DE3050332A1

DE3050332A1 - Modular infrared space heater device

Info

Publication number: DE3050332A1
Application number: DE803050332A
Authority: DE
Inventors: J Jones
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-04-08
Filing date: 1980-04-08
Publication date: 1983-01-13
Also published as: EP0049244A4; JPS5952334B2; EP0049244A1; JPS57500705A; NL8020512A; GB2089493A; WO1981002964A1; NO814166L; DK541081A; GB2089493B

Description

MODULARE INPRAROTRAUMHEIZVORRICHTUNG

Infrarotheizvorrichtungen sind zwar seit Jahren bekannt, ein Problem stellt bei diesen aber nach wie vor deren schlechte Wirkung dar. Zum Stand der Technik gehört das US-Patent 3 180 972, erteilt an D. W. Covault, das eine Heizvorrichtung für einen kleinen Tisch zeigt, die ein Gebläse, Lampen, eine Platte und Heizstäbe, über die Luft zirkuliert, enthält. Das US-Patent 3 575 582 zeigt einen elektrischen Ofen mit Lampen, einer Gebläsebaugruppe, einem Metallzylinder, die in einem Schrank untergebracht sind, wobei Luft durch das Gebläse durch und um den Zylinder geleitet wird, um Wärme aufzunehmen, die durch die Lampen erzeugt und in der verzinkten Metalleinheit konzentriert wird, um erhitzte Luft zu schaffen, die über Gitter an der Oberseite der Heizvorrichtung austritt. Weiter gehören zum Stand der Technik die folgenden US-Patente: 2 520 830, erteilt an Borzner; 2 938 101, erteilt an Borzner; 3 104 307, erteilt an Garofalow et al; 1 534 571, erteilt an Conning; 2 527 013, erteilt an Kjelgaard; 2 919 338, erteilt an Covault et al; 1 694 351, erteilt an Long; und 2 888 007, erteilt an Tabor, das Sonnenstrahlung einlassende Fenster zeigt. Aufgabe der

Erfindung ist es, den Wirkungsgrad gegenüber jedem der oben aufgeführten Systeme zu verbessern.

Die Erfindung schafft eine besondere und besonders wirksame elektrische Heizvorrichtung.

Weiter schafft die Erfindung eine einfache, aber äußerst wirksame Infrarotraumheizvorrichtung.

Weiter schafft die Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung, bei der Luft über und um Lampen und über und durch eiserne Leitungen umgewälzt wird.

Weiter schafft die Erfindung eine elektrische Raumheizvorrichtung, die eine Hülle hat, in der Infrarotlampen, ein Reflektor, ein Gebläse, eine Brechungslinse und Eisenmetalleitungen angeordnet sind und in der Luft durch das Gebläse umgewälzt wird.

Weiter schafft die Erfindung eine modulare (nach dem Baukastenprinzip ausgebildete) elektrische Raumheizvorrichtung, die eine Hülle hat mit einem Gebläse, Infrarotlampen, einem Reflektor, einer Brechungslinse, eisernen Leitungen in der Nähe der Linse, wobei Luft durch das Gebläse in die Hülle gesaugt und an den Lampen vorbei um die Linse herum und durch und um die Leitungen umgewälzt und aus der Hülle als erhitzte Luft ausgestoßen wird und wobei die Hülle in Möbelstücke, wie kleine Tische (am Sofaende) , Beistelltische und andere Haushaltsmöbel, einbaubar 1st.

Weiter schafft die Erfindung eine modulare Raumheizvorrich tung, durch die ein Weg für Umluft hindurchführt, der die Wärmeübertragung an die Umluft maximiert.

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Weiter schafft die Erfindung eine modulare Infrarotraumheizvorrichtung, durch die ein Weg für Umluft hindurchführt, der die Wärmeübertragung an die Umluft maximiert.

