Die vorliegende Erfindung betrifft einen mattenartigen Wärmetauscher für Kühl- und/oder Heizzwecke, bestehend aus einer Mehrzahl von Wärmetausch-Leitungen, die von einem Kühl- oder Heizmedium durchströmbar sind, welche Wärmetausch-Leitungen jeweils mit einer Vor- bzw. Rücklaufverteilleitung verbunden sind.
Derartige Wärmetauscher werden insbesondere zur Kühlung von Räumen, anstelle von konventionellen Klimaanlagen, eingesetzt. Man spricht dabei von Kühldecken, indem an der Raumdecke eine sog. Matte von wasserführenden Kunststoffröhrchen angebracht wird. Durch die Vielzahl der Kunststoffröhrchen wird das Kühlwasser auf eine grosse Fläche verteilt. Diese Matte kann unsichtbar, beispielsweise unter Deckenelementen, angebracht werden. Im Gegensatz zur herkömmlichen Klimaanlage wird kein unangenehmer und gesundheitsschädlicher Luftzug erzeugt. Die reinen Antriebskosten sind zudem um ca 90% niedriger, da für das Pumpen des Wassers durch die feinen Röhrchen erheblich weniger Energie benötigt wird, als für eine die gleiche Kühlleistung erbringenden Luftumwälzung.
Darüberhinaus entfällt der Raumbedarf für die Steigschächte und die sperrigen Luftverteilkanäle, wodurch sich bei Neubauten bis zu 30 cm Raumhöhe einsparen lassen. Schliess lich kann ein derartiges Wärmetauschsystem, insbesondere in modernen, gut isolierten Gebäuden, ohne weiteres auch als Heizung eingesetzt werden.
Die wenigen bisher bekannten Wärmetauscher-Matten weisen jeweils eine Vielzahl von annähernd parallel zueinander verlaufenden, flexiblen Kunststoff-Röhrchen mit ca 2-3 mm Innendurchmesser auf. Die Röhrchen sind an ihrem einen Ende mit einer Vorlauf-Verteilleitung und an ihrem anderen Ende mit einer Rücklauf-Verteilleitung verbunden. Durch diese Konstruktion ergibt sich der Nachteil, dass der Vorlaufanschluss räumlich oft weit vom Rücklaufanschluss liegt, sodass ein umständliches und unnötig Raum verschwendendes Verlegen von Vor- und Rücklaufrohren zu den Verteilleitungen hin erforderlich ist. Gelegentlich werden deshalb die Wärmetauscher-Matten derart umgebogen, dass Vor- und Rücklauf-Verteilleitung übereinander liegen.
Neben der hierbei bestehenden Gefahr, dass bei diesem behelfsmässigen Umbiegen die dünnen Kunststoff-Röhrchen beschädigt werden, ergibt sich der entscheidende Nachteil, dass sich durch das Übereinanderlegen der Vor- und Rücklauf-Verteilleitung und der entsprechenden Anschluss-Stutzen ein erhöhter Raumbedarf in Bezug auf die Bauhöhe ergibt. Ein solcher Raum steht beispielsweise bei nachzurüstenden, bestehenden Gebäuden oft nicht zur Verfügung. Wird die eine Verteilleitung, um die Bauhöhe etwas zu verringern, nicht auf die andere Verteilleitung sondern direkt auf die Matte aus dünnen Kunststoff-Röhrchen gelegt, werden diese Röhrchen in schädlicher Weise zusammengedrückt, wobei sogar Undichtigkeiten auftreten können.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen einfach herstellbaren, mattenartigen Wärmetauscher für Kühl- und/oder Heizzwecke zu schaffen, der eine geringe Einbauhöhe benötigt und darüber hinaus auf einfache Weise an die Vor- und Rücklaufrohre anschliessbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Erfindungsmerkmale gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht des mattenartigen Wärmetauschers;
Fig. 2 zeigt eine Teilansicht der Verteilleitung des Wärmetauschers nach Fig. 1;
Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 2;
Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 2;
Fig. 5-6 zeigen verschiedene Varianten der Vor-/Rücklauf-Verteilleitungs-Einheit.
