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Wärmetauscher in Sandwichbauart ohne und
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mit mobiler Abdeckung Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher
insbesondere Absorber und Kollektoren für den Außenbereich bzw. Radiatoren un Konvektoren
für den Innenbereich der zur Wärmeübertragung und den Wärmetransport mit einem fluiden
Medium,gefüllten Kanäle aus. dünnen Metall-Folien und einer Metall-oder Kunststoff-Folie
in Sandwichbauweise miteinander verbunden werden und als Trägerplatte einen mit
oder ohne duroplastischen Harz-mit oder ohne Gewebeeinlage-verstärkten Kunststoff-Schaumstoff
oder Composites und (oder) s.B. Eternit, als Isolierung des "Wärmetauschers"-eingesetzt
wird.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der "Wärmetauscher" mit einer transparenten
(im Außenbereich) oder matten (im Innenbereich) wärmeisolierenden,mobilen Abdeckung
in Form eines Rollos,einer Jalousie o.dgl.
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ausgerüstet werden, die je nach Umweltbedingungen, automatisch auf-
und zugeht.
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Der Grundaufbau des "Wärmetauschers" besteht aus je einer Metall-
und Kunststoff-Fölie die in Sandwichbauweise so miteinander verbunden werden, daß
sie Durchflußkanäle,für den Transport des flui-Wärmeübertagungsmediums,bilden.
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Ene weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die im Anspruch
6 angegebene Lösung,wonach die Durchflußkanäle außenseitig durch die Metall-Folie
und innenseitig mit duroplastischen Harz beschichtetem - mit oder ohne Gewebeeinlage
verstärkt -offenzelligem oder geschlossenen Kunst-Schaumstoff-Trägerplatte oder
Kunststoff-Composites gebildet wird0 Zur Stabiliesierung und Isolierung des Sandwichfolienbandes,
mit x-parallel-laufenden Kanälen,dient eine Trägerplatte aus Kunststoffschaum o.ä.,die
an definierten Stellen mit dem o.g. Sandwichband durch schweißen oder verkleben
verbunden wird, Die Trägerplatte ist im gesamten Plattenbereich, speziell aber im
Rand- und Mittenbereich,durch geeignete Verfahren, z.B.durch Anordnung von Verstärkungszonen'
(Rippen von einem zusätzlichen Kastenprofil bzw.
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mit duroplastischen Harz. - mit oder ohne Gewebeeinlage - verstärkten
offenzelligen oder geschlossenen Schaumstoff) so zu stabilisieren,daß eine Verformung
eines beim Transport oder im Betrieb befindlichen Wärmetauschers-Elementes" ausgeschlossen
wird.
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Bei den bekannten Kollektoren und Absorbern sind die Konstruktionen
mehr oder minder auf dickwandige Ausführungen aus Metall- oder Kunststoffe oder
deren Kombinationen beschränkt.
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Die Kombination von Metall- und Kunststoff-Folien bzw. duroplastischen
Harz in Verbindung mit Kunst-Schaumstoff oder Kunststoff-Composites und deren Verbindungen
fehlen bisher.Die z.Zt. bekannten Ausführung gen arbeiten entweder nur als Kollektoren
oder nur als Absorber;eine Kombination beider Methoden ist bisher nicht bekannt.
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Die vorgestellte Ausführung beinhaltet eine Kombination beider Methoden;eine
mobile Abdeckung ist für den Wärmetauscher vorgesehen , der auf herrschenden Witterungseinflüsse
optimal reagieren soll, d.h, bei Sonneneinstrahlung arbeitet der Wärmetausche mit
(als Kollektor), sonst ohne Abdeckung (als Absorber).
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Der Wärmetauscher kann im Außenbereich sowohl als Dachelement als
auch mit oder ohne Zusatzelemente, als Fassadenelement eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Wärmetauscher zu konzipieren,
der im Außenbereich auch bei weniger guten Witterungsbedingungen einsetzbar ist
; das Kosten - Nutzen verhältnis von herkömmlichen Wärmetauschern wird verbessert.
