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Die
Erfindung betrifft eine Faserzusammensetzung (1), eine
Verwendung der Faserzusammensetzung (1), ein Wärmetauscherelement
(11) mit mindestens einer integrierten Heiz- und/oder Kühlleitung (13),
ein Wärmetauschersystem aus Wärmetauscherelementen
(11), die in variabler Gestaltung angeordnet werden können,
wobei preiswerte Ausgangsstoffe zur Herstellung verwendet werden.
Erfindungsgemäss wird eine Faserzusammensetzung (1) gezeigt,
die cellulosehaltige Fasern (4) und mindestens einen Mischungspartner
(3) mit wärmeleitenden Eigenschaften aufweist.
Diese Faserzusammensetzung (1) eignet sich zur Verwendung
als Wärmeleitstoff (12), der in einem gattungsgemässen
Wärmetauscherelement (11) enthalten ist. Erfindungsgemässe
Wärmetauscherelemente (11) können zu
einem Wärmetauschsystem zusammengefügt werden.
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Beschreibung
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Die
Erfindung betrifft eine Faserzusammensetzung, eine Verwendung der
Faserzusammensetzung als Wärmetauscherelement mit mindestens
einer integrierten Heiz- und/oder Kühlleitung, ein Wärmetauschersystem
aus Wärmetauscherelementen und eine Verwendung desselben
mit den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
dem Stand der Technik sind vielfältige wärmeleitfähige
Materialien, deren Verwendung in Wärmetauscherelementen,
sowie Heiz- und Kühlelemente und Anordnungen derselben
bekannt.
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Exemplarisch
seien die folgenden Druckschriften aufgeführt.
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Druckschrift
DE 19844617 A1 (entsprechend
EP 0990856 ) zeigt eine Anordnung
zur Klimatisierung von Räumen, bestehend aus Klimaplatten
mit einem Korpus aus mineralischen Material und einem mäanderförmig
gebogenen Rohrregister.
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In
der Druckschrift
DE
20 2004 002 089 U1 ist ein Heizelement in Sandwichbauweise
vorgestellt, wobei Heizrohre in einer wärmeleitenden, mit
verschiedenen Materialien gefüllten Kunststoffkompositschicht
eingebettet sind und die Wärmeleitung über eingelagerte
Partikel, z. B. Aluminiumpulver, erfolgt.
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Die
Europäische Anmeldung
EP 0955 504 A1 zeigt vorgefertigte und zusammenfügbare
Heizelemente, in denen ein Rohrverlauf in einem geeigneten Material,
beispielsweise Beton vergossen ist.
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Die
Zusammensetzungen und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik sind
entweder für den nachträglichen Einbau eines Heizsystems
wenig geeignet, wenn das verwendete Material, z. B. Beton sehr schwer
ist und damit die Transportfähigkeit einschränkt,
oder die Herstellung ist aufwändig, sowohl im Hinblick
auf den Herstellungsprozess als auch auf die Herstellungskosten.
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Ausserdem
ist aus der Druckschrift
DE
195 39 309 C2 eine Faserzusammensetzung aus einem Sekundärrohstoff
und mindestens einem Mischungspartner bekannt, die zur Verwendung
als Schallschutz- und Schalldämmstoff geeignet ist. Bei
dem Sekundärrohstoff kann es sich um Cellulose, bei dem Mischungspartner
um Blähglas handeln. Diese bekannte Faserzusammensetzung
hat wärmedämmende Eigenschaften.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zusammensetzung,
Wärmetauscherelemente und Anordnungen bereitzustellen,
mittels denen Räume, insbesondere Innenräume temperiert werden
können, die sowohl bei Neubauten, aber insbesondere auch
bei Sanierungsmass nahmen von Altbauten Verwendung finden, und in
variabler Gestattung angeordnet werden können, wobei preiswerte
Ausgangsstoffe zur Herstellung verwendet werden. Die Wärmetauscherelemente
sollen geringes Gewicht bei hoher mechanischer Stabilität
und Wärmeleitfähigkeit aufweisen und auf einfache
Weise kostengünstig herstellbar sein.
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Erfindungsgemäss
wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
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Die
Erfindung betrifft eine Faserzusammensetzung, die cellulosehaltige
Fasern und mindestens einen Mischungspartner mit wärmeleitenden
Eigenschaften aufweist.
