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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung
von Wärme
gemäß dem Oberbegriff
der unabhängigen
Ansprüche.
Gattungsgemäße Vorrichtungen
werden beispielsweise als Wärmespeicherkissen
für Sitzunterlagen
benutzt.
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Stand der Technik
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Aus
AT 006607 U1 ist
ein Getränkebehälter bekannt,
der mittels Latentwärmespeicher
warmgehalten werden kann. Dort wird vorgeschlagen, den Latentwärmespeicher
beispielsweise in einem Wasserbad solange zu erwärmen, bis die im Wärmespeicher
befindliche Salzlösung
sich verflüssigt
hat. Ein solches Verfahren ist mühselig
und wenig effizient, da sehr große Energiemengen zum Anwärmen des Wasserbades
verschwendet werden.
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Aus
AT 004722 U2 und
aus
AT 004756 U2 sind
Heizdecken für
Tiere bekannt, welche Taschen aufweisen, um Wärmekissen beispielsweise mit
Natriumacetat-Trihydrat als Wärmespeicher
einlegen zu können.
Beide enthalten jedoch keinen Hinweis auf eine zweckmäßige Wärmeeinspeisung
in den Wärmespeicher.
Es ist deshalb davon auszugehen, dass auch hier mit einem Wasserbad
gearbeitet wird.
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Aus
DE 20308440 und aus
DE 1922114 sind Kissen bekannt,
bei denen ein elektrisches Heizelement zusätzlich mit Glasfasermatten
oder Gelkissen zur Zwischenspeicherung von Wärme versehen ist. Diese Vorrichtungen
haben den Nachteil, dass sie keine stromunabhängige Aktivierung der Beheizung ermöglichen.
Sie gestatten lediglich eine verlängerte Heizzeit über das
Abschalten des Stromes hinaus und eine gleichmäßigere Wärmeverteilung.
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Es
ist deshalb wünschenswert,
eine Vorrichtung bereitzustellen, die zu einem beliebigen gewünschten
Zeitpunkt ohne elektrischen Anschluss Wärme zur Verfügung stellt
und in ihrer Handhabung einfacher als der bekannte Stand der Technik
ist.
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Gegenstand
der Erfindung Zur Bereicherung des Standes der Technik wird deshalb
eine Vorrichtung nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Eine
solche Vorrichtung zum Bereitstellen von Wärme hat neben den Vorteilen
zum Stand der Technik auch noch den Vorteil, dass sie keine schweren,
harten Bestandteile wie beispielsweise Batterien aufweist. Dadurch
wird den Sicherheitsanforderungen in Sportstadien entsprochen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung
und den abhängigen
Ansprüchen
entnehmbar.
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Figuren
Im Folgenden werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Diese
Ausführungen
sollen die Erfindung verständlich
machen. Sie haben jedoch nur beispielhaften Charakter. Selbstverständlich lassen
sich im Rahmen der Erfindung einzelne oder mehrere beschriebene
Merkmale auch weglassen, abwandeln oder ergänzen. Auch können die
Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen
selbstverständlich
untereinander kombiniert werden. Nachfolgend wird Bezug genommen
auf:
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1 Draufsicht
auf eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Wärme im teilweisen Aufriss
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2 Längsschnitt
durch das Ausführungsbeispiel
von 1
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3 Temperaturkurve
beim Aufladen der Vorrichtung mit Wärmeenergie
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Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur Bereitstellung von Wärme. Sie
ist tragbar und kann beispielsweise zur Beheizung von Jägern auf
Hochsitzen, von Verkäufern
auf Marktplätzen
oder von Zuschauern bei Sportveranstaltungen genutzt werden. Vorzugsweise
sind alle Bestandteile der Vorrichtung 1 zumindest teilweise
aus flammhemmenden Materialien gebildet. Vorzugsweise können sie
zumindest teilweise auch mit Schaumbildnern ausgerüstet sein,
um im Falle örtlicher Überhitzungen
einen solchen überhitzten
Bereich gegenüber
seiner Umgebung zu isolieren.
