Elektrischer Rohrheizkörper Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Rohr heizkörper und hat den Zweck, verschiedene, bisher an Rohrheizkörpern auftretende Mängel zu beseitigen sowie die Anwendungsmöglichkeit von Rohrheizkör pern zu erweitern und auch die Möglichkeit einer bes seren Materialausnützung zu schaffen.
Elektrische Rohrheizkörper müssen häufig in ver schiedene Formen gebogen werden, um bestimmte Heizleistungen auf kleinem Raume unterbringen zu können. Bei zur Flüssigkeitserhitzung bestimmten Rohrheizkörpern ist oft erforderlich, die aus dem Flüssigkeitserhitzer herausgeführten Rohrheizkörper- enden in dem noch beheizten Bereich zu kröpfen, wo durch sich ebenfalls Biegungen des Rohrheizkörpers mit relativ kleinen, oft nur in der Grössenordnung des Rohrheizkörperdurchmessers liegenden Biegeradien ergeben.
Beim Betrieb zeigt sich nun, dass die Heiz körper im Bereich dieser starken Biegestellen am frü hesten durchbrennen. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, dass bei den Rohrheizkörpern, die bekanntlich aus einem Mantelrohr bestehen, das mit einer stark verdichteten, meist pulverförmigen Isolier masse gefüllt ist, in der ein oder mehrere Heizleiter eingebettet sind, die neutrale Biegefaser nicht in der Mitte liegt, sondern gegen die Innenseite der Biegung zu verschoben ist, so dass der aussenliegende Teil des Rohrheizkörpers im Biegungsbereich stärker gedehnt,
als der innere Teil gestaucht wird und sich somit im Biegungsbereich eine Auflockerung des Isolations materials ergibt. Dadurch wird nun aber die Wärme leitfähigkeit zwischen Heizleiter und Mantelrohr in diesem Bereich herabgesetzt und der Heizleiter nimmt daher dort höhere Temperaturen an als im übrigen, geraden oder nur schwächer gekrümmten Bereich des Rohrheizkörpers.
Um eine Überhitzung von Rohrheizkörpern, ins besondere von solchen, die zur Flüssigkeitserhitzung bestimmt sind und eine verhältnismässig hohe Ober flächenbelastung, das heisst hohe Wärmeabgabe pro Oberflächeneinheit aufweisen, zu verhindern, sind schon verschiedene Schutzeinrichtungen, wie etwa Stabthermostaten, Bimetallthermostaten usw.
vor geschlagen worden, die einen verhältnismässig kompli zierten und daher störungsanfälligen Aufbau besitzen und von denen jene, die einen einigermassen hinrei chenden Schutz der Heizkörper verbürgen, so teuer sind, dass ihre Kosten etwa bei Haushaltgeräten, wie elektrisch beheizten Waschmaschinen, Espresso- maschinen, Boilern usw., in vielen Fällen die An schaffungskosten des verwendeten Rohrheizkörpers übersteigen.
Bei zur Flüssigkeitserhitzung bestimmten Rohrheizkörpern besteht dann die Gefahr einer über hitzung, wenn der Heizkörper in trockenem Zustand eingeschaltet wird sowie, wenn sich beim Betrieb an seiner Oberfläche Kesselstein oder, was insbesondere bei Waschmaschinen der Fall ist, Schmutzteilchen, Fasern und ähnliche wärmeisolierend wirkende Stoffe absetzen.
Der Rohrheizkörper nach der Erfindung ist da durch gekennzeichnet, dass der beheizte Teil des Rohrheizkörpers in Zonen verschieden hoher Ober flächenbelastung unterteilt ist. Diese Unterteilungen können entweder im Längs- oder im Umfangsbereich, aber auch in beiden Bereichen vorgesehen sein.
Bei Rohrheizkörpern, die stärkere Krümmungen aufwei sen, ist es zweckmässig, die Oberflächenbelastung des Heizkörpers im Bereich dieser stärkeren Krümmun- gen, Kröpfungen usw. niedriger als im übrigen, ge raden oder nur schwächer gekrümmten Bereich des Heizkörpers zu halten.
