FI81473C

FI81473C - UPPVAERMNINGSELEMENT FOER ELECTRIC RUMSUPPVAERMARE, SPECIELLT AV GENOMSTROEMNINGSTYP.

Info

Publication number: FI81473C
Application number: FI882288A
Authority: FI
Inventors: Tuomo Juntunen
Original assignee: Loval Oy
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1990-10-10
Also published as: NO891923L; FI882288A0; NO891923D0; DE3915272A1; FR2631427A1; SE8901644D0; SE8901644L; FI81473B; FI882288A

Description

1 81473 Länunityselementti erityisesti läpivirtaustyyppisiä, sähköisiä huoneenlämmittimiä varten1 81473 Provincial element especially for flow-through type electric room heaters

Keksinnön kohteena on länunityselementti, joka so-5 veltuu käytettäväksi erityisesti läpivirtaustyyppisissä, sähköisissä huoneenlämmittissä ja joka käsittää ainakin yhden putkivastustyyppisen sähkövastuksen ja siihen liittyvän, lämmönluovutuspintaa laajentavan riparakenteen.The invention relates to a provincial element which is particularly suitable for use in flow-through type electric room heaters and which comprises at least one tube-type electric resistor and an associated rib structure extending the heat transfer surface.

Tällaiset lämmityselementit ovat tarkoitetut so-10 vitettaviksi sähkölämmittimen kotelorakenteen sisään, joka on varustettu sopivilla ilman sisäänvirtaus- ja ulosvir-tausaukoilla. Putkivastukseen liittyvän riparakenteen vaihtoehtoisia toteutustapoja tunnetaan useita. Tämä ripa-rakenne voi muodostua esimerkiksi putkivastuksen ympäri 15 kierretystä metallinauhasta, joka muodostaa spiraalimuo- toisen rakenteen. Tällainen ripa voi olla myöskin juotettu kiinni putkivastuksen metalliseen vaippaan. Putkivastuksen ympärille voidaan sovittaa myös sarja metallilevyjä, jolloin vastus asennetaan paikoilleen työntämällä se levyissä 20 olevien reikien läpi. Lämmönsiirron parantamiseksi nämä levyt voidaan liittää putkivastuksen vaippapintaan puristus- tai juotosliitoksen avulla. Putkivastuksen ympärille voidaan puristaa myös metalli-, esimerkiksi alumiinilevy, joka voi olla lisäksi rivoitettu lämmönsiirron tehostami-25 seksi. Tämän kaltaisen puristuksen toteuttamiseksi on käytössä erilaisia tekniikoita. Rivoitettu länunityselementti voidaan valmistaa myös yhtenäisestä kappaleesta, joka voi olla esim. pursotettua alumiinia. Tällaisessa kappaleessa on putkimainen osa, johon lämpöä tuottava, sähköisesti 30 eristetty rakenne voidaan toteuttaa putkivastustekniikkaa muistuttavalla tavalla. Kappaleeseen voidaan jälkikäsittelyllä muotoilla lämmönsiirtoa edistävät ulkonevat siivekkeet. Muunnelma tästä ratkaisusta on rakenne, jossa kappaleen putkimaisen osan sisälle sijoitetaan putkivastus, 35 ja putkimainen osa puristetaan tiiviisti putkivastuksen 2 81473 ympärille. Kaikkiin edellämainittuihin ratkaisuihin liittyy haittatekijöitä.Such heating elements are intended to be fitted inside the housing structure of the electric heater, which is provided with suitable air inflow and outflow openings. Several alternative embodiments of a rib structure related to pipe resistance are known. This rib structure can consist, for example, of a metal strip wound around a tubular resistor, which forms a helical structure. Such a rib may also be soldered to the metal sheath of the pipe resistor. A series of metal plates can also be arranged around the pipe resistor, in which case the resistor is mounted by pushing it through the holes in the plates 20. To improve heat transfer, these plates can be connected to the jacket surface of the pipe resistor by means of a crimp or solder joint. A metal plate, for example an aluminum plate, can also be pressed around the pipe resistor, which can also be ribbed to enhance the heat transfer. Various techniques are used to accomplish this type of compression. The ribbed western element can also be made of a unitary piece, which can be, for example, extruded aluminum. Such a body has a tubular part into which the heat-generating, electrically insulated structure 30 can be implemented in a manner similar to the pipe resistance technique. Protruding vanes that promote heat transfer can be formed into the body by post-treatment. A variation of this solution is a structure in which a tubular resistor 35 is placed inside the tubular part of the body, and the tubular part is pressed tightly around the tubular resistor 2 81473. All of the above solutions have drawbacks.

