NO830972L - Elektrisk varmeelement - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et elektrisk varmeelement som er særlig, men ikke utelukkende, beregnet på å brukes ved oppvarming av vann i en vannbeholder. Oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med et varmeelement ifølge US-patentskrift 4.152.578.

Elektriske varmeelementer for vannbeholdere er velkjente

og omfatter vanligvis et metallomsluttet varmelegeme av hårnålstypen med et monteringslegeme av metall som er tilkoplet over de to benene av kappen. Monteringselementet besto enten av en plate, som var boltet fast til beholderveggen, eller av en skrupropp som ble skrudd inn i gjenget stuss på beholderveggen. For nærværende foretrekker produsentene av vannbeholdere å benytte monteringselementer av skrupropptypen. Skrupropper av metall av den type som er benyttet hittil er forholdsvis dyre å produ-sere, og de har tilbøyelighet til å korrodere etter en tids bruk og er da vanskelig å fjerne fra beholderen.

Skrupropper av plastmateriale har mange fordeler sammenliknet med metallpropper, etter som de er billigere i produksjon og uten korrosjonsproblemer. Etter som slike propper imidlertid har tilbøyelighet til å isolere varmeelementet elektrisk fra vannbeholderen, må det anbringes et jordingselement, ellers vil kappen bi utsatt for korrosiv erosjon etter en tids bruk.

Monteringselementet ifølge det nevnte US-patentskriftet eliminerte ulempene med skruproppene av metall. Det viste seg å være effektivt og ble godt mottatt innen bransjen. Etter som jordingselementet imidlertid ble satt sammen med varmeelementets ben før støping ved den kjente konstruksjonen, måtte den konkave formdelen utformes i samsvar med jordingselementet, og denne innsats-støpingen økte omkostningene.

Oppfinnelsen har tatt vare på de mange fordeler med konstruksjonen ifølge det nevnte US-patentskriftet, men eliminerer behovet for en kostbar form. En plastpropp blir støpt i en enkel form og settes deretter sammen med benene av varmeelementet med presspasning. Et jordingselement i form av en U-formet metallstrimmel er med sitt buktparti mekanisk og elektrisk forbundet med varmeelementbenene, og endepartiet av dets ben er innrettet for inngrep med en ring som er sveiset fast til beholderveggen rundt åpningen i veggen. En monteringsplate av flenstypen kan benyttes istedenfor et monteringselement i form av en skrupropp.

Varmeelementet ifølge oppfinnelsen kan være innrettet til å sørge for en kontrollert grad av likestrøm mellom varmeelementets kappe og varmtvannsbeholderens vegg, slik som omtalt i US-patentskrif ter 2.723.340 og 2.810.815.

Varmeelementet ifølge oppfinnelsen reduserer omkostningene for den tidligere form og støpeprosess etter som det ikke krever bruk av innsats-støpeteknikk. Varmeelementet ifølge oppfinnelsen sørger for et effektivt jordingselement som også tjener til å holde tetningselementer i stilling for å hindre lekkasje av vann langs den delen av varmeelementbenene som strekker seg gjennom hull i monteringselementet.

På medfølgende tegninger er det i illustrativt øyemed vist flere utførelsesformer av oppfinnelsen, og hvor: Fig. 1 viser et avbrutt lengdesnittsriss av varmeelementet ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et avbrutt tverrsnittsriss etter linjen 2-2

i fig. 1.

Fig. 3 viser et splittriss av delene som inngår i den sam-mensatte konstruksjonen ifølge fig. 1 og 2, sett i perspektiv. Fig. 4 viser et avbrutt snittriss som viser en ubetydelig modifisert utførelse. Fig. 5 viser et planriss ovenfra og viser oppfinnelsen anvendt på en vannoppvarmingsanordning med et monteringselement, som er utformet til å kunne boltes fast på vannbeholderen. Fig. 6 viser et avbrutt lengdesnittsriss etter linjen 6-6 i fig. 5. Fig. 7 viser et avbrutt lengdesnittsriss som viser oppfin-nelsens anvendelse på et varmeelement som innbefatter en elektrisk resistor for å kontrollere passasjen av likestrøm.

