AT512905B1 - Heat exchange element - Google Patents
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Abstract
Wärmetauschelement umfassend einen Füllkörper (1), einen durch den Füllkörper (1) geführten Fluidkanal (2), durch welchen Fluidkanal (2) ein Fluid leitbar ist, sodass das Fluid durch eine auf eine erste Oberfläche (3) des Wärmetauschelementes wirkende Energie erwärmbar oder kühlbar ist, wobei das Wärmetauschelement in der Nähe der ersten Oberfläche (3) eine sich parallel zu der ersten Oberfläche (3) erstreckende, ein Glasgranulat (5) umfassende Schicht aufweist und/oder der Fluidkanal (2) in einer horizontalen Ebene und in einer vertikalen Ebene schlangenförmig ausgebildet ist.Heat exchange element comprising a filling body (1), a through the filler (1) guided fluid channel (2), through which fluid channel (2) a fluid is conductive, so that the fluid can be heated by a force acting on a first surface (3) of the heat exchange element energy or is coolable, wherein the heat exchange element in the vicinity of the first surface (3) has a parallel to the first surface (3) extending, a glass granule (5) comprising layer and / or the fluid channel (2) in a horizontal plane and in a vertical plane is serpentine.
Description
österreichisches Patentamt AT512 905 B1 2013-12-15Austrian Patent Office AT512 905 B1 2013-12-15
Beschreibung [0001] Diese Erfindung betrifft ein Wärmetauschelement umfassend einen Füllkörper, einen durch den Füllkörper geführten Fluidkanal, durch welchen Fluidkanal ein Fluid leitbar ist, sodass das Fluid durch eine auf eine erste Oberfläche des Wärmetauschelementes wirkende Energie erwärmbar oder kühlbar ist.Description: [0001] This invention relates to a heat exchange element comprising a filling body, a fluid channel guided through the filling body, through which fluid channel a fluid can be conducted, so that the fluid can be heated or cooled by an energy acting on a first surface of the heat exchange element.
[0002] Es sind nach dem Stand der Technik Fußbodenheizungssysteme oder Wandheizungssysteme bekannt. Es wird hierbei eine erwärmte Flüssigkeit durch einen in einem Teilbereich der Wand oder des Fußbodens angeordneten Fluidkanal geleitet, sodass die Wand oder der Fußboden und somit der Umgebungsraum erwärmt wird.There are known in the prior art underfloor heating or wall heating systems. In this case, a heated liquid is passed through a arranged in a portion of the wall or the floor fluid channel, so that the wall or the floor and thus the surrounding space is heated.
[0003] In hierzu umgekehrter Weise kann eine beispielsweise durch Sonneneinstrahlung erwärmte Wand erwärmen.In this reverse manner, a heated, for example, by solar heating wall.
[0004] Die bestehenden Heizungssysteme oder Kühlsysteme nach dem Stand der Technik weisen bei einer Erwärmung des Fluids bei einem Energieeintrag von außen einen nicht zufriedenstellenden Wirkungsgrad auf. Es kann nur ein geringer Teil der auf die erste Oberfläche einstrahlenden Energie in eine Wärmeenergie des Fluids umgewandelt werden. Die im folgenden diskutierte Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Wärmetauschelement bereitzustellen, welches sich durch einen höheren Wirkungsgrad als Systeme nach dem Stand der Technik auszeichnet. Das im Folgenden offenbarte Wärmetauschelement ist darüber hinaus mit bestehenden Systemen koppelbar.The existing heating systems or cooling systems according to the prior art have at a heating of the fluid at an energy input from the outside to an unsatisfactory efficiency. Only a small portion of the energy radiating onto the first surface can be converted into heat energy of the fluid. The invention discussed in the following has the object to provide a heat exchange element which is characterized by a higher efficiency than systems according to the prior art. The heat exchange element disclosed below can also be coupled with existing systems.