Spiraalirivan valmistus tapahtuu erityisessä, tätä tarkoitusta varten rakennetussa koneessa. Menetelmä on 5 suhteellisen hidas ja siten myös kallis. Lisäksi spiraa-linmuotoiseen ripaan liittyy teknisiä heikkouksia: sen lämmönsiirtokyky ei ole niin hyvä kuin erillisten putki-vastukseen nähden kohtisuorassa olevien ripalevyjen. Lisäksi spiraaliripa joudutaan kiertämisen mahdollistamisek-10 si rypyttämään alaosastaan, jolloin lämmityselementtiin muodostuu helposti pölyä kerääviä taskuja. Haluttaessa saada lämmityselementin sähköiset kytkennät lähelle toisiaan joudutaan spiraalirivoitettu vastus taivuttamaan U:n muotoon, mikä rivoitetun vastuksen tapauksessa on hanka-15 lahko toimenpide. Eräissä tapauksissa myös lämmityselementin ulkohalkaisija kasvaa liian suureksi, mikä on ongelma ajatellen nykysuuntauksen mukaisia ohuita lämmittimiä.The spiral rib is manufactured on a special machine built for this purpose. The method is relatively slow and thus also expensive. In addition, the helical rib has technical weaknesses: its heat transfer capacity is not as good as that of the individual rib plates perpendicular to the pipe resistance. In addition, in order to allow rotation, the helical rib has to be crimped from its lower part, whereby dust-collecting pockets are easily formed in the heating element. If it is desired to get the electrical connections of the heating element close to each other, the helically ribbed resistor has to be bent into a U-shape, which in the case of the ribbed resistor is a rub-15 sect operation. In some cases, the outer diameter of the heating element also becomes too large, which is a problem for thin heaters according to the current trend.

Erillisistä lamelleista muodostetun riparakenteen etuna edelliseen spiraaliriparakenteeseen nähden on parem-20 pi lämmönluovutuskyky ja vähäisempi taipumus kerätä pölyä. Myös tilanne, jossa sähköliitännät ovat vieretysten, on helpommin saavutettavissa. Ongelmaksi kuitenkin muodostuu suhteellisen työläs kokoonpano ja erillisistä lamelleista aiheutuvat suurehkot materiaalikustannukset. Myös kovin 25 pitkien lämmityselementtien valmistus on tällä tekniikalla vaikeaa.The advantage of a rib structure formed of separate lamellae over the previous spiral rib structure is better heat transfer capacity and less tendency to collect dust. Also, a situation where electrical connections are side by side is more easily achieved. However, the problem is the relatively laborious assembly and the higher material costs due to the individual lamellae. It is also difficult to manufacture very long heating elements with this technology.

Ratkaisuissa, joissa eri materiaaleista valmistetut putkivastus ja riparakenne kootaan puristamalla, on heikkoutena eri aineiden erilainen lämpölaajeneminen, mikä ai-30 kaa myöten voi johtaa lämmönsiirron huononemiseen putki-vastuksen ja riparakenteen välillä. Tämän seurauksena vastus voi ylikuumentua ja tuhoutua. Lisäksi puristettujen rakenteiden ongelmana on lämpölaajenemisen eroista johtuvat äänet kappaleiden liikkuessa toistensa suhteen.In solutions where the pipe resistor and the rib structure made of different materials are assembled by compression, the weakness is the different thermal expansion of the different materials, which can lead to a deterioration of the heat transfer between the pipe resistor and the rib structure. As a result, the resistor may overheat and be destroyed. In addition, the problem with compressed structures is the sounds due to differences in thermal expansion as the pieces move relative to each other.

