CH652197A5 - Arrangement of an electric heating element in a duct for heating in particular an airflow flowing through it - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines elektrischen Heizelementes der im Oberbegriff des Anspruches 1 gekennzeichneten Gattung. The invention relates to an arrangement of an electric heating element of the type characterized in the preamble of claim 1.

Bei einem aus der DE-OS 2 608 510 bekannten Heizelement dieser Art ist der Leiter um einen in den Kanal einzusetzenden, im Profil vieleckigen Träger aus elektrischen nicht leitenden und hoch-warmfestem Werkstoff im wesentlichen einer Schraubenlinie folgend gewickelt und entsprechend dem Profil des Trägers abschnittsweise abgewinkelt. In a heating element of this type known from DE-OS 2 608 510, the conductor is essentially wound around a helical line around a support that is to be inserted into the channel and has a polygonal profile made of electrically non-conductive and highly heat-resistant material, and in sections according to the profile of the support angled.

Hierbei bildet aber der Träger einen beträchtlichen Strömungswiderstand für den Gasstrom. Darüber hinaus ist bei einer derartigen Anordnung der elektrischen Heizung der damit erzielbare Wirkungsgrad relativ gering, weil hierbei die Erwärmung der durchströmenden Luft im wesentlichen nur nahe der Kanalwandung erfolgt, so dass ein relativ langer Kanal und eine ebenso relativ lange Heizung erforderlich ist, um den Luftstrom zumindest annähernd gleichmässig zu erwärmen. Mit der Erfindung wird nun zum Zwecke der Verbesserung des Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Verkürzung des Kanals und der darin angeordneten elektrischen Heizung eine gleichmässigere Verteilung der Wärmeübergangsflächen im Kanal als bislang angestrebt. Dabei sollen aber auch die Herstellungskosten gesenkt werden. Here, however, the carrier forms a considerable flow resistance for the gas flow. In addition, with such an arrangement of the electric heater, the efficiency that can be achieved with it is relatively low, because here the heating of the air flowing through takes place essentially only near the duct wall, so that a relatively long duct and an equally relatively long heater is required to control the air flow to heat at least approximately evenly. With the invention, for the purpose of improving the efficiency while simultaneously shortening the duct and the electrical heating arranged therein, the aim is to achieve a more uniform distribution of the heat transfer surfaces in the duct than previously. The manufacturing costs should also be reduced.

2 2nd

Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die im Anspruch 1 definierten Merkmale. Durch diese Massnahmen wird ein bislang zusätzlich erforderlicher Trägerkörper für den Heizleiter entbehrlich, womit einerseits die Herstellungskosten 5 erheblich gesenkt werden. Andererseits entfallen auch die bislang durch den Trägerkörper bedingten Strömungswiderstände, woraus bei gleicher Querschnittsbemessung wie bisher geringere Luftstrom-Strömungsgeschwindigkeiten und eine sich daraus ergebend längere Einwirkungszeit der Heizung auf den Luft-10 ström als bisher resultieren. The solution to this problem is characterized by the features defined in claim 1. These measures make a previously required support body for the heating conductor unnecessary, which on the one hand significantly reduces the manufacturing costs 5. On the other hand, the flow resistances previously caused by the carrier body are also eliminated, which results in lower air flow velocities with the same cross-sectional dimensions as before, and a resultant longer exposure time of the heating to the air flow than before.

Zudem wird eine weit gleichmässigere Verteilung des Heizleiters über den Kanal als bislang erzielt, woraus sich eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades ergibt. In addition, a far more uniform distribution of the heating conductor over the channel is achieved than before, which results in a further increase in efficiency.

Vor allem bei einem pro Windung zweimal abgewinkelten 15 Heizleiter ist es vorteilhaft, wenn die Windungsabschnitte gleiche Längen haben und vorzugsweise zudem die Längen der Windungsabschnitte etwa der grössten lichten Weite des Kanals entsprechen. Insbesondere bei einem pro Windung mehr als zweimal, vorzugsweise dreimal abgewinkelten Heizleiter ist es 20 zur Erzielung einer noch gleichmässigen Erwärmung über den gesamten Luftstromquerschitt vorteilhaft, die Windungsab-schnitte pro Windung zueinander unterschiedlich lang auszubilden. Hierzu kennzeichnet sich eine vorteilhafte Weiterbildung dadurch, dass ausschliesslich bzw. im Zusammenhang mit dem vorbeschriebenen Merkmal pro Windung die von den Windungsabschnitten gebildeten Winkel zueinander unterschiedliche Grössen haben. Bei alledem können die Winkelecken mehr oder weniger abgerundet ausgebildet sein. Eine den Wirkungsgrad zusätzlich verbessernde Ausgestaltung des vorbeschriebenen 30 Gegenstandes, womit auch eine noch kompaktere Gestaltung dessen als bisher erzielbar ist, kennzeichnet der Anspruch 7. Ein weiteres, die Wärmeübergangsfläche auf geringem Raum ver-grösserndes Merkmal ist dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter vor dem Wickeln mäanderförmig umgeformt worden ist. 35 Ein Verfahren zur Herstellung des zuvor gekennzeichneten Heizelementes ist im Anspruch 9 gekennzeichnet. Especially with a 15 heating conductor angled twice per turn, it is advantageous if the turn sections have the same lengths and preferably also the lengths of the turn sections correspond approximately to the greatest clear width of the channel. In particular in the case of a heating conductor angled more than twice, preferably three times, it is advantageous, in order to achieve even heating over the entire air flow cross-section, to design the winding sections for each winding to have different lengths. To this end, an advantageous further development is characterized in that, exclusively or in connection with the feature described above, the angles formed by the winding sections have different sizes from one another. In all of this, the corner corners can be more or less rounded. A further improvement in the efficiency of the above-described object, with which an even more compact design than can be achieved so far, characterizes claim 7. Another feature that increases the heat transfer area in a small space is characterized in that the heating conductor is before winding has been formed into a meandering shape. 35 A method for producing the previously identified heating element is characterized in claim 9.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it

