DE2702374A1

DE2702374A1 - Waermeaustauscher fuer konvektor- heizkoerper

Info

Publication number: DE2702374A1
Application number: DE19772702374
Authority: DE
Inventors: Brian Carter
Original assignee: TUGONIA AG
Current assignee: TUGONIA AG
Priority date: 1976-01-23
Filing date: 1977-01-21
Publication date: 1977-07-28
Also published as: GB1535561A; US4304291A; ES455276A1; FR2339150B1; CA1077113A; FR2339150A1; SE7700461L; SE426343B; DE2702374B2; DE2702374C3

Description

Anmelder: Tugonia AG, Zug/Schweiz

Wärmeaustauscher für Konvektor-Heizkörper

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher für Konvektor-Heizkörper mit einer länglichen Heizquelle, die in wärmeleitendem Kontakt von einem Ansatz umgeben ist, auf den Wärme von der Heizquelle übertragen wird, ferner mit paarweise angeordneten Rippenreihen, welche sich von dem Ansatz erstrecken, wobei die einzelnen Rippen innerhalb jeder Reihe gegenseitig parallel liegen.

Konvektor-Heizkörper beruhen auf der Abgabe von Wärme aus einer Wärmequelle an strömende Luft. Wärmequellen, insbesondere röhrenförmige elektrische Heizelemente sind gewöhnlich so ausgeführt, daß grundsätzlich nur eine örtliche Erhitzung der Luft direkt von der Wärmequelle möglich ist. Dabei können mit der Wärmequelle Metallrippen verbunden sein, um den Heizeffekt auszubreiten, aber die bekannten Ausführungsformen erreichen trotzdem keine hinreichend gleichmäßige Verteilung der Lufttemperatur quer zur Strömung. Dies kann verursacht werden durch einen

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örtlichen Strömungswiderstand der Luft oder teilweise auch dadurch, daß der Wärmeaustauscher quer zur Strömung uneben sein kann.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines verbesserten Wärmeaustauschers, welcher insbesondere die angegebenen Nachteile vorbekannter Ausführungen vermeidet. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Reihen eine V-Anordnung bilden.

Gemäß der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher eines Konvektor-Heizkörpers mit einer in Längsrichtung ausgedehnten Wärmequelle versehen. Er besitzt ferner einen Ansatz, welcher sich um die Wärmequelle herum und in engem Kontakt mit dieser zur Übertragung von Wärme erstreckt, so wie paarweise angeordnete Reihen von Rippen, welche von dem Ansatz aufragen, wobei die Reihen eine V-Anordnung bilden, und die einzelnen Rippen innerhalb jeder Reihe sämtlich gegenseitig parallel liegen.

In Gebrauch erzeugt die Wärmequelle Wärme, die über den Ansatz zu den Rippen geleitet wird. Die Wärme wird dann an die Luft übertragen, welche die Rippen umgibt. Durch das Aufsteigen der Luft entsteht eine Konvektionsströmung. Ein vorteilhafter geringer Widerstand dieser Konvektionsströmung kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erreicht werden durch eine Ausrichtung der Rippen mit dem Konvektions-Strömungsfluß, welcher normal in vertikaler

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Richtung verläuft oder wenigstens eine wesentliche vertikale Komponente enthält. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, daß die Rippen in "beiden Reihen vorzugsweise sämtlich mit ihren Flächen gegenseitig parallel liegen.

Üblicherweise wird ein solcher Wärmeaustauscher in einem Konvektor-Heizkörper benutzt, welcher ein Gehäuse aufweist, im Bereich von dessen Boden die Wärmequelle eingeschlossen ist. Die Reihen der Rippen erstrecken sich dann zweckmäßig aufwärts und seitlich innerhalb des Gehäuses. Die Rippen liegen dabei in ihrer Ausdehnung in vertikalen, parallelen Ebenen quer zu der Achse der Wärmequelle, die normalerweise horizontal liegt.

