EP1645827B1 - Plattenheizkörper mit indirekter Beheizung - Google Patents

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EP1645827B1
EP1645827B1 EP04023770A EP04023770A EP1645827B1 EP 1645827 B1 EP1645827 B1 EP 1645827B1 EP 04023770 A EP04023770 A EP 04023770A EP 04023770 A EP04023770 A EP 04023770A EP 1645827 B1 EP1645827 B1 EP 1645827B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
panel
pipe coil
flow
heating panel
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP04023770A
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English (en)
French (fr)
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EP1645827A1 (de
Inventor
Vladan Prof. Dr. Petrovic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Metall GmbH
Original Assignee
Phoenix Metall GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Metall GmbH filed Critical Phoenix Metall GmbH
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Priority to AT04023770T priority patent/ATE516473T1/de
Publication of EP1645827A1 publication Critical patent/EP1645827A1/de
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Publication of EP1645827B1 publication Critical patent/EP1645827B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0226—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with an intermediate heat-transfer medium, e.g. thermosiphon radiators

Definitions

  • the invention relates to a non-pressurized, filled with a filling liquid panel radiator, consisting of one or more heating plates and a built-in coil heating element through which flows heating water, according to the preamble of claim 1.
  • a heating device for heating systems with a flow and a return at least one radiator and at least one cavity has become known, wherein between the flow and the return line runs a heating line through which a heating fluid, preferably a liquid, flows through, wherein in the at least one cavity containing a heat conduction fluid, which may also be a liquid.
  • the heating line is designed as a tube and is provided in the form of at least one heating coil, preferably a plurality of heating coils; the heating cable can also be provided as profiling on the components of the radiator inside.
  • the radiator or its cavity is constructed by at least two in particular halves components that have the profiling or profiling that form the heating or heating cables at the latest by joining the components.
  • the heating line passes through the radiator or its cavity such that at least one convective movement of the heat conduction fluid is favored.
  • the heating line is provided such that at least two convection circulation of the heat conduction fluid, wherein in the lower region of the radiator or the cavity an elongated loop is present, wherein substantially in the middle of the radiator, a vertically extending loop from the lower region to upper Area of the radiator extends.
  • the radiator without internal pressure of the heat conduction fluid is operable. In this heater is characteristic that the coil over the entire length of the radiator extends, which means that always forms a "warm pad" at the top of the radiator, so that no circulation movement of the filling liquid in the heating plate is established.
  • the circulation movement of the filling liquid is absolutely necessary because of the efficient heat transfer.
  • the heat transfer coefficient depends on the heat transfer from the coil to the filling liquid, either around the pipe or along the pipe.
  • the object of the invention is based on the object to further develop a plate heater of the type mentioned and show how a heating element must be installed in a conventional hot plate that, taking into account the laws of physics, the plate radiator optimal flow dynamics and associated the maximum heat transfer coefficient can be achieved.
  • references D3, D4 and D5 are similar to the solution in D1; Apart from that, these solutions basically differ from the basic idea, which is the subject of the present invention.
  • the aim of the present invention is that one modifies the existing concept of the conventional panel heater production insignificant while producing a new type of panel radiators, made of thin sheet, 0.4- 0.8 mm, while the operating pressure of 70 bar can withstand.
  • the conversion of production to the new type of panel radiators does not cause any major losses in heating performance.
  • the conversion to the new production form makes it possible to save millions of tons of sheet steel worldwide.
  • the solution is given how to incorporate a heating coil in principle in the existing configuration of a conventional hotplate with the inclusion of the laws of fluid dynamics and heat transfer and thus achieves the highest heat output in the hotplate.
  • the heating plate In order to achieve a sufficient circulation movement of the filling liquid in the heating plate, the heating plate must be divided into the “warm” and the “cold” area.
  • the “warm” area is understood as meaning the proportion of area of the heating plate in which the heating element is installed, in this area forms an ascending flow;
  • the "cold” area is understood to mean the area of the heating plate in which no heating element is placed, in which area a sloping flow forms.
  • the rising and falling currents must be separated from each other, either by the existing impressions in the existing heating plate or by the specially designed internals - eg U-profiles, L-profiles or flat profiles.
  • the flow resistances in the circulating movement of the filling liquid must be kept to a minimum so that the flow rate of the filling liquid around the heating element becomes sufficiently large to maintain the heat transfer coefficient from the heating element to the filling liquid large enough.
  • the calculations show that the use of the indirect heating radiators only makes sense if the heat transfer coefficient from the heating element to the filling liquid is on the order of 600W / m 2 K. It follows that the surface portions of the heating plate with rising flow and the surface portions of the heating plate with sloping flow must be in a certain relationship to one another. Likewise, the heating surface of the heating element to the outer surface of the heating plate must be in a certain ratio.
  • the heating water flows through the vertical channels from top to bottom.
  • the temperature profiles across the length of the heating plate differ, and thus the heat transfer coefficient from the heating plate to the room air becomes smaller and smaller over the length of the plate, since the water value mxCp becomes smaller and smaller from channel to channel.
  • the heat transfer ratios over the entire length of the heating plate are kept sufficiently constant. This has the consequence that the stationary state is achieved very quickly in a hotplate according to the invention.
  • the flow rate of the filling liquid around the coil must reach a certain value.
  • the flow rate of the filling liquid is in turn dependent on the circulation movement of the filling liquid in the heating plate.
  • the circulation movement can only be caused if a certain flow dynamics in the heating plate is fulfilled.
