion in einer Entfernung von 30 cm vom Thermostaten an dieser Stelle eu einer sehr starken Erhitzung führen, ohne dass diese vom Thermostaten entdeckt wird. Um einen ausreichenden Schutz zu erreichen, müsste in Abständen von 15 cm länge der Beheizungseinheit ein Thermostat angeordnet werden· Eine solche Maßnahme würde die Kosten solcher Heizkörper außerordentlich stark

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erhöhen.

Die Erfindung ermöglicht die Ermittlung einer zu hohen Temperatur innerhalb der gesamten Beheizungszone oder in einem Teil mit Hilfe eines einzelnen Thermostaten oder einer anderen Kontrolleinrichtung, der (die) zusammen mit einer neuen Fühlvorrichtung verwendet wird, die aus einem Hohr aus einem wärmeleitenden Material besteht, das eine hermetisch eingeschlossene verdampfbare Flüssigkeit enthält und schräg zur Waagerechten längs der Heizzone angeordnet ist, wobei der Thermostat oder eine gleichwertige Einrichtung mit dem höher gelegenen Teil des Rohres in Beührung steht.

Die Erfindungsgemäße Einrichtung zum Ermitteln einer zu hohen Temperatur weist ein Rohr auf, das allgemein waagerecht und im wesentlichen in der gesamten Länge des zu schützenden Heizelementes verläuft. Das Rohr ist hermetisch verschlossen und fast vollständig mit einer geeigneten verdampfbaren Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllt, wobei das von der Flüssigkeit nicht eingenommene Volumen vom Dampf ausgefüllt wird. Je nach dem Verwendungsgebiet können solche Flüssigkeiten bestehen aus leicht flüchtigen Chlorfluorkohlenwasserstoffen, Alkohol oder aus anderen ähnlichen Flüssigkeiten und in besonderen Fällen auch aus Wasser. Das Rohr soll dünnwandig aus wärmeleitenden Metallen hergestellt werden, ZeB. aus Aluminium, Kupfer, Stahl und dergleichen. Das Rohr muss hermetisch verschlossen werden, so dass es nur die Wärmeübertragungsflüssigkeit und deren Dämpfe enthält. Zusammen mit dem Rohr wird ein mit diesem in wärmeleitender Verbindung stehender Thermostat verwendet. Ganz gleich, an welcher Stelle der Thermostat angeordnet 1st, so muss das Rohr jedoch so angeordnet werden, dass der Thermostat sich am höchsten Teil des Rohres befindet, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist. Das Rohr weist allgemein

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in bezug auf das Heizelement einen höher gelegenen und einen geneigten unteren Teil auf, wobei der Thermostat mit dem höher gelegenen Teil im Wärmeaustausch steht und mit dem Stromkreis des Heizelementes elektrisch verbunden ist.

Je nach den besonderen Verhältnissen kann das Eohr geradlinig oder etwas gekrümmt verlaufen sowie allgemein waagerecht, wobei ein Ende oder ein in der Mitte gelegener Teil höher angeordnet ist als der übrige Teil des Rohres. Anderenfalls kann das Rohr auch allgemein senkrecht oder geneigt verlaufen. In jedem Falle wird der Thermostat oder eine gleichwertige Vorrichtung am höchsten Punkt des Rohres angeordnet, an dem sich dampfblasen sammeln und kondensiert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, die bei Wandheizkörpern verwendet wird, ist das Rohr zwischen den .Enden gebogen, so dass die beiderseits des gebogenen Teiles gelegenen Rohrteile schräg nach unten verlaufen.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der beiliegenden Zeichnung ist die

Fig«1 eine schematische Darstellung des elektrischen Stromkreises eines elektrischen Widerstandsheizelementes und der Einrichtung zum Ermitteln einer Übertemperatur nach der Erfindung,

Fig.2 eine Seitenansicht einer Ausführung eines Wandheizkörpers mit der Einrichtung nach der Erfindung, Pig· 3, 4 je ein senkrechter Schnitt durch den Heizkörper nach der Fig.2 nach den linien 3-3 und 4-4 und die

