DE102016003179A1

DE102016003179A1 - Wärmetauscher bestehend aus einer Kapillarrohrmatte

Info

Publication number: DE102016003179A1
Application number: DE102016003179.4A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Bauke; Stephan Mölle; Jörg Siegmund; Reinhard Sobczyk
Original assignee: Beka Heiz- und Kuehlmatten GmbH
Current assignee: Beka Heiz- und Kuehlmatten GmbH
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Kapillarrohr der Kapillarrohrmatte in der Außenform ein viereckiges oder ein eine nicht runde Form aufweisendes Profil aufweist und im Innenprofil viereckig, rund, oval, oder in einer anderen beliebigen Form ausgebildet ist und aus Kunststoff besteht. Günstiger Weise ist dabei, dass die Kapillarrohre in ihrer vorgesehenen Außenform einzeln ausgebildet sind oder so geformt sind, dass mehrere Kapillarrohre in Verbindung stehen und so eine Profilform aufweisen, bei dem die Kapillarrohre mit ihrem benachbarten Kapillarrohr eine gemeinsame Trennwand besitzen. Erfinderisch wurde gelöst, in dem das Sammelrohr eine runde, ovale oder viereckige Form aufweisen kann. Erfinderisch zu dem vorher genannten Vorteilhaft, wenn das Kapillarrohr auf einer seiner die äußere Oberfläche bildenden Fläche oder auf zwei gegenüberliegenden die äußere Oberfläche bildenden Flächen eine die Oberfläche vergrößerte Form aufweist. Weiter besteht eine günstige Gestaltung darin, dass die Kapillarrohre einreihig oder zweireihig in Achsrichtung der Sammelrohre eine einheitliche Profilform besitzen und so eine Längsausdehnung als Sektion aufweisen, dass mehrere dieser Sektionen mit Lücken zueinander über die Länge der Sammelrohre durchströmbar angeordnet sind oder dass eine lückenlose Anordnung durch mehrere Sektionen über die Länge der Sammelrohren ausgeführt ist. Erfinderisch besteht eine Lösung darin, dass zwei geformte Kunststofffolien so miteinander verschweißt sind, dass ein durchströmbares Kapillarrohrgebilde entsteht, wobei das Einzelprofil des Kapillarrohres auch eine viereckige Form aufweisen kann. Dazu gehört auch, dass das Kapillarrohrgebilde aus den die Form der Kapillarrohre bildenden Trenn- und Außenwänden besteht und dabei das Kapillarrohrgebilde von einer druckfesten Umhüllung umgeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der durch eine Kapillarrohrmatte gebildet wird, wobei die Kapillarrohrmatte aus zwei Sammelrohren besteht und zwischen den Sammelrohren Kapillarrohre fluidtechnisch so angeordnet sind, dass die Kapillarrohre mit den Sammelrohren durch ein Heiz- oder Kühlmedium durchflossen werden können.
Kapillarrohrmatten bieten gute Voraussetzung für eine Verwendung beispielsweise als Wärmetauschermatte zum Heizen und Kühlen von Gebäuden. Dazu werden die Kapillarrohre zu Matten zusammengefasst, indem die Kapillarrohre in einem Abstand von etwa 10 bis 30 mm parallel zueinander durch Abstandshalter geführt werden und an dem einen Ende mit einem gemeinsamen Sammelrohr für den Zulauf des Heiz- und/oder Kühlmediums verbunden sind. An dem anderen Ende ist ein weiteres Sammelrohr für den Rücklauf des Mediums angeordnet. In der DE 4434387 wird eine entsprechende Kunststoffrohrmatte gezeigt und in der DE 4423765 sind die dazugehörigen Abstandshalter für paralleles Fixieren der Kapillarrohre zu Kunststoffkapillarrohrmatten aufgeführt. Die gezeigte Kunststoffrohrmatte hat den Nachteil, dass die Kapillarrohre eine runde Form besitzen und somit beim Aufliegen auf ebenen Flächen, wie zum Beispiel Deckenelemente aus Gips oder Blech, eine nur eingeschränkte Energieübertragung ermöglichen. Weiter führt der Abstand zwischen den Kapillarrohren auch zu einem schlechten Wert der Energieübertragung. Nachteilig ist auch, dass das Einbringen von Abstandshaltern eine große Fertigungszeit benötigt.