  • the heating plate In order to ensure the favorable flow dynamics in the heating plate, the heating plate must be divided into the "warm area” and the “cold area”.
  • the term "warm area” is understood to mean the proportion of the area in which the heating coil is installed, and the "cold area” means the proportion of the heating plate area without a coil.
  • the tube of pipe ⁇ 10 x 0.5 mm made of steel, copper, VA, aluminum or other good heat conducting material is used.
  • This pipe can withstand a pressure of up to 70 bar, which makes it possible to use these radiators in high-rise buildings.
  • these radiators can be used where aggressive media in the heating system are present.
  • the coil should have a larger diameter - and on the other, the thickness of the usual hot plate, which is usually 16- 20 mm is limited.
  • the channel cross-section In order to maintain the circulation movement of the filling liquid in the heating plate, it is important that in the ascending channel, the channel cross-section is large enough so that the flow resistance can be kept low. It is also important that the cross-sectional conditions, ie channel cross-section to the pipe cross-section, must be in a certain ratio to each other in order to meet the above requirements. The calculations show that this ratio must be in the range (1.7 - 2.5): 1.
  • the shell in the usual Schuplatten pellet is made of sheet metal (1.2-1.25 mm).
  • the two trays (a heating plate) measuring 600 mm x 1000 mm weigh approx. 11.52 kg - 12 kg.
  • the shell can be made of sheet 0.5 mm and accordingly weighs a hot plate only 4.8 kg.
  • the new type of pressureless plate radiator which is filled with liquid and made in a similar manner as the usual panel radiators, is that this is made with a sheet thickness of 0.4 to 0.8 mm.
  • a coil of about 10 - 12 m in length is required, which is made of tube ⁇ 10 x 0.5mm.
  • the weight of the coil is 1.19 kg and thus the total weight of the heating plate is 5.99 kg - 6 kg.
  • the other possibility is to make the coil in "transverse arrangement", for example, to install the pipes in a horizontal arrangement, wherein the height of the coil is about half the height of the heating plate occupies.
  • At the two ends of the coil are each a "U-profile" attached to the gravity currents in the ascending and in the sloping area to separate from each other, so that a mixing of the partial flows does not occur.
  • the coil is mounted in only one half of the heating plate, with the "warm half” - half of the heating plate in which the coil is placed - from the “cold half” by means of a " U-profile "or an” L-profile "are separated so that the cold and the warm flow are not mixed together.
  • embossments are provided over the entire shell surface, which hold the two shells together by spot welding.
  • the coil is arranged so that the heating tube 17 is inserted in each second channel 18.
  • the channels 18 are ascending, since the circulating water is warmed up by the heating tube 17 and rises high.
  • a circulating movement of the water is caused in the hot plate, in the way that always alternately a channel 18 ascending and a channel 19 next to it is descending.
  • the coil is installed to a certain length of the heating plate, wherein in each channel 18, the heating tube 17 is inserted and the whole, covered with coil snake area is considered ascending and the tubeless area 19 is considered descending. This will cause a circulating movement of the heat transfer medium - Eg water mixed with cryoprotectant - caused by the height of the hot plate.
  • FIG. 3 the possibility is shown that the shells are not made with embossed channels, but with round, circular, imprints, FIG. 3A which allow the two shells to be fixed together by spot welding and the heating coil to be installed in a horizontal arrangement between the two shells.
  • the indentations 20 hold the spiral and position the spiral.
  • At the two ends of the coil U-profiles 21 are mounted, which prevent the rising and the falling stream 19 a mix and thereby the circulation movement of the water is impaired.
  • the slats can be attached by spot welding, which intensify the heat transfer to the outside.
  • the heating plate is partly covered over the height with the coil and partly over the length. In this way, the entire Schuplattensynthesis is divided on the heating and cooling surface.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the panel heater according to the invention with built-in tube coil shown in a horizontal design.
  • the coil is installed over the whole height and up to a certain length of the panel radiator.
  • the area ratio of the panel heater which is not covered with the coil serves as the descending portion 19a.
  • the coil In the gravitational flow within the heating plate, the coil is mounted up to a certain length of the heating plate, wherein in the channel 18a, the coil is inserted and the whole, covered with the heating coil area, as ascending 18a and the tube empty area 19a as descending. This causes the circulating movement of the filling liquid over the length and height of the heating plate.
  • the coil is attached to the two ends of the heating plate, ie in the middle of the heating plate is the sloping flow 19a and at the ends of the heating plate, the ascending Flow 18a.
  • the U-profiles 21 prevent the superimposition of the two flows.
  • Heating supply and return connections are mounted on different sides of the heating plate.
  • FIG. 6 For example, the design of a panel radiator 24 with two heating plates 25 and two fins 26 is shown.
  • the design of a complete radiator corresponds to the embodiment according to FIG. 6 ,
  • the heating plate 25 is factory-filled with the heat transfer fluid and sealed airtight after filling by means of the closure screw 27. Before closing the heating plate 25, the air is partially evacuated - by means of a device for generating vacuum - so that it does not come to pressure build-up in the expansion of the heat transfer medium in its heating in the heating plate 25.
  • the radiator 24 is supplied factory-filled for distribution. When filling the heating plate 25 with the heat transfer medium, a volume is provided which can compensate for the expansion of the heat transfer medium.
  • the content of the filling liquid is approx. 3 kg.
  • Chemically treated water is used as the filling liquid, with the addition of a coolant and an inhibitor against corrosion.
  • the so filled heating plates 25 remain filled during the life of the radiator with chemically treated water. This prevents corrosion in the heating plate.
