DK168908B1 - Elektrisk varmeaggregat og fremgangsmåde til dets fremstilling - Google Patents

Description

i DK 168908 B1

Den foreliggende opfindelse angår et elektrisk varmeaggregat.

Der findes lige så mange faconer af elektriske varmere, som der er anvendelser for dem, men de består 5 altid af aggregater, som enten virker ved en rødvarm temperatur eller virker ved en lavere overfladetemperatur på grund af en tilknyttet termostatstyring.

På grund af den kølende effekt af luftstrømme derigennem, kan blæser- eller konvektionsvarmere have 10 modstandselementer som virker ved mellem 400°C og 500°C. I tilfælde af blæsersvigt eller en begrænsning af den frie luftstrøm, må et termisk afbrydeaggregat i-midlertid indarbejdes deri.

En elektrisk radiator kan have form af et olie-15 fyldt aggregat, som må styres termostatisk således, at varmeelementets overfladetemperatur ikke når en værdi, som kunne bevirke carbonisering af varmeoverførings-olien i radiatorkammeret.

Tørre elektriske radiatorer behøver ikke være 20 termostatstyrede, men er gerne letvægtsstålrørsaggregater, som omfatter et meget varmt element, der er adskilt fra overfladen af det rørformede hylster ved et luftrum på ca. 2 cm i radius.

Endelig er der i tilfælde af et elektrisk tæppe 25 et aggregat, som er termostatisk eller proportionalt styret således, at den meget fine kobbertråd, som er modstandselementet, ikke kan virke ved en overfladetemperatur, som overskrider nedbrydningstemperaturen for tæppestoffet.

30 I alle disse aggregater er en form for beskyt telse nødvendig for at styre temperaturen, og i hvert tilfælde virker de brugte modstandselementer enten ved en høj temperatur eller ville virke ved en høj temperatur, hvis termostatstyringen ved fejl gik tabt.

35 Formålet med opfindelsen er at overvinde disse problemer.

DK 168908 B1 2

Ifølge opfindelsen er der tilvejebragt et elektrisk varmeaggregat, som er ejendommeligt ved et elektrisk leder- eller modstandselement, som er indsat i en polymer-cementklods omfattende mellem 75 og 95 vægt% u- 5 organisk eller mineralsk materiale med en partikelstørrelse på mellem 0,005 og 20 mm og mellem 5 og 25 % hærdet polymer eller plastmateriale, samt organer til opnåelse af en elektrisk forbindelse uden for klodsen med lederen eller elementet.

10 Opfindelsen tilvejebringer også en fremgangsmå de ved fremstilling af et varmeaggregat, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, a) tilvejebringelse af en form med facon eller opbygning, som er egnet for den tilsigtede anvendelse 15 af aggregatet, b) bæring af et elektrisk leder- eller modstandselement centralt i formen, c) tilvejebringelse af organer til elektrisk forbindelse med elementet uden for formen, 20 d) tilførsel af en cementblanding til formen så ledes, at den i det væsentlige fyldes med cementblandingen, som omfatter (i) mellem 75 og 95 vægt% uorganisk eller mineralsk materiale med en partikelstørrelse på mellem 25 0,005 og 20 mm, og (ii) mellem 5 og 25 vægt% af en monomer, som kan polymeriseres ved brug af en passende katalysator, e) at lade monomeren polymerisere og den resulterende blanding hærde, og 30 f) fjernelse af aggregatet fra formen.

Yderligere er ved opfindelsen tilvejebragt en fremgangsmåde ved fremstilling af et varmeaggregat, som er ejendommeligt ved, a) tilvejebringelse af en form med facon eller 35 opbygning, som er egnet for den tilsigtede anvendelse af aggregatet, DK 168908 B1 3 b) bæring af et elektrisk leder- eller modstandselement centralt i formen, c) tilvejebringelse af organer til elektrisk forbindelse med elementet uden for formen, 5 d) tilførsel af en cementblanding til formen så ledes, at den i det væsentlige fyldes med cementblandingen, som omfatter (i) mellem 75 og 95 vægt% uorganisk eller mineralsk materiale med en partikelstørrelse på mellem 10 0,005 og 20 mm, og (ii) mellem 5 og 25 vægt% af et plastmateriale med en partikelstørrelse, som sætter plastmaterialet i stand til at belægge det uorganiske eller mineralske materiale, 15 e) tilførsel af varme og/eller tryk for at hærde den resulterende blanding, og f) fjernelse af aggregatet fra formen.

