DE3033223C2 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauscherelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauscherelementes, das aus einem Doppelgewebe mit steifen Abstandshalterfilamenten besteht, das gegen fluide Wärmeträgermedien abgedichtet ist, und das Zu- und Ableitungen für die fluiden Wärmeträgermedien aufweist. Ein derartiges Verfahren ist bekannt.

Im Hinblick auf eine rationelle Energienutzung und auf neue Verfahren zur Nutzung regenerativer Energiequellen stellt sich im zunehmendem Maße die Aufgabe, Wärmeaustauscher zur Verfugung zu stellen, die möglichst verlustfreie Wärme übertragen und die in großen Flächen aus korrosionsfesten Werkstoffen hergestellt werden können. Bei herkömmlichen Plattenwärmeaustauschern wird das Wärmeträgermedium durch Rohre oder Kanäle geführt, wobei in verschiedenen Varianten die Rohre oder Kanäle mit Rippen verbunden sind oder in der Fläche integriert sind.

Ausschlaggebend für die wärmetechnische Güte eines Plattenwärmeaustauschers sind dabei der Wärmeübergang zwischen Rippe und Rohr und der Wärmedurchgang, der im wesentlichen von dem Rohrabstand, der Rohr- und Rippendicke sowie von der Wärmeleitfähigkeit des Materials abhängt. Besonders günstige Verhältnisse werden erreicht, wenn die mit dem Wärmeträgermedium benetzte Fläche mit der Größe der äußeren Wärmeübertragungsfläche annähernd übereinstimmt, d. h. wenn ein vollflächig durchströmter Hohlkörper ohne Rippen, Rohre oder Kanäle hergestellt werden kann.

ίο In der DE-OS 27 14 901 ist ein derartiges System in Form eines flexiblen Wärmeaustauschers beschrieben, der aus einer beidseitig beschichteten Doppelgewebebahn besteht, die mit Zu- und Ableitungen für ein Wärmeträgermedium versehen ist Bei diesem Aufbau des Wärmeaustauschers ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials von untergeordneter Bedeutung, und es können auch vorteilhaft korrosionsfeste Kunststoffe eingesetzt werden. Trotz der im Vergleich zu Metalien wesentlich geringeren Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen ergibt sich ein günstiger Wärmedurchgang, da die Wärme nur über eine sehr kurze Strecke entsprechend der Wanddicke des Wärmeaustauscherelementes transportiert werden kann.
Offen blieb aber der Wunsch, die vorteilhaften Wärmeaustauscheigenschaf'.en, insbesondere die vollflächige Durchströmung der Wärmeaustauscherelemente nach DE-OS 27 14 901 auch eigenformstabilen Wärmeaustauschern zu verleihen, für die dies bisher noch nicht möglich gewesen war; offen blieb ferner der Wunsch, ein einfaches Verfahren zur Formgebung dieser Wärmeaustauscherelemente zu haben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das vorteilhafte Prinzip des vollflächig durchströmten Wärmeaustauschers für möglichst viele Einsatzgebiete zugänglich zu machen, sowie deren Herstellung wirtschaftlich durchzuführen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem eingangs erwähnten Verfahren das Doppelgewebe in die gewünschte Form gebracht und dann auf der Ober- und Unterseite mit je einer Schicht eines auishärtbaren Dichtungsmaterials versehen wird, daß dann in dieser Form ausgehärtet wird, daß Ober- und Unterschicht an den Kanten des Doppelgewebes gegen das fluide Wärmeaustauschermedium dicht miteinander verbunden, und daß hierauf die Zu- und Ableitungen angebracht werden. Vorzugsweise wird mindestens eine Oberfläche des beschichteten Doppelgewebes vor dem Aushärten strukturiert. Vorzugsweise wird die Eigenformstabilität dadurch bewirkt, daß das Doppelgewebe

so auf mindestens einer Seite mit einem vorgeformten Körper verbunden wird.

Nach einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Doppelgewebe auf der Ober- und Unterseite mit je einer Schicht eines aushärtbaren Dichtungsmaterials versehen und dann in die gewünschte Form gebracht.

Dann wird in dieser Form ausgehärtet. Danach werden Ober- und Unterschicht an den Kanten des Doppelgewebes gegen das fluide Wärmeaustauschermedium dicht miteinander verbunden, und hierauf werden die Zu- und Ableitungen angebracht.