Fig. 8 viser et avbrutt tverrsnitt etter linjen 8-8 i

fig. 7.

Den vanlige varmtvannsbeholderen er fremstilt av forholds vis tynt stål, slik at det ikke kan utformes tilstrekkelige skruegjenger i kanten av beholderens hull 10 for passende opplagring av en skrupropp. Det er derfor vanlig praksis å sveise fast en metallring 12 på beholderveggens 11 ytterflate i aksial flukt med hullet 10. Ringen er forsynt med innvendige skruegjenger 14 .

Skruproppen 15 er fremstilt av et plastmateriale, fortrinnsvis en glassarmert plast som er i stand til å stå imot høye tem-peraturer og som yter større motstand mot kryping ved plastisk deformasjon. Eksempler på passende materialer som egner seg for formålet er Noryl fra General Electric Company og Celcon fra Celanese Corporation.

Etter som proppen 15 ikke har noen innsats, kan den frem-stilles i en enkel støpeoperasjon og i store mengder ved å benytte former med flere formrom. Ved moderne støpeteknikk blir det produsert svært lite, om overhodet noe, utflyt slik at det i mange tilfeller ikke er nødvendig med noen avgradingsoperasjon. Proppen 15 er støpt med et sekskantet hode 16 og et utvendig gjenget propparti 17. Proppens innside 18 utsettes for vannet 1 beholderen og kalles derfor våt-side, mens proppens motsatte side 19 er vendt bort fra vannet i beholderen og blir derfor kalt tørr-side.

To runde hull 20, 20, som strekker seg i lengderetningen,

er under støpeoperasjonen utformet slik at de strekker seg fra våt- til tørrsiden av proppen, og grunne ringformete forsenknin-ger 21 er utformet i tørrsiden konsentrisk med hvert hull 20. Hver av forsenkningene er tilpasset til å oppta en tettende Ot-ring 22. Proppen 15 er også utformet med en langstrakt grunn forsenkning 23 (se fig. 3), som strekker seg fra hodets ene seks-kantflate til den motstående og tvers over tørrsiden 19, slik det best går frem av fig. 3.

Et jordingselement 24 av blikk er fremstilt i en stanse-operasjon med et par ekstruderte hylser 25 i et flatt midtparti 2 6 og med nedbøyde ben 2 7 ved motsatte ender av midtpartiet. Endepartiene av benene 27 er bøyd litt utover, såsom ved 28. Jordingselementet 24 er fremstilt fra billig kaldvalset stål

med en tykkelse på ca. 0,396 mm. Bredden og tykkelsen på jordingselementet er valgt slik at det passer trangt inne i den langstrakte grunne forsenkningen 23 som er utformet i proppens 15 tørrside.

Et vanlig innkapslet elektrisk varmeelement H med hårnåls-form danner en del av aggregatet, det samme gjør en vanlig dielektrisk endekloss T. Varmeelementet kan være av den type som er vist i det førstnevnte US-patentskrift, mens endeklossen (uttaksblokken) kan være av den type som vises i US-patentskrift 3.943.328.

Endene 30, 3 0 av varmeelementbenenes kapper er vist i fig.

1 og 3, med en tilkoplingsstift 31 som strekker seg utover fra hver ende. Benenes 3 0 utvendige diameter står i et slikt forhold til diameteren for hullene 20 i proppen at det opprettes en presspasning på o ca. 5,08.10 —3 til 7,62.10 —3 mellom dem.

Monteringen av deler kan lett utføres med ufaglært arbeids-kraft og liten bearbeiding. Monteringsoperasjonene kan utføres i en rekkefølge, hvor proppen 15 og varmeelementet settes sammen først, slik at endene av kappebenene strekker seg et forutbestemt stykke frem fra proppens tørrside 19, slik som vist i fig. 1. Denne monteringsoperasjonen kan kreve bearbeiding på grunn av

den tidligere nevnte presspasning. O-ringene 22 blir montert rundt det fremskytende partiet av hvert kappeben og plassert

inne i hver sin ringformete forsenkning 21. Det foretrekkes en lett presspasning for å hindre utilsiktet forskyvning av O-ringene . Det er ikke forutsatt noen bearbeiding for dette monterings-trinnet, etter som O-ringenes elastiske egenskaper skulle tillate manuell montering.