Der mattenartige Wärmetauscher 1 besteht aus einer Mehrzahl von U-förmig umgebogenen, als Wärmetausch-Leitungen 2 dienenden Röhrchen aus Kunststoff, die jeweils mit ihren beiden Enden zu einer Vor-/Rücklauf-Verteilleitungs-Einheit 3 geführt sind. Der Innendurchmesser der Wärmetausch-Leitungen 2, d.h. der Kunststoff-Röhrchen, beträgt beispielsweise 2 mm. Die Wärmetausch-Leitungen 2 werden durch Abstandshalter 4 in ihrer Lage und Ausrichtung gehalten. Die Abstandshalter 4 stehen dabei quer zur Richtung der Wärmetausch-Leitungen 2. Die Anzahl der erforderlichen Abstandshalter 4 hängt von der Länge der jeweiligen Wärmetausch-Leitungen 2 ab.
In dem Bereich, wo die Wärmetausch-Leitungen 2 U-förmig umgebogen sind, d.h. an dem der Vor-/Rücklauf-Verteilleitungs-Einheit 3 entgegengesetzten Ende des Wärmetauschers 1, ist ein besonders ausgebildetes Abstandshalter-Element 4a angeordnet, durch das die Wärmetausch-Leitungen 2, bzw. die Röhrchen, nicht nur im gewünschten Abstand gehalten, sondern darüber hinaus auch U-förmig umgebogen gehalten werden. Es ist hier also auch ein Schutz gegen ein unerwünschtes, womöglich zu Beschädigungen und Undichtigkeiten führendes Abknicken der Wärmetausch-Leitungen 2, bzw. der Kunststoff-Röhrchen, gewährleistet.
Der wesentlichste Bereich des erfindungsgemässen mattenartigen Wärmetauschers 1 liegt in der Vor-/Rücklauf-Verteilleitungs-Einheit 3. Anders als dies bei bisherigen gattungsgemässen Wärmetauschern der Fall war, sind hier die Vor- und Rücklauf-Verteilleitung zu einer Einheit zusammengefasst. Hierdurch ist schon einmal der Vorteil gegeben, dass sowohl die Vorlauf-Verteil leitung als auch die Rücklauf-Verteilleitung auf derselben Seite des mattenartigen Wärmetauschers 1 liegt, was anschlusstechnisch günstig ist. Um darüber hinaus jedoch noch die angestrebte geringe Bauhöhe und die einfache Herstellbarkeit zu erreichen, sind noch zusätzliche technische Merkmale vorgesehen.
Da ist einerseits die besondere Anordnung der Vor- und Rücklauf-Verteilleitung in einem die Einheit 3 bildenden Profilelement, vorzugsweise aus Kunststoff, und andererseits die Tatsache, dass beide Verteilleitungen von einer Seite der Einheit 3 her erreichbar sind. Die Wärmetausch-Leitungen 2 sind dadurch, wie aus Fig. 2 ersichtlich, entlang einer Schmalseite der hier mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeten Vor-/Rücklauf-Verteilleitungs-Einheit 3 anbringbar.
Anhand der Fig. 3 und 4 soll nun die besondere Ausbildung der Vor-/Rücklauf-Verteilleitungs-Einheit 3 erläutert werden. Wie bereits erwähnt, besteht diese Einheit 3 aus einem vorzugsweise annähernd rechteckigen Kunststoff-Profilelement, mit einem sich über dessen Länge erstreckenden Hohlraum. Dieser Hohlraum ist im Querschnitt des Profilelementes durch eine Zwischenwand 5 zweigeteilt, sodass einerseits eine Vorlaufleitung 6 und andererseits eine Rücklaufleitung 7 gebildet wird.
