NO841601L - Elektrisk varmelegeme. - Google Patents

Abstract

Elektrisk varmeelement for oppvarming av et fluid, med flere på hverandre staplede, skiveformede varmeelementlegemer (1), som i på hverandre staplet tilstand danner en lukket yttervegg (4) og mellom seg omslutter varmetrådspiralen i enkelte delpartier (8), hvor de enkelte delpartier (8) er leiret på steg (5) som er anordnet i stjerneform og som begrenser strmningskanaler, som fører fluidet som skal varmes opp. Spesielt er det ifølge en foretrukket viderefring i de nedstrms beliggende varmeelementlegemer (le, lf) anordnet radiale passasjer (17) mellom disse strømningskanaler (14a, b,. c) og kanaler (10), som fører ytterligere, kjøligere fluid.

Description

Oppfinnelsen vedrører et elektrisk varmeelement for oppvarming av et fluidum, med flere skivef ormede varmelegemer som er staplet på hverandre, hvor to nabo-legemer til enhver tid mellom seg danner en ringformet uttagning, hvor det til enhver tid ligger et delparti av en varmetrådspiral, hvis enkelte delpartier ligger elektrisk i serie med hverandre.

■Varmeelement er av ovennevnte type er f. eks. kjent fra US utlegningsskrift 1 514 857 og FR utlegningsskrift 931 619. Ved disse varmeelementer ligger varmetrådspiralen med elektrisk serie-koplede delpartier mellom enkelte, skiveformede varmelegemer, som i de utvendig liggende sylinderflateer er forsynt med åpningss lisser, via hvilke varmetrådspiralen får kontakt med det fluidum som skal varmes opp. Da varmetrådspiralen ved slike varmeelementer får forholdsvis dårlig spylekontakt med fluidet, er den avgivbare varmeeffekt forholdsvis lav, selv ved maksimal temperatur som varmetrådspiralen kan belastes med.

Fra FR utlegningsskrift 1 268 738 for eksempel, er det sant nok allerede kjent å spenne fast varmespiralen på en stjer-neformet bærer, slik at den blir liggende i spiralform i ett plan, for å la fluidumstrømmen gå perpendikulært gjennom dette plan, men raed en slik anordning er det ikke mulig å oppnå høye temperaturer av det fluidum son skal varmes opp.

Til grunn for foreliggende oppfinnelse ligger den oppgave å tilveiebringe et varmeelement av innledningsvis nevnte type, som ved en forholdsvis kompakt konstruksjon muliggjør en høy oppvarmingseffekt.

Denne oppgave løses med de karakteriserende trekk i krav 1.

Ved ovennevnte varmeelement blir fluidet som skal varmes opp, det være seg en gass, gassblanding, luft eller en væske,, ledet gjennom varmetrådspiralen i plan på hvilke varmetråd-ispiralens akse står i det vesentlig perpendikulært. Slik opi pnås svært god spylekontakt med varmetrådspiralen og deir- med. utmerket varmeveksling. Varmetrådspiralen kan dermed ved en gitt temperatur avgi en høy varmeeffekt, slik at det oppnås forholdsvis små konstruksjonsformer. Til tross for kompakt konstruksjon, kan det ved dette varmeelement oppnås en forholdsvis ringe strømningsmotstand , som følge, av varmetrådspiralens anordning på steg som er smale i forhold til strømningstverrsnittet. Dette muliggjør bruk av støysvakt arbeidende vifter med lav effekt, noe som gjør varmeelemen-tene ifølge oppfinnelsen særlig attraktive for husholdnings-og hjemmeindustri-redskaper.

