DE102020001449A1 - Strahlungsheizung mit integriertem Vorschaltgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Heizsystemen und betrifft eine Strahlungsheizung, wie sie beispielsweise zur Beheizung von einzelnen Bereichen in großen, ausgedehnten und/oder hohen Räumen zur Anwendung kommen kann.Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Effizienz von Strahlungsheizungen mit Halbleiterbauelementen zu erhöhen.Gelöst wird die Aufgabe zum einen durch die Integration des notwendigen Vorschaltgerätes in eine Strahlungsheizung, bei der mindesten ein Halbleiterbauelement, welches mindestens Strahlung im Wellenlängenbereich > 0,7 um abgibt, teilweise von einem Kühlkörper umgeben ist, wobei mindestens eine Oberfläche des Halbleiterbauelementes zur Abgabe von Strahlung im Wellenlängenbereich > 0,7 µm nicht von dem Kühlkörper bedeckt ist, und wobei der Kühlkörper mindestens eine Oberfläche in Richtung der Strahlungsabgabe im Wellenlängenbereich > 0,7 µm aufweist, und der Kühlkörper mindestens in entgegengesetzter Richtung der Strahlungsabgabe im Wellenlängenbereich > 0,7 µm mindestens teilweise in formschlüssigem Kontakt mit einer Isolierung angeordnet ist. Dadurch wird die im Vorschaltgerät entstehende Verlustwärme ebenfalls zum überwiegenden Teil als Temperaturstrahlung am Ort der Beheizungsaufgabe nutzbar.Zum anderen wird ein konstruktives Detail beschrieben, das den konvektiven Anteil an der Gesamtwärmeabgabe der beschriebenen Strahlungsheizung weiter minimiert.

