DE2702337A1

DE2702337A1 - Flaechenhafter, wickelbarer waermetauscher

Info

Publication number: DE2702337A1
Application number: DE19772702337
Authority: DE
Inventors: Herbert Vogelsang
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1977-01-21
Publication date: 1978-07-27

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungehütte Akti engesellschaft

1-1512 20.01.77

Flächenhafter, wickelbarer Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen flächenhaften, wickelbaren Wärmetauscher zur Aufnahme bzw. Abjpbe von Wärmeenergie mit einem von einem Fluid durchströmten Kanalsystem aus parallel zueinander verlaufenden Kanälen.

Die Ausnutzung großer Flächen zur Aufnahme bzw. Abgabe von Wärmeenergie zum Zwecke der Beheizung von Gebäuden gewinnt zunehmend an Bedeutung. Während die Elektroheizung auch im Falle der Ausnutzung niedriger Nachttarife mittels Wärmespeicher sehr kostspielig ist, erscheinen andere Heizungssysteme, in denen ein Fluid als Wärmeträger verwendet wird, aus heutiger Sicht wirtschaftlicher.

Die Verlegung von flexiblen Leitungsrohren, beispielsweise Kunststoffrohren, unterhalb oder innerhalb des Estrichs ist sehr lohnintensiv und ist insbesondere für die ferne Zukunft aus wirtschaftlicher Sicht wenig erfolgversprechend. Außerdem liegen keinerlei Erfahrungen über die Dauerstandfestigkeit von Kunststoffrohren in dieser Anwendung vor.

Starre Wärmetauscher in Form von Plattenradiatoren sind.

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für Flächenheizsysteme wie beispielsweise Fußbodenheizungen ebenfalls nicht geeignet, da sie in den zu diesen Zwecke benötigten Größen nicht mehr wirtschaftlich herstellbar sind bzw. die Verbindung untereinander von mehreren Wärmetauschern kleiner Größe ebenfalls einen großen Aufwand an handwerklicher Tätigkeit erfordert.

Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man bereits flexible Wärmetauschermatten vorgeschlagen, welche aus einem gewellten mäanderförmig ausgelesen Metallrohr bestehen, bei dem die einzelnen Mäanderschleifen durch mit dem gewellten Metallrohr an verteilten Stellen verbundene Metallbänder in Lage gehalten sind. Derartige Wärmetauscher können in nahezu unbegrenzter Länge hergestellt werden und infolge ihrer durch die Wellung des Rohres erzielten Flexibilität auf übliche Kabeltrommeln aufgewicklt werden. An der Montagestelle können dann die benötigten Längen abgetrennt und montiert werden. Nachteilig bei diesen Wärmetauschern ist, daß der Abstand zwischen den parallel verlaufenden Rohren nicht beliebig klein gewählt werden kann, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Temperatur der beheizten Oberfläche führt. Weiterhin ist nachteilig, daß diese Wärmetauscher an der Montagestelle in ihrer Breite nicht mehr verändert werden können (DT-OS 22 08 7^6).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher anzugeben, dessen Herstellung und Verlegung wirtschaftlicher als bei den herkömmlichen Wärmetauschern ist und der darüber hinaus an der Montagesteile bezüglich seiner Länge und seiner Breite der zu beheizenden Fläche angepaßt werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die endseitig offenen Kanäle an ihren Längsseiten flexibel miteinander verbunden sind und durch vorzugsweise nach der Verlegung endseitig anbringbare Verbindungselemente leitend miteinander verbindbar sind. In Weiterbildung

