CH654459A5

CH654459A5 - Elektrischer strahlungsheizkoerper.

Info

Publication number: CH654459A5
Application number: CH7360/81A
Authority: CH
Inventors: Joseph Anthony Mcwilliams
Original assignee: Micropore International Ltd
Priority date: 1980-11-17
Filing date: 1981-11-16
Publication date: 1986-02-14
Also published as: DE8133341U1; FR2494403B3; ZA817920B; NZ198979A; FR2494403A1; IT1139781B; IT8125144A0; AU519384B3; US4393299A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Strahlungsheizkörper gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere handelt es sich um einen Strahlungsheizkörper, der zwei oder mehr Heizelemente im gleichen Heizkörper aufweist.

Elektrische Heizkörper erhitzen Kochgeräte, welche auf sie gestellt werden, mittels Wärme, die durch Konvektion, Leitung und Strahlung auf sie übertragen wird. Von diesen sind Leitung und Strahlung überwiegend, wobei Wärme durch Strahlung vom Heizkörper zum Kochgerät gelangt und Wärme durch direkte Berührung des Kochgeräts mit dem Heizkörper von diesem zum Kochgerät geleitet wird. Die Menge der zum Kochgerät geleiteten Wärme hängt natürlich von der Grösse der Berührung zwischen dem Kochgerät und dem Heizkörper ab. Im Falle einer Kochplatte mit glaskeramischem Oberteil besteht die Berührung mit der glatten glaskeramischen Oberfläche, die durch den Heizkörper erhitzt wird.

Eine Kochplatte mit glaskeramischem Oberteil ist eine solche, bei welcher eine Schicht aus glaskeramischem Material mit glatter Oberfläche über mindestens einem im wesentlichen kreisförmigen elektrischen Heizelement angeordnet ist, das auf einer Lage aus thermisch und elektrisch isolierendem Material ruht, wobei die Heizelemente in Abstand von der Unterseite der glaskeramischen Schicht angeordnet sind. Im Betrieb wird ein auf das oberhalb einem Heizelement befindliche glaskeramische Oberteil gestelltes Kochgerät durch Wärme erhitzt, welche aufgrund von Luftkonvektion, Wärmeleitung und Infrarot-Strahlung vom Heizelement zum und durch das glaskeramische Oberteil übertragen wird. Solche Heizelemente werden als Strahlungsheizkörper bezeichnet. Das Isoliermaterial verhindert in wesentlichem Ausmass, dass Wärme vom Heizelement ausser in Richtung zum glaskeramischen Oberteil übertragen wird. Da zudem die bevorzugten Materialien für das Oberteil im wesentlichen wärmedämmend sind, werden nur solche Flächenbereiche des Oberteils erhitzt, die direkt dem Heizelement ausgesetzt sind. Um zu verhindern, dass Wärme zu Bereichen des Oberteils übertragen wird, die nicht durch ein aufgesetztes Kochgerät bedeckt sind, wird üblicherweise eine aus thermisch isolierendem Material bestehende Aussenwand um das Heizelement angeordnet.

Elektrische Kochplatten sind immer in der wirksamsten Weise zusammen mit Kochgeräten benutzt worden, welche der Oberfläche der Heizkörper entsprechende Geräteböden aufwiesen, dies um eine optimale gegenseitige Berührung und damit eine optimale Wärmeleitung vom Heizkörper zum Kochgerät zu erzielen. Kochgeräte mit ebenen Böden wurden insbesondere für elektrische Kochplatten geschaffen, wobei zudem dickere Böden für diese Kochgeräte vorgesehen wurden, um die ebene Bodenausbildung im Gebrauch möglichst unverändert aufrecht zu erhalten. Üblicherweise weisen solche Kochgeräte jedoch einen Boden mit einer geringfügig nach innen gerichteten Wölbung auf, welche die Stabilität des auf die Kochplatte gestellten Kochgeräts verbessert und gewährleistet, dass eine nach aussen gerichtete Wölbung des Bodens nicht auftreten kann. Eine nach aussen gerichtete Wölbung verursacht eine instabile Lage des Kochgeräts auf der Kochplatte, führt zu ungleichmässiger Wärmeübertragung zum Kochgerät und soll wenn immer möglich vermieden werden. Jede Verformung des Kochgeräts bei längerem Gebrauch hat eine nach aussen gerichtete Verformung seines Bodens zur Folge; deshalb wird ein ursprünglich ebener Boden des Kochgeräts dazu neigen, im Gebrauch eine nach aussen gerichtete Wölbung zu zeigen. In üblicher Weise wird ein rundes Kochgerät mit einer nach innen gerichteten Wölbung seines Bodens hergestellt, deren Höhe nicht mehr als 0,5% des Bodendurchmessers beträgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Nachteile einer verschlechterten Wärmeübertragung zu einem Kochgerät mit nach innen gewölbtem Boden zu vermeiden und dadurch eine maximale Wärmeleitung von einer glaskeramischen Kochfläche zu einem üblichen, darauf gestellten Kochgerät zu erzielen.

