BE1019697A3 - Verwarmingselement. - Google Patents

Abstract

Elektrisch verwarmingselement (11) bestaande uit een plaat van staal (13), met een grondlaag in email op de rugzijde (15) en op de voorzijde (14) en voorzien van een laag elektrisch isolerend email (16) boven op de grondlaag aan de rugzijde waarop elektrische weerstanden (17) voor verwarming zijn aangebracht, daardoor gekenmerkt dat het verwarmingselement (11) voorzien is van een dekemail-laag (14a) op de grondlaag aan de voorzijde (14), waarop een ingebrand gekleurd beeld of motief (14b) voor decoratieve en/of publicitaire doeleinden is aangebracht.

Description

Verwarmingselement

De huidige uitvinding heeft betrekking op een verwarmingselement voor het verwarmen van personen in hun leefomgeving of van voorwerpen in hun leefomgeving.

Meer speciaal, is het verwarmingselement bedoeld voor het elektrisch verwarmen door middel van een geëmailleerde staalplaat.

Het is bekend dat bij elektrische verwarming de warmteafgifte door straling efficiënter is dan door convectie.

De straling neemt toe met de absolute temperatuur en wel in de vierde macht (T4 in graden Kelvin). Geëmailleerd staal heeft een hoge afgiftecoëfficient voor warmtestraling, namelijk 0,9.

In plaats van de omringende lucht op te warmen zoals convectiewarmte doet, wordt de stralingswarmte rechtstreeks geabsorbeerd door mensen en voorwerpen. Dit verzekert een efficiënter energiegebruik.

Bovendien biedt geëmailleerd staal voordelen zoals bestendigheid tegen hoge temperaturen, krasvastheid, resistentie tegen zuren, is het kleurvast en praktisch onverwoestbaar.

Geëmailleerd staal kan hoge temperaturen aan doordat het thermische uitzettingen kan opvangen omwille van de inherent ingebouwde trekspanningen in de staalkern en de drukspanningen in de emaillagen.

Men kent reeds elektrische verwarmingspanelen waarbij een geëmailleerde staalplaat aan de rugzijde is voorzien van verwarmingsweerstanden, ingebed in een elektrisch isolerende laag, die gelamineerd is op een vuurbestendige •plaat, zoals calcium silicaat, die zélf afgedekt is met een plaat van gegalvaniseerd staal.

Een dergelijk verwarmingspaneel kan dan bijvoorbeeld aan de zoldering worden bevestigd met het gegalvaniseerd staal tegen de zoldering en het verwarmde geëmailleerd staal naar de onderliggende ruimte gekeerd.

Dergelijke platen (bijvoorbeeld Alliance Vitratherm) kunnen temperaturen tot 80°C bereiken.

Gelijkaardige platen voor verticale opstelling in verwarmingselementen tegen de wanden van leefruimten werden ook door Alliance op de markt gebracht, waarbij de bereikte temperatuur van het verwarmingselement tot 240°C kan oplopen, met een maximum van 250°C.

Een nadeel van dergelijke verwarmingspanelen uit geëmailleerd staal is dat temperaturen boven 300°C niet toegankelijk zijn, terwijl de straling toeneemt met de vierde macht van de temperatuur in graden Kelvin, en de straling bij 350°C bijvoorbeeld meer dan dubbel zo hoog ligt dan bij 240°C.

Nog een nadeel van dergelijke verwarmingselementen is dat het geëmailleerde oppervlak van het verwarmingselement, dat naar de leefruimte is gekeerd, niet voorzien is van decoratie en een monochrome kleur heeft.

Om hieraan tegemoet te komen, bestaan er elektrische verwarmingspanelen die voorzien zijn van een decoratief voorzetpaneel om het verwarmingselement beter te integreren in een leefruimte (www.redwell.com). Hierbij wordt gebruikt gemaakt van geëmailleerde decoratieve panelen die vóór het verwarmingselement bevestigd worden door middel van een houder, en die geen deel uitmaken van het verwarmingselement zelf. De verwarmingsweerstanden zijn aangebracht in het verwarmingselement en maken geen rechtstreeks contact met de geëmailleerde decoratieve plaat.

Een nadeel van dergelijke verwarmingselementen met decoratief paneel is dat bij het opwarmen en afkoelen storende tikgeluiden kunnen ontstaan ten gevolge van het uitzetten of krimpen van onderdelen.

