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Flexibles Wärmeübertragungselement
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Die Erfindung betrifft ein flexibles Wärmeübertragungselement, das
vielseitig auf den verschiedensten Gebieten der Energieumwandlung, wie z. B. für
Flächenheizungen bei niedrigen Vorlauftemperaturen, Heizungen in Gewächshäusern,
Umweltenergisabsorber oder als Grundelement für Sonnenkollektoren,sowie für Wärmedämmzwecke
eingesetzt werden kann.
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Für die verschiedensten Einsatzgebiete sind zahlreiche flexible Wärmetauscher
aus Kunststoffen bekannt, die z. B. für Gewächshausheizungen unter Verwendung von
Sekundärenergie eingesetzt werden.
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In der DE-OS 2 406 974 wird ein Wärmeübertrager insbesondere zur direkten
Luftkondensation beschrieben, der Austauschrohre besitzt, die aus dünnwandigen reißfesten
Kunststoffschläuchen bestehen, wobei die Kunststoffschläuche eine Dicke von weniger
als 100 um aufweisen.
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Die verhältnismäßig dünnen Schläuche werden auf Gitter oder Netze
aufgelegt, die die mechanische Beanspruchung übernehmen sollen.
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In einer weiteren Ausführung können die dünnen Schläuche auch jeweils
mit einer netzartigen Armierung umgeben sein.
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Der Nachteil des beschriebenen Wärmeübertragers besteht darin, daß
er von außen keine Druckbelastungen aufnehmen kann und aufwendig in der Herstellung
ist.
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Gegossene und gespritzte Wärmeübertragungselemente, wie sie z. B.
die DE-OS 1 926 187 beschreibt, haben den Nachteil, daß sie nicht rollbar sind.
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Die bekannten Wärmeübertrager haben den gemeinsamen Nachteil, daß
sie aus Einzelelementen durch Kleben oder Schweißen verbunden sind, wodurch die
Flexibilität beeinträchtigt wird.
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Die aus dünnwandigen Folieschläuchen bestehenden flexiblen Wärmeübertrager
sind empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung, wie z. B. Scheuerung und
Druckbelastung.
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Weiterhin sind elektrisch beheizte Abdeckplanen bekannt, deren Nachteil
darin besteht, daß durch robuste Beanspruchungen leicht Beschädigungen entstehen
können und außerdem Probleme der Einhaltung der Arbeitsschutzbestimmungen vorhanden
sind.
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Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, den Anwendungsumfang
von Wärmeübertragern zur Nutzung von Niedertemperaturwärme mit einem kostengünstig
herstellbaren flexiblen Wärmeübertragungselement wesentlich zu erweitern, indem
eine spezifische Strukturgestaltung zur Herabsetzung von Zug-, Druck- und Reibungseinflüssen
auf als Energieträger eingesetzte Schläuche bei gleichzeitiger Erhöhung der Flexibilität
erfolgt und die erforderliche Wärmedämmung eingestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Schläuche für
den Transport des Wärmeträgers als Bindungselement Schuß längs oder quer in ein
Kettengewirke eingebunden sind. An die Schläuche sind, wie üblich, Versorgungsleitungen
bzw. Speicherbehälter angeschlossen.
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Das Kettengewirke kann eine Quadratmaschenstruktur aufweisen.
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Zweckmäßig sind zur Stabilisierung gegen Druckkräfte zwischen den
Schläuchen Seile oder Stäbe eingearbeitet.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, daß in der Gewirkastruktur
zusätzlich Flächengebilde wie Absorberfolien
und Konvektionsschutzfolien
eingebunden -sind.
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Weiterhin können durchgehende Querschüsse aus geknautschter Breit
folie parallel zwischen den beiden Gewirkeseiten eines Rechts/Rechts-Kettengewirkes
mit als Bindungselement Schuß längs eingebundenen Schläuchen dicht aneinandergereiht
sein. Erfindungsgemäß können die Schläuche auch mustergemäß eingebunden sein.
