EP1574799A1

EP1574799A1 - Plattenheizkörper mit indirekter Beheizung

Info

Publication number: EP1574799A1
Application number: EP04005542A
Authority: EP
Inventors: Vladan Prof. Dr. Petrovic
Original assignee: Krohn Hagen Dipl Ing agr
Current assignee: JOCO D.O.O.; PHOENIX METALL GMBH
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: DE502004006995D1; ATE393905T1; EP1574799B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neue Art von Plattenheizkörper (1), der mit Flüßigkeit befüllt wird, wobei die Wärme vom Heizungskreislauf über ein Heizelement (2) indirekt an die Füllflüßigkeit im Plattenheizkörper (1) übertragen wird. Als Füllflüßigkeit wird das chemisch aufbereitete Wasser mit Zugabe von verschiedenen Inhibitoren eingesetzt, wodurch die Mischflüßigkeit chemisch gegen die Korrosion beständig ist. Der Betriebsdruck der Heizungsanlage wird nur auf das Heizelement (2) beschränkt und der Druck im übrigen Heizkörper (1) bleibt atmosphärisch. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Heizplatte (1) aus dünnem Blech (0,5mm) angefertigt werden kann, womit das Preisniveau des Plattenheizkörpers erheblich reduziert wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Art von Plattenheizkörper, der mit Flüssigkeit befüllt wird, wobei die Wärme vom Heizungskreislauf über ein Heizelement indirekt an die Füllflüssigkeit im Plattenheizkörper übertragen wird.

Als Füllflüssigkeit wird das chemisch aufbereitete Wasser mit der Zugabe von verschiedenen Inhibitoren eingesetzt, wodurch die Mischflüssigkeit chemisch gegen die Korrosion beständig ist.

Der Betriebsdruck der Heizungsanlage wird nur auf das Heizelement beschränkt und der Druck im übrigen Heizkörper bleibt atmosphärisch. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Heizplatte aus dünnem Blech (0.5 bis 0.6 mm) angfertigt werden kann, womit das Preisniveau des Plattenheizkörpers erheblich reduziert wird.

Das Heizelement ist ein sehr effizienter Wärmetauscher der auf zweierlei Weise angefertigt werden kann :

Zum einen wird ein Blechstück angefertigt, mit den Abmessungen 85mm breit, 1,5 - 2mm dick und einer Länge ,die um ca 100 mm kürzer ist, als der Heizkörper.

Auf dem Blechstück sind die Kanäle eingeprägt, deren Tiefe von der Wärmeleistung abhängig sind. Jeweils zwei Kanäle sind mittels der eingeprägten Bögen am Ende des Heizelementes miteinander verbunden. Die eingeprägten Bögen haben die gleiche Tiefe wie die Einprägungen längs des Heizelementes. Somit erreicht man, daß sich der Vorlaufstrom auf zwei Kanäle verteilt, die zwar unterschiedliche Längen haben, aber mit dem gleichen Abstand voneinander eingeprägt sind.

Der Rücklaufstrom im Heizelement setzt sich ebenfalls aus zwei Teilströmen zusammen. Durch die gleichmäßige Stromverteilung über die ganze Breite des Heizelementes ist gewährleistet, daß die Wärmeübertragung vom Heizelement an die umlaufende Flüßigkeit effizienter wird.

Das Heizelement setzt sich aus zwei vollkommen indentischen Schalen zusammen, die miteinander durch das Punktschweißen verbunden sind (das Punktschweißen erfolgt zwischen den Kanälen). Die beiden Schalen werden wasserdicht miteinander durch die Schweißnaht verbunden.

An einer der beiden Schalen sind zwei Öffnungen vorgesehen, an denen jeweils ein Rohrstück angeschweißt ist. Diese Rohrstücke werden beim Zusammenbau der Heizplatte mit der Schale der Heizplatte wasserdicht miteinander verschweißt.