Partikelstørrelsen af det uorganiske eller mineralske materiale ligger fortrinsvis i området 0,05 til 20 3 mm. Yderligere har op til 25 vægt% af det uorganiske eller mineralske materiale fortrinsvis en partikelstørrelse på mellem 0,05 og 0,3 mm. Det uorganiske eller mineralske materiale kan være et hvilket som helst findelt stof rækkende fra sand gennem pulverformet glas 25 til pulveriseret sten af enhver art. Det uorganiske eller mineralske materiale kan fortrinsvis være valgt ud fra en gruppe omfattende natriumbicarbonat, trinatrium-polyphosphat, calciumphosphat, bariumphosphat, baryt, bismuthoxychlorid, bariumthiosulfat, kvarts, kalksten, 30 skifer, marmor, sandsten eller glas.

Den hærdede polymer fremkommer af en flydende monomer, som er kemisk forligelig med det mineralske eller uorganiske materiale, og som kan hærdes, sættes eller polymeriseres ved brug af en katalysator. Monome-35 ren kan være valgt fra en gruppe omfattende acryl-, acrylat-, methacryl-, methacrylat-, polyester- eller DK 168908 B1 4 epoxysystemer. Katalysatoren der bruges afhænger af den type af system, som skal polymeriseres eller hærdes. Sådanne katalysatorer omfatter benzoylperoxid, methy-lenethylenketonperoxid, en amin, ultraviolet stråling 5 eller gammastråling.

Plastmaterialet omfatter fortrinsvis et polymert pulvermateriale med en partikelstørrelse, som sætter polymermaterialet i stand til at belægge det uorganiske eller mineralske materiale og, efter tilførsel af varme 10 og tryk, sammen med det uorganiske eller mineralske materiale tilvejebringe en fast polymer-cementklods.

Polymer-cementklodsen omfatter mellem 5 og 25 vægt% af plastmaterialet fortrinsvis 10 til 15 vægt%. Plastmaterialet kan være højdensitetspoly-15 ethylen eller -polypropylen eller nylon, som er kommercielt tilgængeligt i partikelstørrelser mellem 150 og 200 B.S. maskestørrelse. Plastmaterialet kan være neutralt (farveløst) eller have én eller flere af et bredt område af primære og pastelfarver.

20 Simpel blanding af det uorganiske eller mine ralske materiale med plastmaterialet ved hjælp af en skovl- eller båndblander er tilstrækkelig til god belægning af det uorganiske eller mineralske materiale med plastmaterialet. Det valgte uorganiske eller mine-25 ralske materiale må være stabilt ved varmebehandlingstemperaturen og trykket, som anvendes under hærdningen. Vibration og vakuumisering af blandingen i formen er normalt ikke nødvendig før tilførslen af varme.

Tryk på ca. 15,4MN/m2 (1 ton eller mindre pr.

30 kvadrat tomme) er alt, hvad der kræves under varmebehandlingen for at bringe plastmaterialet til at flyde og give et færdigt cementslam på det færdige aggregat.

Den krævede temperatur styres til ca. 5°C over blødgø-ringspunktet for plastmaterialet.

35 Et eksempel på en keramik/kalk-marmorblanding er som følger: DK 168908 B1 5

Calciumcarbonat 0,005 - 0,3mm 17 vægtdele

Keramiske partikler i 5 området 0,25 - 0,5mm 24 vægtdele

Keramiske partikler i området 0,3 - 0,8mm 27 vægtdele 10 Keramiske partikler i området 1,0 - l,8mm 32 vægtdele benzoylperoxid 2% 15 methacrylharpiks 10,5% og pigmenter (uorganiske) 20 Blandingstiden var ca. 180 s og vibrationskom primeringstiden var ca. 240s ved 150 Hz. Polymerisationstiden var ca. 2 timer.

Det elektriske leder- eller modstandselement kan omfatte en legering af chrom og nikkel eller jern og 25 aluminium eller et fibrøst.trådmateriale såsom kulfibre.

Ved fremgangsmåden ved fremstilling af varme-aggregatet kan formen vibreres eller vakuumiseres for at fjerne luft fra den hærdbare blanding i tilfælde af 30 monomeren eller den resulterende blanding i tilfælde af plastmaterialet. For at hjælpe, kan anvendes et additiv udvalgt af en gruppe omfattende N,N-dimethyl-p-toludin, Ν,Ν-dimethylanilin, diphenylmethan-4,4-diisocyanat eller triethylenglycoldimethylacrylat.