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Dies wird dadurch erreicht, daß die Wärmetauscher -Seite die der Außenatmosphäre
zugewandt ist, aus einer Metall-Folie und die andere aus einer Kunststoff-Folie
besteht: - die Begrenzungsflichem des Wärmetauschers, aus dünnwandigem Material
bestehen und dadurch die Herstellung weniger materialintensiv ist, und auf dem Markt
befindlichen Halbzeug zurückgegriffen werden kann.
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- der Wirkungsgrad des Wärmetauschers durch die Verwendung einer
außen behandelten dünnwandigen Metall-Folie (dünne schwarze Schicht aa 0,85) erheblich
steigt gegenüber herkömmlichen dickwandigeren Ausführungen und damit der Wärmedurchlaßwiderstand
des o.g. Wärmetauscher gering - ist.
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der Druck des fluiden Mediums vor Eintritt in den Wärmetauscher durch
Vorschaltung geeigneter Begrenzer auf einen des Wärmetauschers geeichten Werte gebracht
wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die für den Wärmetransport
mit einem fluiden Medium gefüllten Kanäle, die der Außenatmosphäre zugewandten oberen
Seite aus einer dünnen Metall-Folie mit einer von außen aufgetragenen schwarzen
wärmeabsorbierenden SchichtXdie untere abgewandte Seiteldagegen aus einer Metall-Polie,vorzugsweise
jedoch aus einer etwas dickeren Kunststoff-Folie oder nur aus einem mit duroplastischen
Harz beschichteten Kunststoff-Schaumplatte besteht.-Die durch Rollvorrichtung oder
Matrizenplatte gleich oder unterschiedlich vorgeformten Kanalquerschnitte der Metall-Folie
können durch eine fortlaufende Naht-Schweißung bzw. Klebung oder durch Distanzlochschweißungen
bzw. Klebungen mit der unteren Kunststoff-Folie in Sandwichbauweise zu Platten mit
definierten Kanalquerschnitten zusammengefügt werden.
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Um einen noch besseren Wärmeübergang an das fluide Medium zu gewährleisten,können
die Kanalquerschnitte durch kegelartige Gebilde von konkaver oder konvexer Form
in der oberen Metall-Folie und höckerartige Einbauten an der unteren Kunststoff-Folie
verändert werden.
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Das o.g. Sandwichband,bestehend aus Metall- und Kunststoff-Folie,daß
zur einer Platte von mehreren parallel- oder senkrecht- laufenden Kanälen zusammengefügt
ist wird vorzugsweise aus Kunststoff-Schaum und(oder) Eternit o.ä. geformten Trägerplatte
an den dafür vorgesehenen Distanzpunkten durch Schweißen oder Kleben verbunden.
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Um eine noch stabilere und dichtere Verbindung zwischen Metall-Folie
und Kunststoff-Trägerplatte herzustellen, ist (kann) die Metall-Folie in vorteilhafter
Weise in
vorhandene, mit Klebstoff ausgefüllte Schlitze in die Kunststoff-Platte
eingebettet.
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Bei der Konfektionierung des Wärmetauschers werden in die Zu - und
Abflußkanäle vorgeformte Endstücke in das Sandwichband eingesetzt und mittels Loch
- Flächen-Schweißung oder Klebung miteinander verbunden. Gemäß einer Weiterbildung
des Wärmetauschers kann der Wirkungsgrad desselben noch verbessert werden, wenn
er mit einer mobilen Abdeckung versehen wird, die sich durch eine automatische Steuerung,
selbsttätig den jeweilig herrschenden Witterungsverhältnissen anpaßt.
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Die Abdeckung kann aus einer ein - oder zweifach (luftgefüllten) transparenten,
UV - beständigen Kunststoff-Folie bestehen, die in der Art eines Rollos betätigt
werden kann. Außerdem wäre eine jalousieartige Abdeckung denkbar, die aus lamellenartige:
, transparenten Streifen aus Glas oder Kunststoff o.ä. besteht, die durch entsprechende
Führungselemente Stangen, Seile etc. gehalten und nachfolgend durch geeignete Steuerorgane
entsprechend gesteuert werden könnte.
