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Elektrischer Heißwasser-Raumheizkörper mit verbesserter Zirkulation
Die-Erfindung bezieht sich auf diejenige Art unabhängiger, langgestreckter Heizkörper,
in denen heißes Wasser von bzw. zu einer Heizkammer mit einem davon eingeschlossenen
elektrischen Widerstands-Heizelement zirkuliert, und im besonderen auf eine neue
Heißwasserführung in einem solchen.
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Ein Ziel bei der Konstruktion aller solches elektrischen Heizkörper
besteht darin, einen guten Wärmeübergang auf die Atmosphäre bei den niedrigen Temperaturen
zu erhalten, welche die Heißwasserheizung ermöglicht. Der
Wirkungsgrad
des Heizkörpers soll-dabei ein solcher sein, dad sich die Heizkosten .reduzieren.
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist- es darüber hinaus, diese Heißwasserheizkörper
mit einem verbesserten Wasserßeislnut- aus zustatten, so daß das aufgeheizte Wasser
von dem heißesten Teil der Heizkammer aus nach oben abströmt und zu kälteren Partien
derselben zurückkehrt. Weiterhin wird bezweckt, langgestreckte elektrische Heizkörper
mit Anschlüssen an beiden Enden zu schaffen, um eine rationelle Installation derselben
zu ermöglichen, und eine wirkungsvolle Expan- -sionsmöglichkeit unter Verwendung
eines Gases vorzusehen, dessen Druck auf das expandierende heil3e Wasser elnwirkt,
so daß kein Dampf aus diesem in das Gas übertreten Mann.
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Diese und weitere Ziele, die nochdeutlicher aus der nachfolgenden
Beschreibung hervorgehen, werden im wesentlichen dadurch erreicht, daß eine langgestreckte,
horizontal verlaufende Flüssigkeits-Heizkammer mit Endverschlüssen vorgesehen ist,
in denen Öffnungen unter Abdichtung eine langgestreckte Heizfläche tragen. Diese
kann aus der Außenfläche des Widerstandsheizelements selbst oder aber aus einem
zylindrischen Bojr bestehen, in welches eine Heizpatrone eingesetzt ist. Ein Steigrohr,
dessen unteres Ende mit der Wand der Heizkammer über der Mitte dieses Heizelementes
verbunden ist, führt nach oben zur Mitte eines im wesentlichen horizontal verlaufenden,
röhrenförmigen Zirkulationskanals, der zur Übertragung der Wärme auf die Atmosphäre
mit Lamellen versehen ist und in dem das heiße Wasser, von dem in der Mitte gelegenen
Steigrohr in entgegengesetzten Richtungen nach außen hin zu den beiden Enden des
horizontalen Kanals abfließt und sich abkühlt.
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An diesen Enden führen nach unten gerichtete Rückflußrohre das abgekühlte
Wasser in Endabschnitte der Heizkammer in
der Nähe von deren Endverschlüssen,
von wo es unter Erwärmung nach einwärts strömt, bis es unmittelbar vor dem Wiederaustritt
in das Steigrohr seine Maximaltemperatur erreicht.
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Eine Expansionskammer spannt sich über die gesamte Länge des lamellierten
horizontalen Kanals von dessen einem Ende zum anderen, 80 dats das darin befindliche
Gas sich der Expansion des Wassers durch Druckausübung auf das kühlere Wasser in
beiden weizen des Kreislaufes wi-dersetzt.
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Dadurch wird vermieden, dafs Dampf von dem heilderen Wasser des in
der Kitte liegenden Steigrohres in die Expansionskammer gelangt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zusamen mit einer
Abwandlung, welches in der Zeichnung darrestellt ist, wird nachfolend beschrieben.
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rZi. 1 ist ein Aufriß eines erfindungsgemäden selbständigen Heizkörpers
mit einer darin vorgesehenen Heizpatrone, die gestrichelt dargestellt ist. Hierbei
sind elektrische Verbindungen, Thermostate oder andere herkömmliche Uberwach-ungs-
und Hilfseinrichunten fortgelassen.
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Fig. 2 ist eine Endansicht desselben Heizkörpers, der von einer herkömmlichen,
gestrichelt dargestellten Verschalung umgeben ist.
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Fig. 3 ist eine schSatische perspektivische Ansicht einer Heizpatrone,
wie sie bei dem in Fig. t gezeigten Heizkörper Verwendung findet, wobei Teile wezgebrochen
erscheinen.
