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EP 1 517 585 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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01.02.2006 Patentblatt 2006/05 |
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Anmeldetag: 16.09.2003 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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Heizplatte
Heating plate
Plaque chauffante
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Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR |
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Benannte Erstreckungsstaaten: |
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AL LT LV MK |
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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23.03.2005 Patentblatt 2005/12 |
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Patentinhaber: Swiss Sustainable Systems AG |
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3006 Bern (CH) |
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Erfinder: |
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- Hofer-Noser, Patrick
3013 Bern (CH)
- Zahnd, Jürg
3427 Utzenstorf (CH)
- Boos, Christoph
3012 Bern (CH)
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Vertreter: Secklehner, Günter |
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Dr. Lindmayr, Dr. Bauer, Dr. Secklehner
Rosenauerweg 16 4580 Windischgarsten 4580 Windischgarsten (AT) |
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Entgegenhaltungen: :
DE-A- 10 003 042 DE-A- 19 651 088 DE-U- 29 811 677
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DE-A- 19 651 079 DE-U- 29 610 952 US-A- 3 942 781
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Heizplatte mit Hohlräumen, in denen elektrisch beheizbare
Heizkörper und ein Wärmeträgermedium zur Übertragung der von den Heizkörpern an die
Platte abgegebenen Wärme angeordnet sind, wobei die Hohlräume mit Anschlussmitteln
zwecks Durchströmung mit dem Wärmeträgermedium ausgestattet sind.
[0002] Solche Heizplatten werden insbesondere in Laminiergeräten zur Herstellung von photovoltaischen
Modulen oder anderen zur Herstellung von mit Heissklebem oder thermoplasten Materialien
verbundenen Platten eingesetzt. Bei derartigen Anwendungen ist eine gleichmässige
Temperatur über die ganze Fläche der Heizplatte sehr wichtig, da bereits kleine Temperaturdifferenzen
zu fehlerhaften Produkten führen können.
[0003] Ein erster Typ von bekannten Heizplatten weist eingebaute elektrische Heizstäbe auf,
welche die Wärme durch Wärmeleitung an die Platte abgeben. Dabei ist die Verteilung
der Temperatur entlang der Heizstäbe nicht kontrollierbar. Ferner müssen die Heizstäbe
möglichst genau in entsprechende Öffnungen der Platte passen, damit ein guter Wärmeübergang
gewährleistet ist. Dies kann aber zu Spannungen infolge der Wärmedehnung führen. Wenn
die Heizplatte und die Heizstäbe aus unterschiedlichen Materialien bestehen, kann
zudem Kontaktkorrosion auftreten. Werden zur Verbesserung des Wärmeübergangs Wärmeleitpasten
eingesetzt, können diese mit der Zeit vertrocknen, wodurch wiederum Temperaturdifferenzen
über die Fläche der Heizplatte entstehen können.
[0004] Bei einem zweiten Typen von bekannten Heizplatten sind Hohlräume vorgesehen, die
von einem Wärmeträgermedium, beispielsweise Öl, durchströmt werden, wobei das Wärmeträgermedium
ausserhalb der Heizplatte erwärmt wird. Dabei kühlt sich natürlich das Wärmeträgermedium
während des Durchflusses durch die Hohlräume ab, was allein schon zu unerwünschten
Temperaturdifferenzen auf der Oberfläche der Heizplatte führt.
[0005] Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 10 952 UI ist eine Heizplatte bekannt, bei
der elektrische Heizelemente in Hohlräumen der Heizplatte angeordnet sind, wobei die
Hohlräume ein zirkulierendes Wärmeträgermedium enthalten. Da bei dieser Heizplatte
die Hohlräume durch Stützwände mit Durchbrechungen für das Wärmeträgermedium unterteilt
sind, sind diese Hohlräume verhältnismässig gross und es wird entsprechend viel Wärmeträgermedium
benötigt. Die Durchbrechungen verursachen unerwünschte Strömungsverluste, die zu einem
hohen Druckabfall führen. Auf Grund der Durchbrechungen ist die Strömung in den Hohlräumen
schlecht kontrollierbar, es können Bereiche entstehen, in denen das Wärmeträgermedium
praktisch nicht strömt. Dies kann zu lokaler Abkühlung, oder aber im Bereich der Heizelemente
zu lokaler Überhitzung des Wärmeträgermediums führen, wodurch wiederum unerwünschte
Temperaturdifferenzen auf der Oberfläche der Heizplatte entstehen. Wenn als Wärmeträgermedium
Öl verwendet wird, kann dieses bei Überhitzung an den Heizelemente "anbacken" und
so die Wärmeübertragung behindern.