Jordingselementet 24 settes sammen med det fremskytende partiet av kappebenene mens det er plassert i den langstrakte grunne forsekningen 23, og dette kan utføres for hånd. Deretter krympes hylsene 25 fast omkring kappebenene og dette vil kreve bearbeiding ved hjelp av verktøy. Enhver passende krymping kan utføres, f.eks. deformering av de rørformete hylsene 25 til en redusert, firkantet form som vist ved 35 i fig. 2. Endeklossen (uttaksblokken) T monteres på tilkoplingsstiftene 31 slik at innerflatepartiet 36 ligger fast an mot jordingselementets 24 flate midtparti 26 og jordingselementet presser mot O-ringene 22. Tilkoplingsstiftene 31 stukes deretter, som vist ved 37,

for å holde aggregatet sammen. Dette vil også kreve bearbeiding med verktøy, men i dette tilfelle dreier det seg om en arbeids-operasjon som allerede benyttes ved monteringen av tidligere varmtvannsberedere.

En pakningsring 38 kan være anbrakt over og rundt det

gjengete proppartiet 17, som kan skrues inn i ringen 12 som,

som tidligere påpekt, er sveiset fast til vannbeholderens vegg. Jordingselementets 24 ben 27 har tilstrekkelig lengde til å komme i kontakt med ringens 12 ytterflate 12.1 før proppen 15 har blitt dreiet til sin endelige virksomme stilling, slik at endene av benene stryker over flaten 12.1 for å skjære gjennom eventuell korrosjon på denne og å fjære, slik det fremgår av fig. 1, for å sikre en god jordingsforbindelse. De vinkelbøyde endene 28

av benene 27 sikrer at benene fjærer utover istedenfor å bøye seg. De sammentrykkete O-ringene hindrer vannlekkasje langs kappebenene fra proppens våt- 18 til tørrside 19, og den komprimerte pakningen 38 hindrer lekkasje av vann langs ringens 12 og propp-partiets 17 samvirkende gjenger.

Presspasningen mellom kappebenene 30 og de tilhørende hullene 20 i plastproppen vil hindre at benene blir skjøvet utover fra proppen av trykket i vannet i beholderen. For imidlertid å beskytte seg mot muligheten for at plasten i proppen kan bli slakk i tidens løp, kan det skjæres ut en tange 40 (se fig. 4) fra et av jordingselementets 24 ben 27 og begrenses innenfor et hull 41 som strekker seg innover fra en sideflate av proppens hodeparti 19.

Selv om produsenter av vannbeholdere, som tidligere nevnt, for tiden foretrekker varmtvannsberedere av skrutypen, kan oppfinnelsen også anvendes ved vannvarmere hvor monteringselementet har form av en plate, som er boltet fast på beholderveggen. Det henvises i denne forbindelse til fig. 5 og 6, hvor det er vist et varmeelement av den nevnte type, og hvor deler som likner de allerede beskrevne er betegnet med samme henvisningstall med et tillegg "a".

Monteringselementets 44 hode 16a er fortrinnsvis firkantet, som sett i planriss i fig. 5, med hull i sine fire hjørner for gjennomføring av bolter 45 som er skrudd inn i hull som er utformet i ringen 12a, som er sveiset fast til beholderveggen lia. Dersom hodet 16a ikke er tilstrekkelig tykt til å opprette en presspasning sammen med kappebenene 30a, kan hodet fortykkes 'innover, som ved 46, for å sørge for den nødvendige lengden. Benene 30a, monteringselementet 44, O-ringene 22a, jordingselementet 24a og endeklossen (uttaksblokken) kan monteres på den tidligere beskrevne måten. Når boltene 45 er skrudd helt inn i ringen 12a, ligger endene av benene 27a an mot flaten 12.1a på ringen under lett fjæring for å opprettholde god jordingskon-takt.

