DE69331143T2

DE69331143T2 - Vorrichtung zur wärmeverteilung

Info

Publication number: DE69331143T2
Application number: DE69331143T
Authority: DE
Inventors: A. Barnard; William Ragland
Original assignee: ATD Corp
Current assignee: ATD Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2013-06-09
Also published as: CZ309694A3; EP0645071A4; BR9306521A; CZ282977B6; KR100275589B1; RU2121244C1; RU94046226A; US5408071A; SK283171B6; EP0645071A1; AU664108B2; MX9303475A; WO1993026135A1; HUT68046A; JP3372545B2; CA2137787A1; JPH08501181A; ATE208991T1; DE69331143D1; PT645071E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmeverteilungsvorrichtungen und insbesondere Wärmeverteilüngsvorrichtungen, die in der Lage sind, eine gleichmäßige Wärmeverteilung über eine große Fläche von einer konzentrierten Heiz- oder Wärmequelle bereitzustellen.
Wärmeverteilungsvorrichtungen, z.B. Heizkissen, sind auf dem Fachgebiet bekannt. Diese, Vorrichtungen weisen ein Heizelement auf, z.B. einen Widerstandsheizdraht, der sich in einem Muster über die gesamte Oberfläche des Heizkissens erstreckt. Derartige Vorrichtungen sind aufgrund der erforderlichen Menge des Widerstandsheizdrahtes und der Komplexität ihrer Herstellung teuer.
Außerdem ist auf dem Fachgebiet ein von Raychem Corporation, Menlo Park, Kalifornien hergestelltes, elektrisch leitfähiges Polymer bekannt. Ein solches leitfähiges Polymermaterial ist zum Heizen von Außen-Seitenspiegeln von Kraftfahrzeugen verwendet worden.
In der GB-A-2204220 ist eine elektrische Heizvorrichtung beschrieben, wobei ein Netz aus Widerstandsdrähten innerhalb eines Stapels von Metallagen gleichmäßig verlegt ist. In der DE-A-26 27 555 wird eine elektrische Heizvorrichtung für gasförmige Medien beschrieben; der Heizkörper ist durch ein dreidimensionales Netz aus eine wärmeleitenden und wärmebeständigen Material bedeckt.
Es besteht auf dem Fachgebiet Bedarf für eine Wärmeverteilungsvorrichtung, die einfach und aus kostengünstigen Materialien herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Wärmeverteilungsvorrichtung mit einer in einem Stapel von Metallfolienlagen eingebetteten Wärmequelle bereitgestellt. Die Wärmequelle kann eine konzentrierte Wärmequelle sein, und der Stapel kann eine relativ große Oberfläche aufweisen. Die Folienlagen sind übereinander angeordnet, und die Wärmequelle ist zwischen zwei der Lagen angeordnet. Die Metallfolienlagen können durch einen oder mehrere offene Zwischenräume beabstandet sein. Beispielsweise kann der Stapel mindestens drei nichtperforierte Metallfolienlagen aufweisen, wobei jede der Lagen mehrere Erhebungen bzw. Wölbungen oder Prägungen aufweist, um Luftzwischenräume zwischen den Lagen bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Wärmequelle ein elektrisches Widerstandsheizelement auf, das derart im Stapel eingebettet ist, daß mehrere Metallfolienlagen auf einer oder auf beiden Seiten des elektrischen Widerstandsheizelements angeordnet sind. Eine oder mehrere der Metallfolienlagen können mehrere Erhebungen bzw. Wölbungen oder Prägungen aufweisen, um die Lagen zu trennen. Beispielsweise kann der Stapel zehn Lagen aufweisen, wobei auf jeder Seite des Heizelements fünf geprägte Aluminiumfolienlagen angeordnet sind.
Die Metallfolienlagen können aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, rostfreiem Stahl oder einem anderen geeigneten Metall mit einer Dicke bestehen, die es ermöglicht, daß der Stapel von Hand verformbar ist. Der Stapel kann entlang seinen Rändern geschlossen oder offen sein. Wenn der Stapel geschlossen ist, kann er ein Gas, z.B. Luft oder ein Inertgas, z.B. Argon oder Stickstoff, zwischen den Lagen aufweisen. Mindestens eine der Metallfolienlagen kann auf mindestens einer Seite davon eine schwarze Beschichtung mit einer gleichmäßigen oder einer ungleichmäßigen Dicke aufweisen. Beispielsweise kann die schwarze Beschichtung einen Teil einer Außenfläche oder die gesamte Außenfläche des Stapels bedecken. Zwischen den Metallfolienlagen des Stapels kann ein weiteres Material angeordnet sein. Beispielsweise kann dieses Material eine Menge verfitzter Metallfasern oder -streifen (z.B. aus Aluminium oder Stahlwolle) oder ein anderes Material aufweisen, z.B. Glas, und/oder eine oder mehrere Lagen eines Materials mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit (z.B. flammenhemmendes Polyester, feuerfestes Papier, Glasfaser-Vliesstoff, Keramik-Vliesstoff, usw.).
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Wärmequelle aufweisen: ein elektrisches Widerstandsheizelement, z.B. ein starres oder flexibles stangen- oder stabförmiges Element oder einen Draht aus Widerstandsheizmaterial, einen elektrisch leitfähigen Metallstab oder einen elektrisch leitfähigen Draht, der mit eine Lage aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material beschichtet ist, ein elektrisch leitfähiges Polymermaterial oder ein anderes geeignetes Material oder ein rohrförmiges Element für ein fluidförmiges Heizmedium, z.B. Gas oder Wasser. Beispielsweise kann das Heizelement aus einem sich gerade erstreckenden elektrischen Widerstandsheizstab mit einem Durchmesser von 0,32 cm (1/8 Zoll) bestehen, wobei der Stapel mindestens 15,34 cm (6 Zoll) breit sein kann.
Obwohl in der vorliegenden Erfindung verschiedenartige Wärmequellen verwendbar sind, hat sich gezeigt, daß durch Ni-Chrom-Draht und andere nichtisolierte drahtförmige Heizelemente kosteneffektive Heizelemente bereitgestellt werden.
Weil diese nichtisolierten drahtförmigen Heizelemente kurzgeschlossen werden können, wenn ihnen ermöglicht wird, mit der Metallfolie in Kontakt zu kommen, kann ein Rohr aus Glas oder aus einem anderen elektrisch isolierenden Material in den die Wärmequelle umschließenden Metallfolienlagen angeordnet sein. Das Glasrohr wird verhindern, daß der Draht mit der Metallfolie in Kontakt kommt, und gleichzeitig ermöglichen, daß Energie durch Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung zur Metallfolie übertragen wird.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung besteht darin, daß eine relativ kleine Wärmequelle verwendet werden kann, um Wärme gleichmäßig über eine große Fläche zu verteilen. Beispielsweise kann die Wärmequelle dazu geeignet sein, die äußerste Lage des Stapels zu erwärmen, so daß ihre Temperatur um mindestens 38ºC (100ºF) auf eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur ansteigt, die an einer beliebigen Stelle auf der äußersten Lage um nicht mehr als ±2,8ºC (±5ºF) schwankt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine hochintensive Wärmequelle verwendet werden kann, um Wärme bei einer weitaus niedrigeren Temperatur zu verteilen. D.h., der Stapel kann Temperaturdifferenzen von über 38ºC (100ºF) oder sogar 94ºC (200ºF) und mehr zwischen dem Heizelement und der Außenlage des Stapels aufrechterhalten. Beispielsweise kann der Stapel eine Temperaturdifferenz von mindestens 94ºC (200ºF) zwischen der Außenlage und dem Heizelement aufrechterhalten, wenn der Stapel vier Metallfolienlagen zwischen der Wärmequelle und der Außenlage aufweist und das elektrische Widerstandsheizelement auf mindestens 206ºC (400ºF) erwärmt ist.

