DE3000498A1 - Heating element for e.g. kettles - has cathode rod heater insulated and surrounded by conductive casing, and coupled to current source - Google Patents
Heating element for e.g. kettles - has cathode rod heater insulated and surrounded by conductive casing, and coupled to current sourceInfo
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Abstract
Description
Elektrische Heizeinrichtung für Heizkörper, Heizkessel oderElectric heating device for radiators, boilers or
dergleichen Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung für Heizkörper, Heizkessel oder dergleichen, insbesondere zur Raumheizung, bei der ein elektrischer Widerstand durch Stromdurchgang erwärmt wird und die dabei erzeugte Wärme an das Heizmittel im Heizkörper, Heizkessel oder dergleichen abgegeben wird.The like The invention relates to an electrical heating device for radiators, boilers or the like, especially for space heating, in the an electrical resistance is heated by the passage of current and the thereby generated Heat is given off to the heating medium in the radiator, boiler or the like.
Bei derartigen elektrischen Heizeinrichtungen wird üblichereist durch Strom in einem isoliert aufgewickelten Widerstandsdraht oder einem entsprechenden Stab Wärme erzeugt.In such electrical heating devices, it is common practice to travel through Current in an insulated wound resistance wire or equivalent Rod generates heat.
Insbesondere eignen sich dazu Körper aus Graphit, Elektrodenkohle, Siliciumkarbid und Metalle wie Molybdän, Platin sowie Chrom-Nickel-Legierungen. Elektrische Raumheizungen dieser Art besitzen einaivergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad, so daß deren Verwendung selbst bei den derzeit außerordentlich hohen Kosten für fossile Brennstoffe kaum für Raumheizungszwecke, bestenfalls als Zusatzheizung, in Betracht gezogen wird.In particular, bodies made of graphite, electrode carbon, Silicon carbide and metals such as molybdenum, platinum and chromium-nickel alloys. Electric space heaters of this type have comparatively low efficiency, so that their use even at the currently extraordinarily high cost of fossil fuels hardly for space heating purposes, at best as additional heating, is being considered.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Heizeinrichtung der genannten Art so auszubilden, daß der Wirkungsgrad stark erhöht ist.It is therefore the object of the invention to provide an electrical heating device of the type mentioned in such a way that the efficiency is greatly increased.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kathodenstab-Heizeinrichtung.The object is achieved according to the invention by a cathode rod heating device.
Vorzugsweise weist diese Kathodenstab-Heizeinrichtung einen mit einem Stromquellenanschluß verbundenen (Kathoden-)Stab aus Leiterwerkstoff, ein mit dem anderen Stromquellenanschluß verbundenes und den Stab im wesentlichen konzentrisch umgebendes diesem gegenüber isoliertes Gehäuse aus ebenfalls Leiterwerkstoff und ein den Raum zwischen Stab und Gehäuse füllendes temperaturbeständiges, (absolut) nicht,leitendes Medium auf.This cathode rod heating device preferably has one with a Power source connection connected (cathode) rod made of conductor material, one with the other power source connection connected and the rod substantially concentric surrounding this opposite insulated housing made of also conductor material and a temperature-resistant, (absolute) filling the space between rod and housing not, conductive medium on.
Als derartiges Medium eignet sich insbesondere destilliertes, gegebenenfalls neutralisiertes Wasser oder Transformatorenöl.Distilled, if necessary, is particularly suitable as a medium of this type neutralized water or transformer oil.
Dieses Medium bildet einen elektrischen Heizwiderstand sehr hohen Widerstandswertes, der durchschlagsfest ist und der die erzeugte Wärme über das Gehäuse an das Heizmittel in dem Heizkörper, dem Heizkessel oder dergleichen abgeben kann.This medium forms a very high electrical heating resistance Resistance value that is puncture-proof and that allows the generated heat to flow through the Deliver housing to the heating medium in the radiator, boiler or the like can.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.The invention is further developed by the features of the subclaims.
Durch die Erfindung wird eine ileizeinrichtung ermöglicht, die auch als Baueinheit anschlußfertig lediglich in den Heizkörper, den Heizkessel oder dergleichen eingesetzt werden muß und an das öffentliche Stromnetz angeschlossen werden kann, wobei die Baueinheit zweckmäßigerweise einen einstellbaren Thermostatregler und eine Beriihrungsschutzeinrichtung, gegebenenfalls eine Anzeigelampe oder dergleichen aufweist. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist daher nicht nur bei ortsveränderlichen Heizeinrichtungen für Raumheizungszwecke, sondern auch bei ortsfest installierten Heizkörpern und Heizkesseln einsetzbar, wobei keine besonderen Umbauten erforderlich sind.The invention enables an ileizeinrichtung that also as a unit ready for connection only in the radiator, boiler or the like must be used and can be connected to the public power grid, the structural unit expediently having an adjustable thermostat controller and a touch protection device, if necessary an indicator lamp or the like having. The heating device according to the invention is therefore not only for portable Heating devices for space heating purposes, but also for those that are permanently installed Radiators and boilers can be used, with no special modifications required are.