Da de enkelte delpartier av varmetrådspiralen ved foreliggende varmeelement etter tur blir gjennomstrømmet av fluidet som trer inn i varmeelementet, blir fluidet utsatt.for gjen-tatt oppvarming, slik at det kan oppnås svært høye temperaturer av fluidet som skal varmes opp. Fluidets temperatur-økning langs' varmeelementets lengde fører dog til at de delpartier som ligger nedstrøms, blir mindre avkjølt enn de som ligger oppstrøms, fordi fluidet kommer det med forholdsvis høy temperatur? For en optimal utnyttelse av varmetrådspiralen over hele dennes lengde,er detønskelig at den oppnår mest mulig lik temperatur over det hele. Denne oppgave løses med de karakteriserende trekk i krav 2. Ved hjelp av de radialt forløpende passasjer mellom den aksiale åpning og åp-ningene som ligger mellom stegene i de varmelegemer som ligger nedstrøms, vil de delpartier av varmetrådspiralen som ligger nær nedstrøms ende av varmeelementet og normalt blir sterkere oppvarmet bli termisk avlastet av ekstra tilførsel av fluid med lavere temperatur (omgivelsestemperatur eller svakt forhøyet omgivelsestemperatur). Denne termiske avlast-ning kan ikke bare føres tilbake på at varmetrådspiralen får tilført fluid med lavere temperatur, men skyldes også i vesentlig grad at strømningshastigheten blir økt som følge av den ytterligere f luid-tilf ør sel.

Videreutviklingen ifølge krav 2 fører til ytterligere utjevning av temperaturen i strømningsretning. Som følge av det I større, tverrsnitt for nedstrøms beliggende diameter, vil det der tilføres mer kjøligere fluid, slik at varmetrådspiralens nedstrøms delparti på den ene side blir mindre sterkt av-kjølt av det allerede forvarmede fluid, men på den annen si-de som følge av den større mengde av tilsatt, kjølig fluid blir sterkere- avkjølt enn oppstrøms nabo-delparti.

Krav 4 vedrører en videreutvikling, som på en særdeles enkel måte gjør det mulig å realisere gjenstanden for krav 3, nem-lig å variere tverrsnittsflåtene av de radiale passasjer, idet varmeelementlegemene blir lagt slik på hverandre at to nabopassasjer kompletterer hverandre til en passasje med dobbelt strømnings tverrsnitt, slik at det oppnås et større tverrsnitt.

En særlig fordelaktig videreutvikling oppnås ved hjelp av gjenstanden for krav 5. Ifølge dette krav ligger de varmelegemer som har en radial passasje bare i anlegg mot hverandre i området for den sentrale kjerne og ved de sylindriske yt-terflater. Slik danner hele tverrsnittsflaten mellom den sylindriske yttervegg og den sentrale kjerne en felles, radial åpning, som forbinder alle aksiale åpninger med hverandre.

Den videreutvikling som er angitt i krav 6 bidrar også til

å holde temperaturen i de enkelte delavsnitt for varmetrådspiralen mest mulig konstant. Dette trekk kan brukes i til-legg til det trekk som er angitt i krav 2, men det kan også brukes alene.

Ifølge den videreutvikling som er angitt i krav 7, oppnås en svært enkel mulighet for elektrisk forbindelse av varmetrådspiralens enkelte delpartier, som ikke krever en konstruktiv ekstrainnsats og dessuten tillater en enkel montering av

varmetrådspiralen.

Under henvisning til et utførelseseksempel som er vist i tegningen, skal oppfinnelsen forklares nærmere i det følgen-'de. i. i

1 tegningen viser

fig. 1 et sideriss av et ferdig montert varmeelement,

fig. 2 et oppriss av s trømnings-innløpssiden av varmeelementet ifølge fig. 1,

fig. '3 et tverrsnitt gjennom varmeelementet ifølge fig. 1 og 2 uten holderanordningen for varmeelementet og uten varmetrådspiralen,

fig. 4a og 4b et oppriss av og et snitt gjennom et første varmeelementlegeme uten radial passasje,

fig. 5a og 5b et oppriss av og et snitt gjennom et andre varmeelementlegeme med radiale passasjer på begge sider,

fig. 6a og 6b et oppriss av og et snitt gjennom et tredje varmeelementlegeme,

fig. 7 en gjengivelse i perspektiv av varmetrådspiralen som er anordnet i varmeelementet.

I fig. 1 er det-vist et varmeelement som omfatter sju på hverandre staplede varmeelementlegemer 1, som er holdt sam-men av et fastspenningsledd 2 som forløper sentralt gjennom legemene. Dette varmeelement er lagret på en monteringsenhet 3 med; en ringformet flens.

