DE2220839A1

DE2220839A1 - Heizelement mit elektrischem Widerstand

Info

Publication number: DE2220839A1
Application number: DE19722220839
Authority: DE
Inventors: Pierre Lamoure; Paul Radat; La Roche Sur Yon
Original assignee: LA ROCHE SUR YON
Current assignee: LA ROCHE SUR YON
Priority date: 1971-06-25
Filing date: 1972-04-27
Publication date: 1972-12-28
Also published as: GB1356753A; IT961099B; FR2142816B1; FR2142816A1

Description

1.) Pierre Lamour, La Roche sur Yon, Vendee / Prankreich 2.) Paul Radat, La Roche sur Yon, Vendee / Prankreich

Heizelement mit elektrischem Widerstand

Die Erfindung betrifft ein Heizelement mit einem elektrischen Widerstand, insbesondere mit einem-Widerstand, der in ein Rohr aus Metall eingesetzt ist, von welchem er durch ein elektrisch isolierendes Material isoliert ist.

Derartige Heizelemente (sogenannte BAKER-Widerstände), die meistens zum Erhitzen von Strömungsmitteln benutzt werden, besitzen bekanntlich eine sehr hohe spezifische Leistung (unter spezifischer Leistung wird hier

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die von dem Widerstand pro Einheit der Außenfläche des Heizelementes gelieferte Leistung verstanden), was infolge einer zu hohen Oberflächentemperatur zu Veränderungen in dem Strömungsmittel führen kann und starke Wärmeverluste durch Wärmestrahlung mit sich bringt.

Zur Verringerung der spezifischen Leistung wurde bereits vorgeschlagen, die Länge des Heizelements unter Beibehaltung der von dem elektrischen Widerstand gelieferten Leistung zu vergrößern. Dies hat jedoch den Nachteil, daß das Heizelement dadurch wesentlich teurer wird und größere Abmessungen erhält.

Ferner wurde zu diesem Zweck vorgeschlagen, den Umfang des Rohrs mit kreisförmigen, in Querrichtung angeordneten Rippen zu versehen, die auf das Rohr aufgepreßt sind. Diese Rippen bewirken dadurch eine Verringerung der Oberflächentemperatur des Rohrs, daß sie von dem Rohr Wärme abnehmen.

Der Kontakt zwischen den Rippen und dem Rohr ist jedoch thermisch nicht optimal und der Widerstand gegen den Wärmeübergang zwischen dem Rohr und den Rippen bleibt sehr hoch. Infolgedessen bleibt auch die Oberflächentemperatur des Rohrs noch hoch, während der Wärmeaustausch zwischen den Rippen und dem diese bestreichenden Strömungsmittel nicht optimal ist. Insbesondere wenn die Rippen und das Rohr aus verschiedenen Metallen bestehen, kommt es außerdem durch die gegenseitige Berührung dieser Metalle zu elektrochemischen Prozessen mit der PoI^e, daß sich Oxyde und Hydroxyde bilden, die die Wärme schlecht leiten oder sogar wärmeisolierend wirken. Dies verringert die Wirkung der Rippen»

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Durch das aufeinanderfolgende Ausdehnen und Schrumpfen.bei Erhitzung und Abkühlung bewegen sich die Rippen dieser bekannten Heizelemente ferner einander gegenüber sowie gegenüber dem Rohr, was zahlreiche Geräusche" verursacht·

. Ziel der Erfindung ist es, ein Heizelement zu schaffen, bei dem diese Nachteile nicht auftreten.

Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemäße elektrische Heizelement mit einem elektrischen Widerstand, der in ein an seiner Außenfläche mit metallischen, in Querrichtung angeordneten Rippen versehenes Rohr aus Me_T tall eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr (2) und den Rippen (4) eine Metallschicht vorgesehen ist, die eine ununterbrochene Wärmeleitung zwischen dem Rohr und den Rippen gewährleistet·

Diese Metallschicht kann von ein'em Schweißmetall gebildet sein, das die ringförmigen Zwischenräume zwischen dem Rohr und den Rippen mindestens an manchen Punkten schließt.

Dadurch erhält man einen hervorragenden thermischen Kontakt zwischen den Rippen und dem Rohr, und zwar insbesondere dann, wenn ein Schweißmetall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Zinn und insbesondere Zink, benutzt wird. Infolgedessen ist die Oberflächentemperatur des Rohrs niedriger als die der bekannten Rohre und ein größerer Teil der Wärmeenergie geht von dem Rohr auf die Rippen über. Dadurch wird der Wärmeaustausch zwischen den Rippen und dem zu erwärmenden Strömungsmittel verbessert . Ferner wird dadurch die Bildung isolierender

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Oxyde und Hydroxyde infolge des Berührungseffekts vermieden und es treten keine G-eräusche mehr auf, da die Rippen an dem Rohr befestigt sind.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf die Rippen und damit zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Heizelements ist es zweckmäßig, die gesamte Außenfläche des Rohrs mit der Metallschicht zu bedecken. Dies hat ferner den Vorteil, daß das Rohr gegen Korrosion geschützt wird. Bei den bekannten Heizelementen wird das Rohr häufig vor allem, wenn es aus Stahl besteht, durch Korrosion angegriffen, so daß Feuchtigkeit in das Element eindringen kann und dieses schnell zerstört.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher man den bestmöglichen Wärmeaustausch zwischen dem Rohr und den Rippen erhält, bedeckt die Metallschicht die gesamte Außenfläche des Rohrs und der Rippen. Diese Schicht bildet einen durchgehenden Y/ärmeweg zwischen dem Rohr und der Gesamtheit der Rippen.