Das heißt also, daß aucheinemit einer mit fossilen Brennstoffen beheizten Heizeinrichtung versehene Zentralheizungsanlage ,ohne an der diese fossilen Brennstoffe verwendenden Heizeinrichtung Änderungen vornehmen zu müssen, mittels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung ausgerüstet werden kann. Diese kann einerseits an jedem oder einigen Heizkörpern vorgesehen sein, kann aber auch bei Zentralheizungsanlagen in deren Heizkessel vorgesehen werden.So that means that also one with one with fossil fuels heated Central heating system provided with heating device, without relying on these fossil fuels to have to make changes using heating device, by means of the inventive electrical heating device can be equipped. On the one hand, this can be applied to everyone or some radiators, but can also be used in central heating systems in their boilers.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt im Schnitt schematisch eine in einen Heizkörper eingebaute erfindungsgemäße Kathodenstab-Heizeinrichtung.The invention is based on the embodiment shown in the drawing explained in more detail. The single figure shows a schematic section in a radiator built-in cathode rod heater according to the invention.
Die Figur zeigt die Wand eines Heizkörpers 1, in der ein üblicherweise mittels eines Schraubnippels verschlossener Gewindedurchgang 2 vorgesehen ist. In diesen Gewindedurchgang 2 ist die erfindungsgemäße Kathodenstab-Heizeinrichtung 3 nach außen dicht eingesetzt, vorzugsweise eingeschraubt.The figure shows the wall of a radiator 1, in which a usually threaded passage 2 closed by means of a screw nipple is provided. In this threaded passage 2 is the cathode rod heating device according to the invention 3 inserted tightly to the outside, preferably screwed in.
Die Kathodenstab-Heizeinrichtung 3 besteht im wesentlichen aus einem zentralen (Kathoden-) Stab 4 aus Leiterwerkstoff wie V2A und einem den Stab 4 im wesentlichen konzentrisch umgebenden Gehäuse 5 aus ebenfalls Leiterwerkstoff wie ebenfalls V2A. Der Stab i ist gegenüber dem Gehäuse 5 isoliert, beispielsweise mittels eines Isolierstücks 6. In dem Raum zwischen Stab 4 und Gehäuse 5 befindet sich eine temperaturteständige(absolut) nicht,leitende Flüssigkeit 7, wie insbesondere destilliertes gegebenenfalls neutralisiertes Wasser. Der Werkstoff für das Gehäuse ist darüber hinaus gut wärmeleitend. Das dem Gewindedurchgang 2 nahegelegene Ende des Gehäuses 5 ist weiter von einem Isolierstück 8 umgeben, an das sich wiederum ein Einschraubteil 9 anschließt,mittels dem die gesamte Kathodenstab-lfeizeirlriclltutlg 3 in den Gcwindedurchgang 2 dicht eingeschraubt werden kann.The cathode rod heater 3 consists essentially of one central (cathode) rod 4 made of conductor material such as V2A and a rod 4 in the essentially concentrically surrounding housing 5 also made of conductor material such as also V2A. The rod i is isolated from the housing 5, for example by means of an insulating piece 6. In the space between rod 4 and housing 5 there is one temperature-resistant (absolutely) non-conductive liquid 7, such as, in particular, distilled optionally neutralized water. The material for the housing is above it also good thermal conductivity. The end of the housing near the threaded passage 2 5 is further surrounded by an insulating piece 8, to which a screw-in part is in turn 9 connects, by means of which the entire cathode rod-lfeizeirlrlltutlg 3 in the thread passage 2 can be screwed in tightly.