De tidligere beskrevne monteringselementene gir mange fordeler sammenliknet med metallpropper når det gjelder pris og antikorrosive egenskaper. Slike monteringselementer gir også

en direkte jording mellom varmeelementets kappe og beholderens vegg. I enkelte tilfeller forårsaket imidlertid en ukontrollert passasje av likestrøm mellom varmeelementets kappe og beholderveggen hurtig forbruk av de magnesiumstengene som normalt er installert i vannbeholdere for å beskytte beholderens innervegg mot korrosjon i tilfelle den beskyttende foringen på innerveggen viser seg mangelfull eller utvikler knappenålshull.

Som tidligere nevnt i US-patentskrifter 2.723.340 og 2.810.815, fant industrien visse fordeler i å opprette en kontrollert grad av likestrøm mellom varmeelementets kappe og beholderens vegg, og oppfinnelsen gjør det mulig å sørge for en slik kontrollert passasje av likestrøm. Det henvises i denne forbindelse til fig. 7 og 8, hvor et varmeelement av denne type er vist, og hvor deler som likner de som er beskrevet i tilknytning til fig. 1, 2 og 3 er betegnet med samme henvisningstall med tillegget "b".

Proppen 15b likner den tidligere beskrevne skruproppen

15, med den unntakelse at det er utformet en fordypning 50 som strekker seg innover fra proppens tørrside 19b. Jordingselementet er i dette tilfelle satt sammen av to deler, idet den ene av disse 51 er flat og har ekstruderte hylser 25b som er krympet rundt benene 30b av varmeelementet. Den andre delen 52 av jordingselementet er komplementær til delen 51 i sitt flate midtparti 26b, for å skille delene 51 og 52 fullstendig.

En motstand 54 av forutbestemt fast ohmsk motstand er anbrakt inne i fordypningen 50. Som det går frem av fig. 7 er resistoren av radiotypen og en ohmsk motstand som har vist seg hensiktsmessig i forbindelse med US-patentskrift 2.723.340 var 700 ohm. Motsatte ledninger fra resistoren ligger over respektive flater av delene 51 og 52 og blir presset fast mot disse delene av det overliggende parti av endeklossen (uttaksblokken) Tb. Resistoren sørger således for en kontrollert grad av likestrøms-passasje mellom varmeelementets kappe og veggen av beholderen.

Claims (11)

1. Elektrisk varmeelement av den type som er innrettet til å monteres på metallveggen (11) av en fluidumbeholder med et virksomt oppvarmingsparti (30), som strekker seg gjennom en åpning (10) i veggen (11), for å varme opp innholdet i beholderen, hvilket varmeelement (H) omfatter en langstrakt metall-kappe (30), en elektrisk leder med motstandsoppvarming som strekker seg i lengderetningen innenfor kappen, et varmeledende, elektrisk isolasjonsmateriale som danner opplagring for lederen innenfor kappen, samt en elektrisk tilkoplingskontakt (31) som er forbundet med en ende av lederen med motstandskopling ved et endeparti av kappen og som rager utenfor en ende av kappen, karakterisert ved et monteringselement (15) av plast som er festet til kappens endeparti (30) og som er innrettet til å forbindes med beholderveggen (11) for å holde varmeelementet i arbeidsstilling, og et jordingselement (24) av metall som dekker over en ytterflate (18) av monteringselementet og er innrettet til å opprette elektrisk forbindelse mellom kappen (30) og beholderveggen (11) når monteringselementet (15) er forbundet med beholderveggen.

2. Elektrisk varmeelement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at beholderen inneholder en væske som skal varmes opp, idet monteringselementet (15), når det er forbundet med beholderveggen, har en våt-side (18) som utsettes for fluidet inne i beholderen og en motsatt tørr-side (19), og at monteringselementet har et gjennomgående hull (20) som strekker seg fra våtsiden til tørrsiden, idet kappens endeparti strekker seg gjennom hullet med enden stikkende frem fra tørrsiden, mens jordingselementet (24) er elektrisk og mekanisk forbundet med kappeendepartiets fremstikkende ende.

