DE2123493A1

DE2123493A1 - Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung

Info

Publication number: DE2123493A1
Application number: DE19712123493
Authority: DE
Inventors: Günter 6055 Hausen Czepek
Original assignee: Ceru-Elektrowärmegesellschaft Czepek & Co, 6055 Hausen
Priority date: 1971-05-12
Filing date: 1971-05-12
Publication date: 1972-11-23

Description

Beschreibung Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärme speicherung Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung.
Ileizelemente mit vergrößerter Wärme speicherung sind bekannt nd werden als Wärmequelle solcher Geräte und Anlagen verwendet, welche .mit billigem, vorzugsweise Nachtstrom aufgeheizt werden oder welche infolge der Speicherwirkung eine gewisse Unabhängigkeit von Lurzzeitigen Spannuns-Schwankungen bzw. Stromunterbrechungen aufweisen.
Solche Heizelemente, bereits bekannter AusSührung, bestehen aus dem stromdurchflossenen Heizleiter und einem den Heizleiter umgebenden Speicherkörper aus einem Werkstoff mit möglichst großem Wärmespeichervormögen. Der Heizleiter besteht aus einer der bekannten metallischen Heizleiterlegierungen und befindet sich in Form einer Heizwendel in Aussparungen des Speicherkörpers. Es sind auch Ausführ angen dieser Heizelemente bekannt, bei welchen der Heizleiter nicht als "nackte Wendel" in den Aussp--lrungen der Speicherkörper liegt, sondern als Seele eines Rohrheizkörpers an sich bekannter Bauart.
Während im Falle der nackten Wendel der Speicherkörper aus einem elektrisch gut isolierenden Werkstoff, vorzugsweise aus Kerai:iik bestehen muß, kann iu falle der Verwendung von Rohrheizkörpern der Speicherkörper aus elektrisch nicht isolierender Keramik und sogar aus Metall bes-tehen.
Um den Wärmeübergang zwischen Iteizleiter und Speicherkörper zu verbessern, hat man bereits nackte Wendeln in keramischen Speicherkörpern mittels keramischer Einbettmassen eingebettet und man hat auch Rohrheizkörper in die metallischen, vorzugsweise Guß-Speicherkörper, beispielsweise gemäß Auslegeschrift 21 h 9/03, 1615151, eingegossen.
Allen bisher bekannten Verfahren, den Wärmeübergang zvischen dem Heizleiter und dem Speicherkörper zu verbessern, haften Mängel an. Beim Einbetten der nackten Wendel in keramischen Einbettuassen kommt es zu Korrosionseffekten, wenn man Einbettmassen rzt hohcn Wärmespeichervermörgen verwendet und zu relativ hohen Heizleitertemperaturen, wenn man sogenannte elektrokeramische Einbettmassen verwendet.
Bein Eingießen von Rohrheizkörpern in für Speicherkörper geeignetes Cußeisen beziehungsweise Spezialguß, sind Temperaturen erforderlich, welche für den Rohrheizkörper schädlich sind und kostspielige Sonderausführungen erfordern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Wärmeübergang zwischen Heizleiter und Speicherkörper eines elektrischen Heizelementes mit vergrößerter Wärme speicherung in wirkungsvoller und zugleich wirtschaftlicher Weise zu verbessern und die Heizleitertemperatur bei einer bestininten Temperatur des Speicherkörpers zu senken.
Die Erfindung besteht darin, daß ein Rohrheizkörper mit einen ;:arr.eleitenden, elastischen und wärmespeichernden edium in der Folge Speichermedium genannt, umgeben ist.
Dieses Speichermedium kann erfindungsgemäß in Bezug auf Abmessun en und Volumen so bemessen sein, daß es die gestellte Speicheraufgabe selbst erfüllt.
Das Speichermedium umgibt in die sein Falle den Rohrheizkörper und wird nach außen hin durch eine äußere Begrenzungshülle oder beispielsweise die Isolierschicht eines Speicher-Heizaggregates begrenzt.
Es - aber auch als wärmeleitende, elastische und wörmespeichernde Zwischenschicht zwischen Rohrheizkörper und den Innenflächen von Aussparungon eines äußeren Speicherkörpers dienen.
Das Volumen des Speichermediums verhält sich zum Volumen des äußeren Speicherkörpers je nach dem Verwendungszweck wie 70 bis 1 zu 30 bis 93. Betragt das Volumen des Speichermediums 70 % und das volumen des äußeren Speicherkörpers 30 %, so ist für die gesamte Speicherwirkung in erster linie das Speichervermögen des Speicherrlediul:is ausschlaggebend.
Im anderen Extremfall, wenn das Speichermedium bloß 1% des Gesamtvolumens des Heizelenentes ausmacht, dient es lediglich als Zwischenschicht, welche den Temperaturgradienten zwischen Rohrheizkörper und Speicherkörper herabsetzt.