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Cellulosehaltige
Fasern sind ein Rohstoff mit einem relativ geringen spezifischen
Gewicht, womit sie zu einem geringen spezifischen Gewicht der Faserzusammensetzung
beitragen. Cellulosefasern sind in verschiedenen Faserlängen
verfügbar und lassen sich gut mit unterschiedlichen Mischungspartnern
in eine Mischung bringen. Dabei kann der Mischungspartner von einer
einzigen Sorte sein, es können aber auch mehrere Mischungspartner
vorliegen.
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Ausserdem
sind cellulosehaltige Fasern ein preiswerter Ausgangsstoff. Sie
können beispielsweise aus Altpapier gewonnen werden.
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Der
Mischungspartner hat wärmeleitende Eigenschaften, das heisst
er eignet sich auf Grund seiner Material- und/oder seiner strukturellen
Eigenschaften besser für den Transport von Wärme
als die cellulosehaltigen Fasern, hat also typischerweise eine höhere
Wärmeleitfähigkeit.
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In
der erfindungsgemässen Zusammensetzung besitzt der mindestens
eine Mischungspartner eine Wärmeleitfähigkeit
(bei 20°C) von mindestens 200 W/mK.
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Da
cellulosehaltige Fasern in der Regel eine geringe Wärmeleitfähigkeit
besitzen, z. B. liegt die Wärmeleitfähigkeit von
gewöhnlichem Papier etwa bei 0,12 W/mK, wird die Wärmeleitfähigkeit
der Faserzusammensetzung von dem Mischungspartner dominiert.
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Vorteilhafterweise
ist ausser der Wärmeleitfähigkeit auch die Wärmekapazität
des Mischungspartners ausreichend hoch, die Wärmekapazität
ist grösser als 0,8 kJ/kgK.
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Die
entsprechenden Eigenschaften sind zumeist bei metallischen Mischungspartnern
vorhanden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung von Aluminium als Mischungspartner.
Aluminium besitzt eine Wärmeleitfähigkeit (bei
20°C) von etwa 220 W/mK und eine Wärmekapazität
von 0,89 kJ/kgK. Gleichzeitig beträgt für Aluminium
der Wert der Dichte nur 2700 kg/m3.
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Die
resultierende Faserzusammensetzung besitzt somit ebenfalls ein geringes
spezifisches Gewicht.
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Alternativ
lassen sich jedoch auch andere wärmeleitfähige
Mischungspartner verwenden, zum Beispiel Kupfer mit einer Wärmeleitfähigkeit
von 372 W/mK, allerdings bei einer Dichte von 8900 kg/m3.
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Der
mindestens eine Mischungspartner kann in Form von Schichten oder
Strängen vorliegen, in einer bevorzugtem Ausführungsform
liegt er jedoch in Form Teilchen vor, z. B. als Korn, Granulat,
Span oder ähnliches, wobei die typische Maximalgrösse
eines Teilchens etwa 0,5–10 mm beträgt, das heißt,
für ein kugelförmiges Teilchen liegt der Durchmesser
in dem genannten Bereich. Für asymmetrische Teilchen liegt
die größte Ausdehnung der Teilchen in diesem Längenbereich.
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Die
Rohstoffkosten für die Faserzusammensetzung lassen sich
reduzieren, wenn mindestens einer der Mischungspartner aus Altaluminium
gewonnen wird, welches in Form von Spänen, Sägespänen oder
Drehspänen anfällt. Diese haben typische Längen
von 1–5 mm. Als Mischungspartner geeignete Teilchen können
auch durch Shreddern von Altaluminium, z. B. von Dosen oder Folien,
hergestellt werden. Der anfallende Sekundärrohstoff muss
für die Verwendung als Mischungspartner in der Regel nicht aufwändig
aufbereitet werden. Eine aus dem Verarbeitungsprozess resultierende
zerklüftete Oberflache wirkt sich sogar positiv auf eine
gute Vermischung mit und auf die Haftung an den cellulosehaltigen
Fasern aus.
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Die
Faserzusammensetzung kann als Rohmaterial formlos vorliegen. Sie
kann aber auch durch ein formgebendes Verfahren, z. B. durch Pressen
in einer dauerhaften, z. B. plattenartigen Form vorliegen.