; Varmeelementlegemene 1, av hvilke enkelte utførelsesformer er vist i fig. 4a, 4b, 5a, 5b og 6a, 6b, består av et kera-misk eller et annet varmebes tandig materiale. De omfatter en hulsylindrisk ring 4, i tilslutning til hvilken det følger radialt innadforløpende steg 5, som ender i en sentral kjerne 6. I på hverandre staplet tilstand av de enkelte varmeelementlegemer danner de en gjennomgående, spaltfri jmantelf late. Stegene 5 er i radial retning forholdsvis smalt:jutformet, slik at de yter ringe motstand mot en luftstrøm j

som strømmer gjennom varmeelementet i aksial retning. I kan-tene har de omtrent halvsirkelformede uttagninger 7, som ved på hverandre staplede varmeelementlegemer 1 kompletterer hverandre til en rundtløpende, ringformet uttagning, hvor de enkelte delpartier 8 av en varmetrådspiral, som vist i fig. 7, er leiret. Fig. 7 viser hvordan varmetrådspiralen ligger i varmeelementet. De enkelte delpartier 8 av varmetrådspiralen er koplet i serie med hverandre ved hjelp av forbindelser 9, som står perpendikulært på de plan som defineres av delpartiene. 8. Da delpartiene 8 ikke danner en full sirkel, er forbindelsene innbyrdes vihkelforskutt. De forløper til enhver tid gjennom innbyrdes forskutte, aksiale kanaler 10 i varmeelementet, hvor kanalene 10 er begrenset av to nabosteg 5. Planene lia og 11b av varmetrådspiralen er ført ut aksialt og ses også av fig. 1 og 2. Den tredje aksialt fremførte leder lic er tilkoplet på et egnet sted av varmetrådspiralen, for å lede bort en fastsatt del av den totale spenning fra varmetrådspiralen, slik at det eksempel-vis kan drives en lavspenningsmotor for en vifte.

Fig. 2 viser varmeelementet fra luftinnløpssiden. Luften trer inn gjennom de tolv aksiale kanaler 10 mellom stegene 5 og spyler samtidig rundt de enkelte delpartier 8 av varmetrådspiralen og trer ut igjen gjennom tilsvarende kanaler 10 på nedstrøms side. Diametrene a<y>de enkelte vindinger av varmetrådspiralen er bare uvesentlig mindre enn den radiale diameter av en kanal 10, slik at det kan oppnås en høy varmeeffekt for et forholdsvis lite varmeelement. Stegene 9 av de enkelte varmelegemer er anordnet aksialt på linje med hverandre, slik at det oppnås minst mulig luftmotstand gjennom kanalene 10. For å lette denne oppretting på linje med hverandre, er de enkelte varmeelementlegemer 1 forsynt med markeringsspor 12 (se fig. 6a). Det kan også foreligge i hverandre gripende fremspring og uttagninger i de enkelte varmeelementlegemer for at disse bare skal la seg staple i

bestemte stillinger. I foreliggende tilfelle er den sentrale i åpning 13 som opptar fastspenningsleddet 2 kvadratisk utfor-jmet, og dette vil i forbindelse med et fastspenningsledd som

likeledes har kvadratisk tverrsnitt føre til at delene ikke kan dreie i forhold til hverandre. Fastspenningsleddet er utformet som en skrue med påsatt mutter.

I den sentrale kjerne 6 er alle varmeelementlegemer. 1 unn-tatt siste legeme lg på nedstrøms side utstyrt med tre. aksiale boringer 14a, b, c, som passerer gjennom dem. Boring 14a munner i skått utad forløpende renner 15a og 15b, som ender i .nabokanaler 10. Denne aksiale boring 14a brukes til tilbakeføring av varmetrådspiral-tilkoplingen 10a. Rennene 15a og 15b brukes til opptagelse av forbindelsene 9 mellom varmetrådspiralens delpartier. '

