DE9208888U1 - Heat exchange element - Google Patents
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- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
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- F28D1/06—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with the heat-exchange conduits forming part of, or being attached to, the tank containing the body of fluid
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Description
Heinrich-Hertz-Straße 28Heinrich-Hertz-Strasse 28
D-7730 VS-VillingenD-7730 VS-Villingen
WARMETAÜSCHELEMENTHEAT EXCHANGE ELEMENT
Die Erfindung betrifft ein Warmetauschelement, insbesondere für die Rückgewinnung von Abwärme, die von Gehäuseflächen und dergleichen üblicherweise ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird.The invention relates to a heat exchange element, in particular for the recovery of waste heat which is usually released unused into the environment by housing surfaces and the like.
Bisherige Vorschläge zur Rückgewinnung derartiger Abwärme sind darauf gerichtet, Wärmetauscher zu verwenden, die individuell an die Formen der wärmeabgebenden Körper angepaßt sind. Solche in Sonderanfertigung hergestellte Wärmetauscher arbeiten zwar hinsichtlich der Wärmerückgewinnung effizient, so daß sie zur Energieeinsparung beitragen. Ihre Herstellungskosten sind jedoch vergleichsweise hoch, so daß sie sich über die Einsparung von Energiekosten erst nach langer Zeit amortisieren. Hinzu kommt, daß sie gewöhnlich nur für den ursprünglich geplanten Einsatz in Verbindung mit einem ganz bestimmten wärmespendenden Gehäusekörper verwendbar sind.Previous proposals for recovering such waste heat are aimed at using heat exchangers that are individually adapted to the shape of the heat-emitting body. Such custom-made heat exchangers are indeed efficient in terms of heat recovery, so that they contribute to energy savings. However, their production costs are comparatively high, so that they only pay for themselves in terms of energy savings after a long time. In addition, they can usually only be used for the originally planned application in conjunction with a very specific heat-emitting housing body.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vielfältig verwendbares, insbesondere preiswert herstellbares Wärmetauschelement vorzugsweise für die Rückgewinnung von Abwärme anzugeben.The object of the invention is to provide a heat exchange element that can be used in a variety of ways and is particularly inexpensive to produce, preferably for the recovery of waste heat.
Das erfindungsgemäße Wärmetauschelement hat einen als Flachband ausgebildeten, insbesondere biegsamen Körper, der wenigstens einen Kanal für die Durchleitung eines wärmeaufnehmenden und transportierenden Fluids sowie Anschlüsse für den Zulauf und den Ablauf des Fluids aufweist.The heat exchange element according to the invention has a body designed as a flat strip, in particular a flexible body, which has at least one channel for the passage of a heat-absorbing and transporting fluid as well as connections for the inlet and outlet of the fluid.
Derartige Wärmetauschelemente lassen sich leicht mit einfachen Befestigungsmitteln nachträglich an wärmeabgebende Flächen installieren. Es hat sich gezeigt, daß zahlreiche Gehäuse von Abwärme abgebenden Anlagen Flächenbereiche aufweisen, die nach Form und Größe im Hinblick auf eine effiziente, großflächige Wärmeübertragung eine ausgezeichnete Unterlage für das flachbandförmige Wärmetauschelement nach der Erfindung bieten. Derartige Flächenbereiche findet man beispielsweise im Haushaltsbereich an Ofengehäusen, Kaminen, Kompressoren und/oder Verflüssigern von Kompressorkühleinrichtungen, Rauchgasableitungssystemen von Gebäudeheizungsanlagen, Wärmepumpenkompressoren von Klimaanlagen und dergleichen. Zahlreiche Beispiele solcher Abwärme abgebender Gehäuseflächen findet man ferner im gewerblichen bzw. industriellen Bereich, insbesondere an Motorgehäusen und dergleichen. Such heat exchange elements can be easily retrofitted to heat-emitting surfaces using simple fastening means. It has been shown that numerous housings of systems that emit waste heat have surface areas that, in terms of shape and size, offer an excellent base for the flat-band heat exchange element according to the invention with regard to efficient, large-area heat transfer. Such surface areas can be found, for example, in the household sector on oven housings, chimneys, compressors and/or condensers of compressor cooling devices, flue gas discharge systems of building heating systems, heat pump compressors of air conditioning systems and the like. Numerous examples of such housing surfaces that emit waste heat can also be found in the commercial or industrial sector, in particular on engine housings and the like.
Zur Abdeckung eines möglichst großen Flächenbereiches derartiger Gehäuse können mehrere Wärmetauschelemente nach der Erfindung, beispielsweise in unterschiedlichen, standardisierten Größen, herangezogen werden. Die mit solchen Flächenbereichen in Verbindung gebrachten Wärmetauschelemente nehmen über eine Flachseite Wärme von diesen Flächen auf und geben sie an das in dem Kanal gespei-To cover the largest possible surface area of such housings, several heat exchange elements can be used according to the invention, for example in different, standardized sizes. The heat exchange elements connected to such surface areas absorb heat from these surfaces via a flat side and transfer it to the heat stored in the channel.
cherte bzw. den Kanal durchströmende Fluid ab. Als wärmeaufnehmendes und -transportierendes Fluid kommt insbesondere Wasser in Frage, so daß die Wärmetauschelemente nach der Erfindung unmittelbar zur Warmwasserbereitung und/ oder Warmwasserspeicherung heranziehbar sind.stored or flowing through the channel. Water is particularly suitable as a heat-absorbing and heat-transporting fluid, so that the heat exchange elements according to the invention can be used directly for hot water preparation and/or hot water storage.