Weiter schafft die Erfindung eine Infrarotraumheizvorrichtung, bei der ein Gebläse, Infrarotlampen, eine Brechungslinse und eiserne Leitungen benutzt werden können und die in Gehäusen verwendet werden kann, welche zum Schaffen einer zusätzlichen Heizung übereinander gestapelt werden können.

in den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Horizontalschnittansicht nach

der Linie 1-1 von Fig. 2 der modularen Heizvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht nach der

Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der modu-

laren Heizvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 einen vergrößerten Teil einer Schnitt

ansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 einen vergrößerten Teil einer Schnitt

ansicht nach der Linie 5-5 in Fig. 1,

Flg. 6 einen vergrößerten Teil einer Schnitt-

anaicht nach der Linie 6-6 in Fig. 1,

Fig. 7 eine Ansicht des Auslaßendes der modu-

•5.

laren Heizvorrichtung,

Fig. 8 ein Schaltbild der in der modularen

Heizvorrichtung verwendeten Schaltung und

Fig. 9 einen Teil einer Schnittansicht nach

der Linie 9-9 in Fig. 6.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Teile gleiche Bezugszahlen tragen, bezeichnet die Bezugszahl 10 insgesamt das modulare Heizsystem nach der Erfindung. Das Heizsystem ist in ein metallisches, rechteckiges, kompaktes Formgehäuse 12 eingeschlossen, das in Fig. 3 in der Perspektive gezeigt ist und das beispielsweise, ohne daß darunter eine Beschränkung zu verstehen ist, 30,48 cm (one foot) hoch, 60,96 cm (two feet) lang und 38,10 cm (fifteen inches) breit sein kann. Die Größe des Gehäuses 12 kann im Rahmen der Erfindung selbstverständlich vergrößert oder verkleinert werden. In dem Gehäuse 12 ist an einem Ende gemäß den Fig. 1 und 2 ein gekapseltes Gebläse 22 angeordnet, das durch einen Elektromotor 22A angetrieben wird, bei dem es sich um einen handelsüblichen Kurzschlußläufermotor handelt, wie er beispielsweise von der Fa. Fasco Industries, Ozark, Missouri, oder von der Emerson Electric Company, St. Louis, Missouri, hergestellt wird. Typischerweise wird es sich bei dem Elektromotor der Gebläseeinheit um einen Kleinmotor handeln, und das Gebläse wird eine Förderleistung in dem Bereich von 56634 cm³/s (120 C.F.M.) haben. Die Gebläseeinheit 22 ist zwischen einem Ende des Gehäuses 12 und einem Blech 26 angeordnet, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Das Blech 26 ist ein Ende einer die Form eines rechteckigen Kastens aufweisenden Hülle 27, dio eine Htslzkamiiier 30 bildet, welche eine

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.6.

Deckwand 14, einen Boden 15, Seiten 18 und ein entgegengesetztes Ende 16 hat; die Hülle 27 befindet sich vollständig innerhalb des äußeren Gehäuses 12 und ist mit einem Abstand von wenigstens 25,4 mm (one inch) auf sämtlichen Seiten von dem Gehäuse 12 aus Sicherheitsgründen aufgehängt. Die Heizkammer 30, die durch die Hülle 27 gebildet wird, ist relativ zu dem äußeren Gehäuse 12 durch zwischen diesen angeordnete Streben (nicht dargestellt) aufgehängt. Die Gebläseeinheit 22 ist an dem Blech 26 derart befestigt, daß sie über eine Öffnung 28 in dem Blech 26 in die Heizkammer 30 bläst. In der Heizkammer 30 sind elektrische Lampenfassungen oder -halter 32 angeordnet, die an dem Blech 26 auf jeder Seite der öffnung 28 befestigt sind. Die Lampenfassungen 32 sind von der im Handel erhältlichen Bauart mit einem Innengewinde zum Erleichtern des Aufnehmens der Schraubsockel von Infrarotlampen 34. Die Lampen 34 sind im Handel von den Firmen Sylvania, General Electric oder Westinghouse erhältlich und haben vorzugsweise 250 oder 375 Watt, obgleich Lampen mit anderer Wattzahl im Rahmen der Erfindung benutzt werden könnten. Quer durch die Heizkammer 30 erstreckt sich ein Reflektor 36 derart, daß er in ständiger Berührung mit dem Boden 15 und den Seiten 18 der Kammer 30, aber von der Deckwand 14 getrennt ist, wie es in Figur 2 zu erkennen ist, damit Luft über ihn hinweggehen kann. Der Reflektor 36 hat Durchgangsöffnungen 38, durch die die Lampen 34 zum Einführen in die Lampenhalter 32 hindurchgeführt werden.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist eine vorgespannte Linse, die insgesamt mit 39 bezeichnet ist, in ständigem Kontakt mit und rechtwinkelig zu den Seiten 18 und der Deckwand 14 der Heizkammer 30 angeordnet. Die Linse 39 ist mit Abstand von dem Heizkammerboden 15 angeordnet, wie es in Fig. 2 ge-