Die Erfindung bezieht sich demnach auf einen elektrischen Strahlungsheizkörper für eine Kochplatte mit glaskeramischem Oberteil, welcher Heizkörper mindestens zwei derart angeordnete Heizelemente enthält, dass ein erstes Heizelement sich angenähert vollständig um die Aussenseite des oder der weiteren Heizelemente erstreckt, wobei das bzw. die weiteren Heizelemente unabhängig vom ersten Heizelement elektrisch speisbar sind, wobei ferner eine Trennwand aus thermisch isolierendem Material zwischen dem ersten und dem oder den weiteren Heizelementen angeordnet ist, und wobei eine Aussenwand aus thermisch isolierendem Material das erste Heizelement umgibt.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist der Strahlungsheizkörper dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand aller Heizelemente derart bemessen ist, dass im Betrieb die allen Heizelementen je Flächeneinheit der von der Aussenwand umschlossenen Oberfläche des Heizkörpers zuführbare elektrische Leistung grösser ist als die dem oder den weiteren

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Heizelementen je Flächeneinheit der Oberfläche desjenigen Teils des Heizkörpers zuführbare elektrische Leistung, der von der Trennwand umschlossen ist.

In einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes enthält der Strahlungshèizkôrper zwei Heizelemente, von welchen das weitere Heizelement angenähert kreisförmig ist, und das erste Heizelement ringförmig ist und sich angenähert vollständig um das weitere Heizelement erstreckt. Vorzugsweise beträgt im Betrieb die dem weiteren Heizelement zugeführte elektrische Leistung 800 W, wobei die von der Trennwand umschlossene Fläche einen Durchmesser von 137 mm hat. Zudem beträgt dann die dem ersten Heizelement zugeführte elektrische Leistung vorzugsweise 1000 W, wobei die von der Aussenwand umschlossene Fläche einen Durchmesser von 195 mm hat.

Die Anordnung des oder der weiteren Heizelemente kann derart sein, dass im Betrieb die von der Fläche, welche von der Trennwand umschlossen ist, je Flächeneinheit der Oberfläche abgestrahlte Wärme im Aussenbereich dieser Fläche grösser ist als in ihrem Mittenbereich. Wenn das oder die weiteren Heizelemente spiralförmig oder in Form konzentrischer kreisförmiger Flächenbereiche ausgebildet sind, kann der Abstand zwischen zwei benachbarten Flächenbereichen des bzw. der Heizelemente in Richtung zur Aussenseite des Heizelementes vermindert werden. Andererseits kann dann, wenn das oder die weiteren Heizelemente in der Form schraubenlinienartig gewickelter Heizschlangen ausgebildet sind, die Steigung der Windungen, d.h. der axiale Abstand benachbarter Windungen der Heizschlange in Richtung zur Aussenseite des Heizelementes vermindert werden.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile werden nachstehend Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Heizkörpers,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Heizkörpers.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Heizkörper dargestellt, der eine Metallschale 2 umfasst, welche eine aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material bestehende Grundplatte oder -Schicht 4 enthält. Entlang einer Seite 6 der Metallschale 2 ist eine aus einem thermisch isolierenden Material bestehende, in Umfangsrichtung verlaufende Aussenwand 8 angeordnet. In Nuten der Grundplatte 4 sind zwei konzentrische elektrische Heizschlangen 10 und 12 eingelegt, die voneinander durch eine aus thermisch isolierendem Material bestehende, kreisringförmige Trennwand 14 getrennt sind. Die Trennwand 14 teilt die durch die Aussenwand 8 begrenzte Heizfläche in einen mittleren Bereich A und einen äusseren Ringbereich B auf. Über der Heizschlange 10 ist ein thermischer Auslöser 16 angeordnet, der im Falle einer Überhitzung beide Heizschlangen 10, 12 ausschaltet.