Boringene 14a, b, c har den oppgave å føre kjølig luft til de nedstrøms beliggende delpartier 8 av varmetrådspiralen via radiale åpninger 17. Uten denne "frisklufttilførsel" ville de nedstrøms beliggende delpartier 8 av varmetrådspiralen varme opp sterkere enn de delpartier som ligger lengre oppstrøms, da det bare ville være forvarmet luft som strøm-met rundt dem. Varmetrådspiralen kunne dermed ikke utnyttes optimalt. Som følge av denne "fersklufttilførsel" på stede-ne for de nedstrøms beliggende delpartier 8 av varmetrådspiralen er det dog mulig å drive varmetrådspiralen med tilnærmet samme temperatur over hele dennes lengde. Fig. 3 viser luftstrømningen gjennom varmeelementet på en skjematisk måte. De enkelte varmeelementlegemer 1 er her forsynt med samme bokstaver som i fig. 1. Varmeelementlegemene la til Md er identisk utformet og har ingen radiale åpninger 17. Disse varmeelementlegemer 1 er gjengitt i fig. 4a og 4b. Varmeelementlegemene le og lf er innbyrdes like, men skiller seg fra varmeelementl-egemene la-ld ved at de på begge kortsider har radiale åpninger 17 mellom de aksiale boringer 14a, b,c, og området for stegene 5 og de aksiale kanaler 10 mellom stegene 5. Gjennom disse radiale åpninger 17 strømmer

luft fra de aksiale boringer 14a, b, c til områdene for de aksiale kanaler 10 og blander seg der méd luft som allerede er sterkt oppvarmet. Strømningen gjennom disse radiale åp-i ninger 17 blir sikret ved at de aksiale boringer 14a, b, c

er lukket av siste varmeelementlegeme lg. Dette varmeelementlegeme skiller seg fra varmeelementlegemet la ved de mang-lende aksiale.boringer 14a, b, c.

Fig. 3 viser ytterligere et særtrekk ved anordningen av de enkelte varmeelementlegemer la-lg. Som nevnt ovenfor, har varmeelementlegemene le og lf radiale åpninger 17 på begge kortsider. Ettersom varmeelementlegemet le er i anlegg på et varmeelementlegeme ld som ikke har noen radial passasje,

vil det mellom, disse to varmeelementlegemer dannes et pas-: sasjetverrsnitt med enkel bredde. Da det imidlertid ved varmeelementlegemene le og lf vil ligge radiale passasjer 17 fra begge sider mot hverandre, oppnås der en dobbelt tverrsnittsflate sammenlignet med tverrsnittsflaten mellom varmeelementlegemene ld og le. Dermed oppnås at delpartiet 8 mellom, varmeelementlegemene le og lf blir sterkere avkjølt enn det delparti 8 som ligger lengre oppstrøms, mellom varmeelementlegemene ld og le. Om nødvendig kan man av denne grunn også anordne en radial passasje med ønsket høyde i siste varmeelementlegeme lg, slik at det der kan oppnås en tilsvarende temperering av varmetrådspiralen.

En tilsvarende variasjon av strømningstverrsnittet av de radiale passasjer 17 kan også oppnås, hvis det i stedet for varmeelementlegemer le og lf med hver sine radiale passasjer på innbyrdes motstående sider benyttes et varmeelementlegeme som har en slik radial passasje bare på den ene siden. I dette tilfelle ville man på det siste lukkede varmeelementlegeme ld plassere et slikt varmeelementlegeme på en slik måte at dets radiale passasje ligger nedstrøms. Også neste varmeelementlegeme ville bli plassert slik, mens det der-

på følgende legeme måtte ha sin radiale passasje, på oppstrøms side for oppnåelse av dobbelt strømningstverrsnitt. Ved denne konstellasjon måtte så sistnevnte varmeelementlegeme avsluttes med en skive for lukking av de aksiale boringer 14a, b, c, som-virker som luftføringer, eller det måtte tas/andre spesielle forholdsregler for slik lukking.