  • the problem can be solved by making the coil of stainless material or of ordinary steel with a coating of the inner surface of the coil with an agent that is resistant to corrosion.

Landscapes

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Description

    Technisches Gebiet:
  • Die Erfindung betrifft einen drucklosen, mit einer Füllflüssigkeit befüllten Plattenheizkörper, bestehend aus einer oder mehreren Heizplatten und einem als Rohrschlange eingebauten Heizelement, durch welche Heizungswasser strömt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik:
  • Übliche Plattenheizkörper werden heute in der ganzen Welt auf ähnliche Weise aus 1,0-1,25 mm dickem Blech angefertigt und müssen einen Druck von 15 bar aushalten.
  • Durch die DE 196 53 440 A ist eine Heizvorrichtung für Heizanlagen mit einem Vorlauf und einem Rücklauf, mit wenigstens einem Heizkörper und mit mindestens einem Hohlraum bekannt geworden, wobei zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf eine Heizleitung verläuft, durch die ein Heizfluid, bevorzugt eine Flüssigkeit, hindurch fließt, wobei in dem mindestens einen Hohlraum ein Wärmeleitungsfluid, welches ebenfalls eine Flüssigkeit sein kann, enthalten ist. Die Heizleitung ist als Rohr ausgebildet und ist in der Form wenigstens einer Heizschlange, vorzugsweise mehrerer Heizschlangen vorgesehen; die Heizleitung kann auch als Profilierung an den Bestandteilen des Heizkörpers innen vorgesehen sein. Der Heizkörper bzw. dessen Hohlraum ist durch wenigstens zwei insbesondere hälftige Bestandteile aufgebaut, die die Profilierung bzw. Profilierungen aufweisen, die spätestens durch Zusammenfügen der Bestandteile die Heizleitung bzw. Heizleitungen bilden. Dabei durchzieht die Heizleitung den Heizkörper bzw. dessen Hohlraum derart, dass wenigstens eine Konvektionsbewegung des Wärmeleitungsfluids begünstigt wird. Ebenso ist die Heizleitung derart vorgesehen, dass sich wenigstens zwei Konvektionszirkulationen des Wärmeleitungsfluids ergeben, wobei im unteren Bereich des Heizkörpers bzw. dem Hohlraum eine längserstreckte Schlaufe vorhanden ist, wobei im wesentlichen in der Mitte des Heizkörpers eine sich vertikal erstreckende Schlaufe vom unteren Bereich zu oberen Bereich des Heizkörpers erstreckt ist. Ebenso ist der Heizkörper ohne Innendruck des Wärmeleitungsfluids betreibbar. Bei dieser Heizvorrichtung ist charakteristisch, dass sich die Rohrschlange über die ganze Länge des Heizkörpers erstreckt, was dazu führt, dass sich immer am oberen Rand des Heizkörpers ein "warmes Polster" ausbildet, so dass keine Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit in der Heizplatte zustande kommt. Es ist keine Möglichkeit vorgesehen, die Rohrschlange in die übliche Heizplatte einzubauen. Die Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit ist wegen der effizienten Wärmeübertragung unbedingt notwendig. Bekanntlich hängt der Wärmeübergangskoeffizient vom Wärmeübergang von der Rohrschlange an die Füllflüssigkeit, entweder um das Rohr oder entlang des Rohres, ab. Wenn sich die Füllflüssigkeit in den oberen Schichten auf die Temperatur abkühlt, die niedriger als die Temperatur in den unteren Schichten der Heizplatte liegt, dann beginnt die abfallende Bewegung der Füllflüssigkeit von oben nach unten hin und es kommt dabei zur Vermischung des aufsteigenden mit dem abfallenden Füllflüssigkeitsstrom. Dies führt zum Erliegen der Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit.
    • Technische Aufgabe:
  • Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenheizkörper der eingangs genannten Gattung dergestalt weiter zu entwickeln und aufzuzeigen, wie ein Heizelement in einer üblichen Heizplatte eingebaut werden muss, dass, unter Einbeziehung der physikalischen Gesetze, der Plattenheizkörper die optimale Strömungsdynamik und damit verbunden, die maximalen Wärmeübergangskoeffizienten zu erzielen imstande ist.
    • Offenbarung der Erfindung sowie deren Vorteile:
  • Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung enthalten die Unteransprüche.
  • Weiterer Stand der Technik ist in den Druckschriften DE 27 30 541 A (D1), EP 0 807 795 A2+A3 (D3+D4), sowie der WO 02/50479 A1 (D5), enthalten, diese Gegenstände werden der Lösung gemäß dieser Erfindung gegenübergestellt und dabei die Merkmale der Erfindung dargestellt.
  • In D1 ist das Prinzip des Heizkörpers mit darin eingebautem Wärmetauscher auf die Weise gegeben, dass ein hermetisch verschlossener hohler Heizkörper unter Unterdruck steht und mit einer Verdampfungsflüssigkeit befüllt ist. Im Bereich seines unteren Randes ist ein Leitungsrohr als Wärmetauscher eingebaut. Die Wärme aus dem Heizungskreislauf wird über das Leitungsrohr an die Füllflüssigkeit übertragen, die dabei verdampft. Diese Lösung ist im Grunde unterschiedlich von der Lösung der Erfindung, welche zum einen die Möglichkeit betrachtet, dass das Wärmeübertragungsmedium im hohlen Heizkörper die Füllflüssigkeit ist, die drucklos ist, und zum anderen wird die Idee gegeben, wie in den Heizplatten der üblichen Produktion eine Rohrschlange eingebaut werden kann und dabei die optimalen Wärmeübergangskoeffizienten und die optimale Strömungsdynamik erreicht werden können.