Sie können insbesondere auch als Warmwasserbereiter oder als kombinierter Warmwasserbereiter und Warmwasserpufferspeicher einer Gebäudeheizungsanlage, etwa einer Niedrigtemperatur-Fußbodenheizungsanlage genutzt werden.In particular, they can also be used as hot water heaters or as a combined hot water heater and hot water buffer tank in a building heating system, such as a low-temperature underfloor heating system.
Ihr Anwendungsbereich wird noch universeller, wenn sie gemäß einer bevorzugten Variante biegsam ausgebildet sind, so daß sie beispielsweise auch mit abgerundeten Flächen, wie etwa zylindrischen Gehäuseflächen, zwecks effizienter Wärmeübertragung intensiv und großflächig in Berührung gebracht werden können.Their area of application becomes even more universal if they are designed to be flexible according to a preferred variant, so that they can be brought into intensive and large-area contact with rounded surfaces, such as cylindrical housing surfaces, for the purpose of efficient heat transfer.
Auch bei den biegsamen Wärmetauschelementen nach der Erfindung ist es zu empfehlen, diese in verschiedenen, vorzugsweise standardisierten Größen bereitzustellen, um möglichst viele unterschiedlich große Flächenbereiche abdecken zu können. Auf diese Art und Weise können zahlreiche Wärmetauschelemente nach der Erfindung modulartig zusammengeschaltet werden. Auf diese universelle Art und Weise können sie zum Beispiel einen ständig Abwärme aufnehmenden Wärmespeicher mit einer großen Warmwasser-Speicherkapazität bis zu mehreren hundert Litern bilden.It is also recommended that the flexible heat exchange elements according to the invention be made available in different, preferably standardized sizes in order to be able to cover as many different sized surface areas as possible. In this way, numerous heat exchange elements according to the invention can be connected together in a modular manner. In this universal way, they can, for example, form a heat storage unit that constantly absorbs waste heat and has a large hot water storage capacity of up to several hundred liters.
Aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und ihrer vergleichsweise einfachen Formen eignen sich die Wärmetauschelemente nach der Erfindung für eine Massenherstellung. Dies hat zur Folge, daß auch die Herstellungskosten vergleichsweise niedrig sind. Die Wärmetauschelemente nach der Erfindung können daher durch die mit ihnen erzielbaren Energiekosteneinsparungen in ver-Due to their wide range of possible uses and their relatively simple shapes, the heat exchange elements according to the invention are suitable for mass production. This means that the production costs are also relatively low. The heat exchange elements according to the invention can therefore be used in various applications due to the energy cost savings that can be achieved with them.
- 4 gleichsweise kurzer Zeit amortisiert werden.- 4 will be amortised in a similarly short period of time.
Vorzugsweise ist der Flachbandkörper aus Metall, insbesondere Kupfer, gebildet. Gemäß einer Variante ist der Körper des Wärmetauschelementes ein flachbandförmiges Kupferblech, das auf einer Flachseite im wesentlichen glatt ist und auf der gegenüberliegenden Flachseite schlangenartig angeordnete, den Kanal bildende Röhrchen aufweist, die insbesondere durch Hartlöten mit dem bandförmigen Kupferblech verbunden sind und in sehr gutem Wärmekontakt mit letzterem stehen. Zur Vermeidung von Wärmeyerlusten sind die Kanalröhren in einer Wärmeisolationsschicht eingebettet. Diese Wärmeisolationsschicht kann beispielsweise eine wärmebeständige Kunststoffschicht, etwa aus einem Fluor- oder Silikonelastomer, sein.The flat strip body is preferably made of metal, in particular copper. According to one variant, the body of the heat exchange element is a flat strip-shaped copper sheet, which is essentially smooth on one flat side and has tubes arranged in a snake-like manner on the opposite flat side, forming the channel, which are connected in particular by brazing to the strip-shaped copper sheet and are in very good thermal contact with the latter. To avoid heat losses, the channel tubes are embedded in a thermal insulation layer. This thermal insulation layer can, for example, be a heat-resistant plastic layer, for example made of a fluorine or silicone elastomer.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Wärmetauschelement, bei dem der Körper aus einem von dem Kanal durchsetzten Kunststoffband gebildet ist und Metallborsten in hoher Dichte auf einer der Flachseiten aufweist. Die an der betreffenden Flachseite des Wärmetauschelementes leicht deformierbaren Metallborsten sind in dem Kunststoff eingebettet und erstrecken sich mit ihren inneren Enden in den Fluidkanal hinein. Der Zweck der Metallborsten besteht darin, daß sie sich auch an Abwärme abgebende Flächen anschmiegen können, die Unebenheiten aufweisen, um selbst von derartigen Flächen effizient Wärme abführen zu können, die sie jedenfalls überwiegend an das Fluid in dem Kanal abgeben. Die in den Kanal hineinreichenden Enden der Borsten verursachen Turbulenzen in dem strömenden Fluid. Es hat sich gezeigt, daß das turbulent strömende Fluid eine bessere Wärmeübertragung gewährleistet, als ein im wesentlichen laminar strömendes Fluid. Es wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, das Kunststoffband biegsam auszuge-Another embodiment of the invention relates to a heat exchange element in which the body is formed from a plastic band through which the channel passes and has metal bristles in high density on one of the flat sides. The metal bristles, which are easily deformable on the flat side of the heat exchange element in question, are embedded in the plastic and extend with their inner ends into the fluid channel. The purpose of the metal bristles is that they can also cling to surfaces that give off waste heat and have uneven surfaces in order to be able to efficiently dissipate heat even from such surfaces, which they give off predominantly to the fluid in the channel. The ends of the bristles that extend into the channel cause turbulence in the flowing fluid. It has been shown that the turbulently flowing fluid ensures better heat transfer than a fluid that flows essentially laminarly. In this embodiment, it is also proposed to make the plastic band flexible.
