DE69732269T2

DE69732269T2 - Platten-Heizkörper

Info

Publication number: DE69732269T2
Application number: DE69732269T
Authority: DE
Inventors: Guy Wojick
Original assignee: Caradon Heating Europe Bv Amsterdam; CARADON HEATING EUROP BV; CARADON HEATING EUROPE BV
Current assignee: Caradon Stelrad BV
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: DE69732269D1; EP0813036A3; ATE287520T1; EP0813036B1; EP0813036A2; GB9612436D0; CZ297260B6; CZ179797A3; PL320528A1; PL59727Y1

Description

Die Erfindung betrifft einen Platten-Heizkörper für ein Zentralheizungssystem, welcher die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist. Ein derartiger Platten-Heizkörper ist beispielsweise bekannt aus GB-A-2 165 037 bzw. FR-A-690 084. Ein solcher Platten-Heizkörper ist aus zwei rechteckigen gepressten Metallblechen gebildet, die an ihren Peripherien und an Zwischenpunkten, wo die Bleche einander berühren, zusammengefügt und verschweißt sind, so dass die gepressten und verschweißten Bleche innere Strömungswege für die Zirkulation von Wasser durch den Heizkörper begrenzen. Die Strömungswege umfassen obere und untere Sammelrohre, die sich entlang den oberen und unteren Kanten des Heizkörpers erstrecken, und eine Reihe parallel aufwärts verlaufender Kanäle, die entlang des Heizkörpers voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei jeder Kanal an seinem Ende mit dem oberen und unteren Sammelrohr kommuniziert. Heizkörper können eine einzelne Platte dieser Form besitzen, oder zwei Platten, die an ihren Ecken mittels Verbindungs-Sammelleitungen verbunden sind, so dass die Platten in beabstandeter Parallelbeziehung hintereinander angeordnet sind. Es ist auch bekannt, Heizkörperplatten mit Rippen zu versehen, um ihre thermische Effizienz zu vergrößern, indem die Oberfläche vergrößert wird, mit der die Konvektionsluft zum Erwärmen in Kontakt kommen kann. Allgemein gesagt, sind die Rippen an der hinteren Oberfläche eines Einplatten-Heizkörpers befestigt, und in einem Zweiplatten-Heizkörper sind die Rippen in der Regel an der Rückseite der vorderen Platte und/oder an der Vorderseite der hinteren Platte befestigt. Herkömmlicher Weise werden die Rippen durch ein Wellblech bereitgestellt, das Rippenabschnitte aufweist, die an der Heizkörperplatte an den Stellen der aufwärts verlaufenden Wasserkanäle befestigt sind, und Talabschnitte, die von der Platte weg verlaufen und mit den gerillten Oberflächenabschnitten der zwischen den Kanälen angeordneten Platte Schlote oder Steigleitungen bilden, durch die die zu erwärmende Luft strömen kann. Natürlich kann die Luft auch durch den Zwischenraum oder die Sammelkammer an der Seite des Rippenblechs in einem Abstand von der Platte, an der das Rippenblech befestigt ist, über die Oberfläche der Rippen strömen.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die Effizienz der Wärmeübertragung von Platten-Heizkörpern der oben beschriebenen Form zu erhöhen.
Im Hinblick auf eine Optimierung oder Maximierung der Oberfläche für den Kontakt mit der Luft hat das Rippenblech nach Konstruktionen auf dem Stand der Technik eine Höhe, dass die Luftkanäle oder Steigleitungen sich im Wesentlichen zu den Sammelrohren auf der Ober- und Unterseite der Heizkörperplatte erstrecken, so dass die Fläche der Luftkanalöffnungen der vom Rippenblechtal begrenzten Fläche entspricht (für einen 600 mm-Heizkörper beträgt die Rippenblechhöhe typischer Weise 525 mm). Da die Plattenoberfläche an den Sammelrohren nicht vertieft ist, sind an den Enden der Steigleitungen Verengungen ausgebildet, an denen der Luftstrom aufgrund einer verringerten Durchströmungsfläche begrenzt ist. Obwohl die gesamte Rippenoberfläche aufgrund der verkürzten Höhe des Rippenblechs reduziert werden kann, hat sich herausgestellt, dass die Gesamteffizienz eines Platten-Heizkörpers durch Vermeiden von Verengungen an den Enden der Steigleitungsdurchgänge verbessert werden kann.