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der Erfindung besteht der flächenhafte Wärmetauscher aus einer Vielzahl von auf einem flexiblen Träger befestigten Rohren. So können beispielsweise Metallrohre auf einem Gewebe befestigt werden, wobei der Abstand der einzelnen Rohre beliebig gewählt werden kann. Ein derartiges Gebilde könnte dann wie ein Teppich aufgerollt werden, in bereits fertiggestellten Räumen ausgerollt und mit den endseitigen Verbindern versehen werden. Die zwischen den Rohren verbleibenden Zwischenräume werden anschließend mit einer Vergußmasse ausgefüllt. Es ist auch vorteilhaft, als Träger eine Kunststoffolie zu verwenden. Werden Rohre mit quadratischem oder rechtwinkligem Querschnitt und einem beliebigen Leitungsquerschnitt verwendet, kann ggf. auf die Vergußmasse vemchtet werden, so daß ein solcher Wärmetauscher gleichzeitig als "Trockener Estrich" verwendet werden kann. Eine besonders günstige Ausführungsform ergibt sich, wenn die Rohre nach Art eines Rolladens miteinander verbunden sind. In zusammengeschobenem Zustand ergibt sich somit ein relativ starres und tragfähiges Gebilde, während der Wärmtauscher in ausgezogenem Zustand relativ flexibel ist. Bei Vierkantprofilen sollten die Längsbohrungen einen flachen Querschnitt aufweisen, dessen Längskante nahezu parallel zur Oberkante des Vierkantprofils venäuft und die Längsbohrung in unmittelbarer Nähe der Oberkante des Vierkantprofils angeordnet sein und der Werkstoff zwischen der Oberkante mechanisch verstärkt •ein. Die Variante verbessert den Wärmeübergang erheblich und ermöglicht, ohne die mechanische Festigkeit der beanspruchten Oberfläche zu verringern, das Profil gleichzeitig selbstdämmend auszubilden (Trittschutz). Verwendet man Verbindungselemente, wie es nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen ist, in Form eines mechanisch steifen Profils mit halbkreis- oder halbkugelförmigen Kanälen zur Verbindung der parallel zueinander ver-

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laufenden Rohre, so dienen diese zugleich der Mechanischen Stabilisierung der Matte. Weisen die Rohre und die Verbindungselenente die gleiche Höhe auf, so sind die Verbindungselenente Bestandteil der Fußbodenschicht. Diese Ausführungsforn könnte den herkömmlichen Estrich zunindest teilweise ersetzen. Der Spalt zwischen der Matte bzw. den Verbindungselementen und den Wänden wird dann ggf. mit schalldämmenden Stoffen ausgefüllt. Der flächenhafte Wärmetauscher ist jederzeit demontierbar. Verbindet man die Rohre so niteinander, daß die Verbindungsprofile die benachbarten überschlagend sich mit dem übernächsten verbinden, so daß die Strömungsrichtung in den jeweils benachbarten Rohren entgegengesetzt ist, erzielt man eine optimal vergleich-tnäßigfe Wärmeverteilung. Bestehen die Verbindungselemente aus einzelnen je einen halbkreis- bzw. halbkugelförmigen Kanal aufweisenden Stücken, die über flexible Zwischenstücke miteinander verbunden sind, erhält man einen Wärmetauscher, der auch in verlegten Zustand flexibel ist. Derartige Wärmetauscher könnten beispielsweise als Raumteiler Verwendung finden. Als Material für den flächenhaften Wärmetauscher, d.h. für die Rohre und die Verbindungselemente sind nahezu alle im Hochbau üblichen Werkstoffe geeignet. Es hat sich aber als besonders zweckmäßig erwiesen, sowohl die Rohre als auch die Verbindungselemente aus Kunststoff vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff herzustellen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht in der Verwendung von Santtwich-Konstruktionen.

Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 8 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Wärmetauscher gemäß der Lehre der Erfindung im bereits verlegtem Zustand, der aus einer Viel-

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zahl von parallel verlaufenden Rohren 1 besteht, die in bestimmtem Abstand zueinander aif einer Matte oder einem Gewebe 2 befestigt sind und nach der Verlegung an ihren Enden über Verbindungsstücke 3 leitend miteinander verbunden sind. Die Rohre 1 und die Verbindungsstücke 3 bestehen aus Metall oder Kunststoff. Im Falle von Metall, vorzugsweise Kupfer können Verbindungsstücke 3 aus Kupfer in die Enfen der Rohre 1 eingelötet werden. Die Verbindung Metall-Kunststoff bzw. Kunststoff-Kunststoff wird zweckmäßigerweise durch Kleben hergestellt. Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn man die Verbindungsstücke 3 als Wellschläuche ausbildet. Dadurch ergibt sich ein Wärmetauscher, der auch im bereits fertigmontierten Zustand flexibel ist und wie es die Figur 2 zeigt, aufgerollt werden kann.

