Beschreibung

Wärmeleitplatte, insbesondere zum Kühlen oder Heizen eines Gebäudes

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeleitplatte, insbesondere zum Kühlen oder Heizen eines Gebäudes, mit zumindest einer Schicht aus expandiertem Graphit und einem in der Schicht zumindest teilweise aufgenommenem Rohr.

Wärmeleitplatten der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die europäische Patentschrift EP 1 512 933 A2 Wärmeleitplatten aus expandiertem Graphit ohne Bindemittel mit bevorzugter Wärmeleitung parallel zur Plattenfläche. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung der Wärmeleitplatten

beschrieben. Hierbei wird vollständig expandierter Graphit unter gerichteter Einwirkung eines Druckes kompaktiert, so dass sich Schichtebenen des Graphits bevorzugt senkrecht zur Einwirkung des Druckes anordnen, wobei sich einzelne

Aggregate des Graphits untereinander verhaken. Dadurch lassen sich selbsttragende Wärmeleitplatten herstellen, die

beispielsweise eine Dicke von 8 bis 50 mm aufweisen. Solche Wärmeleitplatten werden beispielsweise als Wand-,

Fußboden- oder Deckenelemente zum Heizen oder Kühlen eines Raumes eingesetzt. Hierzu kann die Wärmeleitplatte zum

Beispiel in Verbindung mit Heizungen, die einen flüssigen Wärmeträger nutzen, eingesetzt werden. Für den Transport eines Wärmeträgerfluids , beispielsweise Wasser, werden Rohre aus Metall, beispielsweise Kupfer oder Kunststoff in die Wärmeleitplatten eingebracht. In der Regel sind die Rohre dabei spiral- oder mäanderförmig angeordnet. Alternativ können die Rohre auch zwischen zwei Wärmeleitplatten gelegt werden, die dann zusammengepresst werden.

Bei der Verwendung von Kunststoffröhren erweist sich als Nachteil, dass beispielsweise bei der spiral- oder

mäanderförmigen Anordnung der Rohre in einer Wärmeleitplatte bei der Herstellung der Wärmeleitplatte Rückstellkräfte des Rohres entstehen. Dies liegt daran, dass bei der Herstellung durch die Einwirkung von Druck die in dem expandierten

Graphit angeordneten Rohre leicht elastisch verformt werden. Diese Rückstellkräfte können besonders bei dünneren

Wärmeleitplatten zu einer Beschädigung der Wärmeleitplatte führen. Des Weiteren ist es möglich, dass sich die

Kunststoffröhre im Falle einer nicht vollständigen Einbettung in der Wärmeleitplatte aufgrund dieser Rückstellkräfte lockern und herauslösen können. Zusätzlich können durch das Einpressen eines Kunststoffrohres in einer Wärmeleitplatte beziehungsweise beim Zusammenpressen zweier Wärmeleitplatten mit dazwischen angeordnetem Kunststoffrohr Schäden an dem Kunststoffrohr selbst entstehen.

Die Verwendung von Kupferrohren ist sehr teuer und führt aufgrund des hohen Eigengewichts zu schweren

Wärmeleitplatten. Des Weiteren können unter bestimmten

Bedingungen Korrosionsschäden an dem Kupferrohr entstehen. Beispielsweise durch das Vorhandensein von Wasserkondensat und zumindest einem weiteren Metall, wie z.B. Aluminium, kann sich aufgrund der unterschiedlichen elektrochemischen

Potenziale der Metalle eine galvanische Zelle ausbilden, die zu einer galvanischen Korrosion des Kupferrohres führt.

Dadurch kann es beispielsweise zu Undichtigkeiten oder zu unerwünschten Verfärbungen des Kupferrohres kommen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, welche die oben angeführten Nachteile vermeidet.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine

Wärmeleitplatte, insbesondere zum Kühlen oder Heizen eines Gebäudes, gelöst, welche zumindest eine Schicht aus

expandiertem Graphit und ein in der Schicht zumindest

teilweise aufgenommenes Rohr aufweist. Das in der Schicht zumindest teilweise aufgenommene Rohr ist dabei als

Mehrschichtverbundrohr ausgebildet.