An das Gehäuse 5 einerseits und an den Stab 4 andererseits sind Zuführleitungen 10 bzw. 11 angeschlossen, die zu Stromversorgungsanschlüssen 13 bzw. 12 führen. Diese Stromversorgungsanschlüsse 12 und 13 sind entweder mit einer Wechselstromquelle 14 oder einer Impulsstromquelle verbindbar, die aus einer Gleichstromversorgung wie einer Batterie 16 und einem Zerhacker 15 besteht. Die Wechselstromquelle 14 ist vorzugsweise das öffentliche Stromversorgungsnetz, d.h., daß die Stromversorgungsanschlüsse 12,13 durch die Stifte eines Steckers gebildet sein können, der in eine übliche Steckdose einsetzbar ist. Zweckmäßigerweise sind im Verlauf der Stromversorgungsleitungen 10,11 einerseits zum Schutze des Verwenders eine Berührungsschutzeinrichtung wie ein FI-Schutzschalter 17 (Fehlerstromschutzschalter) und andererseits zur Steuerung der Temperatur im zu beheizenden Raum und damit der Stromzufuhr zur erfindungsgemäßen Heizeinrichtung 3 ein Thermostatregler 18 üblicher Bauart vorgesehen. Schließlich weist, wie dargestellt und wie allgemein üblich, der Heizkörper 1 einen Masseanschluß 19 auf.There are feed lines on the housing 5 on the one hand and on the rod 4 on the other hand 10 or 11 connected to the power supply connections 13th or 12 lead. These power supply connections 12 and 13 are either with a AC power source 14 or a pulse power source can be connected from a DC power supply such as a battery 16 and a chopper 15. The AC power source 14 is preferably the public power supply network, i.e. the power supply connections 12,13 can be formed by the pins of a plug, which is in a usual Socket can be used. Appropriately are in the course of the power supply lines 10,11 on the one hand to protect the user a contact protection device such as an FI circuit breaker 17 (residual current circuit breaker) and on the other hand for the control the temperature in the room to be heated and thus the power supply to the invention Heating device 3, a thermostat controller 18 of conventional design is provided. In the end has, as shown and as is generally the case, the radiator 1 has a ground connection 19 on.
Während dieser bei fest installierten Heizköpern im Allgemeinen bereits vorhanden ist , müßte er gegebenenfalls bei anderen Ausführungsformen des Heizkörpers 1 gesondert vorgesehen sein und kann durch eine entsprechende Verbindung des lteizkörpers 1 mit dem Schutzkontakt eines Steckers erreicht werden.While this is generally already the case with permanently installed radiators is present, it might have to be used in other embodiments of the radiator 1 can be provided separately and can be connected by a corresponding connection of the heating body 1 can be achieved with the protective contact of a plug.
Schließlich weist der Heizkörper 1 selbst eine Heizmittelfüllung 20 auf, beispielsweise Wasser, das von korrodierenden Anteilen (Kalk oder dergleichen) befreit ist.Finally, the radiator 1 itself has a heating medium filling 20 for example water that contains corrosive components (lime or the like) is exempt.
Das nichtleitende Medium 7 bildet einen Widerstand außerordentlich hohen Widerstandswertes bei vergleichsweise einfacher Bauform, wobei die Wärmeübertragungsfläche an das Heizmittel 20 durch die Bauform von Stab 4 und Gehäuse 5, sowie dem Füllungsvolumen des Mediums 7 bestimmt ist. Selbstverständlich sind auch andere Medien 7 anstelle von destilliertem Wasser möglich, beispielsweise Transformatorenöl oder jedes andere Medium, das nichtleitend ist und das im interessierenden Temperaturbereich keiner Zersetzung unterliegt, insbesondere einer Zersetzung mit einem, wenn auch nur schwach, leitenden Anteil. Wenngleich destilliertes Wasser vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar ist, sind auch andere Medien denkbar, beispielsweise auch Feststoffe und Gase. Insbesondere dann, wenn aufgrund der Temperaturänderungen eine starke Ausdehnung des Mediums erwartet werden muß, kann es zweckmäßig sein, ein Ausdehnungsgefäß vorzusehen. Es kann andererseits auch genügen, das Gehäuse 5 ausreichend druckfest zu bemessen.The non-conductive medium 7 forms a resistance extremely high resistance value with a comparatively simple design, the heat transfer surface to the heating means 20 due to the design of the rod 4 and housing 5, as well as the filling volume of the medium 7 is determined. Of course, other media 7 are also used of distilled water possible, for example transformer oil or any other Medium that is non-conductive and none in the temperature range of interest Subject to decomposition, especially decomposition with, even if only weakly, senior Proportion of. Albeit distilled water for comparison can be produced easily and inexpensively, other media are also conceivable, for example also solids and gases. Especially when due to temperature changes a strong expansion of the medium has to be expected, it can be useful an expansion tank is to be provided. On the other hand, the housing can also suffice 5 to be dimensioned sufficiently pressure-resistant.
