NO20120950A1 - Stråleflateovn. - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse er et varmepanel som avgir sin varme som strålevarme basert på et varmeelement med en fremside som har en høy varmeutstrållng og en bakside som har liten varmeutstrållng, og hvor begge sider av elementet har samme temperatur og hvor elementet er beskyttet mot berøring ved et epoksybelagt gitter på frontslden og et nikkelbelagt gitter på baksiden, og at gitrene er formet og festet sammen på en slik måte at de danner en langsgående spalte hvor elementet kan utvide seg ved varmeutvldelse. Gitrene er også formet slik at de også beskytter mot berøring av elementets sider. En annen fordel med det nye stråleflateelement, er at den delen av panelet som skal varmes opp, har liten masse og derved også en kort oppvarmlngstld. Stråleflate elementet har helt nye utførelser og dimensjoner, og trenger ikke varmelsolasjon fora hindre varmestråling fra baksiden, og har 92 % av varmestrålingen i stråleretnlngen. Dette gir muligheter for helt nye utforminger og design av stråleflateovner i et marked som til nå har vært dekket av luft oppvarming eller høytempertur varmeelementer med reflektor bak. Panelene er beregnet for plassoppvarming og er ment å dekke det varmetllskudd som er nødvendig for å oppnå ønsket varmekomfort på de steder hvor det generelle varmeanlegg Ikke gir tilstrekkelig vanme, på samme måte som plassbelysning gir det tilskudd av lys som er nødvendig der det er behov for ekstra lys.

Description

Stråleflateovn.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Denne oppfinnelsen vedrører anordning og fremstilling av en stråleflateovn med ca. 90% varmestråling fra frontsiden og ca. 10% fra baksiden, beregnet for bruk i nærområdet som plassvarmeovn.

Ved økonomisk komfortoppvarming, er det viktig å kunne varme det en ønsker, og å unngå å varme andre steder. Den beste måtener er å bruke retningsbestemt strålevarme direkte mot det (den) som skal varmes opp.

Ved oppvarming er det viktig å kunne unngå varmetap til omgivelsene. Det er spesielt ønskelig å kunne oppnå retningsbestemt varmeoverføring. Dette gjøres ved anvendelse av stråleflateelemet er basert på varmeoverføring ved stråling. Ved å lage en stråleflate hvor stråleflateelement er i direkte kontakt med stråleflaten eller er en vesentlig del av elementet. På de side hvor det ønskes høy varmeståling anvendes materiale med en overflate med høy emisjonskoeffisient. På overflate hvor det ønskes liten varmeståling anvendes materiale med liten emisjonskoeffisient. Følgelig kan varmestrålingen styres til den side av stråleflateelementet en ønsker.

Dette kan best oppnås ved anvendelse av en ovn med en stråleflate i direkte kontakt med varmeelementet, eller som er en vesentlig del av varmeelementet og at frontsiden har en materialeoverflate med høy emisjonskoeffisient som avgir mye varmestråling, og at baksiden har en materialoverflate med liten emisjonskoeffisient som avgir liten varmestråling. Målinger viser at en ved bruk av dette prinsipp kan lage stråleflater hvor varmestrålingen fra side med høy emisjonskoeffisient. er 92 %, og fra side med lav emisjonskoeffisient. 8 %.

Varmestråler er som lysstråler og reduseres med kvadratet av avstanden mellom stråleflaten og bestrålt flate. Det er derfor en fordel at ovnen kan være så nær den som skal oppvarmes som praktisk mulig, for derved å redusere varmestråling utenfor der varmen ønskes. En ovn som skal brukes i nærheten av brukeren må ha en berøringstemperatur som ikke er høyere enn brukeren kan akseptere, (eller maks. hva CE. normen tillater). Ovnens fysiske størrelse må også være begrenset til det som er praktisk for den bruk ovnen skal ha.

