DE60104915T2

DE60104915T2 - Heizkörper

Info

Publication number: DE60104915T2
Application number: DE60104915T
Authority: DE
Inventors: James Gerard Passage West Tangney
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2021-02-17
Also published as: EP1126228A2; IES20000127A2; EP1126228A3; ATE274176T1; DE60104915D1; EP1126228B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizkörper, beispielsweise einen Heizkörper zum Heizen eines Raumes oder eines Bereichs in einem Gebäude, einer Fabrik oder dergleichen. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Heizkörper des Typs, der typischerweise als Konvektor bezeichnet wird, umfassend einen Wärmetauscher oder eine andere Wärmequelle und ein Zirkulationsmittel zum Zirkulieren von Luft durch den Wärmetauscher oder die andere Wärmequelle zum Erwärmen derselben.
Derartige Heizkörper sind wohl bekannt. Sie umfassen typischerweise ein Gehäuse, welches einen Durchgang festlegt, durch welchen die Luft mittels eines zirkulierenden Ventilators gedrängt wird. Die Luft wird mittels des Ventilators über oder durch einen Wärmetauscher oder eine andere, geeignete Wärmequelle, der/die in dem Luftdurchgang angeordnet ist, zum Erwärmen derselben gedrängt. Die erwärmte Luft wird dann in einen aufzuheizenden Raum oder Bereich eines Gebäudes, einer Fabrik oder dergleichen abgegeben. Derartige Heizkörper weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Zum Ersten sind Klappen erforderlich, um den Luftstrom durch den Heizkörper zum Ändern der Wärmeabgabe zu steuern, und insbesondere zum Unterbrechen des Luftstroms, wenn keine Wärme benötigt wird. Ansonsten würde der Luftstrom aufgrund natürlicher Konfektion selbst dann weiter durch den Durchgang beibehalten, wenn der zirkulierende Ventilator deaktiviert wird. Zweitens sind dann, wenn der Wärmetauscher von einem Heißwasser-Wärmetauscher gebildet wird, Ventile zum Steuern des Wasserflusses durch den Wärmetauscher und zum Isolieren des Wärmetauschers von der Heißwasser-Zufuhr erforderlich, um die Abgabe konventierter Wärme von dem Heizkörper dann zu unterbinden, wenn sie nicht benötigt wird. Drittens neigen derartige Heizkörper dazu, vergleichsweise hohe Geräuschpegel zu erzeugen. Im Allgemeinen werden Geräusche von dem Ventilator oder den Lagern des Ventilators erzeugt. Bei typischen Heizkörpern wird ein Durchfluss- oder tangentialer Ventilator verwendet, und im Allgemeinen sind Lager an jedem Ende der Ventilatorwelle erforderlich. Im Allgemeinen ist es notwendig, derartige Ventilatoren bei einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit laufen zu lassen, wodurch Geräusche erzeugt werden. Abnutzung in den Lagern erzeugt weitere Geräusche, und es erübrigt sich zu erwähnen, dass mit zunehmender Betriebsgeschwindigkeit des Ventilators die Rate der Lagerabnutzung zunimmt. Eine Lösung für dieses Problem ist das Steigern der Ventilatorgröße, um eine Verringerung der Ventilatorgeschwindigkeit zu ermöglichen. Dies führt jedoch zu vergleichsweise großen, anfälligen Heizkörper, was unerwünscht ist.
Die US-Patentschrift Nr. 4,313,493 von Kawase offenbart einen Heizkörper, umfassend ein Gehäuse mit einem um den gesamten Umfang des Gehäuses angeordneten Wärmetauscher. Ein Zentrifugen-Ventilator ist drehbar in dem Gehäuse montiert, um Luft durch das Gehäuse zum Erwärmen derselben zu zirkulieren. Eine Ventilatorabdeckung ist über dem Ventilator innerhalb des Gehäuses ausgebildet und derart angeordnet, dass der Ventilator Luft in das Gehäuse durch den in Umfangsrichtung verlaufenden Wärmetauscher am Gehäuseboden und an den beiden Seiten hiervon einsaugt und Luft aus dem Gehäuse durch den in Unfangsrichtung verlaufenden Wärmetauscher an der Oberseite des Gehäuses abgibt.
Es besteht daher ein Erfordernis für einen Heizkörper, welcher wenigstens einige der Probleme bekannter Heizkörper beseitigt.
Die vorliegende Erfindung zielt auf das zur Verfügung stellen eines solchen Heizkörpers ab.
Gemäß der Erfindung wird ein Heizkörper geschaffen, umfassend einen sich hierdurch erstreckenden Luftdurchgang, wobei der Luftdurchgang einen ersten, sich nach oben erstreckenden Aufstiegsabschnitt besitzt, der mit einem Lufteinlass kommuniziert, um Luft in den Durchgang einzubringen, und einen zweiten, sich nach oben erstreckenden Aufstiegsabschnitt, der mit einem Luftauslass kommuniziert, um Luft aus dem Durchgang auszubringen, ein in dem Durchgang angeordnetes Heizmittel zum Aufheizen hindurchtretender Luft und ein in dem Durchgang zwischen dem ersten Aufstiegsabschnitt und dem zweiten Aufstiegsabschnitt angeordnetes Luftzirkulationsmittel, um Luft durch den Durchgang von dem Lufteinlass zu dem Luftauslass zu drängen, wobei der erste und zweite Aufstiegsabschnitt durch das Luftzirkulationsmittel miteinander kommunizieren, wobei der erste Aufstiegsabschnitt bezüglich des Luftzirkulationsmittels derart angeordnet ist, dass die Richtung der von dem ersten Aufstiegsabschnitt in das Luftzirkulationsmittel hineintretenden Luft um eine ersten Winkel von mindestens 90° in eine erste Drehrichtung gedreht wird, und das Heizmittel in dem zweiten Aufstiegsabschnitt angeordnet ist, so dass dann, wenn das Luftzirkulationsmittel deaktiviert wird, das Strömen von Luft aufgrund natürlicher Konvektion durch den Durchgang von dem Lufteinlass zu dem Luftauslass verhindert wird.