35 Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere be skrevet ved hjælp af udførelseseksempler med henvisning til den skematiske tegning, på hvilken DK 168908 B1 6 fig. 1 viser et tværsnit gennem en første udførelsesform for et varmeaggregat ifølge opfindelsen, fig. 2 et tværsnit af en anden udførelsesform for et varmeaggregat ifølge opfindelsen, og 5 fig. 3 et perspektivbillede af en fastspændings- ramme og modstandselement til brug ved fremstillingen af et varmeaggregat ifølge opfindelsen.

Idet der henvises til tegningen og især til fig.

1, er vist et varmeaggregat 10 ifølge opfindelsen, 10 som omfatter en nikkel/chrom modstandstråd 2, som er viklet på et keramisk formstykke 1 i form af en spiral med trådender, der ender i samleskinner 4. Idet der tillades elektrisk forbindelse med samleskinnerne 4, er det keramiske formstykke 1 indsat i en polymer-15 cementklods 11.

Varmeaggregatet 10 blev fremstillet ved først at placere det keramiske formstykke 1 hovedsageligt midt i en form med passende facon, idet der var mulighed for elektrisk forbindelse med samleskinnerne 4 .

20 I formen blev anbragt en cementblanding omfattende ca. 87 vægt% sandsten og ca. 13 vægt% methylmethacry-latmonomer. Umiddelbart før placeringen af blandingen i formen blev tilsat en tilstrækkelig mængde benzoylper-oxid til cementblandingen til polymerisationen af mono-25 meren. Mængden af krævet katalysator vil variere under hensyn til omgivende temperatur og ønsket hærdehastig-hed. Efter tilsætningen af cementblanding med katalysator til formen blev formen underkastet vibration for at sikre en jævn fordeling af blandingen i formen og hjæl-30 pe fjernelsen af luft derfra. Om ønsket kunne formen være udsat for vakuum for at hjælpe fjernelsen af indespærret luft.

Efter polymerisation og hærdning blev det resulterende aggregat 10 fjernet fra formen.

35 Tværsnitsarealet af klodsen var ca. 7cm2. Aggre gatet blev drevet ved 50 volt vekselstrøm og blev dre- DK 168908 Bl 7 vet i mange dage under ligevægt med en kontinuert overfladetemperatur på 90°C. Der var ingen termostater indbefattet i aggregatet, og da klodsen 10 blev savet i to stykker, sås det, at polymer-cementklodsen ikke var 5 ødelagt, nedbrudt eller misfarvet ved grænsefladen mellem nikkel/chromtråden 2 og cementklodsen.

Idet der nu henvises til tegningens fig. 2 vises der et aggregat 20 ifølge opfindelsen, som omfatter en modstandstråd eller element 5 af en ikke viklet 10 tråd, der er massiv (ikke vist), som er jævnt fordelt ud over en stor tynd klods 6 af en polymer-cement således, at trådens ender pænt kan afsluttes i en indmu-ringsstikdåse 7, som tillader en sikker forbindelse med den offentlige strømforsyning. Tykkelsen af klodsen 15 eller radiatoren er ca. 15 mm. Modstandstråden 5 af jern/aluminiumlegering er tilpasset til at virke ved netspændingen (110 til 120 volt eller 220 til 240 volt) og dog virke i ligevægt uden termostatkontrol med en overfladetemperatur på ca. 65°C. Sammensætningen af ce-20 mentklodsen svarer til den for cementklodsen i tegningens fig. 1. Aggregatet 20 blev konstrueret til at være frit stående men det kunne lige så godt tjene som en vægmonteret rumvarmer eller radiator.

Ved fremstillingen af varmeaggregatet ifølge op-25 findelsen er det vigtigt, men ikke altafgørende, at det elektriske leder- eller modstandselement holdes spændt, når det indstøbes i klodsen. Yderligere er det uanset faconen af varmeaggregatet men især, når det har en anden facon end en enkelt geometrisk form, sædvanligvis 30 nødvendigt at støtte metalleder- eller modstandstråden spændt i og at afspejle faconen af varmeklodsen. Dette opnås bedst ved at tilvejebringe en kabelopspænding.

