DE1902575A1

DE1902575A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1902575A1
Application number: DE19691902575
Authority: DE
Inventors: Franciscus Roffelsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-01-20
Filing date: 1969-01-20
Publication date: 1970-07-30
Also published as: SE397624B; DE1902575B2; NO126400B; DK139800B; DK139800C; BE744613A; FR2028730A1; NL7000499A; JPS5551478B1; JPS5316136B1; US3740527A; NL155164B; GB1252551A

Description

Patentanwälte ^_QQQ _{Düsseldorff den 1?#} Januar 1969

Dr. Ing. Eichenberg Cecilienallee 76 L/C

Dipl.-Ing. Sauerland
Dr. Ing. König

Unsere Akte 24-641

Herr Franciscus Roffeisen, Mauritslaan 7, Helmond/Holland

"V/ärmeaus tauscher"

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher, die vornehmlich für die Beheizung von Wohn- und ähnlichen Aufenthaltsräumen bestimmt sind, und die ihre Wärme
über eine schraubenförmig auf einen rohrförmigen Iräger aufgewickelte Drahtwendel mit sich in radialer Richtung erheblich weiter als in Achsrichtung erstreckenden Drahtwindungen durch Konvektion an die am Wendeldraht vorbeiströmende Luft abgeben. Bekannten V/ärmeaus tauschern dieser Art, wird die in einem getrennt
aufgestellten Erhitzer erzeugte Wärme über einen flüssigen durch Rohrleitungen umlaufenden Wärmeträger zugeführt und aus der Flüssigkeit über die Rohrwand und die auf deren Außenseite aufgelöteten Wendelwindungen an die Luft abgegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher der vorbeschriebenen Art von einer getrennten Wärmequelle und von ihm mit dieser verbindenden Rohrleitungen unabhängig zu machen und die Wärme in ihm "selbst aus ihm zugeführter elektrischer Energie zu erzeugen. Dabei soll im Interesse einer wirtschaftlichen Fertigung und größtmöglicher Anpassungsfähigkeit an die
jeweilige Zweckbestimmung die kontinuierliche Her-

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Stellung, d.h_e die Herstellung beliebig langer, später in Paßlängen zu unterteilender Austauscher möglich sein.

Die Erfindung erreicht das dadurch, üaß die Wärmequelle aus einem schraubenförmig um den Träger gewickelten, mit einer dünnen Isolierschicht versehenen, an eine Stromquelle anschließbaren elektrischen Widerstandsdrarit besteht. Der die Wärmequelle bildende Widerstandsdraht kann in unmittelbarer Nachbarschaft der Draht wendel v/i ndungen um den Träger gewickelt und mit dem Wendeldraht wärmeleitend verbunden sein, aber auch selbst die Drahtwendel bilden,,

Im ersten Falle ist vorteilhaft der isolierte Widerstandsdraht von einem metallischen Mantel z.3, aus Kupfer- oder Silberdrahtgeflecht eng umschlossen und zwischen den Wendelwindungen auf den Träger _ewickelt and sein metallischer Mantel mit den benachbarten Wendelwindungen, derart verlötet, daß inn das Lot völlig umschließt. Die Isolierung des Heizdrahts besteht beispielsweise aus einer dünnen ?aser- oder Kunststoffschicht, die den Wärmedurchgang möglichst wenig beeinträchtigt und beständig gegen die beim Aufwickeln des Heizdrahts auf den relativ dünnen Träger auftretenden Biegebeanspruchungen ist.