Durch die Verwendung eines Mehrschichtverbundrohres wird verhindert, dass beispielsweise bei einer spiral- oder mäanderförmigen Anordnung des Mehrschichtverbundrohres

Rückstellkräfte in der Herstellung der Wärmeleitplatte entstehen. Ein entsprechend der gewünschten Anordnung

gebogenes beziehungsweise geformtes Mehrschichtverbundrohr ändert seine Form beziehungsweise seine Position im

Wesentlichen nicht. Sollte das Mehrschichtverbundrohr im Herstellungsprozess gebogen oder verformt werden, verformt es sich plastisch und es entstehen keine hohen Rückstellkräfte. Ein Beschädigen der Schicht der Wärmeleitplatte bzw. ein Herauslösen aus der Schicht ist somit nicht möglich. Im

Gegensatz zu einem reinen Kunststoffrohr ist das

Mehrschichtverbundrohr stabiler und trägt dadurch zur

Stabilität der gesamten Wärmeleitplatte bei. Im Gegensatz zu Kupferrohren weisen Mehrschichtverbundrohre ein deutlich geringeres Gewicht auf und sind insbesondere im Bereich der Rohraußenseite bei Vorhandensein eines zweiten Metalls nicht korrosionsanfällig. Zusätzlich können die Herstellungskosten einer erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte im Vergleich zu einer Wärmeleitplatte mit Kupferrohren deutlich reduziert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Mehrschichtverbundrohr eine innere KunststoffSchicht , eine Haftvermittlungsschicht und eine äußere Metallschicht auf. Ein solches Mehrschichtverbundrohr zeichnet sich durch sein geringes Gewicht bei guter Wärmeleitung aus.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung weist das Mehrschichtverbundrohr eine innere

Kunststoffschicht , eine Haftvermittlungsschicht, eine

Metallschicht, eine weitere Haftvermittlungsschicht und eine äußere Kunststoffschicht auf. Ein solches

Mehrschichtverbundrohr zeichnet sich durch seine hohe

Stabilität und Biegesteifigkeit aus. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung ist wenigstens eine Oberfläche der Wärmeleitplatte perforiert oder weist Texturen auf. Beispielsweise bei der Verwendung einer solchen Wärmeleitplatte in einem Gebäude können dadurch die akustischen Eigenschaften der

Wärmeleitplatte, insbesondere die Schalldämmung, verbessert werden .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung weist wenigstens eine Oberfläche der

Wärmeleitplatte eine Schicht aus Mineralwolle auf. Dadurch können ebenfalls die akustischen Eigenschaften der

Wärmeleitplatte verbessert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung sind an der Wärmeleitplatte Vorrichtungen zum

Anbringen an weitere Wärmeleitplatten oder andere Elemente, insbesondere Wand- und Deckenflächen, vorgesehen. Dadurch kann eine Wärmeleitplatte beispielsweise hängend an eine Deckenfläche eines Raumes angebracht werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung ist die Wärmeleitplatte durch Verpressen des expandierten Graphits mit eingelegtem Mehrschichtverbundrohr hergestellt .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung ist die Wärmeleitplatte durch Einpressen des

Mehrschichtverbundrohres in Aussparungen der Schicht aus expandiertem Graphit hergestellt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung weist die Wärmeleitplatte eine weitere Schicht aus expandiertem Graphit auf und ist durch Verpressen der beiden Schichten mit dazwischen angeordnetem Mehrschichtverbundrohr hergestellt . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

Erfindung weist die Wärmeleitplatte Zusatzstoffe,

insbesondere Kunstharz, auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von

Ausführungsbeispielen sowie den abhängigen Patentansprüchen offenbart .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der

Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren beschrieben. In den Figuren werden gleichartige

Komponenten unterschiedlicher Ausführungsbeispiele mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben. In den Figuren zeigen:

Figur 1 einen schematischer Querschnitt einer

Wärmeleitplatte gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 2 einen schematischer Querschnitt einer

Wärmeleitplatte gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 3 einen schematischen Querschnitt einer

Wärmeleitplatte gemäß einem dritten

Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 4 eine schematische Draufsicht auf eine

Wärmeleitplatte gemäß einem vierten

Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 5 einen schematischen Querschnitt einer

Wärmeleitplatte beim Einpressen eines

Mehrschichtverbundrohres gemäß einem fünften

Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 6 einen schematischen Querschnitt einer

Wärmeleitplatte beim Verpressen zweier Schichten und eines Mehrschichtverbundrohres gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer

Wärmeleitplatte 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wärmeleitplatte 1 weist eine Schicht 2 aus expandiertem Graphit auf. Weiter weist die Wärmeleitplatte 1 ein Mehrschichtverbundrohr 3 auf, welches teilweise auf einer Oberfläche 4 in die Schicht 2 eingebracht ist.

