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Sandwich-1Iärmetauscher
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Die Erfindung ist eine Weiterbildung der Patentanmeldung P 32 47 029.0
Sie betrifft einen Sandwich-Wärmetauscher mit einer wärmeaufnehmenden bzw. kälteabgebenden
ein-oder zweiseitigen Oberschicht und einer trag-und (oder) isolierfähigen Unterschicht
mit beliebig vielen parallel-und senkrechtverlaufenden Kanälen, die gebildet werden
durch noppenartige Erhebungen (Vertiefungen) in der Unterplatte die vorzugsweise
von geometrischer Natur sind, sowie korrespondierenden erhebungen (Vertiefungen)
in der Oberplatte dadurch gekennzeichnet, daß durch eine querschnittsverengende
Kanalanordnung(3) eine gleichmäßige Punktbefestigung zwischen Ober-und Unterplatte
(1,2) erfolgt und daraus resultierend sich ein entsprechendes Design ergibt.
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Der Wärmetauscher soll vorzugsweise als Ersatzbauelement, beispielsweise
als Fassaden-, Balkon-, Dachelement, etc.
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eingesetzt werden; als Absorberelement erfüllt es gegenüber herkömmlichen
Elementen eine Zusatzfunktion als Wärmesammler.
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Um derartige Sandwich-Wärmetauscher techn. und wirtschaftlich herstellen
zu können, ist es von entscheidende Bedeutung: - nach welchem Verfahren Ober-und
Unterplatte hergestellt werden - ob Ober-und tonterplatte zusammen-oder getrennt
hergestellt werden
- wie Ober-und Unterplatte zusammengefügt werden
- mit welchem Kanalsystem, daraus resultierend, (direkt oder indirekt) das Design
an der Sichtfläche ausgebildet ist.
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Die bekannten Ausführungen haben alle den Nachteil, daß sie als Ersatzbauelement
nicht voll einsetzbar sind.
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Sie erfüllen nicht gleichzeitig die Forderung, eines herkömmlichen
Bauelements (Fassadenelements, Balkonelements etc.), sowie eines Wärmetauschers.
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Zurückzuführen ist diese tatsache auf die mangelnde Kombination von
Kanalausführung und Design einerseits, sowie der Material-und Fertigungstechnik
andererseits.
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Dies wird durch eine neuartige Kanalausbildung der beiden Platten,
zumindest jedoch an der Oberplatte erreicht; dabei können Ober-und Unterplatte aus
den Werkstoffen Metall/Metall, Kunststoff/Kunststoff sowie deren Kombinationen bestehen.
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Nach dem bisherigen Stand der technik gibt es noch kein Bauelement
mit Umweltwärmesammlerfunktion, daß sowohl technische als auch ästhetische Porderungen
in gleicher Weise erfüllt.
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Bekannt sind Elemente nur aus Metall, die aber kein ansprechendes
Design besitzen oder aus Kunststoff, die schlechte physikalische Werte aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kanalstruk tur mit
möglichst engem Querschnitt und geringem Füllvolumen ,vorzugsweise in der Oberplatte
zu erzeugen, die direkt oder indirekt das Design an der oichtfläche bildet.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin, physikalischcund technisch- gerechte
Verbindungen zwischen Ober-und Unterplatte zu finden, sowie unterschiedliche Werkstoffe
miteinander in einem Produkt zu vereinigen.
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Um die Wärmeausdehnungen der, an der 4and befestigten,
Plattenelemente
aufnehmen zu können, muß die Befestigung, sowie die Zuführung der :-Wärmeträgerflüssigkeit,
über ein bewegliches Element erfolgen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher
im wesentlichen aus einer wärmeaufnehmende bzw. kälteabgebenden ein-oder zweiseitigen
Oberschicht und einer trag-und isolierfähigen Unterschicht mit beliebig vielen parallel-und
senkrecht verlaufenden Kanälen die gebildetwerdendurch noppenartige Erhebungen (Vertiefungen)
in der Unterplatte; die vorzugsweise die For einer ganzen oder nur ein eil von einer
geometrischen Figur sind, sowie korrespondierenden Erhebungen (Vertiefungen) in
der Oberplatte dadurch gekennzeichnet'daß durch einequerschnittsverengende Kanalanordnung(3)
eine gleichmäßige Punktbefestigung zwischen Ober-und Unterplatte (1,2) ermöglicht
wird und daraus resultierend sic ein entsprechendes Design ergibt.
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Die Anordnung der Kanalstruktur beeinflußt direkt (bei noppenartigen
Vertiefungen) bzw. indirekt (bei noppenartigen Erhebungen) das äußere Design der
Elemente.
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Werden z.B. noppenartige Vertiefungen, vorzugsweise nur in der Oberplatte,
eingeprägt, so tritt der Kanalquerschnitt mehr als markantes Element hervor, werden
dagegen noppenartige Erhebungen eingeprägt, so bildet der Noppen selbst mehr das
gestalterische Element.
