DE2245152A1 - Platte mit hoher waermeleitfaehigkeit in einer richtung parallel zu ihrer oberflaeche - Google Patents

Platte mit hoher waermeleitfaehigkeit in einer richtung parallel zu ihrer oberflaeche

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DE2245152A1
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Description

Patentanwalt Dr. W-. G. Pfeiffer 8 München 40 Beteiligungs-A.G. für Haustechnik ungererstrasse 25
G 1 a r us / Schweiz . DK 1625/2a
Platte mit hoher Wärmeleitfähigkeit in einer Richtung parallel zu ihrer Oberfläche
Zusammenfas sung
In einer Platte für ein Wandelement sind zur Vergrößerung der Wärmeleitfähigkeit in einer Richtung parallel zu ihrer Oberfläche verlaufende geschlossene Kanäle vorgesehen, die mit einem Wärmeträger in dampfförmiger und flüssiger Phase gefüllt sind.
Background der Erfindung
Durchsetzt ein Wärmestrom einen Körper, so bildet sich in Abhängigkeit vom Wärmewiderstand dieses Körpers ein Temperaturgefälle in dem Körper aus. Die Größe des Temperaturgefälles ist abhängig von der Wärmestromdichte, der Wärmeleitzahl des Körpers und seinem Querschnitt. Die größten Wärmeleitfähigkeiten findet man bei den Metallen, die absolut größte bei Silber, die größte von technisch verwendetem Metall bei Kupfer. Besteht die Aufgabe, einen Wärmestrom nicht durch eine Wandung hindurchzuführen, sondern längs einer Wandung zu leiten, so ist ein wesentlicher Paktor für die Größe des Temperaturgefalles die Weglänge. Diese kann nur durch außerordentlich starke Wände aus gut wärmeleitendem Metall, kompensiert werden,' Dies ist der Grund, weshalb im chemischen Apparatebau Behälter mit großer Wandstärke ausgeführt werden, wenn der Inhalt auf konstanter Temperatur gehalten werden soll. Von großer Bedeutung wird die parallel zu einer Oberfläche wirksame Wärmeleitfähigkeit bei klimatechnischen Einrichtungen, beispielsweise bei den =■" Strahlplatten von Strahlungsheizungen oder auch bei den Kollektoren für Sonnenenergie. Strahlplatten werden mit Dampf oder
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·■ 2 *■
Heißwasserrohren verbunden, ebenso werden Kollektorplatten zur Absorption des Sonnenlichtes über Wärmeleitrohre oder über andere Rohre, die einen Wärmeträger führen, mit Speichern oder den aufzuheizenden Körpern gut wärmeleitend verbunden. Je geringer nun die parallel zur Oberfläche gesehen wirksam werdende Wärmeleitfähigkeit ist, desto geringer muß die Teilung solcher Rohre sein, was zu außerordentlich aufwendigen Konstruktionen führt. In der Kühltechnik zeigen sich die Probleme, wenn über Kälteschlangen, beispielsweise den Wänden von Kühlhäusern oder auch von Kühlbehältern in Gefriertruhen Wärme entzogen werden soll. Auch diese Kälteschlangen müssen in eimern geringen Abstand voneinander angeordnet werden, da sich in den Wänden sonst zu große Temperaturgefälle einstellen wurden. Die größte Bedeutung hat jedoch die sogenannte Querleitfähigkeit von großflächigen Strahlern, z.B. von Dächern bei Einrichtungen, die durch die nächtliche Abstrahlung, d.h. durch die Aussendung infraroter Strahlung in den Weltenraura gekühlt werden sollen. Hier hängen die zur Kühlung verfügbaren Strahlungsströme außerordentlich stark von der Temperatur ab, so daß es erwünscht ist, das Temperaturgefälle so klein wie nur möglich zu halten. Auch bei den Speichern der Klimatechnik, insbesondere bei solchen, die mit Kristallisationsenergie arbeiten, spielt die Wärmeleitfähigkeit der Speichermassenbehälter eine sehr große Rolle.