Nog een nadeel van dergelijke verwarmingselementen is dat de decoratieve plaat niet zelf door verwarmingsweerstanden wordt opgewarmd, maar onrechtstreeks verwarmd wordt door het verwarmingselement met als gevolg warmteverliezen en een verminderd energetisch rendement.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een elektrisch verwarmingselement bestaande uit een plaat van staal, met een grondlaag in email op de rugzijde en op de voorzijde en voorzien van laag elektrisch isolerend email boven op de grondlaag aan de rugzijde waarop elektrische weerstanden voor verwarming zijn aangebracht, waarbij het verwarmingselement voorzien is van een dekemail-laag op de grondlaag aan de voorzijde, waarop een ingebrand gekleurd beeld of motief voor decoratieve en/of publicitaire doeleinden is aangebracht.

Een voordeel van een verwarmingselement volgens de uitvinding is dat het verwarmingselement zelf al is voorzien van een decoratief beeld waardoor het monteren van een bijkomend decoratief paneel overbodig is geworden.

Nog een voordeel van dit verwarmingselement is dat het slechts uit één stuk bestaat, waarbij storende geluiden veroorzaakt door het uitzetten en krimpen van onderdelen onder invloed van de temperatuur, voorkomen worden.

Een voordeel is ook dat de emaillaag voorzien van het decoratief motief, rechtstreeks door de verwarmingsweerstanden wordt verwarmd waardoor er geen warmteverliezen of een verlaagd energetisch rendement optreden.

Bij voorkeur wordt het ingebrand gekleurd beeld gevormd door middel van zeefdrukken, digitaal drukken of een andere transfertechniek van een gepaste inkt gevolgd door het inbranden bij hoge temperatuur.

Deze techniek biedt het voordeel dat om het even welk gekleurd motief, zoals bijvoorbeeld een schilderij, in het email kan worden ingebrand bij hoge temperatuur, zoals bij 800°C, zodat het motief kleurecht, warmtebestendig, krasbestendig en bestendig tegen graffiti wordt, en geen verder onderhoud meer vergt.

Bij voorkeur bestaat het geëmailleerd staal van het verwarmingselement volgens de uitvinding uit roestvrij staal.

Een voordeel van het gebruik van roestvrij staal in het verwarmingselement is dat dit materiaal bestand is tegen temperaturen tot 500 °C, waardoor de fractie van afgegeven warmte, afgegeven als stralingswarmte aanzienlijk toeneemt, en daarmee ook het energetisch rendement.

Een verwarmingselement op hogere temperatuur biedt ook het voordeel dat een kleiner oppervlak van het verwarmingselement volstaat om dezelfde verwarmings-capaciteit te bereiken.

Bij voorkeur bestaat het geëmailleerd staal in het verwarmingselement uit ontkoold staal of emailleerbaar laag koolstofstaal.

Een voordeel van het gebruik van dergelijk koolstofvrij of koolstofarm staal is dat het een betere hechting van een emaillaag op het staal toelaat.

Optioneel kan de gebruikte staalplaat naast een vlakke vorm ook een gebogen vorm hebben.

Een voordeel van een dergelijke gebogen vorm is dat het verwarmingselement op die manier ingebouwd kan worden in niet vlakke voorwerpen of wanden hetgeen nieuwe architectonische toepassingen toelaat.

De uitvinding betreft ook een werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement bestaande uit het aanbrengen van een grondlaag in email op de voorzijde van een plaat van staal en op de rugzijde ervan, het aanbrengen van een deklaag in email op de grondlaag aan de voorzijde, het inbranden van een gekleurd beeld of motief aan de voorzijde, het aanbrengen van een laag elektrisch isolerend email bovenop de grondlaag aan de rugzijde en het aanbrengen van elektrische weerstanden voor verwarming op het elektrisch isolerend email aan de rugzijde.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een verwarmingselement volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch en in doorsnede een elektrisch verwarmingselement volgens de stand van de techniek weergeeft; figuur 2 een detail F2 van figuur 1 op grotere schaal weergeeft ; figuur 3 schematisch en in doorsnede een verwarmingselement volgens de uitvinding weergeeft; figuur 4 een eerste stap weergeeft van de werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement volgens de uitvinding; figuren 5, 6 en 7 en 8 daaropvolgende stappen van de werkwijze van figuur 4 weergeven; figuur 9 een optionele bijkomende stap weergeeft van de werkwijze.