40 Fig. 1 einen Teil einer elektrischen Heizung zur Erwärmung eines Luftstromes in der Vorderansicht; 40 Figure 1 shows a part of an electrical heater for heating an air flow in a front view;

Fig. 2 desgleichen im Querschitt; Fig. 2 likewise in cross section;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform ebenfalls im Querschnitt; Fig. 3 shows another embodiment also in cross section;

Fig. 4 eine weitere Gestaltung einer Einzelheit. Fig. 4 shows a further design of a detail.

43 Hierbei ist die elektrische Heizung 1 in einem von Luftstrom durchströmbaren Kanal 2 kreisförmigen Querschnittes eingesetzt. Die Heizung besteht aus einem bandförmigen elektrischen Leiter 3 mit hohem elektrischen Widerstand, der im wesentlichen einer Schraubenlinie folgend abschnittsweise abgewinkelt und so 50 im Kanal 2 angeordnet ist, dass sich der Leiter 3 ausschliesslich mit seinen Winkelecken 4 an der Innenwand des Kanals 2 abstützt. 43 In this case, the electrical heater 1 is used in a channel 2 of circular cross section through which air flow can flow. The heater consists of a band-shaped electrical conductor 3 with high electrical resistance, which is angled in sections essentially following a helical line and is arranged 50 in the channel 2 such that the conductor 3 is supported exclusively with its angular corners 4 on the inner wall of the channel 2.

Der Kanal2 besteht aus elektrischem, hoch-warmfesten Isolationsmaterial. Der Kanal 2 kann aber auch nur mit vorgenanntem 55 Material ausgekleidet sein. Auch ist es möglich, an den Winkelecken 4 des Leiters warmfeste Isolierstücke zu haltern, um in jedem Falle Windungs- und Masseschlüsse sicher zu verhindern. Die Winkelecken 4 sind von Leiter-Windung zu Leiter-Windung zueinander versetzt angeordnet und ein Winkelschenkel jeder 60 Leiter-Windung ist nahezu diametral gerichtet. Zur Herstellung einer in den Fig. 1 und 2 dargestellten Heizung 1 ist ein bandförmiger Leiter 3 zunächst um einen im Profil im wesentlichen rechteckigen Stab mit kleinen und gerundeten kurzen Querschnittsseiten schraubenlinienförmig und am Stab dicht anlie-65 gend aufgewickelt worden. Wird alsdann der gewickelte Leiter 3 vom Stab abgestreift, entspannt sich der Heizleiter unter Ver-grösserung der von den Windungsabschnitten 5 gebildeten Winkeln 6 und unter gleichzeitiger Vergrösserung der Windungsstei The Kanal2 consists of electrical, high-temperature resistant insulation material. Channel 2 can, however, also only be lined with the aforementioned 55 material. It is also possible to hold heat-resistant insulating pieces on the angular corners 4 of the conductor, in order in any case to reliably prevent turns and ground connections. The angular corners 4 are arranged offset from one another to one conductor turn and one angle leg of each 60 conductor turn is directed almost diametrically. To produce a heater 1 shown in FIGS. 1 and 2, a strip-shaped conductor 3 has first been wound helically around a rod which is essentially rectangular in profile with small and rounded short cross-sectional sides and close to the rod. If the wound conductor 3 is then stripped from the rod, the heating conductor relaxes by increasing the angles 6 formed by the winding sections 5 and at the same time increasing the winding pitch

gung, so dass nunmehr die Winkelecken 4, wie aus der Fig. 2 ersichtlich, von Windung zu Windung zueinander versetzt und die im wesentlichen geraden Windungsabschnitte zueinander sich etwa sternförmig kreuzend angeordnet sind. supply, so that now the angular corners 4, as can be seen in FIG. 2, are offset from turn to turn and the essentially straight turn sections are arranged to intersect each other approximately in a star shape.