Die Oberflächen der Rippen liegen einander gegenüber und strahlen somit Wärme gegeneinander ab. Hierdurch wird die abgestrahlte Wärme zum größten Teil auf die Rippen beschränkt und von diesen wieder aufgenommen. Die Wärmeabgabe des Heizkörpers erfolgt an die zirkulierende Luft, wodurch die direkte Strahlungswärme auf ein Minimum reduziert wird.

Die Wärmequelle ist zweckmäßig ein ummanteltes bzw. eingebettetes elektrisches Heizelement und zwar vorzugsweise von der Art, bei der ein Heizdraht in Metalloxidpulver eingeschlossen und mit einer metallischen Ummantelung versehen ist.

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Eine solche Festlegung auf eine bestimmte Heizelementausführung ist jedoch nicht zwingend, und es kann gegebenenfalls auch zweckmäßig sein, die Heizquelle in anderer Weise, beispielsweise als Heißwasserrohr oder Dampfrohr, auszubilden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist eine Darstellung einer bevorzugten Ausführung mit Abänderungsmöglichkeiten beigefügt, welche nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung erläutert werden soll. Es zeigen:

Fig.1 eine unterbrochene Seitenansicht eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine Stirnansicht des Wärmeaustauschers nach Fig.1,

Fig.3 einen Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach Fig.1 längs der Linie I-I in Fig.1,

Fig.4 eine ähnliche Ansicht wie Fig.3, in der eine abgeänderte Ausführung des in Fig.1 gezeigten Wärmeaustauschers dargestellt ist,

Fig.5 eine Darstellung ähnlich Fig.3, die eine wei tere Abänderungsmöglichkeit zeigt,

Fig.6 eine Querschnittsansicht eines Konyektor-

Heiskörpers unter Vervendung eines Wärmeaus tauschers gemäß der Erfindung.

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Ein Wärmeaustauscher nach Fig.1 enthält als Wärmequelle ein ummanteltes Heizelement 1. Zwei streifenförmige Teile aus Aluminium 2,3 bilden zusammen einen Ansatz 4, welcher mit seinen beiden Teilen das Heizelement 1 schellenartig umschließt. Zwei Reihen 5,6 von Rippen 7 erstrecken sich in Aufwärts- und Seitwärtsrichtung vom Ansatz 4. Die einzelnen Rippen sind aus zwei Aluminiumplatten ausgestanzt und abgebogen; eine Platte für jede Reihe. Die streif enförmigen Rippen sind mit diesen Aluminiumplatten einstückig. An ihren oberen Enden sind die Rippen jeweils durch einstückige Streifen 8,9 der Platten verbunden. Diese Streifen 8,9 stabilisieren die Rippen, die andernfalls bei der Handhabung des Wärmeaustauschers leicht beschädigt werden könnten. Der Wärmeaustauscher läßt sich in der gewünschten Position mit Hilfe von Halteeleraenten fixieren, welche durch rechteckige Aussparungen 10 im Ansatz 4 hindurchgreifen. Das ummantelte Heizelement 1 kann über Anschlüsse 11 an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen werden.

Für das Bauelement nach Fig. 1 ist eine im wesentlichen horizontale Anordnung innerhalb eines in Fig. 1 nicht gezeigten Gehäuses vorgesehen. Die Rippen liegen sämtlich in vertikalen Ebenen. Die durch Konvektion in Bewegung gesetzte Luft fließt durch den Wärmeaustauscher mit geringem Widerstand aufwärts; während sie zwischen den Rippen vorbeistreicht, wird sie erhitzt. Die Luft wird beinahe vollständig erwärmt durch Leitung beim Kontakt mit den Rippen.

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Der Anteil der Strahlung des Wärmeaustauschers stammt von den ebenen Oberflächen 12 der Rippen. Da jedoch diese Rippen einander gegenüber liegen, wird die Strahlungswärme von Rippe zu Rippe übertragen, und es geht daher sehr wenig Wärme durch Strahlung an die Umgebung verloren.