Vorzugsweise ist der zweite Aufstiegsabschnitt von dem ersten Aufstiegsabschnitt beabstandet und kommuniziert mit dem ersten Aufstiegsabschnitt mittels des Luftzirkulationsmittels derart, dass wenn die Luft von dem Luftzirkulationsmittel zu dem zweiten Aufstiegsabschnitt gedrängt wird, die Richtung der Luft um einen zweiten Winkel in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung ge dreht wird. Vorteilhafterweise beträgt der zweite Winkel, um welchen die Richtung der Luft in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung gedreht wird, ungefähr 90°.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Luftzirkulationsmittel bezüglich des ersten Aufstiegsabschnitts derart angeordnet, dass, wenn die Luft von dem ersten Aufstiegsabschnitt in das Luftzirkulationsmittel gedrängt wird, die Luft in eine im Wesentlichen horizontalen Richtung strömt, nachdem die Richtung der Luft um den ersten Winkel in die erste Drehrichtung gedreht wurde und bevor die Richtung der Luft um den zweiten Winkel in die zweite Drehrichtung gedreht wird.
Vorzugsweise dreht das Zirkulationsmittel die Richtung der hindurchtretenden Luft um den zweiten Winkel in die zweite Drehrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Zirkulationsmittel ein Flügelrad, das eine Hauptdrehachse definiert und einen axialen Einlass hat, der koaxial bezüglich der Hauptdrehachse verläuft, und einen radialen Auslass. Vorzugsweise ist das Zirkulationsmittel in dem Durchgang derart angeordnet, dass sich die Hauptdrehachse im Wesentlichen horizontal erstreckt, um Luft axial von dem ersten Aufstiegsabschnitt einzusaugen und die Luft radial hiervon dem zweiten Aufstiegsabschnitt zuzuführen. Vorteilhafterweise umfasst das Flügelrad eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beanstandeten Flügeln, die sich in einer im Allgemeinen radialen Umfangsrichtung erstrecken. Idealerweise handelt es sich bei den Flügeln um nach hinten gekrümmten Flügel in einer im Allgemeinen umlaufenden, radialen Richtung bezüglich der Drehrichtung des Flügelrads.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Antriebsmittel zum Drehen des Flügelrads vorgesehen, und das Flügelrad ist unmittelbar von einer Welle des Antriebsmittels getragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Durchlass einen Einlassabschnitt, der von dem Lufteinlass zum ersten Aufstiegsabschnitt nach oben verläuft, um den ersten Aufstiegsabschnitt mit dem Lufteinlass zu verbinden. Vorteilhafterweise sind der Einlassabschnitt und der erste Aufstiegsabschnitt derart angeordnet, dass die Richtung der Luft um einen Zwischenwinkel in der ersten Drehrichtung gedreht wird, wenn in die Luft vom Einlassabschnitt zum ersten Aufstiegsabschnitt strömt. Vorzugsweise beträgt der Zwischenwinkel, um welchen die Richtung der Luft in die erste Drehrichtung gedreht wird, wenn die Luft von dem Einlassabschnitt in den ersten Aufstiegsabschnitt strömt, ungefähr 45°.
Vorzugsweise umfasst das Heizmittel einen Wasserwärmetauscher. Vorteilhafterweise umfasst der Wärmetauscher eine Mehrzahl von mit Wasser befüllten Röhren, wobei der Wärmetauscher in dem zweiten Aufstiegsabschnitt mit im Wesentlichen quer verlaufenden, mit Wasser befüllten Röhren angeordnet ist, und Idealerweise sind die mit Wasser befüllten Röhren des Wärmetauschers in einer Matrix angeordnet, bei der die Lage der mit Wasser befüllten Röhren in abwechselnden Reihen der Matrix relativ zueinander gestaffelt sind, um gewundene Passagen für die durch den Wärmetauscher strömende Luft zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der erste Aufstiegsabschnitt im Wesentlichen vertikal nach oben.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der zweite Aufstiegsabschnitt im Wesentlichen vertikal nach oben.
Vorzugsweise ist das Antriebsmittel ein Antriebsmittel mit veränderlicher Geschwindigkeit, um die Luftströmungsrate durch den Durchgang zu steuern.
Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Der Heizkörper gemäß der Erfindung kann einzig durch Betreiben des Zirkulationsmittels gesteuert werden. Demgemäß kann die Wärmeabgabe von dem Heizkörper gemäß der Erfindung vollständig durch das Zirkulationsmittel gesteuert werden, wodurch das Erfordernis von Klappen entfällt. Wenn es gewünscht ist, die Wärmeabgabe des Heizkörpers zu erhöhen, wird das Zirkulationsmittel bei einer höheren Rate betrieben, um das Volumen der durch den Durchgang des Heizkörpers tretenden Luft zu erhöhen. Eine Verringerung der Wärmeabgabe von dem Heizkörper wird dadurch bewirkt, dass das Zirkulationsmittel bei einer geringeren Rate betrieben wird, um das durch den Durchgang zirkulierte Luftvolumen zu verringern. Zusätzlich verhindert, wenn von dem Heizkörper keine Wärmeabgabe mehr benötigt wird, eine Deaktivierung des Zirkulationsmittels eine weitere Wärmeabgabe von dem Heizkörper. Dies wird aufgrund der Tatsache bewirkt, dass der Durchgang ausgebildet ist, um die Richtung der durch den Durchgang hindurchtretenden Luft um einen ersten Winkel von mindestens 90° in eine erste Drehrichtung zu drehen. Dies minimiert daher und – in den meisten Fällen – verhindert eine natürliche Luftkonvektion durch den Durchgang, wenn das Zirkulationsmittel deaktiviert wurde. Dieser Effekt des Minimierens oder Verhinderns der natürlichen Konvektion wird weiter verstärkt, wenn die Richtung der durch den Durchgang hindurchtretenden Luft, welche um einen ersten Winkel von wenigstens 90° gedreht wurde, anschließend in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung strömt. Dies verringert die natürliche Konvektion von Strömen durch den Durchgang weiter. Durch eine Anpassung des Durchgangs derart, dass die Richtung der durch den Durchgang hindurchtretenden Luft um einen zweiten Winkel in eine zweite Drehrichtung entgegen der ersten Drehrichtung gedreht wird, nachdem die Richtung der durch den Durchgang hindurchtretenden Luft um den ersten Winkel gedreht wurde, verstärkt die Verringerung von durch den Durchgang hindurchtretenden Konvektionsströmen weiter, und wenn die Richtung der Luft um den zweiten Winkel in die zweite Richtung gedreht wird, nachdem die Luft in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung geströmt ist, werden natürliche Konvektionsströme durch den Durchgang nahezu eliminiert.
Es wurde tatsächlich ermittelt, dass je gewundener der Luftdurchgang ist, der isolierende Effekt zum Verhindern der Abgabe von Wärme von dem Heizkörper, wenn das Zirkulationsmittel deaktiviert wird, um so größer ist, also die Wärmeabgabe, die anderenfalls von dem Durchtritt natürlich konvektierter Luftströme durch den Durchgang resultieren würde.
Durch Anordnen des Zirkulationsmittels in dem Durchgang zwischen den Positionen, bei denen die Richtung der Luft um den ersten Winkel und den zweiten Winkel gedreht wird, verringert sich die Möglichkeit natürlicher Konvektionsströme durch den Durchgang hindurch, wenn das Zirkulationsmittel deaktiviert wurde, weiter. Das Bereitstellen des Zirkulationsmittels in Gestalt eines Flügelrads mit nach hinten gekrümmten Flügeln eliminiert natürliche Konvektionsströme durch den Durchgang praktisch vollständig, wenn das Zirkulationsmittel deaktiviert wurde, und dieser Effekt wird in besonders vorteilhafter Weise erzielt, wenn das Flügelrad in dem Durchgang zwischen den Positionen, an denen die Richtung der durch den Durchgang hindurchtretenden Luft um den jeweils ersten und den zweiten Winkel gedreht wird, angeordnet ist. Das Vorsehen des Zirkulationsmittels in Form eines Flügelrads mit nach hinten gekrümmten Flügeln weist den Vorteil auf, dass das Flügelrad als ein Hindernis für den Luftstrom agiert, wenn das Flügelrad deaktiviert wird.
Demgemäß sind bei dem erfindungsgemäßen Heizkörper keine Klappen zum Verschließen des Luftdurchtritts erforderlich, da eine Deaktivierung des Zirkulationsmittels die weitere Abgabe von aufgewärmter Luft aus dem Heizkörper verhindert.
Da die Wärmeabgabe von dem Heizkörper durch eine Änderung der Betriebsrate des Zirkulationsmittels reguliert werden kann, entfällt zusätzlich das Erfordernis an Steu erventilen zum Steuern des Flusses eines Heizmediums, wie beispielsweise heißes Wasser und dergleichen, zum Heizmittel, wenn das Heizmittel durch einen Wärmetauscher bereitgestellt wird. Des Weiteren sind zum Isolieren des Wärmetauschers von einer Wasserzufuhr oder dergleichen keine Ventile erforderlich, da der Luftstrom durch den Durchgang beim Deaktivieren des Zirkulationsmittels endet.
Zusätzlich hat der Heizkörper gemäß der Erfindung den weiteren Vorteil, dass Heizkörpergeräusche minimiert werden. Dies wird als ein Ergebnis der Tatsache erzielt, dass die Richtung der durch den Durchgang hindurchtretenden Luft um den ersten Winkel in der ersten Drehrichtung gedreht wird, und dass mit zunehmender Anzahl von Winkeln, um die die Luft beim Hindurchtreten durch den Durchgang gedreht wird, die von dem Heizkörper abgegebenen Geräusche im zunehmenden Maße verringert werden. Jedes Mal, wenn die Richtung der durch den Durchgang hindurchtretenden Luft geändert wird, werden Geräusche absorbiert. Demgemäß reduziert das Drehen der Luftrichtung um den zweiten Winkel das von dem Heizkörper abgegebene Geräusch weiter, und indem außerdem die Luft in dem zweiten Aufstiegsabschnitt durch die gewundenen Passagen, welche von dem Wärmetauscher ausgebildet werden, hindurchgeführt wird, wird das von dem Heizkörper abgegebene Geräusch weiter verringert. Geräusche werden auch in dem ersten Aufstiegsabschnitt und in dem Einlassabschnitt des Durchgangs absorbiert, wenn die durch den Einlassabschnitt und wiederum den ersten Aufstiegsabschnitt zum Flügelrad strömende Luft um die entsprechenden ersten Winkel gedreht wird. Das Vorsehen des Luftzirkulationsmittels in Form eines Flügelrads mit nach hinten gekrümmten Flügeln unterstützt die Geräuschreduzierung weiter, da ein vergleichsweise großer Luftdurchfluss mittels eines vergleichsweise kleinen Flügelrads erzielt wird, wodurch die von dem Flügelrad erzeugten Geräusche weiter minimiert werden. Zusätzlich entfallen durch das Montieren des Flügelrads unmittelbar auf die Motorwelle, welche das Flügelrad antreibt, so dass die Motorwelle auch als Flügelradwelle fungiert, zusätzliche Lager, und demgemäß sind die einzig erforderlichen Lager die Motorwellenlager im Motor. Die verringert die Geräusche weiter, und außerdem wurde ermittelt, dass das Vorsehen eines Flügelrads mit nach hinten gekrümmten Flügeln auch dazu neigt, die Lagerabnutzung zu verringern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Möglichkeit des Verringerns der Größe der Luftzirkulationsmittel die Gesamtgröße des Heizkörpers ebenfalls in vergleichbarer Weise verringert wird.
