EP1517585A1 - Heizplatte - Google Patents

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EP1517585A1
EP1517585A1 EP03405678A EP03405678A EP1517585A1 EP 1517585 A1 EP1517585 A1 EP 1517585A1 EP 03405678 A EP03405678 A EP 03405678A EP 03405678 A EP03405678 A EP 03405678A EP 1517585 A1 EP1517585 A1 EP 1517585A1
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EP
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cavities
heating plate
heat transfer
transfer medium
heating
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Patrick Hofer-Noser
Jürg Zahnd
Christoph Boos
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3S Swiss Solar Systems AG
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Swiss Sustainable Systems AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates

Definitions

  • the invention relates to a heating plate with cavities, in which electrically heated radiator and a heat transfer medium for transmission the heat emitted by the radiators to the plate is arranged wherein the cavities with connection means for the purpose of flow with the Heat transfer medium are equipped.
  • Such heating plates are in particular in laminators for Production of photovoltaic modules or others for the production of Used with hot-melt adhesives or thermoplastic materials associated plates. In such applications, a uniform temperature over the whole surface of the heating plate very important, since already small temperature differences can lead to faulty products.
  • a first type of known heating panels has built-in electrical Heating rods, which release the heat by heat conduction to the plate.
  • the distribution of the temperature along the heating elements is not controllable.
  • the heating elements must as closely as possible in appropriate Fit holes in the plate to ensure good heat transfer is. However, this can lead to tensions due to thermal expansion. If the heating plate and the heating elements are made of different materials, In addition, contact corrosion can occur. Will improve the heat transfer Thermal paste used, they can dry up over time, which in turn causes temperature differences across the surface of the heating plate can arise.
  • a heat transfer medium for example oil
  • the heat transfer medium cools during the Flow through the cavities, which is already too undesirable Temperature differences on the surface of the heating plate leads.
  • the invention is the The object of the invention is to propose a heating plate through which the mentioned The disadvantages of the prior art heating plates be overcome.
  • the Cavities stretched long and the radiators are rod-shaped.
  • long stretched should be understood in this context that the ratio between the light width and the length of the cavities is at least one to ten.
  • This inventive solution allows the use of relatively long heating rods, for example, a length of one to six meters can have, wherein the diameter ratio between cavity and Heating element can be chosen so that you with a minimum of heat transfer medium gets along. This will especially during heating and Cooling achieves short reaction times of the entire system.
  • the difference between inlet and outlet temperature according to the nature of the invention is very low, since heat source and heat sink are in the same place, and by a sufficiently rapidly flowing heat transfer medium along the temperature of the heating element is compensated.
  • the Cavities a circular cross-section. This allows their production by drilling.
  • the cavities can also be used by Tube elements are formed.
  • the radiators can with spacers be provided, which is a direct contact of the inner walls of the cavities prevent by the radiators.
  • the radiators can also have a do not have round cross-section and be twisted, creating a turbulent Flow of the heat transfer medium is favored.
  • the Cavities arranged parallel to each other because thereby a uniform Temperature distribution on the surface of the heating plate particularly simple can achieve.
  • a uniform temperature distribution can also be characterized be favored that the cavities through the connection means in one Series circuit or connected in parallel.
  • the cavities through the connection means so be joined together in at least two groups of cavities the cavities are connected together in a series circuit and that the groups of cavities in a parallel connection with each other are connected.
  • the heat transfer medium in a cycle or be circulated through the cavities of the heating plate in an open system are various Process conceivable.
  • the heat transfer medium for faster heating additionally before entering the heating plate heated.
  • the Flow rate and the flow rate of the heat transfer medium is controlled so that it warmer during a steady warm-up out of the plate as it flowed into the plate.
  • the inventive Heating plate can also be cooled by a cool heat transfer fluid is passed through the cavities. This can either be done by happen that the heat transfer medium via an external heat exchanger is cooled, or that another, cool heat transfer medium is passed through the cavities.
  • FIG. 1 shows schematically in a perspective view of FIG front a section through a heating plate 1, made of a metal, for example an aluminum alloy can exist.
  • a heating plate 1 made of a metal, for example an aluminum alloy can exist.
  • the heating plate 1 are long elongated cavities 2 arranged, for example, produced by drilling could be.
  • heating rods 3 are arranged coaxially, such that between them and the inner walls of the cavities an annular gap 8 is formed, which is intended to flow through a heat transfer medium to become.
  • FIGS. 3a and 3b show schematically how such connection means 9 and 10 can look in the plan view.
  • the heat transfer medium is denoted by 7 and is by a pump 4 in Promoted circulation. In place of the pump is also another pressure booster conceivable.
  • FIG. 3a shows different types, as the individual Cavities can be connected fluidly with each other.
  • the cavities 2 arranged parallel to one another are two connected by arcuate connecting parts 9 so that they from Heat transfer medium in succession, so to be flowed through in series.
  • FIG. 3b shows an arrangement in which the mutually parallel cavities 2 are summarized by connecting parts 10 so that they are from the heat transfer medium to be flowed through in parallel.
  • FIG. 3c shows an arrangement, in which groups of cavities 2 are connected in series, the Groups are connected in parallel to each other.