Es ist zu erkennen, daß der V-Winkel zwischen den Reihen 5,6 der Rippen 50° beträgt. Fig.2 zeigt ferner, daß die Streifen 8,9 und der Ansatz 4 zur Erzielung eines minimalen Strömungswiderstandes gegenüber der Konvektionsströmung in der Gebrauchslage im wesentlichen vertikal angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt die Gestalt des Ansatzes 4 im Bereich des Heizelementes 1. Die Teile 2,3 sind durch Punktschweißung verbunden und bilden den Ansatz 4, welcher dadurch in engem Kontakt mit dem Heizelement angeordnet ist, wodurch eine gute Wärmeübertragung vom Heizelement auf den .Ansatz 4 gewährleistet wird. Das Heizelement ist gezeigt in einer Ausführungsform mit einem inneren Heizdraht, einer äußeren Umhüllung und einer isolierenden Füllung von Magnesiumoxid. Fig. 3 zeigt ferner, daß sich die Rippen jeder Reihe in Beziehung auf das Zentrum der V-förmigen Anordnung nach außen erstrecken.

In der in Fig. 4 dargestellten alternativen Ausführung erstrecken sich Rippen 7'nach innen und greifen teilweise gegenseitig in die freien Zwischenräume zwischen den Rippen ein. Diese Rippen wirken in ähnlicher Weise wie die bereits beschriebenen Rippen 7.

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Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die beiden Reihen aus einer einzigen Aluminiumplatte gebildet sind, Der Ansatz erstreckt sich dabei nicht in den Raum unterhalb des Heizelementes, ausgenommen so weit, wie er den Boden des Heizelementes in engem Kontakt umfaßt. Diese Ausführung erscheint hinsichtlich der ökonomischen Ausnutzung des Aluminiums günstiger, sie erfordert jedoch in ihrer Herstellung ein größeres Stanzstück.

Der V-Winkel zwischen den Reihen kann entsprechend der Größe des Gehäuses variiert werden, so daß nur ein schmaler Spalt zwischen den Streifen 8,9 und den inneren Seitenwänden des Gehäuses entsteht. In einem größeren Gehäuse können mehr als ein Wärmeaustauscher entweder nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein.

Fig. 6 stellt einen Wärmeaustauscher der in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Art als Einbauelement in einem Konvektor-Heizkörper dar. Der Konvektor-Heizkörper enthält ein Gehäuse 15, das in Fig. 6 im Querschnitt dargestellt ist. Das Gehäuse ist kastenförmig und hat zwei Endstücke und zwei Seitenwände 16. Das Gehäuse ist ferner mit einem oberen und einem unteren Gitterteil 17,18 versehen. Das Gehäuse ist zur Wandbefestigung mit entsprechenden, nicht dargestellten Trägerstücken ausgebildet.

Der Wärmeaustauscher, der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Art, ist in dem Gehäuse, wie gezeigt, durch Träger 20 gehaltert, welche an dem Ansatz 4 und im Bereich der stabi-

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lisierenden Streifen 8,9 angreifen. Das elektrische Heizelement hat eine Leistung von 1 kW, die Reihen der Rippen sind 550 mm lang und 75 mm breit. Der Ansatz ist 35 mm hoch, und das Heizelement ist 17 mm vom Boden des Ansatzes entfernt angebracht. Es sind 49 Rippen in jeder Reihe vorhanden; jede Rippe ist in ihren Abmessungen annähernd 10 mm χ 65 mm.

Die Abmessungen des Gehäuses sind 600 mm χ 300 mm χ 65 mm. Bei dieser Heizvorrichtung sind typische Betriebstemperaturen quer zum oberen Gitterteil 17 und an den Seitenwänden 16 in C in die Zeichnung eingetragen.

Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung bietet den Vorteil der Erzeugung einer Luftkonvektionsströmung mit einer günstigen Temperaturverteilung, d.h. einer Strömung, welche im Zentrum des Luftstroms nicht wesentlich heißer ist im Vergleich zu den Randbereichen der Strömung. Dies ergibt wiederum den Vorteil, daß das Gehäuse für eine gegebene gleichmäßige Temperaturverteilung im Bereich seiner Deckfläche nicht so hoch sein muß wie bei bekannten Ausführungen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Details aus der vorangehenden Beschreibung, die in Beziehung mit den Zeichnungen angegeben worden sind. Der Wärmeaustauscher kann beispielsweise in einem Extrusionsverfahren hergestellt werden. Ein gepreßter Körper mit T-Querschnitt kann dabei

