HEIZSYSTEM MIT SPANNUNGSQUELLE

Abstract

 Ein Heizsystem mit wenigstens einer Heizeinheit mit wenigstens einem elektrischen Flächenheizelement, in das elektrische Kontakte integriert sind, und mit einer Spannungsquelle zum Anschluss an die Kontakte, wobei das wenigstens eine elektrische Flächenheizelement bei angelegter elektrischer Spannung einen Flächenwiderstand bildet, der Wärme abgibt, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Spannungsquelle und den Anschlüssen der Kontakte ein Schaltnetzteil zwischengeschaltet ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizsystem mit wenigstens einer Heizeinheit mit wenigstens einem elektrischen Flächenheizelement, in das elektrische Kontakte integriert sind, und mit einer Spannungsquelle zum Anschluss an die Kontakte, wobei das wenigstens eine elektrisch leitende Flächenheizelement bei angelegter elektrischer Spannung einen Flächenwiderstand bildet, der Wärme abgibt.

[0002] Ein solches Heizsystem ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Ein Teil eines solchen bekannten Heizsystems ist die aus EP 2 023 688 B1 bekannte elektrisch leitende Folie. Als Spannungsquelle in einem solchen bekannten Heizsystem dient das öffentliche Netz, das eine Netzspannung bereitstellt. Zwischen dem öffentlichen Netz und der elektrisch leitenden Folie ist im Stand der Technik ein Transformator zwischengeschaltet, um die Netzspannung auf eine Schutzkleinspannung (SELV) zu transformieren.

[0003] Die in einem solchen Heizsystem verwendeten Heizfolien oder Heizmembranen werden mit einer Betriebsspannung von Wechselstrom (AC) kleiner/gleich 50 V und Gleichstrom (DC) kleiner gleich 120 V betrieben und erzeugen dabei eine Nennleistung zwischen 15 W/m² und 500 W/m², je nach ihrem technischen Aufbau. Die Netzspannung ist auf der Erde nicht einheitlich genormt, so dass es weltweit unterschiedliche Netzspannungen gibt. Zum Beispiel beträgt die Netzspannung in Australien 230 bis 240 V, in Brasilien örtlich unterschiedlich 110 V, 127 V oder 220 V, in China (VR) 220 V, in Israel 230 V, in Japan 100 V, in Kanada/USA 120 V, in Mexiko 127 V, in Russland 220 V etc. Bei der Verwendung von Heizfolien ist es also erforderlich, unterschiedliche Transformatoren einzusetzen, die aufgrund fester Wicklungs- und Übersetzungsverhältnisse auf die Umwandlung der national vorgegebenen Netzspannung in eine Schutzkleinspannung von z.B. 12 V oder 36 V eingerichtet sind.

[0004] Die bekannten Heizsysteme, die Heizfolien verwenden, werden eingesetzt, weil sich Heizfolien dazu eignen, besonders gut verbaut zu werden. Transformatoren sind relativ groß und schwer, so dass auch lineare Trafonetzteile mit solchen Transformatoren relativ groß und schwer sind. Ein weiterer Nachteil von Transformatoren ist, dass diese den Wirkungsgrad des Heizsystems erheblich beeinträchtigen. Lineare Trafonetzteile mit Transformatoren haben einen eigenen hohen Energieverbrauch und senken daher den Wirkungsgrad des Heizsystems.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Heizsystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Wirkungsgrad deutlich verbessert wird und ein versteckter Einbau in einer speziellen Umgebung leichter möglich ist.

[0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Spannungsquelle und den Anschlüssen der Kontakte ein Schaltnetzteil zwischengeschaltet ist.

[0007] Die Verwendung eines Schaltnetzteils zur Transformation einer jeweiligen Netzspannung sorgt für Wirkungsgrade bis zu über 90%. Zudem sind Schaltnetzteile sparsam im Verbrauch und insgesamt günstig für die Umwelt und den Verbraucher.

