DE29621241U1 - Heat transfer element - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Wärmeübertragerelement zur Raumtemperierung und zur Anordnung an einer Wandoder Deckenfläche mit mindestens einer das der Raumtemperierung dienenden Wärmeträgermedium führenden Rohrleitung und mit mindestens einer Rohrleitung zugeordneten Strahlungs- und/oder Konvektionsflache.The invention is based on a heat exchanger element for room temperature control and for arrangement on a wall or ceiling surface with at least one pipe carrying the heat transfer medium used for room temperature control and with at least one pipe associated with a radiation and/or convection surface.
Thermisch aktive Raumumschließungsflächen werden seit vielen Jahren zum Temperieren von Räumen benutzt. DerThermally active room enclosing surfaces have been used for many years to regulate the temperature of rooms.
2 ,2 ,
hohe Anteil der Wärmestrahlung am Gesamtwärmetransport ist wärmephysiologisch vorteilhaft. Praktische Grenzen werden der Wärmestrahlung im Hei&zgr;fall nur aus physiologischen Gründen gesetzt (Strahlungstemperatur-Asymmetrie) und im Kühlfall durch die Taupunkttemperatur der Raumluft.The high proportion of thermal radiation in the total heat transport is beneficial from a thermal physiological point of view. Practical limits to thermal radiation are only set in the case of heat for physiological reasons (radiation temperature asymmetry) and in the case of cooling by the dew point temperature of the room air.
Kühlflächenkonstruktionen verfolgen das Ziel, den Temperaturunterschied zwischen Kühlwasser und raumluftseitiger Oberfläche zu minimieren, um das durch den Raumlufttaupunkt begrenzte Potential maximal auszunutzen.Cooling surface designs aim to minimize the temperature difference between the cooling water and the room air side surface in order to maximize the potential limited by the room air dew point.
Verschiedene Konstruktionen und Materialkombinationen sind bekannt, die dieses Ziel verfolgen. In der Regel werden ein wärmeträgerführendes (Rohr)-System und eine äußere, sichtbare, dem Raum zugewandte Deckenkonstruktion verbunden. Es wird angestrebt, die Verbindung möglichst großflächig und gut wärmeleitend auszuführen. Dem Wärmetransport besonders hinderlich erweisen sich Spalte aller Art wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit von Luft.Various constructions and material combinations are known that pursue this goal. As a rule, a heat-carrying (pipe) system and an external, visible ceiling structure facing the room are connected. The aim is to make the connection as large as possible and to conduct heat well. Gaps of all kinds are particularly detrimental to heat transport due to the low thermal conductivity of air.
Weitere Leistungserhöhungen lassen sich durch die Vergrößerung der Konvektion erreichen. Dazu ist eine Vergrößerung der raumluftseitigen Oberfläche anzustreben.Further increases in performance can be achieved by increasing convection. To achieve this, the aim is to increase the surface area on the room air side.
Als eine besondere Art eines wärmeträgerführenden Systems sind KunststoffkapiHarrohrmatten seit einigen Jahren verbreitet.As a special type of heat transfer system, plastic capillary tube mats have been widely used for several years.
Darunter sind industriell vorgefertigte Matten zu verstehen, die aus einer Vielzahl, in engen Abständen parallel geführter, flexibler Kunststoffrohrleitungen geringen Durchmessers bestehen, die in gemeinsame Verteil- und Sammelkanäle führen.These are industrially prefabricated mats consisting of a large number of small-diameter, flexible plastic pipes arranged parallel at close intervals that lead into common distribution and collection channels.
Die Vorteile dieser Matten liegen in den niedrigen Investitionskosten, dem hohen industriellen Vorfertigungsgrad, der geringen Masse, der Korrosionssicherheit und der Flexibilität des verwendeten Materials.The advantages of these mats are the low investment costs, the high degree of industrial prefabrication, the low mass, the corrosion resistance and the flexibility of the material used.
Als zwei grundsätzliche Anwendungsformen von Kapillarrohrmatten sind bekannt:There are two basic forms of application for capillary tube mats:
1. allseitige, formschlüssige Einbettung durch mineralische Baustoffe, wie Wand- oder Deckenputz, Estrich, Beton, Gips,1. All-round, form-fitting embedding using mineral building materials such as wall or ceiling plaster, screed, concrete, gypsum,
2. kraftschlüssige Verbindung mit einer dem Raum zugewandten, gut wärmeleitenden Deckenkonstruktion, bestehend aus ebenen glatten Metallplatten.2. force-fit connection with a ceiling construction facing the room that conducts heat well and consists of flat, smooth metal plates.
