DE29904046U1

DE29904046U1 - Radiator system for converting electrical energy into radiant and convection heat

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Publication number: DE29904046U1
Application number: DE29904046U
Authority: DE
Original assignee: Kermi GmbH
Current assignee: Kermi GmbH
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2009-03-06

Description

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Heizkörpersystem zur Energieumwandlung von elektrischer Energie in Stahlungs- und KonvektionswärmeRadiator system for converting electrical energy into radiant and convective heat

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft ein Heizkörpersystem zur Energieumwandlung von elektrischer Energie in Stahlungs- und Konvektionswärme, welches aus einem Heizelement, das elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt, einem Wärmeträgemnedium, das die Wärmeenergie an die innere Oberfläche eines Hohlkörpers transportiert und einem Hohlkörper, auf dessen äußerer Oberfläche Strahlungs- und Konvektionswärme abgegeben werden besteht. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Heizkörpersystem für Design-Heizkörper.The invention relates to a radiator system for converting electrical energy into radiation and convection heat, which consists of a heating element that converts electrical energy into thermal energy, a heat transfer medium that transports the thermal energy to the inner surface of a hollow body and a hollow body on whose outer surface radiation and convection heat are emitted. The invention relates in particular to a radiator system for designer radiators.

Im Stand der Technik sind Ausführungsformen von Heizelementen beschrieben, die über Rippen oder Lamellen verfügen. In den Druckschriften DE 44 03 215 A1, DE 21 37 927 oder DE 23 18 180 werden bekannte Ausführungsformen solcher Heizelemente mit Rippen, Lamellen oder dgl. beschrieben. Ein solches Heizelement hat eine geringere Oberflächentemperatur im Vergleich zu einem Heizelement ohne Rippen oder Lamellen bei gleicher Leistung. Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten kann ein solches Heizelement aber nicht in Design - Heizkörpern plaziert werden.The prior art describes embodiments of heating elements that have fins or slats. The publications DE 44 03 215 A1, DE 21 37 927 or DE 23 18 180 describe known embodiments of such heating elements with fins, slats or the like. Such a heating element has a lower surface temperature compared to a heating element without fins or slats with the same output. Due to the geometric conditions, however, such a heating element cannot be placed in designer radiators.

Bei der Entwicklung einer Heizkörperbaureihe besteht der Wunsch, den Heizkörper für möglichst viele unterschiedliche Einsatzbereiche zu nutzen. So soll ein Heizkörper der für den Einsatz in einer Zentral- und/oder Femwärmeheizungsanlage konzipiert wurde auch für den Betrieb in einem elektrischen Zusatz-Heizgerät geeignet sein. Diese Forderung läßt sich in den meisten Fällen grundsätzlich erfüllen. Eine strömungstechnische und wärmetechnische Optimierung der Heizkörper kann aber nicht für beide Fälle gleichzeitig erfolgen, da die treibenden Kräfte der Strömung, Zwangskonvektion bei einer Zentralheizungsanlage und Freie Konvektion im elektrischen Betrieb, eine grundsätzlich verschiedene Gestaltung der Heizkörper verlangen.When developing a radiator series, the aim is to use the radiator for as many different applications as possible. For example, a radiator designed for use in a central and/or district heating system should also be suitable for use in an additional electric heater. In most cases, this requirement can be met. However, the flow and heat optimization of the radiators cannot be carried out for both cases at the same time, as the driving forces of the flow, forced convection in a central heating system and free convection in electrical operation, require a fundamentally different design of the radiators.