[0008] Wesentlicher Vorteil der Schaltnetzteile ist aber weniger der Wirkungsgrad als die Möglichkeit, die Spannungsversorgung präzise entsprechend der installierten Heizleistung auszulegen und so keinen Leistungsüberhang zu installieren. Dies spart deutlich an Material, Ressourcen und Kosten. Außerdem wird die Spannungsversorgung volumen- und massebezogen deutlich kleiner.

[0009] Die Bauweise von Schaltnetzteilen ist im Vergleich zu derjenigen von linearen Trafonetzteilen klein und leicht bei gleicher Energie. Schaltnetzteile (SNT, oder in Englisch SMPS = Switched-Mode Power Supply) sind aufgrund ihrer Bauweise weltweit einsetzbar, so dass unterschiedliche Netzspannungen anders als bei Transformatoren unberücksichtigt bleiben können.

[0010] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass jedes Schaltnetzteil einer Heizeinheit zugeordnet ist. Dadurch ist es möglich, Heizeinheiten in gleichen oder unterschiedlichen Räumen vorzusehen und jeweils über ein Schaltnetzteil mit Netzspannung zu versorgen.

[0011] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass jedes Schaltnetzteil einem elektrisch leitenden Flächenheizelement zugeordnet ist. In dieser Variante können mehrere Schaltnetzteile einer Heizeinheit zugeordnet sein, wenn dies technisch erforderlich ist.

[0012] Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass jedem Schaltnetzteil ein Funkempfänger und eine Schalteinrichtung zugeordnet ist, wobei der Funkempfänger Steuersignale von Sendeeinheiten empfangen kann und jeweils ein empfangenes Steuersignal die Schalteinrichtung eines der Schaltnetzteile steuert.

[0013] Dadurch wird ermöglicht, dass jedes Schaltnetzteil von einer Sendeeinheit fernbedient werden kann. Eine solche Sendeeinheit kann im Grunde ein beliebiges elektronisches Gerät sein, das eine Sendefunktion aufweist und Steuersignale senden kann, zum Beispiel ein mobiles Endgerät, wie Smartphone oder Tablet. Der Benutzer eines mobilen Endgerätes kann also aus der Ferne bestimmen, welches elektrisch leitende Flächenheizelement bzw. welche Heizeinheit angesteuert werden soll. Das Ansteuern umfasst nicht nur das Ein- oder Ausschalten, sondern auch die Einstellung einer Temperatur.

[0014] Für die Verwendung des erfindungsgemäßen Heizsystems in einer baulichen Einheit ist es von Vorteil, dass wenigstens einige der Schaltnetzteile gemeinsam in einem Schaltkasten angeordnet sind. Durch die gemeinsame Anordnung der Schaltnetzteile in einem Schaltkasten ist es einfach, die Schaltnetzteile abzuschirmen und die komplexe Schaltungstechnik unter Hochfrequenz zu organisieren.

[0015] Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den weiteren Merkmalen der Unteransprüche.

[0016] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand einer einzigen Figur dargestellt. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems einer Heizeinheit mit drei elektrisch leitenden Flächenheizelementen, die über ein Anschlusskabel mit einem Schaltnetzteil bzw. Schaltnetzgerät in einem Schaltkasten verbunden ist.

[0017] Das Heizsystem 1 umfasst also in der Figur eine Heizeinheit 3 und die Heizeinheit 3 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform eine erstes elektrisch leitendes Flächenheizelement 3.1, ein zweites elektrisch leitendes Flächenheizelement 3.2 und eine drittes elektrisch leitendes Flächenheizelement 3.3, die in der vorliegenden Ausführungsform alle als eine elektrisch leitende Folie ausgebildet sind.. In anderen Ausführungsformen kann ein Heizsystem 1 mehrere Heizeinheiten 3 mit einer unterschiedlichen oder gleichen Anzahl elektrisch leitendenden Flächenheizelementen aufweisen. Die in der Figur dargestellte Anzahl der Heizeinheiten 3 und elektrisch leitenden Flächenheizelementen 3.1, 3.2, 3.3 ist rein beispielhaft gewählt. Das erste elektrisch leitende Flächenheizelement 3.1, das zweite elektrisch leitende Flächenheizelement 3.2 und das dritte elektrisch leitende Flächenheizelement 3.3 sind baugleich, so dass deren Aufbau nur anhand des ersten elektrisch leitenden Flächenheizelements 3.1 beschrieben wird.