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Die
cellulosehaltigen Fasern, die aneinander eine hohe Haftung auf Grund
von Wasserstoffbrückenbindungen im Herstellprozess besitzen,
bilden, wenn sie in geeigneter Weise verpresst werden, ein engmaschiges
Fasergerüst, in welches die Teilchen des Mischungspartners
gitterartig eingebunden werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Fasergerüst
bei verpresster Faserzusammensetzung so dicht ausgebildet, dass
zwischen den cellulosehaltigen Fasern und zumindest einem Teil der Oberfläche
des mindestens einen Mischungspartners eine feste Bindung besteht.
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Die
cellulosehaltigen Fasern binden den oder die Mischungspartner in
ihre Gitterstruktur ein. Die Mischungspartner besitzen bevorzugt
eine zerklüftete und somit große Oberflache, so
dass sich den Fasern eine große Angriffsfläche
bietet.
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Die
Festigkeit der Bindung wird erhöht, wenn auch zwischen
den cellulosehaltigen Fasern und zumindest einem Teil der Oberfläche
des mindestens einen Mischungspartners eine chemische Bindung, insbesondere
eine Wasserstoffbrückenbindung, besteht.
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Durch
die Zugabe von Bindemitteln, wie z. B. Methylcellulose, Carboxylmethylcellulose,
Stärke, Mannogalaktane oder Alginate, kann die Bindungsfestigkeit
bei Bedarf erhöht werden. Das Bindemittel kann die Partikel
des Mischungspartners umschliessen und seinerseits eine chemische
Bindung, insbesondere eine Wasserstoffbrückenbindung, mit
den cellulosehaltigen Fasern eingehen.
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Die
feste Bindung bedeutet, dass die Mischungspartner in dem Fasergerüst
eine feste, unverrückbare Position haben und somit eine
bei dem Herstellungsprozess definierte, wärmeleitfähige Struktur
bilden
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In
einer vorteilhaften Ausführung der Zusammensetzung liegt
der mindestens eine Mischungspartner fein verteilt zwischen den
cellulosehaltigen Fasern vor. Damit ergibt sich zumindest lokal
eine homogene Masseverteilung des Mischungspartners und eine homogene
Verteilung der Wärmeleitfähigkeit in der Faserzusammensetzung,
wodurch die Wärme in alle Richtungen gleich schnell transferiert wird.
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Durch
gezieltes Verteilen der Komponenten lassen sich aber auch Masse-,
bzw. Leitfähigkeitsgradienten einstellen.
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Vorzugsweise
beträgt der Gewichtsanteil des mindestens einen Mischungspartners
bezogen auf das Gesamtgewicht 30–80%.
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Die
Rohstoffkosten können weiter reduziert werden, wenn die
cellulosehaltigen Fasern aus Altcellulose, insbesondere Altpapier,
gewonnen werden. Diese werden vor der Mischung nass aufgeschlossen.
Die Faserlänge variiert je nach Aufschlussgrad und Recyclinggrad.
Faserlängen von Zellstoff aus Laubhölzern betragen
etwa 1 mm, von Nadelhölzern bis zu etwa 4 mm. Sind die
Fasern aus Altpapier gewonnen, so liegen wesentlich kürzere Faserlängen
vor.
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Der
Faserzusammensetzung kann außerdem noch eine feuerhemmende
Substanz, z. B. ein Borsalz, ein Aluminiumsilikat, ein Aluminiumhydroxid,
ein Phosphat, ein Gips und/oder ein Zement, zugegeben werden. Dadurch
wird der Einsatzbereich der Faserzusammensetzung erhöht,
sie kann z. B. einer größeren Temperaturspanne
ausgesetzt werden.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer Faserzusammensetzung,
wie sie oben beschrieben wurde, als Wärmeleitstoff. Obwohl ein
Basis – Bestandteil der Faserzusammensetzung, die cellulosehaltigen
Fasern, selbst nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit
aufweisen, ist die Faserzusammensetzung in der beanspruchten Mischung
als Wärmeleitstoff geeignet. Dieser kann für Wärmebrücken
oder in Wärmetauscherelementen eingesetzt werden.
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Der
Aufschluss der Fasern erfolgt bevorzugt bei einem Verhältnis
von etwa 80–90% Wasser zu etwa 10–20% Restbestandteilen.
Die Zugabe des mindestens einen Mischungspartners erfolgt im nassen
Zustand, was einer guten Durchmischung zuträglich ist.