Figur 3 zeigt einen flächÄiaften Wärmeaustauscher in aufgerolltem Zustand, bei dem die Kanäle aus Vierkantrohren k mit beliebigem Leitungsquerschnitt 5 ausgebildet sind. Die Vierkantrohre Vsind untereinander an ihren Längsseiten nach Art eines Rolladens miteinander verbunden. Diese Art der Verbindung ermöglicht es, daß der Wärmetauscher, wie es die Figur 3 zeigt, aufgerollt werden kann. Vergrößert man den Abstand zwischen den einzelnen Vierkantrohren 4, so lassen sich diese begrenzt um ihre Längsachse drehen, während bei dir eier Berührung der Vierkantrohre k eine relativ starre Verbindung zwischen denselben besteht. Eine weitere vorteilhafte Lösung besteht darin, die Vierkantrohre k auf der Unterseite einer Auslegware anzukleben. Die Enden der Leitungsquerschnitte werden durch seitlich an den Vierkantrohren befestigten Verbindungsprofile 6 über in diese eingearbeitete Kanäle 7 miteinander verbunden.

In der Figur 4 besteht das Profil 6 aus einem einfachen Profil mit einer den Kanal 7 bildenden halbeförmigen Ausnehmung. Eine andere Ausführungsform ist in der Figur

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dargestellt. Hier ist in die Profile 6 entsprechend dem Abstand der Leitungsquerschnitte zueinander ein bogenförmiger Verbindungskanal 8 eingearbeitet. Die Verbindungskanäle 8 sind in den beiden Verbindungsprofilen versetzt zueinander angeordnet, so daß das Wärmeträgermedium, in Fall einer Fußbodenheizung Wasser, einen mä'nderförmigen Verlauf entsprechend der Pfeilrichtung nimmt. Die Figur zeigt den Anwendungsfall eines Wärmetauschers jpnäß der Lehre der Erfindung als sogenannter trockener Estrich, der die Bauzeit bei Neubauten wesentlich verkürzt. Der Spalt zwischen dem Wärmetauscher und den angrenzenden Wänden ist mit einem Dämmstoff 9« beispielsweise Mineralwolle ausgefüllt.

Bildet man die Verbindungsprofile 6 so aus, daß sie aus Einzelstücken entsprechend der gestrichelten Linien 10 bestehen und verbindet die Einzelstücke gelenkig miteinander, beispielsweise über FaItenbalgzwischenstücke, so gelangt man zu einem auch im fertigmontierten Zustand auf-rollbaren Wärmetauscher. Derartige Wärmetauscher könnten dann als beheizbare Raumteiler bzw. Rolltüren verwendet werden, (s. Figur 6) Die Rohre k sind senkrecht angeordnet und ihre Leitungsquerschnitte flexibel miteinander verbunden. Der Raumteiler ist zweckmäßigerweise in im Boden und an der Decke eingelassene Schienen geführt und kann bei Nichtbedarf in einen Behälter Ileingerollt werden.

In den Figuren 7 und 8 sind Querschnittsformen für das Vierkantrohr k schematisch dargestellt, die bevorzugt Anwendung finden. In Figur 8 ist ein Profil gezeigt, welches in besonders vorteilhafter Weise bei Verwendung des Wärmetauschers als Fußbodenheizung geeignet ist. In dem Vierkantrohr k ist der Leitungsquerschnitt 5 flach und in unmittelbarer Nähe der Oberkante ausgebildet, so daß ein guter Wärmeibergang vom Wärmeträger zur wärmeabgebenden Fläche (Oberkante) ermöglicht ist. Eine Einlage 12 verstärkt den

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dünnwandigen Bereich gegen mechanische Beschädigungen vorzugsweise punktförmige Belastungen, während der unterhalb des Leitungsquerschitts gelegene Bereich dämmend wirken kann (Trittschutz).

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß es nunmehr gelungen ist, einen Wärmetauscher mit großer Oberfläche und den baulichen Gegebenheiten anpeßbaren Abmessungen zu schaffen, der flexibel ist und somit auch bei bereits fertig erstellten Rohbauten bzw. auch in Altbauten nachträglich eingebracht werden kann. Die Fertigmontage, d.h. das Anbringen der Verbindungsprofile 3 bzw. 6, erfolgt nach der Verlegung.