Kurzbeschreibung dar Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung;
Fig. 3 zeigt eine Längsschnittansicht eines Teils der Wärmeverteilungsvorrichtung von Fig. 2;
Fig. 4 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung;
Fig. 5 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer noch anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung;
Fig. 6 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer auf der Rückseite eines Spiegels angeordneten erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung;
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung, wobei die Wärmequelle eine rohrförmige Heizvorrichtung aufweist;
Fig. 8 zeigt eine Seitenquerschnittansicht entlang der Linie ViII-ViII in Fig. 9 einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung, wobei ein Widerstandsheizfaden sich durch beide Enden eines Rohrs erstreckt;
Fig. 9 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie IX-IX in Fig. 8 in Draufsicht;
Fig. 10 zeigt eine Seiten-Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung entlang der Linie X-X in Fig. 11, wobei beide Enden eines Widerstandsheizfadens sich durch ein Ende eines Rohrs erstrecken; und
Fig. 11 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie XI-XI in Fig. 10 in Draufsicht.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Wärmestrahlungs- bzw. Wärmeverteilungsvorrichtung mit mehreren Lagen aus einem Material bereitgestellt, das Wärme lateral überträgt. Insbesondere bilden die Lagen einen Stapel und sind durch isolierende Zwischenräume zwischen den lateral wärmeleitenden Lagen getrennt, so daß Wärme von einer konzentrierten Wärmequelle gleichmäßig über eine oder beide der äußersten Lagen verteilt wird. Die gleichmäßige Wärmeverteilung kann außerdem dadurch unterstützt werden, daß die Kontaktfläche zwischen den wärmeleitenden Lagen verändert wird, so daß ein Wärmefluß senkrecht zu den Verbundlagen auf den Bereich der Wärmequelle begrenzt ist. Der Wärmefluß zwischen den Lagen kann in einem Abstand von der Wärmequelle dadurch erhöht werden, daß die Kontaktfläche zwischen den wärmeleitenden Lagen vergrößert und/oder der Isolierwert zwischen den Lagen vermindert wird. Beispielsweise kann dies erreicht werden, indem die Größe und die Form von Wölbungen oder Prägungen in den Lagen verändert und/oder diskrete Einsätze zwischen den Lagen bereitgestellt werden, wenn eine Luftzwischenraumisolierung verwendet wird.
In Tests, die bezüglich erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtungen ausgeführt wurden, wurde ein wesentlicher Wärmefluß am offenen Rand getesteter Schichtkörper festgestellt. Der Wärmefluß war wesentlich reduziert, wenn der Rand auf sich selbst zurückgefaltet bzw. umgefalzt wurde. Ein gequetschter Rand (z.B. der zusammengedrückte Rand des Schichtkörpers) zeigte noch immer eine wesentliche Infrarotstrahlungsmenge. Insbesondere erzeugt ein Schichtkörper mit einem offenen Rand bei Verwendung einer 504ºC- (932ºF) Wärmequelle eine Strahlungs-Leistungsdichte von 1000 W/m² bei einer Abmessung von 15,24 cm (6") und von 500 W/m² bei einer Abmessung von 30,48 cm (12"). Ein Schichtkörper mit einem geschlossenen Rand erzeugt bei Verwendung einer 504ºC- (932ºF) Wärmequelle eine Strahlungs-Leistungsdichte von 130 W/m² bei einer Abmessung von 15, 24 cm (6"). Die Leistungsdichte der Oberflächenstrahlung betrug 44 W/m².
Der Wärmefluß von einem offenen Rand nahm, möglicherweise aufgrund des größeren Einflusses von Strahlung, die in den Schichtkörper zurückreflektiert wird, wenn mehr Wölbungen oder Prägungen im (IR-) Lichtpfad angeordnet sind, mit zunehmendem Abstand des Randes von der Wärmequelle linear ab.