Overnevnte forhold tilfredsstilles ved bruk av en ovn med en stråleflatetemperatur på ca 150° C, som oppnås ved en spesifikk elementeffekt på ca. 2500 watt/m<2>. Denne temperatur krever at stråleflaten er beskyttet mot berøring av et beskyttelsesgitter på både frontsiden og baksiden. Forsøk viser at et epoksybelagt stålgitter med 10x10mm hull, 2mm stamme mellom hullene, i en tykkelse på 1,5mm og i en avstand fra stråleflaten på 10mm, tilfredstiller kravet til maks. berøringstemperatur som ikke er høyere enn at en kan legge handen på uten å skade seg, noe som er vesentlig lavere enn CE. normen.

Utprøving av gifterene viser at ved bruk av epoksybelagt gitter på både front og bakside reduseres varmestrålefordelingen fra 90% fremover og 10% bakover til 75% fremover og 25% bakover. Årsaken er at gitteret bak blir varmet opp og at epoksybelegget som har en høy emisjonskoeffisient, tar ledningsvarme fra baksiden av elementet og fra frontgitteret, som sendes ut varmestråler bakover. Det er derfor også viktig at det er minst mulig metallisk kontakt mellom gitteret som dekker fronten og gitteret som dekker baksiden av elementet.

Målinger med et nikkelbelagt gitter som beskytter baksiden (nikkel har emisjonskoeffisient 0,03), viser at en da oppnår en stråling fremover på 90% og bakover på 10%.

Vedrørende selve stråleflateelementet så er det viktig at alle deler av elementet, enten har samme varmeutvidelse eller fritt kan utvide seg i ett plan, men er styrt eller låst i tverrplanet, slik at elementet ikke deformeres ved oppvarming. Det er også meget viktig at elementet er innfestet i ovnen på en slik måte at varmeutvidelsen ikke hindres eller forårsaker lyd og på en slik måte at minst mulig av elementvarmen kan forplante seg til de utvendige gitteme.

Varmeelementet må ha en isolasjon som tåler fuktighet eller være elektrisk isolert fra de utvendige gitterne.Ved bruk av folieelement basert på en elektrisk ledende elementflate som kan være opp til 50% av elementflaten, som derved kan ha store lekkstrømmer, og som samtidig har.en al.folie klebet til baksiden, som både skal virke som et varmefordelende skikt og hindre varmestråling bakover, må folien ikke være i kontakt med utvendige gittere. Stråleflaten kan være i et isolerende materiale eller dersom stråleflaten er metrallisk, så må den ikke ha kontakt med utvendige gittere.

Andre krav til en ovn for bruk i nærområdet er foruten de temperaturmessige, at den er mekanisk solid, at den kan monteres og brukes på alle måter som gir ønsket varmekomfort, at det er lett å regulere effekten, og ikke minst at den er enkel å produsere og at den kan lages i egnet størrelser og effekter.

Kjent teknikk.

Kjente løsninger basert på bruk av patent NO308146 B1 er stråleflateovner med høy spesifikk effekt og høy temperaturer og hvor en bruker rørelementer med hygroskopisk isolasjon som gjør at de må isoleres fra jord pga. mulig jordfeil. Disse ovner har en elementkonstruksjon som er minimum 20mm tykk og en berøringstemperatur utenpå beskyttelsesgitter på opp til 130C°. Dette er ovner baser på overføring av store effekter og er ikke så egnet for overføring av mindre effekter.

Målinger gjort av en stråleflateovn av type DV15 fra Norsk Kirkeoppvarming AS, viser at temperaturen på motstrålt flate ved 1500 watt, i en avstand på lOOOmm, er den samme ved 1000 watt, dersom avstanden reduseres til 800mm. Dette viser at varmestrålingen fra en flate avtar med kvadratet av avstanden, eller på samme måte som for lys.

Dette førte til flere beregninger og forsøk som bekreftet at ved å redusere avstanden mellom den varmeavgivende flate og den flaten som skal varmes opp, kan en redusere den spesifikke effekt og temperatur på stråleflaten så mye, at berøringstemperaturen på utvendig beskyttelsesgitter, er så lav at ovnen kan stå meget nært den som skal oppvarmes, samtidig som effektbehovet er blir sterkt redusert. Dette har igjen ført til utvikling av en serie nye ovner for bruk i nærområdet, noe som igjen har ført til utvikling av nye elementer beregnet for disse ovner.

