EP0098258A2

EP0098258A2 - Heizkörper

Info

Publication number: EP0098258A2
Application number: EP83890093A
Authority: EP
Inventors: Raimund Ing. Wanderer
Original assignee: Stelrad Radiatoren- und Kesselwerke GmbH; Stelrad Radiatoren & Kessel
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1984-01-11
Also published as: ATA237282A; EP0098258B1; EP0098258A3; DE3379280D1; AT375767B

Abstract

Heizkörper (1, 2), welcher mit einem flüssigen Heizmedium, das den Heizkörper durchfließt, gespeist wird, wobei in den Fließweg des Heizmediums ein Hydraulikmotor (4) eingefügt ist, der einen Lüfter (5) antreibt, der den Heizkörper anbläst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkörper, dem die abzugebende Wärmeenergie durch ein flüssiges Heizmedium, welches den Heizkörper durchfließt, zugeführt wird, insbesondere Heizungsradiator.
Ein primär wesentliches Merkmal jedes Heizkörpers vorgenannter Art ist die mit ihm erzielbare Wärmeabgabe und man trachtet ganz allgemein bei solchen Heizkörpern eine bezogen auf die Abmessungen des Heizkörpers und auf die Temperatur des jeweiligen Heizmediums möglichst große Wärmeabgabe zu erzielen. Die an sich gegebene Möglichkeit, bei gegebenen Außenabmessungen solcher Heizkörper deren wirksame Wärmeübergangsfläche dadurch zu vergrößern, daß man solche Heizkörper mit sehr eng nebeneinander stehenden wärmeabgebenden Rippen oder Lamellen versieht, hat den wesentlichen Nachteil, daß die Zwischenräume zwischen eng nebeneinanderstehenden Rippen bzw. Lamellen nur schwer über längere Zeiträume sauber gehalten werden können. Überdies wird häufig das Aussehen von solchen Heizkörpern, die eine Vielzahl von Lamellen tragen, als architektonisch unbefriedigend angesehen und man versieht deshalb derartige Heizkörper in der Regel mit einem kastenartigen Gehäuse, wodurch aber die meist erwünschte Strahlungswärmeabgabe stark vermindert wird.
Es ist nun ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Heizkörper eingangs erwähnter Art zu schaffen, welcher bezogen auf seine Abmessungen und bezogen auf die Temperatur des zur Verfügung stehenden Heizmediums bzw. auf die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Heizmediums und der Temperatur des zu beheizenden Raumes eine erhöhte Wärmeabgabe erzielen läßt, ohne mit den Nachteilen belastet zu sein, welche bei den bislang zur Erhöhung der Wärmeabgabe von Heizkörper hier in Rede stehender Arr gebräuchlich gewordenen Maßnahmen auftreten.
Der erfindungsgemäße Heizkörper eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Fließweg des Heizungsmediums im Bereich des Heizkörpers ein Hydraulikmotor eingefügt ist und daß ein von diesem Hydraulikmotor in Drehung versetzter Lüfter vorgesehen ist, der die über den Heizkörper führende Luftströmung intensiviert und damit die Wärmeabgabe der Heizkörperflächen vergrößert, wobei der Lüfter vorzugsweise den Heizkörper anbläst.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausbildung kann der vorstehend angeführten Zielsetzung sehr gut entsprochen werden und es ist der einfache bauliche Aufbau, der auch eine hohe Betriebssicherheit ergibt, als wesentlicher Vorteil zu werten; ein ganz besonderer Vorteil liegt auch darin, daß der für die Intensivierung der Wärmeabgabe vorgesehene Lüfter weder das Vorsehen spezieller Zuleitungen für die Zuführung der Antriebsenergie erfordert, noch die Installation eines Steuersystems verlangt. Die für den Betrieb des Lüfters erforderliche Antriebsenergie wird vielmehr, ohne daß es dafür eines besonderen zusätzlichen Aufwandes bedarf, über die Speiseleitungen, durch die dem Heizkörper das Heizmedium zugeführt wird, von der Pumpe der jeweiligen Heizungsanlage geliefert und man kann hinsichtlich der Steuerung der Wärmeabgabe der Heizkörper gebräuchliche Systeme, wie z.B. eine zentrale Steuerung der Umwälzpumpe und des Kessels der Anlage oder ein mehr oder minder starkes individuelles Drosseln der Zufuhr des Heizmediums zu den einzelnen Heizkörpern der Anlage in Anwendung bringen, ohne daß dabei durch die erfindungsgemäß vorhandenen Lüfter Komplikationen entstehen. Man kann vielmehr eine selbsttätige Verkopplung des Betriebes des Lüfters mit der jeweils vorliegenden Zufuhr des Heizmediums zu den Heizkörpern erzielen.