Die Oberflächenbelastung im Krümmungsbereich wird dabei vorteilhaft so gewählt, dass die Temperaturdifferenz zwischen Heizleiter und Mantelrohr trotz der geringeren Wärmeübertragung im Krümmungsbereich etwa im Bereich des ganzen beheizten Teiles des Rohrheizkörpers gleich gross bleibt.
Bei der Auslegung des Rohrheizkörpers braucht dann keine Rücksicht mehr auf die sonst stö rungsanfälligen Krümmungsstellen genommen werden und es ist insbesondere bei zur Flüssigkeitserhitzung bestimmten Rohrheizkörpern, bei denen eine hinrei chende Wärmeableitung gewährleistet ist, möglich, die Heizleistung eines Rohrheizkörpers bei gleichen Abmessungen gegenüber den bisherigen Ausführun gen zu erhöhen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand von drei Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt: Fig. 1 einen Rohrheizkörper im Schaubild, Fig. 2 einen anderen Rohrheizkörper teilweise ge schnitten ebenfalls im Schaubild und Fig. 3 einen weiteren Rohrheizkörper teilweise aufgeschnitten schematisch in Draufsicht.
Gemäss Fig. 1 ist der Rohrheizkörper 1 im we sentlichen U-förmig gebogen und an seinen Enden in üblicher Weise mit Einschraubnippeln 2 und An schlussbolzen 3 versehen. Der im Heizkörper unter gebrachte Heizleiter ist so ausgelegt, dass der Schen kel la des Heizkörpers eine grössere Oberflächen belastung als der Schenkel 1b aufweist.
Dies kann in einfachster Weise dadurch erreicht werden, dass der meist in Form einer Wendel verlegte Heizleiter im Bereich des Schenkels la wenigstens streckenweise einen grösseren Widerstand je m hat als im Bereich des Schenkels 1b: Dies kann durch Wahl verschie dener Heizleiterquerschnitte erreicht werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Heizleiterwen- del im Bereich des Schenkels lb stärker als im Be reich des Schenkels la auseinanderzuziehen, oder den Wendeldurchmesser zu verändern. Bei der Verwen dung dieses Heizkörpers zur Wassererhitzung kann der Heizkörpermantel bei normalen Betriebsbedingungen praktisch keine höheren Temperaturen annehmen, als das umgebende Wasser.
Sobald sich aber am Heiz körper Kesselstein oder sonstige wärmeisolierende Stoffe, wie etwa Schmutzteilchen, Fasern usw., ab lagern, tritt eine Wärmestauung auf, wobei sich der Schenkel la schneller als der Schenkel lb erhitzen wird, da ja die Oberflächenbelastung des Schenkels la höher als die des Schenkels lb liegt.
Der Schenkel la wird daher in grösserem Masse einer Wärmedeh nung als der Schenkel 1 b unterzogen, und der gesamte Heizkörper wird sich, falls seine Enden fest ein gespannt sind, entsprechend der strichlierten Darstel lung in Fig. 1 verkrümmen. Dadurch wird aber der Kesselstein oder die sonstige wärmeisolierende Schicht abgesprengt, womit die Wärmeabgabe wieder ihren Normalwert erreicht. Das Mantelrohr wird sich nun wieder bis fast auf die Wassertemperatur abkühlen und dabei in seine Normallage zurückkehren.
Es ist nun auch möglich, diese oben beschriebene Bewegung des Rohrheizkörpers zur Auslösung von Abschaltvorgängen zu verwenden. Zu diesem Zweck ist beim Rohrheizkörper gemäss Fig. 1 mittels einer Schelle 4 eine Nase 5 befestigt, die beim Verkrüm- men des Heizkörpers über einen Hebel 5a oder der gleichen einen Abschalter für den Heizkörper be tätigt.
Damit kann ein wirksamer Trockengehschutz für den Heizkörper erreicht werden, da sich ein für die Flüssigkeitserhitzung bestimmter Heizkörper ge mäss Fig. 1 auch beim Trockengehen verkrümmt und damit den Abschalter betätigt.