Die Entwässerung wird in einer Presse vorgenommen. Mit
der Höhe des Pressdrucks lässt sich der Vernetzungsgrad
der Fasern, die Dichte und die Festigkeit der Faserzusammensetzung
und letztlich auch die Wärmeleitfähigkeit der
Faserzusammensetzung einstellen.
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Je
höher der Pressdruck, desto besser ist der Kontakt der
Komponenten und desto höher ist der resultierende Wärmeleitwert.
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Der
wärmeleitfähige Mischungspartner ist nach Anwendung
eines entsprechend hohen Pressdrucks von den Fasern eingeschlossen.
Da nur wenig Luft an die Teilchen gelangen kann, erfolgt kaum eine
Oxidation, wenn es sich um Aluminium oder um andere mit Sauerstoff
reaktive Materialien handelt.
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Während
der Entwässerung kann eine Formgebung durch einen Giess-
oder Pressvorgang in eine Gussform erfolgen. Dabei besteht die Möglichkeit
der freien Formgebung. Die Faserzusammensetzung kann also je nach
geplantem Verwendungszweck als festes Element in beliebiger Form
zur Verfügung gestellt werden. Die bevorzugte Form ist
jedoch die Plattenform, da sie Praktikabilität für
Transport und Montage mit einer großen Oberfläche
verbindet.
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Nach
dem Entwässern der Faserzusammensetzung hat diese in der
Regel eine feste Konsistenz und kann mit den üblichen Methoden,
wie Sägen, Brechen, Schleifen, Bohren etc., weiter in eine
gewünschte Form gebracht werden.
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Die
Erfindung betrifft ausserdem ein Wärmetauscherelement mit
mindestens einer integrierten Heiz- und/oder Kühlleitung,
wobei das Wärmetauscherelement einen Wärmeleitstoff
enthält, der im wesentlichen aus einer oben beschriebenen
Faserzusammensetzung besteht.
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Das
Wärmetauscherelement kann zum Temperieren von mit dem Wärmetauscherelement
in Kontakt stehendem Gas, Feststoffen oder Flüssigkeiten
verwendet werden.
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Das
Wärmetauscherelement ist insbesondere zum Kühlen
und/oder zum Heizen von Luft in Innenräumen einsetzbar.
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Bei
der Leitung kann es sich um eine stromführende Heizleitung
oder um eine Leitung, die von einem Wärmeträgermedium
oder einem Kühlmittel durchströmbar ist handeln.
Bevorzugt ist die Heiz- und/oder Kühlleitung als ein fluidführendes
Rohr ausgebildet. Dieses ist möglichst dünnwandig
ausgeführt, damit der Temperaturaustausch zwischen dem Wärmeträgermedium
und dem Wärmeleitstoff möglichst verlustfrei erfolgen
kann.
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Die
Heiz- und/oder Kühlleitung sorgt, beispielsweise über
einen Wärmeeintrag, für eine Temperaturänderung
in dem Wärmetauscher, die von diesem über seine
Oberfläche an die Umgebung weitergeleitet wird.
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Die
Erfindung betrifft gemäss einem weiteren Aspekt ausserdem
ein Wärmetauscherelement mit mindestens einer integrierten
Heiz- und/oder Kühlleitung, wobei die mindestens eine Heiz-
und/oder Kühlleitung durch wenigstens ein Wellrohr gebildet
ist. Anderweitig ausgebildete Rohre, die bezogen auf das Volumen
eine möglichst grosse Aussenoberfläche aufweisen,
sind ebenfalls als Heiz- und/oder Kühlleitung geeignet.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform ist eine Kombination von einem
Wärmeaustauscherelement mit einem solchen Wellrohr und
einem Wärmeleitstoff in einer Tragstruktur des Wärmetauscherelements.
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Das
Wellrohr ist ein fluidführendes Rohr mit einer besonders
grossen Aussenoberfläche. Die Temperatur des durchströmenden
Wärmeträgers kann wegen des grossen Kontaktbereichs
auf der Fliessstrecke effektiv mit der Umgebung des Wellrohrs ausgetauscht
werden. Ausserdem sorgen die im Inneren des Wellrohrs auftretenden
Turbulenzen für einen sehr guten Wärmetransport
von dem Wärmeträgermedium in die Wand des Wellrohrs.
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Als
Heiz- und/oder Kühlleitung sind daher auch Rohre geeignet,
die eine spezielle Ausgestaltung im Inneren haben, welche Turbulenzen
des Fluids fördern, wie zum Beispiel Prallrohre, die eine
turbulenzfördernde Einformung der Rohrwand aufweisen.