Idet der nu henvises til tegningens fig. 3, omfatter kabelopspændingen en ramme 21 af passende fa-35 con fremstillet af polypropylen med et elektrisk ledereller modstandselement 23 vævet omkring tappe 25, DK 168908 B1 8 som er anbragt hovedsageligt ækvidistant langs rammen 21. Udragende tilledninger 24 er forbundet med en passende stikdåse (ikke vist). Rammen 21 har også udstående fødder 22 monteret på sig således, at når 5 rammen 21 placeres i en passende formet form, vil fødderne 22 stå på bunden af formen, og rammen 21 med metalleder- eller modstandselementet 23 på sig vil være anbragt hovedsageligt midt i formen i forhold til dybden. Brugen af fødder 22 kan undlades og ram-10 men 21 bæres oppefra ved hjælp af passende polypro-pylentråde (ikke vist) således, at den anbringes centralt i formen med hensyn til dybden. Efter hærdningen kan trådene afskæres. De blotlagte tråde på overfladen af aggregatet vil ikke påvirke varmeaggregatets samlede 15 æstetiske fremtoning i kraft af den meget lille diameter af de brugte tråde. Stikdåsen støbes integralt med opspændingen.

Fordi metalleder- eller modstandselementet vil blive valgt således, at det ikke virker ved en tempera-20 tur over 95°C, er brugen af en polypropylenramme og -bærere acceptabel.

Hvert varmeaggregat kan fremstilles efter krav ved omhyggeligt valg af modstandstråd med rigtigt tværsnit ud fra et variabelt område, idet valget afhænger 25 af legeringstypen og elektrisk modstand pr. løbende meter. Til de fleste anvendelser er det passende at have en trådtæthed, der giver et aggregat, som kan afgive ca. 1 kW/m2.

Afhængigt af den termiske konduktivitet af blan-30 dingen, vil overfladetemperaturerne være direkte proportionale med effekten. Et eksempel på overfladetemperatur for et varmeaggregat omfattende 91% af en blanding af kieseljord og calciumcarbonat var 75°C for et aggregat som afgav 700 W/m2.

35 De typer og faconer af aggregater, som kan kon strueres ud fra opfindelsen er talrige. Det antages, at DK 168908 B1 9 aggregaterne ifølge opfindelsen vil have relativ lang levetid sammenlignet med konventionelle aggregater, idet modstandselementet ikke er i kontakt med luften, er vibrationsfri og kun virker ved overfladetemperatu-5 rer godt under 100°C. Det bemærkes, at ved udformning af et varmeaggregat ifølge opfindelsen er det ikke kun nødvendigt at overveje de relevante sikkerhedstemperaturer for overfladen af varmeaggregatet under drift med det en mende, at et termisk afbryderaggregat er unød-10 vendigt, men også at være bekendt med den termiske nedbrydningstemperatur for det hærdede polymer- eller plastmateriale, som bruges i konstruktionen af varmeaggregatet .

De dekorative egenskaber ved den polymer-cement-15 klods, der bruges ved konstruktionen af varmeaggregater ifølge opfindelsen kan udnyttes. Varmeaggregaterne kan støbes som dekorative vægplatter eller -paneler. Vægmonterede radiatorer kan være tykke eller tynde og være belagt med gelcoat, som er metalliseret med stumper 20 (eller folieflager af aluminium, kobber, bronze eller tin) eller pigmenteret i ensformet marmorlignende mønster. Behovet for varme diske i køkkener eller restauranter kan imødekommes på en sikker måde med et varmeaggregat ifølge opfindelsen og sådanne overflader kan 25 være både hygiejniske og dekorative samt resistente over for syrer og rensemidler.

Dekorative overfladeteksturer som tin, perle, perlemor, onyks eller marmor kan simuleres ved anvendelse af mineralske eller uorganiske fyldstoffer som 30 pulveriseret tin, bariumthiosulfat, bismuthoxychlorid, natriumbicarbonat eller kalk/kønrøgblandinger.

Det har vist sig, at varmeaggregater ifølge opfindelsen kan opvarmes til 90°C på 3 minutter, og at et varmeaggregat, der vejer ca. 1,8 kg tager ca. 24 minut-35 ter om at returnere til omgivelsestemperatur. Det er foreslået, at et sådant varmeaggregat om placeret i et

Claims (10)

15 Følgelig er de samlede varmeoverføringsegenska ber ved varmeaggregatet nærmere egenskaberne for det uorganiske eller mineralske materiale end for det hærdede polymer- eller plastmateriale. Ved skønsomt valg og blanding af gode uorganiske 20 og mineralske materialer, hvis termiske konduktivitet ligger i området 41,86 til 125,6 Wm-1 K-1, er det muligt at fremstille varmeaggregater, som har den usædvanlige egenskab, at kombinere nyttig termisk konduktivitet med glimrende elektrisk isolering. 25

1. Elektrisk varmeaggregat, kendetegnet ved et elektrisk leder- eller modstandselement, 30 som er indsat i en polymer-cementklods omfattende mellem 75 og 95 vægt% uorganisk eller mineralsk materiale med en partikelstørrelse på mellem 0,005 og 20 mm og mellem 5 og 25 % hærdet polymer eller plastmateriale, samt organer til opnåelse af en elektrisk forbindelse 35 uden for klodsen med lederen eller elementet.