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Die Erfindung soll anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert
werden.
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Fig.1 zeigt in perspektivischer Darstellung die Kanalquerschnitte
des Wärmetauschers welche durch Metall -und Kunststoff-Folie gebildet und durch
endlose Nahtverschweißung gehalten werden.
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In Fig.2 und 3 werden zwei Ausführungen gezeigt (Metall-Folienumformung
in einer Matrize o.ä.), die nur je einen Zu - und Abflußquerschnitt haben.
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In Fig.4 wird gezeigt wie die Kanalquerschnitte des Wärmetauschers
durch Distanzlochschweißungen hergestellt werden.
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Fig.5 zeigt die Veränderung der Kanalquerschnitte durch Einbau von
kegelartigen bzw, höckerartigen Gebilden.
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In Fig.6 sind dieçNahtstellen zum befestigen des Sandwichbandes mit
der Trägerplatte dargestellt; ferner sind in Fig. 6a, Ób und 6c Maßnahmen ersichtlich,
wie die Stabilisierung d-er Isolierplatte erfolgt.
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In Fig.7 und 8 ist die Abdeckung des Wärmetauschers durch - aufrollbar
, transparente ein - oder zweifach Folienband kippbare , transparente Jalousielamellen
, in perspektivischer Hinsicht dargestellt.
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Fig.9 zeigt die Anschlußverbindungen am Wärmetauscher für die Zu -
und Abführleitungen.
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In Fig,lOa - lOm sind mögliche Kanalquerschnitte dargestellt.
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Der in Fig.1 und Fig.la dargestellte Wärmetauscher -Metall-Folie im
kontinuierlichen Rollverfahren hergestellt - besitzt x - nebeneinander liegende
Durch -flußkanäle (3) die begrenzt werden durch Metall-Folie(1)) und die Metall
- oder Kunststoff-Folie( 7 Die Metall-Folie (1) besteht vorzugsweise aus Cu oder
Al und ist außen mit einer Absorberschicht ( ) beschichtet und innen wahlweise je
nach Verbindungsart mit einer entsprechend dünnen Kunstoff-Folie (12 ) kaschiert.
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Die in Fig.1 und 1a Kanalquerschnitt--Konfiguration (siehe auch Fig.
10a - 1Om) ist beliebig wählbar und ihre Herstellung durch entsprechende FormgebungewaLzen.
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leicht variierbar. Die Erzeugung der Kanalquerschnitte (3) erfolgt
durch zusammenfügen der vorgeformten Metall-Folie(1) mit der Kunststoffschicht(2)
mit nachfolgender Schweißung(13) bzw. Klebung, wobei der Klebstoff-Film auf flüssiger
oder fester Basis (Folienkleber) (btx ) besteht.
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In Figur ib und 1c sind die Verteilungs-(15) und die Zu - und Abflußkanäle
(16 ) in der Kunststoff-Schaumstoffplatte(8) integriert;verschlossen werden die
x-parallel laufenden Durchflußkanäle (3) - durch entsprechende Endausführungen der
Metall-Folie( 117) - durch Anordnung entsprechender Verschlußstopfen( ) in der Isolierplatte(8).
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben,daß die
Kanalbegrenzungen außenseitig durch die Metall-Folie(1),innenseitig dagegen aus
einer mit duroplastischen Harz beschichteten,( 7 ) mit oder ohne Gewebeeinlage -
Schaumstoff oder Composites -Isolierplatte(8) besteht.
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Die in Fig 2 und 3 gezeigte Wärmetauscher-Ausführung -Metall-Folie
im Matrizentaktverfahren hergestellt -besitzt gegenüber der nach Fig 1 dargestellten
Ausführung denVorteil,daß mit einer definierten(hohen) Durchflußgeschwindigkeit(im
Turbulenzbereich) gefahren werden kann und nur ein Zu- und Abflußanschluß besitzt.