Oppfinneren har i mange år arbeidet med flatevarmeelementer basert på bruk av varmekabel laminert mellom to al folier, for bruk i forskjellige produkter som benkvarmere for kirker, varmevegger for oppvarming av organistens arbeidsplass i uoppvarmede kirker, samt varmekassetter for takmontering. Alle disse produktene er basert på bruk av at elementet er liggende inne i ovnen i kontakt med den utvendige stråleflaten, og med varmeisolering av steinull e.l. mellom elementet og baksiden av ovnen.

Problemet med disse elementene, er at de da blir 30-50mm tykke og skal de ha nødvendig effekt, vil de bli så store at de er lite egnet for bruk i en ovn beregnet for nærområdet.

Beregninger og forsøk viser at ved å øke den spesifike effekt på stråleflaten til 2500 watt/m<2>,kan en lage stråleflateovner med en hensiktsmessig størrelse. Temperaturen på stråleflaten vil da være ca. 150°C og det er nødvendig med et beskyttelsesgitter som hindrer at de varme partiene kan berøres. Forsøk viser at et gitter i en avstand på 10mm ut fra stråleflaten, oppnår en maks. temperatur på ca 60°C og er innenfor EU normen.

Utvikling og testing av stråleflateovner med høy effekt i henhold til Pa.NO. 308 146 B1 og Pa. NO. 9781198 viser at det er meget viktig at alle flater utvider seg likt ved oppvarming og at flater med ulik utvidelse, kan bevege seg fritt i utvidelsesrettningen, men at flatene må være styrt i tverrettningen for å ungå deformasjoner.

Som plassvarmeovn.

Moderne oppvarming er i dag for det meste basert på å holde luften i et rom innenfor en ønsket temperatur og er basert på at alle deler av rommet har samme temperatur. Dette forutsetter at varmetapet fra rommet er den samme over hele rommet, samt lik luftsirkulasjon i alle områder av rommet. Ved bruk av takbasert strålevarmeanlegg vil en kunne dekke hele rommet med tilnærmet samme varmestråling og tilsynelatende oppnå samme varme, men ikke under arbeidsbord. Moderne oppvarming er mere basert på romoppvarming enn komfortoppvarming av det enkelte menneske.

I praksis viser det seg at varmetapet i de forskjellige områder i et rom ikke er den samme, med den følge at det er noen steder som trenger lokaloppvarming og andre steder ikke. Moderne kontorer har også ofte store vindusflater som avhengig av solinnstråling kan ha sterkt varierende varmebehov. Det kan være under arbeidsbord, hjørner mellom to vinduer spesielle trekkfulle områder, steder hvor det er spesielt gulvkaldt, oppvarming av lokale områder i rom hvor bare en del av rommet benyttes. Oppvarming basert på jevn lufttemperatur, forutsetter også at alle mennesker har det samme krav til lufttemperatur, noe som ikke er tilfelle.Denne variasjon i varmebehov kan enten løses ved at lufttemperaturen settes så høy at den dekker alles behov, og at en som vil ha en lavere temperatur, kan ha en annen bekledning eller en kan lufte ut varmen en ikke trenger.

Alternativt kan en senke lufttemperatur og bruke lokale varmekilder (plassvarme) der hvor det er behov for ekstra varme. Denne plassvarmen må da i første rekke dekke det lokale varmebehov styrt av den enkelte bruke og krever ofte meget små energimengder, ofte ikke mer enn 2-300 watt. Denne plassvarmen kan sammenliknes med behovet for plassbelysning for de som trenger mer lys enn den generelle belysning.

Den varmeenergi som plassvarmeovnene bruker vil gå over i den generelle oppvarming av lokalet, og ikke komme som et tillegg. Bruk av plassvarme vil dessuten gjøre det mulig å senke den gjennomsnittlige romtemperaturen med flere grader C°. Når en vet at ved å senke romtemperaturen 1 C°, kan spare ca. 5% av energiforbruket, kan dette være meget lønnsomt.