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Die
Vorrichtung 1 weist einen Wärmespeicher 7 auf.
Dieser ist vorzugsweise flach, flexibel und im Ausführungsbeispiel
in etwa rechteckig. Er kann jedoch jedem Anwendungszweck gemäß sinnvoll
geometrisch angepasst sein und z. B. als Firmenlogo oder als Tiermotiv
ausgestaltet sein oder den Konturen eines Kindersitzes oder eines
Kinderwagens angepasst sein.
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Der
Wärmespeicher 7 weist
vorzugsweise ein Speichermedium 17 auf, das Wärme als
latente Wärme
speichert. Hierfür
geeignet sind beispielsweise Salzlösungen wie Natriumacetat-Trihydrat
oder Parafine. Die bei Freisetzung der latent gespeicherten Wärme auftretende
Temperatur liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 40 und 70 °C, hier im
Ausführungsbeispiel
bei ca. 58 °C.
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Das
Wärmespeichermedium 17 ist
in eine Hülle 27 eingeschlossen.
Hierfür
sind beispielsweise Materialien aus Polyurethan, PVC, Gummi oder
anderen Polymer-Materialien denkbar. Die Folie weist eine Temperaturbeständigkeit
von vorzugsweise mindestens 100 °C
auf, vorzugsweise mehr als 150 °C.
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Der
Wärmespeicher 7 weist
eine Auslösevorrichtung 37 auf,
durch deren Betätigung
latent im Wärmespeicher 7 gespeicherte
Wärme zu
einem gewünschten
Zeitpunkt freisetzbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies eine
Feder aus Metall, deren Verbiegung eine Kristallisation und damit
eine Wärmefreisetzung
im Wärmespeichermedium 17 auslöst. Die
Auslösevorrichtung
ist vorzugsweise beabstandet von elektrischen Heizleitern angeordnet, um
Beschädigungen
des Heizelementes zu vermeiden. Vorzugsweise ist der Auslösevorrichtung 37 eine
Markierung 47 am Bezug 3 der Vorrichtung 1 zugeordnet,
um auch bei geschlossenem Bezug eine einfache Auslösung zu
ermöglichen.
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Vorzugsweise
ist die Auslösevorrichtung 37 zumindest
teilweise durch eine Zwischenschicht 9, 9', 9'' aus Polstermaterial gegen seine
Umgebung abgeschirmt, um ein unbeabsichtigtes Auslösen zu vermeiden.
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Die
Vorrichtung 1 weist außerdem
mindestens ein elektrisches Heizelement 5, 5' auf, um den Wärmespeicher 7 zu
beheizen. Dieses Heizelement 5, 5' ist sinnvollerweise im Wärmespeichermedium 17,
in der Hülle 27 und/oder
in der Nähe
des Wärmespeichers 7 angeordnet.
Der Wärmespeicher 7 ist
im vorliegenden Beispiel auf seiner einem Benutzer zugewandten Oberseite 11 und
seiner einem Benutzer abgewandten Rückseite 13 mit einem
elektrischen Heizelement 5, 5' abgedeckt. Eine beidseitige Beheizung
des Wärmespeichers
ermöglicht
eine rasche Durchwärmung
des Wärmespeichermediums 17. Denn
dieses ist aufgrund seines hohen Wärmespeichervermögens ein
schlechter Wärmeleiter,
so dass ein Durchheizen sonst sehr lange dauern würde, auch
wenn es grundsätzlich
denkbar wäre.
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Das
Heizelement 5, 5' kann
einstückig
oder in Form von zwei Heizelementen ausgeführt sein. Die hier vorgesehenen
Heizelemente 5, 5' ragen über die Ränder des
Wärmespeichers 7 heraus,
um auch eine gründliche
Durchwärmung
seiner Randbereiche sicherzustellen. Andernfalls könnten hier
Restkristalle verbleiben, die dann als Kristallisationskeime eine unmittelbar
nach dem Laden des Wärmespeichers stattfindende
Wärmefreisetzung
verursachen würden.
