NL8001212A - Warmtegeleidende en geluidisolerende panelen. - Google Patents

Description

•jt t» . SZ-» t N.0. 28.665

Warmtegeleidende en geluidisolerende panelen.

De uitvinding heeft betrekking op een warmtegeleidend en geluidisolerend paneel, bestaande uit aan elke buitenzijde een metalen plaat en uit geluidisolerend materiaal aangebracht tussen de metalen platen.

5 De bovenbeschreven panelen zijn algemeen bekend en wor den in toenemende mate gebruikt voor de geluidsisolatie van bijvoorbeeld compressoren en motoren. Gehele omkastingen worden ervan vervaardigd. In veel gevallen is de geluidsisolatie van dergelijke panelen uitstekend. Een bezwaar is echter, dat de panelen niet in staat zijn, warmte af te voe-10 ren welke ontwikkeld wordt door de afgeschermde motoren of compressoren. In de omkapselingen kunnen gedurende bedrijf temperaturen gaan heersen die de bedrijfstemperatuur van het koelwater van circa 80°C zelfs gaan overschrijden. Afgezien van het feit dat dergelijke temperaturen het brandrisico bij 15 lekkage van bedrijfsmiddelen van bijvoorbeeld motoren verhogen, en hoge eisen stellen aan de kwaliteiten van de panelen, is ook het gebruik van bijvoorbeeld kunststoffen en van elektronische regel- en besturingsmiddelen binnen de omkapseling praktisch onmogelijk.

Het is bekend om daartoe koellucht door de omkapselde 20 ruimte heen te voeren. Een bezwaar hiervan is echter weer, dat de daartoe benodigde aan- en afvoeropeningen sterk afbreuk doen aan de geluidsisolatie.

De uitvinding beoogt nu geluidisolerende panelen te verschaffen van het bovenbeschreven type, welke echter tevens 25 warmtegeleidend zijn van de ene metaallaag naar de andere.

Het warmtegeleidend en geluidisolerend paneel volgens de uitvinding wordt nu daardoor gekenmerkt, dat er tussen de beide metalen platen ten minste één warmtegeleider is aangebracht, welke uit een warmtepijp bestaat en waarvan elk eindgedeelte 30 (verdamper, condensor) in goed thermisch contact verkeert met één van de metalen platen.

De metalen platen kunnen bovendien van versterkingsrib-ben en in de diepere gedeelten tussen de ribben van openingen zijn voorzien. Daarbij treedt zowel plaatdemping op, als in-35 terferentie via de openingen in de platen en absorptie via eventueel nog erachter aangebrachte ontdreuningspasta. Verder 800 1 2 12 ‘•Λ ^ - 2 - geven de platen aan de panelen de vereiste stevigheid, waarbij voor het isolerend materiaal bijvoorbeeld polyurethaan-schuim met gesloten cellen gebruikt kan worden, doch ook bijvoorbeeld steenwol of glaswol. Daarnaast kunnen volgens de 5 vinding de metalen platen als ontvanger enerzijds en uitstra-ler anderzijds van warmte dienstdoen. Daartoe worden aan de binnenzijde van de panelen, in direct contact met de metalen platen, warmtepijpen aangebracht, welke via een flexibele verbinding onderling verbonden zijn. Deze pijpen doen niette-10 min op bekende wijze als warmtepijpen dienst. De binnenzijde van de pijpen kan daartoe bekleed zijn met een poreus materiaal, dat als capillair werkt voor de eveneens in de pijp aanwezige vloeistof. Deze vloeistof verdampt aan de warme (binnen-) zijde van het paneel en stroomt via de pijpverbinding 15 naar het andere warmtepijpeinde en condenseert daar doordat de koudere, (buitenste-) zijde van het paneel warmte afvoert naar de omgeving.