Det er kjent at temperaturen under arbeidsbord ofte kan være vesentlig laver enn i resten av rommet, noe som sammen med at en ofte har større behov for varme på bena enn til resten av kroppen, gjør at en lokal oppvarming av området under arbeidsbord kan være av stor verdi.

Forsøk viser at ved å sette en stråleflateovn på 200 watt under arbeidsbordet, så øker temperaturen under bordet med 6-7C<0>i løpet av ca.20min. Dette tilsvarer den spesifike effekt en bruker ved oppvarming av benkeområdet i kirker. Riksantikkvaren i Norge og i Sverige har gjort oppvarmingsforsøk i kirker, som viser at ved bruk av strålevarme rettet ned mot gulvet med en effekt på ca.500 watt/m benk, kan en senke lufttemperaturen ned til 12-13 C° med samme grad av varmekomfort.

Ved bruk av direktevirkende strålevarmeovner for oppvarming av den enkelte arbeidsplass, viser det seg at energiforbruket i et lokale på 300m" og en takhøyde på 5 meter og 3-4 arbeidsplasser, har et energiforbruk gjennom flere år på ca. 45Kwh/m<*>, som er ca. 20-25% av energiforbruket i tilsvarende lokaler. ;Paneler for dette bruk må ha elementer med en spesifikk effekt ca. 4000 watt/m<*>elementflate, noe som bare kan oppnås med bruk av et ekstrudert al. profil element, eller med folieelement som tåler høyere temperaturer.

Som sengevarmer for montering under sengebunn.

Oppfinneren har tidligere laget og solgt en sengevarmer som lå mellom sengebunnen og madrassen. Denne ble testet av professor Sven Svebak, Universitetet i Bergen med hensyn til hvile liggende på en kald seng og en oppvarmet seng, og konklusjonen var klar. Med en oppvarmet seng sank pustedybden og pulsenfrekvensen så markant, at det er helt klart at en oppvarmet seng gir bedre hvile enn en kald seng. Både på grund av at utviklingen av senger har gått i retning av bruk av rammemadrasser med fast bunn og ved at oppfinneren har konsentrert seg om andre oppgaver, har denne sengevarmeren ikke blitt satset på.

Den eneste måten for oppvarming av senger nå er ved bruk av elektriske varmetepper som ligger på oversiden av madrassen. Disse teppene er forbundet med stor risiko for feilbruk og er derfor ikke anbefalt til bruk av barn, sengevetere , uføre og syke og må brukes under tilsyn.

Varmeteppene må ikke brukes dersom de er slitte, er skadet og heller ikke brettes eller på annen måte brukes på en måte som kan være farlig. Varmeteppet må dessuten renses eller vaskes regelmessig ved at det ligger i direkte kontakt med brukeren av sengen.

En sengevarmer hengene under madrassen med varmestråling rettet opp mot madrassen vil varme opp madrassen nedenfra på en meget effektiv måte ved at ca. 90% av varmestrålingen er rettet opp mot madrassen som for en meget stor del består av metallfjærer og luftrom. All konveksjonsvarme fra sengevarmerens overside vil også gå opp i madrassen, konveksjonsvarmen fra undersiden vil også stige opp mot madrassen og varme denne. Det er bare varmestrålingen fra undersiden av sengevarmeren som vil gå ned i gulvet under sengen og ikke gi en direkte varme til sengen, men derimot en liten gulvvarme som også kan være bra.

Forsøk med en sengevarmer som er 0,25 m bred og 1 meter lang med en effekt på 200 watt økte temperaturen på oversiden av madrassen (under dyna) med 6-8 C° i løpet av 4-5 timer.

En sengevarmer i følge foreliggende oppfinnelse kan brukes av alle, slites ikke, er driftssikker, er ikke i kontakt med brukeren og kan brukes uten tilsyn. Den kan reguleres i 1/3-2/3 eller full effekt og kan settes på via tidsur, termostat, telefon eller manuelt.

