DE834578C - Elektrische Heizvorrichtung - Google Patents

Description

• Elektrische Heizvorrichtung 1?s ist bekannt, claß Lufträume, auch schon ganz schmale Luftspalte von Bruchteilen von Millimetern den Wärmeübergang erschweren. In diesen Lufträumen tritt ein hohes Wärmegefälle auf, mit der Folge, daß beispielsweise bei elektrischen Heizkörpern die Wärmequelle, z. B. der Heizdralt, eine viel höhere Temperatur haben muß als der zu erwärmende Körper. Je rascher dieser Körper erwärmt werden soll, um so höher wird das Wärmegefälle und um so größer die Temperatur der Wärmeduelle. Infolgedessen sind die Heizwiderstände, wenn sie nicht aus besonders lochwertigen Baustoffen bestehen, einem verhältnismäßig; raschen Verschleiß unterworfen. Der hohe Wärmeiil>ergaiigswiderstand der Luftschickt zwischen `'Wärmequelle und zu beheizendem Körper ergibt ferner den Nachteil, daß sich die Wärme nie gleichmäßig auf diesen Körper verteilt. 'Ulan beobachtet, daß wärmeempfindliches Gut auch bei verhältnismäßig gleichmäßiger Verteilung der Heizdrähte an einzelnen Stellen nicht genügend erwärmt, an anderen überhitzt und verbrannt wird.
• Man ist deshalb häufig dazu übergegangen, den Zwischenraum zwischen der Wärmequelle und der wärmeabgebenden Oberfläche, z. B: bei gekapseltem Heizkörper, durch Stoffe auszufüllen, die einen geringeren Wärmeübergangswiderstand haben als Luft. Meist hat man dazu körniges oder staubförmiges Material verwendet. Diese Maßnahme führt aber nur dann zum Ziel, wenn die Zwischenräume zwischen Wärmequelle und wärmeabgebender Oberfläche vollkommen dicht mit diesem -Material vollgepackt sind, weil Lufteinschlüsse den Wärmeiibergangswiderstand erhöhen wurden. Diese Voraussetzung läßt sich meist nur unter Anwendung von Kunstgriffen und auch nicht immer erfüllen.
• Da als Füllmaterial in der Regel elektrisch nicht leitfähige Stoffe verwendet werden müssen, die naturgemäß auch die Wärme schlechter leiten, werden die eingangs geschilderten :Mängel zwar gemildert, aber nicht behoben. Eine Füllung der "Zwischenräume mit flüssigen Stoffen war bisher bei elektrischen Heizkörpern undurchführbar, weil die Flüssigkeiten entweder nicht den Heiztemperaturen auf die Dauer standhielten, oder als Elektrolyt die angrenzenden Flächen angriffen, durch den Strom zersetzt wurden, oder doch wenigstens zusitzliche J solation erforderten.
• Die E=rfindung beseitigt solche und ähnliche Mängel. Sie geht von einem elektrischen Heizkörper aus, lei (lern der Zwischenraum zwischen Wärmequelle und wärmeabgebender Oberfläche oder wärmeaufnehmendem Körper durch Stoffe mit geringerem Wärmewiderstand als Luft ausgefüllt ist. Erfindungsgemäß wird als solcher Stoff eine organische Siliciumverbindung hoher thermischer Beständigkeit verwendet, die wenigstens bei der Heiztemperatur flüssig ist. Vorzugsweise nimmt inan ölartige, also elektrisch isolierende Verbindungen und darunter wieder solche, die möglichst gute Wärmeleitfähigkeit hallen und bei der Zersetzung weder Gase noch leitende Rückstände ergeben. Solche elektrisch isolierende Siliciumverbindungen, die ohne weiteres die ollen angegebenen Forderungen erfüllen, sind mehrfach bekannt. So gibt es z. B. eine größere Anzahl Siliciumverb ndungen, die ähnliche Eigenschaften haben \vie Transformatoren- und Schmieröle, aber auf die Dauer viel höheren Temperaturen standhalten, ohne sich zu verändern oder zu verdampfen. Solche Verbindungen .halten auf die Dauer 200 bis 300' C und mehr aus, Temperaturen, die für die üblichen Heizzwecke, Kochplatten, Tauchsieder usw. ohne weiteres ausreichen.
• =\in besten wird die Wärmeduelle zusammen mit der Siliciumverb ndung allseitig gekapselt. Zwar (lehnt sich die Flüssigkeit bei Erhitzung aus, aber solche \\'ärnieausdeiniungen kann man ohne weiteres niit bekannten Mitteln beherrschen. So kann man z. 13. an der Kapsel Expansionsgefäße anbringen oder in einem außerhalb der Wärmeaustauschzotie liegenden Kapselteil einen Gasraum anordnen, der bei Zimmertemperatur unter Unterdruck, bei Heizteniperatur unter geringem Überdruck steht. Ferner kann man in die Kapsel nachgiebige Hohlkörper einbringen, die lies Wärmeausdehnung der Flüssigkeit federnd zusammengedrückt werden. Schließlich kann inan die Kapsel)vand selbst ähnlich wie die Druckdosen von Barometern nachgiebig machen. Man kann auch Schutzmembrane anordnen, die bei Übersteigen einer bestimmten Druckgrenze platzen, uni eine Explosion des Gefäßes zu verhüten. Statt dessen kann man auch in dein Flüssigkeitsbad