[0005] Erfindungsgemäße wird dies dadurch erreicht, dass das Wärmetauschelement in der Nähe der ersten Oberfläche eine sich parallel zu der ersten Oberfläche erstreckende, ein Glasgranulat umfassende Schicht aufweist, und/oder der Fluidkanal in einer horizontalen Ebene und in einer vertikalen Ebene schlangenförmig ausgebildet ist.According to the invention this is achieved in that the heat exchange element in the vicinity of the first surface has a parallel to the first surface extending, comprising a glass granule layer, and / or the fluid channel is serpentine in a horizontal plane and in a vertical plane ,
[0006] Der Energieeintrag kann beispielsweise durch eine Sonnenstrahlung erfolgen, welche auf die erste Oberfläche des erfindungsgemäßen Wärmetauschelementes gerichtet ist.The energy input can be done for example by a solar radiation, which is directed to the first surface of the heat exchange element according to the invention.
[0007] Vorzugsweise weist das Glasgranulat eine Eigenschaft nach dem Stand der Technik auf, welche die auf die erste Oberfläche einstrahlende Energie bündelt. Die Bündelung der einstrahlenden Energie hat den Effekt, dass nur bestimmten Bereichen des Wärmetauschelementes Heizenergie zugeführt wird. Vorzugsweise ist die gebündelte Energie auf Bereiche des Wärmetauschelementes gerichtet, durch welche das zu erwärmende Fluid geführt wird.Preferably, the glass granules have a property according to the prior art, which bundles the incident on the first surface energy. The bundling of the incident energy has the effect that only certain areas of the heat exchange element heating energy is supplied. Preferably, the bundled energy is directed to areas of the heat exchange element, through which the fluid to be heated is passed.
[0008] Das Glasgranulat hat darüber hinaus den Vorteil, dass die erste Oberfläche durch Methoden nach dem Stand der Technik beliebig gestaltbar ist.The glass granules also has the advantage that the first surface can be designed arbitrarily by methods of the prior art.
[0009] Bei einem Energieeintrag in Form von Sonnenenergie kann das Glasgranulat beispielsweise eine Form aufweisen, sodass durch einen optischen Effekt nach dem Stand der Technik (Lupeneffekt) die Sonnenstrahlen gebündelt werden. Das Glasgranulat kann hierzu ein im Inneren des Glasgranulates angeordnetes Mittel zur Lichtbrechung oder eine Schüsselform aufweisen. Schüsselförmiges Glasgranulat ist vorzugsweise ausreichend groß, sodass bei Aufbringung des Glasgranulates auf den Füllkörper das Glasgranulat durch den Vorgang des Aufbringens richtig ausgerichtet wird.In an energy input in the form of solar energy, the glass granules may for example have a shape, so that the sun's rays are bundled by an optical effect according to the prior art (magnifying glass effect). For this purpose, the glass granules can have a means of refraction or a bowl shape arranged in the interior of the glass granules. Bowl-shaped glass granules are preferably sufficiently large that upon application of the glass granules to the packing, the glass granules are properly aligned by the process of application.
[0010] Das Glasgranulat muss keinesfalls zwingend aus einem Glasmaterial hergestellt sein. Ein ähnlicher Effekt kann beispielsweise bei einer Verwendung von Kunststoffgranulat erzielt werden, welcher eine ähnliche lichtbrechende Eigenschaft aufweist.The glass granules must by no means necessarily be made of a glass material. A similar effect can be achieved, for example, with the use of plastic granules, which has a similar refractive property.