2. Varmeaggregat ifølge krav l, kendetegnet ved, at det uorganiske eller mineralske DK 168908 B1 materiale er natriumbicarbonat, trinatriumpolyphosphat, calciumphosphat, bariumphosphat, baryt, bismuthoxy-chlorid, bariumthiosulfat, kvarts, kalksten, skifer, marmor, sandsten eller glas.

3. Varmeaggregat ifølge krav 1 eller 2, ken detegnet ved, at den hærdede polymer fremkommer af en flydende monomer, som er kemisk forligelig med det mineralske eller uorganiske materiale, og som kan hærdes, sættes eller polymeriseres ved brug af en kata- 10 lysator.

4. Varmeaggregat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at monomeren er en acryl-, acrylat-, methacryl-, methacrylat-, polyester- eller epoxybasis og katalysatoren er benzoylperoxid, methylethylketon- 15 peroxid, en amin, ultraviolet stråling eller gammastråling.

5. Varmeaggregat ifølge krav l eller 2, kendetegnet ved, at plastmaterialet omfatter et polymert pulvermateriale med en partikelstørrelse, som 20 sætter polymermaterialet i stand til at belægge det u-organiske eller mineralske materiale, og efter tilførsel af varme og tryk, sammen med det uorganiske eller mineralske materiale tilvejebringe en fast polymer-cementklods.

6. Varmeaggregat ifølge krav 5, kende tegnet ved, at det polymere materiale omfatter polyethylen eller polypropylen.

7. Varmeaggregat ifølge et eller flere af kravene 1-6, kendetegnet ved, at det elektriske 30 leder- eller modstandselement omfatter en legering af chrom og nikkel eller en legering af jern og aluminium eller et fibrøst trådmateriale.

8. Fremgangsmåde ved fremstilling af et elektrisk varmeaggregat, kendetegnet ved 35 a) tilvejebringelse af en form med facon eller opbygning, som er egnet for den tilsigtede anvendelse af aggregatet, DK 168908 B1 b) bæring af et elektrisk leder- eller modstandselement centralt i formen, c) tilvejebringelse af organer til elektrisk forbindelse med elementet uden for formen, 5 d) tilførsel af en cementblanding til formen så ledes, at den i det væsentlige fyldes med cementblandingen, som omfatter (i) mellem 75 og 95 vægt% uorganisk eller mineralsk materiale med en partikelstørrelse på mellem 10 0,005 og 20 mm, og (ii) mellem 5 og 25 vægt% af en monomer, som kan polymeriseres ved brug af en passende katalysator, e) at lade monomeren polymerisere og den resulterende blanding hærde, og 15 f) fjernelse af aggregatet fra formen.

9. Fremgangsmåde ved fremstilling af et elektrisk varmeaggregat, kendetegnet ved a) tilvejebringelse af en form med facon eller opbygning, som er egnet for den tilsigtede anvendelse 20 af aggregatet, b) bæring af et elektrisk leder- eller modstandselement centralt i formen, c) tilvejebringelse af organer til elektrisk forbindelse med elementet uden for formen, 25 d) tilførsel af en cementblanding til formen så ledes, at den i det væsentlige fyldes med cementblandingen, som omfatter (i) mellem 75 og 95 vægt% uorganisk eller mineralsk materiale med en partikelstørrelse på mellem 30 0,005 og 20 mm, og (ii) mellem 5 og 25 vægt% af et plastmateriale med en partikelstørrelse, som sætter plastmaterialet i stand til at belægge det uorganiske eller mineralske materiale, 35 e) tilførsel af varme og/eller tryk for at hærde den resulterende blanding, og DK 168908 B1 f) fjernelse af aggregatet fra formen.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at der yderligere tilsættes et kemisk additiv til cementen for at hjælpe fjernelsen af 5 luft derfra.