PLATE-LIKE HEATING ELEMENT, PARTICULARLY FOR FLOOR HEATING

Abstract: 1. Plate-shaped heating element, in particular for floor heating systems, consisting of two plates of plastic which define a cavity, wherein between the plates in a direction perpendicular to the plate plane spacer elements (3, 4, 5, 6, 10 etc.) connecting the two plates together are provided, and with connection elements for passing a liquid heating medium through the cavity defined by the plates, characterized in that the connecting elements (1, 2) lie substantially diametrically opposite each other, that the spacer elements (3, 4, 5, 6, 10 etc.) are arranged in such a manner that they form a first row along a first straight line (G), the first straight line (G) corresponding to an extension of the axis of one of the connecting elements (1, 2), that all the other spacing elements (3, 5, 6, 10 etc.) form further rows of spacing elements which lie along straight lines (g1 , g2 etc.) which in turn are arranged parallel to the first straight line (G), that the spacing elements (3, 4, 5, 6, 10 etc.) each lie with their centre point on one of the straight lines (G, g1 , g2 ), that one (3) of the spacer elements (3, 4, 5, 6, 10 etc.) of the first row lies centrally opposite the connecting element (1) and effects a distribution of the flow towards the side, and that the two plates are laterally fixedly connected together.

Description: Plattenförmiges Heizelement, insbesondere für Fussbodenheizungen Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges Heizelement, insbesondere für Fussbodenheizungen, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Plattenförmige Heizelemente, die aus zwei parallel zueinander liegenden Platten und zwischen den Platten angeordneten Abstandselementen bestehen, sind aus der DE-OS 30 32 694 bekannt. Derartige Heizelemente werden vorzugsweise aus thermoelastischem Kunststoff hergestellt und erfordern die Abstandselemente als Stützelemente zwischen der oberen und unteren Platte, um die im Falle einer Fussbodenheizung auf die Heizelemente wirkenden Kräfte aufzunehmen. Ausserdem sind derartige Heizelemente derart stabil auszubilden, dass sie den vom Heizmedium erzeugten statischen Innendruck aufnehmen. Derartige Heizelemente werden auch für Wand- und Deckenheizungen sowie für Kühlzwecke verwendet, weshalb in jedem Falle eine möglichst gleichmässige, vollflächige Durchströmung des gesamten, zwischen den beiden Platten liegenden Hohlraumes sichergestellt sein soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine möglichst gleichmässige, vollflächige Durchströmung des Hohlraumes zwischen der oberen und unteren Platte sicherstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die durchschnittliche Wassergeschwindigkeit in Heizungsanlagen liegt aufgrund verschiedener technischer Erfordernisse bei v = 1,2 m/sec. Dieser Wert stellt die üblicherweise höchste Wassergeschwindigkeit in den Anschlussbögen und Verbindungleitungen dar, die mithin nicht überschritten werden darf. Der dynamische Querschnitt jedes einzelnen Heizelementes beträgt jedoch ein Vielfaches des jeweiligen Anschlussquerschnittes, infolgedessen sich die Wassergeschwindigkeit nach dem Eintritt des Heizmediums (oder Kühlmediums) in das Heizelement um ein Vielfaches verringert und häufig zumindest bereichsweise kaum mehr Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden, die einer gerichteten Strömung entsprechen. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung bzw. Anordnung der Abstandselemente wird eine sehr genaue Aufteilung des Heizmediums, beispielsweise Wasser, nach dem Eintritt in das Heizelement erreicht. Ferner wird der Widerstand pro Heizelement durch die Anordnung der Abstandselemente in einem vorbestimmten Muster exakt definiert. Bei dem Heizelement wird insbesondere sichergestellt, dass zwischen den Anschlusselementen, die bei einem Heizelement plattenförmiger Gestalt etwa diametral einander gegenüber liegen, kein durchgehender "Kanal" vorliegt, der die Hauptströmung beinhaltet, sondern dass