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Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
besitzt eine langgestreckte, horizontal verlaufende Flüssigkeits~Heizkammer, die
generell mit 10 bezeichnet ist und vorzugsweise aus einem Kupferrohr 11 großen Durchmessers
besteht, an welches Endverschlüsse oder Deckel 12 angelötet sind. Jeder der Endversüsse-12
hat einen kurzen Kragen 13, der eine kreisförmige Öffnung 14 begrenzt, wobei beide
Öffnungen miteinander fluchten und unterhalb der Mittellinie der Heizkammer 10,
jedoch oberhalb deren Innenfläche auftreten. Beispielsweise durch Hartlötung abgedichtet
ist innerhalb der Öffnungen 14 ein langgestrecktes zylindrisches Rohr gelagert,
dessen Außenfläche zur Wärmeübertragung aus seinem Inneren auf das Wasser in der
Heizkammer 10 dient. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist dieses Hohr ein
einfaches hohles Kupferrohr 16, welches für die Aufnahme einer Heizpatrone geeignet
und mit seinen Enden an die Endverschlüsse 12 angelötet ist. Kupfer wird deshalb
gewählt, weil es mit dem Material der Endverschlüsse 12 verträglich ist, und wegen
seiner Wärmeleiteigenschaften.
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Innerhalb dieses Rohres 16 und in Kontakt mit seiner Innenfläche
ist eine auswechselbare Widerstands-Heizpatrone vorgesehen, die generell mit 20
bezeichnet und nachfolgend noch beschrieben ist. Ihre elektrischen Anschlüsse 21
ragen aus beiden Enden des Rohres 16 nach außen.
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Anschließend an den oberen Teil des äußeren Kupferrohres 11 der Heizkammer
10 ist in der Mitte zwischen dessen beiden Enden ein nach oben ragendes kupfernes
steigrohr 24 vorgesehen, dessen unteres Ende 23 mit dem Rohr 11 in Verbindung steht.
Dieses Rohr 24 ist mit seinem oberen Ende 25 durch Hartlötung mit einem im wesentlichen
horizontal verlaufenden, lamellierten Rohr 27 verbunden, in welches
es
mündet. Zwischen dem Steigrohr 24 und seinen beiderseitigen Enden 28 weist das Rohr
27 in dichter Anordnung Konvektionslamellen 29 auf, durch welche Wärme auf die Atmosphäre
übertragen wird. Auswärts von dem so lamellierten Abschnitt sind # zur beiden Enden
28 des Rohres 27 durch Lötung mit wärtS verlaufenden Rückflußrohren 31 und 32 verbunden,
die in die Endabschnitte 33 der Heizkammer 10 münden, innerhalb deren Verschlüssen
12.
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Nach oben gerichtete Fortsetzungen des linksseitigen und des rechtsseitigen
Rückflurohres 31 bzw. 32 erstrecken sich bis über die Oberkante der Lamellen 29
und sind naohfolgend als Sxpansionssteigrohre 35 bzw. 36 bezeichnet.
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Das obere Ende des rechtsseitigen Expanäionssteigrohres 36 geht mittels
einer Biegung in einen im wesentli¢hen horizontalen Abschnitt über, der sich beinahe
über die ger samte Länge des Heizkörpers erstreckt und eine schwaa +4-krümmte Expansionskammer
37 bildet, in deren Mitte auf ihrer Oberseite ein Druckablaßventil 38 angeordnet
ist Das linksseitige Ende 39 der Expansionskammer 37 dient zur Füllung, wie nachfolgend
beschrieben, wonach es zusammengefaltet und verlötet wird. Unmittelbar anschließend
an dieses Ende 39 mündet das obere Ende des linksseitigen Expansionssteigrohres
35 in die Expansionskammer 37,-mit dessen Unterseite es verlötet ist.
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In herkömmlicher Weise wird der Heizkörper (am bequemsten durch das
genannte linksseitige Ende 39 vor dessen Faltung und Verlötung) mit einem herkömmlichen
flüssigen Wärmeträger gefüllt, vorzugsweise Wasser, dem ein Gefrierschutz zugesetzt
ist, wobei die Heizkammer 10 um das Rohr 16 herum vollkommen ausgefüllt wird und
der Wasserspiegel die Oberkante des lamellierten Rohres 27 schließlich geringfügig
übersteigt. Die über diesem Niveau befindliche Luft ist auf diese Weise in den Expansionssteigrohren
35 und 36 sowie der Expansionskammer 37 eingeschlossen.
Daraufhin
kann der so aufgefüllte Heizkörper geprüft und für die nachfolgende Installation
gelagert werden.
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Die Art der Aufstellung für den Gebrauch liegt auf der Hand. Nach
Fig. 2 können an die Unterseite der Heizkammer 10 Befestigungswiel 41 angelötet
werden, ebenso wie irgendwelche ander einfaçhenBefestlgungsmittel dafür Verwendung
finden kennen, den HeizkörPer-aufrecht innerhalb eines blechernen Konvektionsgehäuses
a zu halten, wie es ig Fig. 2 schematisch angedeutet ist.
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Ein besonderer Vorteil der angegebenen Bauweise besteht in der Möglichkeit,
auswechselbare Heizpatronen verwenden zu können, die sich geradlinig durch die Heizkammer
10 erstrecken. Die in Fig. 3 dargestellte Heizpatrone 20 entspricht herkömmlicher
Bauart. Sie kann eine zylindrische Umhüllung 43 aus ro w reiem Stahl besitzen, welche
eine gegossene und um einen Kern herum erstarrte UmmanteluFg 44 umgibt, der Kern
kann aus einem langgestreckten, schlanken, stabförmigen elektrischen Widerstands-Heizelement
45 und benfalls stabförmigen inneren Enden 46 der Anschlüsse 21 bestehen. Die Anschlußenden
46 sind mit dem Heizelement 45 mit Abstand innerhalb der Enden der Umhüllung 43
verschweißt, so daß die Enden 47 der Umhüllung im Bereich der Öffnungen 14 für das
Rohr 16 kühler bleiben.