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stalten, um die Verwendungsmöglichkeit dieses Wärmetauschelementes noch universeller zu machen.to make the possible uses of this heat exchange element even more universal.
Gemäß einer Variante der zuletzt genannten Ausführungsform sind anstelle von Metallborsten leicht deformierbare Metallrippen vorgesehen, die sich an Unebenheiten anschmiegen können.According to a variant of the last-mentioned embodiment, easily deformable metal ribs are provided instead of metal bristles, which can adapt to uneven surfaces.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Wärmetauschelement vorgeschlagen, bei dem der Körper aus einem den Kanal als Nut in einer Flachseite enthaltenden Kunststoffband gebildet ist, das eine an den Kanal angrenzende und diesen nach außen abdichtende Wärmeübertragungsschicht, insbesondere Kupferschicht, aufweist. Die Wärmeübertragungsschicht dient dazu, die von einem Gehäuse abgenommene Abwärme an das Fluid in dem Kanal abzugeben. Der Kunststoffkörper stellt eine gute Wärmeisolation dar.According to a further embodiment of the invention, a heat exchange element is proposed in which the body is formed from a plastic strip containing the channel as a groove in a flat side, which has a heat transfer layer, in particular a copper layer, adjacent to the channel and sealing it off from the outside. The heat transfer layer serves to transfer the waste heat taken from a housing to the fluid in the channel. The plastic body provides good thermal insulation.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Wärmetauschelement, bei dem der flachbandförmige Körper aus einem biegsamen Drahtgeflecht mit darin aufgenommenen, den Kanal bildenden Röhren gebildet ist. Das Drahtgeflecht kann beispielsweise ein solches sein, wie man es von Flachbandmassekabeln aus der Elektrotechnik kennt. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Flexibilität des Bandes. Es läßt sich leicht um zylindrische Körper wickeln oder spannen und gewährleistet eine großflächige Berührung mit einer betreffenden Abwärme abgebenden Fläche.A further embodiment of the invention relates to a heat exchange element in which the flat strip-shaped body is made of a flexible wire mesh with tubes housed therein that form the channel. The wire mesh can, for example, be one of the kind known from flat strip ground cables in electrical engineering. A particular advantage of this embodiment lies in the flexibility of the strip. It can easily be wound or stretched around cylindrical bodies and ensures large-area contact with a surface giving off waste heat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Körper ein Metallband, das zur Bildung des Kanals bzw. der Kanäle eine oder mehrere Nuten aufweist, die durch eine Platte nach außen abgedichtet sind.According to a further embodiment, the body comprises a metal strip which has one or more grooves to form the channel or channels, which are sealed to the outside by a plate.
Die Kanäle sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie einen meanderförmigen Strömungsweg für das Fluid bilden. Auf diese Weise wird ein vergleichsweise langer Strömungsweg realisiert und somit eine entsprechend lange Aufenthaltsdauer des strömenden Fluids in dem Wärmetauschelement .The channels are preferably designed in such a way that they form a meandering flow path for the fluid. In this way, a comparatively long flow path is realized and thus a correspondingly long residence time of the flowing fluid in the heat exchange element.
Vorzugsweise ist die Dicke des Wärmetauschelementes nach der Erfindung kleiner als 0,025 m, insbesondere kleiner als 0,018 m.Preferably, the thickness of the heat exchange element according to the invention is less than 0.025 m, in particular less than 0.018 m.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis der Fläche einer wärmeaufnehmenden Breitseite des Wärmetauschelementes zu der auf diese Breitseite projizierten Fläche des Kanals bzw. der Kanäle kleiner als 2, d.h. daß die auf die Breitseite projizierte Fläche bzw. die von der Breitseite aus gesehene Fläche der Kanäle mindestens 50 % der Fläche der Breitseite ausmacht. Unter diesen zuletzt genannten Bedingungen läßt sich eine besonders effiziente Wärmeabgabe an das Fluid realisieren.According to a preferred embodiment, the ratio of the area of a heat-absorbing broad side of the heat exchange element to the area of the channel or channels projected onto this broad side is less than 2, i.e. the area projected onto the broad side or the area of the channels as seen from the broad side makes up at least 50% of the area of the broad side. Under these latter conditions, a particularly efficient heat transfer to the fluid can be achieved.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Wärmetauschelement als Warmwassererzeuger und/oder Warmwasserspeicher einer Warmwasserbereitungsanlage, insbesondere für die Brauchwassererwärmung, ausgebildet und in die Warmwasserbereitungsanlage integriert.According to a further aspect of the invention, the heat exchange element is designed as a hot water generator and/or hot water storage tank of a hot water preparation system, in particular for domestic water heating, and is integrated into the hot water preparation system.