Der letzten Ausführung haftet der Nachteil an, daß die Kapillarrohre aufgrund ihres runden Querschnittes eine ebene, glatte Metalldecke nur einfach tangential berühren und daß aufgrund der Flexibilität des Kapillarrohrmaterials ein Anpressen der Kapillarrohre an die Metalldecke nur ungenügend und unregelmäßig gelingt. Diese Nachteile werden verstärkt durch die Tatsache, daß ebene Metallplatten durch ihr Eigengewicht bei größerenThe last version has the disadvantage that the capillary tubes, due to their round cross-section, only touch a flat, smooth metal ceiling tangentially and that, due to the flexibility of the capillary tube material, the capillary tubes are only pressed against the metal ceiling insufficiently and irregularly. These disadvantages are exacerbated by the fact that flat metal plates, due to their own weight, can be pressed against larger
Spannweiten zum Durchbiegen neigen. Aus diesen Gründen bleibt die Leistungsfähigkeit derartiger Konstruktionen beschränkt. Weiterhin ist die Reproduzierbarkeit einmal gemessener Normleistungswerte wegen der Unregelmäßigkeit des zur Wärmeleitung notwendigen Kontaktes problematisch.Spans tend to sag. For these reasons, the performance of such structures remains limited. Furthermore, the reproducibility of standard performance values once measured is problematic due to the irregularity of the contact required for heat conduction.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Kapillarrohrmatten mit einem mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech zu einem Wärmeübertragerelement zu kombinieren.The invention is therefore based on the object of combining capillary tube mats with a meander-shaped profiled heat conducting plate to form a heat exchanger element.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is solved by the features specified in claim 1.
Dabei sind die durch die sich durch die mäanderförmige Profilierung ergebenden Gräben, Wannen, Rinnen, Riefen o. dgl. aufgrund ihrer parallelen Anordnung für die Aufnahme der Rohrleitungen der Kapillarrohrmatten vorgesehen.The trenches, troughs, channels, grooves, etc. resulting from the meandering profiling are intended to accommodate the pipes of the capillary tube mats due to their parallel arrangement.
Der Querschnitt des einzelnen eine Rohrleitung aufnehmenden Grabens kann dabei rechteckig, quadratisch, vieleckig oder halbrund sein. Von wesentlicher Bedeutung ist aber, daß die Querschnittsform in Anpassung an Form und Maß des Außenquerschnittes des Rohres so gewählt ist, daß mindestens eine 3-seitige Berührung (im Querschnitt betrachtet) zwischen dem Kapillarrohr und dem Wärmeleitblech erreicht wird, wobei eine vielfache bzw. eine einen Großteil der Außenoberfläche des Rohres umfassende Berührung erreicht werden sollte.The cross-section of the individual trench containing a pipe can be rectangular, square, polygonal or semi-circular. However, it is essential that the cross-sectional shape is selected to match the shape and size of the external cross-section of the pipe so that at least three-sided contact (viewed in cross-section) is achieved between the capillary tube and the heat conducting plate, whereby multiple contact or contact covering a large part of the external surface of the pipe should be achieved.
Die durch die mäanderförmigen parallelen Abkantungen entstehenden Riefen oder Gräben eignen sich in besonderer Art und Weise, die flexiblen Kapillarrohre aufzunehmen. Dabei ist die Geometrie von Kapillarrohrmatte und mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech so aufeinander abzustimmen, daß die Kapillarrohre manuell oder maschinell derart in die Riefen kraftschlüssig einzupressen sind, daß eine Beschädigung ausgeschlossen wird und eine dauerhafte Fixierung erreicht wird. Der zur Wärmeleitung notwendige Kontakt wird durch eine mindestens dreifache tangentiale Berührung deutlich gegenüber herkömmlichen Ausführungen verbessert und über die gesamte Länge in gleichbleibender Qualität gewährleistet.The grooves or trenches created by the meandering parallel edges are particularly suitable for accommodating the flexible capillary tubes. The geometry of the capillary tube mat and the meandering profiled heat conducting sheet must be coordinated in such a way that the capillary tubes can be pressed manually or mechanically into the grooves in such a way that damage is excluded and permanent fixation is achieved. The contact required for heat conduction is significantly improved compared to conventional designs by at least three tangential contacts and is guaranteed to be of consistent quality over the entire length.