Das Speichermedium füllt die Hohlräume zviischen Rohrheizkörper und Innenflächen der Aussparungen im Speicherkörper auch bei den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Rohrheizköpern und Speicherkörpern aus und bewirkt auf diese Weise eine bleibende Verbesserung des Wärmeüberganges von Rohrheizkörper zum Speicherkörper.
Das den Rohrheizkörper wagebende Speichermedium besteht erfindungsgemäß aus kornförmigen metallischen bezehungsweise metallkeramischen Stoffen. Die Körner besitzen die Form von Kugeln oder Quadern mit abgerundeten Zarten und sind in Bezug auf ihre Größe so abgestuft, daß bei.l Einrütteln mittels Vibratoren eine optimale Wichte erreicht wird.
Obwohl die so erreichte Wichte des 5 Speichermediums niedriger ist als beispielweise die Wichte von Gußeisen, haben Langzeitversuche mit erfindungsgemäßen ffeizelementen gezeigt, daß die Temperatur des mit dem erfindungsgemäßen Speichermedium umgebenen Rohrheizkörpers auch nach jahrelangen Betrieb um mehrere hunder Grad Celsius niedriger war, als die Temperatur eines Rohrheizltörperss welcher lose in den Aussparungen eines Speicherkörpers lag.
Im Gegensatz dazu verursachen die unvermeidlichen Unterschiede in den Ausdehnungsbeiwerten von Rohrheizkörpern und Gußeisen bzw. Keramik bei eingegossenen Rohrheizkörpern während der betrieblichen Dauerwechselbeanspruchung bei höheren Temperaturen Spannungsrisse und in weiter Folge schädliche Uberhitzungen des Rohrheizkörpers.
Die metallischen beziehungsweise metallkeramischen Körner des erfindungsgemäßen Speichermediums füllen alle Hohlräume zwischen Rohrheizkörper und Innenflächen der Aussparungen der Speicherformkörper aus und bilden elastische Wärmebrücken zwischen dem Rohrheizkörper und dem Speicherkörper.
Erfindungsgeuäß werden die Zwischenräume zwischen den kugel- oder quaderförmigen Körnern mit einem Füllmittel ausgefüllt.
Dieses Füllmittel kann geschmolzenes L;etall oder ein in einer Flüssigkeit gelöster keramischer Stoff sein.
Der keramische Stoff besteht in der IIauptsache aus dem Oxyd cder Silikat von Aluminium, Eisen, Silizium, Calcium oder Magnesium beziehungsweise einem anderen temperaturbeständigen Metalloxyd und füllt nach dem Einrütteln mittels eines Vibrators nicht nur die Hohlräume zwischen den Körnern des Speichermediums, sondern umhüllt hautartig die Körner. Durch diese erfindungsgemäße keramische Umhüllung der Körner wird die Oxydations- beziehungsweise Temperaturbeständigkeit des Speichermediums gesteigert. Praktische Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden als Beispiel mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Hierin sind: Figur 1 ein Längsschnitt des erfindungsgemäßen IIeizelementes ohne Speicherkörper.
Figur 2 ein Längsschnitt des Heizelementes mit vergrößerter Wärme speicherung mit äußerem Speicherkörper und Füllmittel.
Figur 3 ein Querschnitt des Heizelementes gemäß Figur 2 Figur 4 ein Längsschnitt des beispielsweise aus drei Rohrheizkörpern bestehenden Heizelementes mit einem äußeren Speicherkörper.
Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Heizelement, bestehend aus den Rohrheizkörper 1, welcher vom kornförmigen Speichermediun 2 dicht und wärmeleitend umgeben ist. 3 ist eine äußere Begrenzungswand.
Figur 2 zeigt ein Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung, bestehend aus den Rohrheizkörper 1, dem Speichermedium 2 und aus einem äußeren Speicherkörper 4. 5 ist ein Fülimittel, welches durch Einrütteln in die Hohlräume zwischen den Körnern des Speichermediums 2 eingedrucl.en ist und die Körner hautartig umhüllt.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt der Anordnung gem. Figur 2.
Figur 4 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Heizelement, bestehend aus drei Rohrheizköpern, vrelche innerhalb des beheizten Bereiches in den Aussparungen eines Speicherl.örpers 4 liegen.
Der Zwischenraum ist mit dem Speiehermedium 2 und dem Füllmittel 5 ausgefüllt. Das Füllmittel 5 verhindert nach dem Erstarren beziehungsweise Einbrennen das Herausrieseln des körnigen Speichermediums 2.
Die Porm der Rohrheizkörper 1 ist in den zeichnungen lediglich beispielhaft dargestellt und kann in bekannter Weise alle Variationen einer Rohrheizkörperform beziehungsweise -Bauweise aufweisen.