[0018] Das erste elektrisch leitende Flächenheizelement 3.1 und somit auch die beiden weiteren elektrisch leitenden Flächenheizelemente der vorliegenden Ausführungsform und alle elektrisch leitenden Flächenheizelemente anderer Ausführungsformen ist aus einer thermoplastischen Matrix hergestellt, zum Beispiel aus Polyetherketonen, Poly-P-phenylensulfid, Polyetherimid, Polyethersulfon, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Perfluor-Alkoxy-Polymer, Polyamid und/oder Polysulfon. Eine aus einem solchen Thermoplasten gebildete thermoplastische Matrix enthält Verstärkungsfasern, die elektrisch leitfähig sind. Solche elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern sind zum Beispiel Kohlenstofffasern, Metallfasern und/oder leitfähig dotierte thermoplastische Fasern.

[0019] Der Anteil der elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern in der thermoplastischen Matrix beträgt in der vorliegenden Ausführungsform zwischen 0,1 Gew.-% und 20 Gew.-%. In anderen Ausführungsformen kann der Anteil aber auch außerhalb dieses Größenbereichs liegen. Neben elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern ist in der thermoplastischen Matrix auch ein Anteil nicht-leitender Verstärkungsfasern integriert, zum Beispiel Glasfasern, Aramidfasern, Keramikfasern, Polyetherimidfasern, Polybenzoxazolfasern, Naturfasern und/oder Mischungen davon. Neben den elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern und den nicht elektrisch leitfähigen Fasern sind in der thermoplastischen Matrix auch bis zu 20 Gew.-% Additive enthalten. Solche Additive sind zum Beispiel Binder, tribologisch wirksame Zusätze, Zusätze für die Festigkeit, Schlagzähigkeit, Temperaturbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Abrasionsbeständigkeit und/oder elektrische Leitfähigkeit. Solche Additive haben zum Beispiel die Form von Fasern, Fibrillen, Fibriden, Pulpen, Pulvern, Nanopartikeln, Nanofasern und/oder Mischungen davon. Ein in der ersten elektrisch leitfähigen Folie 3.1 und somit in allen elektrisch leitfähigen Folien des erfindungsgemäßen Heizsystems 1 enthaltender Binder besteht zum Beispiel aus Verbindungen, die auf Basis von Polyacrylat, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyurethan, Harzen, Polyolefinen, aromatischen Polyamiden oder Copolymeren davon oder Mischungen davon aufgebaut sind.

[0020] Die elektrische Leitfähigkeit des ersten elektrisch leitenden Flächenheizelements 3.1 und somit aller elektrisch leitenden Flächenheizelemente des erfindungsgemäßen Heizsystems 1 wird bei einem vorgegeben Gewichtsanteil der leitfähigen Verstärkungsfasern durch Variation der Dichte der Folie eingestellt. Bei einer vorgegebenen Dichte des ersten elektrischen Flächenheizelements 3.1 und somit aller elektrischen Flächenheizelemente des erfindungsgemäßen Heizsystems 1 erfolgt die Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit durch Auswahl des Gewichtsanteils der elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern. Das erste, zweite und dritte elektrische Flächenheizelement 3.1, 3.2, 3.3 bildet jeweils bei angelegter elektrischer Spannung einen Flächenwiderstand, der Wärme abgibt.

[0021] Das erste, zweite und dritte elektrische Flächenheizelement 3.1, 3.2, 3.3 kann eine beliebige geometrische Form haben. In der vorliegenden Ausführungsform sind die drei Flächenheizelemente rechteckig ausgebildet und haben eine sehr viel größere Länge als Breite. In der vorliegenden Ausführungsform sind die drei elektrischen Flächenheizelemente 3.1, 3.2, 3.3 geometrisch gleich ausgebildet. In anderen Ausführungsformen können die in einer Heizeinheit 3 zusammengefassten Flächenheizelemente jeweils eine individuelle geometrische Form haben, die sich von den anderen geometrischen Formen der anderen Flächenheizelemente unterscheidet. So kann die jeweils für ein elektrische Flächenheizelement gewählte geometrische Form an die baulichen Gegebenheiten angepasst sein. Neben bestimmten geometrischen Formen können auch unbestimmte geometrische Formen für die wenigstens ein elektrisches Flächenheizelement einer Heizeinheit 3 gewählt werden.