Diese beiden Leitungen 6 und 7 sind zwar im Wesentlichen, im Querschnitt betrachtet, nebeneinander angeordnet, doch ist die im vorliegenden Beispiel von der Anschluss-Seite 8 der Wärmetausch-Leitungen 2 her gesehen, hinter der Rücklaufleitung 7 angeordnete Vorlaufleitung 6 mit einer sich unter die Rücklaufleitung 7 erstreckenden, länglichen Ausweitung 9, in Richtung auf die Anschluss-Seite 8 gezogen. Hierdurch wird ein ganz entscheidender Vorteil erzielt, nämlich, dass beide Leitungen 6 und 7 mittels einer an der Anschluss-Seite 8 angesetzten Bohrung 10 bzw. 11 mit der jeweiligen Wärmetausch-Leitung 2 verbindbar sind. Dadurch, dass die Bohrung 10 bzw. 11 einmal waagerecht und einmal schräg nach oben angesetzt ist, wird entweder die Vorlaufleitung 6 oder die Rücklaufleitung 7 erreicht.
Es sei hier zur Klarstellung eingefügt, dass die Höhe an der Seite 8 an der die jeweilige Bohrung 10 bzw. 11 angesetzt wird, keine primäre Bedeutung hat. Daraus ergibt sich, dass der Ansatzwinkel der Bohrung 10 bzw. 11 durchaus vom vorliegenden Beispiel abweichen kann, sodass beispielsweise die Bohrung 10 schräg nach unten und die Bohrung 11 waagerecht führbar ist. An sich ist jede Ansatzwinkel-Kombination denkbar. Die dargestellte Ausbildung, bei der die Bohrungen 10 und 11 jeweils im unteren Bereich des Profils angesetzt sind, bringt insofern Vorteile mit sich, dass die daran angeschlossenen Wärmetausch-Leitungen 2 beispielsweise besser auf einer Decken-Verkleidungs-Platte aufliegen. Von Vorteil ist ferner, dass alle Bohrungen 10 und 11 auf gleicher Höhe in einer Linie ausgerichtet sind, sodass alle Wärmetausch-Leitungen 2 waagerecht liegen.
Damit die zur Rücklaufleitung 7 geführte, tief angesetzte Bohrung 11 nicht die Zwischenwand 5 zur Vorlaufleitung 6 verletzen kann, ist die längliche Ausweitung 9 der Vorlaufleitung 6 nicht ganz bis zur Aussenwand 12 der Anschluss-Seite 8 geführt. Vielmehr ist hier eine Aussenwand-Verdickung 13 ausgebildet, durch die die Bohrung 11 durchführbar ist, ohne dass diese allzu nah an der Ausweitung 9 der Vorlaufleitung 6 vorbeikommt. Es ist somit gewährleistet, dass zwischen der Bohrung 11 und dem Inneren der Vorlaufleitung 6 in jedem Fall eine genügende Wandstärke 14 erhalten bleibt.
Wichtig ist, dass es lediglich ein relativ problemlos vorzufertigendes, im Querschnitt zweigeteiltes Profilelement braucht, an dem keine weiteren konstruktive Ausbildungen notwendig sind, um die Wärmetausch-Leitungen 2 anschliessen zu können. Es muss nur die Aussenwand 12 der Anschluss-Seite 8 des Profilelementes durchbohrt werden, um die Wärmetausch-Leitungen 2, bzw. die Kunststoff-Röhrchen, beispielsweise durch Anschweissen, anschliessen zu können. Bei der Fertigung kann die Mehrzahl von Bohrungen 10 oder 11 gleichen Winkels jeweils in einen Arbeitsgang angebracht werden. Danach kann, ebenfalls in einem Arbeitsgang, eine Mehrzahl von Wärmetausch-Leitungen 2, an die Vor-/Rücklauf-Verteilleitungs-Einheit 3 angeschlossen werden.