Die zur Herstellung des Wärmeaustauscherelementes verwendeten Doppelgewebe sind bekannt. Sie werden z. B. nach dem in der DE-OS 15 35 736 beschriebenen Verfahren hergestellt, oder nach Melliand Textilberichte 7/1970, S. 766. Die Abstandhalterfilamente sind vorteilhaft Monofilamente und geben so dem Doppelgewebe die erforderliche Festigkeit gegen Zusammen-

drücken. Das Doppelgewebe einschließlich der Abstandhalterfilamente besteht je nach Anforderungen an seine Eigenschaften aus Polyestern, Polyamiden, Polytetrafluorethylen, Glas oder anderen Fadenmaterialien.

Die Zu- und Ableitungen für das fluide Wärmeträgermedium, welches das Wärmeaustauscherelement durchfließen soll, werden wie bekannt angebracht, z. B. nach der bereits erwähnten DE-OS 27 14 901 oder wie in der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 23 913 beschrieben.

Das Wärmeaustauscherelement muß nach allen Seiten für das benutzte fluide Wärmeüberträgermedium dicht sein. Als Abdichtungsmaterialien kommen sowohl Platten aus Metallen wie z. B. Kupfer oder Aluminium als auch flache Körper aus den üblichen thermoplastisehen Kunststoffen wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polystyrol in Frage; dabei können dann die Seitenteile des Wärmeaustauscherelementes durch Verschweißen oder Verkleben geschlossen werden.

Als sehr sinnvolljiai es sich erwiesen, daß die Abdichtung auf mindestens einer Seite aus zunächst verformbarem, dann aber auch Aushärten versteiftem Material besteht. Diese aushärtbaren Materialien sind vorzugsweise duromere Kunstharze, wie ungesättigte Polyesterharze. Epoxidharze, Methacrylatharze, Phenolformaldehyd-Harze, Melaminharze oder Furanharze. Es können aber auch hydraulisch abbindende Materialien, wie z. B. Zement oder Gips zum Einsatz kommen. Alle diese Materialien können mit Glasfasern oder mit Gewebe verstärkt sein.

Nach dem Aufbringen des noch verformbaren Abdichtungsmaterials erfolgt das \ushär~;n nach den bekannten Methoden.

Zum Erzielen besonderer optischer Ef' ikte wird mindestens eine der beiden Oberflächen des Wärmeaustauscherelementes strukturiert Dadurch gekommt das Wärmeaustauscherelement die äußere Struktur anderer, herkömmlicher Werkstoffe, z. B. von Dachziegeln oder von Schieferplatten.

Durch formschlüssiges Verbinden des zunächst noch verformbaren Doppelgewebes mit einem vorgeformten Flächengebilde, wie z. B. einer gewellten Asbestzementplatte, oder einer gewellten Kunststoffplatte, die als Dachdeckung dienen soll, erhält man ein Wärmeaustauscherelement, welches die günstigen mechanischen Eigenschaften dieser vorgegebenen gewellten Platte mit den günstigen Wärmetauschereigenschaften des vollflächig durchströmten Doppelgewebes vereint Ebenso reicht es aber für viele Zwecke auch aus, das mit dem noch zunächst verformbaren Material bestrichene Doppelgewebe selbst in die gewünschte Form zu bringen und danach das Aushärten vorzunehmen.

Im folgenden soll die Herstellung der formstabilen, vollflächig durchströmten Wärmeaustauscherelemente noch näher beschrieben werden. Ein Doppelgewebe der gewünschten Abmessungen, z. B. 5 · 1 m und von einem Abstand von 2 mm zwischen Ober- und Untergewebe, wird zwischen zwei mit härtbarem Kunstharz getränkten und auf ihre Rückseiten mit einer Trennfolie versehenen Fasermatten eingelegt und wird durch leichte Pressung mit einem Rakel beidseitig beschichtet. Zur Vermeidung von Schweiß- und Fügearbeiten zur Abdichtung der offenen Ränder des Doppelgewebes ist es vorteilhaft, daß das Kunstharzlaminat eine größere Abmessung hat als die Doppelgewebebahn, damit beide Kunstharzlaminate außerhalb des Randes des Doppeleewebes miteinander verbunden werden.