3. Elektrisk varmeelement i samsvar med krav 2, karakterisert ved at kappeendepartiet strekker seg gjennom hullet (20) med presspasning.

4. Elektrisk varmeelement i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at et ringformet spor (21) omslutter hullet (20) ved monteringselementets (15) tørrside, og at en O-ring (22) er plassert inne i sporet (21), idet jordingselementet (24) overdekker O-ringen (22) og holder sistnevnte i tettende forbindelse med det tilstøtende partiet av kappens endedel.

5. Elektrisk varmeelement i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at monteringselementet (15) er en støpt plastpropp med ytre skruegjenger (17) som samvirker med innvendige skruegjenger (14) på beholderveggen (11).

6. Elektrisk varmeelement i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at monteringselementet (15) er en plastplate som er utformet til å kunne boltes (45) fast til beholderveggens (11) ytterflate.

7. Elektrisk varmeelement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at beholderen inneholder en væske som skal varmes opp og monteringselementet (15) er en støpt plastpropp, mens varmeelementet (H) er av hårnålstypen med en bukt og et par ben plassert ved siden av hverandre, og at plastproppen har utvendige skruegjenger (17), som samvirker med innvendige skruegjenger (14) på en metallring (12) som er sveiset fast til beholderveggens (11) ytterflate aksialt i flukt med hullet (10) i beholderveggen, idet proppen har en våtside (18), som utsettes for væsken i beholderen, og en motsatt tørrside (19) utenfor beholderen, hvilken propp (15) har et par gjennomgående hull (20), som strekker seg fra våt- (18) og tørrsiden (19), idet hvert hull opptar endepartiet av hver sitt varmeelementben (30), idet en ende av hvert ben strekker seg utenfor tørrsiden (18) et forutbestemt stykke, hvilket jordingselement (24) danner en metallstrimmel med et sentralt parti (26), som overdekker tørr-siden (18), og jordingsben (27), som skyter frem fra motsatte ender av det sentrale partiet (26) og i fjærende inngrep med metallringen (12), hvilket sentrale parti (26) har et par ut-pressete hylser, som passerer tilstøtende partier av varmeelementbenene (30) og er krympet til disse.

8. Elektrisk varmeelement i samsvar med krav 7, k a r a k - terisert ved at endepartiet av et varmeelementben (30) strekker seg gjennom et hull (20) i proppen (15) med presspasning, for å begrense bevegelse av varmeelementet (H) i en retning utad fra beholderen ved trykket av væsken i beholderen.

9. Elektrisk varmeelement i samsvar med krav 7 eller 8, karakterisert ved at et fremspring (40) fra jordingselementet (24)' er plassert i en åpning (41) i proppen (15), for å begrense bevegelse av varmeelementet (H) i en retning utad fra beholderen ved trykket av væsken i beholderen.

10. Elektrisk varmeelement i samsvar med et av kravene 1-9, karakterisert ved at jordingselementet (24) er dannet av to deler (51,52), idet den ene (51) av disse er elektrisk forbundet med kappen (30), mens den andre (52) er elektrisk forbundet med beholderveggen (11) når monteringselementet (15) er forbundet med beholderveggen (11), og et motstandselement (54) som elektrisk forbinder de to delene (51,52) av jordingselementet (24) og er innrettet til å kontrollere passasjen av likestrøm mellom disse.

11. Elektrisk varmeelement i samsvar med et av kravene 1-10, karakterisert ved en endekloss ( samleblokk). (Tb) av dielektrisk materiale med minst ett hull for gjennom-føring av tilkoplingskontakten, hvis ende er stuket over en utadrettet flate på klossen (Tb), slik at en innadrettet flate av denne presses mot metalljordingselementet (26) for i sin tur å presse sistnevnte mot monteringselementet (15) av plast.