Eine einfache und vorteilhafte Ausführungsform erhält man, wenn man vorsieht, daß der Hydraulikmotor eine Überdruckturbine ist. Es ist dabei für viele Anwendungsfälle günstig, eine Propellerturbine einzusetzen. In die zur Turbine führende Leitung, die vom Heizmedium durchflossen wird, setzt man vorteilhaft Strömungsleitflächen ein, wodurch die Leistung und der Wirkungsgrad der Turbine erhöht werden können. Hiebei ist es auch vorteilhaft, wenn man die Strömungsleitflächen an einem austauschbaren Einsatz anordnet, da man auf diese Weise sehr einfach eine Abstimmung des Antriebes für den Lüfter an die jeweils vorliegenden Verhältnisse, und zwar sowohl hinsichtlich der Umlaufströmung des Heizmediums im Heizsystem als auch hinsichtlich der Lage des jeweiligen Heizkörpers im Heizsystem und hinsichtlich der jeweils gewünschten Lüfterwirkung vornehmen kann.
Für die Unterbringung des Hydraulikmotors im Bereich des Heizkörpers steht eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung. Es ist dabei einfach und vorteilhaft, wenn man den Hydraulikmotor am Zuleitungsanschluß oder am Ableitungsanschluß des Heizkörpers anordnet, da man auf diese Weise sehr einfach den für die Unterbringung des Rotors des Hydraulikmotors erforderlichen Raum bereitstellen kann, ohne die Form und Konstruktion des Heizkörpers gegenüber vorhandenen Konzepten wesentlich ändern zu müssen, was jedenfalls-für die Fertigung einen bedeutsamen Vorteil darstellt. Man kann aber anderseits auch im Inneren des Heizkörpers z.B. in heizmediendurchflossenen Verteilungs- oder Verbindungskanälen desselben entsprechenden Raum für den Hydraulikmotor vorsehen und damit diesen gewünschtenfalls mehr im Inneren des Heizkörpers placieren.
Eine vorteilhafte Ausführungsform für Einrohrheizungen erhält man, wenn man den Hydraulikmotor in der Bypass-Strecke anordnet, da man auf diese Weise für den Hydraulikmotor einerseits eine verhältnismäßig große Durchströmung zur Verfügung hat und anderseits durch den Strömungswiderstand des Hydraulikmotors von selbst die erforderliche Drosselung der Bypass-Strecke, die ja die Durchströmung des Heizkörpers einer Einrohrheizung ergibt, erhält. Gewünschtenfalls kann man auch bei einer normale Zweirohrverteilung des Heizmediums einer Heizungsanlage den Hydraulikmotor dem jeweiligen Heizkörper parallel schalten, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn in der betreffenden Heizungsanlage ein großes Umlaufvolumen an Heizmedium bei verhältnismäßig niederem Druck zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß ausgebildete Heizkörper können vorteilhaft auch mit einem Thermostatregelventil versehen werden, wobei sich bei der mit steigender Temperatur des zu beheizenden Raumes vermindertem Durchflußmenge an Heizmedium durch den Heizkörper die Leistung des Hydraulikmotors selbsttätig der verringerten Zufuhr an Wärmeenergie zum betreffenden Heizkörper anpaßt.
Da der Läufer des Hydraulikmotors in dem gegenüber der Umgebung einen Druckunterschied aufweisenden Fließweg des Heizungsmediums angeordnet ist, kommt der abgedichtet auszubildenden Antriebsverbindung vom Läufer der Hydraulikmotors zum Lüfter größere Bedeutung zu. Eine sehr einfache Lösung, welche allerdings eine eng tolererierte Fertigung und eine gewisse Sorgfalt bei der Handhabung verlangt, dafür aber einen guten mechanischen Wirkungsgrad bietet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle des Hydraulikmotors durch enge Passung in ihrem Lager gegen Austritt von Heizmedium abgedichtet ist. Eine andere in ihrem Aufbau gleichfalls sehr einfache Lösung, welche überdies von ihrem Konzept her Fertigungstoleranzen auszugleichen vermag, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle des Hydraulikmotors mit einer Ringdichtung gegen den Austritt von Heizmedium abgedichtet ist. Als Dichtung kann dabei vorteilhaft ein O-Ring oder ein Simmerring eingesetzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Lösung, welche gegenüber der Gefahr eines unerwünschten Austritts von Heizmedium besonders zuverlässig ist und einen praktisch vollständigen Abschluß des vom Heizmedium erfüllten Raumes gegenüber der Umgebung gewährleistet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hydraulikmotor zum Lüfter führende Antriebsverbindung durch eine dauermagnetische Kupplung gebildet ist, wobei der treibende Kupplungsteil mit dem Hydraulikmotor und der getriebene Kupplungsteil mit dem Lüfter verbunden ist und diese beiden Kupplungsteile durch eine flüssigkeitsdichte Wand voneinander getrennt sind, durch die hindurch die Mitnahme über magnetische Einwirkung erfolgt.