[0022] Das erste elektrische Flächenheizelement 3.1 und somit auch alle weiteren elektrischen Flächenheizelemente des erfindungsgemäßen Heizsystems 1 weist einen ersten Kontakt 5 und einen zweiten Kontakt 7 auf. Der erste Kontakt 5 bildet in der vorliegenden Ausführungsform eine Kontaktstelle 5.1 am Umfang des ersten elektrischen Flächenheizelements 3.1 und somit auch am Umfang des zweiten elektrischen Flächenheizelements 3.2, des dritten elektrischen Flächenheizelements 3.3 und jedes weiteren elektrischen Flächenheizelements des erfindungsgemäßen Heizsystems 1. Auch der zweite Kontakt 7 bildet am Umfang des ersten elektrischen Flächenheizelements 3.1 eine zweite Kontaktstelle 7.1 und somit auch an dem zweiten elektrischen Flächenheizelements 3.2, dem dritten elektrischen Flächenheizelements 3.3 und jedem weiteren elektrischen Flächenheizelements des erfindungsgemäßen Heizsystems 1. Die erste Kontaktstelle 5.1 des ersten Kontakts 5 bildet einen Anschluss für eine erste elektrische Leitung 5.2 und die zweite Kontaktstelle 7.1 des zweiten Kontakts 7 bildet einen Anschluss für eine zweite elektrische Leitung 7.2. Die erste Leitung 5.2 und die zweite Leitung 7.2 des ersten, zweiten und dritten elektrischen Flächenheizelements 3.1, 3.2, 3.3 der Heizeinheit 3 sind zu einem Anschlusskabel zusammengefasst und mit einem Schaltnetzteil 9 verbunden.

[0023] In anderen Ausführungsformen können die erste Kontaktstelle 5.1 und die zweite Kontaktstelle 7.1 auch an einer anderen Stelle des Umfangs des jeweiligen elektrischen Flächenheizelements 3.1, 3.2, 3.3 angeordnet sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Kontakt 5 und der zweite Kontakt 7 bahnförmig ausgebildet und erstrecken sich parallel zu zwei Längskanten des jeweiligen elektrisch leitenden Flächenheizelements 3.1, 3.2, 3.3. Auch Ausführungsformen mit kabelbasierten Flächenheizsystemen sind in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung umsetzbar.

[0024] Das Schaltnetzteil 9 ist in der vorliegenden Ausführungsform gemeinsam mit weiteren Schaltnetzteilen 9 für weitere Heizeinheiten 3, die nicht dargestellt sind, in einem Schaltkasten 11 angeordnet. In der Figur sind 16 Schaltnetzteile 9 im Schaltkasten 11 angeordnet. Der Schaltkasten 11 ist so bemessen, dass dieser die für die aktuelle Umgebung und die in dieser vorgesehenen Anzahl von Heizeinheiten 3 notwendige Anzahl von Schaltnetzteilen 9 geeignet ist. In größeren Bauwerken können auch mehrere Schaltschränke 11 vorgesehen sein, die jeweils Teilmengen von Schaltnetzteilen 9 aufnehmen. In der vorliegenden Ausführungsform ist an dem Schaltkasten 11 ein Funkempfänger 13 und ein Relais als Schalteinrichtung 15 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Anordnung des Funkempfängers 13 und der Schalteinrichtung 15 jeweils auf einer erste und zweiten Tragschiene 17.1, 17.2, die in der vorliegenden Ausführungsform als Hutschiene ausgebildet ist. Der Schaltkasten 11 weist zudem auch einen Kühlkörper (nicht dargestellt) für die Abführung der durch die betreffende Anzahl von Schaltnetzteilen 9 entstehende Verlustwärme abführt.