Figurene 5a og 5b viser detaljert, under henvisning til et varmeelementlegeme le, hvordan de radiale passasjer 17. er. utformet. De forløper ikke bare i en smal kanal mellom den aksiale boring 14a, b, c og en nærliggende aksial kanal 10, men opptar hele flaten mellom et indre kjernestykke 18 og området for stegene 5,, hvor bare indre kjernestykke 18 og<y>armeelementlegemets 1 ytre omkretsvegg 19 er utformet med maksimal høyde, mens alle øvrige områder har redusert tyk-kelse. På hverandre staplede varmeelementlegemer 1 er så-ledes bare i anlegg mot hverandre med sin hulsylinderforme-de ring 4 og det indre kjernestykke 18. Som følge av de radiale passasjenes 17 forholdsvis store flate oppnås at delpartiet 8 av varmetrådspiralen blir jevt forsynt med friskluft over hele sin omkrets.

I det viste utførelseseksempel er det vist tre aksiale boringer 14a, b og c, som er 120° forskutt innbyrdes. I stedet for tre slike boringer kan det naturligvis også anordnes mer enn tre boringer. Det er også mulig ikke å utføre kjer-nen som massivt stykke med'aksiale boringer, men med. radiale steg og mellomliggende luftføringskanaler i likhet med det område hvor varmetrådspiralen ligger.

For å holde varmetrådspiralens temperatur tilnærmet konstant over hele spiralens lengde, er det også mulig å variere vindingsavstandene for varmetrådspiralen. Dette kan skje.på en meget enkel måte når de enkelte varmeelementlegemer be-stykkes med varmetrådspiralen, ved at man i de nedstrøms liggende delpartier strekker varmetrådspiralen på enønsket måte. Jo lengre fra hverandre de enkelte vindinger ligger, desto lavere er den termiske belastning på varmetrådspiralen. Denne forholdsregel kan muligens være ' tils.trekke-lig, uten ovennevnte frisklufttilførsel, for at det skal oppnås en tilstrekkelig utjevning av temperaturen. En kombina-sjon av disse to forholdsregler er hensiktsmessig når varmetrådspiralen blir utsatt for høy termisk belastning ved en , svært kompakt konstruksjon, slik at det kreves en meget i nøyaktig temperaturregulering over hele varmetrådspiralens lengde.

Claims (7)

1. Elektrisk varmeelement for oppvarming av et fluid, med flere på hverandre staplede,, skivef ormede varmeelementlegemer (1), hvor to nabo-varmeelementlegemer (1) mellom seg til enhver tid danner en ringformet uttagning (7), hvor det til enhver tid ligger et delparti (8) av en varmetrådspiral, hvis enkelte delpartier ligger elektrisk i serie, karakterisert ved at de på hverandre staplede varmeelementlegemer (1) danner en lukket, sylindrisk mantelflate (4), at det mellom mantelflaten (4) og et midt-parti (6) er utformet radialt forløpende steg (5) med 'mellomliggende aksiale kanaler (10), og at den ringformede uttagning (7) er utformet for opptagelse av varmetrådspiralens delpartier (8) i området for de radiale steg.

2. Varmeelement som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i midtpartiet (6) er utformet minst en aksial åpning (14a, b, c), som er lukket i nedstrøms ende av varmeelementet, at det i minst ett av de nedstrøms beliggende varmeelementlegemer (le, lf) er utformet minst en radialt forløpende passasje (17) mellom den aksiale åpning (14a, b, c) og de aksiale kanaler (10) som ligger mellom stegene (5). ■

3. Varmeelement som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved minst to i strømnings-retning etter hverandre følgende, radiale passasjer (17) , hvis nedstrøms beliggende åpning har større tverrsnitt enn den oppstrøms beliggende åpning.

4. Varmeelement som angitt i krav 3, karakterisert ved at den radiale passasje (17) er utformet i varmeelementlegemets (1) aksiale kortsideområde.

5. Varmeelement som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at varmeelementlegemet; (1) for dannelse av den radiale passasje (17) i det vesent- j lige over hele området mellom den sylindriske mantelflate (4) og en sentral kjerne (6) er utformet med redusert tyk-kelse

6. Varmeelement som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at vindingsavstandene for varmetrådspiralen er utformet økende nedstrøms.

7. Varmeelement som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at varmetrådspiralens delpartier (8) danner en nesten lukket sirkel og at forbindelsene (9) mellom to og to delpartier (8) i nabo-Varme elementlegemer (1) til enhver tid er ført gjennom innbyrdes radialt forskutte, aksiale kanaler (10).