Zur Placierung des Lüfters am Heizkörper stehen eine Reihe von Möglichkeiten offen, wobei natürlich einerseits die Form der wärmeabgebenden Flächen des betreffenden Heizkörpers und die sich ergebende natürliche Konvektion und anderseits die Lage des Hydraulikmotors und die Gegebenheiten der Antriebsverbindung vom Hydraulikmotor zum Lüfter in Betracht zu ziehen sind. Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dabei, wenn man vorsieht, daß der Lüfter im Bereich des unteren Randes des vorzugsweise als Plattenradiator ausgebildeten Heizkörpers angeordnet ist. Bildet man den Heizkörper in Form eines aus zwei oder mehr Platten bestehenden Plattenradiators aus, kann man vorteilhaft den Lüfter im Zwischenraum zwischen den Platten anordnen, wobei sich eine sehr günstige Bauform auch hinsichtlich der Unterbringung des Hydraulikmotors ergibt, wenn man den Lüfter, wie erwähnt, im Bereich des unteren Randes des Heizkörpers placiert. Außer dem bevorzugten Anblasen kommt auch ein Absaugen von Luft vom Heizkörper mit Hilfe des Lüfters in Frage.
Im Interesse einer möglichst weitgehenden Ausnützung des vom Lüfter gelieferten Luftstromes zur Erhöhung der Wärmeabgabe des Heizkörpers versieht man den Lüfter vorteilhaft mit Strömungsleitflächen, welche die vom Lüfter bewegte Luft über die wärmeabgebenden Flächen des Heizkörpers lenken.
Hinsichtlich des Lüfters selbst ist es in vielen Fällen, z.B. für ein Anbringen des Lüfters im Bereich des unteren Randes des Heizkörpers oder im Zwischenraum zwischen den einzelnen Platten eines Plattenheizkörpers, von Vorteil, wenn der Lüfter ein sogenannter Querstromlüfter ist. Man kann aber auch mit Vorteil vorsehen, daß der Lüfter ein Axialventilator ist.
Die Erfindung wird nun anhand in der Zeichnung dargestellter Beispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Heizkörpers in einem lotrechten Schnitt,
Fig. 2 diesen Heizkörper in einem waagrecht geführten Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Heizkörper vorgesehene Antriebsverbindung vom Hydraulikmotor zum Lüfter, und
Fig. 4 eine weitere Ausbildung einer derartigen Antriebsverbindung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizkörpers weist zwei Radiatorplatten 1, 2 auf, die, wie an sich üblich, über Verbindungsrohre zusammengeschlossen sind. Es ist ein derartiges Verbindungsrohr 3 dargestellt und es ist in diesem Verbindungsrohr ein Hydraulikmotor 4 placiert, der zum Antrieb eines Lüfters 5 dient. Dieser Lüfter 5 ist als Querstromlüfter mit einer Lüfterwalze 6 und Strömungsleitflächen 7, 8 ausgebildet und im Bereich des unteren Randes des Heizkörpers im Zwischenraum 9 zwischen den beiden Radiatorplatten 1, 2 angeordnet. Diese Lüfterwalze fördert bei Rotation Umgebungsluft im Sinne der Pfeile 10 aus dem unter dem Heizkörper gelegenen Bereich durch den Zwischenraum 9 zwischen den beiden Radiatorplatten 1, 2 nach oben und intensiviert damit die Wärmeabgabe von dieser Radiatorplatte durch Konvektion. Man kann dabei gewünschtenfalls im Zwischenraum 9 an den Radiatorplatten in üblicher Weise auch Konvektionsbleche 11, 12 anordnen.
Der zum Antrieb des Lüfters 5 vorgesehene Hydraulikmotor 4 ist in Form einer Überdruckturbine und zwar im speziellen in Form einer Propellerturbine mit einem Laufrad 14 ausgebildet und es ist dieses Laufrad auf einer Welle 15 gelagert, welche auch die Antriebsverbindung zur Lüfterwalze 6 herstellt. Die Welle 15 führt mit genauer leicht gängiger Passung einen Lagerkörper 16, wobei durch diese Passung auch die erforderliche Abdichtung gegen einen Austritt von Heizmedium, welches den Hydraulikmotor 4 durchfließt, geschaffen ist. Das Laufrad 14 des als Propellerturbine ausgebildeten Hydraulikmotors ist von einer Ringwand 17 umgeben, welche unmittelbar auf den Zuleitungsanschlußstutzen 18 des Heizkörpers folgt. In diesen Zuleitungsanschluß wird bei der üblichen Montage des Heizkörpers das Anschlußrohr 20 eingeschraubt. Dem Laufrad 14 ist ein die Strömung des Heizmediums dirigierender Verdrängerkörper 21 vorgeordnet, der Strömungsleitungflächen 22 trägt, welche den Winkel, unter dem die Strömung auf die Schaufeln 23 des Laufrades 14 trifft, bestimmen. Der Verdrängerkörper 21 mit den Strömungsleitflächen 22 kann austauschbar vorgesehen werden, wobei man durch verschiedene Ausbildung der Strömungsleitflächen 22 eine dem jeweiligen Einsatzfall entsprechende Anpassung an die Gegebenheiten der Strömung des Heizmediums und an die Gegebenheiten des Lüfters 5 erzielen kann.
