DD264745A1

DD264745A1 - Flexibles waermeaustauscherelement

Info

Publication number: DD264745A1
Application number: DD87308098A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Heinze; Christoph Riedel
Original assignee: Textiltech Forsch Inst
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1989-02-08
Also published as: DD264745B5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Wärmeaustauscherelement, das zur Verwertung von Sonnen- oder Sekundärenergie und als Bestandteil von Klimaschutzkleidung geeignet ist. Das Wärmeaustauscherelement ist ein beschichtetes Hohlgewebe, das röhrchenförmige Leitkanäle mit einer glatten, strömungsgünstigen Oberfläche besitzt. Das Wärmeaustauscherelement hat eine durch Rippenstruktur vergröîerte Oberfläche. Die Herstellung ist mit kostengünstigen Rohstoffen möglich. Fig. 1{Wärmeaustauscherelement, Energieverwertung, Energierückgewinnung, Klimaschutzkleidung, Hohlgewebe, Leitkanäle, Rippenstruktur}

Description

2*9*95-

Titel der Erfindung Flexibles Wärmeaustauscherelement Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein flexibles Wärmeaustauscherelement, das für unterschiedliche Wärmeaustauschprozesse fest installiert, vorübergehend verlegt oder transportabel gehandhabt werden kann. Als Beispiele für Wärmeaustauschprozesse sollen die Absorption von Sonnenstrahlung oder diffuser Wärmestrahlung, die Abgabe von Wärme zum Zwecke der Erwärmung von Räumen, bei unterirdischer Verlegung die Erwärmung von Erde in Gewächshäusern dienen,

nharakteristik des bekannten Standes der Technik

Eine nutzbare Umwandlung der eingestrahlten Solarenergie kann über Solarzellen in elektrische Energie oder über Solarkol.lektoren in Wärmeenergie erfolgen. Für eine möglichst hohe Abborption der Strahlungsenergie dienen geschwärzte Flächen, die vorwiegend aus Kupfer oder Aiuminlumplatten bestehen, in wärmeisolierende Kästen eingebaut und mit Glasscheiben abgedeckt sind. Als zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit wird im allgemeinen Wasser mit antikorroaiven Zusätzen verwendet. Die Abgabe der absorbierten Wärme erfolgt über Konvektoren, Die direkte Erwärmung von Brauchwasser ist wegen der zugesetzten Chemikalien bei diesen Kollektoren nicht möglich. Außer den relativ kompliziert aufgebauten, kosten- und wartungsauf-

wendigen sowie in aar Fläche begrenzten starren Solarkollekioren sind verschiedene Ausführungen von flexiblen Wärmeaustauscherelementen für gleiche oder ähnliche Einsatzgebiete bekannt. Diese besitzen den Vorteil niedrigerer Einstandskosten sowie der leichteren Verlegbarkeit und Handhabbarkeit, die offensichtlich den Nachteil des geringeren Wirkungsgrades gegenüber den technisch aufwendigeren starren Sonnenkollektoren aufwiegen. Außerdem sind die Einsatzgebiete von flexiblen Wärmeaustauscherelementen vielseitiger. Bekannt sind im Prinzip 3 Ausführungsformen, Bei dor ersten werden Kanäle für den Durchfluß von Wärmeleitungeflüseigkeiten durch dae linienförmige Verschweißen von geeigneten Polymerfolien gebildet, wobei zum Teil transparente Folien zur Sonnenseite und schwarze, wärmeabsorbierende Folien auf der Unterseite verwendet werden. Trotz der guten Flexibilität besitzen derartige Austauscherelemente aufgrund der leichteren mechanischen Verletzbarkeit der eingesetzten Folien nur Bedeutung für stationäre Einsatzgebiete, Bei der zweiten Ausführungsform werden Kunatstoffschlöuche als Transportkanäle für Wärmeleitungsflüssigkeiten verwendet. Zur Erzielung eines flexiblen Austauscherelementes werden diese Schläuche auf textlien Flächengebilden befestigt, in diese bei der Herstellung eingewebt oder als Bindungeelement in ein Kettengewirke eingebunden (DD-PS 225 766, DD-PS 226 058, DD-PS 237 369), Durch diese Anordnung bedingt, beträgt die für den Wärmeaustausch aktive Fläche nur einen Teil der zur Verfügung stehenden Gesamtfläche, wodurch der Wärmeaustauscheffekt pro m Fläche niedriger liegt als bei den anderen Ausführungeformen. Als dritte Ausführungeform sind Wärmeauetauscherelemente auf Basis beidseitig beschichteter Doppelgewebe bekannt, bei denen Ober- und Untergewebe durch Bindefäden auf Abstand gehalten werden und auf diese Weise einen Hohlkörper mit beidseitig planer Oberfläche bilden. Diese in den DE-OS 2 714 901, F240 3/02 und 3 140 482 F240 3/02 beschriebenen Wärmeaustauscherelemente können großflächig verlegt werden. In der DE-OS 3 342 056, F24D 3/02 wird ein derartig beschichtetes Doppelgewebe mit einer transparenten Folienabdeckung versehen und führt wegen des dadurch erzeugten Treibhauseffektes zu einer höheren Effektivität als Solarkollektoren,