Die Verwendung eines solchen Heizelements ist umso eher möglichs als infolge der großen Oberfläche der Drahtwendel und dem schnellen Wärmeübergang, aus dieser in. die vorbeiströmende Luft bei Verwendung des Wärmeaustauschers für die Raumbeheizung der Widerstandsdraht nicht höher als bis auf etwa 60 - 100° C erwärmt zu werden braucht. Gegenüber solchen Temperaturen sind praktisch alle üblichen aus Faserstoffen

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odor LacKen bestehende Drahtlsolierun,_en bestündij. Eü sind so^ar in selbst extrem dünner Schicht hochisolierende Leiterdrahtuuihüllunjen bekannt, die weit höhere Temperaturen aushalten, wie zum .ßeispiel Glasfasern oder ^ewisae Kunststoffe, die sich auch in flüssiger Form im Ta.^ch- oder ^Spritzverfahren aufbringen lassen. In jede:n Falle cmpfienlt es sich, eine Art der Isolierung zu wählen, dit- eint· relativ jute Wärmeleitfähigkeit hat und möglichst wenig Lufteinschliisse entnältc

Der von einem metallischen Mantel eng umschlossene isolierte '.vider^tanisdraht riann /,wischen den :::Lt entsprechendem _e,_en.se iti^em Abstand auf_ cbraciitc-n V/endelwitiQunjen aber aach innerhalb der ,.'en :eldrantwi:idunjon auf den Träjer a;f_ewicKelt und auerj-'i inen \.etalliscnen Mantel mit den .iiiaiittelbur beiiac.i)'i.rton To ilen dor Viendeldrahtwindanjen derart verlötet sein, dai dem Wiirmeüberjanj ein t:iü_lichst niodri_er Widerstund ent je _ ο,-w. rkt. '.'.u. dioseri --v/fck s^Il das Lot don meta, 1 i seilen M-intel dos ao izarauts vü.lij u::,-schlieJen. Auf diese ViY-ise onts*e:;t e::.e " /är::iebrücke" relativ _roien ^.iorschnitts u:ii entöl rec::--nd _erin_wen Widerstands.

Der von ·.·: nem metallise..en M-mtel usschl^.: j.-ne Ir iiei-te "rioisdraht kann aber a.tch liner dii. '.'o:.a/el"n"i idan^en Lowic-.elt und mit der. -":fan_ steilen der ii... tra_ endon ein.zolnen V/endeidr:i':twiud.ai_en in _i-:-ic..er V.'eise veriJto; sein. In dieser. -~^-le tni^t ior He..--draht in aaiorordentlich vorteilhafter t/"i-e ζλ t-^nar Yerfo;-tijun^ der ic alljo::.ei:.e:: aus senr dünnem and weichem, Joshalb leicht zu verbietenden Lraht ν Kupfer) bestellenden drahtwendel bei. Die üraht\/endel ist darci:

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ihn gegen Verformungen geschützt, wie sie schon bei der Herstellung von Heizelementen mit Wärmeaustauschern nach der Erfindung, vor allem aber beim Transport und bei der Montage dieser Heizelemente sowie nach Inbetriebnahme bei deren Reinigung auftreten können.

Ein besonders einfacher Aufbau des Wärmeaustauschers nach der Erfindung und geringste Wärmeverluste ergeben sich, v/enn die Drahtwendel selbst aus dem die Wärmequelle bildenden isolierten Widerstandsdraht besteht. Bei V/ärmeaustauschern üblicher Länge von etwa 1 m mit einer Drahtwendel aus relativ dünnem Draht von etwa 0,5 mm 0 kann bei den Spannungen üblicher Stromversorgun^-snetze die Drahtwendel sogar aus Kupferdraht bestehen. Bei geringerem Wärmebedarf und bei Wärmeaustauschern geringerer Länge genügt als Widerstandsdraht meist ein Draht aus Eisen, der die Herstellung ausgesprochen billiger Wärmeaustauscher gestattet. Im Gegensatz zu der Isolierung eines mit einem Kupferoiantel umhüllten Widerstandsdrahts, die zur Vermeidung von Lufteinschüssen möglichst dicht sein soll, kann die Isolierung des die Drahtwendel bildenden Widerstandsdrahts porös und sogar mit Durchbrechungen versehen sein, da sie hier nur zur Verhinderung gegenseitiger Berührung benachbarter Wendeldrahtwindungen und als Schutz gegen äußere Berührung dient.

