DE2914747A1 - Umhuellter widerstand fuer konvektionsheizer - Google Patents

Description

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Anmelder : I.R.CA. S.p.A., Viale Venezia - S. VENDEMIAIiO

(Treviso) / Italien

Bezeichnung : "Umhüllter Widerstand für Konvektionsheizer"

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Die Erfindung bezieht sich auf ein industrielles Produkt einer Art, die allgemein als "rippenumhüllter ( oder rohrföriiiiger) Widerstand" bezeichnet wird und insbesondere für den Gebrauch in Konvektionsheizungen oder vergleichbaren Vorrichtungen gedacht ist, bei dem die thermische Energie, ausgärEnd von einer Wärmequelle, die von einem Widerstandsleiter, wie beispielsweise einer Spule aus Ni-Cr-Legierung, die von einer Isolationsschicht geschützt ist, z.B. aus MgO und die innerhalb einer metallernen, rohrförmigen Hülle eingeschlossen ist, durch Konvektion an die Luft zerteilt und gefördert wird, die durch einen Behälter oder eine Kammer fließt, welche in einem Kreislauf zur Heizung oder Konditionierung von Räumen od.dgl. eingesetzt ist. Die Metallhülle der Heizquelle ist thermisch fest mit einer Verrippung od. dgl. verbunden, da?en Sinn darin besteht, eine große Berührungsfläche mit der umgebenden Luft zu schaffen und einen wirksamen Wärmetausch zu ermöglichen.

Derartige Konvektionsheizer sind bekannt und müssen nicht näher beschrieben werden. Für ein besseres Verständnis der Erfindung ist es jedoch gut, daran zu erinnern, daß die Widerstände, die in den Heizern die Heizquelle bilden, ebenso -wie die Mittel zum Wärmetausch mit der Luft, so weit wie möglich gewisse kontrastierende Vorteile haben sollten. U.a. sollten sie aus einem solch rohen Material und einem solchen Herstellungsverfahren gefertigt sein, daß sie ge-

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ringe Kosten erzeugen und hauptsächlich eine hohe Ausbeute haben, insbesondere eine hohe Rate an Wärme, die an die Luft abgegeben wird, im Verhältnis zur Elektrizität, die durch ihren Widerstand absorbiert wird.

Solch hohe Ausbeute oder Wirkungsgrade werden erreicht, wenn der Prozentsatz der Wärme, die von dem umhüllten Widerstand abgegeben wird und durch Strahlung an die Wände der Heizkammer abgegeben und daher nicht der Luft abgetreten wird, gering ist.

Ein Hauptbeitrag um die Ausbeute eines Heizers zu erhöhen, ist das Vorsehen von Verrippungen, die in perfekter thermischer Leitverbindung durch metallische Leitung mit dem Widerstand sein sollte, welch letzterer gründlich und innig von dem Luftstrom, der in der Kammer des Heizers fließt, berührt und umhüllt sein sollte. Der verrippte Widerstand sollte so sein, daß er eine effiziente Konvektionsströmung unterstützt und aufrechterhält, die einen Unterdruck erzeugt, welcher bewirkt, daß die kalte Luft aus dem unteren Teil des Heizers ausgezogen wird, um durch ihn hindurch nach oben und dabei um die Verrippung und allgemein um die Oberfläche des Widerstandes zu fließen, um dann von dort Wärme aufzunehmen.

Andererseits ist es für den Nutzungs- bzw. den Wirkungsgrad noch wichtig, daß die nach oben fließende Luft bei

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ihrem Durchgang durch die Rippen nicht auf einen besonderen Widerstand stößt, da dieses die Durchflußrate verringern und einen niedrigeren Druckgradienten verursachen würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gerippten, umhüllten oder rohrförmigen Widerstand für den obengenannten Gebrauch zu schaffen, charakterisiert durch die Strukturen, Kombinationen und Gestaltungen von Teilen, wie sie weiter unten spezifiziert sind, der geeignet ist, die obengenannten Charakteristika zu optimieren und dadurch dem Widerstand die besten Eigenschaften zu verleihen und insbesondere die bevorzugte Kombination der vorangegangenen aufgezählten Vorteile.