Zusätzliche Bauteile zur Verbindung von Kapillarrohrmatte und mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech werden nicht benötigt.Additional components for connecting the capillary tube mat and the meander-shaped heat conducting plate are not required.
Besonderes Merkmal eines mäanderförmig profilierten Wärmeleitbleches ist es, daß wölbende Verformungen rechtwinklig zu den parallelen Abkantungen sehr leicht ohne zusätzliches Werkzeug vorzunehmen sind und daß parallel zu den Abkantungen, eine ausgezeichnete Stabilität entsteht. Diese hohe Stabilität gestattet es, größere Spannweiten in Richtung der parallelen Abkantungen zu überbrücken, wobei nur ein zweiseitiges Befestigen notwendig ist.A special feature of a meander-shaped profiled heat conducting sheet is that arched deformations at right angles to the parallel bends can be carried out very easily without additional tools and that excellent stability is created parallel to the bends. This high level of stability allows larger spans to be bridged in the direction of the parallel bends, whereby only two-sided fastening is necessary.
Durch diese Eigenschaften eignet sich das mäanderförmig profilierte Wärmeleitblech besonders, gewölbteDue to these properties, the meander-shaped profiled heat conducting sheet is particularly suitable for curved
Oberflächen herzustellen ohne den für die Wärmeleitung erforderlichen Kontakt zwischen wärmeträgerführenden Kapillarrohrleitungen und Wärmeleitblech qualitativ zu beeinträchtigen. Daraus ergeben sich vielseitige gestalterische Möglichkeiten.To produce surfaces without compromising the quality of the contact required for heat conduction between the capillary pipes carrying the heat transfer medium and the heat conducting sheet. This results in a wide range of design options.
Gleichzeitig wird durch die Profilierung des Wärmeleitbleches eine Vergrößerung der wärmeübertragenden raumluftseitigen Oberfläche erreicht. Die zusätzlich entstehenden, zur projizierten Deckenfläche senkrecht verlaufenden Flächen stehen in konvektivem Wärmeaustausch mit der Raumluft und wirken daher leistungserhöhend. Die Profilierungshöhe kann der erforderlichen Wärmeübertragungsleistung angepaßt werden.At the same time, the profiling of the heat conducting plate increases the heat-transferring surface area on the room air side. The additional surfaces that are created and run perpendicular to the projected ceiling area are in convective heat exchange with the room air and therefore increase performance. The profiling height can be adapted to the required heat transfer performance.
Wahlweise kann das mäanderförmig profilierte Wärmeleitblech ganz oder teilweise perforiert werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, auf der raumabgewandten Seite schallabsorbierende Materialien anzubringen. Besitzt das schallabsorbierende Material gleichzeitig wärmedämmende Eigenschaften, kann der Wärmeaustausch mit den raumabgewandten Umschließungsflächen unterbunden werden. Ein Schallabsorptionsvlies kann alternativ zwischen dem mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech und dem wärmeträgerführenden Kapillarrohrsystem eingepreßt werden. Diese Ausführungsform führt zwar zu einem zusätzlichen Wärmeleitwiderstand, verdeckt jedoch gleichzeitig die Rohrleitungen optisch und schützt die Rohrleitungen falls notwendig vor UV-Licht.The meander-shaped heat conducting plate can be fully or partially perforated. This makes it possible to attach sound-absorbing materials to the side facing away from the room. If the sound-absorbing material also has heat-insulating properties, heat exchange with the surrounding surfaces facing away from the room can be prevented. Alternatively, a sound-absorbing fleece can be pressed in between the meander-shaped heat conducting plate and the capillary tube system carrying the heat transfer medium. Although this design leads to additional thermal resistance, it also visually conceals the pipes and, if necessary, protects the pipes from UV light.
Wahlweise kann das mäanderförmige Wärmeleitblech in metallisch blanker Oberfläche ausgeführt werden. Durch die Geometrie ergeben sich besondere Lichtreflexionseigenshaften, die gezielt z. B. zum Transport von Tageslicht genutzt werden können.The meandering heat conducting plate can optionally be made with a shiny metallic surface. The geometry results in special light reflection properties, which can be used specifically to transport daylight, for example.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred embodiments and developments are specified in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.