[0006] Im Dokument US3942781 mit dem Titel "Penetrable Support" ist eine Heizplatte beschrieben,
die in lang gestreckten Hohlräumen angeordnete, stabförmige Heizkörper enthält. Diese
Hohlräume werden aber nicht von einem Wärmeträgermedium durchströmt.
[0007] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Heizplatte vorzuschlagen, durch welche die erwähnten, den Heizplatten nach dem
Stand der Technik anhaftenden Nachteile überwunden werden. Insbesondere ist es ein
Ziel der Erfindung, eine Heizplatte vorzuschlagen, welche mit einem verhältnismässig
kleinen Volumen von Wärmeträgermedium auskommt und bei der die Strömungsverhältnisse
des Wärmeträgermediums günstiger sind, als bei Heizplatten nach dem Stand der Technik.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Hohlräume lang gestreckt
und die Heizkörper stabförmig sind und dass die Heizkörper mit Abstandshaltern versehen
sind, die eine direkte Berührung der Innenwände der Hohlräume durch die Heizkörper
verhindern. Unter "lang gestreckt" soll in diesem Zusammenhang verstanden werden,
dass das Verhältnis zwischen lichter Weite und Länge der Hohlräume mindestens eins
zu zehn beträgt.
[0009] Diese erfindungsgemässe Lösung erlaubt den Einsatz von relativ langen Heizstäben,
die beispielsweise eine Länge von einem bis sechs Metern haben können, wobei das Durchmesserverhältnis
zwischen Hohlraum und Heizstab so gewählt werden kann, dass man mit einem Minimum
an Wärmeträgermedium auskommt. Dadurch werden insbesondere beim Aufheizen und Abkühlen
kurze Reaktionszeiten des Gesamtsystems erreicht. Die Differenz zwischen Ein- und
Austrittstemperatur ist der Natur der Erfindung gemäss sehr gering, da Wärmequelle
und Wärmesenke am gleichen Ort sind, und durch ein ausreichend rasch strömendes Wärmeträgermedium
die Temperatur entlang des Heizstabes ausgeglichen wird.
[0010] Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung haben die Hohlräume einen kreisrunden
Querschnitt. Dies erlaubt deren Herstellung durch Bohren. Selbstverständlich können
die Hohlräume auch durch eingesetzte Rohr-Elemente gebildet werden. Die Heizkörper
können auch einen nicht runden Querschnitt haben und verdrillt sein, wodurch eine
turbulente Strömung des Wärmeträgermediums begünstigt wird. Vorzugsweise sind die
Hohlräume parallel zueinander angeordnet, weil sich dadurch eine gleichmässige Temperaturverteilung
auf der Oberfläche der Heizplatte besonders einfach erreichen lässt. Eine gleichmässige
Temperaturverteilung kann auch dadurch begünstigt werden, dass die Hohlräume durch
die Anschlussmittel in einer Serieschaltung oder in einer Parallelschaltung miteinander
verbunden sind. In gewissen Fällen, beispielsweise bei sehr grossen zu beheizenden
Flächen, kann es vorteilhaft sein, wenn eine Serie- und Parallelschaltung der Hohlräume
kombiniert wird. Dabei können die Hohlräume durch die Anschlussmittel so miteinander
verbunden werden, dass in mindestens zwei Gruppen von Hohlräumen die Hohlräume miteinander
in einer Serieschaltung verbunden sind und dass die Gruppen von Hohlräumen in einer
Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
[0011] Zum Betrieb der erfindungsgemässen Heizplatte sind verschiedene Verfahren denkbar.
So kann das Wärmeträgermedium in einem Kreislauf oder in einem offenen System durch
die Hohlräume der Heizplatte zirkuliert werden. Nach einer besonderen Ausführungsart
des Verfahrens wird das Wärmeträgermedium zur rascheren Aufheizung zusätzlich vor
dem Eintritt in die Heiz platte erwärmt. Damit bereits in der Aufheizphase auf der
Oberfläche der Heizplatte eine gleichmässige Temperatur erreicht wird, ist es vorteilhaft,
wenn die Durchflussmenge und die Durchflussgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums
so gesteuert wird, dass es während einer stetigen Aufheizphase wärmer aus der Platte
herausströmt, als es in die Platte geflossen ist. Die erfindungsgemässe Heizplatte
kann auch abgekühlt werden, indem eine kühle Wärmeträgerflüssigkeit durch die Hohlräume
geleitet wird. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass das Wärmeträgermedium über
einen externen Wärmetauscher gekühlt wird, oder dass ein anderes, kühles Wärmeträgermedium
durch die Hohlräume geleitet wird.
[0012] Besondere Ausführungsarten der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
- Figur 1
- eine schematische, perspektivische, aufgeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemässen Heizplatte,
- Figur 2
- einen schematischen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1 und
- Figuren 3a bis 3c
- drei Varianten der Strömungsführung durch die erfindungsgemässe Heizplatte.