Die Verkrümmung des Heizkörpers zufolge der verschiedenen Oberflächen- belastung kann auch bei zur Raumbeheizung verwen deten Heizkörpern zur Steuerung der Heizkörper- temperatur herangezogen werden, wobei der Heiz körper selbst wieder beim Verkrümmen einen Schalter oder dergleichen betätigt. Bei zur Flüssigkeitserhit zung verwendeten Heizkörpern kann die Oberflächen belastung auch an jenen Stellen herabgesetzt werden, an denen kein Absprengen der Kesselsteinschicht auf tritt. Diese Stellen können empirisch ermittelt werden.
Gemäss Fig. 2 ist der Rohrheizkörper 6 nur für einseitigen Anschluss bestimmt und hat daher inner halb der Isolationsfüllung 7 des Mantelrohres 8 so wohl eine Heizleiterwendel 9 als auch einen Rück leiter 10 angeordnet. Die Heizwendel 9 ist exzentrisch gelagert, so dass sich bei Wärmestauungen der in der Nähe der Heizwendel 9 liegende Teil des Mantel rohres 8 stärker als der übrige Teil erhitzen und da mit dehnen wird und sich der Heizkörper in die strichliert eingezeichnete Lage krümmt. Dieser Krüm- mungsvorgang kann wieder für das Absprengen von Kesselstein bzw. für die Betätigung von Schaltorganen herangezogen werden.
Falls mehrere Heizleiter im Mantelrohr untergebracht sind, so können sie zur Er zielung des gleichen Effektes asymmetrisch verlegt werden.
Der Heizkörper 11 gemäss Fig. 3 besitzt starke Krümmungsstellen 12. Um die Temperaturdifferenz zwischen der Heizwendel 13 und dem Mantelrohr 14 im Bereich des ganzen Heizkörpers etwa konstant zu halten, sind die Abstände zwischen aufeinanderfolgen den Wendelwindungen im Bereich der Krümmungen 12 grösser als im übrigen Heizkörperbereich gehalten, so dass die Oberflächenbelastung des Heizkörpers im Bereich der Krümmungen 12 niedriger als im übri gen Heizkörperbereich ist.
Es ist klar, dass die geschilderten und in der Zeich nung dargestellten Ausführungsformen nur beispiels weise gegeben sind und dass naturgemäss noch eine Vielzahl anderer Biegeformen und Ausführungen möglich sind, die alle unter den Schutzbereich fallen.
Electric tubular heater The invention relates to electric tubular heater and has the purpose of eliminating various deficiencies that have previously occurred on tubular heating elements and expanding the application of Rohrheizkör pern and also to create the possibility of a better material utilization.
Electric tubular heaters often have to be bent into different shapes in order to accommodate certain heating capacities in a small space. In the case of tubular heating elements intended for heating liquids, it is often necessary to crimp the ends of the tubular heating element leading out of the liquid heater in the area that is still heated, which also results in bends in the tubular heating element with relatively small bending radii, often only of the order of magnitude of the tubular heating element diameter.
During operation, it can now be seen that the radiators burn through the earliest in the area of these strong bending points. This is essentially due to the fact that in the case of tubular heating elements, which are known to consist of a jacket tube filled with a highly compressed, usually powdery insulating compound in which one or more heating conductors are embedded, the neutral flexible fiber is not in the middle, but is shifted towards the inside of the bend, so that the outer part of the tubular heater is more stretched in the bend area,
when the inner part is compressed and thus loosening of the insulation material results in the bending area. As a result, however, the thermal conductivity between the heating conductor and jacket pipe is reduced in this area and the heating conductor therefore assumes higher temperatures there than in the rest of the straight or less curved area of the tubular heating element.
In order to prevent overheating of tubular heaters, in particular those that are intended for heating liquids and have a relatively high surface load, i.e. high heat dissipation per surface unit, various protective devices, such as rod thermostats, bimetal thermostats, etc.
have been proposed that have a relatively complicated and therefore failure-prone structure and of which those that guarantee a reasonably adequate protection of the radiators are so expensive that their costs for household appliances such as electrically heated washing machines, espresso machines, boilers etc., in many cases exceed the acquisition costs of the tubular heater used.
In the case of tubular heating elements intended for heating liquids, there is a risk of overheating if the heating element is switched on in a dry state and if scale or, which is particularly the case with washing machines, dirt particles, fibers and similar heat-insulating substances settle on its surface during operation .
The tubular heater according to the invention is characterized in that the heated part of the tubular heater is divided into zones of different levels of surface loading. These subdivisions can be provided either in the longitudinal or in the circumferential area, but also in both areas.