In die gevallen waar aan de geluidsisolatie niet de allerhoogste eisen gesteld worden, kunnen geheel metalen 20 warmtepijpen gebruikt worden. Him warmtegeleidingsvermogen is immers bijzonder groot, zodat met een slechts gering aantal warmtepijpen per oppervlakte-eenheid van het paneel volstaan kan worden. De doorgeleiding van het geluid door het materiaal van de warmtepijpen zou onder die omstandigheden 25 geaccepteerd kunnen worden. Worden daarentegen de hoogste eisen gesteld aan het isolatievermogen voor het geluid, dan dienen de eerder beschreven flexibele tussenverbindingen gebruikt te worden.

Het is duidelijk dat de beide eindgedeelten van de warm-30 tepijpen in optimaal thermisch contact moeten zijn met de metalen platen. De eindgedeelten van de warmtepijpen zijn . daartoe bij voorkeur uit aluminium of koper of een ander goed warmtegeleidend materiaal vervaardigd, terwijl voor de metalen platen aluminium gekozen kan worden.

35 Ten einde binnen een omkapseling een voldoende grote warmte-overdracht te verkrijgen tussen de binnen de omkapse-... ling stagnerende lucht en het - geribde - metaal van het paneel, zal het in een aantal gevallen noodzakelijk zijn, voor kunstmatige luchtcirculatie binnen de omkapseling te 40 zorgen met bijvoorbeeld een ventilator.

8001212 3r ¢, - 3 -

Warmtepijpen kunnen warmte op een zeer efficiënte wijze transporteren. Ze doen dit echter alleen "binnen een zeer specifiek gebied: het kooktraject van de gebruikte vloeistof of vloeistoffen. Dit effect is een extra voordeel bij de be-3 doelde geluidisolerende en tevens warmtegeleidende panelen. Zolang namelijk de werktemperatuur van de warmtepijp (bijvoorbeeld 40°C, afhankelijk van het gekozen arbeidsmedium in de warmtepijp) niet is bereikt, blijft het paneel thermisch goed isoleren, dus ook tegen warmteverlies. Na het starten 10 van de volgens de uitvinding geïsoleerde motor of compressor zal dit apparaat snel op temperatuur kunnen komen, tot ongeveer de werktemperatuur van het paneel. De opwarmtijd wordt daardoor gereduceerd en na het afzetten zal het apparaat tevens langer op werktemperatuur blijven.

15 Voor warmtepijpen bij toepassingen met bijvoorbeeld mo toren en compressoren kan als werkvloeistof onder meer water, ethanol, methanol of ammoniak dienen.

Aan de hand van de navolgende beschrijving van de in de bijgevoegde figuren afgebeelde voorkeursuitvoeringsvormen zal 20 de uitvinding nader worden toegelicht.

Fig. 1 toont een doorsnede van een bekend geluidisole-rend paneel van het type waarop de uitvinding betrekking heeft; fig. 2 toont op vergrote schaal een doorsnede van het 25 geluidisolerende paneel van fig. 1, voorzien van twee alternatieve uitvoeringsvormen volgens de uitvinding; fig. 3 toont een andere uitvoeringsvorm van een paneel volgens de uitvinding; fig. 4 toont een paneel volgens de uitvinding in een 30 bijzonder universele uitvoering.

Met 1 is in fig. 1 een gedeelte van een geluidisolerend paneel van bekende constructie weergegeven, dat tussen twee aluminiumplaten 2 en 5 is opgenomen. Op zekere afstanden zijn ribben 3 aangebracht op de aluminiumplaat en deze zijn, vol-35 gens het weergegeven voorbeeld, integraal vervaardigd tesamen met de plaat, bijvoorbeeld door walsen of extrusie. Tussen de ribben zijn op onderlinge afstanden perforaties 4 aangebracht in de aluminium grondplaat. Tegen de linker aluminiumplaat 2 is een ontdreuningspasta 8 aangebracht en op deze volgt een 40 in het algemeen veel dikkere laag 9 van isolerend celmateriaal 800 1 2 12 - 4 - met gesloten of open cellen. Hiervoor kan bijvoorbeeld poly-urethaanschuim of een dergelijk schuim gebruikt worden, doch ook is het gebruik van meer of minder verstevigde steen- of glaswoldekens mogelijk. Volgens fig. 1 is aan de rechterzijde 5 van het celmateriaal 9 rechtstreeks de andere aluminiumplaat 5 gehecht, welke met zijn ribben 6 en openingen 7 dezelfde opbouw heeft als de plaat 2 ter linkerzijde. Al naar de omstandigheden kan het celmateriaal 9 opgebouwd zijn uit verschillende lagen, eventueel van verschillende materialen, 10 met verschillende massa, celverdeling en elastische eigenschappen, terwijl tussen deze laag en de aluminiumplaat 5 naar behoefte eveneens een ontdreuningspasta kan zijn aangebracht. Met 10 is schematisch aangegeven dat al naar behoefte elastisch blijvende hechtmiddelen op die plaatsen toegepast 15 zijn.