  • Die Lösungen der Druckschriften D3, D4 und D5 sind ähnlich der Lösung in der D1; davon abgesehen unterscheiden sich diese Lösungen grundsätzlich von der Grundidee, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, dass man am bestehenden Konzept der üblichen Plattenheizkörperproduktion Unwesentliches verändert und dabei aber eine neue Art von Plattenheizkörpern produziert, die aus dünnem Blech, 0,4- 0,8 mm, angefertigt werden und dabei den Betriebsdruck von 70 bar aushalten können. Durch die Umgestaltung der Produktion auf die neue Art der Plattenheizkörper werden keine großen Einbußen der Heizleistung verursacht. Die Umstellung auf die neue Produktionsform ermöglicht es, weltweit Millionen Tonnen an Stahlblech zu sparen.
  • Im Sinne dieser Erfindung ist somit die Lösung gegeben, wie man prinzipiell unter der Einbeziehung der Gesetze der Strömungsdynamik und der Wärmeübertragung eine Heizschlange in die bestehende Konfiguration einer üblichen Heizplatte einbaut und damit die höchste Wärmeleistung bei der Heizplatte erzielt.
  • Um eine ausreichende Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit in der Heizplatte zu erreichen, muss die Heizplatte auf den "warmen" und den "kalten" Bereich aufgeteilt werden. Unter dem "warmen" Bereich versteht sich der Flächenanteil der Heizplatte, in den das Heizelement eingebaut ist, in diesem Bereich bildet sich eine aufsteigende Strömung; unter dem "kalten" Bereich versteht sich der Flächenanteil der Heizplatte, in den kein Heizelement platziert ist, in diesem Bereich bildet sich eine abfallende Strömung. Die aufsteigende und die abfallende Strömung müssen voneinander, entweder durch die vorhandenen Einprägungen in der bestehenden Heizplatte oder durch die speziell dafür vorgesehenen Einbauten - z.B. U-Profile, L-Profile oder Flachprofile - getrennt werden. Zum anderen müssen die Strömungswiderstände bei der Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit auf dem Minimum gehalten werden, damit die Strömungsgeschwindigkeit der Füllflüssigkeit um das Heizelement herum ausreichend groß wird, damit der Wärmeübertragungskoeffizient vom Heizelement auf die Füllflüssigkeit groß genug erhalten bleibt. Die Berechnungen zeigen, dass die Verwendung der Heizkörper mit indirekter Beheizung nur dann einen Sinn hat, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient vom Heizelement an die Füllflüssigkeit in der Größenordnung um 600W/m2K liegt. Daraus geht hervor, dass die Flächenanteile der Heizplatte mit aufsteigender Strömung und die Flächenanteile der Heizplatte mit abfallender Strömung in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen müssen. Ebenso muss die Heizfläche des Heizelementes zur Außenfläche der Heizplatte in einem bestimmten Verhältnis stehen.
  • Um die Vorteile des neuen Konzeptes gegenüber den üblichen Heizkörpern zum Ausdruck zu bringen liegt es nahe, die Strömungsvorgänge bei einem üblichen Heizkörper näher zu erläutern.
  • Bei herkömmlichen Heizkörpern strömt das Heizungswasser durch die senkrechten Kanäle von oben nach unten. Je weiter die senkrechten Kanäle von der Eintrittsstelle (Heizungsvorlauf) entfernt sind, desto größer sind die Strömungswiderstände und dementsprechend strömt von Kanal zu Kanal eine immer kleinere Durchflussmenge des Heizungswassers. Dies führt dazu, dass sich die Temperaturprofile über die Längsrichtung der Heizplatte unterscheiden und damit der Wärmeübertragungskoeffizient von der Heizplatte an die Raumluft immer kleiner über die Plattenlänge wird, da der Wasserwert mxCp von Kanal zu Kanal immer kleiner wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden wegen der gleichmäßigen Zirkulationsströmung der Füllflüssigkeit über die Höhe und über die Länge der Heizplatte die Wärmeübergangsverhältnisse über die ganze Länge der Heizplatte ausreichend konstant gehalten. Dies hat zur Folge, dass der stationäre Zustand in einer Heizplatte gemäß der Erfindung sehr rasch erreicht wird.
  • Die Schlussfolgerung daraus ist, dass der Vorteil bei diesem Konzept auf eine andere Weise genutzt werden muss, auf Grund der Tatsache, dass die Wärmeübertragung von der Flüssigkeit (Heizungswasser in der Rohrschlange) auf die Flüssigkeit (Füllflüssigkeit in der Heizplatte) in der Größenordnung 50 bis 100 mal größer ist als von Flüssigkeit auf Luft. Die Berechnungen zeigen, dass, wenn der Wärmeübergangskoeffizient von der Heizschlange auf die Füllflüssigkeit in der Heizplatte in der Größenordnung um 600 W/m2K liegt, der Vorteil des vorgeschlagenen Konzeptes offensichtlich ist.