Die Heizelemente 5, 5' sind mittels eines Anschluss-Steckers 19 an
eine externe Stromquelle anschließbar. Diese Stromquelle kann
beispielsweise ein Transformator oder eine Steckdose sein.
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Das
Heizelement 5, 5' kann
beispielsweise einen textilen Träger
aufweisen, auf dem ein Heizdraht, eine Litze oder Karbonfäden flächig verlegt sind.
Die Heizleiter können
elektrisch isoliert oder nicht-isoliert sein. Das Heizelement kann
auch elektrisch leitfähige
Kunststoff-Fäden
oder elektrisch leitfähig
beschichtete Kunststoff-Fäden
aufweisen. Es kann durch einen fortlaufenden, wellenförmig verlegten
Einzelleiter oder eine Vielzahl von über Elektroden miteinander
parallel verschalteter Heizleiter gebildet sein.
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Der
Wärmespeicher 7 und
die Heizelemente 5, 5' sind vorzugsweise mit mindestens
einer Zwischenschicht 9, 9', 9'' versehen.
Diese bewirkt eine Polsterung und gleichmäßigere Druckverteilung bei Belastung
durch einen Nutzer. Außerdem
ermöglicht sie
eine gleichmäßige Wärmeabgabe
an den Nutzer. Außerdem
beschränkt
sie die an der Außenseite
des Bezuges 3 auftretenden Temperaturen, um Verbrennungen
des Nutzers am Wärmespeicher 7 oder
Heizelement 5, 5' zu
vermeiden. Außerdem
reduziert sie die Wärmeabstrahlung
des Heizelementes 5, 5' an die Umgebung während des
Speicher-Ladevorgangs.
Vorzugsweise ist die Verteilschicht 9' auf der Rückseite der Vorrichtung 1 dicker
und/oder weniger wärmeleitend
als an der Oberseite. Dadurch wird eine Wärmeabstrahlung an den Boden
während
der Benutzungsphase der Vorrichtung 1 vermindert. Die Zwischenschicht 9 auf
der Oberseite der Vorrichtung 1 ist vorzugsweise zumindest
teilweise aus einem Material gefertigt, dessen thermische Leitfähigkeit sich
in Abhängigkeit
seiner Druckbelastung ändert,
z. B. aus Klima-Polymerschaum. Vorzugsweise ist die Wärmeleitfähigkeit
bei Druckbelastung erhöht,
also wenn die Vorrichtung 1 von einem Benutzer belegt wird.
Bei unbesetztem Zustand, also bei reduzierter Druckbelastung, ist
die thermische Leitfähigkeit
vorzugsweise reduziert. Zum Ausgleich einer geringeren Isolation
kann das Heizelement 5 an der Oberseite 11 der
Vorrichtung 1 mit einer höheren Heizleistung beaufschlagt
werden oder das Heizelement eine höhere Flächenleistung aufweisen.
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Alle
genannten Komponenten sind vorzugsweise in einem Bezug 13 aufgenommen.
Der Bezug 13 ist vorzugsweise wasserabweisend oder wasserdicht.
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Er
kann auf der Rückseite
der Vorrichtung 1 rutschfest ausgeführt, insbesondere beschichtet
oder mit Noppen versehen sein. Der Bodenteil des Bezugs 3 kann
glasfaserverstärkt
sein. Vorzugsweise hat der Bezug seitlich eine wiederverschließbare Öffnung, beispielsweise
in Form eines Reißverschlusses. Über diese Öffnung ist
ein Anschluss-Stecker 19 des Heizelementes 5, 5' für den Ladevorgang
entnehmbar. Er kann dann anschließend während Transport und Benutzung
der Vorrichtung 1 wieder innerhalb des Bezuges verstaut
werden.