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Die noppenartigen Vertiefungen (Erhebungen) haben vorzugs weise die
Form von geometrischen Figuren, beispielsweise von Ereisen,Dreiecken,Parallelogramm
etc.
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Die Kanäle dagegen sind mehr oder minder das Abbild der noppenartigen
Vertiefungen(Xrhebungen) in der Oberplatte allein oder von der Ober-und Unterplatte
zusammen; bei den Vertiefungen stehen sie äußerlich hervor, bei den Erhebungen nach
innen zurück.
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Äls weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann es sich erweisen, wenn
die Oberplatte, ein-oder -beidseitig, auf einer verstärkten thermoplastischen Unterplatte
sitzt und mit dieser durch Anker verbunden (z.B. heißverformt) wird.
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Um eine Oberplatte,sowohl aus einem wärmeleitenden als auch verbindungstecnn.
einfachen material herstellen zu können, wird eine M'etallgitterfolie, mit (ohne)
thermoplastischen Träger, zwischen zwei thermoplastischen Folien eingebracht; die
Unterplatte, aus einem trag-und (oder) isolierfähigen Kunststoff, kann angeschäumt
oder nachträglich angeklebt werden.
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Der fugenartige Charakter von einem Plattenelement mit Klinkerstruktur
wird noch deutlicher hervorgehoben, wenn zumindest die obere Begrenzungshaut konkav
nach innen gerichtet ist.
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Um die Plattenelemente, mit Klinkerstruktur, an der Wand durch Zweipunktbefestigung
(Zu-und Abfluß) beweglich und trotzdem stabil zu befestigen, haben die Stirnseiten
wechselseitig eine Sagezahnform.
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Die Zu-und Abflußstutzen von einem Plattenelement werden durch kolbenartige
Einrichtungen in einem, auf der Wand befestigten, Rohrsystem so befestigt, daß sie
die auftretende Wärmedehnung aufnehmen.
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Vom Fertigungsverfahren kann die Herstellung der Elemente in ein-oder
zweiteiliger Ausführung erfolgen.
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Bei einteiligen Ausführungen werden die Unter-und Oberplatte, mit
(ohne) etalleinlage, und somit die Kanäle in einem Guß erzeugt; beispielsweise im
Spritzguß-Blasverfahren (Fig.1,2).
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Bei zweiteiligen Ausführungen werden Ober-und Unterplatte getrennt
erzeugt und nachträglich, mit (ohne) Einlage, (Klebefolie, etallgitter etc.) zusammengefügt.
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Eine Zwischenstellung nimmt die Herstellung der Elemente im Schäumverfahren
ein; die oberplatte, mit ihrem ferteigen Kanalsystem,wird in die Poren eingelegt
u.angeschäumt.
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An mehreren husführungsbeispielen soll die Erfindung naher erläutert
werden.
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Fig. 1 zeigt in der Ansicht einen Ausschnitt der Plattenoberfläche
aus der die Kanalstruktur(3) hervorgeht.
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Die noppenartigen Einprägungen (Vertiefungen)(4), zumindest in der
Oberplatte, haben die Form eines Rhomboids sie sind jedoch nicht auf diese Figur
beschränkt.
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Denkbare Pormen können alle ganze oder Teile von geometrischen Figuren,
wie Kreis, Dreieck, Parallelogramm etc.
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sein.
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Sie können in dem einen Design nur aus einer Figur besteh (in großen
und kleinen Abmessungen zur Kanalverengung), i einem anderen Design auch mit verschiedenen
Figuren bestückt sein.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Kanalsystem von Fig.
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Hier ist erkennbar, daß die MsTetallgittereinlage(11) im Kanalbereich(3)
freiliegt(13); zur Vermeidung eines Bimetall-Effekts (bei zweiteiliger Fertigung)
erhalten Ober-und Unterplatte(1,2) vorzugsweise je eine Metalleinlage(1 1).
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Die Ober-und Unterplatte(1,2) sind vorzugsweise so stabil ausgebildet,
daß sie ohne eine zusätzliche Isolier-und (oder) Tragplatte einsetzbar ist.
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In Fig.3...6 werden Kanalquerschnitte gezeigt, die durch verschiedene
Prägungen von Ober-und Unterplatte entstehen.
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i'ig. 3 zeigt eine Ausführung wie die Unterplatte(2) mit noppenartigen
Erhebungen(5) versehen ist; durch eine ebene Oberplatte(1) wird ein glattes Design
erzielt.
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In Fig.4 sind die noppenartigen Vertiefungen(6) in bestimmten Abstanden
in der Ober-und Unterplatte(1,2) eingeformt.
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Das Design wird indirekt durch die vorstehenden Kanäle(3) gebildet.
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Durch diese Ausführungsart ist die Fügeverbindung keiner Schalbeanspruchung
unterworfen.
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In Fig.5 sind die Einprägungen als noppenartige Erhebunge (7) in der
Ober-und Unterplatte(1,2) eingeformt; das charakteristische Design wird direkt durch
die vorstehenden Erhebungen gebildet.