[0025] Der Funkempfänger 13 ist in der Lage, Steuersignale von Sendeeinheiten (nicht dargestellt) in den jeweiligen Räumen einer baulichen Einheit oder auch in Räumen unterschiedlicher baulicher Einheiten zu empfangen. Solche Sendeeinheiten können Funkthermostate, Fensterkontakte oder dergleichen sein. Die als den jeweiligen Schaltnetzteilen 9 vorgeschaltetes Relais ausgebildete Schalteinrichtung 15 wird von dem Funkempfänger 13 in Abhängigkeit von den empfangenen Steuersignalen geschaltet. Der Schaltkasten 11 kann auch in anderen Ausführungsformen nicht über den Funkempfänger 13 sondern kabelgebunden mit der Heizeinheit 3 oder einem der elektrischen Flächenheizelemente 3.1, 3.2, 3.3 verbunden sein. In der einfachsten Ausführungsform bildet die wenigstens eine Heizeinheit 3 bzw. das wenigstens eine elektrische Flächenheizelement 3.1, 3.2, 3.3 einen ungesteuerten Systemverbund.

[0026] Die Technik der Schaltnetzteile (SNT, Englisch SMPS) ist allgemein bekannt und wird hier daher nicht näher beschrieben.

Bezugszeichenliste

[0027] 

1

Heizsystem

3

Heizeinheit

3.1

erstes elektrisches Flächenheizelement

3.2

zweites elektrisches Flächenheizelement

3.3

drittes elektrisches Flächenheizelement

5

erster Kontakt

5.1

erste Kontaktstelle

5.2

erste Leitung

7

zweiter Kontakt

7.1

zweite Kontaktstelle

7.2

zweite Leitung

9

Schaltnetzteil

11

Schaltkasten

13

Funkempfänger

15

Schalteinrichtung

17.1

erste Tragschiene

17.2

zweite Tragschiene

Ansprüche

1. Heizsystem mit wenigstens einer Heizeinheit (3) mit wenigstens einem elektrisch leitenden Flächenheizelement (3.1; 3.2; 3.3), in das elektrische Kontakte (3; 7) integriert sind, und mit einer Spannungsquelle zum Anschluss an die Kontakte (3; 7), wobei das wenigstens eine elektrisch leitende Flächenheizelement (3.1; 3.2; 3.3) bei angelegter elektrischer Spannung einen Flächenwiderstand bildet, der Wärme abgibt,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Spannungsquelle und den Anschlüssen der Kontakte (3; 7) ein Schaltnetzteil (9) zwischengeschaltet ist.

2. Heizsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Schaltnetzteil (9) einer Heizeinheit (3) zugeordnet ist.

3. Heizsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Schaltnetzteil (9) einem elektrischen Flächenheizelement (3.1; 3.2; 3.3) zugeordnet ist.

4. Heizsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedem Schaltnetzteil (9) ein Funkempfänger (13) und eine Schalteinrichtung (15) zugeordnet ist, wobei der Funkempfänger (13) Steuersignale von Sendeeinheiten empfangen kann und jeweils ein empfangenes Steuersignal die Schalteinrichtung (15) eines der Schaltnetzteile (9) steuert.

5. Heizsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens einige der Schaltnetzteile (9) gemeinsam in einem Schaltkasten (11) angeordnet sind.

6. Heizsystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schaltkasten (11) den Funkempfänger (13) umfasst.

7. Heizsystem nach eine der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schaltkasten (11) die Schalteinrichtung (15) umfasst.

8. Heizsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schaltkasten (11) eine erste Tragschiene (17.1) und eine zweite Tragschiene (17.2) aufweist.

9. Heizsystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der ersten Tragschiene (17.1) der Funkempfänger (13) abgestützt ist und an der zweiten Tragschiene (17.2) die Schalteinrichtung (15) abgestützt ist.

10. Heizsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalteinrichtung (15) ein Relais ist.

11. Heizsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Schaltnetzteil (9) eine Netzspannung der Spannungsquelle auf eine sichere Schutzkleinspannung (SELV) transformiert.

Zeichnung