Description

• Unter dem Begriff Strahlungsheizung werden im Allgemeinen Heizsysteme subsumiert, deren Anteil an Wärmestrahlung an der Gesamtwärmeabgabe für die Beheizungsaufgabe bedeutend ist. Daraus resultiert schlussendlich die Aufgabe, diesen Strahlungsanteil soweit wie möglich zu erhöhen und dabei einen hohen Wirkungsgrad bezüglich der eingesetzten Endenergie zu erreichen. Strahlungsheizungen auf der Basis von IR-LED (IR - Infrarot; LED - light-emitting-diode = lichtemittierende Diode; also ein Halbleiterbauteil, dass vorrangig elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich > 0,7 µm emittiert) bieten Effizienzvorteile gegenüber Strahlungsheizungen auf reiner Basis von Temperaturstrahlung dadurch, dass ein Teil der emittierten Infrarotstrahlung durch die Rekombination von Ladungsträgern im Halbleiter erzeug wird, somit eine gleiche flächenspezifische Strahlungsleistung eine geringere Oberflächentemperatur zur Folge hat, die schlussendliche eine verringerte konvektive Wärmeabgabe = einen geringeren konvektiven Verlust nach sich zieht. Eine konkrete Beschreibung solch einer Strahlungsheizung enthält DE 10 2016 211 317.8 . Die Gesamteffizienz von Strahlungsheizungen auf Halbleiterbasis kann durch die nachfolgend beschriebene Erfindung verbessert werden.
• Jedes (IR)-LED-Modul benötigt ein Betriebsgerät (Vorschaltgerät). Dieses wandelt die zugeführte elektrische Energie aus dem allgemeinen Energienetz in elektrische Energie mit den für den Betrieb der (IR)-LED geforderten Parametern (Stromstärke, Spannung) um.
• Dieser Transformationsprozess ist mit energetischen Verlusten behaftet. Ein Teil der zugeführten elektrischen Energie wird dabei in Wärmeenergie umgewandelt und das Vorschaltgerät gibt diese Wärme ab.
• Erfindungsgemäß kommt diese Verlustwärme nun der eigentlichen Beheizungsaufgabe zu Gute. Das geschieht in der Form, dass das Vorschaltgerät Bestandteil der eigentlichen Strahlungsheizung ist. Es wird auf oder im die IR-LEDs umschließenden Kühlkörper integriert, der die Wärmeabfuhr von den IR-LED-Elementen übernimmt, dem zu beheizendem Raumbereich zugewandt ist und dadurch auch Infrarotstrahlung an diesen abgibt. Das integrierte Vorschaltgerät ist ebenfalls dem zu beheizendem Raumbereich zugewandt und sehr gut wärmeleitend mit dem Kühlkörper stoff- und kraftschlüssig verbunden. Der Kühlkörper nimmt Wärme von diesem auf und gibt diese dann in Richtung der Beheizungsaufgabe ab. Die rückseitige Wärmedämmung minimiert wie auch bei den IR-LEDs die Wärmeabgabe des Vorschaltgerätes in eine nicht gewollte Richtung.
• Die Oberflächen des Vorschaltgerätes, die dem zu beheizendem Raumbereich zugewandt sind, weisen einen hohen Emissionskoeffizienten für Temperaturstrahlung auf (Vorzugsweise größer als 0,9).
• Dies kann beispielsweise durch entsprechende Lackierungen herbeigeführt werden. Des Weiteren ist die Geometrie des Vorschaltgerätes bezüglich der Aufgabenstellung, eine möglichst große Menge an Strahlungsenergie in Richtung der Beheizungsaufgabe und an den Kühlkörper abzugeben, optimiert. Eine geringe Tiefe (Aufbauhöhe) und demzufolge eine größere Länge und Breite sind beispielhaft vorteilhafter.
• Je nach Anwendungsfall kann es weiterhin vorteilhaft sein, das auf oder im Kühlkörper integrierte Vorschaltgerät derart anzuordnen, dass die IR-LEDs und das Vorschaltgerät modulweise produziert und dann am Installationsort stoff- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Diese Ausführung der Erfindung kann Vorteile in der Produktion, während Montage und im Reparaturfall bieten.
• Eine weitere Minimierung der konvektiven Wärmeabgabe und damit von Effizienzverlusten kann dadurch erzielt werden, in dem eine am Rand der Module mit IR-LEDs und Vorschaltgerät angebrachte Kante eine durch freie Konvektion oder aus anderen Gründen entstandene Luftströmung über der der Beheizungsaufgabe zugewandten Seite minimiert.
• 1 bis 4 erläutern näher den beschriebenen Aufbau.
• Dabei zeigt
• 1 einen schematischen Schnitt durch eine Strahlungsheizung mit IR-LEDs und integriertem Vorschaltgerät, wobei das Vorschaltgerät auf dem Kühlkörper angeordnet ist
• 2 einen schematischen Schnitt durch eine Strahlungsheizung mit IR-LEDs und integriertem Vorschaltgerät, wobei das Vorschaltgerät teilweise vom Kühlkörper zumindest stoffschlüssig umgeben ist und die Abmaße in Bezug auf 1 optimiert wurden (geringere Aufbauhöhe, dafür eine größere Breite)
• 3 eine schematische perspektivische Projektionsansicht durch eine Strahlungsheizung mit IR-LEDs und integriertem Vorschaltgerät
• 4 eine schematische perspektivische Projektionsansicht durch eine Strahlungsheizung mit IR-LEDs und integriertem Vorschaltgerät, wobei die IR-LEDs und das Vorschaltgerät als einzelne Module ausgeführt und zusammengeführt sind und eine Kante zur Verringerung der durch freie Konvektion oder aus anderen Gründen entstandenen Luftströmung über der der Beheizungsaufgabe zugewandten Seite vorhanden ist.
• Bezugszeichenliste

1 -

IR-LED

2 -

Kühlkörper

3 -

Isolierung

4 -

Vorschaltgerät

5 -

Kante zur Minimierung der durch freie Konvektion oder aus anderen Gründen entstandenen Luftströmung über der der Beheizungsaufgabe zugewandten Seite

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102016211317 [0001]

Claims (1)

1. Strahlungsheizung, bei der mindesten ein Halbleiterbauelement, welches mindestens Strahlung im Wellenlängenbereich > 0,7 µm abgibt, teilweise von einem Kühlkörper umgeben ist, wobei mindestens eine Oberfläche des Halbleiterbauelementes zur Abgabe von Strahlung im Wellenlängenbereich > 0,7 µm nicht von dem Kühlkörper bedeckt ist, und wobei der Kühlkörper mindestens eine Oberfläche in Richtung der Strahlungsabgabe im Wellenlängenbereich > 0,7 µm aufweist, und der Kühlkörper mindestens in entgegengesetzter Richtung der Strahlungsabgabe im Wellenlängenbereich > 0,7 µm mindestens teilweise in formschlüssigem Kontakt mit einer Isolierung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Betrieb des Halbleiterbauelements notwendige Vorschaltgerät unmittelbar in der Strahlungsheizung integriert und vorzugsweise unmittelbar auf oder zumindest zum Teil im Kühlkörper installiert ist und seine im Betrieb entstehende Verlustwärme zum größten Teil in Richtung der Beheizungsaufgabe abgibt.

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