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Durch die feste formschlüssige Einbindung der Schläuche in das Kettengewirke
wird deren geometrische Anordnung dauerhaft gesichert. Die Kettengewirkestruktur
nimmt Zugkräfte auf und bewirkt durch die Oberdeckung der Schläuche einen mechanischen
Schutz vor Reibung. Zusätzliche Flächenstabilität wird durch das Einarbeiten von
Seilen oder Stäben erreicht, denen besondere Bedeutung für die Lastaufnahme bei
stärkerer Druckbelastung zukommt.
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Die parallele dichte Aneinanderreihung von geknautschter Breit folie
als durchgehende Querschüsse bewirkt auf Grund der Voluminosität unter Bildung großer
Lufteinschlüsse eine gute Wärmedämmung. Dabei ist die für spezielle Einsatzgebiete
erforderliche Wasserdurchlaßfähigkeit trotzdem noch vorhanden.
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Durch mustergemäßes Einbinden der Schläuche wird es möglich, im Wärmeübertragungselement
lokal differenzierte Wärmestromdichten zu realisieren. Damit kann eine gezielte
Wärmeübertragung an das jeweilige Objekt erfolgen, wodurch die Energie des Wärmeträgers
besser ausgenutzt wird.
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Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden.
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In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein
flexibles Wärmeübertragungselement mit parallel liegenden Schläuchen, die längs
in ein quadratmaschennetzartiges Kettengewirke eingebunden sind Fig. 2 ein derartiges
flexibles Wärmeübertragungselement in Form eines Verbundgewirkes, das mit Konvektionsschutzfolie
und Absorberfolie versehen ist Fig. 3 den Schnitt A-A aus Fig. 2 Fig. 4 und 5 flexible
Wärmeübertragungselemente mit unterschiedlich mustergemäß eingearbeiteten Schläuchen
Fig. 6 ein flexibles Wärmeübertragungselement mit längs in ein Rechts/Rechts-Kettengewirke
eingebundenen Schläuchen und zusätzlich dicht eingearbeiteten Querschüssen aus Breit
folie Fig. 7 eine vereinfachte Darstellung des Schnittes B-B aus Fig. 6, die die
Querschüsse darstellt Fig. 8 eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Querschüsse,ebenfalls
als Schnitt B-B aus Fig. 6 Beispiel 1: In ein aus UV-stabilisierten PA-Drähten von
ca. 0,4 mm hergestelltes Grundkettengewirke mit Maschenstäbchen 1 und Schußfadenabschnitten
2, 2' sind in Längsrichtung paraLlel liegende Schläuche 3, z. B. aus PVC mit Nennweite
10 mm und einem Außendurchmesser von ca. 12 mm,
eingebunden (Fig.
1).
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Der Abstand b der Maschenstäbchen 1 beträgt ca. 15 mm.
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Die von den Maschenstäbchen 1 abgebundenen Schußfadenabschnitte 2,
2' umschließen straff die eingearbeiteten parallel liegenden Schläuche 3.
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Der Abstand a der Schußfadenabschnitte 2, 2' beträgt z. B. 25 mm wodurch
die Grundnetzstruktur Maschen von 15 mm x 25 mm aufweist.
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In Querrichtung ist durch die angrenzenden Maschenstäbchen eine formschlüssige
Abriegelung gegeben.
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Im Randbereich 4 können zusätzlich verstärkte Netzmaschen 5 als Befestigungselemente
angearbeitet sein.
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Die Schlauchenden 6 sind im Abstand der erforderlichen Mattenlänge
mit Plastformstücken 7 zur Ein- bzw. Ausleitung des Energieträgers versehen.
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In eine derartige Netzstruktur können außerdem im Abstand von ca.
