Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizkörper mit zwei Strömungskanälen für den Wärmeträger.
Heizkörper für moderne Zentralheizungsanlagen sollten eine kurze Einstellzeit aufweisen, und die Anschlüsse für den Vor- und den Rücklauf sollten insbesondere bei Einrohrsystemen auf der gleichen Seite des Heizkörpers angeordnet sein. Für eine kurze Einstellzeit ist anzustreben, dass der Strömungskanal eine gleichmässige Strömung des Wärmeträgers durch den gesamten Heizkörper ermöglicht, dass das Volumen des Strömungskanals und damit die Menge des im Heizkörper befindlichen Wärmeträgers sowie die Wärmekapa- zität des Heizkörpers möglichst klein sind und der Heizkörper gute Wärmeübertragungseigenschaften aufweist.
Weil die früher gebräuchlichen Radiatoren keine dieser Forderungen erfüllen, werden in zunehmendem Masse als Konvektoren ausgebildete Heizkörper verwendet. Diese bestehen aus mindestens einem meist geradlinigen Heizrohr, an dem eine Vielzahl von Lamellen befestigt sind, die als Wärmeübertragungseinrichtungen wirken. Der Konvektor ist gewöhnlich mit seitlichen Verkleidungen abgedeckt, die einen Kamin begrenzen, in dem eine echte Konvektion der unter dem Konvektor angesaugten und über dem Konvektor aufsteigenden, erwärmten Luft erfolgt.
Um einen Konvektor auf einer Seite an ein Einrohrsystem anzuschliessen, muss das gegenüberliegende Ende seines Heizrohrs entweder zurückgeführt werden, oder es werden, wenn das die Einbautiefe erlaubt, zwei Konvektoren neben- oder übereinander gestellt, wobei das Heizrohr des einen Konvektors dem Vorlauf und das Heizrohr des anderen dem Rücklauf des Wärmeträgers dienen. Die letztere Konstruktion erfordert relativ viel Raum und kann darum nicht überall verwendet werden.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 7404176 ist ein Konvektor bekannt, dessen im Querschnitt rechteckiges Heizrohr eine in der Mitte des Querschnitts angeordnete Trennwand aufweist, die das Heizrohr in eine für den Vorlauf und eine für den Rücklauf verwendete Leitung trennt. Auf diese Weise ist es möglich, die vorteilhaften Eigenschaften des Konvektorprinzips mit dem angestrebten einseitigen Anschluss für Vor- und Rücklauf zu kombinieren. Wie die Praxis gezeigt hat, weist diese Ausführungsform eines Konvektors aber mehrere Nachteile auf. Die beiden Leitungen berühren sich nur mit einem Teil ihres Umfangs, was zur Folge hat, dass der mögliche Wärmeaustausch zwischen Vor- und Rücklauf relativ schwach ist.
Weil sich die beiden Leitungen in dem in genanntem Gebrauchsmuster gezeigten Ausführungsbeispiel sogar nur längs einer Schmalseite ihres rechteckigen Querschnitts berühren, darf angenommen werden, dass ein Wärmeaustausch zwischen Vor- und Rücklauf gar nicht beabsichtigt ist. Das Heizrohr weist darum beim Betrieb auf der Anschlussseite längs seines Umfangs eine Temperaturdifferenz auf, die dem Wärmeverlust des Wärmeträgers im Konvektor entspricht. Diese Temperaturdifferenz ist um so grösser, je kleiner die Strömungsgeschwindigkeit des umlaufenden und je höher die Temperatur des vorlaufenden Wärmeträgers ist. Diese Temperaturdifferenz längs des Umfangs des Heizrohres bewirkt einen Unterschied in der Dilatation des Rohrquerschnittes.