Diese und andere Aufgaben, die weiter unten noch deutlicher werden, werden erreicht.durch einen gerippten oder geflossten Widerstand für Konvektionsheizkörper od. dgl. gemäß der Erfindung, der Widerstandsleitermittel umfaßt, welche von isolierendem Material und einem äußeren Körper umschlossen sind, der eine Wärmetauschoberfläche definiert und dadurch gekennzeichnet ist, daß dieser äußere Körper aus einem einzigen Stück geformt ist und eine im wesentlichen rohrförmige Hülle aufweist, die die Widerstandsleitermittel umschließt, eine Mehrzahl von schwingenähnlichen Vorsprüngen und dadurch, daß die Verrippung auf wenigstens einem Teil der Oberfläche dieser Vorsprünge gebildet ist.

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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine teilweise Darstellung eines Segmentes eines Widerstandes, dessen Länge offensichtlich freibleibend ist von oben gesehenj insbesondere entgegen der Stroraungsrxchtung der Luft, die infolge Konvektion im Heizer aufsteigt, und in einer Position, in der er montiert sein kann,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Widerstand in einer Ebene gemäß Linie II-II in Fig. 1 und in

Fig. 3 einen Querschnitt in einer im wesentlichen schematischen Darstellung der halbfertigen Komponenten, die zur Bildung des vollständigen Widerstandes zusammengefügt werden.

Fig. 4 und 6 stellen in der Querschnittsdarstellung nach Linie IV-IV in Fig. 6 und in entsprechender Aufsicht eine abgewandelte Ausführungsform des Widerstandes nach der Erfindung dar und

Fig. 5 und 7 stellen eine weitere Variante des Widerstandes nach der Erfindung dar in Querschnittsdarstellung gemäß Linie V-V in Fig. 7 bzw. in der entsprechenden Aufsicht.

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Entsprechend eines wesentlichen Merkmales der Erfindung ist das Core des Widerstandes, welches in den Pig. I bis 3 dargestellt ist, in bekannter Weise von einem Widerstandsleiter 10j beispielsweise einer Nickel-Chrom-Spule od. dgl. gebildet, die innerhalb eines geflossten äußeren Körpers aus extrudiertem Aluminium eingesetzt ist, welcher als Ganzes mit 14 bezeichnet ist und der eine Querschnittsform aufweist, annähernd in Pig. 3 dargestellt, wobei MgO-Puder, welches, wie weiter unten beschrieben wird, darin verdichtet ist, zwischen der Spule und dem äußeren Körper vorgesehen ist. Aluminium wurde trotz der relativ hohen Kosten gewählt, da es eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit hat, niedriges spezifisches Gewicht und eine ausgezeichnete Verarbeitungsfähigkeit aufweist und keinerlei Antikorrosionsmaßnahmen erforderlich macht, da es sich selbst durch Bildung von Oxid an der Luft schützt.

Das extrudierte Profil 14 weist zweierlei auf, ein rohrförmiges oder hülsenförmiges Teil 16 und eine Flossung "A" (Fig. 1 und 2), die, wie weiter unten beschrieben wird, aus divergierenden schwingenähnlichen Vorsprüngen 18 geformt ist, die vorzugsweise zwischen sich einen Winkel in der Größenordnung von 90° bilden, einstückig mit dem rohrförmigen Teil 18, verbunden durch einen kurzen zentralen Steg 20.

Wie eine vergleichende Betrachtung der Fig. 2 und 3 zeigt, hat der rohrförmige Teil 16 des extrudierten Körpers ur-

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sprünglich eine im wesentlichen zylindrische Form, er wurde aber mechanisch zusammengepreßt, um eine polygonale Querschnitts form l6a zu erhalten, welche eine kleinere Fläche als die original kreisförmige hat, nachdem der metallische Widerstand 10 und das Isolationsmaterial 12 darin eingefüllt wurden, um sowohl das letztere zusammenzupressen als auch um die entsprechenden Komponenten zusammenzuhalten.