20 cm kompakte, vorzugsweise aus streifenförmigen Textilabfällen hergestellte Seile
von ca. 25 mm Durchmesser eingearbeitet sein, wodurch wirksam äußere Druckbelastungen
aufgenommen werden.
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Diese entstehen z. B. durch das Aufsetzen von Pflanzcontainern, wenn
die Matte zur Aufbodenheizung in Gewächshäusern genutzt wird.
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Bei hängender Anordnung, z. B. als Stehwandheizung, nehmen die Seile
die entstehenden Zugbelastungen auf.
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In einer weiteren Ausführungsform werden in Querrichtung in das Grundkettengewirke
parallel liegende Schläuche eingebunden. Dabei sind die Schläuche straff von den
Maschen umschlossen, so daß eine Verschiebung in Querrichtung verhindert wird. In
Längsrichtung ist durch die Bindungapunkte der Maschen eine formschlüssige Abriegelung
gegeben. Gegebenenfalls können auch kompakte
Seile zur Aufnahme
der Druckbelastungen eingearbeitet werden.
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Beispiel 2: In einem auf Nähwirkmaschinen hergestellten Verbundgewirke
(Fig. 2,3), das eine stabile Quadratmaschenstruktur besitzt, sind im Abstand von
ca. 25 mm Schäuche 3, Nennweite 12 mm, ca. 15 mm Außendurchmesser, angeordnet. Die
Schläuche 3 werden in Richtung der Außenseiten formschlüssig durch die durchgehenden
Querschüsve 9, die Absorberfolie 11 und die Konvektionsschutzfolie 12 gehalten.
Der Verbund wird durch die Fransenlegung 10 zusammengehalten. Ein gemäß diesem Ausführungsbeispiel
aufgebautes Wärmeübertragungselement kann z. B. als Grundelement für Sonnenkollektoren
eingesetzt werden.
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Beispiel 3: Durch Aufwickeln des Wärmeübertragungselementes nach Beispiel
1 auf eine Siebtrommel entsteht ein zylindrischer kompakter Wärmeübertrager, der
wegen seiner guten Durchströmbarkeit auf der Luftseite sowie des ungehinderten Zutritts
von Niederschlagwasser an alle Schlauchoberflächen z. B. als Umweltenergieabsorber
einsetzbar ist. Gegenüber bekannten Lösungen besitzt diese Konstruktion den Vorteil,
daß durch Abspritzen mittels Wasser eine problemlose Reinigung der äußeren Heizfläche
von atmosphärischen Verschmutzungen möglich ist.
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Beispiel 4: Ein flexibles Wärmeübertragungselement entsprechend Fig.
6 - 8 besteht aus einem Rechts/Rechts-lCettengewirke extrem grober Struktur, welches
auf einer Raschelmaschine mit entsprechend dimensionierten Wirkwerkzeugen
hergestellt
werden kann. Der Abstand der Maschenstäbchen beträgt 20 mm. Das Grundkettengewirke,
dessen Gewirkeseiten einen Abstand von 25 mm zueinander haben, besteht aus Foliebändern
von ca. 40 mm Breite und 306Jm Dicke.
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Durchgehende Querschüsse 9 sind parallel zwischen den beiden Gewirkeseiten
eingelegt. Das Schußmaterial besteht aus Breitfolie von 25/um Dicke und 400 mm Breite.
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Durch Oberkopfabzug der Breit folie von stehenden Wickelkörpern entsteht
eine Struktur mit vielen Lufteinschlüssen entsprechend Fig. 7, die durch einen geknautschten
inneren Teil und einen spiralförmigen äußeren Teil gekennzeichnet ist.
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Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit ist in Fig. 8 dargestellt.
Dabei ist die z. B. mittels einer flachen Düse geknautschte Breit folie mit einem
schmaleren Foliestreifen, der z. 8. mittels eines Tütensäumers zugeführt wird, ummantelt,
wobei diese Hülle zur Vermeidung des Eindringens von Wasser zusätzlich verschweißt
sein kann.