Dies kann auf einfache und wirtschaftliche Weise durch Eintauchen des Rohrs, auf welches die Rippen bereits aufgeschoben sind, in-ein flüssiges Schweißmetallbad erreicht werden.

Y/eitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Auf dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines bekannten Heizelements,

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Pig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizelements,

Fig.. 3 ein Diagramm, das die Erhöhung des Wirkungsgrades bei einem erfindungsgemäßen Heizelement gegenüber den bekannten Heizelementen zeigt.

Das auf Fig. 1 dargestellte bekannte Heizelement besitzt einen elektrischen Y/iderstandsdraht 1, der in einem aus katall bestehenden Rohr 2 in Längsrichtung angeordnet ist. Das Rohr kann aus Stahl oder Kupfer bestehen und enthält ein elektrisch isolierendes Material 3, durch das es von dem '/Viderstandsdraht 1 getrennt wird.

Auf das Rohr 2 sind flache, kreisförmige Rippen aufgepreßt, die eine zentrale Öffnung 5 zur Einführung des Rohrs besitzen.

Bei dieser bekannten Ausführungsform wird der Kontakt zwischen den beispielsweise aus Aluminium oder Stahl bestehenden Rippen 4 und dem Rohr 2 durch einfaches mechanisches Aneinanderpressen erreicht· Hierbei besteht jedoch ein gewisser Zwischenraum zwischen dem Rohr und den Rippen, der, wenn er auch noch so gering ist, mindestens teilweise die Wärmeübertragung zwischen dem Rohr und den Rippen beeinträchtigt.

Das auf Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Heizelement ist ähnlich wie das auf Fig. 1 dargestellte bekannte Heizelement ausgebildet. Der bedeutende Unterschied besteht jedoch darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Heizelement die gesamte überfläche der Rippen 4 und

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des Rohrs 2 mit einer Schicht 6 aus einem leitenden Metall bedeckt ist, die auch den Zwischenraum zwischen dem Rohr und den Rippen schließt.

Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Heizelement gemäß Fig. 1 in ein Bad getaucht wird, das aus flüssigem Schweißmetall wie Zink oder Zinn besteht. Damit dieses Schweißmetall auch verhältnismäßig leicht zwischen Rohr und Rippen eindringen kann, empfiehlt es sich, daß die Rippen 4 nicht unter harter Reibung, wie bei dem Heizelement gemäß Fig« 1, sondern unter sanfter Reibung aufgeschoben sind, so daß zwischen den Rippen und dem Rohr zumindest an manchen Stellen der ringförmigen Räume zwischen dem Rohr und den Rippen relativ breite Spalten bestehen.

Bei dem Diagramm von Fig. 3 ist auf der Abszisse die leistung pro Zentimeter des Widerstandsdrahts 1 und auf der Ordinate die Temperatur in ⁰C der Oberfläche des Rohrs 2 aufgetragen. Die Kurve a bezieht sich auf ein bekanntes Heizelement gemäß Fig. 1, jedoch ohne Rippen 4, die Kurve b auf das Heizelement von Fig. 1 und die Kurve c auf das erfindungsgemäße Heizelement gemäß Fig.

Diese Kurven, die durch vergleichende Tests in unbewegter Luft ermittelt wurden, zeigen deutlich, daß die Außentemperatur des Rohrs 2 des auf Fig. 2 dargestellten Heizelements bei gleicher spezifischer Leistung des Widerstandsdrahts 1 niedriger als die des Rohrs 2 des Heizelements gemäß Fig. 1 ist und daß das erfindungsgeHeizelement somit einen höheren Wirkungsgrad hat.

Bei diesen Tests besaßen die Heizelemente gemäß

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gemäß fig. 1 und Fig. 2 gleiche Widerstandsdrähte 1 und Rippen 4 in denselben Abmessungen und derselben Anzahl pro Längeneinheit des Rohrs 2.

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Claims

Patentansprüche

1. / Elektrisches Heizelement mit einem elektrischen Widerstand, der in ein an seiner Außenfläche mit metallischen, in Querrichtung angeordneten Rippen versehenes Rohr aus Metall eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr (2) und den Rippen (4) eine Metallschicht (6) vorgesehen ist, die eine ununterbrochene Wärmeleitung zwischen dem Rohr und den Rippen gewährleistet.

2 β Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschicht (6) aus einem Schweißmetall besteht, das mindestens an manchen Stellen die ringförmigen Zwischenräume zwischen dem Rohr (2) und den Rippen (4) verschließt.

3. Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Schweißmetall Zinn ist.

4. Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmetall Zink ist.

5· Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschicht (6) die gesamte Außenfläche des Rohrs (2) bedeckt.

6. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschicht (6) die gesamte Außenfläche des Rohrs (2) und der Rippen (4) bedeckt.

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7c Verfahren zur Herstellung eines Heizelements nach Anspruch 2 und 7> dadurch gekennzeichnet daß das Rohr (2) nach dem Aufsetzen der Rippen (4) auf dieses in ein flüssiges Schweißmetallbad getaucht wird.

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