Zur Herstellung des in Fig. 3 dargestellten Heizelementes ist ein Leiter 3 bevorzugter Weise um einen im Querschnitt dreieckigen Stab mit zueinander ungleichlangen Querschnittsseiten gewickelt worden, womit ein noch grösserer Raumerfüllungsgrad als mit dem in den Figuren 1 uns 2 gezeigten Heizleiter erzielbar ist. Es ist auch möglich, einen Leiter 3 z. B. um einen im Querschnitt rhombus- oder trapezförmigen Stab zu wickeln. To produce the heating element shown in FIG. 3, a conductor 3 has preferably been wound around a rod with a triangular cross-section and cross-sectional sides that are unequal to one another, with which an even greater degree of space filling than can be achieved with the heating conductor shown in FIGS. 1 and 2. It is also possible to use a conductor 3 z. B. to wrap a rhombic or trapezoidal rod in cross section.

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In Fig. 4 ist ein bandförmiger Leiter 3 zur Vergrösserung der Wärmeübertragungsfläche vor dem Wickeln mäanderförmig umgeformt worden. In Fig. 4, a band-shaped conductor 3 has been formed into a meandering shape to enlarge the heat transfer surface before winding.

Fertigungstechnisch am einfachsten ist die Herstellung der 5 Heizung, wenn ein Leiter 3 um einen Stab rechteckigen Querschnittes geringer Dicke gewickelt wird, wonach man die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Heizung erhält. The easiest way to manufacture is to produce the heater if a conductor 3 is wound around a rod of rectangular cross-section of small thickness, after which the heater shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.

Dabei ist es ferner vorteilhaft, statt eines Leiters runden Querschnittes einen bandförmigen Leiter zu verwenden, da 10 dieser wesentlich einfacher als Runddraht in die vorbeschriebene Raumform gebracht werden kann, ohne sich dabei zu verwinden. It is also advantageous to use a ribbon-shaped conductor instead of a conductor with a round cross-section, since this conductor can be brought into the space shape described above much more easily than round wire without twisting.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (9)

652197 PATENTANSPRÜCHE652197 PATENT CLAIMS 1. Anordnung eines elektrischen Heizelementes in einem Kanal zur Erwärmung eines den Kanal durchströmenden Gasstromes, insbesondere Luft, mit mindestens einem elektrischen draht- oder bandförmigen, isoliert gehalterten Leiter mit hohem elektrischen Widerstand, der im wesentlichen einer Schraubenline folgend abschittweise abgewinkelt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 1. Arrangement of an electrical heating element in a channel for heating a gas stream flowing through the channel, in particular air, with at least one electrical wire or ribbon-shaped, insulated conductor with high electrical resistance, which is angled in sections essentially following a screw line, characterized by the following Characteristics: a) der Leiter (3) ist im Kanal (2) ausschliesslich mit den Winkelecken (4) an der Kanalinnenwand sich abstützend angeordnet, a) the conductor (3) is arranged in the channel (2) exclusively with the corner brackets (4) on the inside wall of the channel, b) die Winkelecken (4) sind der Schraubenlinie folgend von Windung zu Windung zueinander versetzt angeordnet, und c) pro Windung ist mindestens einer der Winkelschenkel die Mittelachse des Kanals (2) mindestens annähernd kreuzend angeordnet. b) the angular corners (4) are arranged offset from turn to turn following the helix, and c) per turn at least one of the angle legs is arranged at least approximately crossing the central axis of the channel (2). 2. Anordnug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gleichlange Windungsabschnitte (5). 2. Anordnug according to claim 1, characterized by equally long turn sections (5). 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen der Windungsabschnitte (5) etwa der grössten lichten Weite des Kanals (2) entsprechen. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the lengths of the winding sections (5) correspond approximately to the largest clear width of the channel (2). 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungsabschnitte (5) pro Windung unterschiedlich lang ausgebildet sind. 4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the winding sections (5) are of different lengths per turn. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Windung die von den Windungsabschnitten (5) gebildeten Winkel (6) zueinander unterschiedliche Grössen haben. 5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that per turn the angles (6) formed by the turn sections (5) have different sizes from one another. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelecken (4) abgerundet ausgebildet sind. 6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the angular corners (4) are rounded. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Leiter (3) vorgesehen ist und dass die Leiter (3) im Kanal (2) zueinander mehrgängig angeordnet sind. 7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that more than one conductor (3) is provided and that the conductors (3) in the channel (2) are arranged mutually multiple. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mäanderförmig geformte Leiter (3). 8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized by meandering shaped conductors (3). 9. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiter (3) aus elastischem Werkstoff auf einem im Profil mehrek-kigen Stab schraubenförmig aufgewickelt und als dann von diesem abgestreift wird. 9. A method for producing an arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a conductor (3) made of elastic material is wound helically on a multi-rectangular rod in profile and is then stripped from it.