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Ist
der Wärmespeicher 7 entladen,
so kann ihm durch Anschließen
der Heizelemente 5, 5' an eine elektrische Stromquelle
Wärmeenergie
zugeführt
werden. Dabei wird die Temperatur in der Nähe des Wärmespeichers 7 von
einem Temperatursensor 15 gemessen. Dieser Temperatursensor 15 ist
einem Thermostat 23 zugeordnet oder durch diesen gebildet.
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Wird
das Heizelement 5, 5' an Strom angeschlossen, erhöht sich
die Temperatur am Wärmespeicher 7 gemäß 3 zunächst in
etwa linear und verharrt dann längere
Zeit in einer Plateauphase. In diesem Zeitabschnitt wird durch eine
Phasenänderung
des Wärmespeichermediums 17 latente
Wärme im
Wärmespeicher 7 gespeichert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
liegt dieses Plateau bei 58 °C und
dauert etwa drei bis vier Stunden, abhängig von der verfügbaren Heizleistung.
In dieser Phase stellt sich die Temperatur des Heizelementes 5, 5' so ein, dass
am Wärmespeicher 7 Temperaturen
in etwa zwischen 50 und 70 °C
vorherrschen. Wenn der Wärmespeicher
vollständig
geladen ist, d. h. der Phasenwechsel vollständig abgeschlossen ist, steigt
die am Wärmespeicher 7 vorherrschende
Temperatur wieder signifikant an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird bei ca. 90 °C
die Stromzufuhr zu den Heizelementen 5, 5' unterbrochen.
Die Heizelemente 5, 5' und der Wärmespeicher 7 kühlen in
der Folge ab und erreichen irgendwann Umgebungstemperatur.
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Der
Thermostat 23 würde
während
dieses Abkühlprozesses
eigentlich irgendwann die Heizelemente 5, 5' wieder einschalten
und einen erneuten Aufheiz prozess gemäß der gestrichelten Linie auslösen. Dies
ist jedoch unerwünscht,
weil die Vorrichtung 1 unnötig Strom verbrauchen würde und
unnötigen
thermischen Belastungen ausgesetzt wäre. Um ein Einschalten des
Heizstromes durch den Thermostaten 23 zu verhindern, ist
der Thermostat 23 mit einem eigenen Heizelement 38,
vorzugsweise ein PTC-Element, ausgestattet. Dieses wird eingeschaltet,
sobald der Thermostat 23 abgeschaltet wird. Das zusätzliche
Heizelement 38 heizt dann solange, bis die Vorrichtung 1 von
der Stromversorgung abgekoppelt wird. Auf diese Weise simuliert
das Heizelement 38 dem Thermostaten 23 eine höhere Temperatur
am Wärmespeicher 7 als
eigentlich vorliegt. Dadurch wird ein zweites Einschalten des Heizstromes
verhindert.
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Die
Vorrichtung 1 kann in zwei oder mehr Abschnitte faltbar
oder klappbar sein, um sie zur gleichzeitigen Beheizung einer Sitzfläche und
einer Sitzlehne zu benutzen. Dazu kann der Wärmespeicher 7 geknickt
werden. Es können
jedoch auch zwei oder mehr separate Wärmespeicher vorgesehen sein,
die jeweils einem der gefalteten Abschnitte zugeordnet sind. Das
gleiche gilt für
die Heizelemente 5, 5'.
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Weist
die Vorrichtung 1 mehrere Wärmespeicher auf, werden diese
vorzugsweise automatisch nacheinander aufgeladen. Dazu weist die
Vorrichtung 1 vorzugsweise eine interne Weiterschaltungseinrichtung
auf. Es ist jedoch bei ausreichender Heizleistung auch möglich mehrere
Wärmespeicher gleichzeitig
zu laden.
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- 1
- Vorrichtung
zur Bereitstellung von Wärme
- 3
- Bezug
- 5,
5'
- Heizelement
- 7
- Wärmespeicher
- 9,
9', 9''
- Zwischenschicht
- 11
- Oberseite
des Polsters
- 13
- Rückseite
des Polsters
- 15
- Temperatursensor