  Schmelzsicherungen einlegen, die Heini Vbersteigen

  einer bestimmten Temperaturgrenze den Heizstrom

  unterbrechen.

  Die 1'\'ärmeausdehnuiig der Flüssigkeitsfüllung,

  z. 13. Durchbiegung der Kapselwand, läßt sich mit

  Vorteil für die Heizstroinregelung heranziehen, in-

  dem man beispielsweise durch den beweglichen

  Wandteil einen Schalter für die unmittelbare oder

  mittelbare Ein- und =ltissclialtting des Stroms be-

  tätigen läßt. @Vird dieser Schalter in die isolierende

  Flüssigkeitsfüllung verlegt, dann reichen schon ganz

  kleine Schaltwege für die Stroinunterbrecliting aus.

  Ähnlich kann die `L1'ärme(lehnung-der Füllflüssigkeit

  in bekannter bVeise zur Betätigung von Meß-,

  "ignaleinrichtungen od. (1g1. verwendet werden, so

  daß z. 13. an einem Kocher die jeweilig herrschende

  Temperatur unmittelbar allgelesen werden kann.

  1,ine solche Flüssigkeitsfüllung kann ferner mit

  großem Vorteil für die lkschletinigung des Wärme-

  austausches und für die Herbeiführung, einer gleich-

  mäßigen \Värrneverteilung ausgenutzt werden,

  wenn man dafür sorgt, (lall die Flüssigkeit strömt.

  Für den Antrieb der Striimung wird meist die

  Thermo-Syphon-1@\'ii-l;ung, also der _luftrieb der

  spezifisch leichteren warmen Flüssigkeit in der

  kühleren, spezifisch schweren Flüssigkeit ausreichen,

  weini inan dafür sorgt, dala durch passend verlegte

  Kanäle, Leitflächen od. (1g1. ein Fliissigkeitsumlatlf

  zustandekomnien kann. Natürlich kann die Flüssig-

  keit auch auf andere Weise, z. 13. (furch Pumpen

  (unter Umständen genügen 1'unipen einfachster Art

  mit durch Wechselstroniniagnet l)eNi-egterl@lemllran)

  herbeigeführt werden. Durch solche Mittel ist man

  in der Lage, auch (las bisher oluie griißereli Metall-

  aufwand kaum lösbare I'rohlein, größere Flächen

  vollkommen gleichmäßig zu ei-w:irinen, zu lösen.

  Uni den 1Värmeübergang zwischen Flüssigkeit

  und \\'ärniecluelle einerseits, zwischen Flüssigkeit

  und wärmeaustauschender Oberfläche andererseits

  zu beschleunigen, wird man versuchen, diesen Teilen

  möglichst große Oberflächen zu gellen, also z. 13. an

  der wärmeaustauschenden Ol)erfl;iclie, wie der

  Kapselwand, Vorsprünge, wie Nippen, Stifte od. dgl.,

  anbringen. Die Erfindung gestattet auch bei An-

  \vendung genügend rasches- 1# liissigkeitsbewegung

  die Wärmequelle räumlich von der wärme-

  austauschenden Oberfliiche zu ti-eniien, falls (lies aus

  irgendwelchen Gründen notwendig sein sollte.

  Ausführungsbeispiele der Erfindung \\-erden an

  Hand der Zeichnung näher ei-liiutert.

  In Fig. > ist im Querschnitt ein Tauchsieder dar-

  gestellt. E?r besteht aus einer Metallkapsel i mit

  einem gasdichten Verschluf) 2 aus Isolierstoff, durch

  den die Anschlußleittiilgell 3 dicht eingeführt sind,

  einem Heizwiderstan(Isti-äger 4 aus kerarnischeni.

