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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät zum Erhitzen von
flüssigen oder gasförmigen Medien als Wärmeträger zur Beheizung von beheizbaren
Anzügen und insbesondere zum Erwärmen von für die Atmung bestimmter Luft.
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Die bekannten elektrischen Heizgeräte, durch die ein zu erwärmendes
Medium hindurchströmt, dienen entweder zur Erwärmung von Luft, die an den freien
Raum zur Aufheizung abgegeben wird, oder zum Erwärmen von flüssigen Medien, insbesondere
Wasser.
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Bei den bekannten Lufterhitzern (deutsche Patent-Schrift 811365) wird
in der Regel die Luft durch einen koaxial zu emem zylinderförmigen Gehäuse angeordneten
Schacht angesaugt, die mittels um den Luftschacht angeordneter Heizkörper erwärmt
wird. Die zwischen dem Luftschacht und der Gehäusewand angeordneten Heizelemente
geben durch die Außenwand des Gehäuses ebenfalls Wärme ab und erhöhen damit durch
Wärmeleitung die Aufheizwirkung des Gerätes. Durch diese gewünschte Aufheizwirkung
erhitzen sich jedoch die Außenwände, so daß bei transportablen Zimmergeräten eine
Bedienungsperson beim Berühren der Außenwände sich leicht verbrennen kann.
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Bei den bekannten elektrischen Heizgeräten zur Erwärmung flüssiger
Medien, die lediglich die Wärme an das Durchströmmedium, nicht jedoch an die Umgebungsluft
abgeben sollen (deutsche Patentschrift 904 924), wird das zu erhitzende Medium in
Rohrschlangen geführt, die in den Heizkörper eingegossen sind: Um- ein--Abstrahlen
und Ableiten der in dem Heizkörper -auftretenden Wärme an die Umgebung zu verhindern,
sind im allgemeinen eine oder mehrere Isolierschichten um den Heizkörper angeordnet.
Beim Dauerbetrieb eines derartigen Heizkörpers sind zur wirksamen Wärmeisolierung
starke Isolierschichten erforderlich, die der Konstruktion eines kleinen und leicht
transportierbaren Heizgerätes hindernd im Wege stehen.
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Außerdem sind die bekannten Heizgeräte für ein wahlweises Erhitzen
von gasförmigen oder flüssigen Medien unbrauchbar, da flüssige Medien in den bekannten
Lufterhitzern auf Grund der Leitungsführung nicht geeignet sind und Heizgeräte zum
Erhitzen von flüssigen Medien auf Grund der Wärmeübergangs- und -durchgangsverhältnisse
für das Erhitzen von Luft nicht entsprechend ausgelegt sind.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Heizgerät
zu schaffen, das ein wahlweises Erhitzen von gasförmigen oder flüssigen Medien gestattet
und durch eine entsprechende Anordnung der Heizvorrichtung Isolierschichten zum
Unterbinden der Wärmeleitung an die Außenhaut des Gerätes überflüssig macht.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Gerät ein
zylinderförmiges Gehäuse mit Einlaßstutzen und Auslaßstutzen und in seinem Inneren
koaxial zur Achse des Zylindergehäuses einen zylinderförmigen Heizkörper aufweist,
der zusammen mit einem um ihn koaxial angeordneten und gegen den Innenmantel des
Zylindergehäuses mittels eines Dichtringes abgedichteten Rohr einen Ringkanal bildet,
durch den das mittels des Heizkörpers erwärmte, von den Einlaßstutzen kommende Medium
hindurchtritt und an einem im Inneren des Zylindergehäuses außerhalb des Rohres
angebrachten, von einem Widerstandsregler gesteuerten und den Heizkörper über ein
Relais beeinflussenden Thermostat vorbeiströmt und durch die Auslaßstutzen an die
Verbraucherstellen gelangt.
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Vorzugsweise besteht das Zylindergehäuse aus zwei mit je einem Boden
versehenen Zylinderschalen, die an ihren offenen, Umfangslippen aufweisenden Enden
koaxial in beliebigem Drehwinkel mittels Befestigungsschrauben miteinander verbunden
sind, die zugleich den das Rohr gegen den Innenmantel des Zylindergehäuses abdichtenden
und zusätzliche Abdichtringe aufweisenden Dichtungsring mit trapezförmigem Querschnitt
am Innenmantel des Zylindergehäuses befestigen.