Fig.5 eine Darstellung der Anordnung eines Übertemperaturdetektors nach der Erfindung. Die Fig.1 zeigt in schematischer Darstellung ein elek-

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trisches Widerstandsheizelement 1, das über die Leiter 2,3 an eine Stromquelle angeschlossen ist. Es sind zwei Thermostaten vorgesehen, von denen der Thermostat 4 dem Detektor zugeordnet und in den Leiter 2 eingeschaltet ist, während der Thermostat 5 von der Heizeinheit entfernt angeordnet und in den Leiter 3 eingeschaltet ist. Der am oberen Teil des Heizelemente nahe an diesem angeordnete Übertemperaturdetektor 6 besteht aus einem Rohr, das vorzugsweise mit einer henkelartigen Abbiegung 7 versehen ist, von der aus sich die Schenkel 8 und 9 schräg nach unten erstree'^u und im wesentlichen das Heizelement in dessen gesamter Länge üh°.-spannen. Das Rohr ist fast vollständig mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllt (10), wobei an der Abbiegung Raum für eine Dampftasche verbleibt, in der sich der überhitzte Dampf sammelt, sich kondensiert und dabei dessen latente Wärme an den Thermostaten abgibt.

Die hermetisch eingeschlossene Flüssigkeit wird so gewählt, dass der Betriebsdruck innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt. Die Flüssigkeit soll ferner chemisch stabil und nicht korrodierend sein und ferner eine gute Wärmeleitfähigkei aufweisen. Die lichte Weite des Rohres kann ungefähr 3 - 6 mm betragen. In jedem Falle soll die lichte Weite des Rohres so groß sein, dass die entwickelten Gasblasen das Rohr unbehindert durchwandern können, jedoch andererseits nicht zu groß, so dass die thermische Trägheit auf einem Mindestwert gehalten wird· Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine lichte Weite von 5 mm bei der beschriebenen Ausführungsform den geeigneten Wert darstellt.

Die Figuren 2-4 zeigen einen Teil des Konvektionswandheizkörpers mit einem als Ganzes mit 1t bezeichneten langgestreckten Gehäuse, dessen Rückwandung 12 eine Wand zugewandt ist, und die sich naoh vorn in einem oberen und einem unteren Flansch

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13 und 14 fortsetzt, während an der Vorderseite des Gehäuses ein Gitterwerk 15 mit oberen und unteren Lüftungsöffnungen 16 und 17 vorgesehen ist, die mit weiteren Elementen im Gehäuse zusammenwir-

die
ken und einen Kamin für in das und aus dem Gehäuse strömende Luft

bilden, wie in der Mg.4 dargestellt«

Hach der Darstellung in der Fig.4 bildet der untere Plansch 14 eine Fortsetzung der Eückwand 12 und endet in einem gebogenen Teil 18, der sich in das Gehäuse hineinerstreckt und einen Konvektionspfad hinter einer Trennwandung 19 bildet, die einen umgekehrt L-förmigen Querschnitt aufweist und sich längs des Gehäuses zwischen der Rückwandung und dem Gitterwerk 15 erstreckt.

Das die Vorderseite des Wandheizköfpers nach der Fig.4 bildende Gitterwerk 15 weist zwei auf Abstand stehende Elemente 15a und 15b auf, die einen Pfad für die Luftströmung bilden und eine Überhitzung des Gitterwerks verhindern. Wie in den Figuren 2-4 dargestellt, besteht das Heizelement aus einem Metallrohr mit einem in ein Isoliermaterial 22, wie Magnesiapulver, eingebetteten elektrischen Widerstandsheizelement 21, das an den Enden in einen elektrischen Stromkreis eingeschaltet ist· Das das Heizelement enthaltende rohrförmige Glied wird an den entgegengesetzten Enden von einem ü-förmigen Sattel 23 getragen, der an den Seitenwandungen 24 und 25 befestigt ist, wie aus der Fig«2 zu ersehen ist« Am rohrförmigen Glied sind in Abständen Wärmeaustauschrippen 26 aus Aluminium oder einem anderen wärmeleitenden Material angebracht.