Obwohl dieser Unterschied der Dilatation sehr klein ist, hat er einen nachteiligen Einfluss auf die Wärmeleitung vom Rohr zu den Lamellen, wenn die Lamellen nur mechanisch, beispielsweise durch Auftreffen, mit dem Heizrohr verbunden sind. Die Wärmeleitung wird zusätzlich verschlechtert, wenn Heizrohr und Lamellen aus unterschiedlichem Material mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. Um bei den beschriebenen Bedingungen eine optimale Wärmeleitung zuer- möglichen, werden dieLamellen auf das Heizrohr gelötet oder geschweisst. Dieser zusätzliche Arbeitsgang verteuert die Herstellung des Heizkörpers und schliesst die Verwendung eines gegen den Wärmeträger chemisch weitgehend inerten Stahlrohres und billiger, gut Wärme leitender und nur eine geringe Wärmekapazität aufweisender Aluminiumlamellen praktisch aus.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile zu beheben.
Der erfindungsgemässe Heizkörper enthält zwei Strömungskanäle für den Wärmeträger und ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen einer gleichmässigen Temperatur an der Aussenwand und dadurch bewirkten optimalen Wärmeabgabe der erste Strömungskanal wärmeleitend mit der Aussenwand verbunden ist und der zweite Strömungskanal zum Wiedererwärmen des in dem ersten Strömungskanal abgekühlten Wärmeträgers mit dem ersten Strömungskanal im Gegenstrom in wärmeaustauschender Verbindung steht.
Mit dem neuen Heizkörper kann durch den Wärmeaustausch zwischen dem zweiten und dem ersten Strömungskanal eine bisher nicht erreichbare, gleichmässige Temperatur der Aussenwand verwirklicht werden. Das gilt sowohl für die Länge als auch für den Umfang der Aussenwand und gilt insbesondere für kleine Durchflussgeschwindigkeiten des Wärmeträgers. Obwohl bei einer bevorzugten Ausführungsform der Querschnitt des Heizkörpers kreisrund ist, konnte auch bei ovalem oder rechteckigem Querschnitt kein Unterschied in der Dilatation festgestellt werden. Dieser wichtige Vorteil des neuen Heizkörpers ermöglicht, Lamellen aufzuziehen, die ohne zusätzliches Löten oder Schweissen durch einen einfachen Presssitz gehalten werden, der eine praktisch ebenso gute Wärmeleitung vom Heizkörper in die Lamellen wie eine Lötung oder Schweissung an der Wärmeübergangsstelle ermöglicht.
Der Presssitz wiederum erlaubt die Verwendung eines Heizkörpers und von Lamellen aus unterschiedlichen und insbesondere aus nur sehr schwierig oder gar nicht löt- oder schweissbaren Materialien. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird darum der Heizkörper aus korrosionsfestem Stahlrohr hergestellt, und darauf sind Lamellen aus Aluminium gezogen, die wegen ihrer guten Wärme leitfählgkeit besonders vorteilhaft sind.
Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren an einigen Ausführungsbeispielen beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine einfache Ausführungsform des neuen Heizkörpers.
Fig. 2 zeigt ebenfalls im Schnitt eine mit Lamellen bestückte Ausführungsform des neuen Heizkörpers.
In den Figuren sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Die in Figur 1 im Längsschnitt gezeigte einfache Ausführungsform des neuen Heizkörpers enthält ein Aussenrohr 10, das am einen Ende mit einer Scheibe 11 und am anderen Ende mit einem Abschlussstück 12 verschlossen ist. Die Scheibe 11 weist eine zentrale Bohrung und das Verschlussstück 12 einen Führungsring auf. An dem der Scheibe 11 benachbarten Ende des äusseren Rohres ist eine gekrümmte Anschlussleitung 13 angeschweisst. Weiter ist ein inneres Rohr 16 vorgesehen, dessen inneres Ende in den Führungsring des Verschlussstückes 12 geschoben und dessen gegenüberliegendes Ende 17 durch die Bohrung in der Scheibe 11 nach aussen ragt. Am inneren Ende des inneren Rohrs 16 ist mindestens eine Öffnung 18 vorgesehen.