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Ein
Wellrohr kann in vielfältigen Formen verlegt werden, da
Wellrohre im Hinblick auf die Wahl von Krümmungsradien
flexibel sind. Die Leitungsrohre lassen sich in diesem Fall an vielfältige
Geometrien anpassen, ohne dass vorgeformte Rohrteile miteinander
verschweisst werden müssten.
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Steht
die Aussenoberfläche des Wellrohrs in Kontakt mit einem
Wärmeleitstoff, so ergibt sich in Kombination ein leistungsfähiges
Wärmetauscherelement.
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Bevorzugt
handelt es sich bei dem Wärmeleitstoff um eine Faserzusammensetzung
wie oben beschrieben. Diese Zusammensetzung kann sich perfekt an
die Aussenoberfläche des Wellrohrs anpassen und ermöglicht
einen idealen Wärmekontakt zwischen Leitung und Wärmeleitstoff.
Es können hohe Bindungsfestigkeiten zwischen der Faserzusammensetzung
und dem Wellrohr erreicht werden, so dass das Wellrohr stabil in
der Faserzusammensetzung eingebunden ist. Die grosse Oberfläche
des Rohres sorgt also zum einen für einen guten Wärmeaustausch
zwischen Fluid und Rohr, zum anderen für eine gute Haftung
zwischen Rohr und Wärmeleitstoff, da sich der Wärmleitstoff
mit der Oberfläche des Rohrs verkrallen kann, und damit
für einen guten Wärmeaustausch zwischen Rohr und
Wärmeleitstoff.
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In
einer vorteilhaften Ausführung ist die Heiz- und/oder Kühlleitung
vollständig oder teilweise in den Wärmeleitstoff
eingebettet.
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Beispielsweise
steht fast die gesamte Aussenoberfläche der Leitung, bis
auf die Bereiche der Zu- und Ableitung, mit dem Wärmeleitstoff
in Kontakt.
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In
einer alternativen Ausführungsform kann die Heiz- und/oder
Kühlleitung auch teilweise aus dem Wärmeleitstoff
herausragen und zur Temperaturabstrahlung in die Umgebung beitragen.
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Die
Heiz- und/oder Kühlleitung ist bevorzugt aus Edelstahl,
Kupfer, Normalstahl, Aluminium, Kunststoff oder einem Verbundstoff
gefertigt. Bei dem Verbundstoff kann es sich um eine Kombination aus
Metallen und Kunststoffen handeln. Das Material der Leitung beeinflusst
neben den Wärmeaustauscheigenschaften die Stabilität
und die Handhabbarkeit des Wärmeaustauscherelements.
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In
einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung liegt der
Heiz- und/oder Kühlleiter in einer mäandernden
Konfiguration vor. Das Hin- und Herführen der Kühlleitung
vergrössert die Kontaktfläche für den
Temperaturaustausch und im Falle von fluidführenden Rohren
die Menge des durchströmenden Wärmeträgermediums.
Wie schon beschrieben, lässt sich eine derartige Konfiguration
besonders einfach mit einem Wellrohr erreichen.
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Wird
eine bestimmte Fläche des Wärmeaustauscherelements
einfach von einer Heiz- und/oder Kühlleiterkonfiguration
durchzogen, liegt also eine Gleichstromkonfiguration vor, so bildet
sich entlang des Heiz- und/oder Kühlleiters in dem Wärmeaustauscherelement
ein Temperaturgradient. Alternativ kann die Heiz- und/oder Kühlleiterkonfiguration
in einer Gegenstromkonfiguration verlegt werden, das heisst zwei
Heiz- und/oder Kühlleiter werden in etwa parallel geführt
und gegenflutig durchströmt.
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Als
weitere Möglichkeit kann eine Kreuzstromkonfiguration gewählt
werden, in welcher Wärmeträgermedien quer zu einanderfliessen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wärmetauscherelement
auf mindestens einer Seite mit einer wärmedämmenden
Schicht versehen. Die Schicht verringert eine Wärmeabstrahlung
oder -aufnahme über diese Seite. Insbesondere wird eine in
Richtung der nicht isolierten Oberflächen gerichtete Wärmeabgabe
ermöglicht.
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Die
Wärmetauscherelemente werden bevorzugt plattenförmig
angefertigt. Es ergeben sich dabei die schon oben aufgeführten
Vorteile.