Es wird also gemäß der Erfindung ein Platten-Heizkörper für ein Zentralheizungssystem geschaffen, aufweisend eine Plattenoberfläche mit erhöhten Sammelrohr- und Kanalabschnitten, und Rinnen zwischen den Kanalabschnitten, die in Längsrichtung zwischen den Sammelrohrabschnitten verlaufen, sowie ein gewelltes Rippenblech mit Rippen, die an den Kanalabschnitten befestigt sind, und Tälern, die von den Rinnen weg und an ihnen ausgerichtet verlaufen, so dass sie offene Kanäle für den Durchtritt von Luft bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenblech in der Richtung, in der die Rippen und Täler verlaufen, eine solche Höhe hat und so angeordnet ist, dass die Kanäle nicht bis zu den Sammelabschnitten reichen, die unteren Teile der Täler sich an den Enden der Luftkanäle in einem Abstand von den benachbarten Sammelrohrabschnitten befinden und dieser Abstand nicht größer ist als der Abstand (R) von den unteren Teilen der Täler an den Enden der Luftkanäle zu den unteren Teilen der Rinnen, so dass die Durchströmflächen an den Enden der Kanäle im Wesentlichen nicht von den Sammelrohrabschnitten verengt werden.
Zweckmäßiger Weise und zur Erzielung der höchsten Effizienz liegen die Kanten des Rippenblechs an den oberen und unteren Enden der Luftkanäle in Ebenen, die im Wesentlichen senkrecht zur Heizkörperplatte angeordnet sind, und die unteren Teile der Täler an den Enden der Kanäle sind dazwischen angeordnet, und vorzugsweise auf halbem Weg zwischen dem angrenzenden Sammelrohrabschnitt und einem Punkt in der Mitte eines Bogens, zu dem der untere Teil der Rinne eine Tangente bildet und zu dem ein Oberflächenabschnitt, der den Sammelrohrabschnitt mit dem unteren Teil der Rinnen verbindet, ebenfalls eine Tangente bildet. Vorzugsweise liegen die unteren Teile der Täler an den Enden der Kanäle im Wesentlichen auf halbem Weg zwischen dem Punkt in der Mitte des Bogens und einem weiteren Punkt, der an der am nächsten gelegenen Kante des Sammelrohrabschnitts in einer Richtung ausgerichtet ist, die senkrecht zur Ebene der Platte steht.
Gemäß der Erfindung ist die Gesamthöhe des Rippenblechs ohne Verlust an Wärmeabgabeeffizienz reduziert, und auch die Fläche des Rippenblechs, welche die Platte berührt und mit dieser in gutem Wärmekontakt befestigt sein muss, ist reduziert, so dass auch Herstellungskosten gespart werden.
In einem Platten-Heizkörper der oben beschriebenen bekannten Form wird Konvektionsluft, die durch die von der Platte und dem Rippenblech begrenzten Steigleitungen strömt, wirksamer erhitzt als Luft, die über die Außenoberfläche des von der Platte entfernten Rippenblechs strömt. Es hat sich herausgestellt, dass eine Zunahme der Gesamteffizienz erreicht wird, indem die erhitzten Luftkontaktflächen mit den Luftströmungsquerschnitten in beiden Luftströmungsbereichen in Beziehung gesetzt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Sammelkammern für die Luftströmung teilweise durch die Oberfläche des von der Plattenoberfläche entfernten Rippenblechs begrenzt, und das Rippenblech ist dermaßen geformt und dimensioniert, dass bei einer Betrachtung im Querschnitt das Verhältnis der Luftströmungsfläche der Kanäle zur Länge des Kanalumfangs im Wesentlichen gleich dem Verhältnis der Luftströmungsfläche der Sammelkammern geteilt durch die Länge des Sammelkammerumfangs ist, der durch das Rippenblech gebildet wird.
Die Sammelkammer rund um ein Rippenblechtal kann als begrenzt durch Ebenen betrachtet werden, die senkrecht zu der Plattenoberfläche stehen und sich auf halbem Weg zwischen dem Tal und den angrenzenden Tälern befinden, durch eine Ebene parallel zu der Plattenoberfläche und durch die Oberfläche des Rippenblechs. Im Fall eines Doppelplatten-Heizkörpers, bei dem nur eine Platte mit einem Rippenblech versehen ist, sind die Sammelkammern begrenzt durch die Oberfläche der zweiten Platte, wohingegen wenn beide Platten Rippenbleche besitzen, ist die Ebene, welche die Sammelkammerräume begrenzt und parallel zu der Plattenoberfläche angeordnet ist, die Ebene, die in gleichem Abstand von den einander gegenüberliegenden Rippenblechen angeordnet ist.