Die Flossung "A" wird gebildet von zwei symmetrischen Reihen von Rippen (s. in Fig. 1 und 2), die durch Schneiden und Biegen in so vielen kurzen benachbarten Teilen von diesen Flügeln 18 gebildet sind, wie sich aus Fig. 2 ergibt, wobei die am Rand sich befindenden Teile oder äußeren Kanten 18a ggf. nach innen gebogen sind, insbesondere jedes Ende der Schwingen nach außen, was u.a. zur Steifheit der Elemente beisteuert, wodurch sich u.a. eine ausgezeichnete mechanische Widerstandsfähigkeit gegen Knicken oder Durchbiegen ergibt, selbst bei hohen Arbeitstemperaturen, die bei höheren Strömen beispielsweise 500° bis 530° an der Hülle betragen können.

Der Leiter 10 ist entsprechend an seinen Lnden, die an den gegenüberliegenden Enden der rohrfÖrniLgen Hülle gelegen sind, an Anschlüssen von Zuführkabem verbunden.

Der geflosste und umhüllte Widerstand ist vorzugsweise innerhalb des Heizers in der in Fig. 2 dargestellten

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Weise ausgerichtet. Die nach oben konvektierte Luft fließt in der Richtung der Pfeile "V" in Fig. 2. Der Luftstrom umgibt vollständig die Verrippung und die daran anschließenden Metallteile, was einen sehr geringen Widerstand für seinen Durchgang darstellt, wobei die Wärmeaufnahme optimiert wird. Es ist experimentell nachgewiesen worden, daß im Falle des Gebrauchs eines Widerstandes der beschriebenen und dargestellten Art nicht mehr als 13 % der Wärme, die erzeugt wurde, von den Behälterwänden absorbiert wurde.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines geflossten Widerstandes nach der Erfindung ist in den Fig. 4 und 6 dargestellt, wobei die Widerstandsleitermittel zwei Widerstandsspulen 22 und einen Rückführleiter 24 umfassen, so daß beide Anschlüsse auf der gleichen Seite des geflossten Widerstandes liegen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der äußere oder extrudierte Aluminiumkörper einen weiteren Flügel 26 auf, der die Wärmetauschoberfläche des geflossten Widerstandes erhöht. Der Flügel 26 ist in der dargestellten Variante aus einer nichtgeflossten Platte gebildet, aber wenn ein besonders hoher Betrag an Wärme übertragen werden soll, kann auch dieser Flügel mit Flossen versehen sein.

Diese Ausführungsform des dargestellten Widerstandes in

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den Fig. h und 6 erlaubt eine Begrenzung der Länge, insbesondere, wenn räumliehe Probleme anstehen und in gleicher Weise die Möglichkeit, die Speisekraft jeder einzelnen Widerstandsspule 22 zu teilen oder beide Spulen parallel zu beaufschlagen. Der zusätzliche Flügel 26 erlaubt die hohen Energien mit derselben Heizlänge zu zerteilen oder zu verteilen.

Dieselben Vorteile sind mit einem Widerstand, wie er in den Fig. 5 und 7 dargestellt ist, erreichbar, der aber eine noch größere Wärmetauschoberfläche aufweist und daher insbesondere bei Hochleistungen angesetzt werden kann, dank der Anwesenheit von vier Vorsprüngen 18, die in einer "X"-Konfiguration angeordnet sind und alle mit Flossen versehen sind. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Energie durch Mittel einer doppelten Widerstandsspule 22 und eines Ruekführleitungsdrahtes 2k mit den Anschlüssen auf einer Seite des Widerstandes geteilt werden.

Aus alledem wird erkennbar, daß ein flossenverhüllter Widerstand nach der Erfindung alle die Anforderungen erfüllt und es erlaubt, eine hohe thermische Ausbeute mit einer insbesondere funktionalen und ganz besonders leicht herzustellenden Struktur zu erreichen.