Ferner wird vorgeschlagen, ein oder mehrere Wärmetauschelemente nach der Erfindung als Warmwasserbereiter und/ oder Warmwasserpufferspeicher einer Gebäudeheizungsanlage, insbesondere Niedrigtemperatur-Fußbodenheizungsanlage, auszubilden und in die Gebäudeheizungsanlage zu integrieren.It is further proposed to design one or more heat exchange elements according to the invention as a hot water heater and/or hot water buffer storage tank of a building heating system, in particular a low-temperature underfloor heating system, and to integrate them into the building heating system.
Die Verwendbarkeit eines Wärmetauschelementes nach der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, daß dasHowever, the usability of a heat exchange element according to the invention is not limited to the fact that the
-&tgr;&igr; Wärmetauschelement mit Abwärme abgebenden Flächen in Berührung zu bringen ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist das Wärmetauschelement nach der Erfindung als Solarkollektor mit einer Strahlung absorbierenden Schicht ausgebildet. Das bandförmige, insbesondere biegsamen Wärmetauschelement kann in dieser Form beispielsweise al Sonnenwärme aufnehmende und speichernde Hauswand-Außenverkleidung herangezogen werden. Insbesondere als biegsam ausgebildetes Element bietet es die Möglichkeit einer vergleichsweise unkomplizierten Montage. Bei der zuletzt genannten Verwendungsmöglichkeit als Hauswandverkleidung ist es insbesondere möglich, eine Vielzahl von Wärmetauschelementen nach der Erfindung zu einer wärmeaufnehmenden Warmwasserbereitungsanlage mit einer großen Warmwasser-Speicherkapazität zusammenzuschließen. -&tgr;&igr; heat exchange element is to be brought into contact with surfaces that emit waste heat. According to a further aspect of the invention, the heat exchange element according to the invention is designed as a solar collector with a radiation-absorbing layer. The band-shaped, in particular flexible heat exchange element can be used in this form, for example, as an external house wall cladding that absorbs and stores solar heat. In particular, as a flexible element, it offers the possibility of comparatively uncomplicated installation. With the last-mentioned possible use as house wall cladding, it is particularly possible to combine a large number of heat exchange elements according to the invention to form a heat-absorbing hot water preparation system with a large hot water storage capacity.
Die Erfindung bietet zusammenfassend die Möglichkeit, energiekostensparend Wärme zu gewinnen. Die erfindungsgemäßen Wärmetauschelemente sind insbesondere in standardisierten Abmessungen preiswerter herstellbar und vor allem universeller einsetzbar als herkömmliche Wärmetauscher, die individuell bestimmten wärmeabgebenden Körpern angepaßt sind.In summary, the invention offers the possibility of generating heat in an energy-saving manner. The heat exchange elements according to the invention can be produced more cheaply, particularly in standardized dimensions, and above all can be used more universally than conventional heat exchangers, which are individually adapted to specific heat-emitting bodies.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Show it
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in Fig. 1 teilweise gebrochen in einer Perspektivansicht dargestellt ist,Fig. 1 a first embodiment of the invention, which is shown in Fig. 1 partially broken in a perspective view,
Fig. 2 ein zweites in Perspektivansicht teilweise gebrochen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung,Fig. 2 shows a second embodiment of the invention, partially broken away in perspective view,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines dritten Ausfüh-Fig. 3 is a cross-sectional view of a third embodiment
rungsbeispiels der Erfindung, Fig· 4 eine Draufsicht auf eine Flachseite eines viertenembodiment of the invention, Fig. 4 is a plan view of a flat side of a fourth
Ausführungsbeispiels der Erfindung,Embodiment of the invention,
Fig. 5 eine schematische Darstellung von Wärmetauschelementen nach der Erfindung, die in einerFig. 5 is a schematic representation of heat exchange elements according to the invention, which are arranged in a
Niedrigtemperatur-Fußbodenheizungsanlage integriert sind,Low-temperature underfloor heating system integrated ,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschelementes nach der Erfindung, das in eine Brauchwasser-Warmwasserbereitungsanlage integriert ist, Fig. 7 eine Variante der Warmwasserbereitungsanlage nachFig. 6 is a schematic representation of a heat exchange element according to the invention, which is integrated into a domestic hot water preparation system, Fig. 7 is a variant of the hot water preparation system according to
Fig. 6,Fig.6,
Fig. 8 eine teilweise gebrochen dargestellte Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschelementes nach der Erfindung imFig. 8 is a partially broken perspective view of another embodiment of a heat exchange element according to the invention in
Schnitt,Cut,
Fig. 9 eine Variante des Ausführungsbeispiels in Fig. 8 in einer Draufsicht, wobei eine die Kanäle abdeckende Platte abgenommen ist, Fig. 10 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels inFig. 9 shows a variant of the embodiment in Fig. 8 in a top view, with a plate covering the channels removed, Fig. 10 shows a further variant of the embodiment in
Fig. 8 in einer teilweise gebrochen dargestellten Perspektiv-Schnittansicht und Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 8 in a partially broken perspective sectional view and Fig. 11 a further embodiment of the invention.