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Dabei können die Zylinderschalen in ihrem Boden koaxial zur Achse
des Zylindergehäuses je einen Einlaßstutzen und einen Auslaßstutzen und in ihrem
Zylindermantel je einen wahlweise verschließbaren, senkrecht zur Achse des Zylindergehäuses
stehenden Einlaßstutzen und Auslaßstutzen aufweisen.
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Vorzugsweise sind am Außenmantel des Zylindergehäuses eine mittels
Schrauben an beliebiger Stelle um den Außenumfang des Zylindergehäuses befestigbare
Befestigungsplatte und eine Montageplatte zur Aufnahme des Widerstandsreglers vorgesehen,
wobei die Montageplatte wahlweise befestigbar oder zur Fernsteuerung abnehmbar ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird die vom Heizkörper abgestrahlte
und an das vorbeiströmende Medium abgegebene Wärme von dem den Heizkörper umgebenden
Rohr reflektiert und an das durchströrnende-1Vlediüni -zurückgegeben. Die bis an
die Außenhaut des den Heizkörper koaxial umgebenden Rohres durchgedrungene Wärme
wird an das das Rohr umgebende Medium abgegeben, so daß an die Außenhaut des Gehäuses
des Heizgerätes keinerlei Wärme durchdringen kann. Das aus den Auslaßstutzen austretende
erhitzte Medium wird durch entsprechende Leitungen an den Verbraucher weitergegeben.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Heizgerät nach der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g.1, in Richtung der Pfeile gesehen,
F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der F i g.1, in Richtung der Pfeile gesehen,
F i g. 4 eine Stirnansicht von links des in F i g.1 gezeigten Gerätes, F i g. 5
einen Schnitt nach den Linien 5-5 der F i g. 3 und F i g. 6 ein schematisches Schaltbild
der Steuerungseinrichtung, die mit dem Gerät nach den vorstehenden Figuren verwendet
wird.
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F i g. 1 bis 5 der Zeichnungen zeigen das Heizgerät 10 mit
zylindrischem Gehäuse 11. Innerhalb des Gehäuses 11 ist eine Heizvorrichtung
12 vorgesehen, die elektrischen Strom über einen Thermostaten 13 und
einen Widerstandsregler 14 geführt erhält.
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Das Gehäuse 11 besteht aus einem Auslaßteil 16
und einem
Einlaßteil l7, vorzugsweise aus Leichtmetallguß. Der Auslaßteil16 hat eine zylindrische
Wandung 18, die mit einer Ummantelungswandung 19 an einem Ende davon
aus einem Stück hergestellt ist.
Die Wandungen 18 und 19 haben Auslässe
20 bzw. 21, die wahlweise durch einen Stopfen 22 verschließbar sind.
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Das linke Ende der Gehäusewandung 18 ist mit einem ringförmigen Lippenteil
23 von verringerter Querschnittsabmessung versehen, der im Bereich mit acht
im Abstand liegenden Bolzenbohrungen versehen ist.
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Zusätzlich zu den beiden Auslässen 20 und 21 weist das Gehäuse 16
auch eine Muffe 25 zur Aufnahme einer Armatur 26 für den Thermokühler 13 auf.
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Der Einlaßgehäuseteil17 weist eine zylindrische Körperwandung 27 auf,
die an einem Ende durch eine Stirnwand 28 geschlossen ist. Jede der Wände 27 und
28 ist mit Einlässen 29 und 30 versehen, deren einer wahlweise mittels Stopfen 31
verschließbar ist. Die Wand 27 ist auch mit einer Muffe 32 zur Aufnahme einer isolierten
elektrischen Leitung 33 versehen, die eine Elektrodenanordnung 34 aufnimmt, die
im Inneren des Einlaßgehäuses 17 mit einem elektrischen Leiter 35 verbunden ist,
der mit der Endklemme 36 der elektrischen Heizvorrichtung in Verbindung steht.
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Um die Heizeinrichtung 12 innerhalb des Gehäuses montieren zu können,
ist der Einlaßgehäusetei117 mit drei Ständern 38, 38 ausgebildet.
