DE8004113U1 - Waermetauscher in form einer roehrenmatte - Google Patents

Waermetauscher in form einer roehrenmatte

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DE8004113U1 DE19808004113U DE8004113U DE8004113U1 DE 8004113 U1 DE8004113 U1 DE 8004113U1 DE 19808004113 U DE19808004113 U DE 19808004113U DE 8004113 U DE8004113 U DE 8004113U DE 8004113 U1 DE8004113 U1 DE 8004113U1
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Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, der insbesondere Verwendung in Heizungssystemen mit beispielsweise im Fußboden eingebetteten Radiatoren geeignet ist. Er besteht erfindungsgemäß aus mehreren, aus Röhren oder 5 Schläuchen mit Verbindungsstegen gebildeten Röhrenmatten und zugehörigen Sammelleitungen, wobei Jede Röhrenmatte in paarweise Unterabschnitte aufgeteilt ist» die durch freie ununterbrochene Röhrenabschnitte verbunden sind, wobei die Rohrenden mittels Rohrspanneinsätzen an die Sammelleitungen 10 angeschlossen sind.
Bekannte Heizsysteme mit Radiatoren sind üblicherweise mit Kupferleitungen versehen, die in einen Betonboden oder unterhalb eines Bodens in Sand als zusätzliche Wärmemasse eingebettet sind. Durch die Leitungen wird heißes Wasser
geleitet, um dem Beton oder dem Sand Wärmeenergie zuzuführen und den Bereich oberhalb des Bodens durch Strahlung zu erwärmen. Bei derartigen Heizsystemen wurden ausgeprägte Nachteile festgestellt und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Wärmeaustauscher zu schaffen, bei dem diese Nachteile beseitigt sind.
Wärmeübertragungssysteme mit Kupferrohren sind insbesondere durch das Alkali des Betons korrosionsgefährded und Wärmeausdehnung und Kontraktion der Röhren, sowie das Wandem und Rissigwerden des Betons können Belastungen erzeugen, die ein praktisch nicht zu reparierendes Leckwerden der Röhren verursachen können. Beton hat im Vergleich zu Kupfer eine geringe Wärmeleitfähigkeit, und deshalb ist die Verwendung von Wasser mit niedrigen Temperaturen in Verbindung mit Kupferrohren ökonomisch nicht sinnvoll. Kupfer-'rohre sind ziemlich teuer und die Kosten eines derartigen Heizungssystems werden untragbar, solange nicht relativ höhere Wassertemperaturen angewendet werden.
Durch die US-PS 3,114,969 und die US-PS 1,668,978 sind Rohrspanneinsätze bekannt, die Jedoch nicht der Ausbildungsform der Verbindungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechen. Die im folgenden beschriebene Schlauchoder Röhrenmatte ist an sich aus der DE-OS 2 831 591 bekannt.
Bei dem Wärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung sind mehrere parallele. Flüssigkeit leitende Röhren oder Schläuche aus Kunststoff zulänglichen Matten ausgebildet, wobei benachbarte Röhrenpaare durch flexible Stege miteinander verbunden sind. Elemente zur Bildung paarweiser Unterabschnitte der Matte sind vorgesehen, bestehend aus einem mittleren Mattenabschnitt zwischen den Unterabschnitten, der frei von Stegen zwischen den Röhren ist. Die Unter abschnitte liegen im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die freien Röhren des mittleren Abschnittes. In der Nähe der vom mittleren Teil der Matte abgewandten Enden der Unterabschnitte sind erste und zweite hohle Sammelleitungen angeordnet. Alle Röhren der Matte sind an ihren angrenzend an die Sammelleitungen und entfernt vom mittleren Teil ohne Stege, und die Röhrenendteile sind mit den Sammelleitungen durch entsprechende Öffnungen in deren Wandungen verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zusätzlich Verbindungselemente zum Anschluß jeder Röhre an eine zylind rische Bohrung in der Zuleitungswandung vorgeschlagen, bestehend aus einem Starren zylindrischen Einsatz, dessen Außendurchmesser wenigstens gleich groß wie der Innendurchmesser der Röhre und dessen axiale Länge größer als die axiale Länge der zylindrischen Bohrung in der Zuleitung wandung ist. Der Einsatz ist innerhalb des Endteiles der Röhre befestigt. Die Bohrung in der Zuleitungswandung weist
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einen Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Ein- | satzes und Kleiner als der Röhrendurchmesser um den Einsatz auf. Der Rührenendteil befindet sich in der Bohrung und ist j in diese eingepreßt, wobei die entsprechenden Enden des Einsatzes an der Zuleitungswandung innen und außen vorstehen. t
Die vorlegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren ; zur Installation der Wärmeaustauscher-Radiatoren in einem ' Bauwerk, wobei die Wärmeaustauscher aus mehreren länglichen Matten aus Kunststoff bestehen, jede Matte mehrere Flüssigkeit leitende Röhren aufweist, wobei benachbarte Röhrenpaare durch flexible Stege verbunden sind und die Röhren mit ihren entsprechenden Zuleitungen verbunden sind. Das Verfahren umfaßt ein Entfernen der Stege zwischen den Röhren in einem mittleren Teil der Matte und beläßt die Röhren ununterbrochen und einstückig. Die Stege weiden auch zwischen den Röhren an den Endteilen der Matte zum Anschluß der Zuleitungen entfernt. Die Matten werden auf den Gebäudeboden ausgelegt, so daß deren Unterabschnitte beidseitig des mittleren Abschnittes im wesentlichen in eineijfcbene liegen. Zum Schluß werden die Matten mit einem Einbettungsmaterial be- : deckt.
Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zum Anschließen Jeder Röhre an eine zylindrische Bohrung in der Zuleitungswandung. Zuerst wird im Endteil der Röhre ein
zylindrischer Einsatz angeordnet, dessen Außendurchmesser wenigstens so groß wie der Innendurchmesser der Röhre und dessen axiale Länge größer als die axiale Länge der zylindrischen Bohrung ist, die Bohrung selbst einen Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Einsatzes und kleiner als der Röhrendurchmesser um den Einsatz aufweist. Der Röhrenendteil wird dann in die Bohrung gepreßt, wobei die entsprechenden Enden des Einsatzes an der Zuleitungswandung innen und außen vorstehen, so daß die Wandung des Röhrenendteils in der Bohrung eingepreßt ist und diese abdichtet.
Die vorteile des vorliegenden Heizungssystems mit mattenförmigen Wärmeaustauschern gegenüber den bekannten Kupfer!
röhrensystemen sind unter anderem wie folgt: Die Schlauch- | oder Röhrenmatte hat ein kontinuierliches mehrröhriges Profil, welches leicht mit dünnen Betonschichten abgedeckt werden kann. Bei Ausfall einer der Röhren kann diese in der Nähe der Zuleitungen abgeklemmt und isoliert werden, so daß das verbleibende System weiterhin gut funktioniert. Ähnlich | können bestimmte Röhren abgeklemmt werden, um Bereiche von jf
der Wärmeaustauschflüssigkeit zu isolieren und es so zu er- % möglichen, Uberhitzungsbereiche zu korrigieren. Die Wärme- | ausehnung und Kontraktion der Matte ist praktisch Null und f
da sie aus Kunststoff besteht, kann ein Einfrieren nicht | zu Zerstörungen führen. Aus dem gleichen Grund muß ein Wan- |
der oder Rissigwerden des Bodens nichtnotwendigerweise die | Röhrenmatte zerstören. Das System hat geringe Herstellungs- i kosten und ist insbesondere für eine wirksame Wärmeübertra- S gung mit niedrigen Temperaturen von Vorteil. .:;
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen typischen Betonboden mit einem Wärmeaustauscher in Form einer Röhrenmatte gemäß der Erfindung im Querschnitt, teilweise abgebrochen
dargestellt;
Fig. 2 die Teilansicht einer Klemme zum Isolieren einer oder mehrerer Röhren;
Fig. 3 die Röhrenmatte mit Zuleitungen gemäß der Erfindung in perspektivischer Teilansicht,teil
weise abgebrochen dargestellt;
Fig. 4 eine Röhrenmatte im Querschnitt;
Fig. 5 ein Ende der Röhrenmatte zur Verbindung mit der Zuleitung geeignet, in der Teildraufsicht;
Fig. 6 den mittleren Teil einer Matte zur Verbindung
der parallelen Unterabschnitte in der Teildraufsicht ; Fig. 7 die Verbindung zwischen einem Röhrenende und
einer Zuleitung im Längsschnitt in vergrößertem Maßstab.