Jede Heizschlange 10, 12 ist über Anschlussklemmen 18 bzw. 20 unabhängig steuerbar, d.h. mit elektrischem Strom versorgbar, so dass ein verhältnismässig kleiner, kreisrunder Kochtopf oder ein anderes Kochgerät nur mittels der Heizschlange 10 und ein entsprechend grösseres Kochgerät mittels der Heizschlangen 10 und 12 erhitzbar ist. Jede der Heizschlangen 10, 12 ist ungeschützt, wobei ihre schematisch dargestellten Windungen mittels Heftklammern 5 an der Grundplatte 4 befestigt sind. Jede Heizschlange 10, 12 ist vorzugsweise aus einem aus Eisen-Chrom-Aluminium bestehenden Widerstandsheizdraht hergestellt.

Das Prinzip der Verwendung von zwei getrennt und unabhängig betreibbaren Heizschlangen in einem Strahlungsheizkörper der vorliegenden Art ist in der CH-PS 649 621 beschrieben. Die hier dargestellten kreisförmigen Heizkörper verschaffen einen kreisförmigen Heizbereich A und einen kreisringförmigen Heizbereich B; nach dem gleichen Prinzip, gemäss welchem eine innere Heizschlange angenähert vollständig von einer äusseren Heizschlange umgeben ist, können aber auch Heizkörper 5 anderer Form gebildet werden, z.B. ovale, quadratische oder rechteckige Heizkörper.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass ein aus Isoliermaterial bestehender Block 26 derart geformt ist, dass er zwischen die Wände 8 und 14 passt und den Auslöser 16 aufnehmen kann. Die Win-10 düngen der Heizschlange 12, die unter dem Block 26 verlaufen, sind gestreckt. Die Höhe des Blocks 26 ist so bestimmt, dass der Block 26 mindestens angenähert das gleiche Niveau wie die Aussenwand 8 und die Trennwand 14 erreicht, so dass die Wände 8, 14 und der Block 26 alle gegen die Unterseite des 15 glaskeramischen Oberteils anliegen, wenn der Heizkörper in einer Kochplatte installiert wird. Der Block 26 kann beispielsweise aus einem keramischen Faser-Isoliermaterial oder mikroporösen Isoliermaterial bestehen. Das Material der Grundplatte 4 ist vorzugsweise ein mikroporöses Isoliermaterial, während 20 die Wände 8 und 14 vorzugsweise aus einem keramischen Fasermaterial bestehen.

In Fig. 2 ist der Unterteil eines Kochtopfs 30 dargestellt, der auf dem glaskeramischen Oberteil 32 einer Kochplatte ruht, gegen dessen Unterseite der beschriebene Heizkörper montiert ist. 25 Der Boden des Kochtopfs 30 ist nach innen gewölbt, wobei in Fig. 2 die Wölbung übertrieben gross dargestellt ist, und liegt im radial äusseren Bereich des Heizkörpers über dessen Heizschlange 12 auf dem Oberteil 32 auf. Eine maximale Berührung zwischen dem Kochtopf und dem glaskeramischen Oberteil liegt 30 demnach im erwähnten Heizbereich B vor.

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Flächenleistungsdichte im Heizbereich B gegenüber derjenigen im Heizbereich A erhöht, so dass eine maximale Wärmeübertragung im Heizbereich B stattfindet. Dies kann dadurch erzielt werden, dass die 35 Heizschlange 12 durch entsprechende Widerstandswahl eine grössere elektrische Leistung als die Heizschlange 10 aufweist. Ein typischer, üblicher Gesamtleistungswert eines Heizkörpers von 215 mm Durchmesser ist 1800 W. Der Aufbau des vorliegenden Heizkörpers ist beispielsweise derart, dass ein innerer 40 Heizbereich A mit einem Durchmesser von 137 mm und ein äusserer ringförmiger Heizbereich B mit einem äusseren Durchmesser von 195 mm vorliegen. Die beiden Heizbereiche A und B sind hierbei durch eine Trennwand voneinander getrennt, deren effektive Breite (oder Dicke) 10 mm beträgt. 45 In üblicher Weise würden die beiden Heizbereiche A und B die gleiche Leistung aufweisen, d.h. jede für eine Leistungsaufnahme von 900 W dimensioniert sein, was im inneren Heizbereich A eine Flächenleistungsdichte von 0,061 W mm-2 und für beide Heizbereiche A, B zusammen eine Flächenleistungsdichte so von 0,060 W mm"2 ergibt. Wenn jedoch als Beispiel der vorliegenden Erfindung der äussere Heizbereich B für eine Leistungsaufnahme von 1000 W und der innere Heizbereich A für eine Leistungsaufnahme von 800 W dimensioniert werden, so dass für den inneren Heizbereich eine Flächenleistungsdichte von 55 0,054 W mm-2 und für den äusseren Heizbereich die gleiche Flächenleistungsdichte von 0,060 W mm"2 resultieren, so kann festgestellt werden, dass sich die Zeit zur Erhitzung von einem Liter Wasser in einem in der beschriebenen Weise auf das glaskeramische Oberteil 32 gestellten Kochtopf 30 bis zum Siedepunkt co um 20 bis 25% reduziert. Diese beträchtliche Verminderung der Siedezeit ist überraschend, da erwartet werden könnte, dass sich die Wärmeverluste im äusseren Heizbereich B erhöhen und deshalb eine merkliche Verminderung der Siedezeit nicht zu erwarten ist.

