DE4416681C2 - Kühlflächenelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlfächenelement, insbesondere ein Kühldeckenelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die zur Zeit auf dem Markt befindlichen Kühldeckensysteme verwenden zur Führung des Wärmeträgers Wasser entweder Rohr­ leitungen mit Durchmessern von mehr als 10 mm oder sogenannte Kapillarrohrmatten mit Kapillarrohren bedeutend kleineren Einzeldurchmessers. Der Vorteil der Kapillarsysteme besteht darin, daß die einzelnen Kapillarrohre dicht beieinander lie­ gen können. Damit ergibt sich eine sehr gleichmäßige Tempera­ turverteilung über die gesamte Kühlfläche, so daß bei ent­ sprechender Kühlmittel-Vorlauftemperatur höhere Kühlleistun­ gen als bei größer dimensionierten Rohrsystemen erzielt wer­ den können.

Die erstgenannten Rohrleitungssysteme bieten gegenüber Kapil­ larsystemen den Vorteil, daß bei größeren Durchmessern nur geringe Druckdifferenzen für den Umlauf des Wärmeträgermedi­ ums zu überwinden sind. Außerdem ist ein Zusetzen und Ver­ stopfen der Rohre durch Ablagerungen weniger wahrscheinlich als bei Kapillarsystemen.

In der Vergangenheit gingen die Entwicklungsbestrebungen bei den Rohrleitungssystemen dahin, durch Verwendung von Wärmeleitblechen bzw. anderen gut wärmeleitenden Materialien eine Verbesserung der Temperaturverteilung und damit auch der Wärme­ übertragungseigenschaften zu erreichen. Durch die Beschränkung bei der Aufbauhöhe und dem Flächengewicht der Kühlflächenelemen­ te sind die Möglichkeiten zur Vergleichmäßigung des Temperatur­ profils durch wärmeverteilende Schichten jedoch begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlflächenelement der eingangs genannten Art anzugeben, das bei geringer Bauhöhe oder Dicke eine gleichmäßige Temperaturverteilung ermöglicht, einen geringen Energieaufwand für die Kühlung erfordert und war­ tungsfreundlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer Installation der Kühlflächenelemente an einer Raumdec­ ke führt die aus dem Raum zugeführte Wärme zu einer teilweisen Verdampfung des Kältemittels in der Kammer der hohlen Träger­ platte. An den Kontaktstellen der Trägerplatte mit der Leitung für das Wärmeträgermedium kondensiert der Dampf im Inneren der Kammer. Die kondensierte Flüssigkeit tropft auf den Boden der Kammer zurück.

Unter der Voraussetzung, daß der Boden der Kammer ständig mit Flüssigkeit benetzt ist, kann mit Sicherheit von einer absolut gleichmäßigen Temperaturverteilung an der Deckenoberfläche aus­ gegangen werden. Aufgrund des bekanntermaßen sehr guten Wärme­ übergangs beim Phasenwechsel wärmetragender Medien ist mit dem erfindungsgemäßen Kühlflächenelement eine extrem hohe Effizienz zu erwarten, das heißt bei gleicher geforderter Flächenleistung ist im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine geringere Unter­ temperatur des Wärmeträgermediums erforderlich. Damit kann der zur Kühlung erforderliche Energieaufwand bei Verwendung des er­ findungsgemäßen Kühlflächenelementes verringert werden.

Die Trägerplatte wird zweckmäßigerweise aus zwei flachen Halbschalen gefertigt, die entlang ihrer Ränder miteinander verbunden sind. Die Trägerplatte kann aus Metall bestehen, wobei die Innenseiten der Plattenwände gegebenenfalls mit Kunststoff beschichtet sein können. Bei einer anderen Ausfüh­ rungsform der Erfindung besteht die den Boden der Träger­ platte bildende Halbschale aus Metall und ist auf ihrer In­ nenseite mit einer dampfdichten schweißbaren Kunststoffolie beschichtet, die über den Rand der Halbschale gezogen ist, wobei die andere Halbschale aus Kunststoff besteht und ent­ lang ihrer Ränder mit der Kunststoffolie der unteren Halb­ schale verschweißt ist.

Bei der Kondensation des Kältemittels kann in der Kammer der Trägerplatte ein Unterdruck entstehen, der zu einer hohen me­ chanischen Flächenlast von nahezu 100 KN/m² führen kann. Vor­ zugsweise sind daher zwischen den Plattenwänden Distanzele­ mente angeordnet, die zur leichteren Montage zu einer Matte verbunden sein können, wobei in der Distanzelementenmatte Durchbrechungen zum Durchtritt des Kältemittels vorgesehen sind. Zur Erhöhung der Stabilität können auch zumindest in der der Leitung fernen Plattenwand Versteifungssicken ausge­ bildet sein.