Angesichts der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde einen Wärmetauscher mittels Kapillarrohrmatte zu schaffen, die eine hohe Energieübertragung aufweist und keine bzw. nur eine geringe Anzahl von Abstandshaltern benötigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausbildung des Wärmetauschers entsprechend der Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Kapillarrohr der Kapillarrohrmatte in der Außenform ein viereckiges oder ein eine nicht runde Form aufweisendes Profil aufweist und im Innenprofil viereckig, rund, oval, oder in einer anderen beliebigen Form ausgebildet ist und aus Kunststoff besteht.
Günstiger Weise ist dabei, dass die Kapillarrohre in ihrer vorgesehenen Außenform einzeln ausgebildet sind oder so geformt sind, dass mehrere Kapillarrohre in Verbindung stehen und so eine Profilform aufweisen, bei dem die Kapillarrohre mit ihrem benachbarten Kapillarrohr eine gemeinsame Trennwand besitzen.
Erfinderisch wurde gelöst, in dem das Sammelrohr eine runde, ovale oder viereckige Form aufweisen kann.
Erfinderisch zu dem vorher genannten Vorteilhaft, wenn das Kapillarrohr auf einer seiner die äußere Oberfläche bildenden Fläche oder auf zwei gegenüberliegenden die äußere Oberfläche bildenden Flächen eine die Oberfläche vergrößerte Form aufweist.
Weiter besteht eine günstige Gestaltung darin, dass die Kapillarrohre einreihig oder zweireihig in Achsrichtung der Sammelrohre eine einheitliche Profilform besitzen und so eine Längsausdehnung als Sektion aufweisen, dass mehrere dieser Sektionen mit Lücken zueinander über die Länge der Sammelrohre durchströmbar angeordnet sind oder dass eine lückenlose Anordnung durch mehrere Sektionen über die Länge der Sammelrohren ausgeführt ist.
Erfinderisch besteht eine Lösung darin, dass zwei geformte Kunststofffolien so miteinander verschweißt sind, dass ein durchströmbares Kapillarrohrgebilde entsteht, wobei das Einzelprofil des Kapillarrohres auch eine viereckige Form aufweisen kann. Dazu gehört auch, dass das Kapillarrohrgebilde aus den die Form der Kapillarrohre bildenden Trenn- und Außenwänden besteht und dabei das Kapillarrohrgebilde von einer druckfesten Umhüllung umgeben ist.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung wurde gelöst, in dem im Sammelrohr für jedes Kapillarrohr beziehungsweise für eine gemeinsame Kapillarrohranordnung je eine Durchströmungsöffnung vorgesehen ist und dass das oder die Kapillarrohre am Sammelrohr Durchfluss gewährend stoffschlüssig angeordnet sind oder dass in jedem Sammelrohr ein Schlitz für die stoffschlüssige Verbindung von einem oder den Kapillarrohren am Sammelrohr so vorgesehen ist, dass das einzelne Kapillarrohr oder die Kapillarrohre als Gebilde in das Sammelrohr zumindest den Wert ihrer Wandstärke eintauchen können.
Es ergibt eine gute erfinderische Lösungsgestaltung, wenn durch thermische Einwirkung das oder die Kapillarrohre in unmittelbarer Nähe des Sammelrohres eine oder zwei Biegungen eine solche Größe aufweisen, dass die Auflagefläche von Sammelrohr und Kapillarrohren eine Ebene bilden.
Erfinderisch ist gelöst, in dem die gemeinsame Trennwand von benachbarten Kapillarrohren einen kleineren Wert der Materialstärke einnimmt gegenüber dem Materialstärkewert der Trennwand zur äußeren Oberfläche.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von unterschiedlichen Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 eine Kapillarrohrmatte, bei der die Profilform der Kapillarrohre eine durchgehende Fläche bilden,
2 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes AA durch die Kapillarrohre von 1, wobei eine zweireihige Anordnung der Kapillarrohre gezeigt wird,
3 eine Kapillarrohrmatte, bei der die Profilform der Kapillarrohre eine durchgehende Fläche bilden,
4 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes BB durch die Kapillarrohre von 3, wobei eine einreihige Anordnung der Kapillarrohre mit rundem Innenprofil gezeigt wird,
5 eine Kapillarrohrmatte, bei der die Kapillarrohre einzelne Profilformen bilden,
6 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes CC durch die Kapillarrohre von 5, wobei die Kapillarrohre einreihig angeordnet sind.