Eine druckfeste Abdichtung des eingelegten Doppelgewebes kann auch dadurch erreicht werden, daß das mit dem Kunstharzlaminat versehene Doppelgewebe nach der Aushärtung des Kunstharzes in den Randbereichen mit einer umlaufenden Einfräsung bis zur unteren Schicht versehen wird, und daß die so erhaltene Nut mit einem Kunstharz vorzugsweise deckschichtbündig ausgegossen wird. Dabei ist die Viskosität des Kunstharzes so eingestellt, daß ein Verlaufen des Kunstharzes in das Doppelgewebe hinein vermieden wird. Nach dem Abziehen der Trennfolie erhält man auf diese Weise ein flächiges, druckfestes und dimensionsstabiies Hohlkörperelement mit brillanter Oberfläche, welches, mit Zu- und Ableitungen versehen, in weiten Bereichen der Technik ais Plattenwärmeaustauscher oder Wärmeabsorber eingesetzt werden kann.

Üblicherweise sind die Zu- und Ableitungen für das fiuide Medium diagonal versetzt angeordnet Sie können sich aber auch auf derselben Seite des Wärmeaustauscherelementes befinden. Um dabei eine vollflächige Durchströmung des Wärmeaustauscherelementes sicherzustellen, wird in der Mitte des Wärmeaustauscherelementes zwischen Zu- und Ableitung eine Zone mit einem höheren Strömungswiderstand gebildet, wobei diese Zone das Wärmeaustauscherelement nur zum Teil in zwei getrennte Strömungskammern unterteilt Man erreicht dies beispielsweise dadurch, daß senkrecht zur Verbindungslinie der Anschlüsse eine Nut gefräst wird, die sich nur über einen Teil der Länge bzw. der Breite des Wärmeaustauscherelementes erstreckt, und die mit einem Kunstharz ausgegossen wird. Diese Anordnung der Anschlüsse auf der einen Seite des Wärmeaustauscherelementes erspart in manchen Anwendungsfällen Montagekosten und erleichtert die Integration in bestehende Systeme. Dies ist beispielsweise bei dem Einsatz der Wärmeaustauscherelemente als Wärmeabsorber in Energiedach/Wärmepumpensystemen zur Nutzung der Umgebungswärme der Fall. Ohne die risikoreiche Durchführung der Rohrleitungen durch die Dachhaut und ohne Sichtbarwerden von Rohrleitungen auf dem Dach können bei einseitiger Anordnung die Zu- und Ableitungsrohre beispielsweise unter der Firstabdekkung verlegt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauscherelements, das aus einem Doppelgewebe mit steifen Abstandhalterfilamenten besteht, das gegen fluide Wärmeträgermedien abgedichtet ist, und das Zu- und Ableitungen für die fluiden Wärmeträgermedien aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

das Doppeigewebe in die gewünschte Form gebracht und dann auf der Ober- und Unterseite mit je einer Schicht eines aushärtbaren Dichtungsmaterial versehen wird,

daß dann in dieser Form ausgehärtet wird,
daß Ober- und Unterschicht an den Kanten des Doppelgewebes gegen das fluide Wärmetauschermedium dicht miteinander verbunden, und
daß hierauf die Zu- und Ableitungen angebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenformstabilität dadurch bewirkt wird, daß das Doppelgewebe auf mindestens einer Seite mit einem vorgeformten Körper verbunden wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche des beschichteten Doppelgewebes vor dem Aushärten strukturiert wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauscherelements, das aus einem Doppelgewebe mit steifen Abstandhalterfiiamenten besteht, das gegen fluide Wärmeträgermedien abgedichtet ist, und das Zt und Ableitungen für die fluiden Wärmeträgermedien aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelgewebe auf der Ober- und Unterseite mit je einer Schicht eines aushärtbaren Dichtungsmaterials versehen wird, daß es dann in die gewünschte Form gebracht wird, daß dann in dieser Form ausgehärtet wird, daß Ober- und Unterschicht an den Kanten des Doppelgewebes gegen das fluide Wärmeaustauschermedium dicht miteinander verbunden werden, und daß hierauf die Zu- und Ableitungen angebracht werden.