Die Erfindung wird klarer verständlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben, welche lediglich beispielhaft angegeben wird, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
1 eine perspektivische Ansicht mit teilweise ausgeschnittenen Bereichen eines erfindungsgemäßen Heizkörpers ist,
2 eine frontale Aufsicht im Querschnitt des Heizkörpers gemäß 1 ist, wobei ein Bereich des Heizkörpers entfernt wurde,
3 eine schräge Aufsicht auf den hinteren Bereich im Querschnitt des Heizkörpers entlang der Linie III-III von 2 ist,
4 eine schräge Aufsicht auf den hinteren Bereich im Querschnitt des Heizkörpers entlang der Linie IV-IV von 2 ist,
5 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Heizkörpers von 1 ist,
6 eine weitere perspektivische Ansicht des Abschnitts von 5 ist,
7 eine Aufsicht von vorne und im Querschnitt des Abschnitts von 5 ist und
8 eine Blockdarstellung eines Steuerschaltkreises des Heizkörpers gemäß 1 ist.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist dort ein erfindungsgemäßer Heizkörper veranschaulicht, der allgemein durch das Bezugszeichen 1 angegeben ist. Der Heizkörper 1 ist insbesondere geeignet zum Heizen eines Raumes eines Wohn- oder Geschäftsgebäudes oder eines Bereichs in einem industriellen Betriebsgebäude oder dergleichen. Der Heizkörper 1 umfasst ein Gehäuse 2, das aus eine Vorderwand 3, einer Rückwand 4 und Stirnwänden 5 gebildet wird, welche sich an die Vorderwand 3 und die Rückwand 4 anschließen. Eine obere Wand 6 und eine untere Wand 7 erstrecken sich zwischen den Vorder-, Rück-, und Stirnwänden 3, 4 und 5. Das Gehäuse 2 definiert einen Luftdurchgang 10, welcher sich durch das Gehäuse 2 von einem Lufteinlass 11, der in der unteren Wand 7 des Gehäuses 2 ausgebildet ist, zu einem Luftauslass 12, der in einer oberen Wand 6 des Gehäuses 2 ausgebildet ist, erstreckt. Luftschlitzklappen 15 im Luftauslass 12 lenken die aus dem Luftauslass 12 austretende Luft nach oben und nach vorne aus dem Heizer 1 heraus. Ein durch einen Wärmetauscher 20 gebildetes Heizmittel ist in dem Durchgang 10 angeordnet, um die durch den Durchgang 10 hindurchtretende Luft zu erwärmen. Der Wärmetauscher 20 umfasst bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine Anordnung von parallelen Wärmetauscherröhren 21, welche mittels heißen Wassers von einem Heißwasser-Zentralheizungssystem aufgeheizt werden. Ein Luftzirkulationsmittel umfasst ein Paar von motorangetriebenen Flügelrädern 25, die in dem Durchgang 10 angeordnet sind, um die Luft durch den Durchgang 10 und den Wärmetauscher 20 in Richtung der Pfeile A von dem Lufteinlass 11 zum Luftauslass 12 zum Aufheizen derselben zu drängen. Vor einer detaillierteren Beschreibung der Flügelräder 25 und des Wärmetauschers 20 wird zunächst der Durchgang 10 beschrieben.
Der Durchgang 10 umfasst einen ersten, sich nach oben erstreckenden vertikalen Aufstiegsabschnitt 28, welcher über einen nach oben geneigten Einlassabschnitt 29 mit dem Lufteinlass 11 kommuniziert, wobei sich der Einlassabschnitt 29 in einem Winkel von 45° bezüglich der Vertikalen erstreckt. Ein zweiter, sich nach oben erstreckender vertikaler Aufstiegsabschnitt 30 des Durchgangs 10 kommuniziert mit dem Luftauslass 12 und ist von dem ersten Aufstiegsabschnitt 28 durch ein vorderes Paneel 31 und ein oberes Paneel 32 getrennt. Ein unterer Abschnitt 34 des zweiten Aufstiegsabschnitts 30 ist bezüglich des ersten Aufstiegsabschnitts 28 nach vorne versetzt und kommuniziert mit dem ersten Aufstiegsabschnitt 28 durch ein Paar kreisförmiger Kommunikationsöffnungen 35 in dem vorderen Paneel 31. Zylindrische Luftleitelemente 37, die sich um die Kommunikationsöffnungen 35 von dem vorderen Paneel 31 erstrecken, lenken Luft von dem ersten Aufstiegsabschnitt 28 in die entsprechenden Flügelräder 25.