[0011] Eine in zwei Ebenen sich erstreckende schlangenförmige Anordnung des Fluidkanals hat gegenüber einer sich in einer Ebene schlangenförmigen den Vorteil, dass die Länge des Fluidkanals ein Vielfaches beträgt. Bei einer gleichen, im Wesentlichen durch nachgeschaltete Heizungssysteme und Kühlsysteme vorgegebenen Durchlaufgeschwindigkeit ist die Verweildauer des den Fluidkanal passierenden Fluids länger, sodass das Fluid über eine längere Zeitspanne erwärmt werden kann. 1 /8 österreichisches Patentamt AT 512 905 B1 2013-12-15 [0012] Das erfindungsgemäße Wärmetauschelement kann so ausgebildet sein, dass ein Bogen des schlangenförmig geführten Fluidkanals nahe der ersten Oberfläche in einem Teilbereich des Wärmetauschelementes angeordnet ist, in welchem Teilbereich eine hohe Bündelung der Energie durch das Glasgranulat bewirkt wird.A serpentine arrangement of the fluid channel extending in two planes has the advantage over a serpentine shape in a plane that the length of the fluid channel is a multiple. In the case of the same throughput speed specified essentially by downstream heating systems and cooling systems, the residence time of the fluid passing through the fluid channel is longer, so that the fluid can be heated over a longer period of time. [0012] The heat exchange element according to the invention can be designed such that an arc of the serpentine fluid channel is arranged near the first surface in a partial region of the heat exchange element, in which subregion high bundling the energy is caused by the glass granules.
[0013] Ein in einem Teilbereich angeordneter Bogen weist eine größere Länge des Fluidkanals auf als ein durch diesen Teilbereich gerade verlaufender Fluidkanal. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, einen Bogen in einem Teilbereich mit einem hohen Energieeintrag anzuordnen.An arc arranged in a partial region has a greater length of the fluid channel than a fluid channel running straight through this partial region. For this reason, it is advantageous to arrange a sheet in a partial area with a high energy input.
[0014] In der Nähe der zweiten Oberfläche des erfindungsgemäßen Wärmetauschelementes, welche zweite Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet ist, kann eine sich parallel zu der zweiten Oberfläche erstreckende Wärmedämmschicht angeordnet sein.In the vicinity of the second surface of the heat exchange element according to the invention, which second surface of the first surface is arranged opposite, can be arranged parallel to the second surface extending thermal barrier coating.
[0015] Die Wärmedämmschicht unterbindet die Ableitung von Wärmeenergie auf die dem Ort des Energieeintrages abgewandten Oberflächen.The thermal barrier prevents the dissipation of heat energy to the location of the energy input facing away from the surface.
[0016] In der Nähe der zweiten Oberfläche kann eine Folie mit wärmereflektierenden Eigenschaften angeordnet sein, welche Folie sich parallel zu der zweiten Oberfläche erstreckt.In the vicinity of the second surface may be arranged a film with heat-reflecting properties, which film extends parallel to the second surface.
[0017] Im Füllkörper kann zumindest ein Trägerrost angeordnet sein, durch welchen der Fluidkanal schlangenförmig geführt ist. Bei Führung des Fluidkanals in zwei Ebenen schlangenförmig ist die Anordnung zweier parallel zueinander positionierter, beanstandeter Trägerroste sinnvoll.At least one carrier grid can be arranged in the filler body, through which the fluid channel is guided serpentine. When guiding the fluid channel in two levels snake-shaped, the arrangement of two mutually parallel, objected carrier grids makes sense.
[0018] Der Fluidkanal kann um die Stäbe der Trägerroste geführt werden, sodass die schlangenförmige Anordnung des Fluidkanals durch die Trägerroste vorgegeben ist.The fluid channel can be guided around the bars of the carrier grates, so that the serpentine arrangement of the fluid channel is predetermined by the carrier grates.
[0019] Der Trägerrost kann ein Bewehrungselement für den Füllkörper aus Beton oder Lehm sein.The support grid may be a reinforcing element for the filling of concrete or clay.
[0020] Der Füllkörper kann ein Material mit einer Eigenschaft umfassen, welche eine Erhöhung der Temperatur des Füllkörpers bei einem Energieeintrag auf die erste Oberfläche zur Folge hat. Es sind nach dem Stand der Technik sogenannte Thermoputze bekannt, welche bei einem Energieeintrag auf die erste Oberfläche einen besonders günstigen zeitlichen Verlauf der Temperatur des Füllkörpers aufweisen.The filler may comprise a material having a property which results in an increase in the temperature of the filler at an energy input to the first surface. There are known in the art so-called Thermoputze, which have a particularly favorable time course of the temperature of the packing at an energy input to the first surface.