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Die Innenwandung der zylindrischen Körperwandung 27 des Einlaßgehäuseteiles
17 ist an einem Ende zu einer ringförmigen Montagelippe 40 ausgebildet. Die Verbindungsbolzen
41 werden dann durch die Öffnungen in diesen Lippenteilen in Bohrungen 42 mit Dichtring
43 eingeschraubt. Zwei O-Ringe 45, 45 sind zwischen der äußeren Wandung des Abdichtringes
23 und den benachbarten inneren Oberflächen der Wandteile 18 und 27 der beiden Gehäuseteile
16 und 17 angeordnet.
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Es ist eine verstellbare Montagehalterung 50 vorgesehen, die eine
ebene Montagebasis 51 mit einem Paar in der gleichen Ebene liegenden, seitlich im
Abstand voneinander angeordneten, parallelen Montageschenkeln 52, 52 mit Ansatzteilen
55 einschließt, von denen jeder mit Öffnungen 53, 53 versehen ist, die Befestigungsbolzen
54, 54 aufnehmen.
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Die Ansatzteile 55, 55 sind jedes mit einer Öffnung für die
Verbindungsbolzen 41 versehen.
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Eine weitere Haltung 60 ähnlich der Montagehalterung 50 mit einem
ebenen Grundplattenteil 61 mit Montageschenkel 63 ist mit dem Gehäuse verbunden.
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Die Heizeinrichtung 12 umfaßt eine elektrische Widerstandsspule 65,
welche zylindrisch ausgebildet ist und mit drei Befestigungslappen 66, 66 an den
Montagesätzen 38, 38 befestigt ist. Die Spule 65 ist von einem zylindrischen Isolierrohr
67 umgeben, das mittels drei Befestigungsansätzen 68 mit den Montageansätzen 66
der Spule 65 an den Montageansätzen 38 mittels Verbindungsbolzen 69 in Bohrungen
70, 70 angeschraubt ist. Spule 65 und Isolierrohr 67 sind durch einen ringförmigen
Raum 71 getrennt, der einen ringförmigen Durchlaß für das Medium bildet.
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Die Heizeinrichtung 65 erhält ihren Strom über den elektrischen Leiter
35, der zwischen seiner Endklemme 36 und der Elektrodenverbindungseinrichtung 34
angeordnet ist. Der Thermostat 13 weist ein äußeres Schutzgehäuse 75 mit einer Schutzkappe
und einer isolierten elektrischen Verbindungseinrichtung 76 auf, welche Leiter 77-
und 78 im Stromkreis mit einem Quecksilberthermostat 79 verbunden sind.
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Der Quecksilberthermostat ist handelsüblich mit einem Kapillarrohr
80, in dem zwei Kugeln 81 und 82 liegen, die Quecksilber enthalten, versehen.
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Die Kugel 81 des Quecksilberthermostaten ist von einer Heizwicklung
83 umgeben, die zusammen mit der Heizeinrichtung 65 betätigt wird. Das Kapillarrohr
ist zusätzlich an zwei Punkten 84 und 85 durch Elektrodensonden unterbrochen, die
elektrische Leiter 86 und 87 aufweisen. Der Leiter 86 ist geerdet, während der Leiter
87 mit dem Leiter 77 verbunden ist, der zur Regelvorrichtung 14 führt.
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Wie in F i g. 3 und 4 gezeigt, hat die Regeleinrichtung 14 ein Gehäuse
88, das abnehmbar an der oberen Montagehalterung 60 durch Bolzen 89 befestigt ist.
Wenn der Leitungsschalter 92 geschlossen ist, fließt elektrische Energie zur Regelvorrichtung
14 über den Leiter 94 mit einem Potentiometer 95 mit Betätigungsknopf 96. Das Potentiometer
95 liegt in Serie geschaltet mit einem festen Widerstand R 1 über den Leiter 97,
der mit dem Leiter 78 an einem üblichen Klemmverbinder B 1 verbunden ist. Der Leiter
78 erstreckt sich zwischen den Klemmen B 1 und B 2 und ist an der letzteren mit
der Heizwicklung 83 verbunden, die zu der oberen Kugel 81 des Quecksilberthermostaten
gehört. Die Wicklung 83 ist auch über den Leiter 98 und den Erdleiter 86 geerdet,
der zum ersten Sondenpunkt 84 des Quecksilberthermostaten gehört.