Die Flügelräder 25 sind an Flügelradwellen 38 befestigt, welche mittels entsprechender Antriebsmittel angetrieben werden, nämlich elektrisch betriebener Motoren 39 mit variabler Geschwindigkeit, die in einem Untergehäuse 47, das am vorderen Paneel 31 befestigt ist, montiert sind. Schrauben 40 sichern die Motoren 39 am Untergehäuse 47, welches einen Teil des unteren Stücks des zweiten Aufstiegsabschnitts 30 bilden. Die Flügelradwellen 38 werden durch Antriebswellen der entsprechenden Motoren 39 gebildet und sind daher an den Lagern (nicht dargestellt) der Motoren 39 abgestützt. Demgemäß werden keine zusätzlichen Lager für die Flügelradwellen 38 benötigt. Die Flügelradwellen 38 definieren entsprechende Hauptdrehachsen 41, um welche sich die Flügelräder 25 drehen, und die Flügelräder 38 sind in den unteren Bereichen 34 des zweiten Aufstiegsabschnitts 30 derart angeord net, dass sich die entsprechenden Hauptdrehachsen 41 horizontal erstrecken. Jedes Flügelrad 25 umfasst ein Paar voneinander beabstandeter Scheiben 42 und 43, von denen eine, nämlich die Scheibe 42, starr an der entsprechenden Flügelradwelle 38 montiert ist. Außerdem ist die Scheibe 42 bei 44 zur Aufnahme des entsprechenden Motors 39 ausgebildet. Eine Vielzahl von nach unten gekrümmten Flügeln 45, welche gleichmäßig voneinander beabstandet sind, erstrecken sich in Umfangsrichtung zwischen den Scheiben 42 und 43. Die Flügel 45 eines jeden Flügelrads 25 erstrecken sich nach außen bezüglich der entsprechenden Hauptdrehachse 41 in einer allgemein radialen Umfangsrichtung nach hinten bezüglich der Drehrichtung B des Flügelrads 25. Eine mittig angeordnete Öffnung in der Scheibe 43 eines jeden Flügelrads 25 bringt Luft von dem ersten Aufstiegsabschnitt 28 axial in das entsprechende Flügelrad 25 ein. Die nach hinten gekrümmten Flügel 45 geben die Luft von den Flügelrädern 25 radial nach außen hiervon in den zweiten Aufstiegsabschnitt 30 ab.
Der Wärmetauscher 20 ist in einem oberen Stück 48 des zweiten Aufstiegsabschnitts 30 angeordnet, und eine Vielzahl voneinander beabstandeter Wärmetauscher-Ablenkplatten 49 sind in voneinander beabstandeten Intervallen entlang der mit Wasser befüllten Röhren 21 angeordnet. Die mit Wasser befüllten Röhren 21 sind, von jeder der Stirnseiten aus betrachtet, in einer Matrix angeordnet, und die mit Wasser befüllten Röhren 21 jeder horizontalen Röhrenreihe 21 in der Matrix sind bezüglich der Röhren 21 der benachbarten Reihe versetzt angeordnet. Dies kann 3 deutlich entnommen werden. Dieses versetzte Anordnen der mit Wasser befüllten Röhren 21 bildet eine Vielzahl gewundener Zickzack-Passagen 50, durch welche die Luft in dem zweiten Aufstiegsabschnitt 30 in den Richtungen der Pfeile C treten muss, um den Wärmeaustausch zwischen der Luft und den mit Wasser befüllten Röhren 21 zu erhöhen.
Der Durchgang 10 und die Flügelräder 25 sind daher derart angeordnet, dass die Richtung der von den Flügelrädern 25 aus dem ersten Aufstiegsabschnitt 28 eingesaugten und in den zweiten Aufstiegsabschnitt 30 abgegebene Luft anfangs um einen ersten Winkel von 90° in eine erste Drehrichtung, nämlich im Uhrzeigersinn, und anschließend um einen zweiten Winkel von 90° in eine zweiten Drehrichtung, nämlich entgegen dem Uhrzeigersinn, gedreht wird (siehe 3). Die Richtung der Luft wird um den ersten Winkel gedreht, wenn die Luft von dem ersten Aufstiegsabschnitt 28 durch die Luftleitelemente 37 in die entsprechenden Flügelräder 25 eintritt. Mit anderen Worten, die Richtung der Luft wird von der Vertikalen im ersten Aufstiegsabschnitt 28 in die Horizontale geändert, wenn die Luft durch die Luftleitelemente 37 in die Flügelräder 25 strömt. Die Richtung der Luft wird dann um einen zweiten Win kel aus der horizontalen Richtung in den Flügelrädern 25 gedreht, um vertikal in den zweiten Aufstiegsabschnitt 30 einzutreten. Zusätzlich wird die Luft um einen anfänglichen Zwischenwinkel von ungefähr 45° ebenfalls in die ersten Drehrichtung gedreht, wenn sie von dem Einlassabschnitt 29 zum ersten Aufstiegsabschnitt 28 strömt. Demgemäß ist die Summe der Winkel, um welche die Richtung der Luft in die erste Drehrichtung im Uhrzeigersinn vom Lufteinlass 11 zu den Flügelrädern 25 gedreht wird, ungefähr 135°. Die Luft wird anschließend in dem Flügelrad 25 um den zweiten Winkel von 90° im Gegenuhrzeigersinn gedreht.