Die Oberfläche des Heizelementes ist mit warzenförmigen Nadelrippen berippt. Die Nadelrippen können mittels eines Elektroschweissgerätes durch das punktförmige Schweißen an der Oberfläche des Heizelementes oder automatisch, mit einem speziell zu diesem Zweck angefertigten Werkzeug, angebracht werden. Durch das Berippen der Aussenoberfläche des Heizelementes werden sehr hohe äussere Wärmeübergangskoeffizienten erreicht (Größenordnung um 2000 W/m²K).

Durch die richtige Auslegung der Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal des Heizelementes (um 1m/s) können hohe innere Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK) im Heizelement erreicht werden. Die Beiden (der innere und der äussere WÜK) ergeben einen hohen Wärmedurchgangskoeffizienten des Heizelementes.

Die andere, herkömmliche Möglichkeit, das Heizelement zu gestalten, ist in der Weise gegeben, daß ein U-förmiges Rohr verwendet wird, dessen Oberfläche mit Rippen aus dünnem Blech (ca. 0,5 mm) berippt wird. Damit können auch sehr hohe Wärmedurchgangskoeffizienten erreicht werden. Diese Lösung ist in jedem Fall mit höheren Anfertigungskosten verbunden.

Das Merkmal dieser Erfindung ist, daß die Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement und der Füllflüssigkeit, verursacht durch die Schwerkraftbewegung der Füllfüssigkeit über die Höhe des Heizelementes, stattfindet. Die Wärmeübertragung zwischen der Füllflüssigkeit und der Aussenwand der Heizplatte findet ebenfalls durch die Schwerkraftbewegung der Füllflüssigkeit entlang der senkrechten Wand der Heizplatte statt. Um den Dichteunterschied der aufsteigenden und der abfallenden Strömung in der Heizplatte herzustellen, wird das Heizelement in den dafür vorgesehen Fußkanal der Heizplatte eingebaut.

Das weitere Merkmal dieser Erfindung liegt darin, daß die erforderliche Zirkulation der Füllflüßigkeit durch die Schwerkraftbewegung in der Heizplatte hervorgerufen wird. Die Schwerkraftbewegung wird durch den Dichteunterschied der Füllflüßigkeit in der aufsteigenden und der abfallenden Säule hervorgerufen. Die aufsteigende und die abfallende Säule stellen die eingeprägten Kanäle in der Heizplatte dar.

Das Merkmal dieser Erfindung ist auch, daß das Heizelement nur unter den aufsteigenden Säulen angebracht wird, d.h es wird nur die Zone der aufsteigenden Bewegung geheizt. Die Zone unter den abfallenden Säulen wird nicht geheizt. Damit ergibt sich die Forderung, daß die Gesamtlänge des Heizelementes kürzer als die Heizplatte ist. Dieser Längenunterschied beträgt ca 100mm. Daraus läßt sich schließen, daß die "abfallende Zone" in der Heizplatte sehr kurz ist und zwar, so kurz wie es erforderlich ist um die Schwerkraftbewegung erzeugen zu können.

Die Anfertigung einer Heizplatte erfolgt auf die Weise, daß zuerst die Schalen auf klassische Art angefertigt werden, jedoch mit dem Unterschied, daß am Fuß der Schale ein Kanal vorgesehen ist, in dem das Heizelement eingebaut wird. Zwei Schalen werden zuerst durch das Punktschweißen miteinander befestigt und anschliessend werden dann die Ränder der Heizplatte durch das Nahtschweißen wasserdicht verschlossen. In den Schalen werden während der Anfertigung die Austrittsöffnungen vorgesehen, durch welche die Vor-und Rücklaufrohre hindurchgeführt und mit der Schale wasserdicht verschweißt werden. Je nach dem, welche Wärmeleistung eines Heizkörpers benötigt wird, kann ein Plattenheizkörper aus einer, zwei oder drei Heizplatten zusammengesetzt werden.