  • Um diese Größenordnung des Wärmeübergangskoeffizienten erreichen zu können, muss die Strömungsgeschwindigkeit der Füllflüssigkeit um die Rohrschlange einen bestimmten Wert erreichen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Füllflüssigkeit ist wiederum abhängig von der Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit in der Heizplatte. Die Zirkulationsbewegung kann nur dann hervorgerufen werden, wenn eine bestimmte Strömungsdynamik in der Heizplatte erfüllt ist. Um die günstige Strömungsdynamik in der Heizplatte zu sichern, muss die Heizplatte auf den "warmen Bereich" und auf den "kalten Bereich" aufgeteilt werden. Unter dem "warmen Bereich" versteht sich der Anteil der Fläche, in dem die Heizschlange eingebaut ist und unter dem "kalten Bereich" wird der Anteil der Heizplattenfläche ohne Rohrschlange verstanden.
  • Bei einer üblichen Heizplatte zeigt es sich als optimale Lösung, die Rohrschlange in jeder zweiten Einprägung der Heizplattenschale zu verlegen, so dass die Einprägungen, in denen die Rohrschlange eingebettet ist, die Kanäle darstellen, in denen sich eine aufsteigende Strömung bildet und in den "rohrleeren" Kanälen sich eine absteigende Strömung (kalte Säule) bildet. Dabei ist wichtig zu beachten, dass die warme und die kalte Säule voneinander getrennt werden müssen, damit es nicht zur Vermischung des warmen und des kalten Stromes kommt. Falls es zur Vermischung der beiden Ströme kommen würde, kommt die Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit zum Erliegen und die Wärmeübertragung von der Heizschlange auf die Füllflüssigkeit kommt zum Einbruch. In diesem Fall verliert das Konzept seinen Sinn.
  • Die Berechnungen zeigen, dass der "warme Bereich" und der "kalte Bereich" in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen müssen, um eine optimale Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit zu sichern. Laut Berechnungen soll dieses Verhältnis im Rahmen von 3-4,5: 1 liegen.
  • Hierzu kommt noch die Anforderung, dass die Heizleistung der Heizplatte so hoch wie möglich ist. Da diese beiden Bedingungen widersprüchlich sind, besteht in jedem Fall eine optimale Lösung, die die beiden Bedingungen erfüllt. Berechnungen zeigen, dass das Verhältnis der Heizfläche der Heizplatte zu der Heizfläche der Rohrschlange (3,5 - 5) : 1 betragen soll.
  • Im Sinne dieser Erfindung ist es, dass die Rohrschlange aus Rohr Ø 10 x 0,5 mm aus Stahl, Kupfer, VA, Aluminium oder aus einem anderen gut wärmeleitenden Material verwendet wird. Dieses Rohr kann einen Druck bis 70 bar aushalten, womit die Möglichkeit gegeben ist, diese Heizkörper in Hochhäusern einzusetzen. Besonders zu erwähnen ist, dass diese Heizkörper dort eingesetzt werden können, wo aggressive Medien in der Heizungsanlage präsent sind.
  • Man kann zwar die Rohrschlange mit anderen Durchmessern einsetzen, dabei sind aber wieder zwei widersprüchliche Forderungen gestellt, zum einen der Strömungswiderstand in der Rohrschlange - dementsprechend soll die Rohrschlange einen größeren Durchmesser haben - und zum anderen die Dicke der üblichen Heizplatte, die üblicherweise auf 16-20 mm begrenzt ist.
  • Um die Zirkulationsbewegung der Füllflüssigkeit in der Heizplatte aufrecht zu erhalten ist es wichtig, dass im aufsteigenden Kanal der Kanalquerschnitt groß genug ist, damit die Strömungswiderstände niedrig gehalten werden können. Dabei ist auch wichtig, dass die Querschnittverhältnisse, d.h. Kanalquerschnitt zum Rohrquerschnitt, in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen müssen, um oben genannte Forderungen erfüllen zu können. Die Berechnungen zeigen, dass dieses Verhältnis im Rahmen (1,7 - 2,5) : 1 liegen muss.
  • Es stellt sich gleich die Frage: Warum braucht man so etwas? Die Antwort dafür ergibt sich ganz deutlich. Die Schale bei der üblichen Heizplattenproduktion wird aus Blech (1,2-1,25 mm) angefertigt. Die zwei Schalen (eine Heizplatte) mit der Abmessung 600 mm x 1000 mm wiegen ca. 11,52 kg - 12 kg.
  • Nach dem Konzept der vorliegenden Erfindung, d.h. eine Heizplatte mit eingebauter Rohrschlange gemäß den vorgenannten Erläuterungen, kann die Schale aus Blech 0,5 mm angefertigt werden und dem entsprechend wiegt eine Heizplatte nur 4,8 kg. Die neue Art des drucklosen Platten heizkörpers, der mit Flüssigkeit befüllt ist und auf ähnliche Weise wie die üblichen Plattenheizkörper angefertigt ist, besteht darin, dass dieser mit einer Blechstärke von 0,4 bis 0,8 mm angefertigt ist.
  • Beispielsweise wird für eine Heizplatte - 1000mmx600mm - eine Rohrschlange von ca. 10 - 12 m Länge erforderlich, die aus Rohr Ø 10 x 0,5mm angefertigt wird. Das Gewicht der Rohrschlange beträgt 1,19 kg und somit beträgt das Gesamtgewicht der Heizplatte 5,99 kg - 6 kg.
  • Wenn man davon ausgeht, dass in einer üblichen Heizplatte mit der Wanddicke 0,5 mm, die Rohrschlange eingebaut wird, ist es leicht auszurechnen, dass man pro Heizkörper 12 kg an Stahlblech einspart. In Anbetracht der auf dem Weltmarkt ansteigenden Stahlpreise bietet sich die neue Lösung als ausgezeichnete Möglichkeit für eine wirtschaftliche Herstellung von Plattenheizkörpern.
