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Elektrische Heizvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf elektrische
Heizvorrichtungen zur Beheizung von plattenförmigen, rohrförmigen oder beliebig
anders gestalteten Oberflächen, mit Hilfe deren Wärme auf beliebige Medien und zu
beliebigen Zwecken übertragen werden soll.
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Die spezifische Oberflächenbelastung eines elektrischen Heizelementes,
z. B. einer aus einem isolierenden Träger und einer Heizbandwicklung aufgebauten
Heizplatte, ist nach oben durch die Materialeigenschaften von Träger und Wicklung
und durch die Wärmeabfuhr begrenzt.
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Eine Überschreitung dieser Grenze gefährdet die Lebensdauer des Heizleiters
und/oder des Trägers. Wenn man in eine ebene Metallplatte durch Auflage einer Heizplatte
einen großen Wärmestrom einführen will, der von der anderen Seite kontinuierlich
abgeführt wird, so erreicht man erfahrungsgemäß mit den üblichen Glimmerheizplatten
eine maximale spezifische Oberflächenbelastung von etwa io Watt/cm2. Bei diesem
Wert bleibt die Temperatur des Heizleiters noch hinreichend unterhalb der Kalzinierungstemperatur
des Glimmerträgers. Hierbei ist eine Glimmerstärke von o, i mm und eine Cr-Ni-Heizbandwicklung
zugrunde gelegt. Ferner ist angenommen, daß infolge gleichmäßiger Wärmeabfuhr die
Temperatur der zu beheizenden Metallplatte auf der der Heizplatte zugewandten Oberfläche
auf etwa i 5o' C gehalten wird.
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Die Dichte des der Metallplatte zugeführten Wärmestromes beträgt also
maximal io Watt/cm2 = 2,39 cal/sec cm2. Mit Hilfe der Erfindung können nun
unter Verwendung derselben Werkstoffe wesentlich höhere Wärmestromdichten erreicht
werden, die je nach Abmessung das zwei- bis zehnfache der bisherigen Werte bei gleicher
Lebensdauer der Heizplatte betragen.
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Die Erfindung besteht darin, daß der von den Heizwicklungen erzeugte
Wärmestrom von Metall-
Lamellen guter Wärmeleitfähigkeit aufgenommen
wird, die mit ihrer Ebene in einem vorzugsweise rechten Winkel zu der zu beheizenden
Oberfläche angeordnet sind und mit dieser nur an einem kleinen Teil ihrer eigenen
Oberfläche, beispielsweise einer ihrer Stirnflächen; wärmeleitend in Verbindung
stehen.
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Fig. i bis 3 der Zeichnung zeigen eine beispielsweise Ausführungsform
einer derartigen Heizvorrichtung, und zwar ist Fig. i ein Schnitt längs der Linie
C-C der Fig. 2, Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie A-A der Fig i und Fig. 3 ein
Schnitt längs der Linie B-B der Fig. i. Die Heizlamellen 2 sind zwischen den Metalllamellen
i eingeschachtelt und werden durch die Schrauben 3, d. fest an diese gepreßt. Die
Stromzuführung erfolgt durch die Anschlußlitzen 5 und 6. Die einzelnen Heizlamellen
können parallel oder in Reihe oder in Gruppenzusammengeschaltet «-erden, so daß
man bei einer gegebenen Spannung und einer bestimmten verlangten Heizleistung weiten
Spielraum in der Wahl des Heizbandes hat.
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Fig. d. ist ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 2 lind zeigt eine
Heizlamelle 2 im Schnitt. Das Heizband g ist auf die Glimmerplatte 8 gewickelt und
beiderseits durch die Glimmerplatten7 und io abgedeckt.
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Die in Fig. i bis 3 dargestellte Heizplatte wird mit ihrer Grundfläche
(F = b - L) (Fig. 3) auf die zu beheizende Metallplatte i i aufgespannt,
nachdem durch entsprechende Bearbeitung (Schleifen od. ä.) für ein gutes Anliegen
der 'Stirnflächen sämtlicher Metallamellen auf der Metallplatte i i gesorgt ist.
Die maximal erzielbare Wärmestromdichte (cal/sec cm2) an der Oberfläche F der zu
beheizenden Platte hängt von der zulässigen spezifischen Oberflächenbelastung (Watt/cm2)
der Heizlamellen und von den geometrischen Dimensionen der Heiz- und Metallamellen
ab. Die Wärmestromdichtewächst mit der Lamellenhöhe lt und mit der Zahl der Heizlamellen
pro Zentimeter Breite der Heizplatte. Die untere Grenze für die Dicke g (Fig. 3)
der Heizlamellen ist durch die mechanische Festigkeit der drei Glimmerstreifen,
ihre elektrische Durchschlagfestigkeit und die Dicke des Heizbandes gegeben, die
untere Grenze für die Dicke der Metallamelle durch den Temperaturgradienten, den
der Wärmestrom in ihnen (in Fig.2 in vertikaler Richtung) hervorruft. Da dieser
Gradient auch von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Lamellenmaterials abhängt,
wählt man zweckmäßig ein Metall hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit, also Aluminium,
besser Kupfer, in Sonderfällen eventuell sogar Silber.
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In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel stehen die Lamellen, welche
die elektrischen Heizvorrichtungen zwischen sich aufnehmen, mit ihren Stirnflachen
in wärmeleitender Verbindung mit der zu beheizenden Metallplatte, gegen die sie
mechanisch angepreßt werden. Selbstverständlich können die Flächen, mit denen die
Lamellen mit vier zu beheizenden Platte od. dgl. in Verbindung stehen, mit dieser
auch metallisch durch Lötung; Schweißung oder durch Herstellung aus einem Stück
verbunden sein. Die Verbindung braucht nicht an den Stirnflächen der Lamellen zu
erfolgen, sondern diese können auch mit einem Teil ihrer Oberfläche parallel zu
der zu beheizenden Oberfläche abgebogen sein, wodurch die Wärmeübertragungsfläche
besonders bei sehr dünnen Lamellen vergrößert «-erden kann. Die zu beheizende Oberfläche
braucht nicht ebenflächig zu sein, sie kann auch beispielsweise. wenn es sich um
zu beheizende Kapillaren oder Rohre handelt, gekrümmt, z. B. rund, oder beliebig
anders geformt sein. Die Lamellen werden dann vorzugsweise senkrecht zur Tangente
an der Berührungsfläche angeordnet.
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Die Anwendungsgebiete der Erfindung sind vielseitig. Vorzugsweise
ist an eine Anwendung der Erfindung bei solchen Heizvorrichtungen gedacht, bei denen
es sich darum handelt, in sehr kurzer Zeit sehr große Wärmemengen auf irgendein
beliebiges Medium zu übertragen, beispielsweise um Flüssigkeiten in sehr kurzer
Zeit aufzuheizen.