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Fig.6 zeigt eine Weiterbildung von Fig.5, in der die mit Noppen(7)
geprägte Unterplatte(2) mit den korrespondieren den Einprägungen der Oberplatten(1)
beidseitig eingeschlo -sen wird und sich dadurch eine doppelseitige Kanalausbildung(3)
ergibt.
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Neben einer Klebebefestigung von den Oberplatten(1) und der Kunststoff-Unterplatte(2)
im Noppenbereich(7), ergibt sich eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dadurch,
wenn die metallischen Oberplatten(1) mit metallischen Ankern(9) verschweißt werden.
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Fig.7 zeigt einen doppelseitigen Wärmetauscher bei dem die verengten(8)
Kanäle(3), in einer verstärkten thermoplastischen Kunststoffplatte(2), nutenförmig,
auf beiden Seiten versetzt, eingeformt sind.
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Die Oberplatten(1) werden durch ankerartige Nocken(9) mit der Kunststoffplatte(2)
verbunden; die Abdichtung erfolgt vorzugsweise durch eine zusätzliche elastomerische
Dichtung(10).
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Denkbar ist jedoch auch eine Ausführung, bei der ein Schmelzkleberprofil(12)
(Matte), mit (ohne) Widerstandsdraht, die Befestigung und Abdichtung der Oberplatte(1)
mit der Kunststoffplatte(2) übernimmt.
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In Fig.8 wird ein Kanalquerschnitt gezeigt, bei dem die Oberplatte(1)
einen Sandwichaufbau hat, in der eine Metallgittereinlage(1 1) mit (ohne) thermoplastischen
Träger(1.2) zwischen zwei thermoplastischen Folien (1.1, 1.3) eingebettet ist.
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Die Metallgittereinlage(11) ist vorzugsweise im oberen Teil des Kanalbereichs(3)
angeordnet und in diesem Bereich auch ohne thermoplastischen Träger(1.2).
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Pig.9 zeigt eine spaltförmige Kanalform(3), in der die obere und untere
Begrenzungshaut konkav(21) eingeformt ist; durch diese Anordnung wirdderfugenartige
Charakter einer Klinkerstruktur nachgeahmt.
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In wie.10 wird in einem Ausschnitt gezeigt, wie die Plattenelemente
an den Stirnseiten(14) wechselseitig mit passenden Zahnformen(15) ausgerüstet sind.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Kanalquerschnitt(3)
an den Stirnseiten(15) verengt wird und daraus resultierend, nur ein kleinerer Durchfluß
im Randbereich möglich ist.
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Fig.11 zeigt ein kolbenartiges(17) Befestigungs-und Zuführungselement(16),
daß in einem Rohrsystem(18) beweglich angeordnet ist.
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Die Zufuhrregelung erfolgt durch einen definierten Drosselquerschnitt(19).
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Das auf der Wand befestigte Rohrsystem(18) kann wahlweise als Ein-oder
Zweirohrsystem (Zu-und Abflußleitung) ausgeführt werden; es soll vorzugsweise aus
einem Kunststoff ~ rohr, z.B. Polybutylen, hergestellt werden.
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Hier ist ein Kunststoffrohr denkbar, daß jeweils im Plattenabstand
sogenannte Kolbenfenster(20) hat, die im Rohr selber oder in einer fertigen Muffe
angeordnet sind.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin:
- daß die noppenartigen Einprägungen, zumindest in der Oberplatte, eine Kanalstruktur
entstehen läßt, die direkt (bei noppenartigen Erhebungen) oder indirekt (bei noppenartigen
Vertiefungen) das äußere Design des Elements wesentlich beeinflußt.
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- daß durch die noppenartigen Sinprägungen von Ober-und Unterplatte
beim späteren zusammenfügen eine Steckverbindung entsteht, die keiner Schälbeanspruchung
mehr unterworfen ist.
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- daß durch die beidseitige Aufbringung der Oberplatte zwei getrennte
Kanalsysteme entstehen, die sowohl als Heizkreislauf als auch als Kühlkreislauf
einsetzbar sind; darüber hinaus wird ein Bimetall-Effekt (durchbiegen der Platte)
vermieden.
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- daß die Oberplatte mit der Unterplatte durch integrierte thermoplastische-oder
eingesetzte metallisch Anker fest verbunden wird; darüber hinaus übernimmt ein Schmelzkleberprofil
die Dichtigkeit der Verbindung.
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- daß vorzugsweise in der Oberplatte eine Metallgitter einlage eingebettet
ist, die im Kanalbereich frei liegt.
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- daß sich die obere Begrenzungshaut, durch ihre konkave Einformung,
bei Frost ausdehnen kann.
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daß durch die Sägezahnausführung, der Plattenstirnseiten, gleichzeitig
eine Zweipunktbefestigung der Elemente erfolgt, sowie nur ein gedrosselter Durchfluß
der Wärmeträgerflüssigkeit im verengten Randkanalbereich möglich ist.
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- daß die Wärmeausdehnungen der Plattenelemente durch ein kolbenartiges
Befestigungs-und Zuführungselement aufgenommen werden.