Das Material kann in verschiedenen Mustern geprägt sein, um einen im wesentlichen flachen Schichtkörper zu erhalten. Wenn ein konischer oder sich verjüngender Schichtkörper verwendet wird, kann das geprägte Material in verschiedenen Mustern gequetscht werden, um den Isolationswert zwischen Lagen zu reduzieren. Es kann jedoch erwünscht sein, über eine große Oberfläche eine konstante Oberflächentemperatur von einer konzentrierten Wärmequelle zu erhalten. Wenn das lateral wärmeleitende Material ein geringes Oberflächenemissionsvermögen aufweist, kann die Gleichmäßigkeit der Oberflächentemperatur unterstützt werden, indem eine oder beide Oberflächen jeder Lage in von der Wärmequelle entfernten Bereichen lackiert oder anderweitig beschichtet werden, um den Wärmefluß zwischen den Lagen zu verbessern. Durch vollständiges Schwarzlackieren von Lagen wird der Wärmefluß von der Wärmequelle zur Umgebung erhöht. Durch Schwärzen der Lagen des oberen Abschnitts einer Lagenstruktur, in der eine Wärmequelle zwischen jeweils gleich vielen Folienlagen angeordnet ist, kann die Wärme zur geschwärzten Seite hin gerichtet werden, und es kann noch immer eine relativ gleichmäßige Oberflächentemperatur erhalten werden.
Die Fig. 1-6 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die erfindungsgemäße Wärmeverteilungsvorrichtung 1 weist eine Wärmequelle 2 und einen Stapel 3 aus Metallfolienlagen 4, 5 auf, wobei die Folienlagen übereinander angeordnet sind. Mindestens einige der Metallfolienlagen sind ausreichend voneinander beabstandet, um eine Wärmekonvektion oder Wärmeströmung dazwischen zu ermöglichen. Die Wärmequelle 2 ist zwischen Metallfolienlagen so eingebettet, daß mehrere Metallfolienlagen auf einer Seite der Wärmequelle angeordnet sind und mindestens eine Metallfolienlage sich auf einer entgegengesetzten Seite der Wärmequelle befindet.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Wärmequelle 2 zwischen einer äußersten Metallfolienlage 5 und einer inneren Metallfolienlage 4 angeordnet. Um eine Wärmekonvektion zwischen den Metallfolienlagen bereitzustellen, können die Lagen geprägt sein, so daß die Lagen miteinander in Punktkontakt stehen. Um zu verhindern, daß Lagen sich verschachteln oder ineinander greifen, kann das Prägemuster zwischen den Lagen verschieden sein. Beispielsweise können die inneren Lagen 4 ein Rautenmuster aufweisen, wobei die Positionen der Wölbungen oder Prägungen um 0,51 cm (0,2") voneinander beabstandet sind. Um ein Ineinandergreifen der inneren Lagen 4 zu verhindern, kann das Prägemuster jeder Lage in eine andere Richtung ausgerichtet sein. Beispielsweise kann eine der inneren Lagen 4 ein Rautenmuster aufweisen, in dem die Punkte entlang Linien angeordnet sind, die senkrecht zueinander verlaufen, und die benachbarte innere Lage 4 kann ein Rautenmuster aufweisen, in dem die Punkte entlang Linien angeordnet sind, die unter einem spitzen Winkel zueinander verlaufen. Beispielsweise könnte der spitze Winkel 22 Grad betragen. Die geeignete Auswahl des Prägemusters ist für Fachleute offensichtlich.
Die äußerste Lage 5 an der Ober- und/oder Unterseite des Stapels 3 kann geprägt oder flach sein. Beispielsweise kann die äußerste Lage 5 ein Rautenmuster aufweisen, in dem die Punkte um 1,27 cm (0,5") voneinander beabstandet sind. In Abhängigkeit von der Verwendung der Wärmeverteilungsvorrichtung 1 kann es wünschenswert sein, eher eine flache als eine geprägte Außenfläche auf der Ober- und/oder Unterseite des Stapels 3 bereitzustellen.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Wärmequelle 2 in der Nähe einer der äußersten Lagen 5 des Stapels 3 angeordnet. Es kann jedoch wünschenswert sein, die Wärmequelle in der Mitte eines Metallfolienstapels anzuordnen, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Anordnung von Fig. 1 kann zu einem unerwünschten Wärmeverlust über die äußerste Lage 5 führen, die am nächsten zur Wärmequelle 2 angeordnet ist. Ein solcher Wärmeverlust kann jedoch durch Unterlegen oder Hinterlegen der äußersten Lage 5 mit einem geeigneten Isoliermaterial kompensiert werden.