In the case of tubular heaters that have stronger curvatures, it is advisable to keep the surface load on the radiator in the area of these stronger curvatures, cranks, etc. lower than in the rest of the straight or less curved area of the radiator.
The surface load in the area of curvature is advantageously chosen so that the temperature difference between the heating conductor and the jacket tube remains the same in the area of the entire heated part of the tubular heater despite the lower heat transfer in the area of curvature.
When designing the tubular heater, it is no longer necessary to take into account the otherwise trouble-prone curvature points, and it is possible, in particular for tubular heaters intended for heating liquids, in which adequate heat dissipation is ensured, the heating output of a tubular heater with the same dimensions compared to the previous designs gen to increase.
In the drawing, the subject matter of the invention is illustrated by means of three exemplary embodiments. It shows: Fig. 1 a tubular heater in the diagram, Fig. 2 another tubular heater partially cut ge also in the diagram and Fig. 3 a further tubular heater partially cut open schematically in plan view.
According to Fig. 1, the tubular heater 1 is bent in we sentlichen U-shape and provided at its ends with screw-in nipples 2 and connecting bolts 3 in the usual way. The heating conductor placed in the radiator is designed in such a way that the limb la of the radiator has a greater surface load than the limb 1b.
This can be achieved in the simplest way in that the heating conductor, which is usually laid in the form of a helix, has a greater resistance per m at least in some sections in the area of the leg la than in the area of the leg 1b: this can be achieved by choosing different heating conductor cross-sections.
Another possibility is to pull apart the heating conductor coil more in the area of the leg 1b than in the area of the leg la, or to change the coil diameter. When using this radiator for water heating, the radiator jacket can practically not assume any higher temperatures than the surrounding water under normal operating conditions.
But as soon as boiler scale or other heat-insulating materials, such as dirt particles, fibers, etc., are deposited on the heating body, heat build-up occurs, with the leg la heating up faster than the leg lb, since the surface load on the leg la is higher than that of the leg lb lies.
The leg la is therefore subjected to a greater degree of thermal expansion than the leg 1b, and the entire radiator will, if its ends are tightly clamped, bend according to the dashed presen- tation in FIG. As a result, however, the scale or other heat-insulating layer is blown off, so that the heat output reaches its normal value again. The jacket pipe will now cool down to almost the water temperature and return to its normal position.
It is now also possible to use the above-described movement of the tubular heater to trigger shutdown processes. For this purpose, a lug 5 is attached to the tubular heater according to FIG. 1 by means of a clamp 4 which, when the heater is bent, activates a switch for the heater via a lever 5a or the like.
An effective dry run protection for the radiator can thus be achieved, since a radiator intended for heating the liquid ge according to FIG. 1 also bends when dry and thus actuates the switch.
The curvature of the radiator as a result of the different surface loads can also be used to control the radiator temperature in radiators used for room heating, the radiator itself actuating a switch or the like when it warps. In the case of radiators used for liquid heating, the surface load can also be reduced in those places where the scale layer does not break off. These points can be determined empirically.
According to FIG. 2, the tubular heating element 6 is only intended for one-sided connection and therefore has a heating conductor coil 9 and a return conductor 10 arranged within the insulation filling 7 of the jacket tube 8. The heating coil 9 is eccentrically mounted, so that in the event of heat build-up, the part of the jacket tube 8 located in the vicinity of the heating coil 9 heats up more than the remaining part and will expand with it and the heater bends into the position shown in dashed lines. This bending process can be used again for the blasting off of scale or for the actuation of switching devices.
If several heating conductors are housed in the jacket pipe, they can be laid asymmetrically to achieve the same effect.
The heater 11 according to FIG. 3 has strong curvatures 12. In order to keep the temperature difference between the heating coil 13 and the jacket tube 14 approximately constant in the area of the entire heater, the distances between the successive turns of the helix in the area of the bends 12 are greater than in the rest of the heater area held, so that the surface load on the radiator in the area of the curvatures 12 is lower than in the remaining radiator area.
It is clear that the embodiments described and shown in the drawing are only given as examples and that of course a large number of other bending shapes and designs are possible, all of which fall under the scope of protection.