  • Die andere Möglichkeit ist, die Rohrschlange in "Queranordnung" zu gestalten, z.B. die Rohre in horizontaler Anordnung einzubauen, wobei die Höhe der Rohrschlange cirka die halbe Höhe der Heizplatte einnimmt. An den beiden Enden der Rohrschlange sind jeweils ein "U-Profil" angebracht, um die Schwerkraftströmungen in dem aufsteigenden und in dem abfallenden Bereich voneinander zu trennen, damit nicht eine Vermischung der Teilströme auftritt.
  • Als eine "Untervariante" dieser Lösung besteht die Möglichkeit, dass die Rohrschlange nur in einer Hälfte der Heizplatte angebracht wird, wobei die "warme Hälfte" - die Hälfte der Heizplatte in der die Rohrschlange aufgelegt ist - von der "kalten Hälfte" mittels eines "U-Profils" oder eines "L-Profils" voneinander getrennt sind, damit die kalte und die warme Strömung nicht miteinander vermischt werden.
  • Um die Schale zu versteifen, sind über die ganze Schalenoberfläche Einprägungen vorgesehen, die durch das Punktschweißen die beiden Schalen zusammenhalten.
  • Kurzbezeichnung der Zeichnung, in der zeigen:
    • Fig. 1
    eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Plattenheizkörper mit einge- bauter Rohrschlange aus einem Rohr, das in versetzter Anordnung - in jedem zweiten Kanal ist das Rohr eingelegt - eingelegt ist,
    Fig.1A und 1B
    zur Verdeutlichung der Fig.1,
    Fig. 2
    eine Prinzipskizze mit eingebauter Rohrschlange bis zu einer bestimmten Länge der Heizplatte, jedoch sind die Rohre in jeden Kanal eingelegt,
    Fig. 3
    eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Plattenheizkörpers mit einge- bauter Rohrschlange in horizontaler Ausführung; die Rohrschlange ist bis zu einer bestimmten Länge und bis zur einen bestimmten Höhe des Plattenheizkörpers eingebaut; der Flächenanteil des Plattenheizkörpers, der nicht mit der Rohrschlange bedeckt ist, dient als absteigender Teil bei der Gravitationsströmung innerhalb der Heizplatte,
    Fig.3A und 3B
    zur Verdeutlichung der Fig.3,
    Fig.4
    eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Plattenheizkörpers mit einge- bauter Rohrschlange in horizontaler Ausführung; die Rohrschlange ist über die ganze Höhe und bis zu einer bestimmten Länge des Platten- heizkörpers eingebaut; der Teil der Fläche des Plattenheizkörpers der nicht mit der Rohrschlange bedeckt ist, dient als absteigender Teil bei der
    Fig.5
    Gravitationsströmung innerhalb der Heizplatte, die Möglichkeit, dass die Rohrschlange an den beiden Enden der Heiz- platte angebracht ist, d.h. in der Mitte der Heizplatte befindet sich die abfallende und an den Enden der Heizplatte die aufsteigende Strömung; mittels der U-Profile, die an den beiden Enden der Rohrschlange ange- bracht sind wird verhindert, dass es zur Überlagerung der aufsteigenden und absteigenden Strömung kommt,
    Fig.6
    die Gestaltung eines Plattenheizkörpers aus zwei Heizplatten und zwei Lamellen, wobei die Lamellen von der Innenseite der Heizplatten durch Punktschweißen befestigt sind, sowie mit Befüllungs- und Verschluss- Schrauben und mit Versteifungsblechen versehen ist und
    Fig. 6A , 6B, 6C und 6D
    zur Verdeutlichung der Fig. 6.
  • Gemäß Figur 1 ist die Rohrschlange so angeordnet, dass das Heizrohr 17 in jedem zweiten Kanal 18 eingelegt ist. Die Kanäle 18 sind aufsteigend, da das Umlaufwasser vom Heizrohr 17 aufgewärmt wird und hoch steigt. Durch die Abkühlung des Wassers in den absteigenden Kanälen 19 wird eine zirkulierende Bewegung des Wassers in der Heizplatte hervorgerufen, auf die Weise, dass immer wechselweise ein Kanal 18 aufsteigend und ein Kanal 19 daneben absteigend ist. Diese Lösung bietet eine hervorragende Möglichkeit bei der Heizkörperproduktion, die Heizkörper aus dünnem Blech zu produzieren und dabei braucht man an der Produktionslinie kaum etwas zu ändern. Es müssen nur die extra nach Maß angefertigten Rohrschlangen zwischen zwei Schalen eingelegt und die Heizplatte durch das Punkt- und Nahtschweißen verschlossen werden. Das Einsparpotential an Material bei einer solchen Ausführung ist enorm.
  • Gemäß Figur 2 ist die Rohrschlange bis zu einer bestimmten Länge der Heizplatte eingebaut, wobei in jedem Kanal 18 das Heizrohr 17 eingelegt ist und der ganze, mit Rohrschlange bedeckte Bereich als aufsteigend gilt und der rohrleere Bereich 19 gilt als absteigend. Dadurch wird eine zirkulierende Bewegung des Wärmeübertragungsmediums - z.B. Wasser vermischt mit Kälteschutzmittel - über die Höhe der Heizplatte hervorgerufen.