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Bei
dem Verpressvorgang verteilen sich die Komponenten um die Oberfläche
der Leitung, insbesondere dringen Fasern und Teilchen in die Rillen
eines Wellrohrs, und es entsteht nach dem Trocknen ein perfekter
Kontakt zwischen Wärmeleitstoff und Leitung. Die Leitung
ist fest in die Struktur der Faserzusammensetzung eingebunden, was
vorteilhaft für den Wärmeaustausch und die mechanische
Stabilitat ist.
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Die
Mischsuspension entspricht bevorzugt dem oben beschriebenen Nassaufschluss,
das heisst, es liegt eine Verteilung von etwa 80–90% Wasser
gegenüber etwa 10–20% Feststoffanteil vor.
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Der
Nassaufschluss ermöglicht durch Wahl der Gussform eine
grosse Vielfalt in der Formgebung. Gleichzeitig erlaubt er im Gegensatz
zu einer grundsätzlich ebenfalls möglichen Trockenverpressung
eine optimale Bindung zwischen den Komponenten, eine gute Verteilung
in der Form und um die Oberfläche der Heiz- und/oder Kühlleitungen.
Durch den nachfolgenden Press- und Entwässerungsprozess
werden Lufteinschlüsse weitgehend vermieden.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt kann auf einer oder mehreren Seiten
des Wärmetauscherelements eine wärmedämmende
Schicht aufgebracht werden.
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Die
Erfindung betrifft zudem ein Wärmetauschsystem mit Wärmetauscherelementen,
die aneinander koppelbar sind.
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Die
Kopplung betrifft zum einen die Verbindbarkeit der Heiz- und/oder
Kühlleitungen. Es kann zum anderen vorgesehen sein, dass
die Wärmeleitstoffe mindestens zweier Wärmetauscherelemente mit
einander in Kontakt und/oder in Verbindung gebracht werden.
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Vorteilhafterweise
besitzen die Heiz- und/oder Kühlleitungen endseitig Verbindungselemente,
z. B. Steckelemente oder Muffen, mittels welcher sie an weitere
Heiz- und/oder Kühlleitungen oder an Versorgungsleitungen
koppelbar sind, sodass entweder der Strom oder das Wärmeträgermedium
von der Versorgungsleitung oder einem weiteren Wärmetauscherelement
in die Heiz- und/oder Kühlleitungen fliessen kann.
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Mehrere
Wärmetauscherelemente können so als ein Wärmetauschersystem
zusammen wirken, das nur einen zuleitenden und einen ableitenden
Versorgungsanschluss benötigt.
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Die
Wärmetauscher können entweder passgenau für
bestimmte Zwecke gefertigt werden, vorteilhafterweise wird das Wärmetauschersystem
jedoch aus vorgefertigten Wärmetauscherelementen nach einem
Baukastenprinzip zusammengesetzt.
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Derartige
Wärmetauschersysteme sind besonders dafür geeignet,
im Rahmen von Sanierungsmassnahmen Heizungsvorrichtungen, insbesondere Wand-
und Fussbodenheizungen nachzurüsten. Die leicht transportablen
Wärmetauscherelemente können vor Ort zu einem
passenden Heizungssystem zusammengefügt werden und auf
bestehende Wand- und/oder Bodenflächen aufgebracht werden.
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Die
Wärmetauscherelemente mit dem Wärmeleitstoff aus
der beschriebenen Faserzusammensetzung weisen eine genügend
grosse Festigkeit und Stabilitat auf, so dass die Wärmertauscherelemente selbsttragend
sind und nicht in eine separate Trägerstruktur eingepasst
werden müssen.
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Die
Herstellung der Faserzusammensetzung bzw. der Elemente erfolgt dabei
bevorzugt gemäss der Technologie aus
DE 195 39 304 welche hiermit durch
Querverweis ausdrücklich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen
wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden in Ausführungsbeispielen und
anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Struktur eines Beispiels für
eine erfindungsgemässe Faserzusammensetzung;
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2 eine
schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Beispiels
für ein erfindungsgemässes Wärmetauscherelement;
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3 ein
Flussdiagramm mit einer schematischen Darstellung von Herstellungsschritten.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine
erfindungsgemässe Faserzusammensetzung 1. Als
Mischungspartner 2 sind wärmeleitende Aluminiumteilchen 3 zwischen
den cellulosehaltigen Fasern 4 fein verteilt, das heisst,
die Masseverteilung ist lokal homogen, es treten keine Teilchencluster
des Mischungspartners 2 auf, was zu einer lokal isotropen
Verteilung der Wärmeleitfähigkeit führt.