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Fig 2a und 2b zeigt wie die Zu-und Abflußanschiüsse auf bzw. in der
Isolierplatte angeordnet sind.
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In Fig 4a ist eine einfach Schweißung dargestellt; die Kunststoff-Folie(
7 ) wird durch eine entsprechend perforierte Metall-'Folie(19? mit einem Kunststoff-Folienband(20i
verbunden.
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Um die unterschiedlichen Wärmedehnungen und die damit auftretenden
Wärmespannungen zwischen Metall-Folie(1) und Kunststoff-Folie( 7 ) besser beherrschen
zu können (Fig 4 und 4a), wird die Kunststoff-Folie( 7 ) nur noch an definierten
Distanzpunkten(19,20,21)mit der Metall-Folie(1) mittels Lochschweißung oder Klebung
verbunden; im Zwischenbereich(Z2) kann sich die Kunststoff-Folie ( ? )8 frei bexegew.
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Eine noch festere und dichtere Verbindung zwischen Metall-Folie(1)
und Kunststoff-Isolierplattet8) wird erreicht,wenn eine entsprechend geformte Metall-Folie(23)
in vorhandene, mit Klebstoff(i4t) ausgefüllte Schlitze( 24), in die Kunststoff-Isolierplatte
( 8) eingebettet wird.
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Auf einer Isolierplatte(S),bestehend aus Kunststoffschaum mit entsprechend
integrierten Verstärkungen und - oder Eternit o.ä.,wird das Sandwichband ganz oder
an den dafür vorgesehenen Distanzpunkten durch schweißen oder kleben befestigt.
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Nach Fig 4b ist eine Doppelverbindung dargestellt bei der zusätzlich
ein Metall-Folienband(28)nahtlos mit der Metall-Folie(1) beidseitig verschweißt
wird.
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Fig 4c zeigt die Randverbindung zwischen Metall-Folie (1) und Kunststoff-Folie(7);ein
Kunststoff-Folienstreifen(26) ist an der Unterseite mit einem Metall-Folienstreifen(27)kaschiert
bzw. an der betreffenden Stelle metallisiert.
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Durch eine nachfolgende Rollnahtschweißung wird eine dichte Verbindung
zwischen Metall-Folie(1) und Kunststoff-Folie( 7. ) erreicht.
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In Fig 5 und 5a sind kegelartige Gebilde(26) konkav in die Metall-Folie(1)
eingeprägt.
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Fig 5 und 5b zeigt eine Kanalquerschnittsverengung durch den Einbau
von höckerartigen Gebilden(29) im unteren Bereich der Kunststoff-Folie( 7 ).
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Beide Maßnahmensgetrennt oder gemeinsam angewandt, ergeben(Erzeugung
einer turbulenten Strömung) einen besseren Wärmeübergang von der Außenhaut(Metall-Folie)
antdas fluide Durchflußmedium.
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Fig 6 zeigt wie das Sandwichband - Metall-Folie(1) mit KunststoEf-Folie(
7 ) - auf der Trägerplatte(8,91 (Kunststoffschaum oder Composites) an den, mit entsprechenden
Abständen(22),vorgesehenen Festpunkten(3O) oder( 32 ), verklebt oder verschweiBt
wird.
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Damit 8011 gewährleistet werden, daß bei auftretenden Temparaturunterschieden
entsprechende Wärmedehnungen der Kunststoff-Folie( 7 ) sich im Zwischenbereich(22)
der Isolierplatte(8) ausgleichen können.
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In Fig 6a ist dargestellt wie die Isolierplatte(8) durch duroplastischen
Harz( 9 ) und Randgewebe( 31 ) verstärkt wird.
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Fig 6b zeigt wie die Isolierplatte durch ausschäumen eines Kunststoff-
Tiefzieh- oder Preßteils(33) stabilisiert wird.
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In Fig 6c wird zur Stabilisierung der Isolierplatte(8) eine Well-Eternit-
oder Polyester-Platte(s4) verwandt.
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Fig 7 und 8 zeigt in perspektivischer Darstellung die Weiterbildung
des "Wärmetauschers" mit einer mobilen Abdeckung.