In Fig. 1 ist ein als Flachband ausgebildetes, biegsames Wärmetauschelement 1 nach der Erfindung gezeigt, das um einen zylindrischen Körper 3 herumgespannt ist, der über seine Mantelfläche 5 Abwärme an die innere Flachseite 7 des Wärmetauschelementes 1 abgibt. Der zylindrische Körper 3 kann beispielsweise ein Kompressor einer Kompressorkühlanlage, ein Rauchgas abführendes Rohr einer Heizungsanlage und dergleichen sein. Die die innere Umfangsfläche des zu einer Manschette gewickelten Wärmetauschelementes bildende Flachseite oder Breitseite 7 gehört zu einem Kupferblech 9, das auf seiner anderen Flachseite oder äußeren Breitseite 11 ein schlangenförmigIn Fig. 1, a flexible heat exchange element 1 according to the invention is shown, designed as a flat band, which is stretched around a cylindrical body 3, which releases waste heat via its outer surface 5 to the inner flat side 7 of the heat exchange element 1. The cylindrical body 3 can be, for example, a compressor of a compressor cooling system, a flue gas discharge pipe of a heating system and the like. The flat side or broad side 7 forming the inner peripheral surface of the heat exchange element wound into a sleeve belongs to a copper sheet 9, which has a serpentine-shaped
- 9 gewundenes Metallröhrchen 13 aufweist, welches in enger Berührung mit dem Kupferblech 9 steht und mit diesem beispielsweise hartverlötet ist. Das Metallröhrchen 13 bildet einen Kanal für ein Wärme von dem Kupferblech aufnehmendes Fluid, insbesondere Wasser, das über einen Einlaß 15 in das Röhrchen 13 eingeleitet und über einen in Fig. 1 nicht gezeigten - Auslaß an dem von dem Einlaß 15 entfernten Ende des Röhrchens 13 wieder abgeleitet werden kann. Während des Durchflusses durch das Röhrchen 13 nimmt das Fluid einen Teil der von dem Kupferblech 9 abgeführten Wärme des Körpers 3 auf und erhöht dabei seine Temperatur. Das in Fig. 1 gezeigte Wärmetauschelement kann in der dort gezeigten Anwendung unmittelbar als Wärmeerzeuger und Warmwasserspeicher einer Warmwasserbereitungsanlage, etwa für Haushaltszwecke, herangezogen werden.- 9 has a wound metal tube 13 which is in close contact with the copper sheet 9 and is, for example, hard-soldered to it. The metal tube 13 forms a channel for a fluid which absorbs heat from the copper sheet, in particular water, which can be introduced into the tube 13 via an inlet 15 and can be discharged again via an outlet (not shown in Fig. 1) at the end of the tube 13 remote from the inlet 15. As it flows through the tube 13, the fluid absorbs part of the heat of the body 3 dissipated by the copper sheet 9 and thereby increases its temperature. The heat exchange element shown in Fig. 1 can be used directly as a heat generator and hot water storage tank in a hot water preparation system, for example for household purposes.
Zur Vermeidung von Wärmeverlusten ist das Kupferblech 9 an seiner äußeren Breitseite 11 mit einer Wärmeisolationsschicht 17 versehen, die das Röhrchen 13 umschließt und beispielsweise aus einem wärmebeständigen Kunststoff bestehen kann.To avoid heat loss, the copper sheet 9 is provided on its outer broad side 11 with a heat insulation layer 17 which surrounds the tube 13 and can consist, for example, of a heat-resistant plastic.
Die Anordnung gemäß Fig. 1 kann zum Beispiel durch einen oder mehrere - hier nicht gezeigte - Spannbänder oder Gürtel zusammengehalten sein.The arrangement according to Fig. 1 can, for example, be held together by one or more tensioning straps or belts (not shown here).
Das Wärmetauschelement 1 ist vielseitig anwendbar. Es kann - wie gezeigt - um runde Flächen herumgespannt werden. Es kann jedoch auch mit einfachen Befestigungsmitteln, etwa Schrauben, an ebene Flächen montiert werden, um Abwärme von ebenen Gehäusewänden abzuführen.The heat exchange element 1 has a wide range of applications. It can be clamped around round surfaces as shown. However, it can also be mounted on flat surfaces using simple fastening devices, such as screws, in order to dissipate waste heat from flat housing walls.
Für die Beschreibung der weiteren Ausführungsbeispiele werden für Elemente, die Elementen des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ihrer Funktion nach gleichkom-For the description of the further embodiments, elements that are functionally equivalent to the elements of the embodiment shown in Fig. 1 are
-&Igr;&Ogr;&Igr; men, mit entsprechend gleichen Bezugszeichen und einem nachgestellten Kleinbuchstaben gekennzeichnet. Zur Vermeidung von Wiederholungen beschränkt sich die Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel·-&Igr;&Ogr;&Igr; men, marked with the same reference numerals and a suffixed lowercase letter. To avoid repetition, the description of the following embodiments is limited to differences from the first embodiment.
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Wärmetauschelement la mit einem als Flachband ausgebildeten, biegsamen Kunststoffkörper 17a, der beispielsweise - wie in Fig. 2 gezeigt - um einen runden Abwärme abgebenden Körper 3a gespannt werden kann.The embodiment of the invention shown in Fig. 2 relates to a heat exchange element 1a with a flexible plastic body 17a designed as a flat band, which can be stretched around a round body 3a that emits waste heat, for example - as shown in Fig. 2.
Der Kunststoffkörper 17a enthält einen Kanal 13a, der sich längs durch das Flachband erstreckt und einen An-Schluß 15a für den Zulauf sowie einen Anschluß 19a für den Ablauf eines durch den Kanal zu leitenden Fluids miteinander verbindet. An den schmaleren Stirnseiten 20a ist das Wärmetauschelement geschlossen.The plastic body 17a contains a channel 13a, which extends lengthwise through the flat strip and connects a connection 15a for the inflow and a connection 19a for the outflow of a fluid to be conducted through the channel. The heat exchange element is closed at the narrower end faces 20a.