Zum besseren Wärmeübergang zwischen der das Wärmemedium füh­ renden Leitung und der Trägerplatte ist zweckmäßigerweise in der mit der Leitung in Kontakt stehenden Plattenwand eine mäanderförmige Nut zur Aufnahme der Leitung ausgebildet, wo­ bei die Nut zweckmäßigerweise so geformt ist, daß sie die Leitung auf mehr als 180° ihres Umfanges umschließt. Auf diese Weise werden die Leitungen in der Nut auch mechanisch festgehalten.

Um bei einer relativ geringen Menge des Kältemittels in der Kammer eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf dem Kammerboden zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, wenn die Innenseite mindestens der der Leitung fernen Plattenwand mit einem Netzmittel beschichtet ist. Als Kältemittel kann beispielsweise Wasser, Alkohol oder eine Mischung aus beiden verwendet werden.

Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit den beige­ fügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweise schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühldeckenelement senkrecht zur Plattenebene,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Obersei­ te des Kühldeckenelementes und

Fig. 3 eine schematische Unteransicht des Kühldec­ kenelementes.

Das in den Figuren dargestellte Kühldeckenelement umfaßt eine allgemein mit 10 bezeichnete hohle Trägerplatte, die aus zwei Halbschalen 12 und 14 aufgebaut ist. Die Halbschale 14 ist aus Blech durch Tiefziehen mit einem Boden 16 und einem umlaufenden Rand 18 hergestellt. Im Boden 16 sind zur Versteifung desselben Versteifungssicken 20 ausgebildet, die zur höheren Stabilität des Bodens 16 wechselweise senkrecht zueinander gerichtet sind, wie dies Fig. 3 zeigt. Auf der Innenseite ist die untere Halb­ schale 14 mit einer Kunststoffolie 22 bedeckt, die über den um­ laufenden Rand 18 der Halbschale 14 nach außen so herübergezogen ist, daß sie noch ein kurzes Stück gegen den Boden 16 der Halb­ schale 14 umgeschlagen werden kann.

Die obere Halbschale 12 besteht ebenfalls aus einem tiefgezoge­ nen Blech mit einer Deckfläche 24 und einem umlaufenden Rand 26. In der Deckfläche 24 ist eine nach oben offene mäanderförmige Nut 28 ausgebildet, in welche ein Leitungsrohr 30 eingelegt ist (siehe Fig. 1 und 2). Die Halbschale 12 ist auf ihrer Innen­ seite mit einer Kunststoffolie 32 beschichtet, die sich bis zum Ende des umlaufenden Randes 26 erstreckt. Wie Fig. 1 zeigt, übergreift der Rand 26 der oberen Halbschale 12 den Rand 18 der unteren Halbschale 14 und hat einen einwärts umgebogenen Flansch 34, der am Boden 16 der unteren Halbschale 14 außen anliegt. Zwischen dem Boden 16 und den Flansch 34 sind die Kunststoffoli­ en 22 und 32 der beiden Halbschalen 14 und 12 entlang einer Schweißnaht 36 miteinander verschweißt, so daß der zwischen den beiden Halbschalen 12 und 14 gebildete Hohlraum 38 hermetisch abgeschlossen ist.

Um den Boden 16 und die Deckfläche 24 stabil in einem gewünsch­ ten Abstand zu halten und eine Verformung der Trägerplatte 10 zu verhindern, ist in den Hohlraum 38 eine Distanzhaltermatte 40 eingelegt, die eine Mehrzahl von durch Stege 42 verbundenen Di­ stanzelementen 44 umfaßt.

Vor dem Verschweißen der unteren und der oberen Kunststoffolie 22, 32 wird in die untere Halbschale 14 ein Kältemittel, bevor­ zugt Wasser oder Äthanol oder eine Mischung aus diesen beiden Substanzen eingefüllt. Nach dem Einlegen der Distanzhaltermatte 40 und dem Auflegen der vorgefertigten oberen Halbschale 12 er­ folgt eine Erwärmung der Trägerplatte 10 auf die Verdampfungs­ temperatur der eingefüllten Flüssigkeit (bei von Wasser ver­ schiedenen Flüssigkeiten in Autoklaven), um die Luft aus dem Sy­ stem zu verdrängen. Danach werden untere und obere Halbschale 14 und 12 dampfdicht miteinander verschweißt. Anschließend wird das Leitungsrohr 30 in die Nut 28 der oberen Halbschale 12 einge­ drückt. Die Nut umschließt die Abschnitte des Leitungsrohrs 30 auf etwas mehr als 180° des Rohrumfanges, so daß das Leitungs­ rohr 30 in der Nut 28 sicher gehalten wird.