65 Für einen kleineren Kochtopf, z.B. den in Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeuteten Kochtopf 34, wird normalerweise nur die Heizschlange 10 benützt. Es kann jedoch wiederum erwünscht sein, die Flächenleistungsdichte im radial äusseren Teil

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des Heizbereichs A zu erhöhen. Dies kann durch Verminderung des radialen Abstandes benachbarter Bogenstücke der Heizschlange 10 in Richtung zu ihrer Umfangsseite erzielt werden. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Abstand zwischen den Bogen-stücken 10a und 10b kleiner als der Abstand zwischen den Bo- 5 genstücken 10b und 10c, wobei die Abstände in Richtung zum innersten Bogenstück lOd fortschreitend zunehmen.

Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, kann der radiale Abstand zwischen benachbarten Bogenstücken der Heizschlange 10 auch konstant gehalten werden, jedoch die Steigung der Windungen der inneren Heizschlangen 10, d.h. der Abstand benachbarter Windungen der Heizschlange, so festgelegt werden, dass diese Steigung mit zunehmendem radialem Abstand von der Mitte des Heizkörpers abnimmt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Elektrischer Strahlungsheizkörper für eine Kochplatte mit glaskeramischem Oberteil, welcher Heizkörper mindestens zwei derart angeordnete Heizelemente enthält, dass ein erstes Heizelement sich angenähert vollständig um die Aussenseite des oder der weiteren Heizelemente erstreckt, wobei das bzw. die weiteren Heizelemente unabhängig vom ersten Heizelement elektrisch speisbar sind, wobei ferner eine Trennwand aus thermisch isolierendem Material zwischen dem ersten und dem oder den weiteren Heizelementen angeordnet ist, und wobei eine Aussenwand aus thermisch isolierendem Material das erste Heizelement umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand aller Heizelemente (12, 10) derart bemessen ist, dass im Betrieb die allen Heizelementen je Flächeneinheit der von der Aussenwand (8) umschlossenen Oberfläche des Heizkörpers zuführbare elektrische Leistung grösser ist als die dem oder den weiteren Heizelementen <10) je Flächeneinheit der Oberfläche desjenigen Teils des Heizkörpers zuführbare elektrische Leistung, der von der Trennwand (14) umschlossen ist.

2. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Heizelemente (10, 12) enthält, von welchen das weitere Heizelement (10) angenähert kreisförmig ist, und das erste Heizelement (12) ringförmig ist und sich angenähert vollständig um das weitere Heizelement (10) erstreckt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb die dem weiteren Heizelement (10) zuführbare elektrische Leistung 800 W beträgt, dass die von der Trennwand (14) umschlossene Fläche (A) einen Durchmesser von 137 mm hat, und dass die dem ersten Heizelement (12) zuführbare elektrische Leistung 1000 W beträgt, wobei die von der Aussenwand (8) umschlossene Fläche (A + B) einen Durchmesser von 195 mm hat.

4. Strahlungsheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des oder der weiteren Heizelemente (10) derart ist, dass die von der Fläche (A), welche von der Trennwand (14) umschlossen ist, je Flächeneinheit der Oberfläche abgestrahlte Wärme im Aussenbereich der Fläche (A) grösser ist als in ihrem Mittenbereich.

5. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten von mehreren Heizbogen des oder der weiteren Heizelemente (10) in Richtung zur Aussenseite des bzw. der Heizelemente abnimmt.

6. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung von Heizwindungen des oder der weiteren Heizelemente in Richtung zur Aussenseite des bzw. der Heizelemente abnimmt.