Eine Kapillarrohrmatte 1, bei der die Kapillarrohre 4 zwischen zwei Sammelrohren 2 einzeln und parallel von einem Arbeitsmedium durchströmbar angeordnet sind, wobei die Kapillarrohre 4 eine zur guten Energieübertragung geeignete Profilform besitzen, ist skizzenhaft nicht gezeigt. In 1 ist eine Kapillarrohrmatte 1, bei der die Profilform der Kapillarrohre 4 eine durchgehende Fläche bildet, gezeigt. Die Erläuterungen dazu treffen inhaltlich auf die Profilform von einzeln ausgebildet Kapillarrohre 4 in Kapillarrohrmatten 1 zu.
In 1 wird eine Kapillarrohrmatte 1 dargestellt, bei der die Profilform der Kapillarrohre 4 eine durchgehende Fläche bilden und beidseits mit Sammelrohren 2 strömungstechnisch in Verbindung stehen. Die Sammelrohre 2 besitzen Endkappen 3 um den Durchfluss des Heiz- oder Kühlmediums vorzugeben. Es können auch die Sammelrohre 2 von zwei Kapillarrohrmatten 1 planseitig miteinander verbunden werden um die Fläche des Wärmetauschers zu erweitern.
Fertigungstechnisch ist es sinnvoll, wenn die Sammelrohre 2 und die Kapillarrohre 4 aus Kunststoff, bevorzugt aus Polypropylen, bestehen. Werden Kapillarrohrmatten 1 zur Energieübertragung auf ebenen Flächen aufgelegt ist es von Nutzen, wenn die äußere Oberfläche 8 von benachbarten Kapillarrohren 4 eine Gerade bilden. Durch den abstandsfreien Kontakt zwischen Kapillarrohrmatte 1 und der ebenen Kontaktfläche wird eine hohe Übertragungsleistung erreicht. Kontaktverbessernd ist auch, wenn durch thermische Einwirkung das oder die Kapillarrohre 4 in unmittelbarer Nähe des Sammelrohres 2 eine oder zwei Biegungen einer solchen Größe aufweisen, dass die Auflagefläche von Sammelrohr 2 und Kapillarrohren 4 eine Ebene bilden.
Werden die Kapillarrohre 4 auf ihrer äußeren Oberfläche 8 rund ausgebildet, hat die Kapillarrohrmatte 1 bei der Auflage auf ebener Fläche nur mehrere linienförmige Kontakte. Weist die äußere Oberfläche 8 aber eine von der runden Form abweichende Oberfläche auf, kann eine vergrößerte Energieübertragungsfläche erreicht werden. Die besten Leistungen werden erzielt wenn die äußere Oberfläche 8 des Kapillarrohres 4 eine viereckige Form besitzt. Das Innenprofil des Kapillarrohres 4 kann dabei aus unterschiedlichen Gründen eine runde, ovale oder eine andere beliebige Form einnehmen. Wird an das Arbeitsmedium in der Kapillarrohrmatte 1 der Betriebsdruck angelegt kann es zum Verformen des Kapillarrohrprofiles kommen. Um diese Verformung zu kompensieren wird das Innenprofil so gefertigt, dass das äußere Profil 8 nach der Beaufschlagung mit dem Betriebsdruck eine ebene Fläche bildet. Es kann natürlich auch das Außenprofil, oder Innen- und Außenprofil zusammen, so geformt sein, dass nach Druckbeaufschlagung durch das Arbeitsmedium das Außenprofil die gewollte Profilausbildung annimmt.
Es kann eine Ausführungsform einer Kapillarrohrmatte 1 auch darin bestehen, dass mehrere Kapillarrohre 4 als ein gemeinsames Gebilde in Achsrichtung der Sammelrohre 2 ausgeführt sind und somit eine gemeinsame Profilform aufweisen. Hierbei besitzen die Kapillarrohre 4 mit ihrem benachbarten Kapillarrohr 4 eine gemeinsame Trennwand 6.
Natürlich kann die Kapillarrohrmatte 1 auch aus einer Vielzahl von einzelnen parallel zueinander angeordneten Kapillarohren 4 gebildet werden.