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Die
cellulosehaltigen Fasern 4 bilden ein feinmaschiges Netzwerk,
das zusammen mit den wärmeleitenden Aluminiumteilchen 3 zu
einer festen Faserzusammensetzung 1 führt.
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Die
Aluminiumteilchen 3 haben typische Längen zwischen
1 und 5 mm, die Faserlängen der cellulosehaltigen Fasern 4 sind
kleiner als 2 mm. Der Gewichtsanteil der Aluminiumteilchen 3 bezogen
auf das Gesamtgewicht beträgt in etwa 90–95%.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines
Beispiels für ein erfindungsgemässes Wärmetauscherelement 11. Das
Wärmetauscherelement 11 umfasst einen Wärmeleitstoff 12,
insbesondere aus einer beschriebenen Faserzusammensetzung, in welchem
als Heiz- und/ oder Kühlleitung 13 ein Wellrohr 14 in
einer mäandernden Konfiguration eingebettet ist. Das Wellrohr 14 ist
vollständig von dem nicht weiter im Detail dargestellten
Wärmeleitstoff 12 umgeben, lediglich endseitig
ragen ein Anschluss 15 für einen Zuleitung und
ein Anschluss 16 für eine Ableitung aus dem Wärmeleitstoff 12 heraus.
Die Anschlüsse 15, 16 lassen sich mit
in der Figur nicht dargestellten, entsprechenden Anschlüssen
einer Versorgungsleitung und weiterer Wärmeaustauscherelemente
verbinden. Das Warmetauscherelement 11 ist einseitig mit
einem Isolationsmaterial 17 beschichtet.
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Ein
Wärmetauscherelement 11 hat eine typische Länge
18 von 1,5 m, eine typische Breite 19 von 0,7 m und wiegt
dabei etwa 10 kg. Die Abmessungen sind so gewählt, dass
die Platten leicht zu transportieren, zu verladen und zu montieren
sind.
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3 zeigt
schematisch den Herstellvorgang anhand eines Flussdiagramms.
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In
einem ersten Schritt 101 erfolgt eine Faseraufbereitung
aus Altpapier in einem Pulper und gegebenenfalls einem Refiner.
Der Faseraufbereitung wird in einem Schritt 102 ein Bindemittel
zugesetzt.
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In
die so erhaltene Mischung wird ein in Schritt 103 bereitgestellter
Mischungspartner, hier Alumimiumspäne oder Aluminiumpulver,
zugegeben. In Schritt 104 erfolgt die Mischung und Homogenisierung
der Komponenten. Hierbei verteilen sich die Aluminiumteilchen fein
in der Faserzusammensetzung.
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Die
homogene Masse wird in einem nachfolgenden Schritt 105 gepresst
und in einem weiteren Schritt 106 entwässert.
Das Pressen kann in einer Pressform erfolgen, die nach dem eigentlichen Pressvorgang
entwässert wird, oder die Masse wird in eine kontinuierliche
Pressanlage eingebracht, in der auch für einen kontinuierliche
Entwässerung gesorgt wird.
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Nach
dem Entwässem erfolgt in einem nächsten Schritt 107 die
Trocknung. Diese kann als Konvektionstrocknung bei einer Temperatur
von 60–120°C erfolgen. Alternativ kann das gepresste Gut
durch Infrarotbestrahlung, durch Mikrowellenbestrahlung oder mit
heissem Dampf getrocknet werden. Da das Produkt durch seinen Celluloseanteil
hygroskopische Eigenschaften hat, wird die Trocknung nur bis zur
Erreichung der Umgebungsfeuchtigkeit durchgeführt. Bei
einer weiteren Trocknung würde das Material wieder Feuchtigkeit
aus der Umgebung aufnehmen.
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Anschliessend,
in Schritt 108, ist das Fertigprodukt zur Weiterverarbeitung,
z. B. zur Verpackung, zum Transport oder zur Montage, bereit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19844617
A1 [0005]
- - EP 0990856 [0005]
- - DE 202004002089 U1 [0006]
- - EP 0955504 A1 [0007]
- - DE 19539309 C2 [0009]
- - DE 19539304 [0075]