Gewünschtenfalls kann man den Hydraulikmotor auch in Form einer Francis-Turbine ausbilden, wobei sowohl eine axiale Anspeisung wie bei der Propellerturbine nach Fig. 2 als auch eine Spiralanspeisung in Betracht kommt. Da die Spiralanspeisung einer Francis-Turbine einen außen liegenden Betriebsmittelzufluß aufweist, der über einen dem Laufradumfang folgenden Kanal erfolgt und die Abströmung des Betriebsmittels vom Laufrad axial stattfindet, eignet sich eine solche Ausführungsform insbesondere für Heizkörper, bei denen analog den Fig.l und 2 eine-waagrecht verlaufende Antriebswelle des Lüfters vorliegt und der Zuleitungsanschluß des Heizkörpers dazu senkrecht ausgerichtet ist, also einen lotrechten Verlauf hat. Bei der Ausbildung des Hydraulikmotors in Form einer axial angespeisten Francis-Turbine ist die Ausbildung der stehenden Strömungsleitflächen der Turbine in Form eines austauschbaren Einsatzes besonders vorteilhaft.
Die Strömung des Heizmediums von der Zuleitung des Heizkörpers durch die Propellerturbine 4 und weiter in die Radiatorplatten 1, 2 ist in Fig. 2 durch die Pfeile 25 angedeutet.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante der Antriebsverbindung vom Hydraulikmotor zum Lüfter eines erfindungsgemäß ausgebildeten Heizkörpers ist die Welle 15, welche das Laufrad 14 einer Turbine mit einem Läufer 26 des Lüfters verbindet, mit leichtem Laufspiel in einem Lager 27 gelagert, welches dem vom Heizmedium erfüllten Raum 28, in dem sich die Turbine befindet, von der freien Umgebung 29 des Heizkörpers trennt und es ist zur Abdichtung in das Lager 27 eine Ringdichtung 30 eingefügt, welche z.B. in Form eines O-Ringes oder eines Simmer-ringes ausgebildet sein kann.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Variante ist die vom Hydraulikmotor 4 zum Lüfter 5 führende Antriebsverbindung durch eine dauermagnetische Kupplung gebildet. Der treibende Kupplungsteil ist dabei durch einen auf der Welle 15 des Läufers 14 der Turbine angeordneten Dauermagneten 31 gebildet, und es ist der getriebene Kupplungsteil in Form eines Bügels 32 aus ferromagnetischem Material, insbesondere weichem Eisen, realisiert. Dieser Bügel 32 ist auf einer Welle 33, die mit dem walzenförmigen Rotor 6 des Lüfters 5 verbunden ist, angebracht. Der treibende Kupplungsteil 31 und der getriebene Kupplungsteil 32 sind voneinander durch eine flüssigkeitsdichte Wand in Form eines Bechers 34 getrennt. Der Becher 34 besteht aus einem nicht magnetisierbaren Material, welches einen die Entstehung von Wirbelströmen weitgehend vermeidenden Wert seines elektrischen Widerstandes hat. Die Mitnahme des getriebenen Kupplungsteiles vom treibenden Kupplungsteil her erfolgt dabei über die Wirkung der magnetischen Kraftlinien 35 des Magneten 31, für die der Bügel 32 ein Schließjoch darstellt.
Erfindungsgemäß ausgebildete Heizkörper haben besonders bei niedrigen Temperaturen des Heizmediums beträchtliche Vorteile, da sie die Abgabe der erforderlichen Heizleistung bei verhältnismäßig geringen Außenabmessungen der Heizkörper ermöglichen. Es gelingt auf diese Weise, sogenannte Niedertemperaturheizungen, deren Heizkörper in Form von Radiatoren ausgebildet sind, zu bauen, ohne daß die Heizkörper größere Außenabmessungen haben müssen als dies bei herkömmlichen Heißwassersammelheizungen der Fall ist. Man kann auf diese Weise von der energetisch günstigen Arbeitsweise der Niedertemperaturheizungen Gebrauch machen, ohne dies mit dem Nachteil großer Heizkörperabmessungen erkaufen zu müssen.
Erfindungsgemäß ausgebildete Heizkörper können, wie schon vorstehend angedeutet, ohne jegliches zusätzliches Installationserfordernis für den Lüfter eingebaut werden und es ist auch möglich, diese Heizkörper allein über die Anspeisung mit Heizmedium her in ihrer Wärmeabgabe zu steuern. Es ergibt sich dabei auch die Möglichkeit, durch Änderung der Umlaufmenge des Heizmediums ohne Veränderung der Zulauftemperatur des Heizmediums die Wärmeabgabe der Heizkörper zu steuern, da mit einer Änderung der Umlaufmenge des Heizmediums bzw. des Pumpendruckes im System die Drehzahl der Hydraulikmotoren in den Heizkörpern einer Anlage und damit die die Wärmeabfuhr von den Heizkörpern wesentlich bestimmende Lüfterwirkung verändert werden kann. Diese Veränderung kann auch, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, mittels Ventilsteuerung auch für einzelne Heizkörper individuell vorgenommen werden, z.B. unter Verwendung von Thermostatventilen.