An der in Fig. 2 inneren Breitseite 7a des Wärmetauschelementes la sind in hoher Dichte leicht deformierbare Metallborsten 9a vorgesehen, die in dem Kunststoffkörper eingebettet sind und sich mit ihren in dem Kunststoffkörper liegenden Enden 21 in den Kanal 13a hineinerstrecken. On the inner broad side 7a of the heat exchange element la in Fig. 2, easily deformable metal bristles 9a are provided in high density, which are embedded in the plastic body and extend with their ends 21 lying in the plastic body into the channel 13a.
Die Metallborsten 9a schmiegen sich eng an die Mantelfläche 5a des Abwärme abgebenden Körpers 3a an, wodurch ein intensiver Wärmeübergangskontakt hergestellt wird, selbst wenn der Körper 3a an seiner Fläche 5a Unebenheiten ,oder größere Schmutzteilchen aufweisen sollte. Die Metallborsten 9a leiten die von dem Körper 3a aufgenommene Abwärme jedenfalls größtenteils an das Fluid in dem Kanal 13a und sorgen mit ihren in den Kanal 13a hineinreichenden Enden 21 für Turbulenzen in dem strömenden Fluid. Diese Turbulenzen dienen dazu, die Wärmeübertragung von den Metallborsten auf das Fluid zu verbessern.The metal bristles 9a nestle closely against the outer surface 5a of the body 3a that emits waste heat, whereby an intensive heat transfer contact is established, even if the body 3a has unevenness or larger dirt particles on its surface 5a. In any case, the metal bristles 9a conduct the waste heat absorbed by the body 3a to the fluid in the channel 13a for the most part and, with their ends 21 extending into the channel 13a, create turbulence in the flowing fluid. This turbulence serves to improve the heat transfer from the metal bristles to the fluid.
Das Wärmetauschelement gemäß Fig. 2 eignet sich insbesondere dazu, in Kombination mit weiteren gleichartigen
Wärmetauschelementen einen Warmwasserspeicher mit großer Speicherkapazität zu bilden, da es herstellungstechnisch
keine Probleme macht, das Volumen des Kanals 13a groß zu machen.The heat exchange element according to Fig. 2 is particularly suitable for use in combination with other similar
Heat exchange elements to form a hot water tank with a large storage capacity, since it is not difficult from a manufacturing point of view to make the volume of the channel 13a large.
In Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschelementes nach der Erfindung gezeigt. Das Wärmetauschelement Ib hat einen
Kunststoffkörper 17b, der an einer Flachseite Nuten 13b aufweist, die den Kanal für das wärmeaufnehmende und
-transportierende Fluid bilden. Die Nute 13b sind durch eine Kupferschicht 9b und gegebenenfalls von Hilfsdichtungen
23 nach außen abgedichtet. Die Kupferschicht leitet über ihre Flachseite 7b aufgenommene Wärme zu den Kanälen
13b, um sie dort an das Fluid abzugeben. Das Fluid wird über nicht gezeigte Anschlüsse in die Kanäle 13b
eingeleitet bzw. von diesen abgeführt.Fig. 3 shows a cross-sectional view of another
embodiment of a heat exchange element according to the invention. The heat exchange element Ib has a
Plastic body 17b, which has grooves 13b on one flat side, which form the channel for the heat-absorbing and
-transporting fluid. The grooves 13b are sealed to the outside by a copper layer 9b and, if necessary, by auxiliary seals 23. The copper layer conducts heat absorbed via its flat side 7b to the channels 13b in order to release it there to the fluid. The fluid is fed into the channels 13b via connections (not shown).
introduced or discharged by them.
Gemäß einer in Fig. 3 gestrichelt angedeuteten Variante des Wärmetauschelementes Ib ist eine strahlungsabsorbierende Schicht 9b' außen an der Kupferschicht 9b vorgesehen. Ein derart mit einer Absorptionsschicht versehenes Wärmetauschelement kann als Solarkollektor verwendet werden. According to a variant of the heat exchange element 1b indicated by dashed lines in Fig. 3, a radiation-absorbing layer 9b' is provided on the outside of the copper layer 9b. A heat exchange element provided with an absorption layer in this way can be used as a solar collector.
In Fig. 4 ist mit Draufsicht auf eine Breitseite ein
weiteres Wärmetauschelement nach der Erfindung schema-In Fig. 4, a plan view of a broad side is shown.
another heat exchange element according to the invention schematically
tisch dargestellt. Der Flachbandkörper besteht aus einem Drahtgeflecht, wie man es etwa von Flachband-Massekabeln aus der Elektrotechnik kennt, und aus in das Drahtgeflecht eingeflochtenen, untereinander verbundenen Röhren 13c, die sich längs des Bandes erstrecken, und einen An-Schluß 15c für den Zulauf sowie einen Anschluß 19 c für den Ablauf eines durch das Kanalsystem 13c zu leitendenThe flat ribbon body consists of a wire mesh, as is known from flat ribbon ground cables from electrical engineering, and of interconnected tubes 13c woven into the wire mesh, which extend along the ribbon, and a connection 15c for the inlet and a connection 19c for the outlet of a current to be conducted through the channel system 13c.
wärmeaufnehmenden und -transportierendes Fluids miteinander verbinden. Vorzugsweise ist an einer Flachseite des Wärmetauschelementes Ic eine - nicht gezeigte - Wärmeisolationsschicht zur Verminderung von Wärmeverlusten vorgesehen. heat-absorbing and heat-transporting fluids. Preferably, a heat insulation layer (not shown) is provided on a flat side of the heat exchange element Ic to reduce heat losses.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zeichnet sich durch eine hervorragende Flexibilität aus und paßt sich daher leicht an eine Abwärme abgebende Fläche an.The embodiment according to Fig. 4 is characterized by excellent flexibility and therefore adapts easily to a surface that emits waste heat.