zeigt ist, damit Luft unter ihr vorbeigehen kann. Gemäß Fig . 4 hat die Linse 39 eine Reihe von kreisförmigen, blasenförmigen oder konvexen Flächen 40, die zu den Lampen 34 hin vorstehen. Die Linse 39 ist, wie oben erwähnt, eine vorgespannte Brechungslinse aus im Handel erhältlichem Glas, beispielsweise, ohne daß darunter eine Beschränkung zu verstehen ist, aus Corning-Glas Nr. 7760. Die Linse 39 dient zum Bündeln von Infrarotstrahlung aus den Lampen 34 auf einem Eisenblech 42 und eisernen Leitungen 44, die im folgenden beschrieben sind.

Das Eisenblech 42 ist in ständigem Kontakt mit und rechtwinkelig zu den Seiten 18 und dem Boden 15 und mit Abstand von der Deckwand 14 angeordnet, damit Luft über es hinweggehen kann. Eine Reihe von Leitungen 44 aus Eisenmetall ist rechtwinkelig zu dem Blech 42 angeordnet und lediglich an diesem angeschweißt oder anderweitig befestigt. Die Anzahl der Leitungen 44 stimmt mit der Anzahl der "Blasen" 40 in der Linse 39 überein, und die Leitungen sind in einer Linie mit den "Blasen" angeordnet, so daß die Strahlung, die über jede "Blase" in der Linse 39 übertragen wird, auf dem am nächsten befindlichen Ende der ihr zugeordneten Leitung gebündelt wird. Das Blech 42 hat gemäß Fig. 5 runde Fenster 46, deren Anzahl gleich der Anzahl der "Blasen" 40 in der Linse 39 und gleich der Anzahl der Leitungen 4 4 ist. Jedes Fenster ist auf einer Seite des Bleches 42 mit der öffnung der zugeordneten Leitung 4 4 in Deckung. Somit ist jede Leitung an einem Ende an dem Umfang ihres zugeordneten Fensters derart angeschweißt oder anderweitig befestigt, daß Luft, die durch die Fenster 46 des Bleches 4 2 hindurchgeht, direkt in die zugeordneten Leitungen 44 eintritt.

Die nichtabgestützten Enden der Leitungen 44 erstrecken sich gemäß Fig. 6 durch Fenster 48 in dem Blech 16, um kurz vor einem Gitter 50 in der Endwand des Gehäuses 12 auszublasen.

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Die Fenster 48 in dem Blech 16 sind etwas größer als der Außenumfang der Leitungen 44; die Leitungen 44 erstrecken sich daher durch sie hindurch, ohne das Blech 16 zu berühren, und mit ausreichendem Spielraum, damit Luft durch die Fenster 48 in dem Blech 16 auf der Außenseite der Leitungen 44 hindurchgehen kann. Die Leitungen 44 sind abgewinkelt dargestellt, um den Inhalt der Wärmeaustauschfläche, über und durch die die Luft strömt, zu vergrößern, die Leitungen 44 könnten selbstverständlich aber auch gerade oder bei Bedarf auf andere Weise in der Länge vergrößert sein.