Die Bildung der Rippen, beginnend vom extrudierten Aluminium wie beschrieben, insbesondere in Bezug auf Fig. 3j

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erfordert besonders einfache und schnellomechanische Operationen und es ist nicht nötig, den Widerstandshüllen oder -hülsen beispielsweise durch Schweißen getrennte entsprechend ausgerüstete Rippen zuzuordnen, wie dies bei den bekannten Systemen der Fall ist. Alle Elemente werden von einem extrudierten Profil gebildet, welches aus einem Stück ist. Die Wärmetransmission ist ausgezeichnet, da sie durch Leitung stattfindet und in einem hochleistungsfähigen Metall, beispielsweise Aluminium, stattfindet. Die Georaetriecharakteristika beschrieben und dargestellt, haben in Versuchen gezeigt, daß sie sehr gut geeignet sind, einen optimalen Wärmetausch zwischen dem Widerstand und der Lufb zu erreichen und damit einen hohen thermischen Wirkungsgrad der Vorrichtung.

Die Anwesenheit von doppelten Widerstandsspulen und einer größeren Zahl von teilweise oder insgesamt geflossten Schwingen nach den Varianten der Fig. 4 bis 7 erlauben den geflossten Widerstand nach der Erfindung den unterschiedlichsten Bedingungen und den unterschiedlichsten elektrischen Energiezufuhrungen und den Erfordernissen der Wärmezerteilung durch Wärmetausch anzupassen.

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Claims (11)

Ansprüche : 29H747

1.) Umhüllter Widerstand für Konvektionsheizer od. dgl. mit Widerstandsleitermitteln, umgeben von einem isolierenden Material und einem äußeren Körper, der eine Wärmetauschoberfläche definiert, dadurch gekennzeichnet, daß dieser äußere Körper (14) aus einem einzigen Stück gebildet ist und eine im wesentlichen rohrförmige Hülle (16) aufweist, die die Widerstandsleitermittel (10,22) umschließt, eine Mehrzahl von schwingenähnlichen Vorsprüngen (18,26) aufweist und eine Verrippung (A) von wenigstens einem Teil der Oberflächen dieser Vorsprünge vorgesehen ist.

2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Körper (14) zwei schwingenförmige Vorsprünge (18) symmetrisch divergierend, in Bezug auf eine Ebene, die durch die Achse der Hülle (16) geht, aufweist, daß diese Verrippung zwei Reihen von Flossen umfaßt, wobei jede Reihe in einer der Schwingen (18) ausgebildet ist, und daß die Widerstandsmittel gebildet werden von einem Widerstandsleiter (10), dessen Anschlüsse entsprechend der Enden der rohrförmigen Hülse angeordnet sind.

3. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er drei schwingenähnliche Vorsprünge (18,26) aufweist.

4. Widerstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich zwei der drei Vorsprünge mit Flossen (A) versehen sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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5· Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er vier schwingenförmige Vorsprünge aufweist, die im wesentlichen in einer "X"-Konfiguration angeordnet sind, wobei jede eine Reihe von Vorsprüngen oder Flossen aufweist, die im wesentlichen vollständig auf/tier Oberfläche der Schwingen vorgesehen sind.

6. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsleiter zwei Widerstandsspulen (22) umfaßt, die geeignet sind, mit elektrischem Strom individuell oder zusammen in paralleler Schaltung beaufschlagt zi*werden und einen Rückführdraht, wobei alle Anschlüsse auf einer Seite der rohrförmigen Hülse (16a) angeordnet sind.

7. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Körper von einem extrudierten Aluininiumprofil gebildet ist.

8. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Hülse (16a) eine polygonale Querschnittsform aufweist, die durch Zusammenpressen um die Widerstandseinrichtungen und das Isolationsmaterial herum erreicht ist, an einem ursprünglich im wesentlichen zylindrischen Teil (16) des extrudierten Aluminiumprofiles.

9. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plossung durch Schneiden und Biegen nachfolgender be-

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nachbarter Flächen der schwingenähnlichen Vorsprünge gebildet ist.

10. Widerstand nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet ₃ daß die schwingenartigen Vorsprünge nach innen an ihren äußeren Rändern (18a) gebogen sind.

11. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsmaterial (12) von Magnesiumoxid gebildet ist.

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