Beskrivelse av oppfinnelsen.

Panelet består av to likt formede gittere som vist i fig.1, fig.2, fig.3 og fig.4, som viser at varmeelementet ligger mellom de to gifterene på en slik måte at varmeovergangen fra elementet i minst mulig grad overføres til de utvendige gittere.For å redusere varmeovergangen fra frontgitteret til bakgitteret berører de hverandre bare gjennom hodene på pressmutteren, som samtidig danner en spalte mellom gitterne hvor elementet er opplagret. Gitteret som dekker fronten(stråleflaten) er epoksybelagt og gitteret som dekker baksiden er nikkelbelagt.

Denne utforming tilfredsstiller også en meget viktig forutsettning for elementer med høy temperatur og det er at alle deler av elementet har samme varmeutvidelse, noe som bare kan oppnås ved bruk av materialer med samme varmeutvidelseskoeffisient og samme temperatur. Dette sammen med at elementet kan bevege seg fritt i plan med de utvendige gittere og samtidig er understøttet av de stive gitterne, gjør at panelet ikke deformeres ved bruk.

Claims (12)

1. Panel (10) med retningsbestemt varmestråling,karakterisert vedat panelet (10) omfatter et stråleflateelement med et varmeelement (4) hvor et første lag og et andre lag er festet på hver sin side av varmeelementet (4), der det første laget (3) har en ytre stråleflate med høy emisjonskoeffisient og danner stråleflateelementets fremside, hvor det andre laget (5) har en ytre overflate med liten emisjonskoeffisient og danner stråleflateelementets baksideside, slik at stråleflateclementet har en bakside med lav varmestråling og en fremside med høy varmestråling, panelet har videre et ytre gitlerlag (1) som er festet til slråleflateelementet og er hovedsakelig parallelt med stråleflateelementet, og det ytre gitterlaget (1) beskytter det første laget (3) mot berøring.

2. Panel ifølge krav 1, der det første laget (3) er en plate med en ytre stråleflate med høy emisjonskoeffisient er eloksert aluminium, og hvor det andre laget (5) er en ubehandlet aluminiumsfolie som har en overflate med liten emisjonskoeffisient.

3. Panel ifølge krav 1, der det ytre gitterlaget (1) er epoksybelagt.

4. Panel ifølge ett av de foregående krav, hvor panelet omfatter et ytterligere ytre gitterlag (2) hovedsakelig parallelt med stråleftateelemntet (11) og beskytter det andre laget (3) mot berøring.

5. Panel ifølge krav 4, der det ytterligere ytre gitterlaget (2) er ntkkelbelagt.

6. Panel ifølge krav I, der varmeelementet (4) er en varmekabel belagt med et silikon.

7. Panel ifølge krav 6, der varmeelementet (4) er laminert eller festet med tosidig tape mellom første lag 3 og annet lag5

8. Panel ifølge krav 1, der gitterlaget har åpninger på I Ox 1 Omm, og har en stamme på 2 mm.

9. Panel i følge tidligere krav bestående av lo tilnærmet likt formede gitterplater som dekker frontsiden og baksiden av et mellomliggende varmeelement og at elementet fritt kan utvide seg i panelets lengderettning.

10. Varmeelement hvor varmekabelen(4) er delt i lo deler, hvor den ene delen avgir 1/3 av effekten og den andre delen avgir 2/3 av effekten og at de to delene er jevnt fordelt over hele elementflaten(5).

11. Varmeelement bestående av et folieetcment laminert mellom en stråleflate av aluminium og al. folie,karakterisert vedatdet ikke er metallisk kontakt mellom stråleflaten og al.folien og det yttre gittere.

12. Varmeelement laget av en ekstrudert al. profil(3.3) som har en overflate med emisjonskoffisient på min. 0,85 og at den andre siden er ubehandlet eller dekket av en ubehandlet at. folie og at elementet ikke er i metallisk kontakt med de ytre gifterene (3.1 og 3.2) og slik at elementet fritt kan bevege seg i panelets lengderettning.