Die Wärmeverteilungsvorrichtung 1 kann einen offenen Rand 6 aufweisen (wie in Fig. 2 dargestellt) oder einen geschlossenen Rand 7 (wie in Fig. 3 dargestellt). Der geschlossene Rand 7 kann durch Zusammendrücken des Rands des Stapels und/oder durch Befestigen der Lagen durch eine geeignete Einrichtung, z.B. durch Klammern oder Klemmen, einen Klebstoff, usw. ausgebildet werden. Der gesamte Außenumfang des Stapels 3 kann offen sein, oder ein Teil des Außenrandes oder der gesamte Außenrand kann geschlossen sein. Außerdem kann die Wärmequelle 2, wie in Fig. 3 dargestellt, sich geradlinig durch den Stapel 3 erstrecken, wobei ein freies Ende der Wärmequelle 2 bezüglich eines Außenrandes des Stapels innen angeordnet ist. Natürlich kann die Wärmequelle auch andere Konfigurationen aufweisen, und das freie Ende oder die Enden der Wärmequelle können außerhalb des Stapels 3 angeordnet sein.
Wie in Fig. 4 dargestellt, kann die Wärmeverteilungsvorrichtung 1 ein von einer Metallfolie verschiedenes Material aufweisen. Beispielsweise kann zwischen den der Wärmequelle 2 zugewandten inneren Lagen 4 Metallwolle 8 angeordnet sein. Die Metallwolle 8 kann auch zwischen inneren Lagen 4 und/oder zwischen den äußersten Lagen 5 und den benachbarten inneren Lagen 4 angeordnet sein.
Fig. 5 zeigt eine andere Anordnung der Wärmeverteilungsvorrichtung 1. In diesem Fall ist die Wärmequelle 2 zwischen benachbarten inneren Lagen 4 angeordnet, und zwischen den inneren Lagen 4 und den äußersten Lagen 5 ist ein Isoliermaterial 9 angeordnet. Die äußersten Lagen 5 können flach sein (wie in Fig. 5 dargestellt), oder die äußersten Lagen 5 und/oder die inneren Lagen 4 können geprägt sein, wie vorstehend beschrieben.
Fig. 6 zeigt eine Anwendung, wobei die Wärmeverteilungsvorrichtung 1 zum Heizen eines Spiegels verwendet wird. Insbesondere ist eine äußerste Lage 5 flach und durch einen Klebstoff 10 mit der Rückseite eines Außen-Seitenspiegels 11 eines Fahrzeugs verbunden. Die Lagen 4 können aus einer 0,005 cm (0,002") dicken Aluminiumfolie bestehen, und einige der Lagen können Prägemuster aufweisen, die umgekehrt sind, d.h. die Punkte erstrecken sich voneinander weg. Die äußersten Lagen 5 können aus 0,01 cm (0,004") dicker Aluminiumfolie bestehen, und die dem Spiegel 11 zugewandte Lage 5 kann um die andere äußerste Lage 5 gefaltet oder gefalzt sein, um einen geschlossenen Rand bereitzustellen. Die inneren Lagen 4 werden vorzugsweise lose im geschlossenen Rand gehalten, d.h., die Lagen 4, 5 sind (weder metallurgisch noch auf andere Weise) miteinander verbunden. Die elektronischen Komponenten, z.B. ein Thermistor zum Verhindern des Überhitzens der Heizvorrichtung 2a, sind nicht dargestellt. Die Wärmequelle kann einen einzelnen, dünnen, U-förmigen Streifen 22 aus einem isolierten elektrischen Widerstandsheizmaterial aufweisen, wie beispielsweise ein zum Herstellen von Heizfäden in einem elektrischen Toaster verwendetes Material (Nichrom). Solche Heizfäden können Temperaturen von 542ºC (1000ºF) erreichen, wenn sie erfindungsgemäß als Heizelement verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß ein Heizelement mit einem Widerstand von 6 52, das bei 12 Volt eine Leistung von 24 Watt erzeugt, ausreichend ist, um den Spiegel 11 innerhalb von 2 Minuten von -36ºC auf 0ºC (von -32ºF auf +32ºF) aufzuheizen.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungsvorrichtung. Insbesondere weist die Wärmequelle 2 eine rohrförmige Heizvorrichtung (die einer zum Heizen elektrischer Öfen verwendeten Heizvorrichtung ähnlich ist) auf, und die Heizvorrichtung erstreckt sich geradlinig in die Mitte des Stapels 3, wobei ein freies Ende der Heizvorrichtung von einem Rand des Stapels nach innen beabstandet ist.
Fig. 8 zeigt eine Seiten-Querschnittansicht einer Anordnung, bei der die erfindungsgemäße Wärmeverteilungsvorrichtung 1 einen elektrischen Widerstandsheizfaden 12 aufweist, der durch elektrisch isolierende Abstandsstücke 14 innerhalb eines Rohrs 13 gehalten wird. Das Rohr ist im Stapel 3 der Metallfolien 4 vollständig eingebettet, und der Heizfaden 12 erstreckt sich durch beide Enden des Rohrs, wobei ein Ende des Heizfadens sich aus einer Seite des Stapels 3 heraus erstreckt und das andere Ende des Heizfadens sich aus der anderen Seite des Stapels heraus erstreckt. Fig. 9 zeigt eine Querschnittansicht des in Fig. 8 dargestellten Stapels in Draufsicht.
