DE2645072A1

DE2645072A1 - Waermeaustauscher aus stegdoppelbaendern fuer heizsysteme mit niedriger vorlauftemperatur

Info

Publication number: DE2645072A1
Application number: DE19762645072
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dr Rer Nat Raetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1978-04-13

Description

Dr. Karlheinz Raetz
Gassnerstraße 12

33 Braunschweig

Beschreibung zur Patentanmeldung mit der Bezeichnung:

Wärmeaustauscher aus Stegdoppelbändern für Heizsysteme mit niedriger Vorlauftemperatur

Aus Kunststoff extrudierte Stegdoppelbänder sind zur Herstel lung großflächiger Wärmeaustauscher geeignet, wie sie in der modernen Heizungstechnik mit Wärmepumpen und Sonnenenergie erforderlich sind»

l zeigt zwei Typen von Stegdoppelbändern. Fig.2 zeigt einen Luft-Wasser-Wärmeaustauscher. Fig.3 zeigt eine Decken- oder Wandstrahlungsheizung. Fig.4- zeigt "einen Kollektorboden aus Stegdoppelband. Fig.5 zeigt einen Kollektorboden aus Stegdoppelband mit aufgeklebtem Folienraster.

Fig.6 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines Kollektors mit Stegdoppelbandboden.

Beschreibung der Wärmeaustauscher

Das aus Kunststoff extrudierte Stegdoppelband nach Fig.1 besteht aus zwei Bändern 1, die durch Stege 2 verbunden sind. Die wasserführenden Kanäle 3 können verschiedene Formen haben. Runde Kanäle nach Fig.1a werden dort verwendet, wo hohe Drücke auftreten, z.B. hydrostatische Drücke in Deckenstrahlungsheizungen oder hydrostatische und Wasserdampfdrücke in Kollektorböden. Spaltförmige Kanäle nach Fig.1b werden dort verwendet, wo drucklose Wärmeaustauscher mit großer Oberfläche und kleinem toten Volumen erforderlich sind, z.B. bei Luft-Wasser-Wärmeaustauschern für Wärmepumpen.

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Der Luft-Wasser-Wärmeaustauscher nach Fig.2 ist aus Stegdoppelbändern spiralförmig gewickelt. Damit der Strömungswiderstand der Kanäle klein ist, liegen mehrere Stegdoppelbänder parallel. Die Stegdoppelbänder 4 sind in einen Verteilungskanal 5 und in einen Sammelkanal 6 eingesetzt. Der Wärmeaustauscher wird durch einen inneren Ring 7 und einen äußeren Ring 8 getragen. Die Ringe werden durch Speichen 9 oder Metallbänder konzentrisch gehalten. Damit die Stegdoppelbänder 4 auf konstantem Abstand bleiben, sind gewellte Bänder aus Metall oder Hartplastik eingesetzt. Gewellte Bänder 10 aus Metall erhöhen die Wärmeübergangsleistung, da die an das Metallband.10 abgegebene Wärme an den Berührungsstellen zwischen dem Metallband 10 und dem Stegdoppelband 4 übertragen wird. Trapezförmige Bänder 10 verbessern den Wärmeübergang wegen der größeren Berührungsflächen.

Für den Wärmeaustauscher nach Fig.2 wird vorzugsweise das Stegdoppelband nach Fig.1b verwendet. In Ausführungen für hohe Temperaturen und Drücke muß das Stegdoppelband nach Fig.1a verwendet werden.

Fußbodenheizungen haben eine Oberflächentemperatur von 26 ⁰C bei einer Vorlauftemperatur von 40 ⁰C. Diese große Temperaturdifferenz von 14 Grad' ist wegen der schlechten Wärmeleitung des Estrichts, des Bodenbelages, der Teppiche usw. notwendig. Wird dagegen eine Deckenstrahlungsheizung mit einem Stegdoppelband nach Fig.1a verwendet, entspricht die Oberflächentemperatur praktisch der Wassertemperatur.. Die Absenkung der Vorlauftemperatur auf etwa 30 C erhöht den Wirkungsgrad von Kollektoren, die Wärmekapazität von Wärmespeichern und die Leistungsziffem der Wärmepumpen.

Nach Fig.3 besteht die Deckenstrahlungsheizung erfindungsgemäß aus einem Stegdoppelband 11 nach'Fig.1a, das auf eine steife Platte 12 aus Gdps, Preßspan o.a. aufgeklebt ist. Das Stegdoppelband nach Fig.1a-kann Längsnuten (Schwalbenschwanz) 28 haben, damit das Stegdoppelband 11 und die Platte 12 fest aneinander haften.