35 Yhtenäisten pelkästään alumiinista olevien rivoi- 3 81 473 tettujen lämmityselementtien ongelmaksi muodostuvat mekaaninen heikkous korkeissa lämpötiloissa, alumiiniprofiilin hankalahko muotoiltavuus ja esimerkiksi taivuttaminen siten, että sähköiset kytkennät saadaan vieretysten. Lisäksi 5 alumiini on materiaalina kalliimpaa kuin esimerkiksi teräs.The problem with uniform ribbed heating elements made entirely of aluminum is mechanical weakness at high temperatures, the awkward formability of the aluminum profile and, for example, bending so that the electrical connections are obtained side by side. In addition, 5 aluminum is a more expensive material than, for example, steel.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää läm-mityselementti, jonka avulla edellämainitut ongelmat ja haitat saadaan ainakin pääosin poistetuiksi. Tälle keksinnön mukaiselle lämmityselementille on tunnusomaista, että 10 riparakenne käsittää ainakin yhden metallilevyn, jossa on yksi tai useampia levyn tason suuntaisia uria, johon tai joihin sähkövastus tai -vastukset on juotettu, ja levyn tasosta ulkonevia siivekkeitä tai ripoja. Edullisesti riparakenne on tehty muovaamalla levyaihiosta. Riparakenne 15 voi olla yhtenäinen, kuhunkin käyttökohteeseen erikseen sovitettu, tai se voi muodostua vakiomittaisista moduuleista. Lämmityselementti valmistetaan tällaisesta ripa-rakenteesta ja vakiovalmisteisista putkivastuksista, joita voi olla yksi tai useampia kappaleita siten, että put-20 kivastus tai -vastukset asetetaan riparakenteen uriin ja osat juotetaan yhteen mekaanisesti lujan ja lämpöä hyvin johtavan liitoksen aikaansaamiseksi. Ripamateriaalina voidaan käyttää tavallista terästä, jolloin materiaalikustannus on mahdollisimman pieni. Tarvittaessa, kun vaatimuk-25 set esimerkiksi ympäristön aiheuttaman korroosion tai korkean lämpötilan vuoksi ovat tavanomaista suuremmat, voidaan käyttää myös pinnoitettua (esimerkiksi niklattua) tai ruostumatonta terästä.It is an object of the present invention to provide a heating element by means of which the above-mentioned problems and disadvantages can be at least substantially eliminated. This heating element according to the invention is characterized in that the rib structure comprises at least one metal plate with one or more grooves parallel to the plane of the plate into which the electric resistor or resistors are soldered and flaps or ribs projecting from the plane of the plate. Preferably, the rib structure is made by molding from a sheet blank. The rib structure 15 may be unitary, individually adapted to each application, or may consist of standard-sized modules. The heating element is made of such a rib structure and standard tubular resistors, which may be one or more pieces, by placing the put-20 groove or resistors in the grooves of the rib structure and soldering the parts together to provide a mechanically strong and thermally conductive joint. As the rib material, ordinary steel can be used, so that the material cost is as low as possible. If necessary, when the requirements are higher than usual due to, for example, corrosion or high temperatures caused by the environment, coated (e.g. nickel-plated) or stainless steel can also be used.

Vastus voidaan asettaa juotosta varten ripaan kiin-30 ni sivulta, toisin sanoen tarvitsematta työntää sitä reikien läpi. Täten kokoonpanotyö nopeutuu eikä riparakenne rajoita lämmityselementin pituutta. Lisäksi ripa voidaan valmistaa sopivan levyisestä teräsnauhasta jatkuvana tuotteena, joko kuhunkin tarkoitukseen määrämittaiseksi tehty-35 nä tai esimerkiksi moduulimitoitettuna. Tämä merkitsee huo- 4 81473 mättäviä kustannussäästöjä esimerkiksi lamellielementtiin verrattuna.The resistor can be set for soldering on the side of the rib, i.e. without having to push it through the holes. Thus, the assembly work is accelerated and the rib structure does not limit the length of the heating element. In addition, the rib can be made of a steel strip of suitable width as a continuous product, either made to size for each purpose or, for example, modularly dimensioned. This means considerable cost savings compared to, for example, a lamella element.