Fig. 10 zeigt eine Seiten-Querschnittansicht einer anderen Anordnung, wobei beide Enden des Heizfadens 12 sich durch ein Ende des Rohrs 13 erstrecken. Fig. 11 zeigt eine Querschnittansicht des in Fig. 10 dargestellten Stapels in Draufsicht.
Ein Material für den Heizfaden 12, das sich als besonders effektiv erwiesen hat, ist eine Metallegierung, die Nickel und Chrom enthält. Dieser Heizfadenmaterialtyp wird im allgemeinen als Ni-Chrom- (oder Nichrom) Draht bezeichnet und weist ausgezeichnete Wärmestrahlungseigenschaften auf und ist darüber hinaus wärmebeständig. Außer Ni-Chrom-Draht könnte jedoch auch ein beliebiges anderes wärmeerzeugendes Fadenmaterial verwendet werden. Der im Inneren des Rohrs angeordnete Abschnitt des Heizfadens kann unisoliert sein, d.h. er muß keine Schutzschicht aufweisen. Außerhalb des Rohrs angeordnete Abschnitte des Heizfadens weisen vorzugsweise eine Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf, z.B. aus Keramik, Teflon oder Fiberglas.
Das Rohr 13 kann aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Material hergestellt sein, z.B. aus Glas, Keramik, Fiberglas, keramikbeschichtetem Fiberglas oder nichtleitfähigem Kunststoff. Das Rohr 13 kann in verschiedenen Querschnittsformen ausgebildet sein, es kann z.B. einen runden, einen quadratischen oder einen sechseckigen Querschnitt aufweisen. Es hat sich gezeigt, daß ein zylinderförmiges Rohr mit einem Durchmesser von 0, 48 cm (3 /16") besonders geeignet ist.
Das Rohr 13 wird vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Material hergestellt, z.B. aus Pyrex-Glas. Der Heizfaden 12 wird dann in das Innere des Rohrs 13 eingeführt. Der Zwischenraum zwischen dem Heizfaden 12 und der Innenwand des Rohrs 13 ermöglicht es dem Heizfaden 12, seine Form zu ändern, z.B. durch Wärmeausdehnung und Kontraktion. Obwohl der Heizfaden einfach an der Innenfläche des Rohrs 13 anliegen kann, hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, den Heizfaden 12 durch Abstandsstücke 14 zu halten, um einen Zwischenraum zwischen dem Heizfaden 12 und den Wänden des Rohrs 13 bereitzustellen. Die Abstandsstücke 14 können an jedem Ende des Rohrs 13 angeordnet sein und/oder entlang der Länge des Rohrs 13, um den Heizfaden 12 zu halten. Der Heizfaden kann jedoch auch ohne Abstandsstücke 14 im Rohr gehalten werden. Beispielsweise kann der Heizfaden lose im Rohr 13 gehalten werden, und das offene Ende bzw. die offenen Enden des Rohrs können durch ein elektrisch isolierendes Material geschlossen sein, z.B. durch Hochtemperatur-Silikonkautschuk.
Das Rohr 13 kann evakuiert oder mit verschiedenen Fluids gefüllt sein, z.B. mit Luft, Stickstoff, einem Inertgas und/oder anderen Gasen. Das Rohr 13 kann außerdem mit Flüssigkeiten gefüllt werden, z.B. mit Wasser, Öl, und/oder mit dielektrischen Fluids. Alternativ kann der Heizfaden 12 weggelassen werden, und das Rohr 13 kann verwendet werden, um ein erwärmtes Fluidmedium, z.B. Heißwasser oder -dampf, in Umlauf zu bringen.
Der Heizfaden 12 kann außerdem ohne das Rohr 3 im Stapel 3 gehalten werden, indem in der Wärmeverteilungsvorrichtung 1 z.B. ein Durchlaß zum Aufnehmen des Heizfadens 12 ausgebildet wird, wobei der Heizfaden gegebenenfalls durch Abstandsstücke 14 im Stapel gehalten werden könnte. Die Seiten des Durchlasses im Stapel 3 können mit einem Isoliermaterial beschichtet sein, z.B. mit Gummi oder Kunststoff, um zu verhindern, daß der Heizfaden 12 durch die Ränder der an den Durchlaß angrenzenden Metallfolienlagen 4, 5 kurzgeschlossen wird.
Der Heizfaden kann durch einen herkömmlichen Hochtemperaturdraht mit einer elektrisch isolierenden Außenbeschichtung an eine elektrische Leistungsversorgung angeschlossen werden. Der Heizfaden und der Draht können durch eine mechanische Verbindung oder durch ein metallurgisches Verbindungsverfahren, z.B. durch Löten, miteinander verbunden sein. Der Heizfaden kann durch elektrische Gleichspannungs- oder Wechselspannungsleistung erwärmt werden.
Die folgenden Beispiel zeigen Aspekte der Erfindung