Die Deckenstrahlungsheizung kann in Platten bestimmter Breite in verschiedenen Längen hergestellt werden. Nach der Verlegung vorbleibende unausgefüllte Flächen können mit Platten

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geeigneter Dicke ausgefüllt werden. Die Strahlungsheizung kann mit einer Raufasertapete o.a. überklebt werden. Die Oberfläche des Stegdoppelbandes 11 muß zum Bekleben mit Tapeten vorbereitet sein, z.B. durch eine Papierkaschxerung. Die Wasseranschlüsse werden in den Flur geführt, wo hinter einer abgehängten Decke die Verteiler liegen. Die Platten 12 können mit durchlaufenden Profilleisten 13 an die Decke gehängt werden. Eine Befestigungsschraube verhindert ein Herausrutschen aus diesen Leisten.

Fig.3a zeigt die Seitenansicht, Fig.3b einen Schnitt der Deckens trahlungshe i zung.

Wegen der großflächigen Benetzung des Stegdoppelbandes mit Wasser und der geringen Dicke kann dieses auch als Kollektorboden verwendet werden. Dieser Kollektorboden hat gegenüber Metallboden folgende Vorteile:

1) Geringe Materialkosten, kostbar-e Rohstoffe wie Aluminium oder Kupfer sind nicht erforderlich.

2) Keine Korrosionsprobleme.

3) Geringe Wärmekapazität, d.h. kurze Aufheizzeit morgens.

Nach Fig.4 besteht der Kollektorboden erfindungsgemäß aus einem extrudierten Stegdoppelband 14 aus Kunststoff. Zwischen dem Kollektorboden 14 und den Wärmedämmplatten 16 befindet sich ein Luftspalt, der bei einer bestimmten Temperatur des Kollektorbodens durch einen Thermostaten am oberen Spaltausgang geöffnet wird, so daß die Konvektion der Luft eine Überhitzung des Kollektors verhindert.

Bei sehr langen Kollektoren ist die thermische Ausdehnung des Bodens problematisch. Diese kann verringert werden, wenn der Boden mit Füllstoffen, z.B. Glasfaser'verarbeitet ist. Zur Halterung besitzt der Boden 14 rohrartige Anoätze 18, durch die Metallrohre 19 gezogen sind. Das Metallrohr 19 ist oben mit dem Kollektorrand 15 fest verbunden und läuft unten gleitend durch ein Loch in der Kollektorwand 15. Auf diese Weise wird die thermische Ausdehnung des Rohres 19 nicht auf die Kollektorwand 15 übertragen.
Anstelle des Rohres 18 können auch Stege 32 am Boden 14 ange-

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arbeitet sein, in die T- Träger 32 eingesetzt sind. Mit dieser Konstruktion wird eine bessere Wärmeabfuhr an die Luft bei Überhitzung erreicht.

Die Abstrahlungsverluste der Kollektorböden können durch selektive Schichten gesenkt werden. Solche Schichten sind für das Sonnenlicht stark absorbierend (schwarz), haben aber für die Wärmestrahlung eine geringe Emission. Solche Schichten werden meist galvanisch oder im Vakuum durch Aufdampfen bestimmter Schichten hergestellt. Beide Verfahren sind aufwendig und teuer. Der Kollektorboden aus Kunststoff wird daher erfindungsgemäß mit einer Metallfolie beklebt, die vorher selektiv beschichtet worden ist.

Abstrahlungs- und Konvektionsverluste können gleichzeitig vermindert werden, wenn der Kollektorboden mit einem Raster oder einer Wabe belegt ist, welche für Sonnenlicht hochtransparent, für die Wärmeabstrahlung jedoch undurchlässig ist.

Der fertige Kollektorboden wird erfindungsgemäß mit einer Wabe oder einem Raster aus Kunststoff beklebt. Als Kleber wird, eine schwarze Zweikomponentenfarbe verwendet. Pig.5 zeigt ein Folienraster, das zur Stabilisierung wellenförmig gestaltet ist. -Pig.5a zeigt die Frontansicht des Stegdoppelbandes 20 mit dem aufgeklebten Raster 21. In der Seitenansicht nach Fig.5b ist die Abdeckscheibe 22 sichtbar. Mit hochtransparenten Klebstoffen kann die Folie 21 auch an die Scheibe 22 geklebt.werden.

Das Stegdoppelband nach Fig.1a kann mit eingebettetem Kohlenstoff auch als einfache lichtabsorbierende Wand .zur Schwimmbadbeheizung oder zur Versorgung.einer Wärmepumpe mit Wärme verwendet werden.

Ein Sonnenlichtkollektor nach Fig.4 und Fig.5 wird zweckmäßig in ein System nach Fig.6 eingebaut. Dieses besteht aus dem Kollektor 23, einem Wärmespeicher 24 mit Wasser, einer Wasserpumpe 25, einem Spezialrücklaufrohr 27 und einem Ausdehnungsgefäß 26. Dieses besteht aus einem Trichter mit einer ballonartigen Abdeckung.
Dieses System ist vor Überhitzung, vor Überdruck und vor Frdst

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geschützt, wenn der Wasserbehälter 24 teilweise mit Luft gefüllt ist. Der Wasserspiegel liegt immer über der Wasserpumpe 25.