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  • Baking, Grill, Roasting (AREA)
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Abstract

Die Heizplatte (1) weist Hohlräume (2) auf, in denen elektrisch beheizbare Heizkörper (3) angeordnet sind. Ein durch eine Pumpe (4) zirkuliertes Wärmeträgermedium dient zur Übertragung der von den Heizkörpern (3) abgegebenen Wärme. Die Heizplatte soll mit einem möglichst geringen Volumen von Wärmeträgermedium eine gleichmässige Temperaturverteilung ermöglichen. Dazu sind die Hohlräume (2) lang gestreckt und die Heizkörper (3) stabförmig. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizplatte mit Hohlräumen, in denen elektrisch beheizbare Heizkörper und ein Wärmeträgermedium zur Übertragung der von den Heizkörpern an die Platte abgegebenen Wärme angeordnet sind, wobei die Hohlräume mit Anschlussmitteln zwecks Durchströmung mit dem Wärmeträgermedium ausgestattet sind.
Solche Heizplatten werden insbesondere in Laminiergeräten zur Herstellung von photovoltaischen Modulen oder anderen zur Herstellung von mit Heissklebern oder thermoplasten Materialien verbundenen Platten eingesetzt. Bei derartigen Anwendungen ist eine gleichmässige Temperatur über die ganze Fläche der Heizplatte sehr wichtig, da bereits kleine Temperaturdifferenzen zu fehlerhaften Produkten führen können.
Ein erster Typ von bekannten Heizplatten weist eingebaute elektrische Heizstäbe auf, welche die Wärme durch Wärmeleitung an die Platte abgeben. Dabei ist die Verteilung der Temperatur entlang der Heizstäbe nicht kontrollierbar. Ferner müssen die Heizstäbe möglichst genau in entsprechende Öffnungen der Platte passen, damit ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Dies kann aber zu Spannungen infolge der Wärmedehnung führen. Wenn die Heizplatte und die Heizstäbe aus unterschiedlichen Materialien bestehen, kann zudem Kontaktkorrosion auftreten. Werden zur Verbesserung des Wärmeübergangs Wärmeleitpasten eingesetzt, können diese mit der Zeit vertrocknen, wodurch wiederum Temperaturdifferenzen über die Fläche der Heizplatte entstehen können.
Bei einem zweiten Typen von bekannten Heizplatten sind Hohlräume vorgesehen, die von einem Wärmeträgermedium, beispielsweise Öl, durchströmt werden, wobei das Wärmeträgermedium ausserhalb der Heizplatte erwärmt wird. Dabei kühlt sich natürlich das Wärmeträgermedium während des Durchflusses durch die Hohlräume ab, was allein schon zu unerwünschten Temperaturdifferenzen auf der Oberfläche der Heizplatte führt.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 10 952 U1 ist eine Heizplatte bekannt, bei der elektrische Heizelemente in Hohlräumen der Heizplatte angeordnet sind, wobei die Hohlräume ein zirkulierendes Wärmeträgermedium enthalten. Da bei dieser Heizplatte die Hohlräume durch Stützwände mit Durchbrechungen für das Wärmeträgermedium unterteilt sind, sind diese Hohlräume verhältnismässig gross und es wird entsprechend viel Wärmeträgermedium benötigt. Die Durchbrechungen verursachen unerwünschte Strömungsverluste, die zu einem hohen Druckabfall führen. Auf Grund der Durchbrechungen ist die Strömung in den Hohlräumen schlecht kontrollierbar, es können Bereiche entstehen, in denen das Wärmeträgermedium praktisch nicht strömt. Dies kann zu lokaler Abkühlung, oder aber im Bereich der Heizelemente zu lokaler Überhitzung des Wärmeträgermediums führen, wodurch wiederum unerwünschte Temperaturdifferenzen auf der Oberfläche der Heizplatte entstehen. Wenn als Wärmeträgermedium Öl verwendet wird, kann dieses bei Überhitzung an den Heizelementen "anbacken" und so die Wärmeübertragung behindern.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Heizplatte vorzuschlagen, durch welche die erwähnten, den Heizplatten nach dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile überwunden werden. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, eine Heizplatte vorzuschlagen, welche mit einem verhältnismässig kleinen Volumen von Wärmeträgermedium auskommt und bei der die Strömungsverhältnisse des Wärmeträgermediums günstiger sind, als bei Heizplatten nach dem Stand der Technik.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Hohlräume lang gestreckt und die Heizkörper stabförmig sind. Unter "lang gestreckt" soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass das Verhältnis zwischen lichter Weite und Länge der Hohlräume mindestens eins zu zehn beträgt.
Diese erfindungsgemässe Lösung erlaubt den Einsatz von relativ langen Heizstäben, die beispielsweise eine Länge von einem bis sechs Metern haben können, wobei das Durchmesserverhältnis zwischen Hohlraum und Heizstab so gewählt werden kann, dass man mit einem Minimum an Wärmeträgermedium auskommt. Dadurch werden insbesondere beim Aufheizen und Abkühlen kurze Reaktionszeiten des Gesamtsystems erreicht. Die Differenz zwischen Ein- und Austrittstemperatur ist der Natur der Erfindung gemäss sehr gering, da Wärmequelle und Wärmesenke am gleichen Ort sind, und durch ein ausreichend rasch strömendes Wärmeträgermedium die Temperatur entlang des Heizstabes ausgeglichen wird.
Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung haben die Hohlräume einen kreisrunden Querschnitt. Dies erlaubt deren Herstellung durch Bohren. Selbstverständlich können die Hohlräume auch durch eingesetzte Rohr-Elemente gebildet werden. Die Heizkörper können mit Abstandshaltern versehen sein, die eine direkte Berührung der Innenwände der Hohlräume durch die Heizkörper verhindern. Die Heizkörper können auch einen nicht runden Querschnitt haben und verdrillt sein, wodurch eine turbulente Strömung des Wärmeträgermediums begünstigt wird. Vorzugsweise sind die Hohlräume parallel zueinander angeordnet, weil sich dadurch eine gleichmässige Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Heizplatte besonders einfach erreichen lässt. Eine gleichmässige Temperaturverteilung kann auch dadurch begünstigt werden, dass die Hohlräume durch die Anschlussmittel in einer Serieschaltung oder in einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind. In gewissen Fällen, beispielsweise bei sehr grossen zu beheizenden Flächen, kann es vorteilhaft sein, wenn eine Serie- und Parallelschaltung der Hohlräume kombiniert wird. Dabei können die Hohlräume durch die Anschlussmittel so miteinander verbunden werden, dass in mindestens zwei Gruppen von Hohlräumen die Hohlräume miteinander in einer Serieschaltung verbunden sind und dass die Gruppen von Hohlräumen in einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
Zum Betrieb der erfindungsgemässen Heizplatte sind verschiedene Verfahren denkbar. So kann das Wärmeträgermedium in einem Kreislauf oder in einem offenen System durch die Hohlräume der Heizplatte zirkuliert werden. Nach einer besonderen Ausführungsart des Verfahrens wird das Wärmeträgermedium zur rascheren Aufheizung zusätzlich vor dem Eintritt in die Heizplatte erwärmt. Damit bereits in der Aufheizphase auf der Oberfläche der Heizplatte eine gleichmässige Temperatur erreicht wird, ist es vorteilhaft, wenn die Durchflussmenge und die Durchflussgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums so gesteuert wird, dass es während einer stetigen Aufheizphase wärmer aus der Platte herausströmt, als es in die Platte geflossen ist. Die erfindungsgemässe Heizplatte kann auch abgekühlt werden, indem eine kühle Wärmeträgerflüssigkeit durch die Hohlräume geleitet wird. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass das Wärmeträgermedium über einen externen Wärmetauscher gekühlt wird, oder dass ein anderes, kühles Wärmeträgermedium durch die Hohlräume geleitet wird.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
Figur 1
eine schematische, perspektivische, aufgeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Heizplatte,
Figur 2
einen schematischen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1 und
Figuren 3a bis 3c
drei Varianten der Strömungsführung durch die erfindungsgemässe Heizplatte.
Die Figur 1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht von vorne einen Schnitt durch eine Heizplatte 1, die aus einem Metall, beispielsweise einer Aluminiumlegierung bestehen kann. In der Heizplatte 1 sind lang gestreckte Hohlräume 2 angeordnet, die beispielsweise durch Bohren hergestellt sein können. In den Hohlräumen 2 sind Heizstäbe 3 koaxial angeordnet, derart, dass zwischen ihnen und den Innenwänden der Hohlräume ein Ringspalt 8 entsteht, der dazu bestimmt ist, von einem Wärmeträgermedium durchströmt zu werden. In einem realisierten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der Hohlräume 2 cm und deren Länge 3,6 Meter.
Figur 2 zeigt schematisch die Anordnung der Heizstäbe 3 in der Heizplatte 1 und die Führung des Wärmeträgermediums innerhalb und ausserhalb der Heizplatte 1. Der Eintritt und der Austritt für das Wärmeträgermedium sind mit 5 bezeichnet. Für die dichte Führung des Wärmeträgermediums sind bekannte Anschlussmittel vorgesehen, die auf mindestens einer Seite der Heizplatte den dichten Durchtritt eines Heizstabes 3 oder einer elektrischen Zuleitung für diesen gestatten. In den Figuren 3a und 3b ist schematisch gezeigt, wie solche Anschlussmittel 9 und 10 in der Draufsicht aussehen können. Das Wärmeträgermedium ist mit 7 bezeichnet und wird durch eine Pumpe 4 im Kreislauf gefördert. An Stelle der Pumpe ist auch ein anderes Druckerhöhungsmittel denkbar. Abstandhalter 6, die am Heizstab 3 verteilt über dessen Aussenumfang vorgesehen sind, sorgen dafür, dass der Heizstab die Innenwand des Hohlraumes 2 nicht direkt berührt. Anstatt der Abstandshalter oder zusätzlich zu diesen können die Heizstäbe 3 einen nicht runden Querschnitt aufweisen und verdrillt sein, um eine turbulente Strömung im Wärmeträgermedium und damit einen guten Wärmeübergang zu bewirken.
Die Figuren 3a, 3b und 3c zeigen verschiedene Arten, wie die einzelnen Hohlräume strömungsmässig miteinander verbunden werden können. Gemäss Figur 3a sind die parallel zueinander angeordneten Hohlräume 2 durch bogenförmige Anschlussteile 9 so miteinander verbunden, dass sie vom Wärmeträgermedium nacheinander, also in Serie durchströmt werden. Figur 3b zeigt eine Anordnung, bei der die parallel zueinander angeordneten Hohlräume 2 durch Anschlussteile 10 so zusammengefasst sind, dass sie vom Wärmeträgermedium parallel durchströmt werden. In Figur 3c ist eine Anordnung dargestellt, bei der Gruppen von Hohlräumen 2 in Serie geschaltet sind, wobei die Gruppen zueinander parallel geschaltet sind.