An den Rohrenden 46, 48 (Fig. 2) kann das Leitungsrohr 30 mit den entsprechenden Rohrenden benachbarter Kühldeckenelemente bzw. einer Zufluß- oder Abflußleitung verbunden werden.

Die obere Halbschale 12 kann auch vollständig aus Kunststoff be­ stehen. Die Innenseite der unteren Halbschale 14, das heißt die Innenoberfläche der Kunststoffolie 22, ist zweckmäßigerweise mit einem Netzmittel für das Kältemittel beschichtet.

Eine Kühldecke, die aus den vorstehend beschriebenen Kühldecken­ elementen aufgebaut ist, arbeitet in der oben beschriebenen Wei­ se, indem die Raumwärme das Kältemittel verdampfen läßt. Der Kältemitteldampf kondensiert an der oberen Halbschale 12, die durch das in dem Leitungsrohr 30 geführte Wärmeträgermedium ge­ kühlt wird. Die kondensierte Flüssigkeit tropft zurück in die untere Halbschale 14, die wiederum die Raumwärme aufnimmt und das Kältemittel erneut verdampfen läßt.

Die Trägerplatte 10 ist zweckmäßigerweise mit nicht dargestell­ ten Befestigungselementen zu ihrer Befestigung an einer Decke sowie zur Halterung von Deckenpaneelen versehen. Ferner kann an der Trägerplatte 10 ein nicht dargestelltes Ventil zum nachträg­ lichen Evakuieren und/oder zum Nachfüllen von Kältemittel vorge­ sehen sein.

Claims (12)

1. Kühlflächenelement, insbesondere Kühldeckenelement umfassend eine Trägerplatte (10) mit mindestens einer Leitung (30) zum Führen eines Wärmeträgermediums und Mitteln zum Verbinden der Leitungen mehrerer Kühlflächenelemente untereinander und/oder mit einer Zu- und Abflußleitung für das Wärmeträgermedium, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (10) als Hohlkörper mit mindestens einer hermetisch abgeschlossenen Kammer (Hohlraum 38) ausgebildet ist, in der ein Kältemittel enthalten ist, und daß auf der Außenseite einer Plattenwand (Deckfläche 24) die Leitung (Leitungsrohr 30) in wärmeleitendem Kontakt mit der Plattenwand (Deckfläche 24) angeordnet ist.

2. Kühlflächenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (10) aus zwei flachen Halbschalen (12, 14) besteht, die entlang ihrer Ränder (18, 26) miteinander verbunden sind.

3. Kühlflächenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (10) aus Metall besteht.

4. Kühlflächenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Halbschalen (12, 14) mit Kunststoff (22, 32), beschichtet sind.

5. Kühlflächenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Halbschalen (14) aus Metall besteht und mit einer dampfdichten schweißbaren Kunststoffolie (22) beschichtet ist, welche über den Rand (18) der Halbschale (14) gezogen ist, und daß die andere Halbschale (12) aus Kunststoff besteht und entlang ihres Randes (26) mit der Kunststoffolie (22) der erstgenannten Halbschale (14) verschweißt ist.

6. Kühlflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Plattenwänden (Boden 16, Deckfläche 24) Distanzelemente (44) angeordnet sind.

7. Kühlflächenelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente (44) zu einer Matte (Distanzhaltermatte 40) verbunden sind, die Durchbrechung zum Durchtritt des Kältemittels hat.

8. Kühlflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der mit der Leitung (Leitungsrohr 30) in Kontakt stehenden Plattenwand (Deckfläche 24) eine mäanderförmige Nut (28) zur Aufnahme der Leitung (Leitungsrohr 30) ausgebildet ist.

9. Kühlflächenelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (28) so geformt ist, daß sie die Leitung (Leitungsrohr 30) auf mehr als 180° ihres Umfanges umschließt.

10. Kühlflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der nicht mit der Leitung (Leitungsrohr 30) in Kontakt stehenden Plattenwand (Boden 16) Versteifungssicken (20) ausgebildet sind.

11. Kühlflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite mindestens der der Leitung (Leitungsrohr 30) fernen Plattenwand (Boden 16) mit einem Netzmittel beschichtet ist.

12. Kühlflächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel von Wasser und/oder Alkohol gebildet ist.