Die Scheibe 11 und das Verschlussstück 12 zentrieren das innere Rohr im äusseren Rohr und sind mit dem inneren und dem äusseren Rohr 16 bzw. 10 fest ver bunden und vorzugsweise verschweisst. Die Anschlussleitung 13 und das aus dem äusseren Rohr herausragende Ende 17 des inneren Rohres sind für den Anschluss an die Rohrleitungen eines Zentralheizungssystems vorgesehen und weisen entsprechende Anschlussgewinde 19 bzw. 20 auf.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des neuen Heizkörpers enthält wie die bereits beschriebene Ausführungsform ein äusseres und ein inneres Rohr 10 bzw. 16 und ein Verschlussstück 12. Am anschlussseitigen Ende weist dieser Heizkörper ein Anschlusstück 24 auf, das die Scheibe mit der zentralen Bohrung und die gekrümmte Anschlussleitung ersetzt und für die Verbindung des äusseren Rohrs mit einem Zentralheizungssystem sowie zur Zentrierung des inneren Rohrs vorgesehen ist. Auf das äussere Rohr 10 ist eine Vielzahl von Lamellen 25 aufgeschoben. Jede Lamelle enthält eine Wärmeübertragungsfläche 26 und etwa in der Mitte dieser Fläche eine Öffnung, die von einem breiten Rand 27 eingefasst ist.
Zum Betrieb des neuen Heizkörpers werden das äussere Rohr 10 mit Hilfe der Anschlussleitung 13 bzw. des Anschlussstücks 24 und das innere Rohr an seinem herausragenden Ende 17 mit den Rohren eines Zentralheizungssystems verbunden. Der Anschluss wird vorzugsweise so gewählt, dass der Wärmeträger zuerst in den vom inneren Rohr 16 begrenzten Strömungskanal 30 eintritt, am Ende dieses Kanals durch die Öffnung 18 in den zwischen dem äusseren und dem inneren Rohr begrenzten Strömungskanal 35 fliesst und diesen Kanal durch die Anschlussleitung 13 bzw. das Anschlussstück 14 wieder verlässt. Dabei wird das äussere Rohr 10 von dem von der Öffnung 18 zum Ausfluss strömenden Wärmeträger erwärmt und die durch die Wärmeübertragung bewirkte Abkühlung des Wärmeträgers durch den im Gegenstrom durch das Innenrohr naclffliessenden Wärmeträger praktisch wieder ausgeglichen.
Die Folge dieses Wärmeausgleiches ist, dass der Wärmeträger im Strömungskanal 35 und damit das Aussenrohr 10 eine sehr gleichmässige Temperatur aufweisen.
Wird der Heizkörper in entgegengesetzter Richtung vom Wärmeträger durchflossen, so wird ein Teil der Wärme des in das äussere Rohr einfliessenden Wärmeträgers zum Wiedererwärmen des durch das innere Rohr ausfliessenden, abgekühlten Wärmeträgers verwendet, was praktisch die gleiche Wirkung hat, nämlich eine bisher nicht erreichbare gleichmässige Temperaturverteilung über den Umfang und in der Längsrichtung des äusseren Rohres.
Der angestrebte Wärme austausch zwischen den beiden Strömungskanälen ist dann optimal, wenn die Strömungsgeschwindigkeit in beiden Kanälen etwa gleich gross ist.
Um das zu erreichen, sollten die Querschnittsflächen der beiden Strömungskanäle etwa gleich sein. Um den Über- gang des Wärmeträgers vom einen zum anderen Strömungskanal nicht zu behindern, muss die Öffnung 18 im inneren Rohr ausreichend gross sein. Vorzugsweise wird darum anstelle einer grossen Öffnung eine Mehrzahl kleinerer Öffnungen verwendet, die dem Verschlussstück 12 benachbart über den Umfang des inneren Rohrs verteilt angeordnet sind.
Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform des neuen Heizkörpers sind das äussere und das innere Rohr sowie die Scheibe und das Verschlussstück aus Stahl. Die ses Material ist mechanisch genügend widerstandsfähig, um eine einfache Montage sehr langer Heizkörper zu ermöglichen, und ist ausreichend korrosionsfest, so dass es für Wärmeträger unterschiedlicher Aufbereitung und che mischer Eigenschaften (pH-Wert) verwendet werden kann.
Der Aussendurchmesser des äusseren Rohres beträgt bei der Ausführungsform gemäss Figur 2 etwa 35 mm, die
Wandstärke 2 mm, und der Aussendurchmesser des inne ren Rohres beträgt 22,5 mm bei einer Wandstärke von
1 mm. Um die Wärmeübertragung vom Heizkörper an die umgebende Luft zu verbessern, ist die Mantelfläche des äusseren Rohrs durch Aufziehen von Lamellen vergrössert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen diese Lamellen aus Aluminiumblechen, die in der Mitte eine Öffnung aufweisen, deren Rand zu einem Pressring umgebördelt ist. Der Aussendurchmesser handelsüblicher Stahlrohre weist eine ausreichende Masshaltigkeit auf, um die Lamellen allein durch die Federkraft ihrer Pressringe mechanisch fest und mit sehr gutem Wärmekontakt auf dem Rohr zu halten.
Für eine gute Wärmeübertragung werden beispielsweise rechteckige Lamellen mit einer Höhe von 140 mm, einer Breite von 125 mm und einer Dicke von 0,7 mm verwendet. Der Abstand zwischen benachbarten Lamellen beträgt etwa 6 mm.
Es versteht sich, dass an den beschriebenen einfachen Ausführungsformen des neuen Heizkörpers viele Anderungen möglich sind. Beispielsweise können anstelle des Stahlrohres auch Kupferrohre und anstelle von Aluminiumlamellen auch Kupferlamellen verwendet werden. Es ist auch nicht notwendig, die federnden Pressringe der Lamellen einzubördeln, sondern die Pressringe können auch als selbständige Bauelemente ausgebildet sein, die in geeigneter Weise mit dem äusseren Rohr und den Lamellen verbunden werden. Die Lamellen müssen auch keine rechteckige Fläche aufweisen, sondern können ebensogut rund oder oval sein. Schliesslich versteht sich, dass es durchaus möglich ist, den neuen Heizkörper nach Art eines Konvektors hinter einer Verkleidung aufzustellen oder mit einer Verkleidung zu kombinieren oder mehrere Heizkörper nach Art einer Heizwand zusammenzustellen.
The present invention relates to a radiator with two flow channels for the heat carrier.
Radiators for modern central heating systems should have a short response time, and the connections for the flow and return should be arranged on the same side of the radiator, especially in single-pipe systems. For a short setting time, the aim should be that the flow channel enables a uniform flow of the heat carrier through the entire radiator, that the volume of the flow channel and thus the amount of heat carrier in the heater and the heat capacity of the heater are as small as possible and that the heater has good heat transfer properties having.
Because the radiators that were used previously did not meet any of these requirements, radiators designed as convectors are being used to an increasing extent. These consist of at least one mostly straight heating pipe to which a large number of fins are attached, which act as heat transfer devices. The convector is usually covered with side panels that delimit a chimney in which there is real convection of the heated air drawn in under the convector and rising above the convector.
To connect a convector to a single-pipe system on one side, the opposite end of its heating pipe must either be returned or, if the installation depth allows, two convectors placed next to or on top of each other, with the heating pipe of one convector being the flow and the heating pipe of the other serve the return of the heat carrier. The latter construction requires a relatively large amount of space and therefore cannot be used everywhere.