Wenn die Luft jedoch vom unteren Stück 34 des zweiten Aufstiegsabschnitts 30 in das obere Stück 34 tritt, wird ein Teil der Luft weiter im Gegenuhrzeigersinn um einen weiteren Winkel von fast 90° gedreht und anschließend im Uhrzeigersinn um einen weiteren Winkel von fast 90°, bevor sie endlich durch die hintersten mit Wasser befüllten Röhren 21 des Wärmetauschers 20 tritt. Wenn die Luft danach durch die Passagen 50 in dem Wärmetauscher 20 tritt, die durch die mit Wasser befüllten Röhren 21 definiert sind, folgt sie den gewundenen Zickzack-Richtungen der Passagen 50. Aufgrund der Tatsache, dass die Richtung der durch den Durchgang 10 strömenden Luft um so viele Winkel in die entsprechende erste und zweite Drehrichtung gedreht wird, wird die natürliche Konvektion von Luft durch den Durchgang 10 praktisch unterbunden, und aus diesem Grund gibt es bei stationären Flügelrädern 25 keine Luftströmung durch den Durchgang 10. Das Vorsehen der Flügelräder 25 in dem unteren Stück 34 des zweiten Aufstiegsabschnitts 30 gegenüber den kommunizierenden Öffnungen 35 verringert jegliche Möglichkeit der natürlichen Konvektion von Luft im Durchgang 10 weiter. Die Tatsache, dass die Flügelräder 25 mit nach hinten gekrümmten Flügeln versehen sind, bewirkt ferner das Ausschalten jeglicher Möglichkeit von natürlicher Konvektion durch den Durchgang 10 hindurch. Demgemäß wird, wenn die Motoren 39 einmal deaktiviert wurden und die Flügelräder 25 stationär sind, praktisch keine Wärme von dem Heizkörper abgegeben, und zwar erfolgt weder eine Abgabe aufgrund von Konvektion, noch natürlich oder anderweitig. Demgemäß kann der Heizkörper ohne Klappen im Durchgang 10 ausgebildet werden, und der Wärmetauscher kann mit dem Zentralheizungssystem ohne Steuerventile verbunden werden.
Zusätzlich verringert das Ändern der Richtung der Luft sowohl bevor die Luft die Flügelräder 25 erreicht als auch nachdem die Luft durch die Flügelräder 25 hindurch getreten ist die Geräusche, die von dem Heizkörper abgegeben werden, beträchtlich, da jedes Mal, wenn die Richtung der Luft beim Strömen durch den Durchgang 10 geändert wird, Geräusche von den Flügelrädern 25 absorbiert werden und daher ge ringe oder keine Geräusche durch den Lufteinlass 11 und den Luftauslass 12 austreten.
Ein Seitenkanal 51 erstreckt sich nach oben an einer Seite des Gehäuses 2, um Zufluss- und Abflussrohre 52 bzw. 53 zum Heizkörper 20 aufzunehmen. Ein Seitenpaneel 25 trennt den Kanal 52 vom Durchgang 10. Die Rohre aufnehmenden Öffnungen 56 und 57 in der unteren Wand 7 bzw. dem Seitenpaneel 55 nehmen die Zufluss- und Abflussrohre 52 und 53 im Gehäuse 2 und dem Wärmetauscher 20 auf.
Im Gehäuse 2 ist eine Steuerschaltung, welche durch das Bezugszeichen 60 angegeben ist (siehe 8), vorgesehen, um den Betrieb und die Betriebsgeschwindigkeit der Motoren 39 abhängig von Temperaturänderungen zu steuern. Ein Temperatursensor 61 ist am Lufteinlass 11 angeordnet, um das Überwachen der Temperatur der Luft, die von den Flügelrädern 25 vom Raum in den Durchgang 10 eingesaugt wird, zu erleichtern. Ein Mikroprozessor 62 in der Steuerschaltung 60 frägt den Temperatursensor 61 ab, um die Temperatur der Rückluft von dem Raum in den Heizkörper zu bestimmen. Eine am Gehäuse 2 befestigtes Tastaturfeld 63 erleichtert die Eingabe der gewünschten oberen und unteren Begrenzungstemperaturen, innerhalb der die Temperatur der Luft im Raum mittels des Prozessors 62 gehalten werden soll. Eine Flüssigkristallanzeige 56, die am Gehäuse 2 befestigt ist, zeigt, gesteuert von dem Mikroprozessor 62, die gewählten oberen und unteren Grenzwerte und die gegenwärtige Rücklufttemperatur an. Eine Treiberschaltung 66 steuert den Betrieb der Motoren 39, und zwar gesteuert durch den Mikroprozessor 62. Der Schaltkreis 60 und die Motoren 39 werden durch die elektrische Wechselstrom-Hauptleitung mit Leistung versorgt.
Obwohl nicht dargestellt, weisen die Vorder-, Rück- und Stirnwände 3, 4 und 5 einen doppelschaligen Aufbau auf, wobei eine Schicht aus isolierendem Material zwischen der inneren bzw. äußeren Schale angeordnet ist, um den Wärmeverlust durch die Vorder-, Rück- und Stirnwände 3, 4 bzw. 5 des Heizkörpers zu minimieren, welcher andernfalls aufgrund der Leitung und Konvektion aufgrund der mit den Vorder-, Rück- und Stirnwänden 3, 4 und 5 in Kontakt kommenden Luft und auch durch Strahlung verloren gehen würde.
Der Heizkörper kann aus jeglichen geeigneten Materialien gefertigt sein. Typischerweise wird der Heizkörper jedoch aus metallischen Blechen bestehen.
Die Lüftungsschlitzplatten 15 erstrecken sich um einen Winkel von ungefähr 60° bezüglich der Horizontalen, und aus diesem Grund wird die Richtung der aus dem Wärmetauscher 20 durch den Luftauslass 12 austretenden Luft um einen weiteren Winkel von ungefähr 60° im Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Luft durch den Luftauslass 12 austritt.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Trägheit der Flügelräder 25 derart, dass beim Hochfahren und Herunterfahren die Motoren 39 allmählich von der Geschwindigkeit Null auf die normale Betriebsgeschwindigkeit beschleunigt werden und, in vergleichbarer Weise, beim Herunterfahren allmählich von der Betriebsgeschwindigkeit auf die Geschwindigkeit Null abgebremst werden, wodurch die Geräusche bei Hochfahren und Herunterfahren der Motoren 39 weiter minimiert werden.