De ribben 3 en 6 op de aluminiumplaten dienen bij de bekende panelen ter versteviging en tevens dragen zij bij aan de plaatdemping. Dank zij het feit dat de platen veelal van aluminium vervaardigd zijn, kan volgens de uitvinding van het 20 uitstekende warmtegeleidingsvermogen van dit aluminium gebruik gemaakt worden voor het concentreren van de aan de buitenzijden van het paneel met geringe dichtheid invallende of afgegeven warmte in een gering aantal plaatsen, waar de, de warmte met grote dichtheid transporterende warmtepijpen 25 zijn aangebracht.

Fig. 2 toont op vergrote schaal hetzelfde paneel als dat afgebeeld in'fig. 1, doch voorzien van warmtepijpen volgens de uitvinding. Daarbij zijn in fig. 2 twee verschillende, doch principieel gelijke uitvoeringsvormen afgebeeld. Tegen 30 de binnenzijde van de aluminiumplaat 2 is met goed warmte-contact het ene einde 11 respectievelijk 21 van warmtepijp 10 respectievelijk 20 bevestigd. Daarbij is van de warmtepijp 10 slechts het kopvlak bij 13 in warmtecontact met de aluminiumplaat 2, zodat doorgeleide warmte door het contactvlak 35 13 mede via het materiaal van het linker warmtepijpgedeelte 11 respectievelijk 21 overgebracht wordt op het medium 17 respectievelijk 27 in de warmtepijpen. Dit medium 17 bestaat uit een vloeistof-dampvulling welke bij ongeveer atmosferische druk in het gewenste temperatuurgebied tussen circa 40°C en 40 100°C een dampspanning heeft van ongeveer atmosferische druk.

8001212 - 5 -

Van de warmtepijp 20 is een groter oppervlak 23 in thermisch contact met de aluminiumplaat 2, doch voor het overige is de werking gelijk. De einden 11 en 21 van de warmtepijpen worden bij voorkeur vervaardigd van een goed warmtegeleidend 5 materiaal, zoals aluminium of koper. Op overeenkomstige wijze is aan de rechter aluminiumplaat 5 het andere einde van de warmtepijp 10 respectievelijk 20 in goed thermisch contact bevestigd.

In het algemeen bestaan de bekende warmtepijpen uit een 10 gesloten geheel en zijn, in verband met de vereiste goede warmtegeleiding van de beide einden, in hun geheel van metaal vervaardigd. Omdat metalen echter zeer goed trillingen doorleiden, in het bijzonder het zogenaamde contactgeluid, is voor toepassing in panelen welke juist geluid dienen te iso-13 leren, het gebruik van geheel metalen warmtepijpen minder gewenst. In fig. 2 is daarom ingeval van beide warmtepijpen 10 en 20 een uitvoering afgeheeld, waarbij slechts de beide einden van goed geleidend metaal vervaardigd zijn, doch het middengedeelte uit een flexibel materiaal bestaat, bijvoor-20 beeld een kunststof-of rubberen slang 15 respectievelijk 25. Met behulp van klemmen 16 respectievelijk 26 zijn de slangen 15 respectievelijk 25 hermetisch afsluitend bevestigd aan de beide eindgedeelten 11, 12, respectievelijk 21, 22. Afhankelijk van de in het temperatuurgebied waarin het paneel komt 25 te werken, te verwachten minimale en maximale dampdrukken in de warmtepijp, dient voor de slangen 15 respectievelijk 25 een constructie, al dan niet met versterkingen, gekozen te worden, aangepast aan de optredende verschildrukken tussen het inwendige en de omgeving van de slangen.