Claims

Schutzansprüche

Elektrische Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung bestehend aus Rohrheizkörpern, welche von einem wärmespeichernden Medium umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmespeichernde Medium, genannt Speichermedium, aus kornförmigen, metallischen oder metallkeramischen Stoffen besteht, welche die Rohrheizkörper wärme leitend und elastisch umgeben.
2 Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kornförmige Speichermedium die Hohlräume eines äußeren Speicherkörpers, in dessen Aussparungen sich die Rohrheizkörper befinden, wärmeleitend und elastisch ausfüllt.
3 Elektrisches Ifeizelement mit vergrößerter Wärme speicherung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Volumen des Speichernediums zum Volumen des äußeren Speicherkörpers verhält wie 70 bis 1 zu 30 bis 99.
4 Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner des Speichermediums die Form von unterschiedlich großen Kugeln oder Quadern mit abgerundeten Kanten besitzen.
5 Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwisehenräurne zwischen den kugel- oder quaderförmigen Körnern mit einem Füllmittel ausgefüllt sind.
6 Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärrspeieherung gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel gemäß Anspruch 4 aus Vietall besteht, welches in geschmolzenem Zustand die Zwischenräume dicht und wärme leitend ausfüllt.
7 Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel gemäß Anspruch 5 aus in einer Flüssigkeit gelösten temperaturbeständigen Me talloxyden wie Aluminium -Eisen - Silizium - Calcium oder Magnesiumoxyd besteht, welche die Körner des Speichermediums umhüllen.
8 Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärme speicherung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in Wasserglas oder einer anderen Flüssigkeit gelöste Füllmittel gemäß Anspruch 7 nach dem Einrütteln in die Zvischenräume zwischen den Körnern des Speichermediums bei normaler oder erhöhter Temperatur erstarrt, wodurch das Speichermedium mit den Rohrheizkörpern eine kompakte Einheit bilden.
9 Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrheizkörper auch als Heizpatronen mit den Stromanschlüssen auf einer Seite ausgeführt sein können.
10 Elektrisches Heizelement mit vergrößerter Wärmespeicherung gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der Rohrheizkörper nach oben, nach unten oder seitlich aus dem Speiohermedium herausragen.

L e e r s e i t e