In figuur 1 is schematisch een doorsnede voorgesteld van een elektrisch verwarmingselement 1 volgens de stand van de techniek bestaande uit een vuurbestendig kernmateriaal 2 aan de achterzijde afgeschermd met gegalvaniseerd staal 3, en aan de voorzijde voorzien van een decoratief paneel 4 van geëmailleerd staal en van uitsparingen 5 in het kernmateriaal waarin zich verwarmingsweerstanden 6 bevinden.

In figuur 2 is een doorsnede van een verwarmingsweerstand 6 op grotere schaal weergegeven, waarop de weerstandsdraad 7 van de verwarmingsweerstand afgebeeld, omgeven door een elektrische isolatie 8 en door een thermisch isolerende kous 9. Deze verwarmingsweerstand is ingebed in groeven van het kernmateriaal 2 door middel van een lijm 10.

De werking van het verwarmingselement 1 volgens de stand van de techniek is eenvoudig en als volgt. De elektrische verwarmingsweerstanden 6 worden door een elektrische stroom opgewarmd en geven hun warmte af aan de lijmlaag die errond ligt. De geëmailleerde plaat is zelf niet voorzien van elektrische verwarmingsweerstanden en wordt opgewarmd doorheen de lijmlaag 10 en doorheen het kernmateriaal 2 dat de weerstanden omgeeft.

De warmte gegenereerd in de elektrische weerstand 6 dient eerst doorheen de thermische isolatiekous te gaan en dan doorheen de lijm, zodat hier tweemaal een energieverlies optreedt, en een groot percentage van de warmte zijdelings gedissipeerd wordt in het kernmateriaal 2 en niet rechtstreeks wordt afgegeven aan het paneel geëmailleerd staal 4.

De weergegeven uitvoeringsvorm is die van een verwarmingselement 1 dat tegen de wand of zoldering wordt bevestigd en aan de voorzijde is voorzien van een monochroom paneel 4 uit geëmailleerd staal. Het verwarmingselement bereikt een temperatuur van 80°C en het kernmateriaal 2 samen met de bovenste plaat 3 in gegalvaniseerd staal, beschermen de wand of zoldering tegen een te hoge temperatuur.

In figuur 3 is een verwarmingselement 11 volgens de uitvinding weergegeven, bestaande uit een geëmailleerde staalplaat 12 gevormd door een drager in staal 13, aan de voorzijde voorzien van een grondlaag in email 14 en ook aan de rugzijde voorzien van een grondlaag in email 15, waarop aan de rugzijde een keramische isolatielaag 16 is aangebracht waarop verwarmingsweerstanden 17 zijn aangebracht die zelf worden afgedekt door een beschermende en overdekkende glaslaag 18. Op de grondlaag in email 14 aan de voorzijde is een tweede emaillaag 14a aangebracht waarin een decoratief keramisch kleurenbeeld 14b of motief is gebrand.

De werking van het verwarmingselement 11 is zeer eenvoudig en als volgt. De elektrische stroomtoevoer naar het verwarmingselement 11 wordt in de regel gestuurd door een thermostaat, die ervoor zorgt dat een bepaalde omgevingstemperatuur bereikt wordt. De stroomtoevoer door de verwarmingsweerstanden 17 laat deze opwarmen, waarbij de warmte rechtstreeks aan de geëmailleerde staalplaat 12 wordt overgedragen. De warme staalplaat geeft zijn warmte in hoofdzaak af als stralingswarmte, hetgeen voor personen een subjectief warmer gevoel geeft dan convectiewarmte.

Het verwarmingselement 11 kan bijvoorbeeld de vorm aannemen van een aan de wand hangend schilderij, en is daardoor niet langer als een storend verwarmingstoestel in de leefruimte zichtbaar.

De decoratieve versiering op het verwarmingselement 11 is bovendien kleurvast, krasvast, thermisch resistent, zuurbestendig en graffiti-bestendig en vergt geen onderhoud.

In figuur 4 wordt een eerste stap afgebeeld in de werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement 11 volgens de uitvinding, dat tot 350-500°C verwarmd kan worden.