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Wenn der Schalter 92 geschlossen ist, wird der Stromkreis durch den
Potentiometer 95 und die thermostatische Heizspule 83 zur Erde geschlossen und die
genannte Heizspule mit einem konstanten Energiewert beschickt, der wahlweise durch
das Potentiometer 95 veränderbar ist.
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Das Potentiometer 95 ist auch mit einem zweiten Widerstand R 2 in
einem parallelen Stromkreis gekoppelt, der einen Leiter 100, einen Widerstand R
2 und einen beweglichen Relaiskontakt 101 aufweist. Der Relaiskontakt 101 ist beweglich
aus einer normalen stromlosen Stellung, die in vollen Linien in F i g. 6 angezeigt
ist, in der er an einem Kontakt 102 angreift, der im Stromkreis mit dem Leiter 97
liegt, zu einer unter Strom gesetzten Stellung (gezeigt in gestrichelten Linien
in F i g. 6), in der er am Kontakt 103 angreift. Die Arbeitsbewegung des Relaiskontaktes
101 wird durch Unterstromsetzen einer Relaisspule 105 bewirkt, die im Stromkreis
mit dem Leiter 94 über den Leiter 106 und mit dem zweiten Elektrodensondenpunkt
85 des Quecksilberthermostaten über die Leiter 107, die Endklemmenverbindung
A 1, den Leiter 77, die Endklemme A 2 und den Leiter 87 steht, der
mit dem Sondenpunkt 85 verbunden ist. Wenn das Quecksilber die Sondenpunkte 84 und
85 überbrückt, wird der Relaisspulenstrornkreis zur Erde über den geerdeten Leiter
86 geschlossen.
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Die Relaisbetätigungsspule 105 betätigt zusätzlich zur Betätigung
des beweglichen Kontaktes 101 auch einen zweiten beweglichen Kontakt 110, der im
Stromkreis mit der Leitung 90, 91 über den Schalter 92 und den Leiter 111 liegt.
Der Relaiskontakt 110 bewegt sich zwischen einer normalen stromlosen Stellung, die
in vollen Linien in F i g. 6 gezeigt ist, bei der er am festen Kontakt 112 angreift,
in eine unter Strom gesetzte Stellung, wie sie in gestrichelten Linien in dieser
Figur gezeigt ist, bei der er an einem.
festen toten Kontakt 113
angreift. Der Kontakt 112 liegt im Stromkreis mit der Heizeinheit 65 über den Leiter
114, die Elektrodenverbindungseinrichtung 34, den Leiter 35 und den Endverbinder
36 an der Heizeinheit 65. Typischerweise kann die Heizeinheit in der Größenordnung
von 250 Watt liegen. Ein Kontrollampenstromkreis ist ebenfalls vorhanden, um anzuzeigen,
wenn die Heizeinheit 65 unter Strom gesetzt ist, und dieser Stromkreis umfaßt eine
Glühlampe 115, die über einen Leiter 116 gespeist wird, der zwischen der Heizeinheitszuleitung
114 und Erde eingeschaltet ist.
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Wenn der Leitungsschalter 92 geschlossen wird, wird die Heizeinheit
65 normal über den Leiter 11, die geschlossenen Relaiskontakte 110 und
112, die Leiter 114 und 35 zur Erde unter Strom gesetzt. Zur gleichen Zeit
wird der Kontrollampenstromkreis unter Strom gesetzt, um durch ein optisches Signal
dem Bedienungsmann zu zeigen, daß die Heizeinheit unter Strom steht. Gleichzeitig
wird Normalperiodenstrom zur Wicklung 83 der Abfühleinheit 13 über den Erdstromkreis
zugeführt, der über den Leiter 94, den verstellbaren Potentiometer 95, den Widerstand
R 1, die Leiter 97 und 78, die Wicklung 83 des Quecksilberthermostaten und die Leiter
98 und 86 zur Erde führt. Die Spule 83 für den Quecksilberthermostat bekommt ebenfalls
periodische Impulse oder erhält zusätzliche Energie jedesmal dann, wenn die Heizeinheit
65 unter Strom gesetzt wird. Der Stromkreis zum Zuführen derartiger zusätzlicher
Energie zur Thermostatspule 83 umfaßt den Leiter 91, den Leitungsschalter 92, den
Leiter 94, Potentiometer 95, Parallelstromkreisleiter 100, Widerstand
R 2, die geschlossenen Relaiskontakte 101 und 102, die Leiter 97 und 98, die Heizwicklung
83 und die Leiter 98 und 86 zur Erde. In dem so periodisch zusätzliche Energie auf
die Thermostatwicklung 83 in übereinstimmung mit dem Unterstromsetzen der Heizeinheit
65 zugeführt wird, nimmt der Quecksilberthermostat die Wirkung der Heizeinheit vorweg
und insbesondere die erhöhte Temperatur des von der Heizeinheit erhitzten Mediums.