In jeder Heizplatte sind vier Öffnungen  15 mm vorgesehen, und zwar am unteren Rand eine Entleerungsöffnung und am oberen Rand eine Befüllungs-und Belüftungsöffnung.
Die Berechnung zeigt, daß die gesamte Wärmeabgabe der Vorderseite und Rückseite (Frontseite zum Raum und Rückseite zur Wand ) sich zusammensetzt aus:

Wärmeabgabe durch die Strahlung ca 60%
Wärmeabgabe durch die Konvektion ca 40%

Aus dieser Tatsache folgt, daß wenn zwei Heizplatten bei einem Heizkörper gegeneinander gestellt werden, der Strahlungsanteil verloren geht, da sich die Heizplatten gegenseitig bestrahlen und gleichzeitig die Strahlen absorbieren. Aus diesem Grund wird es erforderlich sein, an der Innenseite der Heizplatten, die gegeneinander aufgestellt werden, die konvektiven Flächen vorzusehen, um den Verlust des Strahlungsanteils auszugleichen. Das ist bei der Plattenheizkörperproduktion üblich und diese konvektiven Flächen werden üblicherweise aus Blech mit einer Stärke von 0,5mm, in Trapezform,_angefertigt

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Aussenschalen der Heizplatte aus 0,6mm starkem Blech vorgesehen, da der Druck im Heizelement identisch mit dem Druck der Heizungsanlage ist.

Üblicherweise werden die konvektiven Flächen aus 0,5 mm starkem Blech angefertigt. Die Heizplatten der üblichen Plattenheizkörper werden aus 1,25 mm starkem Blech angefertigt.

Auf Grund der durchgeführten Analyse liegt es nah, den Kostenvergleich des Stahlblechverbrauches für die Plattenheizkörper gemäß dieser Erfindung und der üblichen Plattenheizkörper wie folgt anzustellen :

Nehmen wir z.B. einen Plattenheizkörper aus der üblichen Produktion (z.B. Hersteller Firma "Buderus") mit folgenden Charakteristiken:

Typ PKPK........................... (zwei Heizplatten+zwei konvektive Flächen)

Baulänge 960 mm

Bauhöhe 600 mm

Gesamte Heizfläche 4,169 m² (laut Prospektunterlagen)

Gesamtgewicht 33,96 kg

Wärmeleistung 1833 Watt (bei Raumtemperaturen 24°C)

Gegenüber dieser Plattenheizkörper hat der Plattenheizkörper gemäß dieser Erfindung folgende Charakteristiken:

Baulänge 960 mm

Bauhöhe 600 mm

Gesamtheizfläche:

Wärmeleistung: 1833 Watt (bei Raumtemperatur 22°C)
Gesamtgewicht: 22,84 kg

Das Gesamtgewicht setzt sich, wie folgt zusammen:

2,304 m² (2 Heizplatten), 0,6 mm dick 10,78 kg
2 Stück konvektive Flächen 0,5 mm dick 6,98 kg
2 Heizelemente 3,00 kg
Abdeckprofile, Haltelaschen, Anschlüße 2,08 kg
Insgesamt: 22,84 kg

Daraus läßt sich schließen, daß mit Plattenheizkörpern gemäß dieser Erfindung wesentliche Erspamisse an Stahlblech erreicht werden können.

Geht man von einer jährlichen Plattenheizkörperproduktion von 500 000 Stück aus, läßt es sich leicht ausrechnen, daß man nur am Materialaufwand an Stahlblech 5560 Tonnen spart.

Das Merkmal dieser Erfindung ist auch, daß die Heizplatten mit chemisch aufbereitetem Wasser befüllt werden, womit die Korrosionsanfälligkeit wesentlich reduziert wird. Man kann die Heizplatten auch mit anderen Wärmeträgerflüßigkeiten befüllen, welche die Korrosion vollkommen ausschließen, dabei stellt sich jedoch die Kostenfrage.