Ist ein wesentliches Merkmal des Heizkörpers, neben der Wärmeabgabe, die designbetonte Formgebung, so sind der wärmetechnischen Optimierung eines solchen Heizkörpers weitere Grenzen gesetzt. Bekannte Ausführungsformen solcher Heizkörper sind die sogenannten Design-Badheizkörper, die aus zwei senkrechten Sammelrohren und mehreren übereinanderliegenden Rohren, welche die Sammelrohre verbinden, bestehen. Weitere Ausführungsformen beschriebener Badheizkörper kombinieren mehrere waagerechte und/oder senkrechte Rohrregister. Für den elektrischen Betrieb wird in ein Sammelrohr ein zylindrisches Heizelement eingeführt und der Heizkörper mit einem Wärmeträgermedium gefüllt. Mit der Zuführung von elektrischer Energie stellt sich eine Freie Konvektion am Heizelement ein und das Wärmeträgermedium zirkuliert im Heizkörper. Wesentliches Kennzeichen dieses Strömungsvorganges ist, daß die Freie Konvektionsströmung parallel zur Achse des Heizelementes verläuft. Die Oberflächentemperatur des Heizelementes stellt sich im Gleichgewicht von zugeführter elektrischer Energie und abgeführter konvektiver Energie ein. Um das Heizelement nicht zu schädigen verfügt dieses über eine automatische Abschaltung, wenn sich zu hohe Temperaturen einstellen. Dies ist immer dann der Fall, wenn die zugeführte elektrische Energie nicht ausreichend schnell vom vorbeiströmenden Medium abgeführt werden kann. Die oben beschriebene parallele Ausrichtung von Strömung und Heizelementachse wirkt sich dabei besonders nachteilig aus, da das anfangs kühle Medium mit zunehmender Höhe immer wärmer wird und sich damit die Wärmeübertragung vom Heizelement zum Medium immer mehr verschlechtert. Das elektrische Heizelement verfügt über eine konstante Wärmestromdichte, was zur Folge hat, daß die Temperatur des Heizelementes aufgrund der oben beschriebenen physikalischen Vorgänge von unten nach oben ansteigt Zusammenfassend muß deshalb festgestellt werden, daß ein solches System die Wärme nicht optimal an den Raum abgibt. In der Praxis stellt sich der Fall ein, daß ein Heizkörper mit einer installierten elektrischen Leistung von z.B. 1000 W in Betrieb ist. Diese Leistung kann aber nicht kontinuierlich als Wärmeenergie in den Raum eingebracht werden, weil das elektrische Heizelement immer wieder abschaltet.If an essential feature of the radiator, in addition to heat emission, is the design-oriented shape, then there are further limits to the thermal optimization of such a radiator. Well-known versions of such radiators are the so-called designer bathroom radiators, which consist of two vertical header pipes and several pipes lying one above the other that connect the header pipes. Other versions of the bathroom radiators described combine several horizontal and/or vertical pipe registers. For electrical operation, a cylindrical heating element is inserted into a header pipe and the radiator is filled with a heat transfer medium. When electrical energy is supplied, free convection occurs on the heating element and the heat transfer medium circulates in the radiator. The essential characteristic of this flow process is that the free convection flow runs parallel to the axis of the heating element. The surface temperature of the heating element is set in equilibrium between the electrical energy supplied and the convective energy dissipated. In order not to damage the heating element, it has an automatic switch-off if temperatures are too high. This is always the case when the electrical energy supplied cannot be dissipated quickly enough by the medium flowing past. The parallel alignment of flow and heating element axis described above has a particularly disadvantageous effect, as the initially cool medium becomes warmer with increasing height and the heat transfer from the heating element to the medium thus deteriorates more and more. The electrical heating element has a constant heat flow density, which means that the temperature of the heating element increases from bottom to top due to the physical processes described above. In summary, it must therefore be stated that such a system does not optimally emit heat to the room. In practice, the case arises that a radiator with an installed electrical output of e.g. 1000 W is in operation. However, this output cannot be continuously introduced into the room as thermal energy because the electrical heating element switches off again and again.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt diesen Nachteil wenigstens teilweise zu beheben. Insbesondere soll ein Heizkörpersystem bereitgestellt werden, daß die installierte elektrische Leistung zum größten Teil kontinuierlich als thermische Energie an den Raum abführt.The present invention has set itself the task of at least partially eliminating this disadvantage. In particular, a radiator system is to be provided that continuously dissipates the installed electrical power to the room for the most part as thermal energy.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 5 beschrieben.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. Advantageous further developments of the invention are described by the features of claims 2 to 5.