Fig. 1 in einer senkrechten Schnittdarstellung ein Wärmeübertragerelement in rein schematischer Teildarstellung,Fig. 1 shows a vertical sectional view of a heat exchanger element in a purely schematic partial representation,
Fig. 2 in einer senkrechten Schnittdarstellung ein Wärmeträgerelement in gekrümmter Ausführungsforiti in rein schematischer Teildarstellung,Fig. 2 in a vertical sectional view of a heat transfer element in a curved design form in a purely schematic partial view,
Fig. 3 in einer senkrechten Schnittdarstellung das Wärmeträgerelement gemäß Fig. 1 in Verbindung mit einer Metalldecke,Fig. 3 in a vertical sectional view the heat transfer element according to Fig. 1 in connection with a metal ceiling,
Fig. 4 in einer Teilansicht ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragerelement, undFig. 4 shows a partial view of a heat exchanger element according to the invention, and
Fig. 5 in einer schaubildlichen Teilansicht ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragerelement.Fig. 5 shows a diagrammatic partial view of a heat exchanger element according to the invention.
In Fig. 1 ist rein schematisch das Wärmeübertragerelement 10 in einer senkrechten Schnittdarstellung (in einem Ausschnitt) dargestellt, um den erfindungsgemäßen Aufbau zu zeigen. Das Wärmeübertragerelement 10 besteht aus dem Wärmeleitblech 11, das eine mäanderförmige Grundform aufweist, die durch parallele Abkantungen des Wärmeleitbleches erstellt wird, so daß in dem Wärmeleitblech 11 Gräben 12 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt entstehen, die die das Wärmeträgermedium führenden Rohrleitungen 13 aufnehmen. Jede Rohrleitung 13 wird dabei von den Seitenflächen 14, 15 und der Bodenfläche 16 so umfaßt, daß mindestens an drei Kontaktstellen Kl, K2, K3 ein intensiver Kontakt zwischen der Außenoberfläche der Rohrleitung 13 und dem Wärmeleitblech 11 über die Seitenflächen 14, 15 und die Bodenfläche 16 entsteht.In Fig. 1, the heat exchanger element 10 is shown purely schematically in a vertical sectional view (in a detail) in order to show the structure according to the invention. The heat exchanger element 10 consists of the heat conducting plate 11, which has a meandering basic shape that is created by parallel bends of the heat conducting plate, so that trenches 12 with an essentially rectangular cross-section are created in the heat conducting plate 11, which accommodate the pipes 13 carrying the heat transfer medium. Each pipe 13 is surrounded by the side surfaces 14, 15 and the base surface 16 in such a way that intensive contact is created between the outer surface of the pipe 13 and the heat conducting plate 11 via the side surfaces 14, 15 and the base surface 16 at at least three contact points K1, K2, K3.
Da die Rohrleitung 13 aus einem elastisch oder plastisch verformbaren Material besteht, ist es möglich, durch Einpressen der Rohrleitung 13 in den jeweiligen Graben oder durch Einklemmen der Rohrleitung 13 durch Verformung des Wärmeleitbleches 11 jeweils in einen Graben 12 einen noch innigeren Kontakt zwischen jeder Rohrleitung 13 und den sie umschließenden Graben 12 des Wärmeleitbleches 11 zu erzielen, so daß beispielsweise ein Großteil der Außenoberfläche 13a der Rohrleitung 13 mit dem Wärmeleitblech 11 in Kontakt ist.Since the pipe 13 consists of an elastically or plastically deformable material, it is possible to achieve an even closer contact between each pipe 13 and the trench 12 of the heat conducting plate 11 surrounding it by pressing the pipe 13 into the respective trench or by clamping the pipe 13 by deforming the heat conducting plate 11 into a trench 12, so that, for example, a large part of the outer surface 13a of the pipe 13 is in contact with the heat conducting plate 11.
Die Rohrleitungen 13 sind mit in Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Zu- und Ableitungen verbunden, wobei es sich bevorzugterweise um Kapillarrohre aus Kunststoff handelt.The pipes 13 are connected to supply and discharge lines not shown in Fig. 1 to 3, which are preferably capillary tubes made of plastic.