Was die Lage und Ausrichtung der Anschluss-Stutzen 15 und 16 der Vor-/Rücklauf-Verteilleitungs-Einheit 3 betrifft, so können diese in Abhängigkeit der örtlichen Einbaugegebenheiten gewählt werden. Im vorliegenden Beispiel liegt der Vorlauf-Anschluss-Stutzen 15 oben und der Rücklauf-Anschluss-Stutzen 16 unten. Diese Ausbildung ist zumindest dort, wo mehrere mattenartige Wärmetauscher 1 in Reihe geschaltet werden sollen, von Vorteil. Es ist aber ohne weiteres möglich, beide Anschluss-Stutzen 15 und 16 im Bereich desselben Endes der Vor-/Rücklauf-Verteil leitungs-Einheit 3 vorzusehen. Die beiden Anschluss-Stutzen 15 und 16 sind in an sich bekannter Weise mittelbar oder unmittelbar mit den entsprechenden Steigleitungen der Kühl- und/oder Heizanlage zu verbinden.
The present invention relates to a mat-like heat exchanger for cooling and / or heating purposes, consisting of a plurality of heat exchange lines through which a cooling or heating medium can flow, which heat exchange lines are each connected to a supply or return distribution line.
Such heat exchangers are used in particular for cooling rooms, instead of conventional air conditioning systems. One speaks of chilled ceilings in that a mat of water-carrying plastic tubes is attached to the ceiling. Due to the large number of plastic tubes, the cooling water is distributed over a large area. This mat can be attached invisibly, for example under ceiling elements. In contrast to conventional air conditioning, there is no unpleasant and harmful draft. The pure drive costs are also around 90% lower, since pumping the water through the fine tubes requires considerably less energy than for an air circulation that provides the same cooling capacity.
In addition, there is no need for space for the risers and the bulky air distribution ducts, which can save up to 30 cm in height in new buildings. Finally, such a heat exchange system, particularly in modern, well-insulated buildings, can also be easily used as a heater.
The few previously known heat exchanger mats each have a large number of flexible plastic tubes running approximately parallel to one another and having an internal diameter of approximately 2-3 mm. The tubes are connected at one end to a feed manifold and at the other end to a return manifold. This construction has the disadvantage that the flow connection is often far from the return connection, so that a laborious and unnecessarily wasteful laying of supply and return pipes to the distribution lines is required. Occasionally, therefore, the heat exchanger mats are bent in such a way that the supply and return distribution lines lie one above the other.
In addition to the risk that the thin plastic tubes will be damaged during this makeshift bending, there is the decisive disadvantage that the stacking of the supply and return distribution lines and the corresponding connecting pieces increases the space required in relation to the Height results. Such a room is often not available, for example, in existing buildings to be retrofitted. If one distribution line is not placed on the other distribution line, but rather directly on the mat made of thin plastic tubes, in order to reduce the overall height, these tubes are compressed in a harmful manner, and even leaks can occur.
The present invention therefore has as its object to provide a simple-to-manufacture, mat-like heat exchanger for cooling and / or heating purposes, which requires a small installation height and, moreover, can be connected to the supply and return pipes in a simple manner.
This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of patent claim 1. Further advantageous features of the invention emerge from the dependent patent claims.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is described in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 shows a view of the mat-like heat exchanger;
Fig. 2 shows a partial view of the distribution line of the heat exchanger according to Fig. 1;
Fig. 3 shows a section along the line A-A in Fig. 2;
Fig. 4 shows a section along the line B-B in Fig. 2;
5-6 show different variants of the forward / return distribution line unit.
The mat-like heat exchanger 1 consists of a plurality of U-shaped, plastic tubes serving as heat exchange lines 2, each of which is guided with its two ends to a forward / return distribution line unit 3. The inside diameter of the heat exchange lines 2, i.e. the plastic tube, for example, is 2 mm. The heat exchange lines 2 are held in their position and orientation by spacers 4. The spacers 4 are transverse to the direction of the heat exchange lines 2. The number of spacers 4 required depends on the length of the respective heat exchange lines 2.
In the area where the heat exchange lines 2 are bent in a U-shape, i.e. At the end of the heat exchanger 1 opposite the supply / return distribution line unit 3, a specially designed spacer element 4a is arranged, by means of which the heat exchange lines 2, or the tubes, are not only kept at the desired distance, but above them can also be kept bent in a U-shape. Protection is therefore also provided here against an undesirable kinking of the heat exchange lines 2, or the plastic tubes, possibly leading to damage and leaks.