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Aus der Fig. 1 ist ein typischer Wand- und Bodenaufbau 10 mit Fundamenten 11 in einem Untergrund 12 ersichtlich. Zuerst wird eine untere Isolation 13 üblicherweise mit Schaumdämmungen unterhalb und/oder oberhalb der Isolation angebracht. Über der Isolation wird innerhalb des Wandaufbaus 10 eine Betonunterlage 14 angebracht, die einen hochstehenden Randteil 13 aufweisen kann, der die typischen Wandelemente 16 trägt. In Übereinstimmung mit der Erfindung werden über der Betonunterlage 14 Wärmeaustauscher 17 in
tO Form von Röhrenmatten angeordnet, die mit wenigstens einem Paar einer ersten und zweiten Zuführungsleitung 18 und 19 verbunden sind. Die Zuf Uhrungsleitungen können in einer Rinne entlang dem Randteil 15 der Betonunterlage 14 untergebracht sein und können für das Anschließen und die nachfolgende Instandhaltung offen liegen. Eine gegossene Betonbodenplatte 20 wird als Form über den Wärmeaustauscher 17 in Form von Röhrenmatten gelegt, so daß diese dazwischen eingebettet sind.
Es ist selbstverständlich, daß gewisse Aspekte des oben beschriebenen Aufbaus nur der Erläuterung dienen und sehr wohl abhängig von der entsprechenden Installation variieren können. Beispielsweise könnten die Wärmeaustauscher 17 in Form von Röhrenmatten direkt auf einem Sandgrund mit über diesen angeordneter Betonplatte 20 liegen.
Aus den Fig. 3 und 4 ist die Konstruktion der Röhrenmatte ersichtlich. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in der bereits erwähnten DE-OS 28 31 591 l
beschrieben und beansprucht. Derartige Matten werden aus einem einstückig spritzgegossenem Kunststoffmaterial wie z.B. Kunstgummi und insbesondere E.P.D.M. (Äthylen, Propylen, Dien, Monomer oder Terpolymer) gebildet. Eine vorliegende Röhrenmatte (siehe Fig. 3 und 4) 21
weist eine Länge auf, die mindestens das vierfache und höchstens das zwölffache ihrer Breite beträgt, und umfaßt mehrere Röhren 22, die parallel und im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind. Jede Röhre kann einen Nenn-Außendurchmesser von 8,5 mm und einen Nenn-Innendurchmesser von 5,1 mm aufweisen, so daß ihre Wandstärke 1,7 mm beträgt. Wie in der vorstehend erwähnten Zusatzanmeldung beschrieben, können an der Unterseite der Röhrenmatte mehrere verbiegbare VorsprUnge 23, die mehrere nach innen gerichtete Aussparungen 24 bilden, vorgesehen sein. Bei dem gezeigten Beispiel sind sechs Röhren 22 und drei Aussparungen 24. Jedes Paar einander benachbarter Röhren ist durch einen Steg 25 miteinander verbunden, welcher entlang der Reißlinien 25A leicht eingekerbt ist, um ein Trennen der Röhren zu ermöglichen.
Bei bekannten Heizungssystemen mit Radiatoren mit eingebetteten Kupferrohren werden üblicherweise einige Arten von
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Niederhalteeinrichtungen verwendet, um die Röhren an der Betonunterlage zu halten. Die Röhren sind üblicherweise sinusförmig angeordnet und derartige Einrichtungen dienen zur Fixierung der Röhre während des Gießens des Betonbodens. Ein Vorteil bei der Verwendung der oben beschriebenen Röhrenmatte besteht darin, daß die Matte während des Gießens des Betonbodens durch eine Kleb- oder Kittschicht über der Betonunterlage, die in die Aussparungen Zk zur lösbaren | Halterung der Matte eindringt, an Ort und Stelle gehalten | wird. Dieser Eingreifvorgang ist mechanisch und hängt nicht I
t von einer chemischen Verbindung zwischen dem Kitt und dem I
Kunststoffmaterial der Matte ab. Es ist jedoch selbstver- I ständlich, daß die Erfindung gleichermaßen bei Röhrenmatten § mit glatten Unterseiten, bei denen andere Einrichtungen zur | Halterung der Matte an Ort und Stelle dienen, anwendbar ist.I
I Bei der Vorbereitung einer gegebenen Röhrenmatte für ξ
die Installation wird diese von einem vorhandenen Vorrat | abgerollt und in der gewünschten, individuellen Länge abge- §
schnitten. In einem mittleren Mattenabschnitt 26 werden die 5
Stege 25 zwischen den Röhren 22 entfernt. Wie aus den Fig. 3f;
und 6 ersichtlich, werden die sich hierbei ergebenden Un- |
te· terabschnitte 27 und 28 der Matte 21 beidseitig des mittlere!