Neben der Gebläseeinheit 22 befinden sich Luftschlitze 24, wie in Fig. 3 dargestellt, über die die Luft so eingesaugt wird, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Das Schaltbild für die Erfindung ist in Fig . 8 gezeigt, gemäß welcher eine herkömmliche Wechselstromquelle 60 in Reihe an einen herkömmlichen Thermostaten 66 und eine Relaisspule 62 mit zugeordneten Kontakten 64 angeschlossen ist. Parallel zu der Wechselstromquelle 60 liegen, wenn die Kontakte 64 geschlossen sind, der Gebläsemotor 22A und die Lampen 34. In Reihe zu der Parallelschaltung der Lampen und des Gebläsemotors liegen ein handelsüblicher, auf 60 ⁰C (140 ⁰F) eingestellter rückstellbarer Schalter 68, wie beispielsweise das Modell L 140-2 von Texas Instruments,und ein auf 71 ⁰C (160 ⁰F) eingestellter Durchbrennschalter 70, bei dem es sich beispielsweise um das von der Minnesota Mining and Manufacturing Company hergestellte Modell RD 070-002 handelt.

Die für den Thermostaten 66 erforderlichen Spannungen können durch einen nicht dargestellten Abwärtstransformator aus der Quelle 60 oder durch eine andere Stromversorgung geliefert werden.

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Da die Gehäuse 12 so ausgelegt sind, daß sie im Betrieb übereinander gestapelt werden können, um bei Bedarf das Erzielen einer größeren Heizleistung zu erleichtern, ist eine öffnung (nicht dargestellt) in dem äußeren Gehäuse 12 und in einer der Seiten 18 vorgesehen, um das Ersetzen der Lampen 34 zu erleichtern.

Im Rahmen der Erfindung kann die Größe der Einheit offenbar verändert werden, damit diese mehr oder weniger Lampen, Gebläse, Linsen und Leitungen aufnehmen kann.

Die Größe der Leitungen kann selbstverständlich variieren, in der Praxis haben sich jedoch eiserne Leitungen mit einer Größe von 6,4 mm (quarter inch) als zufriedenstellend erwiesen. Die Leitungen 44 sind zwar oben als abgewinkelt gezeigt beschrieben, sie könnten jedoch als Schleife ausgebildet, gewendelt oder abgewinkelt als eine Reihe von W's ausgebildet sein, um den Inhalt der Wärmeübergangsfläche zu vergrößern, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Das Gehäuse 12 kann in der Form verändert werden, beispielsweise kann es Zylinder- oder Würfelform haben und in Möbelstücken, wie beispielsweise in kleinen Tischen (am Sofaende), Beistelltischen, innerhalb von Kommoden oder innerhalb jedes anderen Möbelstückes, das groß genug ist, um die räumlichen und thermischen Erfordernisse zu erfüllen, befestigt werden. Weiter kann das Gehäuse 12 selbstverständlich in Wänden, Decken oder Böden befestigt werden, sofern ausreichende Luftströmungs- und Isoliererfordernisse eingehalten werden.

Vorstehendes soll lediglich die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen. Modifizierungen, die über die oben erwähnten hinaus gehen, sind dem Fachmann möglich; die Erfindung soll daher nicht auf den genauen Aufbau und/oder die genaue

Betriebsweise beschränkt sein, die in den Figuren gezeigt und in der Beschreibung beschrieben sind. Vielmehr kann auf alle Äquivalente und Modifizierungen zurückgegriffen werden, die im Schutzumfang der beanspruchten Erfindung liegen.