Oberhalb des Wärmeleitbleches 11 ist ein wärmedämmendes Material 17 angeordnet, das beispielsweise aus einer auf das Wärmeleitblech 11 aufgelegten Matte 18 aus üblichen Wärmedämmaterialien besteht.A heat-insulating material 17 is arranged above the heat-conducting plate 11, which consists, for example, of a mat 18 made of conventional heat-insulating materials placed on the heat-conducting plate 11.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist durch die spezielle mäanderförmige Formgebung des Wärmeleitbleches 11 in Verbindung mit der an sich elastisch-flexiblen Wärmedämmatte 18 die Möglichkeit gegeben, das Wärmeträgerelement in eine an die gewünschte Deckenform angepaßte Krümmung zu bringen, ohne daß es spezieller Werkzeuge o. dgl. bedarf.As shown in Fig. 2, the special meandering shape of the heat conducting plate 11 in conjunction with the inherently elastic-flexible heat insulation mat 18 makes it possible to bend the heat transfer element to suit the desired ceiling shape without the need for special tools or the like.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Weiterbildung wird das Wärmedämmaterial in eine vorhandene Materialdecke 19 eingelegt, die glatt oder mit entsprechenden Durchbrechungen perforiert ausgebildet sein kann.In the further development shown in Fig. 3, the thermal insulation material is inserted into an existing material cover 19, which can be smooth or perforated with corresponding openings.
Auch das Wärmeleitblech 11 jedes Wärmeübertragerelementes 10 kann glatt oder mit entsprechenden regelmäßig angeordneten Durchbrechungen 2 0 versehen ausgebildet sein.The heat conducting plate 11 of each heat exchanger element 10 can also be smooth or provided with corresponding regularly arranged openings 20.
Insgesamt ist die Gestaltung jedes WärmeträgerelementesOverall, the design of each heat transfer element
10 so, daß durch die Abkantungen 22 des Wärmeleitbleches10 so that the edges 22 of the heat conducting plate
11 um jeweils ca. 90° eine mäanderförmige bzw. hieran angelehnte Form entsteht, bei der sich auf jeder Seite Sl, S2 des Wärmeleitbleches entsprechende Gräben 12 bestehend aus Seitenflächen 14, 15 einer Bodenfläche 16 und einer offenen Deckenfläche 16a bestehen. Auf der11 by approximately 90°, a meandering or similar shape is created, in which on each side Sl, S2 of the heat conducting sheet there are corresponding trenches 12 consisting of side surfaces 14, 15, a floor surface 16 and an open ceiling surface 16a. On the
einen Seite Sl des Wärmeleitbleches sind dann in die Gräben 12 die Kapillarrohre eingelegt, während sich auf der anderen Seite S2 des Wärmeleitbleches die Strahlungsund Konvektionsflache 21 ergibt.On one side Sl of the heat conducting plate, the capillary tubes are then inserted into the trenches 12, while on the other side S2 of the heat conducting plate, the radiation and convection surface 21 is created.
Aus den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ansichten des Wärmeübertragerelementes 10 wird deutlich, daß zur Ausbildung des das Wärmeträgermedium führenden Rohrleitungssystems schlaufenartig geführte Rohrleitungen 13a, 13b Verwendung finden, die an eine entsprechende Zuführungsleitung 23 und eine Abführungsleitung 24 angeschlossen sind. Die Rohrschlaufen sind in die Gräben 12 des Wärmeleitbleches 11 eingelegt, daß durch seine durch die Abkantungen 22 geschaffenen großen Flächen und die Durchbrechungen 2 0 einen optimalen Wärmetausch durch Strahlung und Konvektion sowohl bei Heizung als auch bei Kühlung ermöglicht.From the views of the heat exchanger element 10 shown in Fig. 4 and 5, it is clear that loop-like pipes 13a, 13b are used to form the pipe system carrying the heat transfer medium, which are connected to a corresponding supply line 23 and a discharge line 24. The pipe loops are inserted into the trenches 12 of the heat conducting plate 11, which, thanks to its large surfaces created by the folds 22 and the openings 20, enables optimal heat exchange by radiation and convection both during heating and cooling.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19970327 |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: RUD. OTTO MEYER GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: FA. RUD. OTTO MEYER, 22047 HAMBURG, DE Effective date: 19981116 |
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| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20001003 |