Der eine heiße Stelle ermittelnde Detektor in Form eines hermetisch verschlossenen Rohres 27 ist im Gehäuse des Wandheiakörpers so angeordnet, dass der in der Mitte gelegene gebogene Teil 28 sich nahe am oberen Teil 13 des Heizkörpers befindet und

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mit einem Thermostaten 29 in Berührung steht. Der Detektor ist an einer Reihe von Hängegliedern 30 mit einem Durchlass 31 aus Isoliermaterial aufgehängt, durch die die Schenkel des Detektors, hindurchgeführt sind (i'ig.3 und 4). Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, ist der Detektor direkt oberhalb der Heizeinheit nahe an dieser angeordnet.

Bei einer angenommenen Länge des Heizkörpers von 2 m und bei einer Luftauslasstemperatur von ungefähr 95⁰O wird der an der höchsten Stelle dea Detektorrohres gelegene Thermostat auf eine Temperatur von ungefähr 125⁰C eingestellt. Unter der weiteren Annahme, dass der Luftzug durch den Heizkörper nicht behindert wird, so erreicht das Wärmefühlrohr unter Einschluss des mit diesem in Berührung stehenden Thermostaten eine Dauertemperatur von ungefähr 95⁰C. Werden nun unbeabsichtigterweise die letzten 15 oder 30 cm der Belüftungsöffnungen gesperrt, so beginnt die Temperatur in diesem Bezirk anzusteigen, üach der Fig·5 soll die Temperatur in dem genannten Bezirk auf T„ ζ·Β· auf 175⁰C ansteigen. Dieser Temperaturanstieg bewirkt, dass die Wärmeübertragungsflüssigkeit an dieser Stelle zu kochen beginnt und eine überhitzte Dampfblase mit einer Temperatur von mehr als 125⁰C erzeugt. Da der Schenkel 9 etwas nach oben geneigt verläuft, so steigt der an der heißen Stelle erzeugte Dampf bis zum höchsten Punkt des Pühlrohres an, der an der Abbiegung 7 liegt, kondensiert sich dort und setzt die latente Verdampfungswärme frei. An der abgebogenen Stelle des Hohres steigt die Temperatur daher entsprechend an. Setzt sich das Sieden an der heißen Stelle fort, so wird noch mehr Wärme zur abgebogenen Stelle des ßohrea übertragen und damit auf den Thermostaten 4. übersteigt die Temperatur des Thermostaten schließlich den Wert von 125⁰C, so wird die Heizeinheit abgeschaltet, bis die Temperatur des Thermostaten unter 125⁰C abgesunken ist,

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Da die Abbiegung zwischen den Enden des färmefühlrohres angeordnet ist, so wird die üitze der heißen Stelle, ungeachtet an welchem Ort diese sich befindet, von jedem Schenkel des Rohres aus immer zu dem an der Abbiegung angeordneten Thermostaten geleitet.

Bei einem Versuch mit dem Wandheizkörper wurde eine Belüftungsöffnung mit einem Baumwolltuch zugedeckt, das sich innerhalb von 10 Minuten etwas verfärbte. Wurde unter den gleichen Bedingungen der Detektor benutzt, so wurde die Heizeinheit innerhalb von sechs Minuten abgeschaltet, bevor bei dem Baumwolltuch eine Verfärbung auftrat. Es wurde ein Temperaturanstieg bis zu 300⁰C und höher in dem Bezirk festgestellt, der mit dem Baumwolltuch zugedeckt war. Mit dem Detektor nach der Erfindung wurde die Temperatur auf dem sichereren Höchstwert von 125⁰O gehalten·

Weben dem Thermostaten 4 nach der J?ig.1, der mit dem Wärmefühlrohr im Wärmeaustausch steht, kann jedoch auch je nach den üeizerfordernissen ein weiterer Thermostat verwendet werden, der vom Wandheizkörper entfernt angeordnet ist, wie der in der Fig»1 dargestellte Thermostat 5. Der Thermostat 4 überwacht den Wandheizkörper, falls dieser sich nicht normal verhält, während der Thermostat 5 den Heizkörper ein- oder ausschaltet in Abhängig-

den
keit von dem den Heizkörper uiageben und zu erwärmenden Raum.