Abschnittes 26 nebeneinander und parallel in einer Ebene ^ mit den freien Röhren 22A des mittleren Abschnittes 26 aus- |j
2!5 gelegt. Bei dieser Konstruktion sind die Unterabschnitte 27 j| und 28 miteinander durch fortlaufende und einstückige Zwi- ||
schenabschiiitte der zahlreichen Röhren 22 miteinander ver-
bunden und ein niedriges Profil wird beibehalten, um sicherzustellen, daß die gesamte Matte gut durch den Betonboden 20 bedeckt werden kann.
Wie aus den Fig. 3 und 5 ersichtlich, sind die Röhren 22 an ihren, dem mittleren Abschnitt 26 gegenüberliegenden Endteilen der Matte durch Reißen entlang der Reißlinien 25A von ihren Stegen 25 befreit. Im Bereich der vom Steg befreiten Röhren 22 ist Jeweils ein Ende jeder Röhre zum zweckmäßigen Anschluß an die eine oder andere Zuleitung 18 und 19 langer und das andere Ende kürzer abgeschnitten. Wie insbesondere aus der Fig. 3 ersichtlich, bildet jede Röhre eine Schleife zwischen den beiden Zuleitungen, und daß von einer Leitung in die andere Leitung fließende Niedrig-Temperatur-Wasser fließt durch die ganze Länge der Matte.
|' Aus der Fig. 7 ist die Verbindung einer gegebenen Röhre
ψ 22 mit der ersten Zuleitung 18 durch eine kreisförmige
\i Bohrung in der Wandung der Leitung dargestellt. Jede Röhre
des Systems steht an beiden Röhrenenden über derartige
L 20 Bohrungen in der Leitungswandung mit den Leitungen in Ver
bindung. Die Zuleitungen 18 und 19 können entweder aus
'<& Kupfer oder aus Kunststoff bestehen, wobei ihr Innendurch-
messer bei Kupfer ungefähr 25 mm und bei Kunststoff etwas im größer ist. Ihre Wandstärke kann im Bereich von 3,8 bis
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„, 25 5 mm liegen.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein zylindrischer Kunststoffeinsatz 29 verwendet, bevorzugt aus Polytetrafluoräthylen, der ca. 20 ram lang, d.h. langer als die Zuleitungswandstärke ist und einen Außendienst messer z.B. 6 mm und einen Innendurchmesser von z.B. 4,5 mm aufweist. Der Einsatz 29 wird in das Ende der Röhre 22 in die in der Fig. 7 gezeigte Position mit ungefähr 3 mm zum Röhrenende, eingedrückt. Der Einsatz weitet die Röhre zu einem Außendurchmesser, größer als irgendwo sonst entlang der Röhre, auf.
Die entsprechende kreisförmige Bohrung 30 in der Wandung der Leitung 18 hat einen feststehenden Mindestdurchmesser von beispielsweise 7,5 mm, der geringer als der Röhrendurchmesser um den Einsatz aber größer als der Außendurchmesser des Einsatzes ist. Die Bohrung ist zylindrisch und zum Zwecke der Erläuterung mit einem konstanten Durchmesser über den Bereich von innen nach außen der Zuleitungswandung versehen. In der Praxis Jedoch ist bei eine Kunststoffzuleitung die Bohrung gebohrt und abgeschrägt und bei einer Kupferzuleitung gebohrt und gepreßt und in jedem Fall erstreckt sich der zylindrische Teil der Bohrung lediglich über einen Teil der Wandstärke der Zuleitungswandung. Das aufgeweitete Röhrenende wird in die zylindrische Bohrung eingepreßt und dabei innerhalb der Bohrung zusammer gepreßt, wobei die entsprechenden Enden des Einsatzes an der Zuleitungswandung nach innen und außen vorstehen. Die Röhren-
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wand um den Einsatz verdickt sich ,wie dargestellt, nach ! außen und dichtet den Umfang der Bohrung ab, um sicherzustellen, daß das Röhrenende fest, jedoch lösbar gehalten j wird. Mit lediglich einem zusätzlichen Bauteil ist die Röhre an der Zuleitung befestigt, ohne Zugang zum Inneren \ der Zuleitung zu benötigen.