Da mit Einrichtungen zur Speicherung von Sonnenenergie oder aber auch zur Kühlung von Räumen durch Aussendung der Energie in Form langwelliger Ultrarotstrahlung in den Weltenraum nur dann wirtschaftlich sinnvolle Anlagen gebaut werden können, wenn auf starkwandige Dach- oder auch Deckenplatten aus gut wärmeleitendem Material verzichtet werden kann, besteht ein Bedürfnis nach Platten oder Wandungen, die wenigstens in einer Richtung parallel zu ihrer Oberfläche eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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Aus der Wärmelehre sind sogenannte Wärmerohre bekannt geworden. Wärmerohre sind Hohlkörper, in deren Innerem sich sowohl Kondensat als auch Gas eines Körpers befindet, der als Wärmeträger dient. An einem Ende kann ein solches Wärmerohr Wärme aufnehmen, dort verdampft der flüssige Wärmeträger, am anderen Ende wird die Wärme abgegeben, dort kondensiert der verdampfte Wärmeträger wieder* Der Rücktransport erfolgt entweder durch Schwerkraft oder, sofern die wärmere Seite des Rohres oberhalb der kälteren liegt, durch kapillaraktive Oberflächen im Inneren des Wärmerohres.
Beschreibung der Erfindung
Gemäß der Erfindung besteht eine Bauplatte aus nebeneinander angeordneten Wärmerohren, die vorzugsweise aus gewelltem Blech hergestellt sind. In der einfachsten Form sieht die Erfindung Blechtafeln vor, die ähnlich Wellblech eine Wellung aufweisen, wobei zwei gegenüberliegende Wellen einander berühren und durch Verklebung oder andere unlösbare Verbindungen miteinander verbunden sind. Es sind Mittel vorgesehen, die einen Rücktransport des Kondensats zu wärmeren Bereichen der Wand erlauben. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, daß die nach innen weisenden Flächen der Blechtafeln durch Ätzung hydrophil gemacht sind. Dabei werden die Ätzungen vorzugsweise in parallel zu den Kanälen verlaufenden Rillen ausgeführt. An den Enden werden die einzelnen Kanäle durch Faltung geschlossen. Die Kanäle werden durch Verkleben oder auch Verlöten gasundurchlässig miteinander verbunden. Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß eine V/and der Platte als planes Blech ausgebildet ist, während die andere Wand aus einem tiefgewellten Blech besteht. Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Bereiche zwischen zwei benachbarten Wellen durch eine Plastikmasse oder aber auch durch Asbestzement ausgefüllt v/erden, wodurch die Blechstärke der gewellten Wand außerordentlich dünn gehalten werden kann. Zur Ausbildung von Kapillaren
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eignen sich auch in das Innere des Rohres hineingelegte, vorzugsweise perforierte dünnstwandige Folienschläuche,: die zwischen sich und der metallischen Wandung Spalte aufweisen, durch welche das Kondensat von den kälteren Bereichen zu den wärmeren Bereichen zurückströmt. Ein Vorteil der Ausbildung der erfindungsgemäßen Platte ist die Möglichkeit, daß sie sich senkrecht zum Verlauf der Kanäle leicht biegen läßt, so daß sich aus dieser Platte nicht nur plane Bauelemente herstellen lassen, sondern beispielsweise auch zylinderische Behälter aufbauen oder umkleiden lassen*
Als Füllung für derartige Platten eignen sich Flüssigkeiten, die bei einer Temperatur sieden, die mit der tiefsten vorkommenden Betriebs-Temperatur zusammenfällt oder nur wenig darunter liegt. Hierdurch herrscht in den Kanälen, da der innere Druck durch die kälteste Stelle innerhalb eines Kanales bestimmt wird, ein Druck, der annähernd dem äußeren Luftdruck entspricht. Dadurch wird vermieden, daß zu hohe innere Überdrücke entstehen, es wird aber gleichzeitig ein Unterdruck vermieden, der ebenfalls nachteilig ist, da eine sehr große Steifigkeit der Platte voraussetzen würde. Ferner sollte der Wärmeträger eine hohe Verdampfungsenthalpie aufweisen und eine gute Benetzbarkeit zur inneren Oberfläche der Wandungen oder der darin eingelegten Körper besitzen.
Als Wärmeträger ergeben sich z.B. Fluorchlorkohlenwasserstoff, Kettenkohlenwasserstoffe, Keton, azeotrope Gemische aus Wasser und in Wasser löslichen Kohlenwasserstoffen, Trifluortrichloräthan, Tetrafluordichloräthan und dergleichen.
Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.
Die Figuren 1-5 zeigen in perspektivischen Ansichten Aus-30981 3/0300
schnitte aus Platten mit Wärmeleitkanälen nach der Er-. findung.