In deze eerste stap wordt ferritisch roestvrij staal 19 van bijvoorbeeld 0,70 mm dikte 'met een chroomgehalte van 16 % tot 18 % (AISI 430) of van 17 % tot 20 % chroom (AISI 444 eerst gezandstraald om een goede hechting van het email te bekomen en wordt dan gecoat met grondemail 20 aan de boven-•14 en onderkant 15 en vervolgens gedroogd en ingebrand in een oven bij 820°C. Vervolgens wordt de rugzijde 16 gecoat met isolatie-email 21 en de voorzijde 14 met een kleur-email 22. Deze deklagen worden gedroogd en ingebrand in een oven bij 820 °C. Het resulterend geëmailleerd staal wordt op rol of vel per vel opgeslagen.

Het voordeel van continu emailleren in een emaillerings-straat is de lage kostprijs per m2 wegens de hoge automatisatie en het beperken van emailverliezen.

In figuur 5 wordt een tweede stap van het productieproces afgebeeld waarbij de decoratie 14b van email op het dekemail 14a aan de voorzijde van de geëmailleerde staalplaat aangebracht wordt door zeefdrukken, digitaal printen of een andere transfertechniek voor een gepaste email-inkt 14b. Daarna wordt de plaat ingebrand in een oven bij 800 °C.

In figuur 6 wordt een derde stap van het productieproces afgebeeld waarbij de verwarmingsweerstanden als een stroomkring 17 van zilverpasta gezeefdrukt worden op de rugzijde 16 van de plaat bestaande uit isolatie-email 16 en grondemail 15 waarna de stroomkring gedroogd wordt.

Zoals in figuur 7 afgebeeld, wordt daarna een overleg in glas 18 over de stroomkring 17 gezeefdrukt en wordt alles verticaal ingebrand bij temperaturen tussen 500 °C en 800 °C, bijvoorbeeld bij 650 °C.

Een voordeel van dusdanig afgedekte verwarmingsweerstanden 17 is dat ze hierdoor corrosiebestendig worden.

In figuur 8 wordt een vierde stap van het productieproces afgebeeld waarbij geleidende klemmen 23 gehecht worden op de stroomkring van de verwarmingsweerstanden 17 door middel van een elektrisch geleidende epoxylijm 24.

Een voordeel van dergelijke klemmen 23 is dat hun hechting aan het verwarmingselement 11 zeer robuust is.

Indien wettelijk vereist wordt een aardingspin (niet in de figuren weergegeven) aangebracht door middel van puntlassen op een plaats waar de emaillaag is weggeschuurd en dit om ladingsaccumulatie te voorkomen.

In een vijfde stap van de werkwijze wordt de stroomkring van elektrische weerstanden 17 elektrisch getest bij spanningen tot 350 V en de warmte-afgifte wordt ter controle gemeten.

In figuur 9 wordt een zesde en optionele productiestap afgebeeld waarbij het verwarmingselement 11 met de rugzijde 15 tegen de voorzijde van een brandvertragende spaanplaat 24 wordt gelijmd, die zelf met zijn rugzijde op een gegalvaniseerde plaat 25 van 0.40 mm dikte is gelijmd.

Een voordeel van deze constructie is dat de wand of zoldering door de brandvertragende spaanplaat 24 en de structureel versterkende gegalvaniseerde plaat 25 tegen de hoge temperatuur van het verwarmingselement wordt beschermd.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een verwarmingselement 11 volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Zo zijn er alternatieve werkwijzen voor het vervaardigen van dergelijke verwarmingselementen mogelijk waarbij de grondemail-laag aangebracht wordt, die dan gedroogd wordt en vervolgens een laag dekemail wordt aangebracht, die dan ook gedroogd wordt, waarna beide lagen samen ingebrand worden in één doorgang in een oven bij ongeveer 820 °C.

Nog een alternatieve werkwijze bestaat erin het dekemail in één laag rechtstreeks op het staal aan te brengen, dat al dan niet vernikkeld staal kan zijn.

Claims (17)

1. Elektrisch verwarmingselement (11) bestaande uit een plaat van staal (13), met een grondlaag in email op de rugzijde (15) en op de voorzijde (14) en voorzien van een laag elektrisch isolerend email (16) boven op de grondlaag aan de rugzijde waarop elektrische weerstanden (17) voor verwarming zi’jn aangebracht, daardoor gekenmerkt dat het verwarmingselement (11) voorzien is van een dekemail-laag (14a) op de grondlaag aan de voorzijde (14), waarop een ingebrand gekleurd beeld of motief (14b) voor decoratieve en/of publicitaire doeleinden is aangebracht.