Im Fall eines Einzelplatten-Heizkörpers können die Sammelkammern rund um die Rippenblechtäler als durch eine Ebene begrenzt betrachtet werden, die parallel zu der Plattenoberfläche annähernd an der Stelle angeordnet ist, wo sich die Oberfläche einer Wand, an der der Platten-Heizkörper im Gebrauch montiert ist, befindet, in der Regel etwa 75 mm von der Vorderseite der Platte entfernt. Bei einem Einzelplatten-Heizkörper wird die Effizienz optimiert, wenn das Verhältnis der Strömungsfläche zur beheizten Umfangslänge für die Sammelkammern größer ist als für die Luftkanäle.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung sind die Kanäle eines Platten-Heizkörpers mit Luftkanälen, die wie oben beschrieben durch ein Rippenblech begrenzt sind, im Querschnitt so geformt, dass das Verhältnis der Kanalfläche in mm² zur Länge des Kanalumfangs in mm im Bereich von 6 bis 7 mm liegt, insbesondere bei etwa 6,4 mm.
Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung in ihren unterschiedlichen Aspekten ergibt sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen:
1 ist eine vertikale Teilquerschnittansicht durch einen Platten-Heizkörper gemäß der Erfindung;
2 ist eine horizontale Teilquerschnittansicht durch einen Einzelplatten-Heizkörper, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet; und
3 ist eine horizontale Teilquerschnittansicht durch einen Doppelplatten-Heizkörper, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet.
Der in 1 und 2 dargestellte Platten-Heizkörper besitzt eine Platte aus gepressten Metallblechen 1, 2, die so geformt und aneinander geschweißt sind, dass sie die Sammelrohre 3 entlang der oberen und unteren Kante der Platte und eine Reihe paralleler, vertikaler Kanäle 4 ausbilden, die mit den Sammelrohren an ihren gegenüberliegenden Enden kommunizieren. Zwischen den Kanälen 4 sind die Plattenbleche 1, 2 mit äußeren Rinnen 5 versehen. An der Rückseite der Platte ist ein gewelltes Rippenblech 6 befestigt, das durch Biegen eines vergleichsweise dünnen Metallblechs geformt wurde, so dass es Rippen 7, die an der Platte entlang der Kanaloberflächenabschnitte befestigt sind, und Täler 8 bildet, die von der Platte weg verlaufen und mit dieser offene Steigleitungen oder Luftkanäle 9 begrenzen. So wie bisher beschrieben, ist der Platten-Heizkörper von bekannter Bauart. In den bekannten Platten-Heizkörpern hat das Rippenblech eine Höhe, dass sich die Kanäle im Wesentlichen auf die Ebene der Sammelrohre am oberen und unteren Teil des Heizkörpers erstrecken, z. B. zum Punkt B in 1. Daraus ergibt sich die Bildung von Verengungen aufgrund der Verengung der Durchströmungsfläche der Kanäle an den Enden infolge der Sammelrohre. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Höhe des Rippenblechs reduziert, um solche Verengungen zu vermeiden. Die Durchströmungsfläche an den Enden der Kanäle kann maximiert werden, indem die Oberkante des Rippenblechs an den Unterseiten der Täler an Punkt C angeordnet wird, der in gleicher Entfernung von der Unterseite der Rinne 5 und von der angrenzenden Sammelrohroberfläche angeordnet ist und sich im Mittelpunkt eines Bogens befindet, zu dem der untere Teil der Rinne 5 eine Tangente bildet und zu dem die Übergangswand zwischen der unteren Seite der Rinne und dem Sammelrohr 2 ebenfalls eine Tangente bildet. Da jedoch die Oberkante des Rippenblechs in einer horizontalen Ebene im rechten Winkel zu der Ebene der Platte liegt, wird die maximale thermische Effizienz erreicht, wenn sich die Oberkante an den unteren Seiten des Tals an einem Punkt D auf halbem Weg zwischen den Punkten B und C befindet. Es ist zu beachten, dass diese Anordnung an der unteren Kante des Rippenblechs wiederholt wird. Für einen Platten-Heizkörper mit einer Höhe von 600 mm und einer Distanz AB des Punkts B von der Ebene der angrenzenden oberen (oder unteren) Kante gleich 56 mm und einer maximalen Taltiefe R von 48 mm ist der Punkt D auf 46 mm unter der Ebene der oberen (oder unteren) Kante ideal lokalisiert, so dass das Rippenblech eine Höhe von 508 mm aufweist. Mittels der Anordnung der Erfindung wird der beste Kompromiss zwischen der Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Luftkanäle und der Wärmeaustauschfläche des Rippenblechs erreicht.