30 De werking van de warmtepijpen berust erop, dat in het ene eindgedeelte het arbeidsmedium verdampt, de damp door de warmtepijp naar het andere einde stroomt en aldaar condenseert en de voor de verdamping opgenomen warmte aldaar afgeeft. Het gecondenseerde medium dient teruggevoerd te worden 35 naar de verdamperzijde ten einde een continue werking van de warmtepijp mogelijk te maken. In het algemeen zijn de warmtepijpen daartoe uitgevoerd met een capillaire bekleding van de binnenwand, ten einde bij te dragen aan de terugvoer naar de verdamper van het condensaat. Voor deze capillaire wandbekle-40 ding kan onder andere een fijn gaasweefsel gebruikt worden, 800 12 12 - 6 - dat goede bevochtigingseigenschappen heeft ten opzichte van het gebruikte arbeidsmedium. Dank zij het feit dat de capil-lariteit voor de terugvoer van het condensaat gebruikt wordt, kan dit ook tegen de werking van de zwaartekracht in plaats-5 vinden. In een aantal gevallen echter, alwaar het geen bezwaar is om het paneel met de warmtepijpen in één bepaalde stand te plaatsen, kan daarnaast gebruik gemaakt worden van de zwaartekracht voor de terugvoer van het condensaat. Wordt verondersteld dat het paneel volgens fig. 2 verticaal is ge-10 plaatst, dan kan de warmtepijp 20 tevens gebruik maken van de zwaartekracht voor de terugvoer van het condensaat, althans als links de verdamper is en rechts de condensor. Hetzelfde geldt voor toepassing van het paneel volgens fig. 2 bi^ niet-zuiver verticale toepassing. In die gevallen kan ook 15 de warmtepijp volgens uitvoering 10 met behulp van de zwaartekracht bijdragen aan de terugvoer van het condensaat. Fig.

2 is dan als verticale doorsnede te beschouwen. Voor de duidelijkheid zijn daarbij de ribben 3 en 6 in fig. 2 als horizontaal lopend weergegeven, hoewel in de praktijk een verti-20 cale richting de voorkeur verdient wanneer van natuurlijke convectieve luchtstroming langs de ribben gebruik gemaakt wordt.

Ter illustratie is voor de warmtepijp 20 de warmte-invoer aan de linkerzijde met Q3 aangegeven en de afvoer ter 25 rechterzijde eveneens met Q3 zodat, wanneer fig. 2 als verticale doorsnede beschouwd wordt, de uitvoering met een warmtepijp 20 in principe beperkt is tot die toepassingen waar warmte van plaat 2 naar plaat 5 getransporteerd dient te worden en niet andersom. Wordt het paneel volgens fig. 2 in 30 ongeveer verticale positie toegepast, dan kan de warmtepijp volgens uitvoering 10 voor transport in beide richtingen Q1 en Q2 gebruikt worden. Evenwel hebben warmtepijpen in het algemeen een bijzonder groot geleidingsvermogen, zodat een beter gebruik van de geleidingscapaciteit van een warmtepijp 35 wordt gemaakt bij de uitvoering volgens de pijp 20, omdat enerzijds het warmte-overbrengende contactvlak 23, 24 met de platen 2 respectievelijk 5 groter is en anderzijds de zwaartekracht een bijdrage levert voor een snellere terugvoer van het in het einde 22 gecondenseerde arbeidsmedium.

40 Het zal duidelijk zijn, dat in plaats van de slangen 15 800 12 12 <9* ♦ - 7 - respectievelijk 25 ook trillingen isolerende balgen toegepast kunnen worden, bijvoorbeeld van metaal, waarbij de balgen ingebed kunnen zijn in ontdreuningspasta. Bij deze constructie is een langere levensduur van de warmtepijp te verwachten dan 5 bij toepassing van een slang, zij het mogelijkerwijs ten koste van een iets geringere geluidsisolatie.