Keksinnön mukainen lämmityselementti tarjoaa itse lämmittimen konstruktion kannalta useita etuja. Rakenne on 5 ohut, jolloin se ei aseta rajoituksia itse lämmittimen paksuudelle. Lämmityselementti voidaan toteuttaa käyttäen joko yhtä suoraa vastusta, yhtä U:n muotoon taivutettua vastusta, kahta suoraa vastusta tai näiden yhdistelmää. Täten laitteen suunnittelija voi vapaasti valita kytkentäpäiden 10 sijoittelun ja erilaisia tehoyhdistelmiä tarpeen mukaan. Myös lämmityselementin taipumus kerätä pölyä on vähäinen.The heating element according to the invention offers several advantages for the construction of the heater itself. The structure is 5 thin, so it does not place restrictions on the thickness of the heater itself. The heating element can be implemented using either one straight resistor, one U-shaped bent resistor, two straight resistors or a combination of these. Thus, the designer of the device is free to choose the location of the coupling heads 10 and different power combinations as needed. The heating element also has a low tendency to collect dust.

Seuraavassa keksinnön mukaista lämmityselementtiä kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa 15 kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen lämmityselementin riparakenteen, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen lämmityselementin yhdellä U:n muotoisella putkivastuksella varustettuna ja kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen lämmityselementin 20 kahdella suoralla putkivastuksella varustettuna.The heating element according to the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a rib structure of a heating element according to the invention, Figure 2 shows a heating element according to the invention with one U-shaped tube resistor and Figure 3 shows a heating element 20 with two straight tube resistors.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen lämmitys-elementin riparakenne, joka on valmistettu yhdestä levyai-hiosta muovaamalla. Sopivana levymateriaalina voidaan mainita esimerkiksi teräsnauha, jonka leveys voi olla esimer-25 kiksi 140 mm ja paksuus 0,75 mm. Tällainen teräsnauha on muotoiltu kuvion 1 mukaiseksi riparakenteeksi sopivan työkalun avulla. Tällöin levymateriaaliin 1 on muotoiltu kaksi levyn 1 pituussuuntaista ja levyn tason suunnassa sijaitsevaa uraa 2 sähkövastuksen tai -vastusten kiinnijuot-30 tamista varten. Näiden urien 2 mitat on sovitettu vastaamaan riparakenteen kanssa käytettäväksi ajatellun putkivas-tuksen 4 ulkohalkaisijaa. Lisäksi levymateriaalista 1 on taivutettu ulos siivekkeitä tai ripoja 3. Nämä siivekkeet on taivutettu suhteellisen jyrkästi nauhan 1 tasoa vastaan, 35 lähes suoraan kulmaan sen suhteen. Edullista lämmönsiirron 5 81473 kannalta on, että mahdollisimman suuri osa ripalevyn 1 pinta-alasta on muotoiltu siivekkeiksi tai rivoiksi 3.Figure 1 shows a rib structure of a heating element according to the invention, which is made of a single sheet blank by molding. As a suitable sheet material, for example, a steel strip can be mentioned, the width of which can be, for example, 140 mm and a thickness of 0.75 mm. Such a steel strip is formed into a rib structure according to Figure 1 by means of a suitable tool. In this case, two grooves 2 in the longitudinal direction of the plate 1 and in the plane direction of the plate 1 are formed in the plate material 1 for soldering the electric resistor or resistors. The dimensions of these grooves 2 are adapted to correspond to the outer diameter of the pipe resistor 4 intended for use with the rib structure. In addition, wings or ribs 3 are bent out of the sheet material 1. These wings are bent relatively sharply against the plane of the strip 1, almost at an almost right angle thereto. It is advantageous from the point of view of heat transfer 5 81473 that as much of the surface area of the rib plate 1 as possible is formed into wings or ribs 3.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukainen lämmitys-elementti, jossa kuvion 1 mukaisen riparakenteen uriin 2 5 on sovitettu U:n muotoinen putkivastus 4. Tämän putkivas-tuksen vaippa on käyttökohteen mukaan tavallista terästä, pintakäsiteltyä (esimerkiksi niklattua) terästä tai ruostumatonta terästä. Vastuksen 4 ja uran 2 saumakohtaan on asetettu sopiva juote, esimerkiksi kuparilanka tai -tahna 10 ja rakenne on juotettu sopivassa atmosfääriuunissa mekaanisesti lujan ja hyvin lämpöä johtavan liitoksen aikaansaamiseksi putkivastuksen 4 vaipan ja riparakenteen levy-materiaalin 1 välille. Putkivastuksen kiinnijuottamisen jälkeen vastussauvan 4 päät on tiivistetty tavanomaisella 15 tavalla ja ne on varustettu sähköliitäntää varten tarvittavilla osilla 5.Fig. 2 shows a heating element according to the invention, in which a U-shaped tubular resistor 4 is arranged in the grooves 25 of the rib structure according to Fig. 1. The casing of this tubular resistor is made of ordinary steel, surface-treated (e.g. nickel-plated) steel or stainless steel. A suitable solder, for example copper wire or paste 10, is placed at the joint of the resistor 4 and the groove 2 and the structure is soldered in a suitable atmospheric furnace to provide a mechanically strong and highly thermally conductive connection between the pipe resistor sheath 4 and the rib structure sheet material 1. After soldering the pipe resistor, the ends of the resistance rod 4 are sealed in a conventional manner 15 and are provided with the necessary parts 5 for the electrical connection.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukaisen lämmitys-elementin suoritusmuoto, jossa riparakenne on muodostettu useista määrämittaisista moduleista. Lisäksi kuvion 2 läm-20 mityselementistä poiketen kuvion 3 lämmityselementti on varustettu kahdella suoralla vastussauvalla 4. Lämmitys-elementti on koottu samalla tavoin kuin edellä esitettiin kuvion 2 lämmityselementin yhteydessä. Käyttämällä kahta erillistä vastussauvaa 4 saadaan aikaan lämmityselementti, 25 jolle on valintakytkennän avulla aikaansaatavissa kaksi tehoaluetta.Figure 3 shows an embodiment of a heating element according to the invention, in which the rib structure is formed of several modules of a certain size. In addition, unlike the heating element of Fig. 2, the heating element of Fig. 3 is provided with two straight resistance rods 4. The heating element is assembled in the same manner as described above in connection with the heating element of Fig. 2. By using two separate resistance rods 4, a heating element 25 is provided, for which two power ranges can be provided by means of a selection circuit.