Diese Vorwegnahme schaltet eine übermäßige Temperatur der ausströmenden Luft oder
eines anderen Mediums aus, das von der Vorrichtung nach der Erfindung abgegeben
wird, wie das nachstehend beschrieben wird.
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Jedesmal, wenn die Relaisspule 105 unter Strom gesetzt wird, wird
die Heizeinheit 65 stromlos gemacht und die vorstehend beschriebene Vorwegnahmefunktion,
die durch die überschußimpulsenergie gegenüber dem abwechselnden Steuerstromkreis
einschließlich dem Widerstand R 2 geschaffen wird, wird jedesmal dann unterbrochen,
wenn das Quecksilber in dem Kapillarrohr 80 der Abfühleinheit auf ein Niveau ansteigt,
das genügt, um den Kontakt zwischen den Elektrodensondenpunkten 84 und 85 zu überbrücken
und zu schließen, um so den elektrischen Stromkreis durch die Relaisspule 105, die
Leiter 107, 77, 87 und 86 zur Erde zu schließen. Dieser Relaisbeschickungsstromkreis
ist der Stromkreis, der durch die Endverbinder A 1, A 2 verläuft, und wird daher
nachstehend als der »A-Stromkreis« bezeichnet. Wenn der »A-Stromkreis« so hergestellt
ist, bewirkt die Relaisspule, daß die Relaiskontakte 101 und 110 sich in ihre Stellungen
in gestrichelten Linien bewegen, wie in F i g. 6 dargestellt, um die Heizeinheit
65 stromlos zu machen und ebenfalls gleichzeitig den Stromkreis durch den Widerstand
R 2 stromlos zu machen, der die zusätzliche »Impuls«-Wärmeenergie zur Wicklung 83
des Quecksilberthermostaten zuführt. Sobald diese zusätzliche Energie von der Abfühleinheitswicklung
83 weggenommen wird, fällt das Quecksilber in dem Kapillarrohr 80
schnell
und unterbricht den Kontakt oder Stromkreis zwischen den Sondenpunkten 84 und 85
darin, wodurch die Relaisspule 105 stromlos gemacht wird und der Strom wieder zur
Heizspule der Heizeinheit zugeführt wird und auch die zusätzliche »Impuls«-Kraft
zur Abfühleinheitswicklung 83 über den Steuerstromkreis geführt wird, der aus dem
Widerstandsleiter 100, Widerstand R 2 und den Relaiskontakten 101 und 102 besteht.
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Der Potentiometer 95 und der feste Widerstand R 1 im Stromkreis denen
dazu, die unterste Betriebsgrenze für die thermostatische Abfühleinheit zu beschränken.
Wenn die Temperatur des von der Heizeinrichtung 65 geheizten Mediums angehoben wird,
wird diese erhöhte Temperatur von der Sekundärkugel 82 abgefühlt, die im Strom des
sich bewegenden Mediums angeordnet ist, um das Niveau des Quecksilbers zu dem Sondenpunkt
85 anzuheben. Wenn die Temperatur des Mediums oder der Luft, die erhitzt werden,
unterstützt durch die Impulswärmeenergie, die der Wicklung 83 zugeführt wird, das
Niveau des Quecksilbers in dem Kapillarrohr genügend hebt, um eine Stromkreisverbindung
zwischen den Sondenpunkten 84 und 85 im Kapillarrohr herzustellen, wird die Relaisspule
105 unter Strom gesetzt, wie vorstehend beschrieben, die Heizeinheit 65 wird stromlos
gemacht, und der Steuerzyklus wird wiederholt.