Sind die Wendeldrahtwindunicen und "./'endelwindungen mit geringem Abstand zueinander in die Oberfläche eines aus Isolierstoff bestehenden Trägers eingelassen und der Wärmeaustauscher von einem Berührungsschutz umgeben, kann bei dieser Ausführungsform auf eine Isolierung des Heizdrahts überhaupt verzichtet

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Die Herstellung eines solchen Wärmeaustauschers ist auf einfache Weise dadurch möglich, daß die Drahtwendel unter Zugspannung auf einen nicht leitenden Träger aufgewickelt,und darauf mit Hilfe eines isolierenden Klebemittels festgelegt oder daß die Wendel unter Zug auf einen Träger aus thermoplastischem Kunststoff aufgewickelt und der bewickelte Träger oberfläcHich, Z₀B. durch Hochfrequenzerwärmung, angeschmolzen werden.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele für den den Gegenstand der Erfindung bildenden Wärmeaustauscher schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen Teil eines Wärmeaustauschers mit auf einen rohrförmigen Träger 2 schraubenförmig aufgewickelter Drahtwendel 1 und einem zwischen den mit geringem gegenseitigem Abstand angeordneten Wendelwindungen auf das Trägerrohr 2 aufgewickelten Heizelement 3, dessen Widerstandsdraht an eine Stromquelle anschließbar ist und das als Wärmequelle für die Drahtwendel dient. Ein außen auf die Windungen der Drahtwendel 1 aufgewickelter und mit den Wendeldrahtwindungen 1a verlöteter Draht 5 versteift die Wendel 1 im ganzen und hält die Wendeldrahtwindungen 1 auf gleichmäßigem gegenseitigen Abstand.

Wie aus den FiS ₁ , 2 und 3 näher ersichtlich, besteht dieses Heizelement 3 aus dem Widerstandsdraht 3a, einer Isolierung 3b und einem Metallmantel 3c. Der Metallmantel 3c ist mit den ihm zugekehrten Teilen der Wendeldrahtwindungen 1a derart verlötet, daß das

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Lötmetall 4 das Widerstandselement 3 völlig umschließt und auch die Zwischenräume zwischen den benachbarten Wendeldrahtwindungen wenigstens teilv/eise ausfüllt. Dadurch ist sichergestellt, daß die im Heizdraht 3a erzeugte Wärme nahezu vollständig in die Drahtwendel 1 abgeleitet wird.

Das Ausführangsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem nach ü'ig. 2 lediglich dadurch, daß die den Heizdraht 3a¹ umgebende Isolierung 3b* und der Metallmantel 3c' zu einem etwa dreieckigen Querschnitt umgeformt sind, v/odurch die Höflichkeit geschaffen ist, daß die "./indungen der Drahtwendel 1 mit geringerem Abstand voneinander auf dem Träger 2 angeordnet sein können.

Bei dem im Querschnitt dargestellten Wärmeaastauscher nach Fig. 4 sind die Wendeidrahtwinduntren 1a ebenso wie die -"'indungen der V/endel 1 mit gegenseitigem Abstand 10 auf einem Träger 2a aus Isoliermaterial z.B. mit Hilfe eines isolierenden Klebemittels befestigt und das Heizelement 3" ist außen auf die Windungen der Wendel 1 aufgewickelt und mit jeder Windung 1a des Wendeldrahts in ähnlicher Weise wie nach den Fig. 2 und 3 verlötet.

Die Ausführungsform, bei der die Drahtwendel selbst aus dem Heizdraht besteht, ist nicht gesondert gezeichnet. Ihr Aufbau ergibt sich jedoch aus Fig. 4 der Zeichnung, wenn man sich vergegenwärtigt, daß der Wendeldraht gleichzeitig Heizdraht ist, und das um die Drahtwendel gewickelte Heizelement 3" durch einen Draht aus Isolierstoff ersetzt ist, der mit den Wendeldrahtwindungen 1a verklebt ist und lediglich die Funktion hat, die Drahtwendel im ganzen zu

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versteifen und die einzelnen Wendeidrahtwindun^en 1a auf Abstand zu halten_e