Yllä keksinnön mukaista lämmityselementtiä on kuvattu riparakenteen osalta vain kahden esimerkinomaisen rakennevaihtoehdon pohjalta, jotka itse riparakenteen ul-30 konäön ja toteutustavan suhteen ovat täysin identtisiä. On kuitenkin ymmärrettävää, että itse ripojen muotoa ja rakennetta samoin kuin putkivastuksille muodostettujen urien paikkaa voidaan esimerkiksi virtausteknisistä tai muista syistä muuttaa poikkeamatta kuitenkaan oheisten patentti-35 vaatimusten määrittelemästä suojapiiristä.The heating element according to the invention has been described above with regard to the rib structure on the basis of only two exemplary construction alternatives, which are completely identical in terms of the appearance and implementation of the rib structure itself. It is to be understood, however, that the shape and structure of the ribs themselves, as well as the location of the grooves formed on the tube resistors, may be altered, for example for flow engineering or other reasons, without departing from the scope of the appended claims.

Claims

6 81473

A heating element, in particular for electric room heaters of the flow-through type, in which the element has at least one tube-type electric resistor (4) and an associated metal-plate structure (1, 3) increasing the heat transfer surface, characterized in that the structure is made of a single plate blank. ribs or wings (3) projecting from the surface and, in the plane direction of the plate 10, one or more trough-like grooves (2) into which the electrical resistor or resistors (4) are soldered.

Heating element according to Claim 1, characterized in that the metal plate structure 15 which increases the heat transfer surface consists of a part adapted to each application.

Heating element according to Claim 1, characterized in that the metal plate structure which increases the heat transfer surface consists of two or more standard-sized parts. li 7 81473