In Fig. 5 sind rein schematisch ein oder mehrere Wärmetauschelemente Id nach der Erfindung in Kombination mit einer Niedrigtemperatur-Fußbodenheizung gezeigt. Das bzw. die Wärmetauschelemente Id bilden einen Wärmeerzeuger und gegebenenfalls auch einen Warmwasser-Pufferspeicher der Fußbodenheizung. Das in den Wärmetauschelementen Id erwärmte Wasser wird durch in einem Fußboden verlegte Rohrschlangen 27 geleitet, die die von dem Wasser transportierte Wärme zur Beheizung eines Raumes wenigstens teilweise abgeben. Zur Aufrechterhaltung einer Zirkulation des Wassers durch das Wärmetauschelement Id und die Rohrschlangen 27 hindurch kann eine Pumpe 29 vorgesehen sein.In Fig. 5, one or more heat exchange elements Id according to the invention are shown purely schematically in combination with a low-temperature underfloor heating system. The heat exchange element or elements Id form a heat generator and, if necessary, also a hot water buffer tank for the underfloor heating system. The water heated in the heat exchange elements Id is passed through pipe coils 27 laid in a floor, which at least partially release the heat transported by the water to heat a room. A pump 29 can be provided to maintain circulation of the water through the heat exchange element Id and the pipe coils 27.
In Fig. 6 sind schematisch eines oder mehrere Wärmetauschelemente Ie in Kombination mit einer Warmwasserbereitungsanlage für die Brauchwassererwärmung dargestellt.Fig. 6 shows a schematic representation of one or more heat exchange elements Ie in combination with a water heating system for domestic water heating.
Das zu erwärmende Wasser wird über den Zulauf 15e in das Wärmetauschelement Ie bzw. in eine zusammengeschaltete Kombination von Wärmetauschelementen Ie eingeleitet. Das in dem Wärmetauschelement bzw. den Wärmetauschelementen Ie erwärmte Wasser tritt aus dem Auslaß 19e aus und wird dann über ein Rohr 31 in einen Speicherbehälter 33 eingeleitet, in dem es zur Entnahme bereitsteht. Das zur Entnahme des Wassers vorgesehene Überlaufrohr 3 5 ist an einem Durchlauferhitzer 37 angeschlossen, der das WasserThe water to be heated is introduced via the inlet 15e into the heat exchange element Ie or into an interconnected combination of heat exchange elements Ie. The water heated in the heat exchange element or heat exchange elements Ie exits from the outlet 19e and is then introduced via a pipe 31 into a storage tank 33, where it is ready for withdrawal. The overflow pipe 35 provided for the withdrawal of the water is connected to a continuous flow heater 37, which heats the water
bei Bedarf auf eine höhere Entnahmetemperatur erhitzt. Das Wärmetauschelement Ie kann beispielsweise mit einem Kompressor einer Kühleinrichtung verbunden sein, dessen Abwärme das Wasser in dem Wärmetauschelement erwärmt. 5heated to a higher extraction temperature if necessary. The heat exchange element Ie can, for example, be connected to a compressor of a cooling device, the waste heat of which heats the water in the heat exchange element. 5
Fig. 7 zeigt eine Variante der Warmwasserbereitungsanlage gemäß Fig. 6. Diese Variante besteht darin, daß der in Fig. 6 mit 33 gekennzeichnete Speicherbehälter weggelassen ist. Die Speicherfunktion wird bei dem in Fig. 7 schematisch gezeigten Warmwasserbereiter von mehreren zusammengeschalteten Wärmetauschelementen If nach der Erfindung übernommen. Der Durchlauferhitzer 37f ist unmittelbar an einem mit dem Auslaß 19f des Wärmetauschelementes verbundenen Rohr 31f angeschlossen.Fig. 7 shows a variant of the hot water preparation system according to Fig. 6. This variant consists in the fact that the storage tank marked 33 in Fig. 6 is omitted. In the hot water heater shown schematically in Fig. 7, the storage function is taken over by several interconnected heat exchange elements If according to the invention. The continuous flow heater 37f is connected directly to a pipe 31f connected to the outlet 19f of the heat exchange element.
In den Fig. 8 bis 11 sind weitere Ausführungsbeispiele von Wärmetauschelementen nach der Erfindung gezeigt.In Figs. 8 to 11 further embodiments of heat exchange elements according to the invention are shown.