Das Mehrschichtverbundrohr 3 weist eine innere

KunststoffSchicht 5, beispielsweise aus quer vernetztem

Polyethylen (PE-X) , auf. Alternativ kann die innere

KunststoffSchicht 5 auch aus einem Polyethylenwerkstoff für eine erhöhte Temperaturbeständigkeit (PE-RT) bestehen. Des Weiteren weist das Mehrschichtverbundrohr 3 eine

Haftvermittlungsschicht 6 auf. Die Haftvermittlungsschicht 6 verbindet die innere KunststoffSchicht 5 mit einer äußeren Metallschicht 7. Die äußere Metallschicht 7 kann

beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff beziehungsweise einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.

Innerhalb des Mehrschichtverbundrohres 3 fließt ein

wärmetragendes Fluid, beispielsweise Wasser, um Wärme an die Schicht 2 abzugeben beziehungsweise um Wärme von der Schicht 2 aufzunehmen.

Die Wärmeleitplatte 1 wird durch Einlegen des

Mehrschichtverbundrohres 3 in expandiertes Graphit und anschließendem Verpressen hergestellt. Durch die Einwirkung von gerichtetem Druck entsteht die Schicht 2 aus expandiertem Graphit, in welche das Mehrschichtverbundrohr 3 zumindest teilweise eingebettet ist, so dass eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung der Schicht 2 und dem

Mehrschichtverbundrohr 3 entsteht. Alternativ kann die Wärmeleitplatte 1 Zusatzstoffe,

insbesondere Kunstharz, aufweisen, um beispielsweise die Stabilität der Wärmeleitplatte 1 zu erhöhen. Die Zusatzstoffe können dabei bei der Herstellung der Schicht 2 dem expandierten Graphit beigemischt sein oder nachträglich, beispielsweise als zusätzliche Schicht, an der Schicht 2 angebracht oder auf diese aufgebracht werden. Die Wärmeleitplatte 1 eignet sich beispielsweise zum Einsatz in einem Gebäude zum Kühlen oder Heizen von Räumen. Bevorzugt wird die Wärmeleitplatte an einer Decke eines Raumes

aufgehängt. Dabei nimmt die Wärmeleitplatte 1 über die

Schicht 2 beispielsweise Wärme von der sie umgebenden

Umgebungsluft auf und gibt diese Wärme an das Fluid im

Inneren des Mehrschichtverbundrohres 3 zum Kühlen des Raumes ab. Umgekehrt wird Wärmeenergie des Fluids über das

Mehrschichtverbundrohr 3 an die Schicht 2 abgegeben, welche wiederum die Wärme an die sie umgebende Umgebungsluft zum Heizen des Raumes abgibt, insbesondere durch Strahlung.

Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer

Wärmeleitplatte 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wärmeleitplatte 1 weist ein

Mehrschichtverbundrohr 3 auf, welches durch fünf Schichten gebildet ist. Das Mehrschichtverbundrohr 3 weist eine innere KunststoffSchicht 5 auf, eine Haftvermittlungsschicht 6, eine Metallschicht 7, eine zweite Haftvermittlungsschicht 8 und eine zweite, äußere KunststoffSchicht 9 auf. Das

Mehrschichtverbundrohr 3 ist derart innerhalb der Schicht 2 angeordnet, dass eine Rohraußenseite 10 des

Mehrschichtverbundrohrs 3 bündig mit der Oberfläche 4 der Schicht 2 abschließt. Die innere KunststoffSchicht 5 sowie die zweite, äußere

KunststoffSchicht 9 können beispielsweise aus quer vernetztem Polyethylen (PE-X) , oder aus einem Polyethylenwerkstoff für eine erhöhte Temperaturbeständigkeit (PE-RT) bestehen. Die Metallschicht 7 kann aus einem Aluminiumwerkstoff beziehungsweise einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.