Demnach beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Heizkörpersystem zur Energieumwandlung von elektrischer Energie in Strahlungs- und Konvektionswärme, bestehend aus einer in einem Hohlkörper angeordneten und von einem Wärmeträgermedium umgebenen Heizelement, welches elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt. Der Hohlkörper besteht dabei aus zwei senkrechten Sammelrohren und mindestens zwei waagerechten Rohren, welche die Sammelrohre verbinden, wobei das Heizelement wenigstens in einem Sammelrohr angeordnet ist.Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Oberfläche des Heizelementes mit einer oberflächenvergrößernden Rauhigkeit versehen. Die oberflächenvergrößernde Struktur bewirkt, daß eine verbesserte Wärmeleitung von dem Heizelement in die Grenzschicht des Wärmeträgermediums stattfindet, mit der Folge, daß die Temperatur des Heizelementes geringer ist im Vergleich zu einem Heizlement, das über eine glatte Oberfläche verfügt. In der Praxis bedeutet dies, daß das Heizelement idealerweise nicht mehr zwischenzeitlich ausschaltet, wenigstens aber länger eingeschaltet bleibt. Das System Heizkörper-Wärmeträgermedium und Heizelement mit vergrößerter Oberflächenstruktur gibt mehr Leistung in den Raum ab.Accordingly, the present invention includes a heating system for converting electrical energy into radiant and convective heat, consisting of a heating element arranged in a hollow body and surrounded by a heat transfer medium, which converts electrical energy into thermal energy. The hollow body consists of two vertical header pipes and at least two horizontal pipes that connect the header pipes, with the heating element being arranged in at least one header pipe. According to a preferred feature of the invention, the surface of the heating element is provided with a roughness that increases the surface area. The surface-increasing structure results in improved heat conduction from the heating element into the boundary layer of the heat transfer medium, with the result that the temperature of the heating element is lower compared to a heating element that has a smooth surface. In practice, this means that the heating element ideally no longer switches off in the meantime, but at least stays switched on for longer. The radiator heat transfer medium and heating element system with enlarged surface structure delivers more power into the room.

Die Tiefe der Oberflächenrauhigkeit beträgt nach einem weiteren Merkmal 0,5 mm bis 2,0 mm. Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die oberflächenvergrößemde Rauhigkeit und/oder die Wärmestromdichte des Heizelementes über seine Höhe variiert. Neben der konstanten Oberflächenvergrößerung kann demnach auch die Wärmestromdichte von oben nach unten variiert werden. An unteren Ende des Heizelementes herrscht dann vorteilhafterweise die höchste Wärmestromdichte, das obere Ende, an dem sich eine warme Temperaturgrenzschicht ausgebildet hat, erhält eine niedrige Wärmestromdichte. Dies ist durch eine variable, d.h. über die Höhe desAccording to a further feature, the depth of the surface roughness is 0.5 mm to 2.0 mm. According to a special feature of the invention, it is provided that the surface-increasing roughness and/or the heat flow density of the heating element varies over its height. In addition to the constant surface enlargement, the heat flow density can therefore also be varied from top to bottom. The highest heat flow density then advantageously prevails at the lower end of the heating element, while the upper end, where a warm temperature boundary layer has formed, receives a low heat flow density. This is achieved by a variable, i.e. over the height of the

Heizelementes nicht gleichartig verlaufende Oberflächenvergrößerung und/oder durch eine elektrische Anpassung (z.B. Variation des elektrischen Widerstandes von unten nach oben realisierbar.Heating element surface enlargement that does not run uniformly and/or can be achieved by electrical adjustment (e.g. variation of the electrical resistance from bottom to top).

Weiterhin ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das Heizelement eine zylindrische Form und einen Durchmesser von ca.10 mm bis 20 mm aufweist, wobei die oberflächenvergrößernde Rauhigkeit in Form von Zacken und/oder Noppen und/oder Wellen und/oder Rippen ausgestaltet ist.Furthermore, according to the invention, it is provided that the heating element has a cylindrical shape and a diameter of approximately 10 mm to 20 mm, wherein the surface-enlarging roughness is designed in the form of spikes and/or knobs and/or waves and/or ribs.