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Beide Strukturvarianten der Querschüsse 9 gewährleisten, daß kein
bzw. wenig Wasser aufgenommen werden kann, wodurch das hohe Wärmedämmvermögen auch
bei Wassereinwirkung erhalten bleibt.
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Auf die aneinandergereihten Querschüsse 9 sind auf einer Seite Schläuche
3 aufgelegt, die durch die Maschenschenkel der Wirkmaschen einer Nadelbarre abgebunden
werden.
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Die dabei entstehende teilweise Oberdeckung der Schläuche 3 durch
das steife synthetische Material bewirkt gleichzeitig einen Schutz gegen Reibung.
Statt Folie kann als Material für das Grundkettengewirke auch synthetischer Draht
eingesetzt werden.
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Im Gegensatz zum relativ geringen Wasseraufnahmevermögen ist die Wasserdurchlaßfähigkeit
der Wärmedämmschicht sehr hoch. Diese Eigenschaft kann in Abhängigkeit vom Einsatzzweck
große Bedeutung bekommen.
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So kann das flexible Wärmeübertragungselement mit Wärmedämmschicht
z. B. zum Abdecken von Betonteilen verwendet werden. Es wird dabei z. B. in der
Abmessung von 2 x 3 m hergestellt und mit der Dämmschicht nach oben auf die zu schützende
Betonschicht aufgelegt. Dabei kann im Bedarfsfall Wasser aufgesprüht werden, das
ohne Schwierigkeit zwischen den Querschüssen 9 durch die Dämmschicht hindurch gelangt.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet besteht analog Beispiel 1 im Einsatz
in Gewächshäusern. Hier wird das Wärmeübertragungselement mit der Wärmedämmschicht
nach unten auf dem Erdreich ausgerollt und darüber werden Pflanzcontainer angeordnet.
Damit wird eine Konzentration der Wärmeübertragung auf die Pflanzcontainer durch
Isolierung zum Erdboden erreicht. Dagegen kann durch Bewässerung anfallendes Wasser
ungehindert in den Erdboden dringen.
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Beispiel 5: In ein aus UV-stabilisierten PA-Drähten von 0,4 mm hergestelltes
Grundkettengewirke mit Maschenstäbchen 1 und Schußfadenabschnitten 2 sind Schläuche
3 mit Nennweite 10 mm so eingebunden, daß Muster entstehen. Die Mustergestaltung
wird dabei dem Anwendungsfall angepaßt.
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Die in Fig. 4 dargestellte Variante ist als Heizmatte unter Pflanzcontainern
13 anwendbar, die mit Abstand in Reihe aufgestellt sind. Damit wird erreicht, daß
die Wärmeabgabe fast ausschließlich im Bereich der Pflanzenwurzeln erfolgt und sich
der Energieaufwand auf das notwendigste Minimum reduziert.
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Die Anwendung kann in analoger Weise auch für eine gezielte Arbeitsplatzbeheizung
erfolgen.
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Beispiel 6: Für eine Reihe von bodenständigen Kulturen in Gewächshäusern
(z. B. Chrysanthemen) werden in geringer Höhe aufgespannte Netze als Stützgerüst
verwendet. Durch Einsatz eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragungselementes, wobei
das Grundkettengewirke als Quadratmaschennetz ausgebildet ist, lassen sich diese
Netze so gestalten, daß sie zugleich als Heizfläche wirken.
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Das Einbinden der Schläuche 3 kann dabei z. 8. in der Art erfolgen,
wie in Fig. 5 dargestellt. Die Pflanzstellen 14 bleiben hier jeweils frei, während
die Zwischenräume durch die wärmeabgebenden Schläuche 3 belegt sind. Damit wird
in Pflanzennähe ein Bereich höherer Temperatur geschaffen, was sich günstig auf
das Wachstum bei insgesamt mittlerer Raumtemperatur auswirkt.