In Vergleich zu der Ausgestaltung gemäß Figur 1 weist das Mehrschichtverbundrohr 3 eine höhere Stabilität

beziehungsweise Steifigkeit bei dennoch geringem Eigengewicht auf .

Durch die bündige Anordnung des Mehrschichtverbundrohres 3 mit der Oberfläche 4 ist ein guter Wärmeübergang zwischen der Schicht 2 und dem Mehrschichtverbundrohr 3 gewährleistet. Dies liegt vor allem darin begründet, dass die Wärmeleitung innerhalb der Schicht 2 aufgrund der Herstellung der Schicht 2 unter gerichtetem Druck parallel zu der Oberfläche 4 besser ist als senkrecht zur Oberfläche 4 der Schicht 2.

In einer nicht dargestellten Ausgestaltungsform der

Wärmeleitplatte 1 kann wenigstens eine Außenseite der Schicht 2 perforiert sein oder Texturen aufweisen. Damit können akustische Eigenschaften der Wärmeleitplatte 1 verbessert werden. Beispielsweise können an einer solchen Außenseite der Wärmeleitplatte 1 Vertiefungen eingebracht sein.

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer

Wärmeleitplatte 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wärmeleitpatte 1 ist dabei im Wesentlichen entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ausgestaltet. Im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß Figur 2 ist das Mehrschichtverbundrohr 3 allerdings derart innerhalb der Schicht 2 angeordnet, dass es beabstandet zu einer

Oberfläche 4 und einer Unterseite 11 der Schicht 2 ist.

Zusätzlich weist die Wärmeleitplatte 1 an der Oberfläche 4 der Schicht 2 eine Schicht aus Mineralwolle 12 auf. Des Weiteren sind in der Schicht 2 Löcher 21, insbesondere

Bohrungen, vorgesehen. Damit kann in Verbindung mit der

Mineralwolle 12 beispielsweise ein Schalldämpfungseffekt erreicht werden. Die Schicht aus Mineralwolle 12 kann

beispielsweise auch an einer anderen oder mehreren

Außenseiten der Schicht 2 angeordnet sein.

Alternativ können allerdings auch andere Schichten wie beispielsweise Kunststoffschichten oder Metallschichten, auf einer oder mehreren Außenseiten der Schicht 2 angebracht sein, um beispielsweise die Wärmeleitplatte 1 gegen

mechanische oder andere Umwelteinflüsse zu schützen.

Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht einer

erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte 1 mit darin eingebettetem Mehrschichtverbundrohr 3. Die Wärmeleitplatte 1 weist einen ersten Anschluss 13 und einen zweiten Anschluss 14 auf. Der Anschluss 13 und der Anschluss 14 sind über ein

Mehrschichtverbundrohr 3 gemäß einer Ausgestaltung anhand der Figuren 1 bis 3 verbunden. Dabei ist das

Mehrschichtverbundrohr 3 mäanderförmig innerhalb der Schicht 2 angeordnet. Des Weiteren weist die Wärmeleitplatte 1 zwei Haltevorrichtungen 15 zum Anbringen der Wärmeleitplatte 1 an Wand- bzw. Deckenflächen auf. Zudem weist das

Mehrschichtverbundrohr 3 mehrere Biegebereiche 16 auf.

Die Haltevorrichtungen 15 können beispielsweise Stifte, Winkel, Haken oder Anker aufweisen, um die Wärmeleitplatte 1 an einer Deckenfläche eines Raumes anzubringen.

Durch die Verwendung des Mehrschichtverbundrohres 3 treten beispielsweise bei der Herstellung der Wärmeleitplatte 1 in den Biegebereichen 16 im Wesentlichen keine Rückstellkräfte auf, da sich das Mehrschichtverbundrohr 3 durch die

Metallschicht 7 plastisch vorher in Form bringen lässt.

Die Wärmeleitplatte 1 ist beispielsweise an einem

Heizungssystem angeschlossen, wobei über den Anschluss 13 ein Fluid, beispielsweise Wasser, in das Mehrschichtverbundrohr 3 eintritt. Entsprechend der Anordnung des

Mehrschichtverbundrohres 3 wird das Fluid über die Fläche der Schicht 2 verteilt. Über den Anschluss 14 fließt das Fluid wieder ab.