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rait einem völlig eingeschlossenen Kanal im Steg des T hergestellt werden. Die Arme des T sind für die Bildung der Rippen geprägt und werden schließlich nach aufwärts gebogen, um die V-Anordnung zu bilden. Bei dieser gegebenenfalls zweckmäßigen Ausführungsform bildet der Steg des T den Ansatz, und das röhrenförmige Heizelement wird durch den in ihm vorgesehenen Kanal gebildet. Dabei ist es möglich, heißes Wasser oder Dampf durch den Kanal zu führen. In einer alternativen Ausführung kann eine elektrische Heizung dadurch erreicht werden, daß ein Heizdraht in dem Kanal angeordnet und mit dem Magnesiumoxidpulver als elektrische Isolation umkleidet wird. Die Enden des Kanals können dann zweckmäßig mit keramischen Abschlußstücken verschlossen werden, welche die elektrischen Anschlüsse in Verbindung mit dem Heizdraht tragen.

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Claims

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75Karlsruhe,Nov/ackanlage15 £ I VCO I

Ansprüche

.1. Wärmeaustauscher für Konvektor-Heizkörper mit einer länglichen Heizquelle, die in wärmeleitendem Kontakt von einem Ansatz umgeben ist, auf den Wärme von der Heizquelle übertragen wird, ferner mit paarweise angeordneten Rippenreihen, welche sich von dem Ansatz erstrecken, wobei die einzelnen Rippen innerhalb jeder Reihe gegenseitig parallel liegen, dadurch gekennzeichnet , daß die Reihen (5,6) eine V-Anordnung bilden.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (7) in jeder Reihe (5,6) gegenüber dem Zentrum der V-Anordnung nach außen erstrecken.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Reihe (5,6) stabilisierende Streifen (8,9) zwischen und in Verbindung mit den vom Ansatz (4) entfernt liegenden Enden der Rippen (7) angebracht und in Richtung der Konvektionsströmung der Luft durch den Wärmeaustauscher ausgerichtet sind, wenn dieser die Gebrauchslage einnimmt.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede

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Reihe (5,6) ein einzelner Stanzteil ist, und daß die beiden Reihen (5,6) im Bereich des Ansatzes (4) durch Punktschweißung verbunden sind.
5. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (5,6) und der Ansatz (4) aus Aluminium bestehen.
6. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Heizquelle ein ummanteltes elektrisches Heizelement (1) ist.
7. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Einbauteil eines Gehäuses (15) mit rechteckigem Querschnitt bildet, welches einen oberen Gitterteil (17) und einen unteren Gitterteil (18) aufweist, und bei dem der Wärmeaustauscher mit den Rippen (7) im Bereich des Bodens des Gehäuses (15) angeordnet und in der Gebrauchslage für eine Konvektionsluftströmung in vertikaler Richtung ausgerichtet ist.
8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierenden Streifen (8,9) gegenüber den Oberflächen der Wandteile (16) einen schmalen Spalt bilden.
9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch g e -

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kennzeichnet , daß in einem Gehäuse mindestens zwei Wärmeaustauscher nebeneinander und/oder übereinander liegend angeordnet sind.
10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Rippen (12) nach dem Innenraum des V-förmigen Querschnitts hin erstrecken und teilweise überlappend in die freien Zwischenräume eingreifen.
11. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (4) das rohrförmige Heizelement (1) in zwei Halbteilen schellenartig umfaßt.
12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (5,6) aus den Querschenkeln eines T-förmigen Profilstücks V-förmig aufgebogen sind, und daß im Vertikalschenkel des T-förmigen Profilstücks eine Längsausnehmung zur Aufnahme des wärmeübertragenden Mediums vorgesehen ist.
13. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reihen (5,6) der Rippen (7) an einem einzigen V-förmigen abgewinkelten Plattenteil ausgebildet sind, welcher das rohrförmige Heizelement (1) in einer angeformten Öse umschließt.

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