[0021] Die Anforderung des Erhöhens der Temperatur ist keinesfalls auf eine gegebenenfalls kurzzeitige Erhöhung der Temperatur begrenzt. Der Füllkörper kann beispielsweise eine hohe Wärmespeicherkapazität aufweisen, sodass der Füllkörper auch nach Beendigung des Energieeintrages eine höhere Temperatur aufweist, sodass auf nach Beendigung des Energieeintrages das den Füllkörper passierende Fluid erwärmt werden kann.The requirement of increasing the temperature is by no means limited to an optionally short-term increase in the temperature. The filler may, for example, have a high heat storage capacity, so that the filler has a higher temperature even after completion of the energy input, so that after completion of the energy input, the fluid passing the filler can be heated.
[0022] Der Fluidkanal kann in Fluidkommunikation mit einem Vorratsspeicher stehen, sodass jenes Fluid, welches sich im Fluidkanal befindet, nur ein Teil des Fluids des Heizungssystems oder Kühlsystems ist, dessen Teil das erfindungsgemäße Wärmetauschelement ist.The fluid channel may be in fluid communication with a storage reservoir, so that that fluid which is located in the fluid channel, only a part of the fluid of the heating system or cooling system is part of the heat exchange element according to the invention.
[0023] Das Wärmetauschelement kann ein Teil einer Fassade, eines Daches oder eines auf einem Untergrund liegenden Bauelementes sein.The heat exchange element may be part of a facade, a roof or lying on a substrate component.
[0024] Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine mögliche Ausführungsform des erfindungsge mäßen Wärmetauschelementes.Figure 1 shows a section through a possible embodiment of the erfindungsge MAESSEN heat exchange element.
[0025] Figur 2 zeigt eine Tabelle und einen Graphen über die Erwärmung eines Wärmetau schelementes.FIG. 2 shows a table and a graph of the heating of a heat exchanger element.
[0026] Figur 3 zeigt eine Tabelle und einen Graphen über die Erwärmung eines Fluids mittels des erfindungsgemäßen Wärmetauschelementes.FIG. 3 shows a table and a graph of the heating of a fluid by means of the heat exchange element according to the invention.
[0027] In den Figuren sind die folgenden Elemente durch die vorgestellten Bezugszeichen gekennzeichnet. 1 Füllkörper 2 Fluidkanal 2/8 österreichisches Patentamt AT512 905 B1 2013-12-15 3 erste Oberfläche 4 zweite Oberfläche 5 Glasgranulat 6 Wärmedämmschicht 7 Folie 8 T rägerrost 9 Verbindungskanal 10 Sonnenstrahlen 11 gebündelte Sonnenstrahlen 12 Bogen 13 Stäbe [0028] Das in Figur 1 mittels Schnittbild dargestellte Wärmetauschelement umfasst einen Füllkörper 1 und einen durch den Füllkörper 1 geführten Fluidkanal 2. Durch den Fluidkanal 2 wird ein Fluid geleitet, sodass das Fluid durch eine auf eine erste Oberfläche 3 des Wärmetauschelementes wirkende Sonnenstrahlen 10 erwärmbar oder kühlbar ist.In the figures, the following elements are indicated by the reference numerals presented. 1 filling body 2 fluid channel 2/8 Austrian Patent Office AT512 905 B1 2013-12-15 3 first surface 4 second surface 5 glass granules 6 thermal insulation layer 7 film 8 substrate grating 9 connecting channel 10 solar rays 11 bundled solar rays 12 sheets 13 rods The structure shown in FIG The heat exchange element represented by a sectional view comprises a filling body 1 and a fluid channel 2 guided through the filling body 1. A fluid is passed through the fluid channel 2, so that the fluid can be heated or cooled by a solar beam 10 acting on a first surface 3 of the heat exchange element.