Das in Fig. 8 dargestellte Wärmetauschelement Ig umfaßt ein Metallband 9g mit einer Vielzahl von Rippen 39 bzw. eine Vielzahl von zwischen diesen Rippen 39 verlaufenden Nuten 13g, die die Kanäle für das Fluid bilden. Die Nuten 13g sind durch eine Platte 17g und gegebenenfalls weiteren Hilfsdichtungen 23g, die sich zwischen der Platte 17g und dem Metallband 9g längs des Bandes 9g erstrecken, nach außen abgedichtet. Die den Rippen 3 9 abgewandte Breitseite 7g des Wärmetauschelementes Ig ist dazu vorgesehen, mit einer wärmeabgebenden Fläche in Kontakt gebracht zu werden. Das Wärmetauschelement nach Fig. 8 ist aber auch voll funktionsfähig, wenn die andere Breitseite 11g mit einer wärmeabgebenden Fläche in Verbindung gebracht wird.The heat exchange element Ig shown in Fig. 8 comprises a metal strip 9g with a plurality of ribs 39 or a plurality of grooves 13g running between these ribs 39, which form the channels for the fluid. The grooves 13g are sealed to the outside by a plate 17g and optionally further auxiliary seals 23g, which extend between the plate 17g and the metal strip 9g along the strip 9g. The broad side 7g of the heat exchange element Ig facing away from the ribs 39 is intended to be brought into contact with a heat-emitting surface. The heat exchange element according to Fig. 8 is also fully functional if the other broad side 11g is brought into contact with a heat-emitting surface.
Die Breitseite 7g oder 11g kann mit einer in Fig. 8 nicht gezeigten Strahlungsabsorbierenden Schicht versehen sein. Auf diese Art und Weise läßt sich das WärmetauschelementThe broad side 7g or 11g can be provided with a radiation-absorbing layer not shown in Fig. 8. In this way, the heat exchange element can be
als Solarkollektor nutzen. Zur Minimierung von Wärmeverlusten kann auf der nicht zur Wärmeaufnahme genutzten Breitseite und an den Schmalseiten eine Wärmeisolierungas a solar collector. To minimize heat loss, thermal insulation can be installed on the broad side not used for heat absorption and on the narrow sides.
vorgesehen sein.
5be provided.
5
Die Kanäle 13g können an ihren jeweiligen gegenüberliegenden Enden über gemeinsame - nicht gezeigte - Anschlüsse für den Zulauf und den Ablauf des Fluids abgeschlossenThe channels 13g can be closed at their respective opposite ends via common connections (not shown) for the inlet and outlet of the fluid.
sein.
10be.
10
In Fig. 9 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8 in der Draufsicht und mit abgenommener Platte 17g gezeigt. Darin sind die Rippen 39h derart ausgebildet, daß sie einen meanderförmigen Strömungsweg fürIn Fig. 9, a variant of the embodiment according to Fig. 8 is shown in plan view and with the plate 17g removed. In this, the ribs 39h are designed in such a way that they form a meandering flow path for
!5 das Fluid vorsehen, wie es durch die Pfeile 41 dargestellt ist. An der Stirnseite 20h des Wärmetauschelementes lh ist ein Anschluß 19h für die Ableitung des Fluids aus dem Abschlußkanal 13h1 des Kanallabyrinths vorgesehen. Ein entsprechender Anschluß für den Zulauf des Fluids in dem Eingangskanal 13h" des Kanallabyrinths ist in entsprechender Weise auf der anderen - nicht gezeigten - Stirnseite des Wärmetauschelementes 1 angeordnet.!5 provide the fluid as shown by the arrows 41. On the front side 20h of the heat exchange element 1h, a connection 19h is provided for the discharge of the fluid from the end channel 13h 1 of the channel labyrinth. A corresponding connection for the inflow of the fluid in the inlet channel 13h" of the channel labyrinth is arranged in a corresponding manner on the other - not shown - front side of the heat exchange element 1.
In Fig. 10 ist eine weitere Variante des Wärmetauschelementes nach Fig. 8 gezeigt. Im Unterschied zu dem Wärmetauschelement nach Fig. 8 sind die Rippen 39i niedriger als die Seitenwände 43 ausgebildet, so daß das Fluid auch über die Rippen 39i hinweg seitlich in benachbarte Nuten 13i strömen kann. Die Rippen 39i haben bei dem Wärmetauscher gemäß Fig. 10 daher nicht die Funktion, Kanäle voneinander zu trennen. Ihre Funktion besteht vielmehr darin, eine große wärmeabgebende Fläche für das Fluid vorzusehen .Fig. 10 shows a further variant of the heat exchange element according to Fig. 8. In contrast to the heat exchange element according to Fig. 8, the ribs 39i are lower than the side walls 43, so that the fluid can also flow laterally over the ribs 39i into adjacent grooves 13i. In the heat exchanger according to Fig. 10, the ribs 39i therefore do not have the function of separating channels from one another. Their function is rather to provide a large heat-emitting surface for the fluid.
Die Platte 17i besteht aus einem Kunststoff. Alternativ kann auch eine Metallplatte vorgesehen sein.The plate 17i is made of plastic. Alternatively, a metal plate can also be provided.
- 15 -- 15 -
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 weist ein Metallband 9j auf, das von einem großvolumigen Kanal durchsetzt ist, der sich längs des Bandes erstreckt. An der für die Wärmeaufnahme vorgesehenen Breitseite 7j sind leicht deformierbare äußere Rippen 39j vorgesehen, die sich an etwaige Unebenheiten anschmiegen können. Auf diese Weise kann in bestimmten Fällen ein besserer Wärmeübergangskontakt hergestellt werden.The embodiment according to Fig. 11 has a metal band 9j through which a large-volume channel extends along the band. Easily deformable outer ribs 39j are provided on the broad side 7j intended for heat absorption, which can adapt to any unevenness. In this way, a better heat transfer contact can be established in certain cases.
Claims (16)
10Body is formed from a plastic band (17a) through which the channel (13a) passes and the easily deformable metal elements (9a) extend into the channel (13a).
10
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