From the German utility model 7404176 a convector is known whose heating pipe, which is rectangular in cross section, has a partition wall arranged in the middle of the cross section, which divides the heating pipe into a line used for the flow and a line used for the return. In this way it is possible to combine the advantageous properties of the convector principle with the desired one-sided connection for flow and return. As practice has shown, this embodiment of a convector has several disadvantages. The two lines only touch part of their circumference, which means that the possible heat exchange between the flow and return is relatively weak.
Because the two lines in the exemplary embodiment shown in the utility model mentioned only touch along one narrow side of their rectangular cross-section, it can be assumed that heat exchange between the flow and return is not intended at all. The heating pipe therefore has a temperature difference along its circumference on the connection side during operation, which corresponds to the heat loss of the heat transfer medium in the convector. This temperature difference is greater, the lower the flow rate of the circulating and the higher the temperature of the forward heat carrier. This temperature difference along the circumference of the heating pipe causes a difference in the expansion of the pipe cross-section.
Although this difference in dilation is very small, it has a disadvantageous effect on the heat conduction from the pipe to the lamellas if the lamellas are only mechanically connected to the heating pipe, for example by impact. The heat conduction is additionally impaired if the heating pipe and fins are made of different materials with different coefficients of thermal expansion. In order to enable optimal heat conduction under the conditions described, the lamellas are soldered or welded onto the heating pipe. This additional work step makes the production of the radiator more expensive and practically excludes the use of a steel pipe that is largely chemically inert to the heat carrier and of cheaper aluminum fins that conduct heat well and have only a low heat capacity.
It is the aim of the present invention to remedy the disadvantages described.
The radiator according to the invention contains two flow channels for the heat carrier and is characterized in that the first flow channel is connected to the outer wall in a thermally conductive manner and the second flow channel is used to reheat the heat carrier cooled in the first flow channel in order to achieve a uniform temperature on the outer wall and thereby achieve optimal heat dissipation is in a heat-exchanging connection with the first flow channel in countercurrent.
With the new radiator, a previously unattainable, uniform temperature of the outer wall can be achieved through the heat exchange between the second and the first flow channel. This applies to both the length and the circumference of the outer wall and applies in particular to low flow rates of the heat transfer medium. Although, in a preferred embodiment, the cross section of the heating element is circular, no difference in the dilation could be determined even with an oval or rectangular cross section. This important advantage of the new radiator makes it possible to open fins that are held by a simple press fit without additional soldering or welding, which enables practically just as good heat conduction from the radiator into the fins as soldering or welding at the heat transfer point.
The press fit, in turn, allows the use of a heating element and lamellas made from different materials, and in particular from materials that are difficult or impossible to solder or weld. In a preferred embodiment, the radiator is therefore made of corrosion-resistant steel pipe, and lamellae made of aluminum are drawn thereon, which are particularly advantageous because of their good heat conductivity.
The invention is described below with the aid of the figures using a few exemplary embodiments.
Fig. 1 shows the longitudinal section through a simple embodiment of the new radiator.
Fig. 2 also shows in section an embodiment of the new radiator equipped with slats.
In the figures, the same components are denoted by the same reference numbers.
The simple embodiment of the new radiator shown in longitudinal section in FIG. 1 contains an outer tube 10 which is closed at one end with a disk 11 and at the other end with an end piece 12. The disc 11 has a central bore and the closure piece 12 has a guide ring. A curved connecting line 13 is welded to the end of the outer tube adjacent to the disk 11. Furthermore, an inner tube 16 is provided, the inner end of which is pushed into the guide ring of the closure piece 12 and the opposite end 17 of which protrudes outward through the bore in the disk 11. At least one opening 18 is provided at the inner end of the inner tube 16.
The disc 11 and the closure piece 12 center the inner tube in the outer tube and are firmly connected to the inner and outer tubes 16 and 10, respectively, and are preferably welded. The connecting line 13 and the end 17 of the inner tube protruding from the outer tube are provided for connection to the pipelines of a central heating system and have corresponding connecting threads 19 and 20, respectively.