Die 2 zeigt den Schnitt AA aus 1. Hierbei sind die Kapillarrohre 4 als ein einziges in Doppelreihe ausgeführtes Gebilde realisiert. Das innere Kapillarrohrprofil ist viereckig ausgeführt und die benachbarten Kapillarrohre 4 besitzen eine gemeinsame Trennwand 6 und die äußere Oberfläche 8 bildet eine Ebene.
In der 3 wird eine Kapillarrohrmatte 1 gezeigt, bei der die Kapillarrohre 4 wie in 1 ein lückenloses Profil aufweisen.
In der Darstellung 4 wird der Schnitt BB von 3 aufgezeigt, hier sind die Kapillarrohre 4 einreihig angeordnet und das Innenprofil der Kapillarrohre 4 besitzt eine kreisförmige Form.
Die 5 zeigt eine Kapillarrohrmatte 1, bei der die gemeinsame Ausbildung von Kapillarrohren 4 als Sektion 10 nicht die erforderliche Breite für die Gestaltung der benötigten Kapillarrohrmattenbreite besitzen, so dass mehrere Sektionen 10 von Kapillarrohren 4 an den Sammelrohren 2 stoffschlüssig angebracht wurden. Zwischen den Sektionen 10 von gemeinsamen Anordnungen vom Kapillarrohr 4 befinden sich Spalten 9, die bei bestimmten Anwendungen als Wärmetauscher nützlich sind. Für bestimmte Anwendungen kommen einreihige Sektionen 10 zweireihig zum Einsatz. Hierbei werden Spalten 9 der einen Reihe durch die Anordnung der zweiten Reihe abgedeckt.
Ein mögliches Profil zum Vergrößern der äußeren Oberfläche 8 des Kapillarohres 4 wird im Schnitt CC der 6 dargestellt. Durch Abweichungen von der Kreisform oder von der Geraden vergrößert sich die äußere Oberfläche 8 des Kapillarrohres 4 und kann dadurch besser Energie an die Umgebung, zum Beispiel an Flüssigkeiten, übertragen.
Die Sammelrohre 2 können entsprechend ihrem Einsatzgebiet eine viereckige, ovale oder runde Form besitzen. Am Sammelrohr 2 wird das Kapillarrohr 4 oder die Kapillarrohre 2 als Gebilde stoffschlüssig angeordnet. Dies geschieht derart, dass das oder die Kapillarrohre 4 so angeordnet werden, dass durch die im Sammelrohr 2 eingebrachten Durchströmöffnungen das Arbeitsmedium weiter in die Kapillarrohre 4 fließen kann. Eine andere Lösung besteht darin, dass in jedem Sammelrohr 2 ein Schlitz oder mehrere Schlitze für die stoffschlüssige Verbindung von einem oder mehreren Kapillarrohren 4 als Sektion 10 am Sammelrohr 2 so vorgesehen ist, dass das Kapillarrohr 4 oder die Kapillarrohre 4 als Gebilde in das Sammelrohr 2 zumindest den Wert ihrer Wandstärke eintauchen können.
Kapillarrohrmatten 1 können auch durch Zusammenfügen von entsprechend umgeformten Kunststofffolien gebildet werden. Hierbei kann das Kapillarrohrprofil auch eine viereckige Form besitzen. Die Profilform kann auch in Teilbereichen Rundungen besitzen. Fertigungstechnisch ist es schwierig Kapillarrohrmatten so zu fertigen, dass eine Leckage nahezu ausgeschlossen ist. Deshalb besteht eine Lösung darin, dass über das Kapillarrohr 4 oder über das Kapillarrohrgebilde eine druckfeste Umhüllung angeordnet ist. Die Umhüllung kann metallische Eigenschaften besitzen. Bei einer anderen Lösung wird die Umhüllung aus Kunststoff gefertigt. Fertigungstechnisch ist dabei vorteilhaft, wenn der Kunststoff Schrumpfschlauch ähnliche Eigenschaften aufweist.
Durch die viereckige Ausbildung der Kapillarrohre 4 ergibt sich ein Biegewiderstand der automatisch zu einer geraden Lage des Kapillarrohres 4 führt. Es brauchen deshalb zur Ausbildung von Kapillarohrmatten 1, wenn überhaupt, nur vereinzelt Abstandshalter zur parallelen Fixierung der Kapillarrohre 4 zueinander zum Einsatz kommen. Dies senkt bedeutend den Materialeinsatz und Montageaufwand gegenüber Kapillarrohrmatten 1 mit runden Kapillarrohren 4.