Wirkungsweise des Systems:

Bei Überhitzung schaltet die Wasserpumpe 25 ab, der Luftspalt hinter dem Kollektorboden 23 wird thermostatisch geöffnet. Das Wasser fließt aus dem Kollektorboden durch die Wasserpumpe 25 in den Wasserspeicher 24· Durch Benetzung im Kollektorboden verbliebenes Wasser verdampft und strömt über den unteren Ausgang zum Ausdehnungsgefäß 26. Der Wasserdampf kondensiert im unteren Teil des Kollektors, da dieser hier wegen der hinten vorbeiströmenden Kaltluft eine niedrigere Temperatur hat als am oberen Ende. Der Kollektorboden ist dadurch vor Überdruck geschützt.

Dieses System ist auch frostsicher, wenn nach dem Abschalten der Wasserpumpe das Wasser aus dem Kollektorboden 23 gut abläuft. Verbindungsrohre, die dem" Prost ausgesetzt sind, dürfen nicht horizontal verlegt werden. Die untere Kante 29 des Kollektorbodens ist schräg abgeschnitten. Ein noch besserer Wasserabfluß wird erreicht, wenn die untere Kante 30 keilförmig ausgebildet ist. Verbleibende Wassertropfen können sich beim Gefrieren ausdehnen, ohne den Boden zu beschädigen. In die Rückleitung ist ein bogenförmiges Leitungsstück 31 eingesetzt, damit das System beim Anlaufen der Wasserpumpe gut gefüllt wird. Die nach unten führende Leitung 27 muß so ausgebildet sein, daß der Wasserstrom nicht abreißt. Hierzu ist ein Kunststoffrohr geeignet, das in kleine Röhrchen unterteilt ist. Die erforderliche Mehrleistung der Wasserpumpe gegenüber einem geschlossenen Kreislauf ist gering. Ist der Niveauunterschied zwischen dem Kollektoreingang und dem Behältereingang 24 größer als ca 8 m, muß ein vom Speicher 24 getrennter Luftbehälter in die Leitung 27 gelegt werden.

Claims

,1))Stegdoppelband aus Kunststoff für Wärmeaustauscher, dadurch -gekennzeichnet, daß die wasserführenden Kanäle 3 rund sind.
2) Stegdoppelband nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß in die Stegdoppelbänder einseitig Längsnuten 28 eingezogen sind»
3) Stegdoppelband nach Anspruch 1_?
dadurch ge.kennzeichnet,

daß an die Stegdoppelbänder-einseitig Rohre 18 angezogen sind.
4) Stegdoppelband nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß an die Stegdoppelbänder einseitig abgewinkelte Stege 32 angezogen sind.
5) Wärmeaustauscher aus Stegdoppelband, dadurch gekennzeichnet,

daß ein oder mehrere Stegdoppelbänder 4 parallel spiralförmig mit einem bestimmten Abstand gewickelt sind, so daß eine wärmeübertragende Flüssigkeit in diesen spiralförmig fließt, während die wärmespendende oder wärmeaufnehmende Luft in axialer Richtung die Spirale durchströmt,
6) Wärmeaustauscher nach Anspruch 5»

dadurch . g e k e η η ζ. e i c Ü. η e t, daß zwischen den Stegdoppelbändern 4 gewellte Bänder 10

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aus Metall oder Hartplastik eingesetzt sind.
7) Wärmeaustauscher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den Stegdoppelbändern 4 trapezförmige Metallband er eingesetzt sind.
8) Deckenstrahlungsheizung aus Stegdoppelband,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Stegdoppelband 11 auf eine steife Unterlage geklebt wird.
9) Deckenstrahlungsheizung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Platten 12 mittels durchlaufender Winkelprofile an der Decke aufgehängt werden.
10) Sonnenlichtkollektor,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Boden aus einem extrudierten Stegdoppelband mit runden Kanälen besteht.
11) Sonnenlichtkollektor nach Anspruch 10,
dadurch g e*k ennzeich.net, daß der Kollektorboden mit Metallfolien beklebt ist.
12) Sonnenlichtkollektor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Kollektorboden mit gewellten, transparenten Plastikfolien 21 beklebt ist, welche senkrecht auf dem Boden stehen.
13) Sonnenlichtkollektor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die untere Bodenkante 29 schräg verläuft.

H) Sonnenlichtkollektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Bodenkante 30 keilförmig verläuft.

Sonnenlichtkollektor nach Anspruch 10, dadurch gekennze i c hn e t,

daß das -Verbindungsrohr 27 zwischen dem oberen Kollektorausgang und dem Wärmespeicher 24 in mehrere Röhrchen mit kleinem Durchmesser unterteilt-ist.

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