Fig. 3 toont een alternatieve uitvoeringsvorm, waarbij de aluminiumplaat 2 respectievelijk 5 geen massieve ribben 3, 6 vertoont, doch uit relatief dun plaatmateriaal door 10 buigen gevormd is. Daarbij is het mogelijk, zoals fig. 3 toont, een aantal ribben 3, 6 een cirkelboogvormige doorsnede 30 te geven, waarin de einden 31 van de warmtepijpen ondergebracht zijn en een bijzonder groot contactvlak met de platen 2, 5 hebben. Door de ribben 30 enigszins om de pijpeinden 31 15 heen te felsen, zijn de pijpeinden 31 stevig in de plaat verankerd en behoeft slechts op één plaats de bocht 32 de holle rug 30 te verlaten. Voor het overige kan de warmtepijp ook hier met slangen 33 op de reeds beschreven wijze uitgevoerd zijn.

20 Fig. 4 toont een bijzonder universele uitvoeringsvorm van een paneel, omdat het in praktisch alle standen geplaatst kan worden, en bovendien warmtetransport in beide richtingen toelaat.

De gebruikelijke metalen platen zijn schematisch met 2 25 en 5 weergegeven, terwijl zich een (geluid-)isolatiemateriaal 39 tussen de platen bevindt. De warmtepijp vormt hier een gesloten doch rondlopend circuit, zodat de dampstroom in de ene richting en de condensaat retourstroming elkaar niet kunnen verstoren. Daartoe is tegen de ene plaat 2 in goed 30 thermisch contact het éne metalen pijpstuk 34 bevestigd en tegen de andere plaat 5 het andere stuk 35. Deze pijpstukken zijn als verdamper en condensor werkzaam. De ene is met zijn beide einden door twee flexibele slangen 37, 38 verbonden met de corresponderende einden van de andere. De universele 35 toepasbaarheid van dit paneel wordt sterk bevorderd door ten minste de verdamper inwendig van een capillaire bekleding te voorzien. Voor warmtetransport in twee richtingen is het van voordeel zowel de verdamper als de condensor van een capil-

Van laire bekleding te voorzien./de flexibele verbindingen 37» 38 40 kan er ten minste één van een dergelijke capillaire bekleding 800 1 2 12 - 8 - zijn voorzien.

Het is verder denkbaar, dat in het bijzonder bij een ge-extrudeerde aluminiumplaat 2 respectievelijk 5, holle en gesloten ribben 3, 6 vervaardigd kunnen worden. De holle ribben 5 kunnen dan als eindgedeelten van warmtepijpen fungeren.

800 1 2 12

Claims (3)

1. Warmtegeleidend en geluidisolerend paneel, bestaande uit aan elke buitenzijde een metalen plaat, en uit geluidisolerend materiaal aangebracht tussen de metalen platen, met het kenmerk, dat er tussen de metalen 5 platen ten minste één warmtegeleider is aangebracht, welke uit een warmtepijp bestaat en waarvan elk eindgedeelte (verdamper, condensor) in goed thermisch contact verkeert met één van de metalen platen.

2. Paneel volgens conclusie 1, met het k e n -10 m e r k, dat tussen de van een goed warmtegeleidend materiaal, zoals ijzer, koper of aluminium, vervaardigde eindge-deelten van de warmtepijpen, een isolerend verbindingspijp-stuk of verbindingsslangstuk, zoals een balg, of een kunststof slang of -pijp, lekvrij is aangebracht. 15

3. Paneel volgens één of meer van de voorgaande conclur? sies, met het kenmerk, dat voor het transportmedium in de warmtepijp een vloeistof-damp gekozen is met een kooktemperatuur bij omgevingsdruk of bij een geringe overdruk tussen circa 40°C en 100°C, zoals een alcohol, 20 water of ammoniak. 800 1 2 12