Das Rippenblech ist so geformt und dimensioniert, dass eine maximale thermische Effizienz erreicht wird. Aus Tests auf einem Doppelplatten-Heizkörper hat sich ergeben, dass dies erreicht wird, wenn die Luftströmungsflächen mit dem Umfang dieser durch die erhitzten Oberflächen des Heizkörpers begrenzten Flächen in Beziehung gesetzt wird. In 2 ist zu sehen, dass die Durchströmungsfläche der Luftsteigleitungen oder Kanäle 9 zweimal die schraffierte Fläche S1 ausmacht, und der Umfang des Kanals ist zweimal die in dunkler Linie dargestellte Länge L1. Es hat sich als geeignet erwiesen, die Dimension S1/L1 so einzurichten, dass sich ein Wert von etwa 6,43 mm ergibt. Die Sammelkammer rund um ein Tal des Rippenblechs, die für den Durchgang von Konvektionsluft in Wärmetauschbeziehung mit dem Rippenblech zur Verfügung steht, hat eine Durchströmungsfläche, die zweimal der schraffierten Fläche S2 entspricht, wohingegen der Umfang dieser Sammelkammer, die durch das erhitzte Rippenblech begrenzt ist, zweimal der in dunkler Linie dargestellten Länge L2 entspricht. Das Verhältnis S2/L2 ist im Wesentlichen gleich dem Verhältnis S1/L1, und liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel bei etwa 6,35 mm.
In 3 sind beide Platten eines Doppelplatten-Heizkörpers dargestellt, bei dem jede der Platten im Wesentlichen wie oben beschrieben ausgebildet ist, wobei die Platten so miteinander verbunden sind, dass die Rippenbleche einander gegenüberstehen. Die Täler der jeweiligen Rippenbleche haben die selbe Tiefe, und es ist angemessen, die zu den jeweiligen Rippenblechtälern gehörigen Sammelkammern so zu betrachten, dass sie von einer Ebene begrenzt werden, die auf halbem Weg zwischen den Rippenblechen und damit auf halbem Weg zwischen den gegenüberliegenden Heizkörperseiten angeordnet ist. In diesem Fall gilt die selbe Beziehung zwischen den Verhältnissen der Flächen zum Umfang der erhitzten Wände. welche diese Flächen begrenzen, also:
Aus der voranstehenden Beschreibung geht hervor, dass die Erfindung eine erhöhte Effizienz ermöglicht und gleichzeitig die Herstellungskosten infolge reduzierter Rippengrößen senkt.
Für Einzelplatten-Heizkörper muss die genannte Gleichung für optionale Effizienzbedürfnisse modifiziert und kann diese wie folgt dargestellt werden:
wobei K einen Wert nicht größer als 1 hat, beispielsweise zwischen 0,6 und 1,0.

Claims

Platten-Heizkörper für ein Zentralheizungssystem, aufweisend eine Plattenoberfläche mit erhöhten Sammelrohr- und Kanalabschnitten (3,4) und Rinnen (5) zwischen den Kanalabschnitten (4), die in Längsrichtung zwischen den Sammelrohrabschnitten (3) verlaufen, sowie ein gewelltes Rippenblech (6) mit Rippen (7), die an den Kanalabschnitten (4) befestigt sind, und Täler (8), die von den Rinnen (5) weg und an ihnen ausgerichtet verlaufen, so dass sie offene Kanäle (9) für den Durchtritt von Luft bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenblech (6) in der Richtung, in der die Rippen und Täler verlaufen, eine solche Höhe hat und so angeordnet ist, dass die Kanäle (9) nicht bis zu den Sammelrohrabschnitten (3) reichen, die unteren Teile der Täler (8) sich an den Enden der Luftkanäle (9) in einem Abstand (R) von den benachbarten Sammelrohrabschnitten (3) befinden und dieser Abstand nicht größer ist als der Abstand (R) von den unteren Teilen der Täler (8) an den Enden der Luftkanäle zu den unteren Teilen der Rinnen (5), so dass die Durchströmflächen an den Enden der Kanäle (9) im Wesentlichen nicht von den Sammelrohrabschnitten (3) verengt werden.