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Wahlweise (nicht dargestellt) kann auch eine ähnlich wie die vorausgehend
beschriebene Heizpatrone 20 aufgebaute Heizeinheit, jedoch mit einem Kupfermantel,
selbst in die Offnungen 14 der Endverschlüsse 12 eingelötet werden, so daß der WärmEträger
innerhalb der Heizkammer 10 in unmittelbaren Kontakt mit dem Kupfermantel tritt,
der in diesem Fall selbst als Heizfläche innerhalb der Heizkammer 10 wirkt.
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Betriebstests haben erwiesen, daß die Endabschnitte 33 der Heizkammer
10 kühler als ihr Mittelbereich sind.
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Dies i zum Teil darauf zurückzuführen, daß die Endverschlüsse 12 Wärme
an die umgebende Atmosphäre abgeben, und zum Teil, daß die Enden 47 der Heizpatrone
selbst nicht geheizt werden. Der mittlere Abschnitt hingegen an dem Steigrohr 24
ergibt einen neuartigen Flüssigkeitskreislauf, der durch das Rohr 24 und von dort
innerhalb des lamellierten Rohres 27 in entgegengesetzten Richtungen nach außen
erfolgt. Wenn der Wärmeträger das Rohr 27 durch strömt, wird Wärme von den Lamellen
29 aufgenommen, die ihrerseits beständig durch die Luftkonvektion in dem Gehause
a gekühlt werden. Erreicht der Wärmeträger die links-bzw. rechtsseitigen Rückflußrohre
31 und 32, 80 ist seine Temperatur abgesunken. Infolgedessen fließt er durch diese
Rohre 31 und 32 nach unten zu den Endabschnitten 33 der Heizkammer 10 zurück, von
dort nach innen zu entlang der Oberfläche der Heizpatrone 20, wo er sich wiederum
erwärmt,und daraufhin durch das Steigrohr 24 wieder nach ouen.
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Bei der Aufheizung des Wärme trägers expandiert er etwas, wobei er
die Luft innerhalb der Abgeschlossenen Expnnsionssteigrohre 35 und 36 und der Expansionskammer
37 unter Druckerhöhung zurückdrängt. Dies dient dazu, den Siedepunkt des Wärmeträaers
und damit auch seine Wärmekapazität zu erhöhen. Normalerweise findet ein wärmebegrenzendes
thermostatisches Kontrollorgan (nicht gezeigt) Verwendung, um den durch die Anschlüsse
21 hindurchgeleiteten Strom kurz unterhalb der Siedetemperatur zu drosseln bzw.
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zu unterbrechen. Dennoch kann es zur Bildung einiger Dampfblasen an
der heißesten Stelle der Heizkammer 10 kommen.
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Diese werden in dem Steigrohr 24 nach oben steigen. Diese Dampfblasen
an der Flüssigkeitsoberfläche innerhalb der Expansionskammer-zum Bersten und Kondensieren
zu bringen,
um das Kondensat anschließend zurückleiten zu können,
würde zu einer Geräuschentwicklung führen. Diese wird jedoch dadurch vermieden,
daß die Expansionssteigrohre 35 und 36 mit dem Kreislauf lediglich an den Rückflußrohren
31 und 32 in Verbindsung stehen, d.h. dort, wo das zirkulierende Wasser am kältesten
ist. Ein weiterer Vorteil einer solchen Verbindung besteht darin, dalS die en Expansionskammer
37 einen ausgeglichei Druck auf das; kühlere Wasser in beiden Zweigen des Kreislaufes
ausübt.
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Schließlich verleiht die Expansionskammer 37 der gesamten Einheit
Steifigkeit.
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Es verteht sich, daß das hier beschriebene und dargestellte Gerät
unter Verwendung eines herkömmlichen elektrischen Stromkreises mit einem geeigneten
Thermostaten und Drucküberwachungsorganen betrieben werden kann.
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Die Länge des angegebenen Geräts kann den Bedürfnissen angepaßt werden,
soweit dies die zur Verfügung stehenden Längen der Heizelemente gestatten. Normalerweise
wird die relative Länge größer als die dargestellte sein. Ungeachtet dessen vermitteln
das in der Mitte befindliche Steigrohr und der geteilte Kreislauf zusätzliche Vorteile
in der Betriebsweise ebenso, wie sie zu einer Vereinfachung des Aufbaues und der
Unterhaltung solcher unabhängiger elektrischer Widerstandsheizkörper verhelfen.
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Abwandlungen gegenüber der hier gezeigten Konstruktion bieten sich
dem Fachmann im Bedarfsfalle an.