  • Gemäß Figur 3 ist die Möglichkeit dargestellt, dass die Schalen nicht mit eingeprägten Kanälen angefertigt werden, sondern mit runden, kreisförmigen, Einprägungen, Figur 3A, die es ermöglichen, dass die beiden Schalen miteinander durch Punktschweißen fest verbunden werden und die Heizspirale in horizontaler Anordnung zwischen den beiden Schalen eingebaut wird. Die Einprägungen 20 halten die Spirale fest und positionieren die Spirale. An den beiden Enden der Rohrschlange sind U-Profile 21 angebracht, die verhindern, dass sich der aufsteigende und der abfallende Strom 19a vermischen und dabei die Zirkulationsbewegung des Wassers beeinträchtigt wird. An den Oberflächen der Heizplatte können die Lamellen durch Punktschweißen angebracht werden, welche die Wärmeübertragung nach außen hin intensivieren. Bei dieser Variante ist die Heizplatte teils über die Höhe mit der Rohrschlange bedeckt und teils über die Länge. Auf diese Weise ist die gesamte Heizplattenfläche auf die Heiz- und Kühlfläche aufgeteilt.
  • Gemäß Figur 4 ist eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Plattenheizkörpers mit eingebauter Rohrschlange in horizontaler Ausführung dargestellt. Die Rohrschlange ist über die ganze Höhe und bis zu einer bestimmten Länge des Plattenheizkörpers eingebaut. Der Flächenanteil des Plattenheizkörpers, der nicht mit der Rohrschlange bedeckt ist, dient als absteigender Teil 19a.
  • Bei der Gravitationsströmung innerhalb der Heizplatte ist die Rohrschlange bis zu einer bestimmten Länge der Heizplatte angebracht, wobei im Kanal 18a die Rohrschlange eingelegt ist und der ganze, mit der Heizspirale bedeckte Bereich, als aufsteigend 18a gilt und der rohrleere Bereich 19a als absteigend. Dadurch wird die zirkulierende Bewegung der Füllflüssigkeit über die Länge und über die Höhe der Heizplatte hervorgerufen.
  • Gemäß Figur 5 ist die Möglichkeit dargestellt, dass die Rohrschlange an den beiden Enden der Heizplatte angebracht ist, d. h. in der Mitte der Heizplatte ist die abfallende Strömung 19a und an den Enden der Heizplatte die aufsteigende Strömung 18a. Die U-Profile 21 verhindern, dass es zur Überlagerung der beiden Strömungen kommt. Heizungsvor- und Rücklaufanschluss sind auf verschiedenen Seiten der Heizplatte angebracht.
  • Gemäß Figur 6 ist beispielsweise die Gestaltung eines Plattenheizkörpers 24 mit zwei Heizplatten 25 und zwei Lamellen 26 dargestellt. Die Gestaltung eines kompletten Heizkörpers entspricht der Ausführungsmöglichkeit gemäß Figur 6. Die Heizplatte 25 wird werkseitig mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit befüllt und nach der Befüllung mittels der Verschluss-Schraube 27 luftdicht verschlossen. Vor dem Verschließen der Heizplatte 25 wird teils die Luft evakuiert - mittels eines Gerätes zur Vakuumerzeugung - damit es nicht zum Druckaufbau bei der Ausdehnung des Wärmeübertragungsmediums bei seiner Erwärmung in der Heizplatte 25 kommt. Der Heizkörper 24 wird zum Vertrieb werkseitig befüllt geliefert. Bei der Befüllung der Heizplatte 25 mit dem Wärmeübertragungsmedium wird ein Volumen vorgesehen, das die Dehnung des Wärmeübertragmediums kompensieren kann. Für einen Heizkörper mit den Abmessungen 600 x 1000 mm beträgt der Inhalt der Füllflüssigkeit ca. 3 kg. Als Füllflüssigkeit wird chemisch aufbereitetes Wasser verwendet, mit Zugabe eines Frostmittels und eines Inhibitors gegen Korrosion. Die so befüllten Heizplatten 25 bleiben während der Lebensdauer des Heizkörpers mit chemisch aufbereitetem Wasser befüllt. Damit wird eine Korrosion in der Heizplatte ausgeschlossen. Für extreme Bedingungen in der Heizungsanlage, wie z.B. die Anwesenheit von Chloriden, lässt sich das Problem damit lösen, dass die Rohrschlange aus rostfreiem Material angefertigt wird oder aus üblichem Stahl mit einer Beschichtung der Innenfläche der Rohrschlange mit einem Mittel, welches gegen Korrosion beständig ist.
  • Geht man davon aus, dass ein üblicher Heizkörper mit den Abmessungen 600 x 1000 mm 39,87 kg wiegt - zwei Heizplatten und zwei Lamellen, z.B. von der Firma Vogel und Not - und der Heizkörper gemäß dieser Erfindung um 12 kg leichter ist, lässt sich schließen, dass der Heizkörper in der gleichen Größe gemäß dieser Erfindung der mit der Füllflüssigkeit befüllt ist, nur 27,87 kg schwer ist. Es ist offensichtlich, dass an Transportkosten zusätzlich gespart wird.