Es besteht die Möglichkeit die Heizplatten aus Alu-Blech, sowie aus VA - Blech anzufertigen, da sie drucklos sind.

Besonders ist zu erwähnen, daß diese Lösung die Möglichkeit bietet, die Plattenheizkörper als Motivheizkörper zu gestalten, in der Weise, daß die Frontseite aus Blech (0,8 mm dick) angefertigt wird, wobei auf der Vorderseite verschiedene Motive angebracht werden können.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielweise veranschaulicht. Dabei zeigen :

Fig.1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemässen Plattenheizkörper mit der Seitenansicht

Fig. 1A zur Verdeutlichung der Fig. 1

Fig. 1B zur Verdeutlichung der Fig. 1

Fig. 1C zur Verdeutlichung der Fig. 1

Fig.2 eine Prinzipskizze des Heizelementes mit eingeprägten Kanälen, die Anordnung der Nadelrippen, sowie den Vor-und Rücklaufanschluß.

Fig. 2A zur Verdeutlichung der Fig. 2

Fig. 2B zur Verdeutlichung der Fig. 2

Fig. 2C zur Verdeutlichung der Fig. 2

Fig.3 die Verbindung der Wärmeheizplatten mit Füll-und Entleerungsventil

Fig. 3A zur Verdeutlichung der Fig. 3

Fig. 3B zur Verdeutlichung der Fig. 3

Fig. 3C zur Verdeutlichung der Fig. 3

Fig. 3D zur Verdeutlichung der Fig. 3

Fig. 3E zur Verdeutlichung der Fig. 3

Gemäß Fig. 1 ist der Plattenheizkörper auf die Weise konzipiert, daß am Fuße der beiden Schalen 1 ein horizontaler viereckiger Kanal vorgesehen ist, in dem ein effizientes Heizelement 2 eingebaut wird, das indirekt die Wärme vom Heizungskreislauf auf die Füllflüssigkeit in der Heizplatte überträgt. Die senkrecht eingeprägten Kanäle 3 in der Heizplatte sind aufsteigend, und die Kanäle 4 absteigend. Die Füllflüssigkeit in der Heizplatte zirkuliert durch die Schwerkraft, die sich durch den Dichteunterschied im aufsteigenden und abfallenden Kanal im stationären Betrieb einstellt.
In den Fig. 1A, Fig 1B und Fig 1C ist deutlich die Positionierung des Heizelementes 2 angegeben. Aus der Fig. 1C ist die Positionierung des Vor -und Rücklaufanschlußes 5 und 6 ersichtlich.
In Fig. 2 ist das Heizelement 2 dargestelt, wobei man erkennt, daß das Heizelement aus zwei Blechplatten auf die Weise angefertigt wird, daß der Länge nach in der Blechplatte vier Kanäle 7 eingeprägt sind und daß zwei Platten durch Nahtschweißen miteinander wasserdicht verschloßen sind. Die Einprägungen der beiden Platten formen einen Kanal mit kreisförmigem Querschnitt, durch den das Heizungswasser aus der Heizungsanlage strömt. Jeweils zwei Kanäle sind mittels der eingeprägten Bögen 8 miteinander verbunden. Die zwei Kanäle am Fuß des Heizelementes sind mittels eines Rohrstückes 5 an den Heizungsvorlauf und die anderen zwei Kanäle mittels des Rohrstückes 6 an den Heizungsrücklauf angeschlossen.
In Fig. 2B und Fig. 2C ist die Draufsicht und Seitenansicht des Heizelementes vergrößert dargestellt.
Die Oberfläche des Heizelementes ist mit Nadelrippen 16 versehen, die dazu dienen, die Wärmeübergangskoeffizienten an der Seite der Schwerkraftströmung zu erhöhen.