[0029] Der Füllkörper 1 weist eine Eigenschaft auf, welche eine Erhöhung der Temperatur des Füllkörpers 1 bei einem Energieeintrag auf die erste Oberfläche 3 zur Folge haben. Der Füllkörper 1 hat eine hohe Wärmespeicherfähigkeit.The filler 1 has a property which has an increase in the temperature of the filler body 1 at an energy input to the first surface 3 result. The filler 1 has a high heat storage capacity.
[0030] Der Fluidkanal 2 ist in einer Ebene parallel zur Betrachtungsebene schlangenförmig und in einer Ebene senkrecht auf die Betrachtungsebene nicht dargestellt schlangenförmig ausgebildet. Zwischen den zu der Betrachtungsebene parallel angeordneten schlangenförmig angeordneten Fluidkanälen sind Verbindungselemente 9 angeordnet, welche Verbindungselemente senkrecht zu der Betrachtungsebene orientiert sind.The fluid channel 2 is serpentine in a plane parallel to the viewing plane and not serpentine in a plane perpendicular to the viewing plane. Between the snake-shaped fluid channels arranged parallel to the viewing plane, connecting elements 9 are arranged, which connecting elements are oriented perpendicular to the viewing plane.
[0031] Das Wärmetauschelement umfasst an der ersten Oberfläche 3 eine sich parallel zu der ersten Oberfläche 3 erstreckende, ein Grasgranulat 5 umfassende Schicht. Das Glasgranulat 5 weist eine Eigenschaft auf, welche die auf die erste Oberfläche 3 wirkende Energie bündelt. Im Wesentlichen werden die einfallenden Sonnenstrahlen 10 durch das Glasgranulat 5 gebrochen.The heat exchange element comprises on the first surface 3 a parallel to the first surface 3 extending, a grass granules 5 comprehensive layer. The glass granules 5 have a property which bundles the energy acting on the first surface 3. In essence, the incident solar rays 10 are refracted by the glass granules 5.
[0032] Die gebündelten Sonnenstrahlen 11 wirken auf einen definierten Teilbereich Fluidkanals 2, durch welchen das zu erwärmende Fluid geleitet wird.The bundled solar rays 11 act on a defined portion of the fluid channel 2, through which the fluid to be heated is passed.
[0033] Es ist ein Bogen 12 des schlangenförmig geführten Fluidkanals 2 nahe der ersten Oberfläche 3 in jenem Teilbereich des Wärmetauschelementes angeordnet, in welchem Teilbereich eine hohe Bündelung der Energie durch das Glasgranulat 5 bewirkt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Figur 1 nur ein solcher Teilbereich dargestellt.It is an arc 12 of the serpentine guided fluid channel 2 near the first surface 3 disposed in that portion of the heat exchange element, in which part of a high concentration of energy through the glass granules 5 is effected. For reasons of clarity, only one such subarea is shown in FIG.
[0034] Die Erwärmung des Fluids wird auch durch die Wärmeleitfähigkeit wird auch durch die Wärmeleitfähigkeit des Grasgranulates und des Füllkörpers beeinflusst. Aus diesem Grund werden die Sonnenstrahlen in Teilbereiche gebündelt, in welchen der Fluidkanal 1 der ersten Oberfläche 3 als Ort des Energieeintrages möglichst nahe ist.The heating of the fluid is also influenced by the thermal conductivity is also influenced by the thermal conductivity of the grass granules and the packing. For this reason, the sun's rays are bundled into subregions in which the fluid channel 1 of the first surface 3 as close as possible to the location of the energy input.