Beispiel 1

Eine sich geradlinig erstreckende rohrförmige elektrische Widerstandsheizvorrichtung mit einem Außendurchmesser von 0,32 cm und einer Länge von 127 cm (Außendurchmesser 1/8", Länge 50") war vollständig in der Mitte zweier Lagenstrukturen mit den Abmessungen 15, 24 cm · 132, 08 cm (6" · 52") angeordnet, so daß die Enden der Heizvorrichtung bezüglich entgegengesetzten Rändern der 15,24 cm (6") langen Seiten des aus den Lagenstrukturen und der Heizvorrichtung gebildeten Schichtkörpers um 2,54 cm (1") nach innen beabstandet waren. Jede der Lagenstrukturen wies fünf geprägte Aluminiumfolienlagen (Dicke 2 Mil (1 Mil = 2,54 · 10&supmin;³ cm)) auf, und die Außenränder jedes Schichtkörpers waren mechanisch miteinander verbunden. Es war Ziel, durch Zuführen von Wärme von einer relativ kleinen Wärmequelle eine gleichmäßige Temperatur über den Schichtkörper zu erzeugen. Die Ergebnisse von Temperaturmessungen sind in Tabelle 1 dargestellt. Während dieser Messungen lag die Unterseite des Schichtkörpers auf einer Halterung auf, und die Oberseite des Schichtkörpers war stillstehender Luft mit einer Temperatur von etwa 21ºC (70ºF) ausgesetzt. Temperaturen wurden in der Mitte der Oberseite (T&sub1;), am Außenrand der Oberseite einer der 132,08 cm (52") langen Seiten (T&sub2;), in der Mitte der Unterseite (T&sub3;), an der Wärmequelle (T&sub4;) und am Außenrand der Unterseite einer der 132,08 cm (52") langen Seiten (T&sub5;) gemessen. In diesem Fall wurden die Temperaturen T&sub2; und T&sub5; etwa 7,62 cm (3") von der Wärmequelle entfernt gemessen. Bei einer zweiten Schichtstruktur war die Unterseite schwarz lackiert, und bei einer dritten Schichtstruktur war die Oberseite schwarz lackiert. Tabelle 1

Beispiel 2

Eine sich geradlinig erstreckende rohrförmige elektrische Widerstandsheizvorrichtung mit einem Außendurchmesser von 0,32 cm und einer Länge von 127 cm (Außendurchmesser 1/8", Länge 50") war vollständig in der Mitte zweier Lagens trukturen ml t den Abmes sungen 15,24 cm · 13 4, 62 cm (6" · 53"), zweier Lagenstrukturen mit den Abmessungen 30,48 cm · 134,62 cm (12" · 53"), zweier Lagenstrukturen mit den Abmessungen 45,72 cm · 134,62 cm (18" · 53") und zweier Lagenstrukturen mit den Abmessungen 60,96 cm · 134,62 cm (24" · 53") angeordnet. Die Enden der Heizvorrichtung waren bezüglich entgegengesetzten Rändern der 15,24 cm (6") langen Seiten, bezüglich der 30, 48 cm (12") langen Seiten, der 45,72 cm (18") langen Seiten bzw. der 60,96 cm (24") langen Seiten der Schichtkörper um 3,81 cm (1,5") nach innen beabstandet. Jede der Lagenstrukturen wies fünf geprägte Aluminiumfolienlagen (Dicke 2 Mil (1 Mil = 2,54 · 10&supmin;³ cm)) auf, und die Außenränder der Schichtkörper waren mechanisch miteinander verbunden. Es war Ziel, durch Zuführen von Wärme von einer relativ kleinen Wärmequelle eine gleichmäßige Temperatur über jeden Schichtkörper zu erzeugen. Die Ergebnisse von Temperaturmessungen sind in Tabelle 2 dargestellt. Während dieser Messungen lag die Unterseite des Schichtkörpers auf einer Halterung auf, und die Oberseite des Schichtkörpers war stillstehender Luft mit einer Temperatur von etwa 21ºC (70ºF) ausgesetzt. Temperaturen wurden in der Mitte der Oberseite (T&sub1;), am Außenrand der Oberseite einer der 134,62 cm (53") langen Seiten (T&sub2;), in der Mitte der Unterseite (T&sub3;), an der Wärmequelle (T&sub4;), am Außenrand der Unterseite einer der 134,62 cm (53") langen Seiten (T&sub5;) und an einer Position zwischen den Meßpositionen für die Temperaturen T&sub1; und T&sub2; gemessen (T&sub6;). In diesem Fall wurden die Temperaturen T&sub2; und T&sub5; im 15, 24 cm (6") breiten Schichtkörper etwa 7, 62 cm (3") von der Wärmequelle entfernt gemessen, im 30, 48 cm (12") breiten Schichtkörper 15,24 cm (6") von der Wärmequelle entfernt, im 45,72 cm (18") breiten Schichtkörper 22,86 cm (9") von der Wärmequelle entfernt und im 60, 96 cm (24") breiten Schichtkörper 30, 48 cm (12") von der Wärmequelle entfernt. Tabelle 2