Weiter ist auch die dargestellte Ausführung des dem Gewindedurchgang 2 zugeordneten Teils der Kathodenstab-Heizeinrichtung 3 lediglich beispielhaft und schematisch und kann jede andere die gleiche Wirkung erreichende Anordnung gewählt sein.The embodiment of the threaded passage is also shown 2 assigned part of the cathode rod heating device 3 only by way of example and schematic and any other arrangement that achieves the same effect can be selected be.
Beispielsweise ist eine Anordnung denkbar, bei der das Einschraubteil 9 beim Einschrauben eine Preßwirkung auf das Isolierstück 8 und gegebenenfalls auch auf das Isolierstück 6 über das Gehäuse 5 ausübt. Auch der Boden des Gehäuses 5, d.h., der sich im Inneren des Heizkörpers 1 befindliche Teil, kann als selbständiges und dicht befestigtes Teil oder als einstückig angeformtes Teil beispielsweise nach Art einer Kugelschale ausgebildet sein. Wesentlich ist vielmehr die Anordnung aus Stab 4, Gehäuse 5 und dazwischen befindlichem temperaturbeständigen nichtleitenden Medium 7, wobei der Leiterwerkstoff für den Stab 4 selbstverständlich durch das Medium 7 unangreifbar ist und weiter der Leiterwerkstoff für das Gehäuse 5 weder durch das Medium 7 noch durch das Heizmittel 20 angreifbar ist.For example, an arrangement is conceivable in which the screw-in part 9 when screwing in a pressing effect on the insulating piece 8 and possibly also exerts on the insulating piece 6 via the housing 5. Also the bottom of the housing 5, i.e., the part located inside the radiator 1 can be used as an independent and tightly fastened part or as a one-piece molded part, for example according to Be designed like a spherical shell. Rather, what is essential is the arrangement Rod 4, housing 5 and temperature-resistant non-conductive therebetween Medium 7, whereby the conductor material for the rod 4 is of course given by the Medium 7 is invulnerable and neither is the conductor material for the housing 5 can still be attacked by the heating means 20 through the medium 7.
Mit einer solchen erfindungsgemäßen Heizeinrichtung konnten bemerkenswerte Ergebnisse erreicht werden. Eine 75qm-Wohnung üblicher Bauart (Reiheneckhaus) wurde bei Außentemperaturen um 0 °C mit zwei Heizkörpern mit erfindungsgemäßer Kathodenstab-Heizeinrichtung alleine auf 22 °C Raumtemperatur erwärmt. Es ergab sich ein Leistungsbedarf von etwa 1,8 kW für 5000 WE (Wärmeeinheiten). Das heißt, daß gegenüber handelsüblichen elektrischen Raumheizungen eine Einsparung von etwa 2/3 erreichbar ist.With such a heating device according to the invention, remarkable Results are achieved. A 75sqm apartment of the usual design (row corner house) was at outside temperatures around 0 ° C with two radiators with inventive cathode rod heating device warmed alone to 22 ° C room temperature. There was a power requirement of about 1.8 kW for 5000 WE (thermal units). That means that compared to commercially available electric space heating a saving of about 2/3 can be achieved.
Von besonderem Vorteil ist, daß die erfindungsgemäße Kathodenstab-Heizeinrichtung 3 ohne Änderung der bestehenden Heizeinrichtung und der bestehenden Installation in Heizkörper für Raumheizzwecke eingebaut werden kann. Dabei können der Thermostatregler 18 und der FI-Schutzschalter 17 zusammen mit einem Betriebslämpchen (nicht dargestellt) in einem Gehäuse untergebracht sein, das direkt an der Kathodenstab-Heizeinrichtung 3 angesetzt ist, wobei ein Netzanschlußkabel mit Stecker vorgesehen ist, der lediglich in die nächste Anschlußdose eingesteckt werden muß. Die erfindungsgemäße Kathodenstab-Heizeinrichtung 3 ist dabei nicht nur wie beim erwähnten Ausführungsbeispiel für individuelle fest installierte oder transportable Heizkörper 1 anwendbar, sondern auch für Heizkessel von Zentralheizungsanlagen, bei denen das Heizmittel zentral erwärmt und im Umwälzbetrieb den einzelnen Heizkörpern zugeführt wird. In üblicher Weise sind in diesem Fall sowohl Sommer- als auch Winterbetrieb möglich, d.h., eine Steuerung über einen in einem bestimmten Wohnraum angeordneten zentralen Thermostatregler oder einen dem Brauchwasser-Erwärmungskreis zugeordneten Thermostatregler.It is particularly advantageous that the cathode rod heating device according to the invention 3 without changing the existing heating equipment and the existing installation Can be built into radiators for space heating purposes. The thermostat controller 18 and the FI circuit breaker 17 together with an operating lamp (not shown) be housed in a housing that is directly on the cathode rod heater 3 is attached, a power cord is provided with a plug that only must be plugged into the next junction box. The cathode rod heating device according to the invention 3 is not only fixed for individual as in the exemplary embodiment mentioned installed or transportable radiators 1 applicable, but also for heating boilers of central heating systems in which the heating medium is heated centrally and in circulation mode is fed to the individual radiators. In the usual way are in this case both summer and winter operation possible, i.e. control via an in A central thermostat controller arranged in a specific living room or one of the Thermostat controller assigned to the domestic water heating circuit.