Den ffi^. 5 und 6 is; einmal im Längsschnitt und einmal in Stirnansicht ein korn letter für die Wohnraumbeheizun^ ^eeijneter Wärmeaustauscher (Konvektor) dargestellt. Dort ist das die Drahtwendel tra_ende 'Jrä^errohr 2 (bzv/. 2a) zwischen zwei untereinander gleichen Kopfstücken 7 aus Isolierstoff eingespannt, die jejeneinander durch einen Metallstab 6 verspannt sind. Jedes der Kopfstücke 7 trä^t zwei Steckerstifte 3 und 9, die s-'ch _ejenseitit zu einem i.'ortnal-Doppelstecker 2rjänzen, und von denen einer an den Heizdraht 3a an_Qesciuo.^;sen und ier andere ait -.'em Stab 6 leitend verbunden ist. Der heizdraht 3a dieses V/är:i>--a^stausor.ers kann mit jedem Ende über die Steckerstifte 8 an eine Stromquelle angeschlossen werden, wobei die Stromzufünrun^: zu eine:, der Stifte 8 auch ά-irch den Stab 6, den benachbarten Stift 9 und eine auf diese Stifte aufgesetzte rZurzuchlaJ-brücke erfolgen kann. Es können aber auch mehrere solche V.'ärmeaustauscher mit einfachen -iilfsmitteln, wie Xupplunjsmuffen und KurzschlußbrücKen einander parallel oder in Reihe geschaltet werden. Die IZopfstücko 7 dienen zugleich zur Befestigung des Wärmeaustauschers in einem Gehäuse.

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Claims

Herr Franciscus Roffeisen, Mauritslaan 7, Helmond/Holland Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, der seine Wärme über eine schraubenförmig auf einen rohrförmigen Träger aufgewickelte Drahtwendel mit sich in radialer Richtung erheblich weiter als in Achsrichtung erstreckenden Windungen durch Konvektion an die am Wendeldraht vorbeiströmende Luft abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle aus einem schraubenförmig um den Träger (2,2a) gewickelten, an eine Stromquelle anschliei3baren elektrischen Widerstand&draht besteht.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstandsdraht (3a) von einer dünnen Isolierschicht (3b) und einem äußeren metallischen Mantel (3c) eng umschlossen, zwischen den Windungen der Drahtwendel (1) auf den Träger (2) gewickelt und sein metallischer Mantel (3c) mit den benachbarten Wendeldrahtwindungen (1a) derart verlötet ist, daß ihn das Lot (4) völlig umschließt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der von einem, metallischen Mantel (3c) umschlossene isolierte Widers tandsdrant (3a) über die Wendelwindungen gewickelt und,sein metallischer Mantel (3c) mit den Umfangsteilen der Wendeldrahtwindungen (1a) derart verlötet ist, daß ihn das Lot völlig umschließt.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Drahtwendel (1) aus dem die Wärmequelle bildenden isolierten Widerstandsdraht besteht.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß die aus blankem Widerstandsdraht bestehende Drahtwendel (1) unter Zugspannung auf einen Träger (2a) aus Isolierstoff gewickelt ist und die durch die Zugspannung voneinaner getrennten Wendeldrahtwindungen (1a) auf dem Träger durch ein isolierendes Klebemittel befestigt sind.

6. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Widerstandsdraht gebildete Wendel (1) unter Zugspannung auf einen Träger (2a) aus thermoplastischem Kunststoff gewickelt und die Wendeldrahtwindungen mit gegenseitigem Abstand in die durch Erwärmung angeschmolzene Oberfläche des Trägers (2a) eingelassen sind.

7. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1,2 und 4

bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwendel (1) durch einen auf sie gewickelten und mit den Wendeldrahtwindun^en fest verbundenen Draht (10) aus Metall oder Isolierstoff versteift ist.

8. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2,2a) zwischen zwei durch einen zentralen Metallstab (6) gegenseitig verspannten Kopfstücken (7) eingespannt ist, die je zwei Steckerstifte ( 8 und 9) tragen, von denen einer (8) mit einem Heizdrahtende und der andere (9) mit dem Stab (6) leitend verbunden ist.

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