Wf:nn der Thermostatschalter 66 beim Abfallen der Temperatur am Einsatzort auf eine vorbestimmte Temperatur, schließt, wird die Spule 62 erregt und schließt die Kontakte 64. Wenn letztere geschlossen sind, wird den Lampen 34 und dem Gebläsemotor 22A Strom zugeführt. Die Gebläseeinheit 22 saugt, wenn sie mit Strom versorgt wird, Luft über die mit Luftschlitzen versehene Ansaugöffnung 24 in das Gehäuse 12. Die Luft wird dann in die axiale Ansaugöffnung des Gebläses 22 gesaugt, was durch Pfeile in Fig· 1 angedeutet ist, und über die öffnung 28 in die Heizkammer 30 geblasen. In der Kammer 30 wird die Luft nach oben an den Sockeln und Hälsen der Lampen 34 vorbei und über die Oberseite des Reflektors 36 in Fig. 2 hinweg umgewälzt. Die Luft wird dann nach unten über die Kolbenenden der Lampen 34 und dann unter der Linse 39 hindurch zu dem Eisenblech 42 geleitet. Ein Teil der Luft geht dann über die Fenster 46 des Bleches 42 und tritt in die Leitungen 44 ein. Etwas Luft wird über die Oberseite des Bleches 42 (zwischen dem oberen Rand des Bleches 42 und der Deckwand 14) geleitet, und etwas Luft wird gestattet, in den Zwischenraum zwischen dem Blech 42 und dem Ende 16 über eine einstellbare öffnung 43 in dem Blech 42 nahe dem Boden 15 einzutreten, um die Luft zu regulieren, die über die Außenseiten der Leitungen 44 und durch die Fenster 48 in dem Ende 16 strömt. Die Luft wird erwärmt, wenn sie durch und über die Leitungen 44 geht, und wird über das Gitter 50 in dem Gehäuse 12 in den Raum ausgestoßen, in welchem die Einheit benutzt wird. Wenn die Raumtemperatur ausreichend ansteigt, um den Thermostaten 66 zu Öffnen und so das Relais 62 zu entregen und die Kontakte

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64 zu öffnen, werden die Lampen 34 und der Gebläsemotor 22A abgeschaltet. Der Prozeß würde dann wiederholt, wenn die Temperatur des Raumes, in welchem die Einheit benutzt wird, sinkt. Die Brechungslinse 39 dient zum Maximieren der Erhitzung der Luft in der Kammer 3 0 durch Konzentrieren der Infrarotstrahlen der Lampen 34 auf das Blech 4 2 und die Enden der Leitungen 44, die der Linse 39 am nächsten sind. Wenn das Infrarotfeld die eisernen Leitungen und das Blech 42 erhitzt, absorbiert die über diese hinweggeleitete Luft die Wärme und trägt sie über den Kanal 50 in den Raum. Selbstverständlich wird diese zirkulierende Luft etwas Wärme von den Eisenblechen 26, 18, 15, 14 und 16 zusätzlich zu der von dem Blech 42 und den Leitungen 44 absorbieren.

Claims

Zugelassene Vertreter vor dom Europaischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office

ErhardtslrassH 12, D BOOO
•/te München 5
• Dipl.-lng. Rolf Menges
Dipl.-Chem.Dr. Horst Prahl S 260 8000 München 5 Telefon (089) 26 3847
Telex 529581 BIPATd
Telegramm BIPAT München 30.11.81 IhrZeichen/Yourref. Unser Zeichen/Our ref. Datum/Date

Patentansprüche :