The most important area of the mat-like heat exchanger 1 according to the invention lies in the supply / return distribution line unit 3. Unlike in the case of previous generic heat exchangers, the supply and return distribution lines are combined here to form one unit. This already gives the advantage that both the supply distribution line and the return distribution line are on the same side of the mat-like heat exchanger 1, which is favorable in terms of connection technology. However, in order to achieve the desired low overall height and ease of manufacture, additional technical features are also provided.
On the one hand there is the special arrangement of the supply and return distribution lines in a profile element forming the unit 3, preferably made of plastic, and on the other hand the fact that both distribution lines can be reached from one side of the unit 3. As a result, as can be seen from FIG. 2, the heat exchange lines 2 can be attached along a narrow side of the forward / return distribution line unit 3, which is designed here with a rectangular cross section.
3 and 4, the special design of the forward / return distribution line unit 3 will now be explained. As already mentioned, this unit 3 consists of a preferably approximately rectangular plastic profile element, with a cavity extending over its length. This cavity is divided in two in the cross section of the profile element by an intermediate wall 5, so that on the one hand a feed line 6 and on the other hand a return line 7 is formed.
Although these two lines 6 and 7 are essentially, viewed in cross section, arranged next to one another, however, the flow line 6 arranged behind the return line 7 in the present example, seen from the connection side 8 of the heat exchange lines 2, with a flow line 6 located under the Return line 7 extending, elongated extension 9, drawn in the direction of the connection side 8. In this way, a very decisive advantage is achieved, namely that both lines 6 and 7 can be connected to the respective heat exchange line 2 by means of a bore 10 or 11 attached to the connection side 8. Because the bore 10 or 11 is positioned once horizontally and once obliquely upwards, either the feed line 6 or the return line 7 is reached.
It should be added here for clarification that the height on the side 8 at which the respective bore 10 or 11 is applied has no primary meaning. It follows from this that the approach angle of the bore 10 or 11 may well deviate from the present example, so that for example the bore 10 can be guided obliquely downwards and the bore 11 can be guided horizontally. In principle, any approach angle combination is conceivable. The embodiment shown, in which the bores 10 and 11 are each set in the lower region of the profile, has advantages in that the heat exchange lines 2 connected to it lie better, for example, on a ceiling cladding panel. It is also advantageous that all holes 10 and 11 are aligned at the same height in a line, so that all heat exchange lines 2 are horizontal.
So that the deeply inserted bore 11 leading to the return line 7 cannot injure the intermediate wall 5 to the supply line 6, the elongated widening 9 of the supply line 6 is not completely extended to the outer wall 12 of the connection side 8. Rather, an outer wall thickening 13 is formed here, through which the bore 11 can be made without it coming too close to the extension 9 of the flow line 6. It is thus ensured that a sufficient wall thickness 14 is maintained between the bore 11 and the interior of the flow line 6 in any case.
It is important that all that is required is a profile element that is relatively easy to manufacture and has a cross-section that is divided into two sections, to which no further structural training is necessary in order to be able to connect the heat exchange lines 2. Only the outer wall 12 of the connection side 8 of the profile element has to be drilled through in order to be able to connect the heat exchange lines 2 or the plastic tubes, for example by welding. During production, the plurality of bores 10 or 11 of the same angle can each be made in one operation. Then, also in one operation, a plurality of heat exchange lines 2 can be connected to the forward / return distribution line unit 3.
As far as the position and orientation of the connection stubs 15 and 16 of the supply / return distribution line unit 3 are concerned, they can be selected depending on the local installation conditions. In the present example, the flow connection stub 15 is at the top and the return connection stub 16 is at the bottom. This design is advantageous at least where several mat-like heat exchangers 1 are to be connected in series. However, it is easily possible to provide both connecting pieces 15 and 16 in the area of the same end of the forward / return distribution line unit 3. The two connecting pieces 15 and 16 are to be connected directly or indirectly to the corresponding risers of the cooling and / or heating system in a manner known per se.