Der freie, zylindrische Querschnitt in einem der Sammelrohre des Heizkörpersystems beträgt nach einem anderen Merkmal ca. 10 mm bis 20 mm.According to another characteristic, the free, cylindrical cross-section in one of the collecting pipes of the radiator system is approximately 10 mm to 20 mm.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail below using an embodiment. The drawings show

Figur 1: schematische Darstellung eines Heizkörpersystems, Figur 2: schematische Darstellung eines Design - Heizkörpers, Figur 3: Schnitt - A durch einen Heizkörper nach Figur 2.Figure 1: schematic representation of a radiator system, Figure 2: schematic representation of a designer radiator, Figure 3: section - A through a radiator according to Figure 2.

In der Figur 1 ist das allgemeine Prinzip dargestellt. Darin wird ein Heizkörpersystem zur Energieumwandlung von elektrischer Energie in Stahlungs- und Konvektionswärme gezeigt, welches aus einem Heizelement 2, das elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt, einem Wärmeträgermedium 3, das die Wärmeenergie an die innere Oberfläche eines Hohlkörpers 1 transportiert und einem Hohlkörper 1, auf dessen äußerer Oberfläche Strahlungs- und Konvektionswärme 9,10 abgegeben werden besteht.The general principle is shown in Figure 1. It shows a heating system for converting electrical energy into radiation and convection heat, which consists of a heating element 2 that converts electrical energy into thermal energy, a heat transfer medium 3 that transports the thermal energy to the inner surface of a hollow body 1 and a hollow body 1 on whose outer surface radiation and convection heat 9,10 are emitted.

Die Figuren 2 und 3 zeigen die Problemstellung. Der zur Verfügung stehende freie Querschnitt 7 wird im wesentlichen durch die geometrischen Abmessungen des Sammelrohres 5 bestimmt an dessen unteren Ende eine Muffe 6 angebracht ist, durch die das Heizelement 2 eingeführt wird. Eine weitere Begrenzung ist die Einstecktiefe des Rohres 4 in das Sammelrohr 5. In einem Design - Heizkörper sind die Formen der Rohre 4 und 5 designbetont und somit als gegeben hinzunehmen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Heizkörpersystem mit einem Heizelement 2 ausgestattet, das eine oberflächenvergrößernde Struktur aufweist. EineFigures 2 and 3 show the problem. The available free cross-section 7 is essentially determined by the geometric dimensions of the collecting pipe 5, at the lower end of which a sleeve 6 is attached, through which the heating element 2 is inserted. A further limitation is the insertion depth of the pipe 4 into the collecting pipe 5. In a designer radiator, the shapes of the pipes 4 and 5 are design-oriented and are therefore to be taken for granted. According to the present invention, the radiator system is equipped with a heating element 2 that has a surface-enlarging structure. A

besondersvorteilhafte Ausgestaltung der Oberflächenstruktur des Heizelementes verfügt über eine Rauigkeit von ca. 0,5 mm bis 2 mm. Die geometrische Ausgestaltung der Oberflächenstruktur kann gezackt, genoppt, gerippt, gewellt oder dergleichen sein, sowie regelmäßig oder unregelmäßig ausgeformt sein.A particularly advantageous design of the surface structure of the heating element has a roughness of approx. 0.5 mm to 2 mm. The geometric design of the surface structure can be jagged, nubbed, ribbed, wavy or the like, as well as regular or irregular in shape.

Claims

Protection claims

1. Radiator system for energy conversion from electrical energy into radiation and convection heat, consisting of a heating element arranged in a hollow body and surrounded by a heat transfer medium, which converts electrical energy into thermal energy, wherein the hollow body consists of two vertical manifolds and at least two horizontal tubes which connect the manifolds, wherein the heating element is arranged in at least one manifold, characterized in that the surface of the heating element (2) has a surface-increasing roughness.

2. Radiator system according to claim 1, characterized in that the depth of the surface roughness is 0.5 mm to 2.0 mm.

3. Radiator system according to one of the above claims, characterized in that the surface-increasing roughness and/or the heat flow density of the heating element (2) varies over its height.

4. Radiator system according to one of the above claims, characterized in that the heating element (2) has a cylindrical shape and a diameter of approximately 10 mm to 20 mm, wherein the surface-enlarging roughness is designed in the form of spikes and/or knobs and/or waves and/or ribs.

5. Radiator system according to one of the above claims, characterized in that the free, cylindrical cross-section (7) in one of the collecting pipes (5) is 10 mm to 20 mm.