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Zu Fig 7 ist die Abdeckung durch ein rotierendes oder oszillierendes
transparentes ein- oder zweifach Folienband(3Sf dargestellt.
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In der Trägerplatte(lO) ist die seitliche Führung(56) für das Folienband(36)
mit integriert;es dient gleichzeitig als Trägerplattenrandverstärkung, Der Antrieb
der i'olienwalze(37) kann in der Zuzugrichtung elektr.,hydraulich in der Aufzugrichtung
mittels Federkraft erfolgen oder umgekehrt. Weiter ist eine Ausführung denkbar,wo
das Folienband(35) als haibseitiges umlaufendes Band bei Sonneneinstrahlung über,
sonst aber unter dem "Wärmetauscher" steht.
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Fig 8 zeigt eine Ausführung bei der die Abdeckung des "Wärmetauschers"
durch kippbare kippbare,transparente Lamellenstreifen(38) aus Kunststoff- oder Glas,herbeigeführt
wird.
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Die Kippbetätigung der Lamellenstreifen(38) kann über einen Seil-
oder Stangenmechanismus(39) hydr. O.' gepaart mit einem Regler, mit oder ohne Hilfsenergie,
selbsttätig erfolgen.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die transparenten Lamellenstreifen(38)
bei schlechten atmosphärischen Umweltbedingungen jalousieartig in
Kippstellung
stehen dadurch, daß die Außenluft turbulenzartig über die Oberfläche des Wärmetauschers"
geführt wird.
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Durch die mobilen Abdeckungen(3,3S),die sich durch eine automatische
Steuerung selbsttätig den jeweiligen Witterungsverhältnissen anpassen,wird der Wirkungsgrad
des "Wärmetauschers" wesentlich erhöht.
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Zu Fig 9 werden die Zu- oder Abflußleitungen am "Wärmetauscher" in
perspektivischer Darstellung gezeigt.Bei der Konfektionierung des "Wärmetauschers"
werden nach Fig 9a vorgefertigte Anschlußstücke(41) aus Kunststoff-Schlauchfolie
in die Abflußkanäle(3) eingesetzt und wie unter Fig 4a-4c näher beschrieben,verschweißt
oder verklebt.
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Danach können die Schlauchtüllen(b2) in die Anschlaßstücke(41) eingeschoben
und Rohrschellen(43) befestigt werden;die Schlauchstücke(42) sind in einem Sammelrohr
integriert welches an den Vorratsbehälter des Wärmepumpenkreislaufes angeschlossen
werden kann.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,daß
die Kanäle(3) für das fluide Durchflußmedium statt aus massiven Metall-Rohren oder
Blechkanälen - aus einer Kombination von Metall-Folie und Kunststoff-Folie - aus
einer Verbindung von Metall-Folie mit duroplastischem Harz getränkten oder beschichtetem
- mit oder ohne Gewebe-Einlage - offenzelligen oder geschlossenem Kunst-Schaumstoff
-oder Composites-Platte besteht.
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Die dabei verwendeten Werkstoffe sind weniger material- und arbeitsintensiv
und auf dem Markt als gängige Roh- oder Halbzeug erhältlich.
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Ferner steigt der Wirkungsgrad durch die Verwendung einer mit Absorberschicht
behandelten Metall-Folie, die der Außenatmosphäre zugewandt ist.
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Letztlich verringert sich durch die dünne Metall-Folie der Wärmedurchlaßwiderstand.
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Die Kunststoff-Folie,die als Isolier-Folie in Kombination mit dem
Kunststoff-Schaum im Innern des "Wärmetauschers" angeordnet ist, verhindert weitgehend
eine Wärmsabstrahlung nach, Innen.
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Der Wirkungsgrad kann-rsach weiter verbessert werden, wenn gemäß einer
Weiterbildung der "Wärmetauscher" mit einer mobilen Abdeckung versehen wird,die
sich, durch eine automatische Steuerung ,selbsttätig den jeweiligen herrschenden
Witterungsverhaltnissen anpasst.