Bei seiner Verwendung ist der Heizkörper 1 in geeigneter Weise befestigt, etwa an einer Wand oder an einer anderen Struktur eines zu heizenden Raumes, wie beispielsweise in 3 veranschaulicht. Der Lufteinlass 11 ist am Boden angeordnet, während der Luftauslass 12 auf der Oberseite angebracht ist. Der Wärmetauscher 20 ist mit Zufluss- und Abflussrohren 52 und 53 von dem Zentralheizungssystem verbunden.
Wenn der Heizkörper 1 hochgefahren wird und die gewünschten oberen und unteren Grenztemperaturen über das Tastaturfeld 63 eingegeben wurden, ist die Betriebsweise des Heizkörpers 1 wie folgt: Solange wie die Rücklufttemperatur unterhalb der unteren Grenzwerttemperatur liegt, treiben die Motoren 39 die Flügelräder 25 an, um Luft durch den Durchgang 10 in Richtung der Pfeile A und durch den Wärmetauscher 20 in Richtung der Pfeile C zum Erwärmen derselben zu drängen, welche wiederum durch den Luftauslass 12 in den Raum abgegeben wird. Der Mikroprozessor 62 überwacht periodisch die Temperatursensoren 61 in festgelegten Zeitintervallen von vier Minuten, um die Rücklufttemperatur zum Heizkörper 1 zu ermitteln. Wenn die Rücklufttemperatur den unteren Grenzwert erreicht, werden die Motoren 39 unter Kontrolle des Mikroprozessors 60 bei zunehmend geringeren Geschwindigkeiten betrieben, bis die Rücklufttemperatur die obere Grenzwerttemperatur erreicht, und in diesem Stadium werden die Motoren 39 deaktiviert. In geeigneten Intervallen festgelegter Zeit, typischerweise in Vier-Minuten-Intervallen, steuert der Mikroprozessor 62 die Motoren 39 zum Betreiben der Flügelräder 25, um wiederum Luft durch den Durchgang 10 für entsprechend festgelegte Zeitspannen, welche typischerweise sich in der Größenordnung von einer Minute bewegen, zu drängen. Bei angesteuerten Motoren 39 frägt der Mikroprozessor 62 den Temperatursensor 61 ab, um die Rück lufttemperatur zu bestimmen. Wenn die Drucklufttemperatur unterhalb der unteren Grenzwerttemperatur fällt, werden die Motoren 39 erneut aktiviert, um kontinuierlich zu laufen, und wenn die Rücklufttemperatur sich allmählich der oberen Grenzwerttemperatur nähert, wird die Geschwindigkeit der Motoren 39 in zunehmendem Maße reduziert, bis die Rücklufttemperatur erneut die obere Grenzwerttemperatur erreicht hat. In diesem Stadium werden die Motoren 39 erneut deaktiviert, und so weiter.
Wenn von dem Heizkörper 1 keine Wärme mehr benötigt wird, werden die Motoren 39 von dem Mikroprozessor 63 durch Eintippen eines geeigneten Befehl über das Tastaturfeld 63 deaktiviert. Da die Luftströmung durch den Durchgang 10 bei stationären Flügelrädern 25 verhindert wird, wird von dem Heizkörper 1 keine Luft in den Raum abgegeben, sobald die Motoren 39 deaktiviert wurden. Wenn daher das Zentralheizungssystem, an welches der Wärmetauscher 20 angeschlossen ist, weiter betriebsfähig bleibt und die Wärme im Wärmetauscher 20 daher beibehalten wird, wird solange keine Wärme in den Raum abgegeben, bis die Motoren 39 zum Drehen der Flügelräder 25 betrieben werden. Dies stellt einen weiteren Vorteil dar, da bei weiter betriebenem Zentralheizungssystem der Wärmetauscher 20 weiter erwärmt bleibt, so dass bei unverzüglicher Aktivierung der Motoren 39 zum Drehen der Flügelräder 25 Wärme unverzüglich vom Heizkörper 1 in den Raum abgegeben wird.
Während der Heizkörper als zwei Flügelräder umfassend beschrieben wurde, wird es für die Fachleute unmittelbar ersichtlich sein, dass in manchen Fällen ein einziges Flügelrad ausreichend wäre.
Während festgelegte Zeitintervalle und bestimmte Werte beschrieben wurden, bei welchen die Temperaturnahme der in den Heizkörper 1 zurückströmenden Luft während Betriebsperioden des Heizkörpers durchgeführt wird und während Zeitspannen, während denen die Motoren deaktiviert wurden, wird es für die Fachleute unmittelbar ersichtlich sein, dass die Lufttemperaturnahme in festgelegten Zeitintervallen von anderen spezifischen Werten durchgeführt werden könnte, und es ist weiter vorgesehen, dass die Intervalle zur Wertenahme während des Betriebs der Motoren unterschiedlich sein können von den Wertenahmeintervallen während Zeitspannen, während denen die Motoren deaktiviert sind, der Heizkörper aber noch in Betrieb ist.