durch die versetzte Anordnung der Abstandselemente ein solcher durchgehender "Kanal" verhindert wird. Aus der Achse des Anschlusselementes gesehen, bedeutet dies, dass die Abstandselemente zueinander versetzt liegen und dadurch eine Verteilung des das Heizelement durchströmenden Mediums über den gesamten Hohlraum sicherstellen. Obgleich das Heizelemente vorzugsweise für Fussbodenheizungen anwendbar ist, lässt es sich auch als Wand- und Deckenheizung sowie für Kühl zwecke einsetzen. Im folgenden wird das plattenförmige Heizelement an Hand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine horizontale Schnittansicht durch ein Heizelement, Fig. 2 eine horizontale Teilschnittansicht des Heizelementes nach Fig. 1 zur Erläuterung der Strömungsverhältnisse, und Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht durch das Heizelement nach Fig. 1 entlang der Linie III - III. Fig. 1 zeigt eine horizontale Schnittansicht auf ein plattenförmiges Heizelement, das aus einer oberen und unteren Platte besteht. Die obere und untere Platte sind durch Abstandselemente miteinander verbunden, wobei zwischen den beiden Platten ein Hohlraum festgelegt ist, der in noch zu beschreibender Weise mit den Abstandelementen durchsetzt ist. Nach Fig. 1 weist das Heizelement zwei im wesentlichen diametral zueinander liegende Anschlusselemente 1, 2 vorzugsweise in Form von rohrförmigen Anschlussstutzen auf. Zwischen den beiden Anschlusselementen 1, 2 sind in der Zeichenebene im wesentlichen zueinander senkrechte Reihen,d.h.vertikale und horizontale Reihen mit Abstandselementen vorgesehen, von denen einige Abstandselemente mit dem Bezugszeichen 3,4,5 und 6 bezeichnet sind. Mit 7 ist die im eingangsseitigen Anschlusselement 1 verlaufende Strömung des Heizmediums bezeichnet. Das Heizmedium, beispielsweise Wasser, trifft somit nach seinem Durchtritt durch das Anschluss element 1 auf eine erste Reihe von Abstandselementen 3, 4, 5 auf und wird durch diese Abstandselemente in seitlicher Richtung abgelenkt. Dadurch wird ein Durchfluss des Hohlraumes des Heizelementes in seitlicher Richtung gewährleistet, wie die Pfeile in Fig. 1 verdeutlichen, somit ein direkter Kanal zwischen den Anschlusselementen 1, 2, als9 ein freier Durchfluss verhindert, der dann möglich wäre, wenn entlang der in Fig. 1 mit 8 bezeichneten Linie keine Abstandselemente vorhanden wären. Die Teilansicht in Fig. 2 verdeutlicht das erfindungsgemässe Prinzip der Anordnung der einzelnen Abstandselemente. In Fig. 2 ist mit G die Verlängerung der Mittelachse des rohrförmigen Anschlusselementes 1 bezeichnet. Auf der Geraden G liegt somit mittig demAnschlusselement 1 gegenüber das erste Abstandselement 3. Weiterhin liegen auf der Geraden G hinter dem Abstandselement 3 weitere Abstandselemente 6, 10 usw. Auf den zur Geraden G parallelen Geraden g1, g2, g3, g4 usw. sind in gleicher Weise wie unter Bezugnahme auf die Gerade G erläutert Abstandselemente in Abstand zueinander vorgesehen. Auf der Geraden g1 sind unter anderem Abstandselemente 11, 12, auf der Geraden g2 unter anderem Abstandselemente 13, 14 usw. vorgesehen. Entsprechendes gilt für die Abstandselemente auf den Geraden g4, g5. Die Ansicht nach Fig. 2 zeigt, dass die versetzte Anordnung von Abstandselementen entsprechend den Geraden G, g1 bis g5 usw. dazu führt, dass das Heizmedium das Heizelement nicht nur entlang eines Kanales durchströmt, sondern praktisch den gesamten Hohlraum des Heizelementes infolge der Ablenkung des Heizmediums bis in die entferntesten seitlichen Bereiche des Heizelementes. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Anordnung der Abstandselemente - in Bezug auf das eingangsseitige Anschlusselement - derart getroffen, dass eine erste Reihe mit Abstandselementen gebildet ist, die in der Verlängerung der Mittelachse des Anschlusselementes 1 liegt und dass weitere dazu parallele Reihen beidseitig der Geraden G vorhanden sind. Damit weist das Heizelement eine Vielzahl von Reihen mit Abstandselementen auf, wobei die Reihen jeweils parallel zueinander und parallel zur Achse der Anschlusselemente 1, 2 liegen. An der Seite des Anschlusselementes 2 entspricht die Anordnung der Abstandselemente genau derjenigen, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert ist. Die Abstandselemente sind, wie Fig. 2 zeigt, unter Einhaltung im wesentlichen konstanter Abstände zueinander entlang der durch die Geraden dargestellten Reihen vorgesehen. Die Abstandselemente 3, 13 entlang der Geraden G, G2, liegen ihrerseits unter Einhaltung eines vorgegebenen Abstandes nebeneinander, d.h. das Muster weist senkrecht zu den Geraden G, G1 usw. liegende weitere Reihen von Abstandselementen auf. Die Abstandselemente 3, 6 usw. entlang der Geraden G bilden Tangenten T1, T2, entsprechend bilden die Abstandselemente entlang der Geraden g1 Tangenten T3, T4 usw. Entsprechend dem Jezunssaten Strömungsquerschnitt wird der Abstand zwischen einander benachbarten Tangenten, z. B. T1, T4 gewählt; dieser Abstand entspricht bei der dargestellten Ausführungsform etwa dem halben Durchmesser der Abstandselemente, und kann abhängig von dem jeweils erwünschten Querschnitt zur Erhöhung des Strömungswiderstandes bis 0 reduziert werden; in letzterem Falle fällt z. B. die Tangente T1 mit der Tangente T4 zusammen. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die beschriebene Anordnung der Abstandselemente die Widerstands- und Strömungsverhältnisse in den einzelenen Heizelementen unabhängig von der Grösse jedes Heizelementes in optimaler Weise erhalten werden, und dass sowohl bei grossen wie auch bei kleinen Heizelementen eine Durchströmung des gesamten Hohlraumes des Heizelementes sichergestellt ist ohne die Gefahr einer Kanalbildung zu erhalten. Die in Fig. 1 durch die Pfeile 15 bis 17 veranschaulichten Strömungen ergeben sich durch in Vertikalrichtung verbleibende Kanäle und bewirken die völlständige Durchströmung des Heizelementes auch bis in die seitlichsten Eckbereiche des Heizelementes; diese Strömungen werden zum Anschlusselement 2 zurückgeführt, wie die Pfeile im Bereich des Anschlusselementes 2 zeigen. Diese "Kanäle" tragen zu einer guten Verteilung der einzelnen Wasserströme in dem Heizelement bei und sind Ergebnis der Anordnung der Abstandselemente 3 bis 5 mit den zugehörigen Reihen am Eintritt des Heizmediums im Bereich des Anschlusselementes 1. Gemäss vorstehenden Ausführungen ist es wesentlich, dass das Abstandselement 4 und somit die Gerade G mittig am Anschlusselement 1 angeordnet sind und zwischen den beiden Anschlusselementen 1, 2, d.h.zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf dem Heizmedium kein freier Durchgang möglich ist. Die Abstandselemente haben die Funktion von Schikanen und ermöglichen durch unterschiedliche Grösse bzw. unterschiedlichen Durchmesser die Festlegung des gewünschten Strömungsquerschnittes und damit die Festlegung einer Mindestfliessgeschwindigkeit im gesamten Heizelement. Bei dem Heizelement nach Fig. 1 und 2 liegt im Bereich des Anschlusselementes 1 die höchste Fliessgeschwindigkeit vor, die sich in das Heizelement 1 hinein verringert unter Beibehaltung einer geringen Wassergeschwindigkeit in allen Bereichen der Heizplatte, während sich die Wassergeschwindigkeit zum An schlusselement 2 wiederum vergrosserte Das Heizelement weist somit eine Vielzahl von Reihen mit Abstandselementen auf, die parallel zur Achse derAnschlusselemente liegen, während gleichzeitig in senkrechter und horizontaler Richtung, d.h. in einem Winkel von etwa 45 zur Verlängerung der Achse der Anschlusselemente Kanäle freibleiben, welche zur seitlichen Durchströmung des Heizelementes beitragen. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III - III in Fig. 1. Mit dem Bezugszeichen 20, 21, 22 sind die Abstandselemente in der Schnittlinie dargestellt, während mit 24, 25, 26 ein Teil der zwischen den Abstandselementen verbleibenden Freiräume angegeben sind. Die obere Platte des Heizelementes ist mit 30, die unter Platte mit 31 bezeichnet. Seitlich sind die beiden Platten fest miteinander verbunden und ergeben auf diese Weise den vom Heizmedium durchflossenen Hohlraum. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, setzt sich die in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Anordnung von Abstandselementen über den gesamten Hohlraum bis zum gegenüberliegenden Anschlusselement 2 fort. Durch die Festlegung des Verhältnisses des Flächenquerschnitts in den Anschluss- oder Verbindungsleitungen gegenüber dem Flächenquerschnitt in der Heizplatte wird bei maximal gegebenem Volumenstrom auf Grund der bekannten maximal zulässigen Geschwindigkeit in den Anschlussleitungen die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums innerhalb der Heizplatte definiert. Die Geschwindigkeit in der Heizplatte soll 0,1 m/sec nicht unterschreiten, um zu gewährleisten, dass in der Heizplatte noch gerichtete Strömungen herrschen. Durch die Anordnung der ersten, quer zur Strömungsrichtung aus der Anschlussleitung in die Heizplatte liegenden Reihe von Noppen wird ein freies Ausströmung des Mediums vom Querschnitt der Anschlussleitung in den Querschnitt der Heizplatte verhindert, wodurch sich die Stossverluste nach Carnot-Bordasch Pv = P1 - P2 und damit Druckverluste vermindern. In der Heizungstechnik sind auf Grund der durch die bauphysikalischen Gegebenheiten und durch die Grenzwerte der 3ehaglichkeit relativ genau definierbaren Lastzustände die Massenströme für die einzelnen Heizplatten errechenbar. Das Flächenquerschittsverhältnis soll 1 : 4 nicht übersteigen. Bei Einsatz der Heizplatten als Wärmetauscher bei Kühlvorgängen soll aus dem selben Grund das Verhältnis 1 : 3,5 nicht überschritten werden. Es hat sich gezeigt, dass eine Verkleinerung des Querschnittsverhältnisses bis zu Grenzwerten von 1 : 3,5 sowohl bei Heiz- als auch bei Kühlplatten vorteilhaft ist.- Wird durch die Anordnung der Noppen ein Flächenquerschnittsverhältnis von 1 : 3 festgelegt, wird die Strömungsgeschindigkeit höher und die unmittelbar mit der Strömungsgeschwindigkeit zusammenhängenden ärmeüoertragungen innerhalb jeder Platte verbessert.

Claims: Patentansprüche 1. Plattenförmiges Heizelement, insbesondere für Fussboden heizungen, bestehend aus zwei einen Hohlraum festlegenden Platten aus Kunststoff, bei dem zwischen den Platten in zur Plattenebene senkrechter Richtung die beiden Platten miteinander verbindende Abstandselemente vorgesehen sind, und mit Anschlusselementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (3, 4, 5, 6, 10, usw.) derart an geordnet sind, dass sie eine erste Reihe entlang einer ersten Geraden (G) bilden, wobei die erste Gerade (G) einer Verlängerung der Achse des Anschlusselementes (1) entspricht, und dass alle anderen Abstandselemente weitere Reihen von Ab standselementen bilden, die entlang von Geraden (g1, g2 usw.) liegen, welche ihrerseits parallel zur ersten Geraden (G) liegen. - 2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen jeweils benachbarten Abstandselementen einer Reihe mindestens annähernd konstant ist. 3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen jeweils Reihen von Abstandsele menten festlegenden, benachbarten Geraden (G, g1, g2 usw.) wenigstens annähernd gleich gross ist. 4. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (3, 4, 5, 6,10 usw.) im Querschnitt kreisrunde Form aufweisen. 5. Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (3, 4, 5, 6, 10 usw. ) mit Ihrem Mittel punkt jeweils auf einer der Geraden (G, g1, g2 usw.) liegen. 6. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils entlang einer Geraden liegen den Abstandselemente (3, 4, 5, 6, 10 usw.) mit ihrem AuBen umfang parallel zur ersten Geraden (G) liegende Tangenten (T1, T2, T3 T4) festlegen. 7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nebeneinander liegende, durch die Abstandselemente definierte Tangenten (z. B. T1 T4) ) zweier benachbarter Reihen von Ab- standselementen (3, 4, 5, 6, 10 usw.) einen Abstand zwischen 0 und etwa dem halben Durchmesser der Abstandselemente auf weisen.

Inventors: HAUGENEDER, HANS
Applicants: ITRAG AG
Application year: 1986
Main classification: F24D3
IPC codes: F24D3