Figur 6 zeigt ein Wandelement mit Wärmeleitkanälen an beiden Seiten.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Platte beispielsweise aus Aluminium oder auch gasdichtem Kunststoff. Die Platterhat eine Vielzahl von geschlossenen Kanälen 1. Im Innern der Wände befindet sich Gas und sein Kondensat, wobei die Mengen so bemessen sind, daß die Wände der Kanäle stets benetzt sind. Zur besseren Benetzbarkeit werden« z.B. bei Aluminium die Oberflächen der Wände durch Ätzen etwa 1Ofach vergrößert. Bei Verwendung von Kunststoffen können ebenfalls durch Ätzen sich gegenüber dem Wärmeträgerkondensat hydrophil verhaltende Oberflächen erhalten werden. Es ist jedoch auch möglich, daß im Inneren der Kanäle eine Schicht 2 aus saugfähigem Lack oder einer anderen saugfähigen Masse aufgebracht wird. ■ -
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die nebeneinanderliegenden Wärmerohre aus einem gewellten Blech 20 und einem planen Blech 21 gebildet sind. An beiden Enden sind die gewellten Bleche zusammengedrückt und durch ein Lot oder durch einen Kleber mit der Tafel 21 verbunden. Auch in den Zwischenbereichen 23 ist die gewellte Wand, mit dem planen Blech 21 unlösbar verbunden. Hierbei ist es nicht unbedingt notwendig, daß benachbarte Kanäle zueinander absolut dicht sind. Die Täler 24 sind mit einer Plastikmasse ausgefüllt. Die Ausfüllung erfolgt erfindungsgemäß in der V/eise, daß das gewellte Blech 20 durch einen Extruder geleitet wird und mit der Deckschicht versehen wird und daß danach erst das Blech 21 mit dem gewellten Blech 20 unlösbar und nach dem Füllen am Umfang gasdicht verbunden wird,
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Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kanäle aus zwei gleichen gewellten Blechen 31 und 31' gebildet werden. Auch hier werden die Bleche an den Enden/so gefaltet, daß gasdichte Kanäle entstehen, wobei die Dichtung erst dann erfolgt, wenn das Innere nach vorheriger Evakuierung mit dem Wärmeträger gefüllt ist.
Figur 4 zeigt eine Ausbildung gemäß Figur 3 in größerem Maßstab. Hier sind während des Herstellvorgangea Folienrohre 70 zwischen die beiden Schalen 71 und 71' eingelegt. Die Folienrohre 70 weisen eine feine V/ellung auf und sind gas- bezw, dampfdurchlässig. Dadurch bilden sich Kanäle parallel zur Wellung, wodurch das Kondensat von den kühleren Bereichen der Wandung zu den wärmeren Bereichen der Wandung auch gegen die Schwerkraft zurückgeleitet werden kann.
Figur 5 zeigt eine andere Ausbildung, die der nach Figur ähnlich ist. Hier ist das Blech 80 in der Weise gewellt, daß die Verbindung mit dem ebenen Blech 81 über schmale Stege 82 erfolgt, während zwischen dem Wandbereich 83 und der nach innen weisenden Fläche des Bleches 81 Kapillarspalte 84 verbleiben. Auch diese werden so dimensioniert und hinsichtlich ihres Oberflächenverhaltens so behandelt, daß ein Kapillarstrom von den kälteren Bereichen zu den wärmeren Bereichen geleitet wird.
Figur 6 veranschaulicht ein praktisches Beispiel für die Anwendung erfindungsgemäßer Platten und zwar für strahlungsgekühlte Gebäude. Bin Y/andelement, wie in Figur 1 gezeigt, bildet die Dachhaut 60. in regelmäßigen Abständen von beispielsweise 1 m ist diese Dachhaut mit einem Wärmerohr gut wärmeleitend verbunden, wobei die Achse des Wärmeleitrohres 41 zur Achse der Kanäle^$3 etwa senkrecht verlaufen soll. Auch die Zimmerdecke besteht aus einer Platte 63, die der nach Figur 2 entspricht.
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Die Dachhaut weist eine Blechtafel 40 aus Stahl oder vorzugsweise Alüminitmblech auf. Mit dieser ' Blechtafel sind in regelmäßigeri Abständen voneinander; parallel? zum Dachgefälle die mit Sättdampf gefüllten · Rohre 41 gut wärineleitend'verbunden. Die Blechtafel^-Oberseite ist mit einer Auflage 42 eines thermoplastischen Kunststoffes versehen. Darüber befindet sich eine Kunststofflage 43, die senkrecht zu den Rohren 41 verlaufende Kanäle 44 aufweist. Die Stege 45 sind mit der Schicht 42 dampfdicht und unlösbar verbunden.