In der Fig. 2 ist eine Form einer Klemme 31 dargestellt, , mittels der eine der Röhren 22 abgeklemmt werden kann, um den Durchfluß zu verhindern. Die Klemme weist miteinander fluchtende Bohrungen 32 und 33 auf, durch die das Ende der Röhre 22 eingesetzt wird. Einander gegenüberliegende Quetschelemente 34 und 35 pressen die Röhre und verschließen sie, wenn die Enden 36 der Klemme zusammengeschoben werden. Mit derartigen Klemmen kann eine Temperaturzonensteuerung erreicht werden, um ein Überhitzen in gewissen Bereichen zu korregieren. Es können auch einzelne Röhren zur Isolierung von Leckschäden abgeklemmt werden, wobei der Betrieb des verbleibenden Systems unbeeinflußt bleibt.
Die Wärmeaustauscher in Form von Röhrenmatten erzeugen ' insbesondere gleichmäßige Bodentemperaturen, da sie ein gegenläufiges Fließen in abwechselnden Röhren zur Erzielung einer durchschnittlichen Temperatur verwenden. Die Röhrenmatten sind gegen chemischen Einfluß unempfindlich und da sie elastisch sind, sind sie auch gegen Ausdehnung und Kontraktion in Folge von Einfrieren oder Wandern des Betonbodens unempfindlich.
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Claims (10)

1111 Il IV Il · · I ι ι ι 1 I I t· |ii till ti 30.8.1983 Bio-Energy Systems Inc. A 05 Neue Schutzansprüche
1. Wärmetauscher, bestehend aus einer Wärmetauschermatte aus elastomerem Material mit einer Vielzahl von parallelen Röhren, die einstückig miteinander über Stege verbunden sind, sowie zwei Sammelrohren, mit denen die Enden der Röhren verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Unterabschnitte (27, 28) der Matte, die über einen mittleren Abschnitt (26) , in dem die Röhren (22a) von den Stegen (25) getrennt sind, zusammenhängen, derart nebeneinander angeordnet sind, daß sie an einem Ende über die gekrümmt und einander überkreuzend verlaufenden Röhren (22a) des mittleren Abschnitts verbunden sind und am anderen, gegenüberliegenden Ende der Unterabschnitte (27, 28) beide Sammelrohre (27, 28) angeordnet und an die von den Stegen befreiten Enden der Röhren (22) angeschlossen sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß an dem anderen Ende der Unterabschnitte die Enden nebeneinanderliegender Röhren (22) abwechselnd mit dem einen oder anderen Sammelrohr (18, 19) verbunden sind.
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3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Röhren (22) mit den Stegen (25) über Reißlinien (25a) zusammenhängen und abschnittsweise entlang diesen Reißlinien (25a) von den Stegen (25) abreißbar sind.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß die Unterabschnitte (27, 28) im wesentlichen parallel und in gleicher Ebene nebeneinander ausgerichtet sind.
5. Wärmetauschar nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , daß Klemmelemente (31) zum Abklemmen einzelner Röhren (22) vorgesehen sind.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , daß die Röhrenmatte an der Unterseite hinterschnittene Nuten (24) für die Aufnahme eines Befestigungsmittels aufweist.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß jedes von den Stegen (25) befreite Ende einer Röhre (22) zusammen mit einem in das Röhrenende eingeschobenen starren zylindrischen Einsatz (29) in eine Bohrung in der Wand des jeweiligen Sammelrohres (18, 19) eingesteckt ist, wobei der Außenradius
des Einsatzes (29) um weniger als die Wandstärke der Röhre (22) kleiner als der Radius der Bohrung (30) in der Wandung des Sammelrohres (18, 19) ist.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , daß die Enden des Einsatzes (29) nach innen und außen über die Wandung des Sammelrohres (18, 19) vorspringen.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet , daß der Außenradius des Einsatzes (29) größer als der Innenradius der Röhre (22) ist.
10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , daß das Ende der Röhre (22) im Inneren des Sammelrohres (18, 19) über das Ende des Einsatzes (29) übersteht.
DE19808004113U 1979-03-05 1980-02-15 Waermetauscher in form einer roehrenmatte Expired DE8004113U1 (de)

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