Wie ohne Weiteres erkennbar, sind abhängig von den Bemessungen und den verwendeten Werkstoffen ein mehr oder weniger schneller Anstieg der Temperatur des Mediums 7 bei Stromzufuhr erreichbar und mehr oder weniger hohe Maximaltemperaturen erreichbar. Durch die Steuerung mittels des Thermostatreglers 18 ergeben sich aber bei allen Bauformen im wesentlichen gleiche Verbrauchswerte, da die mittels der erfindungsgemäßen Kathodenstab-Heizeinrichtung 3 erreichbaren Maximaltemperaturen deutlich über der vom Thermostatregler 18 bestimmten höchsten Temperatur liegen.As can be easily seen, are dependent on the dimensions and the materials used a more or less rapid rise in temperature of the medium 7 can be achieved with power supply and more or less high maximum temperatures accessible. However, the control by means of the thermostat controller 18 results Consumption values are essentially the same for all designs, since the Cathode rod heating device 3 according to the invention achievable maximum temperatures are well above the determined by the thermostat controller 18 highest temperature.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung ist auch konkurenzfähig mit iiblichen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizeinrichtungen. Insbesondere vorteilhaft diesen gegenüber ist, daß eine Vorratshaltung des fossilen Brennstoffes (insbesondere Erdöl) und eine bei dessen Verbrennung zwangsweise erfolgende Umweltverschmutzung wegfällt. Darüber hinaus ist der für die Vorratshaltung erforderliche kostspielige Raum nicht erforderlich. Falls jeder Heizkörper mit einer gesonderten erfindungsgemäßen Heizeinrichtung versehen ist, ergibt sich weiter, daß einerseits der für eine zentrale Heizeinrichtung erforderliche Raum ohne zusätzlichen Raumbedarf für die erfindungsgemäße Heizeinrichtung eingespart werden kann, wobei darüber hinaus die durch die verlegten Rohrleitungen zwangsläufig auftretenden Verluste nach außen nicht auftreten können.The use of the heating device according to the invention is also competitive with conventional fossil fuel-operated heating devices. In particular It is advantageous over these that a stockpiling of the fossil fuel (in particular Petroleum) and the inevitable environmental pollution when it is burned ceases to exist. In addition, that required for stock keeping is costly Space not required. If each radiator with a separate inventive Heating device is provided, it follows that on the one hand the one for a central Heating device required space without additional space requirements for the invention Heating device can be saved, in addition, the laid by the Pipelines inevitably occurring losses to the outside cannot occur.
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist nicht nur für Heizzwecke in Haushalten verwendbar, sondern auch zum Heizen von Schwimmbädern, von Treibhäusern oder dergleichen, d.h., überall dort, wo bisher elektrische Heizeinrichtungen oder mit fossilen Brennstoffen beheizte Heizungsanlagen verwendet werden.The heating device according to the invention is not only for heating purposes Can be used in households, but also for heating swimming pools and greenhouses or the like, i.e. wherever electrical heating devices or Heating systems heated with fossil fuels can be used.
Selbstverständlich sind noch zahlreiche weitere Ausfiihrungsformen möglich. Insbesondere ist es bei geeigneter Bemessung möglich, mittels der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung Dampf und Sattdampf zu erzeugen, mit dem ein Generator betrieben werden kann. Dies ist insbesondere dann von besonderem Vorteil, wenn die Kathodenstab-Heizeinrichtung so ausgebildet ist, daß in vergleichsweise kurzer Zeit außerordentlich hohe Temperaturen erreicht werden können. Die Erfindung ist somit auch dort anwendbar, wo bisher befeuerte i)ampi'heizungsanlagen verwendet werden.Numerous other embodiments are of course also possible possible. In particular, with suitable dimensioning, it is possible by means of the Heating device to produce steam and saturated steam with which a generator is operated can be. This is particularly advantageous when the cathode rod heating device is designed so that extremely high temperatures in a comparatively short time can be achieved. The invention can therefore also be used where previously fired i) ampi'heating systems are used.
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