[0035] An einer zweiten Oberfläche 4 des erfindungsgemäßen Wärmetauschelementes, welche zweite Oberfläche 4 der ersten Oberfläche 3 gegenüberliegend angeordnet ist, ist eine sich parallel zu der zweiten Oberfläche 4 erstreckende Wärmedämmschicht 6 angeordnet. Die Wärmedämmschicht verhindert ein Abfließen von im Füllkörper 1 gespeicherter Wärmeenergie an die Umgebung.On a second surface 4 of the heat exchange element according to the invention, which second surface 4 of the first surface 3 is arranged opposite, a parallel to the second surface 4 extending thermal barrier coating 6 is arranged. The heat-insulating layer prevents a flow of heat energy stored in the filling body 1 to the environment.
[0036] Es ist weiters an der zweiten Oberfläche 4 eine Folie 7 mit wärmereflektierenden Eigenschaften angeordnet, welche Folie 7 sich parallel zu der zweiten Oberfläche 4 erstreckt.It is further arranged on the second surface 4, a film 7 with heat-reflecting properties, which film 7 extends parallel to the second surface 4.
[0037] Der Füllkörper 1 umfasst einen Trägerrost 8 mit parallel zur Betrachtungsebene und 3/8 österreichisches Patentamt AT512 905B1 2013-12-15 senkrecht zu dieser angeordneten Stäben 13, um welche der Fluidkanal 2 schlangenförmig geführt ist. Der Fluidkanal 2 ist um die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschelementes zu erleichtern, an Punkten der Stäbe 13 befestigt.The filler body 1 comprises a support grid 8 with parallel to the viewing plane and perpendicular to this arranged rods 13, around which the fluid channel 2 is guided in a serpentine shape. The fluid channel 2 is to facilitate the manufacture of the heat exchange element according to the invention, attached to points of the rods 13.
[0038] Figur 2 gibt einen tabellarischen Überblick über die Erwärmung zweier - mit Ausnahme des im folgenden angeführten Unterschiedes - baugleicher erfindungsgemäßer Wärmetauschelemente und über die Erwärmung eines durch die Wärmetauschelemente geleiteten Fluids.Figure 2 gives a tabular overview of the heating of two - with the exception of the difference mentioned below - identical inventive heat exchange elements and the heating of a guided through the heat exchange elements fluid.
[0039] Gemäß Angabe in der Tabelle umfasst die eine Platte im Unterschied zu der anderen Platte einen Zusatz aus Glasgranulat, der gemäß Anspruch 3 der hier offenbarten Erfindung angeordnet ist. Das Glasgranulat bewirkt eine etwas raschere Erwärmung der Platte.As indicated in the table, unlike the other plate, one plate comprises an addition of glass granules arranged according to claim 3 of the invention disclosed herein. The glass granules causes a slightly faster heating of the plate.
[0040] Das Fluid wird durch die Platte ohne Glasgranulatzusatz mittels eines Schlauches mit einem Durchmesser von 16,0mm geleitet, während die Platte mit Glasgranulat einen Schlauch mit einem Durchmesser von 4,0mm umfasst.The fluid is passed through the plate without added glass granules by means of a tube with a diameter of 16.0 mm, while the plate with glass granules comprises a tube with a diameter of 4.0 mm.
[0041] Es ist erkennbar, dass trotz des geringeren Durchmessers das durch die Platte mit Glasgranulat geleitete Fluid im Wesentlichen eine gleiche Temperatur wie das durch den Schlauch mit einem großen Durchmesser geleitete Fluid erreicht. 4/8It can be seen that, despite the smaller diameter, the fluid passed through the glass granule plate reaches substantially the same temperature as the fluid passing through the large diameter tube. 4.8
Claims (10)
Priority Applications (1)
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| AT8832012A AT512905B1 (en) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | Heat exchange element |
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| AT512905B1 true AT512905B1 (en) | 2013-12-15 |
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| AT8832012A AT512905B1 (en) | 2012-08-13 | 2012-08-13 | Heat exchange element |
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2012
- 2012-08-13 AT AT8832012A patent/AT512905B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Publication date |
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| AT512905A4 (en) | 2013-12-15 |
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