Platten-Heizkörper nach Anspruch 1, bei dem die Kanten des Rippenblechs (6) an den oberen und unteren Enden der Kanäle (9) in Ebenen liegen die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Platten-Heizkörpers stehen, und die unteren Teile der Täler (8) an den Enden der Kanäle (9) sich zwischen dem angrenzenden Sammelrohrabschnitt (3) und einem Punkt (C) befinden, der im Mittelpunkt eines Bogens liegt, zu dem der untere Teil der Rinne (5) eine Tangente bildet und zu dem ein Oberflächenabschnitt, der den Sammelrohrabschnitt (3) mit dem unteren Teil der Rinne (5) verbindet, ebenfalls eine Tangente bildet.
Platten-Heizkörper nach Anspruch 2, bei dem die unteren Teile der Täler (8) an den Enden der Kanäle (9) in Punkten (D) ihren Abschluss finden, die im Wesentlichen auf halbem Weg zwischen dem genannten Punkt (C) und einem weiteren Punkt (B) liegen, der an der am nächsten gelegenen Kante des angrenzenden Sammelrohrabschnitts (B) in einer Richtung ausgerichtet ist, die senkrecht zur Ebene der Platte steht.
Platten-Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3; bei dem Sammelkammern für die Luftströmung teilweise durch die Oberfläche des Rippenblechs (6) begrenzt sind, das von der genannten Plattenoberfläche und den Kanälen (9) entfernt ist, und bei dem die Riffelungen des Rippenblechs so geformt und dimensioniert sind, dass bei einer Betrachtung im Querschnitt das Verhältnis der Luftströmungsfläche (2 × S1) eines Kanals (9) zur Länge des Kanalumfangs (2 × L1) im Wesentlichen gleich dem Verhältnis der Luftströmungsfläche (2 × S2) einer Sammelkammer geteilt durch die Länge (2 × L2) des Sammelkammerumfangs ist, der durch das Rippenblech gebildet wird.
Platten-Heizkörper nach Anspruch 4, bei dem der Heizkörper ein Doppelplatten-Heizkörper ist, bei dem jede Platte ein daran befestigtes Rippenblech (6) besitzt und die Täler (8) der Rippenbleche zueinander zeigen, wobei die Sammelkammern durch Ebenen senkrecht zu den Ebenen der Bleche und in der Mitte zwischen angrenzenden Tälern begrenzt sind, sowie durch eine Ebene parallel zu den Ebenen der Platten und in gleichem Abstand von den einander gegenüberstehenden Tälern der Rippenbleche.
Platten-Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem für ein Zentralheizungssystem, aufweisend eine Plattenoberfläche, weitere Sammelkammern für die Luftströmung teilweise weiter durch die Oberfläche des Rippenblechs begrenzt sind, das von der Plattenoberfläche entfernt ist, und dafür angepasst, im Gebrauch des Platten-Heizkörpers durch eine unbeheizte Wand begrenzt zu werden, die von dem Rippenblech in einem zuvor festgelegten Abstand entfernt liegt; wobei die Riffelungen des Rippenblechs so geformt und dimensioniert sind, dass bei einer Betrachtung im Querschnitt die Kanäle und Sammelkammern die Gleichung:
erfüllen, wobei S1/L1 dem Verhältnis der Luftströmungsfläche eines Kanals zur Länge des Kanalumfangs entspricht, S2/L2 dem Verhältnis der Luftströmungsfläche einer Sammelkammer zur Länge des Sammelkammerumfangs, der von dem Rippenblech gebildet wird, und K einer Konstante mit einem Wert nicht größer als 1, vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,0.
Platten-Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kanäle (9) im Querschnitt so geformt sind, dass das Verhältnis der Kanalfläche (2 × S1) in mm² zur Länge (2 × L1) des Kanalumfangs in mm in der Größenordnung von 6 bis 7 mm liegt.
Platten-Heizkörper nach Anspruch 7, bei dem dieses Verhältnis im Wesentlichen gleich 6,4 mm ist.