Eine solche Wärmeleitplatte 1 eignet sich besonders für den Einsatz in Gebäuden zum Kühlen oder Heizen eines Raumes.

Bevorzugt werden derartige Wärmeleitplatten an Deckenwänden eines Raumes befestigt. Als besonders vorteilhaft erweist sich, dass die Wärmeleitplatte 1 aufgrund des geringen

Gewichts des Mehrschichtverbundrohres 3 im Vergleich zu

Wärmeleitplatten mit Kupferrohren ein deutlich geringeres Eigengewicht aufweist. Damit können solche Wärmeleitplatten auch an weniger tragfähigen Deckenwänden von Gebäuden, beispielsweise Altbauten, angebracht werden. Des Weiteren ist es möglich, vergleichsweise dünne Wärmeleitplatten

herzustellen, weil das Mehrschichtverbundrohr 3 vor allem aufgrund der Metallschicht 7 zur Stabilität der Schicht 2 aus expandiertem Graphit beiträgt.

Die in Figur 4 dargestellten Anschlüsse 13 und 14 der

Wärmeleitplatte 1 können andersartig an der Schicht 2

angeordnet sein, beispielsweise gegenüberliegend. Zudem kann auch das Mehrschichtverbundrohr 3 im Inneren der Schicht 2 andersartig verlaufen, beispielsweise spiralförmig. Außerdem ist es denkbar, dass innerhalb einer Schicht 2 mehrere

Mehrschichtverbundrohre 3 angeordnet sind, die über die Anschlüsse 13 und 14 und/oder weitere Anschlüsse beispielsweise an einem Heizungssystem angeschlossen sind.

In einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Figur 5 wird ein schematischer Querschnitt einer

Wärmeleitplatte 1 beim Einpressen eines

Mehrschichtverbundrohres 3 gezeigt. Die bereits unter

Einwirkung von Druck entstandene Schicht 2 weist eine

Aussparung 17 auf, die beispielsweise in einem

Nachbearbeitungsschritt eingebracht worden ist. Die

Aussparung 17 ist an einen Außendurchmesser und die Anordnung bzw. Form des Mehrschichtverbundrohres 3 derart angepasst, dass das Mehrschichtverbundrohr 3 in die Aussparung 17 eingepresst, eingesteckt oder eingelegt werden kann.

Die Aussparung 17 kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass ein mäanderförmig angeordnetes

Mehrschichtverbundrohr 3 gemäß der Ausgestaltung der Figur 4 in die Schicht 2 eingebracht werden kann.

Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer zu verpressenden Wärmeleitplatte 1 gemäß einem sechsten

Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wärmeleitplatte 1 weist neben der Schicht 2 eine zweite, bereits unter

Einwirkung von Druck entstandene Schicht 18 aus expandiertem Graphit auf. Zwischen die beiden Schichten 2 und 18 ist das Mehrschichtverbundrohr 3 eingelegt. Beispielsweise unter Einwirkung von Druck gemäß den Pfeilrichtungen 19 und 20 wird die Wärmeleitplatte 1 durch Verpressen der beiden Schichten 2 und 18 hergestellt. Es entsteht eine kraft- und/oder

formschlüssige Verbindung der beiden Schichten 2 und 18 sowie des Mehrschichtverbundrohres 3. Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen dargelegten Merkmale einer Wärmeleitplatte können auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden, um die jeweils genannten Vorteile und/oder Funktionen zu verwirklichen.

Bezugs zeichenliste

1 Wärmeleitplatte

2 Schicht

3 Mehrschichtverbundrohr

4 Oberfläche

5 KunststoffSchicht

6 Haftvermittlungsschicht

7 Metallschicht

8 Haftvermittlungsschicht

9 KunststoffSchicht

10 Rohraußenseite

11 Unterseite

12 Mineralwolle

13 Anschluss

14 Anschluss

15 Haltevorrichtung

16 Biegebereich

17 Aussparung

18 Schicht

19 Pfeilrichtung

20 Pfeilrichtung

21 Loch