[0013] Die Figur 1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht von vome einen Schnitt
durch eine Heizplatte 1, die aus einem Metall, beispielsweise einer Aluminiumlegierung
bestehen kann. In der Heizplatte 1 sind lang gestreckte Hohlräume 2 angeordnet, die
beispielsweise durch Bohren hergestellt sein können. In den Hohlräumen 2 sind Heizstäbe
3 koaxial angeordnet, derart, dass zwischen ihnen und den Innenwänden der Hohlräume
ein Ringspalt 8 entsteht, der dazu bestimmt ist, von einem Wärmeträgermedium durchströmt
zu werden. In einem realisierten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der Hohlräume
2 cm und deren Länge 3,6 Meter.
[0014] Figur 2 zeigt schematisch die Anordnung der Heizstäbe 3 in der Heizplatte 1 und die
Führung des Wärmeträgermediums innerhalb und ausserhalb der Heizplatte 1. Der Eintritt
und der Austritt für das Wärmeträgermedium sind mit 5 bezeichnet. Für die dichte Führung
des Wärmeträgermediums sind bekannte Anschlussmittel vorgesehen, die auf mindestens
einer Seite der Heizplatte den dichten Durchtritt eines Heizstabes 3 oder einer elektrischen
Zuleitung für diesen gestatten. In den Figuren 3a und 3b ist schematisch gezeigt,
wie solche Anschlussmittel 9 und 10 in der Draufsicht aussehen können. Das Wärmeträgermedium
ist mit 7 bezeichnet und wird durch eine Pumpe 4 im Kreislauf gefördert. An Stelle
der Pumpe ist auch ein anderes Druckerhöhungsmittel denkbar. Abstandhalter 6, die
am Heizstab 3 verteilt über dessen Aussenumfang vorgesehen sind, sorgen dafür, dass
der Heizstab die Innenwand des Hohlraumes 2 nicht direkt berührt. Anstatt der Abstandshalter
oder zusätzlich zu diesen können die Heizstäbe 3 einen nicht runden Querschnitt aufweisen
und verdrillt sein, um eine turbulente Strömung im Wärmeträgermedium und damit einen
guten Wärmeübergang zu bewirken.
[0015] Die Figuren 3a, 3b und 3c zeigen verschiedene Arten, wie die einzelnen Hohlräume
strömungsmässig miteinander verbunden werden können. Gemäss Figur 3a sind die parallel
zueinander angeordneten Hohlräume 2 durch bogenförmige Anschlussteile 9 so miteinander
verbunden, dass sie vom Wärmeträgermedium nacheinander, also in Serie durchströmt
werden. Figur 3b zeigt eine Anordnung, bei der die parallel zueinander angeordneten
Hohlräume 2 durch Anschlussteile 10 so zusammengefasst sind, dass sie vom Wärmeträgermedium
parallel durchströmt werden. In Figur 3c ist eine Anordnung dargestellt, bei der Gruppen
von Hohlräumen 2 in Serie geschaltet sind, wobei die Gruppen zueinander parallel geschaltet
sind.
1. Heizplatte (1) mit Hohlräumen (2), in denen elektrisch beheizbare Heizkörper (3) und
ein Wärmeträgermedium zur Übertragung der von den Heizkörpern an die Platte abgegebenen
Wärme angeordnet sind, wobei die Hohlräume (2) mit Anschlussmitteln (9, 10) zwecks
Durchströmung mit dem Wärmeträgermedium ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) lang gestreckt und die Heizkörper (3) stabförmig sind und dass
die Heizkörper mit Abstandshaltern (6) versehen sind, die eine direkte Berührung der
Innenwände der Hohlräume durch die Heizkörper (3) verhindern.
2. Heizplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) einen kreisrunden Querschnitt haben.
3. Heizplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkörper (3) einen nicht runden Querschnitt haben und verdrillt sind.
4. Heizplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) parallel zueinander angeordnet sind.
5. Heizplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) durch die Anschlussmittel (9) in einer Serieschaltung miteinander
verbunden sind.
6. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) durch die Anschlussmittel (10) in einer Parallelschaltung miteinander
verbunden sind.
7. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (2) durch die Anschlussmittel (9, 10) so miteinander verbunden sind,
dass in mindestens zwei Gruppen von Hohlräumen die Hohlräume miteinander in einer
Serieschaltung verbunden sind und dass die Gruppen von Hohlräumen in einer Parallelschaltung
miteinander verbunden sind.
8. Verfahren zum Betrieb der Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in einem Kreislauf durch die Hohlräume der Heizplatte zirkuliert
wird.