Claims

1. Heizkörper, dem die abzugebende Wärmeenergie durch ein flüssiges Heizmedium, welches den Heizkörper durchfließt, zugeführt wird, insbesondere Heizungsradiator, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fließweg des Heizungsmediums im Bereich des Heizkörpers (1, 2) ein Hydraulikmotor (4) eingefügt ist und daß ein von diesem Hydraulikmotor (4) in Drehung versetzter Lüfter (5) vorgesehen ist, der die über den Heizkörper führende Luftströmung intensiviert und damit die Wärmeabgabe der Heizkörperflächen vergrößert, wobei der Lüfter vorzugsweise den Heizkörper anbläst.

2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (4) eine Überdruckturbine ist.

3. Heizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (4) eine Propellerturbine ist.

4. Heizkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die zur Turbine führende Leitung Strömungsleitflächen (22) eingesetzt sind.

5. Heizkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (22) an einem austauschbaren Einsatz (21, 22) angeordnet sind.

6. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 his 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (4) am Zuleitungsanschluß (20) oder am Ableitungsanschluß des Heizkörpers angeordnet ist.

7. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für eine Einrohrheizung, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (4) in der Bypass-Strecke angeordnet ist.

8. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper in an sich bekannter Weise mit einem Thermostatregelventil versehen ist.

9. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (15) des Hydraulikmotors (4) durch enge Passung in ihrem Lager (16) gegen Austritt von Heizmedium abgedichtet ist.

10. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (15) des Hydraulikmotors (4) mit einer Ringdichtung (30) gegen den Austritt von Heizmedium abgedichtet ist.

11. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hydraulikmotor (4) zum Lüfter (5) führende Antriebsverbindung durch eine dauermagnetische Kupplung (31, 35) gebildet ist, wobei der treibende.Kupplungsteil (31) mit dem Hydraulikmotor und der getriebene Kupplungsteil (32) mit dem Lüfter (5) verbunden ist und diese beiden Kupplungsteile durch eine flüssigkeitsdichte Wand (34) voneinander getrennt sind, durch die hindurch die Mitnahme über magnetische Einwirkung erfolgt.

12. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (5) im Bereich des unteren Randes des vorzugsweise als Plattenradiator ausgebildeten Heizkörpers angeordnet ist.

13. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter im Zwischenraum (9) zwischen den Platten (1, 2) eines aus mindestens zwei Platten bestehenden Plattenradiators angeordnet ist.

14. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (5) mit Strömungsleitflächen (7, 8) versehen ist.

15. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (5) ein Querstromlüfter (6, 7, 8) ist.

16. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (5) ein Axialventilator ist.