Bezugszeichenliste

1: Kapillarrohrmatte
2: Sammelrohr
3: Endkappe
4: Kapillarrohre
5: Innenprofil des Kapillarrohres
6: gemeinsame Trennwand von Kapillarrohren
7: Trennwand zur äußeren Oberfläche
8: äußere Oberfläche
9: Spalte
10: Sektion

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4434387 [0002]
DE 4423765 [0002]

Claims

Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte (1), wobei die Kapillarrohrmatte (1) aus zwei Sammelrohren (2) besteht und zwischen den Sammelrohren (2) Kapillarrohre (4) fluidtechnisch so angeordnet sind, dass Kapillarrohre (4) mit den Sammelrohren (2) durch ein Heiz- oder Kühlmedium durchflossen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarrohr (4) der Kapillarrohrmatte (1) in der Außenform ein viereckiges oder ein eine nicht runde Form aufweisendes Profil aufweist und im Innenprofil viereckig, rund, oval, oder in einer anderen beliebigen Form ausgebildet ist und aus Kunststoff besteht.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach vorherigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarrohre (4) in ihrer vorgesehenen Außenform einzeln ausgebildet sind oder so geformt sind, dass mehrere Kapillarrohre (4) in Verbindung stehen und so eine Profilform aufweisen, bei dem die Kapillarrohre (4) mit ihrem benachbarten Kapillarrohr (4) eine gemeinsame Trennwand (6) besitzen.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (2) eine runde, ovale oder viereckige Form aufweisen kann.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach mindestens einem vorherigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarrohr (4) auf einer seiner die äußere Oberfläche (8) bildenden Fläche oder auf zwei gegenüberliegenden die äußere Oberfläche (8) bildenden Flächen eine die Oberfläche vergrößerte Form aufweist.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach mindestens einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarrohre (4) einreihig oder zweireihig in Achsrichtung der Sammelrohre (2) eine einheitliche Profilform besitzen und so eine Längsausdehnung als Sektion (10) aufweisen, dass mehrere dieser Sektionen (10) mit Lücken (9) zueinander über die Länge der Sammelrohre (2) durchströmbar angeordnet sind oder dass eine lückenlose Anordnung durch mehrere Sektionen (10) über die Länge der Sammelrohren (2) ausgeführt ist.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei geformte Kunststofffolien so miteinander verschweißt sind, dass ein durchströmbares Kapillarrohrgebilde entsteht, wobei das Einzelprofil des Kapillarrohres (4) auch eine viereckige Form aufweisen kann.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarrohrgebilde aus den die Form der Kapillarrohre (4) bildenden Trenn- und Außenwänden besteht und dabei das Kapillarrohrgebilde von einer druckfesten Umhüllung umgeben ist.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach mindestens einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Sammelrohr (2) für jedes Kapillarrohr (4) beziehungsweise für eine gemeinsame Kapillarrohranordnung je eine Durchströmöffnung vorgesehen ist und dass das oder die Kapillarrohre (4) am Sammelrohr (2) Durchfluss gewährend stoffschlüssig angeordnet sind oder dass in jedem Sammelrohr (2) ein Schlitz für die stoffschlüssige Verbindung von einem oder den Kapillarrohren (4) am Sammelrohr (2) so vorgesehen ist, dass das einzelne Kapillarrohr (4) oder die Kapillarrohre (4) als Gebilde in das Sammelrohr (2) zumindest den Wert ihrer Wandstärke eintauchen können.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach mindestens einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch thermische Einwirkung das oder die Kapillarrohre (4) in unmittelbarer Nähe des Sammelrohres (2) eine oder zwei Biegungen eine solche Größe aufweisen, dass die Auflagefläche von Sammelrohr (2) und Kapillarrohren (4) eine Ebene bilden.
Wärmetauscher gebildet durch eine Kapillarrohrmatte nach mindestens einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Trennwand (6) von benachbarten Kapillarrohren (4) einen kleineren Wert der Materialstärke einnimmt gegenüber dem Materialstärkewert der Trennwand zur äußeren Oberfläche (8).