  Baustoff mit den .Heizwendeln s. ()ie Kapsel t ist

  nur bis zu dem Niveau _\-_\- finit einer flüssigen

  organischen Silichimverbindung gefüllt. Der übrige

  Teil der Kapsel etitli'ilt irgendein Gas C, z. 13. Stick-

  stoff. Die Heizwendeln 3 erstrecken sic1i nur über

  den flüssigkeitserfüllten Teil.

  Die Flüssigkeitsfüllung erleichtert den Wärnie-

  übergang nach der Kapsel i. 1>cwirl;t eine gleich-

  mäßige Wärmeverteilung, schützt die Heizwiderstände gegen Überhitzung und ist gleichzeitig elektrische Isolation. Beim Betrieb des Tauchsieders dehnt sich dieFlüssigkeit etwas aus, dafür wird das Gas 6 entsprechend zusammengedrückt. Vorrichtungen zum Schutz gegen übermäßige Innendrücke, Überhitzung, Explosion zum selbsttätigen Unterbrechen des Heizstroms u. dgl. sind der Einfachheit halber weggelassen.
• In Fig. 2 ist eine Kochplatte dargestellt, bei der die Heizwendeln 5 auf einem keramischen Träger 4 gelagert zusammen mit der Flüssigkeitsfüllung 7 in eine Kapsel i eingeschlossen sind. Die untere Kapselwand 70 ist kreisförmig gewellt und baucht sich bei Ausdehnung der Flüssigkeit 7 aus. In dem Heizstromkreis liegt ein in die Offenstellung strebender Schalter 8, den die Wand 70 unter Vermittlung eines lose eingelegten Isolierstückes 9 im zulässigen Temperaturbereich geschlossen hält. Wenn sich bei übermäßiger Temperatur die Wand 70 zu stark nach unten in der Pfeilrichtung durchbiegt, öffnet sich der Schalter 8 und der Heizstrom wird unterbrochen. Sobald sich der Kocher entsprechend abgekühlt hat, bewegt sich die Wand 70 entgegen der Pfeilrichtung und schließt wieder den Schalter B.
• Fig.3 zeigt, wie in einfacher Weise durch Tliermo-Syphon-Wirkung ein Flüssigkeitsumlauf herbeigeführt werden kann. Der Heizwendelträger 4 ist hier mit mehreren Kanälen io versehen, von denen etwa die Hälfte Heizwendeln 5 enthält. In letzteren Kanälen steigt die Flüssigkeit hoch, in den anderen sinkt sie 'herab, so daß sich zahlreiche Kreislaufbahnen ergeben. Die Wärmeabgabe an die Kapselwand i wird hier durch Rippen i i begünstigt. Um Überhitzungen der Heizwiderstände zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Kreislaufbahnen der Flüssigkeit möglichst kurz zu machen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrische Heizvorrichtung, bei der die Zwischenräume zwischen der Wärmequelle (Heizwiderstände od. dgl.) und der wärmeaustauschenden Fläche durch einen die Wärme besser als Luft leitenden Stoff' ausgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stoff aus einer wenigstens bei der Heiztemperatur flüssigen, organischen Siliciumverbindung (7) hoher thermischer Beständigkeit besteht.
2. 2. Heizvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (5, Fig. i) und die flüssige Siliciumverbindung (7) allseitig gekapselt (Kapsel i) sind und die Wärmedehnung in bekannter Weise durch Expänsionsgefäße, außerhalb der Wärmeübergangszone liegende Gasräume (6), nachgiebige Wandungen (7o, Fig.2) der Kapsel (i), eingelegte nachgiebige Hohlkörper od. dgl. aufgenommen wird.
3. 3. Heizvorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedehnung, z. B. die Forrriänderung nachgiebiger Wandteile (7o, Fig. 2) zur Betätigung von Anzeige-, Signal-, Regel-, Schaltvorrichtungen (Schalter 8) für den Heizstrom od. dgl. verwendet ist.
4. 4. Heizvorrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Siliciumverbindung (7, Fig.3) zwecks Beschleunigung des Wärmeaustausches, gleichmäßiger Wärmeverteilung od. dgl. in bekannter Weise durch Pumpen, Thermo-Syphon-Wirkung (Kanäle io) od. dgl. in Umlauf gesetzt ist.