Claims (12)

  1. Heizplatte (1) mit Hohlräumen (2), in denen elektrisch beheizbare Heizkörper (3) und ein Wärmeträgermedium zur Übertragung der von den Heizkörpern an die Platte abgegebenen Wärme angeordnet sind, wobei die Hohlräume (2) mit Anschlussmitteln (9, 10) zwecks Durchströmung mit dem Wärmeträgermedium ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) lang gestreckt und die Heizkörper (3) stabförmig sind.
  2. Heizplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) einen kreisrunden Querschnitt haben.
  3. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkörper mit Abstandshaltern (6) versehen sind, die eine direkte Berührung der Innenwände der Hohlräume durch die Heizkörper (3) verhindern.
  4. Heizplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkörper (3) einen nicht runden Querschnitt haben und verdrillt sind.
  5. Heizplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) parallel zueinander angeordnet sind.
  6. Heizplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) durch die Anschlussmittel (9) in einer Serieschaltung miteinander verbunden sind.
  7. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) durch die Anschlussmittel (10) in einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
  8. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) durch die Anschlussmittel (9, 10) so miteinander verbunden sind, dass in mindestens zwei Gruppen von Hohlräumen die Hohlräume miteinander in einer Serieschaltung verbunden sind und dass die Gruppen von Hohlräumen in einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
  9. Verfahren zum Betrieb der Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in einem Kreislauf durch die Hohlräume der Heizplatte zirkuliert wird.
  10. Verfahren zum Betrieb der Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in einem offenen System durch die Hohlräume der Heizplatte geführt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium zur rascheren Aufheizung zusätzlich vor dem Eintritt in die Heizplatte erwärmt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge und die Durchflussgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums so gesteuert wird, dass es während einer stetigen Aufheizphase wärmer aus der Platte herausströmt, als es in die Platte geflossen ist.
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