Beispiel 3

Eine sich geradlinig erstreckende rohrförmige elektrische Widerstandsheizvorrichtung mit einem Außendurchmesser von 0,32 cm und einer Länge von 127 cm (Außendurchmesser 1/8", Länge 50") war vollständig in der Mitte zweier Lagenstrukturen mit den Abmessungen 20,32 cm · 20,32 cm (8" · 8") und zweier Lagenstrukturen mit den Abmessungen 60,96 cm · 60,96 cm (24" · 24") angeordnet, so daß die Enden der Heizvorrichtung sich über entgegengesetzte Ränder der Lagenstrukturen hinaus erstreckten. Jede der Lagenstrukturen wies fünf geprägte Aluminiumfolienlagen (Dicke 2 Mil (1 Mil = 2,54 · 10&supmin;³ cm)) auf, und die Außenränder jedes der Schichtkörper waren mechanisch miteinander verbunden. Es war Ziel, durch Zuführen von Wärme von einer relativ kleinen Wärmequelle eine gleichmäßige Temperatur über jeden der Schichtkörper zu erzeugen. Die Ergebnisse von Temperaturmessungen sind in Tabelle 3 dargestellt. Während dieser Messungen lag die Unterseite jedes Schichtkörpers auf einer Halterung auf, und die Oberseite des Schichtkörpers war stillstehender Luft mit einer Temperatur von etwa 21ºC (70ºF) ausgesetzt. Temperaturen wurden in der Mitte der Oberseite (T&sub1;), am Außenrand der Oberseite einer der parallel zur Wärmequelle verlaufenden Seiten (T&sub2;), in der Mitte der Unterseite (T&sub3;), an der Wärmequelle (T&sub4;), am Außenrand der Unterseite einer der parallel zur Wärmequelle verlaufenden Seiten (T&sub5;) und an einer Position zwischen den Meßpositionen für die Temperaturen T&sub1; und T&sub2; (T&sub6;) gemessen. In diesem Fall wurden die Temperaturen T&sub2; und T&sub5; im Schichtkörper mit den Abmessungen 20,32 cm · 20,32 cm (8" · 8") etwa 10,16 cm (4") von der Wärmequelle entfernt gemessen und im Schichtkörper mit den Abmessungen 30,48 cm · 30, 48 cm (12" · 12") etwa 30, 48 -cm (12") von der Wärmequelle entfernt gemessen. Tabelle 3

Beispiel 4

Eine sich geradlinig erstreckende rohrförmige elektrische Widerstandsheizvorrichtung mit einem Außendurchmesser von 0,32 cm und einer Länge von 127 cm (Außendurchmesser 1/8", Länge 50") war vollständig in der Mitte zweier Lagenstrukturen mit den Abmessungen 15, 24 cm · 134, 62 cm (6" · 53") angeordnet, so daß die Enden der Heizvorrichtung bezüglich entgegengesetzten Rändern der 15,24 cm (6") langen Seiten der Lagenstrukturen um 3,81 cm (1,5") nach innen beabstandet waren. Jede der Lagenstrukturen wies fünf geprägte Aluminiumfolienlagen (Dicke 2 Mil (1 Mil = 2,54 · 10&supmin;³ cm)) auf, und die Außenränder der Schichtkörper waren mechanisch miteinander verbunden. Es war Ziel, durch Zuführen von Wärme von einer relativ kleinen Wärmequelle eine gleichmäßige Temperatur über jeden Schichtkörper zu erzeugen. Die Ergebnisse von Temperaturmessungen sind in Tabelle 4 dargestellt. Während dieser Messungen lag die Unterseite jedes Schichtkörpers auf einer Halterung auf, und die Oberseite jedes Schichtkörpers war stillstehender Luft mit einer Temperatur von etwa 21ºC (70ºF) ausgesetzt. Temperaturen wurden in der Mitte der Oberseite (T&sub1;), am Außenrand der Oberseite einer der 134, 62 cm (53") langen Seiten (T&sub2;), in der Mitte der Unterseite (T&sub3;), an der Wärmequelle (T&sub4;) und am Außenrand der Unterseite einer der 134, 62 cm (53") langen Seiten (T&sub5;) gemessen. In diesem Fall wurden die Temperaturen T&sub2; und T&sub5; etwa 7,62 cm (3") von der Wärmequelle entfernt gemessen. Bei einem der Schichtkörper waren die Oberseite und die Unterseite der oberen Lagenstruktur schwarz lackiert. Bei dem anderen Schichtkörper war die Oberseite der oberen Lagenstruktur schwarz lackiert, und die Oberseite der unteren Lagenstruktur war schwarz lackiert. Tabelle 4

Claims

1. Vorrichtung (1) zur Wärmeverteilung mit:

einer Wärmequelle (2) und

einem Stapel (3) von Lagen (4, 5) aus Metallfolie, wobei die Folienlagen übereinander angeordnet sind, die Metallfolienlagen (4, 5) ausreichend voneinander beabstandet sind, um zwischen diesen eine thermische Konvektion zu ermöglichen, wobei die Wärmequelle (2) zwischen Metallfolienlagen (4, 5) derart eingeschlossen sind, daß mehrere Metallfolienlagen (4, 5) auf einer ersten Seite der Wärmequelle (2) und mindestens eine Metallfolienlage (5) auf einer zweiten Seite der Wärmequelle (2) sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (2) eine lokalisierte und konzentrierte Wärmequelle (2) im Vergleich zum Bereich des Lagenstapels ist, und wobei die Wärmequelle in einem Bereich angeordnet ist, der im Vergleich mit dem Oberflächenbereich des Lagenstapels (3, 4, 5) lokalisiert und konzentriert ist.

2. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei mehrere Metallfolienlagen (4, 5) auf beiden Seiten der Wärmequelle (2) angeordnet sind.

3. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Metallfolienlage (4, 5) darin ein Prägemuster aufweist, das die Lagen voneinander trennt, um in dem Zwischenraum dazwischen eine thermische Konvektion zu ermöglichen und um eine Wärmeleitung an beabstandeten Berührungspunkten zwischen den Prägungen und einer benachbarten Lage (4, 5) zu schaffen.

4. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei jede der Metallfolienlagen (4, 5) ein Prägemuster darin aufweist, um in Zwischenräumen zwischen den Prägungen eine thermische Konvektion zu ermöglichen und an Berührungspunkten zwischen den Prägungen und einer benachbarten Lage eine Wärmeleitung zu ermöglichen.

5. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei eine der Metallfolienlagen (4, 5) auf der ersten Seite der Wärmequelle (2) eine äußerste Lage (5) ist, die flach ausgebildet ist.

6. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Metallfolienlagen (4, 5) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.

7. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Metallfolienlagen (4, 5) nichtmetallurgisch miteinander verbunden sind.

8. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Metallfolienlagen (4, 5) auf mindestens einer ihrer Seiten eine schwarze Beschichtung aufweist.

9. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die schwarze Beschichtung die äußere Fläche (5) des Stapels (3) abdeckt.

10. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Stapel (3) zwischen mindestens einigen der Metallfolienlagen ein isolierendes Material (8, 9) aufweist.

11. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Stapel (3) zwischen mindestens einigen der Metallfolienlagen (4, 5) Metallwolle (8) aufweist.

12. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei das isolierende Material (8, 9) eine oder mehrere Lagen (9) aus elektrisch nicht leitendem Material aufweist.

13. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle (2) ein elektrisches Widerstandsheizelement mit einem Stab (2) oder Draht (2a,12) aus Widerstandsheizmaterial aufweist.

14. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei das elektrische Widerstandsheizelement einen elektrisch leitfähigen Metallstab (2) oder Draht (2a,12) aufweist, der mit einer Lage aus nicht elektrisch leitfähigem Material beschichtet ist.

15. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei der Stab (2) oder der Draht (2a, 12) ein freies Ende aufweist, das einwärts von einem äußeren Umfang des Stapels (3) beabstandet ist.

16. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle (2) eine Leitung (13) aufweist, in der erwärmtes Gas oder Flüssigkeit zirkulieren kann.

17. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei das elektrische Widerstandsheizelement (2) ein elektrisch leitfähiges Polymermaterial aufweist.

18. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13, ferner mit einem Seitensichtspiegel (11) eines Fahrzeugs, wobei die Metallfolienlagen (4, 5) auf der einen Seite der Wärmequelle (2) an einer Rückseite des Spiegels (11) befestigt sind.

19. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine der Metallfolienlagen (4, 5) eine äußerste Lage (5) des Stapels (3) aufweist und die Metallfolienlagen (4) zwischen der Wärmequelle (2) und der äußersten Lage verhindern, daß die äußerste Lage (5) eine Temperatur erreicht, die höher ist als 94ºC (200ºF), wenn die Wärmequelle (2) auf 206ºC (400ºF) erwärmt wird.

20. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei eine der Metallfolienlagen (4, 5) eine äußerste Lage (5) des Stapels (3) aufweist und die Temperatur der äußersten Lage (5) um rächt mehr als ±2, 8ºC (±5ºF) an jeder Stelle auf der äußersten Lage (5) variiert, wenn die Wärmequelle (2) die äußerste Lage (5) von einer ersten Temperatur zu einer zweiten Temperatur erwärmt, die mindestens 38ºC (100ºF) höher ist als die erste Temperatur.

21. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle (2) einen elektrischen Widerstandsheizfaden (12) innerhalb eines Rohrs (13) aufweist.

22. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 21, wobei der Faden (12) einen Ni-Chrom-Draht aufweist.

23. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 21, wobei das Rohr (13) ein Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Glas, Pyrex, Keramik, Faserglas und Kunststoff besteht.

24. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 21, wobei der Faden (12) in dem Rohr (13) durch mindestens einen Abstandshalter gehaltert ist.

25. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 21, wobei das Rohr (13) ein Gas, Flüssigkeit oder Vakuum enthält, das den Faden umgibt.

26. Wärmeverteilungsvorrichtung (1) nach Anspruch 21, wobei der Faden (12) durch entgegengesetzte Enden (14) des Rohrs (13) oder nur durch ein Ende (14) des Rohrs (13) führt.