The embodiment of the new radiator shown in FIG. 2 contains, like the embodiment already described, an outer and an inner tube 10 or 16 and a closure piece 12. At the connection-side end, this radiator has a connection piece 24 which connects the disc with the central bore and replaces the curved connection line and is intended for connecting the outer pipe to a central heating system and for centering the inner pipe. A plurality of lamellae 25 is pushed onto the outer tube 10. Each lamella contains a heat transfer surface 26 and approximately in the middle of this surface an opening which is bordered by a wide edge 27.
To operate the new radiator, the outer pipe 10 is connected to the pipes of a central heating system with the aid of the connection line 13 or the connection piece 24 and the inner pipe at its protruding end 17. The connection is preferably selected so that the heat transfer medium first enters the flow channel 30 delimited by the inner tube 16, at the end of this channel flows through the opening 18 into the flow channel 35 delimited between the outer and the inner tube and this channel flows through the connection line 13 or the connector 14 leaves again. The outer pipe 10 is heated by the heat transfer medium flowing from the opening 18 to the outlet and the cooling of the heat transfer medium caused by the heat transfer is practically compensated for by the heat transfer medium flowing in countercurrent through the inner pipe.
The consequence of this heat balance is that the heat transfer medium in the flow channel 35 and thus the outer tube 10 have a very uniform temperature.
If the heat carrier flows through the radiator in the opposite direction, part of the heat from the heat carrier flowing into the outer tube is used to reheat the cooled heat carrier flowing out through the inner tube, which has practically the same effect, namely a previously unattainable uniform temperature distribution over the circumference and in the longitudinal direction of the outer tube.
The desired heat exchange between the two flow channels is optimal when the flow velocity in both channels is approximately the same.
To achieve this, the cross-sectional areas of the two flow channels should be approximately the same. In order not to hinder the transfer of the heat transfer medium from one flow channel to the other, the opening 18 in the inner tube must be sufficiently large. For this reason, instead of a large opening, a plurality of smaller openings is preferably used, which are arranged adjacent to the closure piece 12 and distributed over the circumference of the inner tube.
In a practically tested embodiment of the new radiator, the outer and inner tubes as well as the disc and the locking piece are made of steel. This material is mechanically strong enough to allow easy installation of very long radiators, and is sufficiently corrosion-resistant so that it can be used for heat carriers of different preparation and chemical properties (pH value).
The outside diameter of the outer tube is about 35 mm in the embodiment according to FIG
Wall thickness 2 mm, and the outer diameter of the inner tube is 22.5 mm with a wall thickness of
1 mm. In order to improve the heat transfer from the radiator to the surrounding air, the surface area of the outer tube is enlarged by pulling open fins. In a preferred embodiment, these lamellae consist of aluminum sheets which have an opening in the middle, the edge of which is flanged to form a press ring. The outside diameter of commercially available steel pipes has sufficient dimensional accuracy to hold the lamellae mechanically firmly and with very good thermal contact on the pipe simply by the spring force of their press rings.
For example, rectangular fins with a height of 140 mm, a width of 125 mm and a thickness of 0.7 mm are used for good heat transfer. The distance between adjacent slats is about 6 mm.
It goes without saying that many changes are possible in the described simple embodiments of the new radiator. For example, copper pipes can be used instead of steel pipes and copper fins can be used instead of aluminum fins. It is also not necessary to bead the resilient press rings of the lamellas, but the press rings can also be designed as independent components that are connected in a suitable manner to the outer tube and the lamellas. The lamellae do not have to have a rectangular surface either, but can just as well be round or oval. Finally, it goes without saying that it is entirely possible to set up the new radiator in the manner of a convector behind a cladding or to combine it with a cladding or to put together several radiators in the manner of a heating wall.