2. Elektrisch verwarmingselement (11) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het staal (12) van het verwarmingselement uit roestvrij staal bestaat.

3. Elektrisch verwarmingselement (11) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het staal van het verwarmingselement uit ontkoold staal of emailleerbaar laag-koolstofstaal bestaat.

4. Elektrisch verwarmingselement (11) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de staalplaat een vlak of een gebogen oppervlak vertoont.

5. Elektrisch verwarmingselement (11) volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat het roestvrij staal (12) gezandstraald is vooraleer het voorzien wordt van email-lagen.

6.- Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) bestaande uit het aanbrengen van een grondlaag in email op de voorzijde (14) van een plaat van staal (13) en op de rugzijde (15) ervan, het aanbrengen van een dekemail-laag (14a) op de grondlaag aan de voorzijde (14), het inbranden van een gekleurd beeld of motief (14b) aan de voorzijde (14), het aanbrengen van een laag elektrisch isolerend email (16) bovenop de grondlaag aan de rugzijde, en het aanbrengen van elektrische weerstanden (17) voor verwarming op het elektrisch isolerend email aan de rugzijde (15).

'7.- Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de plaat van staal (13) bestaat uit roestvrij staal.

8. Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat het roestvrij staal gezandstraald is.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat het aanbrengen van een grondlaag in email op de voorzijde (14) van een plaat van staal (13) en op de rugzijde (15) ervan gebeurt door het coaten van beide zijden met een grondemail en het inbranden van de grondemail-laag bij een temperatuur tussen 700 °C en 900 °C, beter nog tussen 800 °C en 850 °C, en bij voorkeur bij 830 °C.

10. Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat het aanbrengen van een decoratieve emaillaag (14a) op de grondlaag aan de voorzijde (14) en het inbranden van een gekleurd beeld of motief (14b) aan de voorzijde gebeurt bij een temperatuur tussen 700°C en 900 °C, beter nog tussen 800 °C en 850 °C, en bij voorkeur bij 820 °C.

11. Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat het coaten van beide zijden met emaillagen gebeurt door rolcoaten in een continue emaillerings-straat.

12. Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat het gekleurd beeld of motief (14b) op de dekemail-laag (14a) aan de voorzijde wordt aangebracht door zeefdruk, digitaal drukken of een andere email-inkt transfertechniek vooraleer het wordt ingebrand op de dekemail-laag (14a) .

13. Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat het aanbrengen van elektrische weerstanden (17) voor verwarming op de elektrisch isolerende emaillaag (16) aan de rugzijde gebeurt door middel van zeefdruk of een andere druk- of transfertechniek voor zilverpasta, waarmee een stroomkring wordt gevormd.

14. Werkwijze voor het vervaardigen van een verwarmingselement (11) volgens conclusie 13,daardoor gekenmerkt dat op de stroomkring uit zilverpasta een overliggend patroon in glas (18) wordt aangebracht door middel van zeefdruk vooraleer het geheel wordt ingebrand bij een temperatuur van 600°C tot 700°C, beter nog van 620 °C tot 680 °C, en bij voorkeur bij 650 °C.

15. Werkwijze voor het vervaardigen vaneen verwarmingselement (11) volgens conclusie14,daardoor gekenmerkt dat op de stroomkring van de verwarmingsweerstanden (17) geleidende klemmen (23) worden gehecht door middel van elektrisch geleidende epoxylijm (24) .

16. Werkwijze voor het vervaardigen vaneen verwarmingselement (11) volgens conclusie14,daardoor gekenmerkt dat een aardingspin wordt aangebracht door middel van puntlassen op een plaats waar de emaillaag is weggeschuurd.

17. Werkwijze voor het vervaardigen vaneen verwarmingselement (11) volgens conclusie 6 daardoor gekenmerkt dat het bekomen verwarmingselement (11) met zijn rugzijde (15) tegen de voorzijde van een brandvertragende spaanplaat (24) wordt gelijmd, die zelf met zijn rugzijde op een gegalvaniseerde plaat (25) is gelijmd.