In Fig. 3 ist die Verbindung der einzelnen Heizplatten 1 als fertiger Heizkörper dargestellt. Die Verbindung der Heizplatten erfolgt mittels der Rohrsegmente 5, 6, 9, 10 und 11. Die Rohrsegmente 5 und 6 sind mittels eines T-stückes 13 miteinander wasserdicht verschweißt. Die T-Stücke 13 sind mit Gewindeanschluß versehen und dienen als Heizungsvor- und Rücklaufanschluß. Die Rohrsegmente 9, 10 und 11 sind auch mittels eines T-Stückes 12 miteinander verschweißt. Die T-Stücke 12 sind mit Verschlußschrauben vorgesehen, die der Befüllung, Entlüftung und Entleerung des Heizkörpers dienen.
Um die Heizplatte herum, wegen der verbliebenen Prägungen und um das Nahtschweißen zu verdecken, ist ein Rahmen, Fig. 3D -14, aus L-Profil mit der Abmessung 17x20x 0,8 mm vorgesehen, der an der Frontseite der Heizplatte angebracht ist, so daß keine Aufsteckgitter oder seitliche Aufsteckdeckel mehr, wie bei üblichen Heizkörpern erforderlich sind. Der Zwischenabstand der Heizplatten beträgt 56 mm, was vollkommen für eine gute konvektive Luftströmung ausreicht. An der Hinterseite ist eine konvektive Fläche 15 angebracht, die aus Blech 0,5 mm stark, angefertigt wird. Die Aufgabe der konvektiven Fläche ist, den Strahlungsveriust zu begleichen.

Claims

Der Plattenheizkörper besteht aus einer oder mehreren Heizplatten, die mit chemisch aufbereitetem Wasser oder einer anderen Wärmeträgerflüßigkeit befüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Heizplatten ein effizientes Heizelement eingebaut ist, das der Wärmeübertragung vom Heizwasser an die Füllflüßigkeit in der Heizplatte dient.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Heizelement aus zwei Platten zusammensetzt, in denen die rundförmigen Kanäle eingeprägt sind. Die Platten werden miteinander durch Punktschweißen verbunden und der Außenrand ringsherum wird durch das Nahtschweißen wasserdicht verschloßen. Die eingeprägten Kanäle liegen aufeinander und bilden dabei einen kreisförmigen Querschnitt, durch den das Heizungswasser strömt und ihre Wärme der Füllflüßigkeit übergibt.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeprägten Kanäle in der Heizplatte so angeordnet sind, daß sich das Wasser aus dem Heizungsvorlauf auf zwei oder mehrere Teilströme verteilt, auf die Weise, daß sich die Strömungswiderstände und die Wärmeübertragung optimal einstellen. Am Ende des Heizelementes werden die eingeprägten Kanäle miteinander durch die eingeprägten Bögen, in gleicher Tiefe, verbunden.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Heizelementes mit den Nadelrippen oder einer anderen Art des Berippens versehen ist.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeprägten Kanäle mit zwei Rohrstücken an den Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf mittels eines T-Stückes angeschloßen sind.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelement ein mit Lamellen beripptes U-formiges Rohrstück verwendet werden kann.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Fuß der Heizplatte ein Kanal mit quadratischem Querschnitt vorgesehen ist, in dem das Heizelement eingebaut wird.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten Säulen des Plattenheizkörpers teils als aufsteigende und teils als abfallende Kanäle verwendet werden.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatten mit den T-Stücken miteinander verbunden sind und daß die Verbindungsstücke zum Füllen, Entlüften und Entleeren dienen.
Der Plattenheizkörper nach Anspruch 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatten aus Stahlblech oder einem anderen Material, das 0.5 - 0.6 oder 0.8 mm dick ist, angefertigt sind und den Betriebsdruck der Heizungsanlage von 20 bar und mehr aushalten können. Heizkörper dieser Art können mit Wasserdampf beheizt werden und als Hochdruckheizkörper oder Motivheitzkörper verwendet werden, wo die Frontseite einer Heizplatte aus glattem Blech, 0,8 bis 1mm dick, angefertigt wird, auf der verschiedene Motive gedruckt werden können.