Claims

Heizkörper umfassend einen sich durch den Heizkörper hindurch erstreckenden Luftdurchgang (10), wobei der Luftdurchgang (10) einen ersten sich nach oben erstreckenden Aufstiegsabschnitt (28) besitzt, der mit einem Lufteinlass (11) kommuniziert, um Luft in den Durchgang (10) einzubringen, und einen zweiten sich nach oben erstreckenden Aufstiegsabschnitt (30), der mit einem Luftauslass (12) kommuniziert, um Luft aus dem Durchgang (10) auszubringen, ein in dem Durchgang (10) angeordnetes Heizmittel zum Aufheizen hindurchtretender Luft und ein in dem Durchgang (10) zwischen dem ersten Aufstiegsabschnitt (28) und dem zweiten Aufstiegsabschnitt (30) angeordnetes Luftzirkulationsmittel, um Luft durch den Durchgang (10) von dem Lufteinlass (11) zum Luftauslass (12) zu drängen, wobei der erste und zweite Aufstiegsabschnitt (28, 30) durch das Luftzirkulationsmittel (25) miteinander kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aufstiegsabschnitt (28) bezüglich des Luftzirkulationsmittels (25) derart angeordnet ist, dass die Richtung der von dem ersten Aufstiegsabschnitt (28) in das Luftzirkulationsmittel (28) hineintretenden Luft um einen ersten Winkel von wenigstens 90° in eine erste Drehrichtung gedreht wird und dass das Heizmittel derart in dem zweiten Aufstiegsabschnitt (30) angeordnet ist, dass wenn das Luftzirkulationsmittel deaktiviert wird, das Strömen von Luft aufgrund natürlicher Konfektion durch den Durchgang (10) von dem Lufteinlass (11) zum Luftauslass (12) verhindert wird.
Heizkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aufstiegsabschnitt (30) von dem ersten Aufstiegsabschnitt (28) beabstandet ist und mit dem ersten Aufstiegsabschnitt (28) durch das Luftzirkulationsmittel (25) derart kommuniziert, dass wenn die Luft von dem Luftzirkulationsmittel (25) zu dem zweiten Aufstiegsabschnitt (30) gedrängt wird, die Richtung der Luft um einen zweiten Winkel in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung gedreht wird.
Heizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Winkel, um welchen die Richtung der Luft in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung gedreht wird, ungefähr 90° beträgt.
Heizkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftzirkulationsmittel (25) bezüglich des ersten Aufstiegsabschnitts (28) derart angeordnet ist, dass wenn die Luft von dem ersten Aufstiegsabschnitt (28) in das Luftzirkulationsmittel (25) gedrängt wird, die Luft, nachdem die Luft um den ersten Winkel in die erste Drehrichtung gedreht wurde und bevor die Richtung der Luft um den zweiten Winkel in die zweite Drehrichtung gedreht wird, in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung strömt.
Heizkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkulationsmittel (25) die durch das Zirkulationsmittel hindurch tretende Luft um den zweiten Winkel in die zweite Drehrichtung dreht.
Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkulationsmittel (25) ein Flügelrad (25) umfasst, das eine Hauptdrehachse (41) definiert, und einen axialen Einlass hat, der koaxial bezüglich der Hauptdrehachse (41) verläuft, und einen radialen Auslass, und das Zirkulationsmittel (25) in dem Durchgang (10) derart angeordnet ist, dass die Hauptdrehachse (41) sich im Wesentlichen horizontal erstreckt, um Luft axial von dem ersten Aufstiegsabschnitt (28) einzusaugen und die Luft radial hierzu dem zweiten Aufstiegsabschnitt (30) zuzuführen.
Heizkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (25) eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Flügeln (45) umfasst, die sich in einer im Allgemeinen radialen Umfangsrichtung erstrecken, wobei die Flügel (45) in einer im Allgemeinen bezüglich des Umfangs radialen Richtung bezüglich der Drehrichtung des Flügelrads nach hinten gekrümmte Flügel (45) sind.
Heizkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmittel (39) zum Drehen des Flügelrads (25) vorgesehen ist und das Flügelrad (25) unmittelbar von einem Schaft (30) des Antriebsmittels (39) getragen ist.
Heizkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (39) ein Antriebsmittel mit veränderlicher Geschwindigkeit ist, um die Luftströmungsrate durch den Durchgang (10) zu steuern.
Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (10) einen Einlassabschnitt (29) umfasst, der vom Lufteinlass (11) zum ersten Aufstiegsabschnitt (28) nach oben gekrümmt ist, um den ersten Aufstiegsabschnitt (28) mit dem Lufteinlass (11) zu verbinden, wobei der Einlassabschnitt (29) und der erste Aufstiegsabschnitt (28) derart angeordnet sind, dass sich die Richtung der Luft um einen Zwischenwinkel in der ersten Drehrichtung dreht, wenn die Luft von dem Einlassabschnitt (28) zum ersten Aufstiegsabschnitt (28) strömt.
Heizkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwinkel, um welchen die Luft in die erste Drehrichtung gedreht wird, wenn die Luft vom Einlassabschnitt (28) zum ersten Aufstiegsabschnitt (28) strömt, ungefähr 45° beträgt.
Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper einen Wasserwärmetauscher (20) umfasst.
Heizkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (20) eine Mehrzahl von mit Wasser befüllten Röhren (21) umfasst, wobei der Wärmetauscher (20) in dem zweiten Aufstiegsabschnitt (30) mit im Wesentlichen quer verlaufenden, mit Wasser befüllten Röhren (21) angeordnet ist und die mit Wasser befüllten Röhren (21) des Wärmetauschers (20) in einer Matrix angeordnet ist, bei der die Lage der mit Wasser befüllten Röhren (21) in abwechselnden Reihen der Matrix relativ zueinander gestaffelt sind, um gewundene Passagen (50) für die durch den Wärmetauscher (20) strömende Luft zu bilden.
Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aufstiegsabschnitt (28) sich im Wesentlichen vertikal nach oben erstreckt und der zweite Aufstiegsabschnitt (30) sich im Wesentlichen vertikal nach oben erstreckt.