Claims (14)

  1. Druckloser, mit einer Füllflüssigkeit befüllter Plattenheizkörper, bestehend aus einer oder mehreren Heizplatten und einem als Rohrschlange (17) eingebauten Heizelement, durch welche Heizungswasser strömt, dadurch gekennzeichnet, dass entweder
    (a) durch Einprägungen der Heizplatten senkrechte Kanäle (18, 19) gebildet sind, und die Rohrschlange (17) in den Einprägungen in senkrechter Anordnung eingebaut ist, wobei innerhalb der Heizplatte eine Gravitationsströmung der Füllflüssigkeit dergestalt hervorgerufen wird, dass in den Kanälen (18), in welchen die Rohrschlange (17) eingebaut ist, eine aufsteigende, warme Strömung und in den Kanälen (19) ohne Rohrschlange eine abfallende, kalte Strömung im Inneren der Heizplatte entsteht, oder
    (b) die Heizplatten (24) als plane Platte mit Einbauten (21) gefertigt und die Rohrschlange (17) in horizontaler Anordnung zwischen den planen Platten dergestalt eingelegt ist, dass nur ein bestimmter Teil der Heizplatte bis zu einer bestimmten Länge des Plattenheizkörpers mit der Rohrschlange (17) bedeckt ist, wobei innerhalb der Heizplatte eine Gravitationsströmung der Füllflüssigkeit dergestalt hervorgerufen wird, dass in den Bereichen der Heizplatte, die mit der Rohrschlange (17) bedeckt sind, eine aufsteigende, warme (18a) und in den Bereichen der Heizplatte, die mit der Rohrschlange (17) nicht bedeckt sind, eine abfallende, kalte (19a) Strömung der Füllflüssigkeit hervorgerufen wird,
    so dass in beiden Alternativen immer nur ein Teil der Heizplatte mit der Rohrschlange (17) bedeckt ist, in welchem sich die aufsteigende und im nicht mit der Rohrschlange (17) bedeckten Teil der Heizplatte sich die absteigende Bewegung der Füllflüssigkeit ausbildet und aufsteigende und absteigende Strömung zur Verhinderung einer Vermischung entweder durch Einprägungen oder durch die Einbauten voneinander getrennt sind.
  2. Plattenheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flächenanteile der Heizplatte, die mit der Rohrschlange (17) bedeckt sind, zu den Flächenanteilen der Heizplatte, die nicht mit der Rohrschlange (17) bedeckt sind, in einem Verhältnis von 3-4,5 : 1 zueinander stehen.
  3. Plattenheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, gemäß der Alternative (b), dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung der Vermischung der aufsteigenden und der abfallenden Strömung (18a,19a) der Füllflüssigkeit die Trennung der Heizfläche, die mit der Rohrschlange bedeckt ist, von der Heizfläche ohne Rohrschlange mittels zwei U-Profilen oder L-Profilen (21) oder Flachprofilen erfolgt.
  4. Plattenheizkörper nach Anspruch 1, gemäß der Alternative (a), dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlange (17) entweder
    (a) in jeden zweiten Kanal (18) der Heizplatte eingelegt ist oder
    (b) in jeden der Kanäle (18), die in senkrechter Anordnung in der Heizplatte angeordnet sind, bis zur einer bestimmten Länge der Heizplatte eingelegt ist.
  5. Plattenheizkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die zwei U-Profile (21) oder L-Profile (21) oder Flachprofile, die die Strömung um die Rohrschlange (17) von der abfallenden Strömung (19a) trennen, sich über die ganze Höhe der Heizplatte hinweg erstrecken, wobei nur ein Spalt für die Umlenkung der aufsteigenden Strömung (18a) in die abfallende Strömung (19a) offen bleibt.
  6. Plattenheizkörper nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, gemäß der Alternative (a), dadurch gekennzeichnet,
    dass der Querschnitt des in der Heizplatte eingeprägten Kanals (18) zum Rohrquerschnitt der Rohrschlange (17) in einem Verhältnis von 1,7-2,5 : 1 zueinander stehen.
  7. Plattenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Erreichung der optimalen Heizleistung die Heizfläche der Heizplatte zur Heizfläche der Rohrschlange (17) in einem Verhältnis von 3,5-5 : 1 zueinander stehen.
  8. Plattenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Länge der Rohrschlange (17) bei einem Außendurchmesser von ø10 mm aus einem Stück von nicht mehr als 10 m besteht.
  9. Plattenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass für die maximale Länge eines Heizkörpers, Heizkörperlänge bis 3m, zwei oder mehrere Rohrschlangen (17) in einer Heizplatte parallel geschaltet sind.
  10. Plattenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Heizplatten zusammengesetzt sind, wobei mittels T-Stücke (27) die Rohrschlangen (17) miteinander verbunden sind.
  11. Plattenheizkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Rohrschlangen (17) in eine Schale (25) eingebettet und mit einer zweiten Schale (25) luftdicht verschlossen sind, wobei das Heizungswasser auf zwei Heizplatten gleichmäßig an die in den Schalen (25) eingebettete Rohrschlangen (17) verteilt, wobei an den Innenseiten der Heizplatten Lamellen (26) durch Punktschweißen befestigt sind.
  12. Plattenheizkörper nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte aus einem Blech mit der Dicke zwischen 0,4 bis 0,8 mm angefertigt ist.
  13. Plattenheizkörper nach einem der vorherigen Ansprüche 1, 3 oder 5, gemäß der Alternative (b), dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlange nur in einer Hälfte der Heizplatte angebracht ist, wobei die "warme Hälfte" der Heizplatte, nämlich diejenige Hälfte, in der die Rohrschlange aufgelegt ist, von der "kalten Hälfte" mittels eines "U-Profils" oder eines "L-Profils" voneinander getrennt sind.
  14. Plattenheizkörper nach einem der vorherigen Ansprüche 1, 3 oder 5, gemäß der Alternative (b), dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlange an den beiden Enden der Heizplatte angebracht ist, so dass in der Mitte der Heizplatte sich die abfallende Strömung (19a) und an den Enden der Heizplatte die aufsteigende Strömung (18a) befindet.
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