An den axialen Enden sind die Kanäle 44 geschlossen. Das Innere der Kanäle 44 ist mit einer saugfähigen Schicht 52 ausgekleidet und mit Sattdampf und einer geringen Menge Kondensates eines Wärmeträgermediums gefüllt. Die Rohre 41 sind aus Blech gefaltet und längs der Naht 46 verschweißt. Der Nahtbereich bildet einen Hinterschnitt in der eigentlichen Betonplatte 47. Zwischen der Blechplatte 40 und der Betonplatte 47 befindet sich eine Isolierplatte 48. Die zum Raum hin gewandte Fläche ist in wesentlichen Teilen in gleicher Weise aufgebaut. Das Rohr 411, dessen Inneres über das Rohr 41a mit dem Dampfrohr 41 kommuniziert/ ist mit der Blechtafel 40' gut wärmeleitend verbunden. Die Blechtafel ist mit einer Kunststoff auf lage 4.2' versehen. Mit diesem ist wiederum ein Kunststoffbelag 43' unlösbar verbunden, dessen Kanäle 44' in gleicher Weise aufgebaut sind, wie bereits beschrieben und die ebenfalls innen eine saugfähige Schicht 52' aufweisen. Mit dem Kunststoffbelag 43' ist eine profilierte Folie 49 längs der Streifen 5O unlösbar verbunden. In den entstehenden trapezförmigen Kanälen ist Latentspeichermasse 51 mit einer Kristallisationstemperatur von vorzugsweise 17 bis 19° eingebracht. Die Rohre 41, 41' und das Verbindungsrohr 41a sind zu einer Vielzahl nicht dargestellter Rohre gleichen Aufbaus parallel geschaltet.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    Λ..) Platte mit hoher Wärmeleitfähigkeit in mindestens einer Richtung parallel zur Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mindestens einen allseitig geschlossenen Hohlraum enthält, der mit dem Sattdampf und dem Kondensat eines Wärmeträgers gefüllt ist und daß Mittel (1; 20; 31, 31'j 71, 71'; 80; 52, 52') zur gleichmäßigen Verteilung des Kondensates vorgesehen sind.
  2. 2. Platte mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Dachauflage für zu kühlende oder zu beheizende Dächer, für Kollektoren mit Sonnenenergie versorgten Systemen, Emittoren für energieabgebende Systeme und dergleichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume parallel zueinander und zu der Oberfläche verlaufende Kanäle sind.
  3. 3. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle durch miteinander verbundene Bleche (20, 21, 31, 31'), von denen mindestens eines gewellt ist, gebildet werden.
  4. 4. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche aus Aluminium bestehen, deren den Hohlräumen zugewandte Oberflächen durch Ätzen eine starke Oberflächenvergrößerung erfahren haben.
  5. 5. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Bleche Rinnen aufweist, deren Weite so gering ist, daß sich ein Kapillartransport längs dieser Rinnen (84) in den Kanälen einstellt.
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  6. 6. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der den Kanal begrenzenden Wandungen (71, 71'; 70) doppelwandig ausgeführt ist und daß der verbleibende Spalt (72) so klein ist, daß das Kondensat zwischen den beiden Wandungen durch Kapillarspannung gehalten wird, wobei die Kanäle (72)zwischen Hohlraum (1) Durchbrüche aufweisen.
  7. 7. Platte nach Anspruch 1 und 6 mit einer zur Aufnahme des Kondensates dienenden kapillaraktiven Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat so in seiner Menge bemessen ist, daß es nur die kapillaraktive Schicht tränkt.
  8. 8. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Blechplatten eine starkwandige, plane Platte (21) bildet.
  9. 9. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2) oder die wellenförmige Blechplatte (20) in einer Kunststoffschicht eingebettet ist.
  10. 10. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechplatte in/einer Welleternit-Schicht eingebettet ist.
  11. 11. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Kanäle (32) zusammengefaltet und z.B. mittels Epoxid luftdicht verklebt sind.
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DE19722245152 1971-09-17 1972-09-14 Vorrichtung in einer Gebäudewandung zur Aufnahme von Sonnenenergie und/oder zur Abstrahlung von Wärme Expired DE2245152C3 (de)

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DE2245152B2 DE2245152B2 (de) 1977-04-07
DE2245152C3 DE2245152C3 (de) 1977-11-17

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4257481A (en) * 1975-06-05 1981-03-24 Dobson Michael J Cement panel heat exchangers
DE202013001318U1 (de) * 2012-09-13 2013-12-19 Stefan Günthner Fassadendämmplatten mit Diffusionskanälen

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JPS4837746A (de) 1973-06-04
ES406765A1 (es) 1975-10-01
SE388027B (sv) 1976-09-20
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FR2153118B1 (de) 1975-09-12
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AU473500B2 (en) 1976-06-24
IT967534B (it) 1974-03-11
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Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
EGA New person/name/address of the applicant
8339 Ceased/non-payment of the annual fee