9. Verfahren zum Betrieb der Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in einem offenen System durch die Hohlräume der Heizplatte
geführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium zur rascheren Aufheizung zusätzlich vor dem Eintritt in die
Heizplatte erwärmt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge und die Durchflussgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums so gesteuert
wird, dass es während einer stetigen Aufheizphase wärmer aus der Platte herausströmt,
als es in die Platte geflossen ist.
1. Heating plate (1) with cavities (2), in which electrically heatable heating bodies
(3) and a heat exchange medium are disposed for transmitting heat transmitted from
the heating bodies to the plate, the cavities (2) being fitted with connecting means
(9, 10) to permit circulation of the heat exchange medium, characterised in that the cavities (2) are elongate and the heating bodies (3) are bar-shaped and the heating
bodies are provided with spacers (6) which prevent the heating bodies (3) from coming
into direct contact with the internal walls of the cavities.
2. Heating plate as claimed in claim 1, characterised in that the cavities (2) have a circular cross section.
3. Heating plate as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the heating bodies (3) have a non-circular cross section and are twisted.
4. Heating plate as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the cavities (2) are disposed parallel with one another.
5. Heating plate as claimed in one of the preceding claims, characterised in that the cavities (2) are linked to one another in a serial connection by the connecting
means (9).
6. Heating plate as claimed in one of claims 1 to 4, characterised in that the cavities (2) are linked to one another in a parallel connection by the connecting
means (10).
7. Heating plate as claimed in one of claims 1 to 4, characterised in that the cavities (2) are linked to one another by the connecting means (9, 10) so that
the cavities in at least two groups of cavities are linked to one another in a serial
connection and the groups of cavities are inter-connected in a parallel connection.
8. Method of operating the heating plate as claimed in one of claims 1 to 7, characterised in that the heat exchange medium is circulated through the cavities in a circuit.
9. Method of operating the heating plate as claimed in one of claims 1 to 7, characterised in that the heat exchange medium is delivered through the cavities of the heating plate in
an open system.
10. Method as claimed in one of claims 8 to 9, characterised in that the heat exchange medium is additionally heated prior to entering the heating plate
in order to obtain a more rapid heat-up.
11. Method as claimed in one of claims 8 to 10, characterised in that the flow quantity and the circulation rate of the heat exchange medium are controlled
so that it is hotter when it flows out of the plate than it was when it flowed into
the plate during a steady heat-up phase.
1. Plaque chauffante (1) avec des espaces creux (2) dans lesquels sont disposés des corps
chauffants (3) pouvant être chauffés électriquement et un milieu caloporteur pour
la transmission de la chaleur émise par les corps chauffants à la plaque , où les
espaces creux sont équipés de moyens de connexion (9, 10) dans le but de l'écoulement
traversant avec le milieu caloporteur, caractérisée en ce que les espaces creux (2) sont oblongs et que les corps chauffants (3) sont en forme
de tige, et en ce que les corps chauffants sont pourvus de pièces d'écartement (6) qui empêchent un contact
direct des parois intérieures des espaces creux par les corps chauffants (3).
2. Plaque chauffante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les espaces creux (2) ont une section transversale circulaire.
3. Plaque chauffante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les corps chauffants (3) ont une section transversale non ronde et sont torsadés.
4. Plaque chauffante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les espaces creux (2) sont disposés parallèlement les uns aux autres.
5. Plaque chauffante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les espaces creux (2) sont reliés entre eux par les moyens de connexion (9) selon
un montage en série.
6. Plaque chauffante selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les espaces creux (2) sont reliés les uns aux autres par les moyens de connexion
(10) selon un montage en parallèle.
7. Plaque chauffante selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les espaces creux (2) sont reliés entre eux par les moyens de connexion (9, 10) de
façon que dans au moins deux groupes d'espaces creux, les espaces creux sont reliés
entre eux selon un montage en série, et en ce que les groupes d'espaces creux sont reliés les uns aux autres selon un montage parallèle.
8. Procédé pour faire fonctionner la plaque chauffante selon l'une des revendications
1 à 7, caractérisé en ce que le milieu caloporteur est amené à circuler dans une circulation à travers les espaces
creux de la plaque chauffante.
9. Procédé pour faire fonctionner la plaque chauffante selon l'une des revendications
1 à 7, caractérisé en ce que le milieu caloporteur est guidé dans un système ouvert à travers les espaces creux
de la plaque chauffante.
10. Procédé selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que le milieu caloporteur, en vue d'un échauffement plus rapide, est chauffé additionnellement
avant l'entrée dans la plaque chauffante.
11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la quantité d'écoulement traversant et la vitesse de l'écoulement traversant du milieu
caloporteur sont commandées de façon qu'il s'écoule pendant une phase d'échauffement
continue plus chaudement de la plaque que lors de son entrée dans la plaque.