1J Infrarotheizvorrichtung, gekennzeichnet durch: eine Hülle mit einem Lufteinlaß und einem Luftauslaß; einer Infrarotstrahlungsquelle, die innerhalb der Hülle angeordnet ist; mehrere am Ende offene Eisenmetalleitungen, die innerhalb der Hülle zwischen der Infrarotstrahlungsquelle und dem Luftauslaß und in der Nähe der Infrarotstrahlungsquelle angeordnet sind, um durch letztere bestrahlt zu werden, wobei die Metalleitungen an einem Eisenblech an einem Ende der Leitungen befestigt und ansonsten unabgestützt sind; eine Brechungslinseneinrichtung, die in der Hülle zwischen der Infrarotstrahlungsquelle und den Metalleitungen angeordnet und eine Glasplatte ist, welche mehrere konvexe Flächen hat, von denen jede einer anderen Metalleitung zugeordnet ist, so daß der Mittelpunkt jeder konvexen Fläche in einer Linie mit der axialen Mitte ihrer zugeordneten Metalleitung ist, um dadurch die Strahlung aus der Infrarotquelle auf ihre zugeordnete Metalleitung zu bündeln; und eine Gebläseeinrichtung zum Hindurchleiten von Luft durch die Hülle von dem Lufteinlaß zu dem Luftauslaß, so daß die durch die Hülle zirkulierende Luft durch und um die Metalleitungen strömt, um von diesen Wärme aufzunehmen.

2. Infrarotheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleitungen einen runden Querschnitt haben.
3. Infrarotheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle aus wenigstens einer Infrarotlampe besteht.
4. Infrarotheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Metalleitungen sich von der Innenseite der Hülle zur Außenseite der Wände der Hülle durch den Luftauslaß hindurch erstreckt, ohne mit der Hülle in direktem Kontakt zu sein.
5. Infrarotheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenblech Fenster hat, daß das Blech zwischen der Brechungslinseneinrichtung und den Metalleitungen angeordnet ist und daß jede Metalleitung ein Ende hat, das an dem Blech befestigt ist, während das andere Ende jeder Leitung in Deckung mit einem der Fenster in dem Blech ist.
6. Infrarotheizvorrichtung, gekennzeichnet durch: eine Hülle mit einem Lufteinlaß und einem Luftauslaß; eine Infrarotstrahlungsquelle, die in der Hülle angeordnet ist; mehrere am Ende offene Eisenmetalleitungen, die in der Hülle zwischen der Infrarotstrahlungsquelle und dem Luftauslaß und in der Nähe der Infrarotstrahlungsquelle angeordnet sind, um durch letztere bestrahlt zu werden, wobei die Metalleitungen an ihrem einen Ende an einem Eisenblech befestigt und ansonsten unabgestützt sind; eine Brechungslinseneinrichtung, die in der Hülle zwischen der Infrarotstrahlungsquelle und den Metalleitungen angeordnet und eine Glasplatte ist, die mehrere konvexe Flächen auf ihrer der Infrarotstrahlungsquelle zugeordnete Fläche zum Bündeln der Strahlung aus der

Infrarotstrahlungsquelle auf die Metalleitungen hat; wobei die Metalleitungen und die konvexe Fläche in der Anzahl gleich und so angeordnet sind, daß der Mittelpunkt jeder konvexen Fläche der Achsenlinie des Endes einer anderen Metalleitung zugeordnet ist und auf der Achsenlinie liegt, wodurch die Strahlung aus der Infrarotstrahlungsquelle, die durch eine der konvexen Flächen hindurchgeht, auf eine zugeordnete Metalleitung gerichtet wird; und eine Gebläseeinrichtung zum Hindurchleiten von Luft durch die Hülle von dem Lufteinlaß zu dem Luftauslaß, so daß die durch die Hülle zirkulierende Luft durch und um die Metalleitungen strömt, um von diesen Wärme aufzunehmen.
7. Infrarotheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleitungen einen runden Querschnitt haben.
8. Infrarotheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle aus wenigstens einer Infrarotlampe besteht.
9. Infrarotheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das andere Ende der Metalleitungen von der Innenseite der Hülle zur Außenseite der Wände der Hülle durch den Luftauslaß hindurch erstreckt, ohne mit der Hülle in direktem Kontakt zu sein.
10. Infrarotheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Eisenblech Fenster gebildet sind und daß das Blech zwischen der Brechungslinseneinrichtung und den Metalleitungen angeordnet ist, wobei die Metalleitungen jeweils an einem Ende an dem Blech befestigt sind, während das andere Ende jeder Leitung mit einem der Fenster in dem Blech in Deckung ist.