Obwohl die Einrichtung nach der Erfindung von besonderem Kutzen ist als Übertetiiperaturfühl- und Kontrollvorrichtung für elektrische Wandheizkörper, so kann der Erfindungsgedanke auch bei anderen Einrichtungen angewendet werden. Z.B. können auch Dampfheizungskörper oder direkt befeuerte Heizöfen, Radiatoren und ähnliche Beheizungseinrichtungen, die mittels elektrisch betätigter Ventile oder anderer Mittel reguliert werden können, gegen eine örtliche Überhitzung geschützt werden. Die leuoeraturercuittlung und

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Kontrolle an entfernten Stellen ohne eine elektrische Verbindung mit den erhitzten Bezirken stellt eine weitere Anwendungstnöglichkeit dar. Im Hahmen des Erfindungsgedankens können selbstverctändlich Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden. I/ie Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

109883/0523 BADORIGINAL

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1, Temperaturfühleinrichtung, gekenn*elehnet durch eine Länge eines Bohres aus einem wärmeleitenden Material, das hermetisch τβΓβchloeeen ist und eine rerdampfbare Flüssigkeit enthält, welches Bohr zur Waagerechten geneigt angeordnet ist, und durch ein Kittel, das mit der Länge des Bohre· an einem höher gelegenen feil im Wärmeaustausch steht und ein Ansteigen der Temperatur am genannten Seil ermittelt«

   2# Einrichtung nach Anspruch 1, die ale Temperaturkontroll einrichtung rerwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte kühlmittel aus einer thermostatischen Steuereinrichtung besteht .

   3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die zusammen mit einer Wärmequelle rerwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühleinrichtung zur Waagerechten geneigt und an einer Stelle angeordnet ist, an der die Einrichtung mindestens an einem rom genannten höher gelegenen feil entfernten feil Wärme aus d er Wärmequelle empfängt.

   4· Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kühlmittel aus einer thermostatischen Steuereinrichtung zum Beeinflussen des Wärmeausganges der Wärmequelle besteht.

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   5· ioabination nach Anspruoh 3 oder 4, dadurch gekenn*eiohne1 da·· dl· flmequelle au· eine« elektrischen Widerstandeheieelement besteht, und dae· das füllmittel aus einer thermostatischen Steuereinrichtung besteht, die alt dem 8tromkreis dee Heizelementes In elektrischer Verbindung steht.

   6· Kombination naoh Anspruch 3 bis 5» daduroh gekennzeichnet, das« das genannt· Rohr nah· aa elektrischen Heizelement allge«βin waagerecht rerläuft und dies·· Im weeentliehen überspannt» und dass das Rohr «wisohen den Indan alt einer Abbiegung rersehen 1st, Ton der au· da· Rohr nach beiden Selten hin naoh unten geneigt rerläuft«

   7· Kombination naoh Anspruch 6, gekennieiohnet duroh einen weiteren Ther»ostaten, der alt de« Hei«element suaaaaenwirkt, Jedoch yon diese» entfernt angeordnet ist und dl· leeperatur in der unmittelbaren Umgebung de· genannten Ilemente· reguliert.

   8· Kombination nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination in eine« langgestreckten OehAuse angeordnet let und al· fandhelskSrper rerwendet wird.

   9« verfahren sum !mitteln eine· Ansteigens der Temperatur einer Wärmequelle, «aimroh gekennzeichnet, dass eine Läng· ein·· Rohres aus eimern wärmeleitenden Material, das hermetisch Ter-•ohlossen 1st und eine Terdampfbare ilüseigkeit enthält, schräg lur Waagerechte« so angeordnet wird» da·· das Bohr War«· aus einer Wärmequelle empfangen kann, und da·· «In Iemperaturfühl«ittel alt eine« hoher gelegene« Teil des lehr·· in Wäraeleltbeslehung gebracht wird. 109883/0523