Der Anwendungsbereich des flächenhaften Wärmetauschers gemäß der Lehre der Erfindung erschöpft sich selbstredend nicht in den in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen als Fußbodenheizung als Teil einer Warmwasserheizungsanlage. Er kann vorteilhafterweise auch Anwendung finden in einem Heizungssystem, welches die Sonnenenergie ausnutzt bzw. der Umluft Energie entzieht. Se ist es beispielsweise möglich, die flächenhaften Wärmetauscher gemäß der Lehre der Erfindung zur Beheizung von Schwimmbädern mittels Sonnenenergie heranzuziehen. Wärmetauscher entsprechend der Figur 1 bzw. der Figur 3 könnten ähnlich einer Pergola in unmittelbarer Nähe eines zu beheizenden Schwimmbeckens installiert werden und gleichzeitig als Sonnenschutz dienen. Die Variabilität des Abstandes zwischen den einzelnen Vierkantrohren k könnte zur Steuerung des Lichteinfalls herangezogen werden. Die Leitungsquerschnitte der Rohre werden dabei von Wasser durchströmt, welches sich bei Sonnenschein bzw. einer höheren Lufttemperatur als die Wassertemperatur erwärmt. Das erwärmte Wasser wird dann zweckmäßigerweise direkt in das Schwimmbecken geleitet.

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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Wärmetauschera besteht in seiner Verwendung als wärmeaufnehmendes Glied einer Wärmepumpenanlage, wobei der Wärmetauscher an der Außenfläche von Gebäuden, beispielsweise auf dem Dach oder an den Außenwänden angebracht wird.

Ein Profil, welches für die beiden letztgenannten Anwendungsfälle geeignet ist, zeigt Figur 7· Der Leitungsquerschnitt 5 liegt in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Vierkantrohres k. Ein Wärmeübergang auf den in dem Leitungsquerschnitt 5 strömenden Wärmeträger ist möglich, während die mechanischen Anforderungen in den meisten Fällen geringfügig sind.

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Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Akgitengeseilschaft

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Patentansprüche

1.) Flächenhaft er, trommelbarer Wärmetauscher zur Aufnahme bzw. Alaabe von Wärmeenergie mit einem von einem Fluid durchströmten Kanalsystem aus parallel zueinander verlaufenden Kanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die endseitig offenen Kanäle (l,4) an ihren Längsseiten flexibel miteinander verbunden sind und durch vorzugsweise nach der Verlegung endseitig anbringbare Verbindungselemente (3*6) leitend miteinander verbindbar sind.

2. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von auf einem flexiblen Träger (2) befestigten Rohren (l).

3. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) als Gewebematte oder dergleichen ausgebildet ist, auf dem die Kanäle in Form von Rohren (l) im Abstand zueinander befestigt sind.

k. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (k) nach Art eines Rolladens miteinander verbunden sind.

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5. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Träger (2) als Kunststoffolie ausgebildet ist.

6. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus mit Längsbohrungen versehenen Vierkantprofilen (4) bestehen.

7. Flächehafter Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Längsbohrung einen flachen Querschnitt aufweist, dessen Längskante nahezu parallel zur Oberkante des Vierkantprofils (k) verläuft und die Län^bohrung in unmittelbarer Nähe der Oberkante des Vierkantprofils (4) angeordnet ist und der Werkstoff zwischen der Längsbohrung und der Oberkante mechanisch verstärkt ist.

8. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente in Form eines mechanisch steifen Profils (6) mit halbkreis- bzw. halbkugelförtnigen Kanälen (8) zur Verbindung der parallel zueinander verlaufenden Rohre (k) ausgebildet sind.

9. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder einem der fo]§enden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre so durch die Verbindungsprofile verbunden sind, daß sie die benachbarten Rohre überschlagend mit dem übernächsten verbunden sind.

10. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungeelemente (6) aus einzelnen Stücken bestehen, die über flexible Zwischenstücke miteinander verbunden sind.

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11. Flächenhafter Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das
die Kanäle bildende Material als auch die Verbindungselemente (6) aus Kunststoff vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff besttien.

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