Obwohl die dritte Ausführung« form der Wärmeaustauscherelemente ^; günsti^r ist als die erstgenannten, führt der hohe Strömungswiderstand im Inneren, besonders durch die als Abstandshalter vorhandenen Bindefäden, und der nicht zwangsläufig geordnete Strömungsfluß zu wesentlichen Nachteilen. Hoher Strömungswiderstand pro Zeiteinheit verringert die Durchflußmenge und damit den Nutzeffekt des Wärmeaustauscherelementes oder es muß mehr Energie für die Durchströmung aufgewendet werden. Hoher Druck beim Durchströmen führt außerdem leichter zu Undichtheiten und zu Verschleiß. Der nicht zwangsläufig geordnete Strömungsfluß bedingt, daß nicht das gesamte Wärmeauatauecherelement gleichmäßig durchflossen wird. Es bilden sich Zonen, in welchen nur eine geringe Eiewegung des Wärneaustauschermediume erfolgt, woraus ebenfalls ein niedriger Wirkungsgrad , resultiert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist unter Beseitigung der vorgenannten Nachteile ein flexibles Wärmeaustauscherelement aus verschleißfestem Textilmaterial, das sich einfach und kostengünstig herstellen läßt und das für sehr unterschiedliche und auch wechselnde Einsatzbedingungen verwendbar ist. Das flexible Wärmeaustauscherelement soll sowohl als beliebig lange, ebene Fläche oder z, B, als gerollte oder gefaltete Bahn einsetzbar sein. Es soll eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber aggressiven Stoffen besitzen und im Bedarfsfall auch bei Temperaturen über 100° C einsetzbar »ein,

Darlegung de9 Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Wärmeaustauecherelement zu schaffen, das einen sehr kleinen Strömungswiderstand besitzt und zum anderen vollständig und gleichmäßig durchströmt wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Oberfläche möglichst groß zu gestalten.

Erfindung8c;dint>k. wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein von flüssigen oder gasförmigen Medien durchströmtes Hohlgewebe aus röhrchenförmigen Leitkanälen gebildet wird und die Leitkanäle auf der Strömungsseite glatte Chemieseide und/oder glatte Fäden aus Chemiefasern enthalten, die den Strömungswiderstand klein halten. Dieser erfindungsgemäße Aufbau garen tlerv außerdem eine gleichmößige ur«d vollständige Durchetrömung des Wärmeaustauscherelementes.

Das erfindungsgemäße Wäremaustauteherelement weist eine gerippte Oberfläche und damit eine vergrößerte Wärmeaustauschfläche auf. Gleichfalls erfindungsgemäß ist die Anordnung mehrerer röhrchenförmiger Leitkanäle mit unterschiedlichen Durchmessern, damit wird die ruhende Luftschicht über dem Wärmeaustauscherelement vergrößert. Ebenfalls gilt ale erfindungsgemäß, daß die röhrchenförmigen Leitkanöle längs der Geweborichtung oder in F-'orm einer Schlangenlinie verlaufen. Letztere Variante ermöglicht, daß die Bahnen in beliebiger Länge geschnitten und danach die Anschlußstücke angebracht werden können. Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß seitlich om Wärmeaustauscherelement und/oder auch innerhalb, geschlossene, nicht hohle Gewebeteile vorhanden sind, die der Befestigung an einem Bauteil und/oder der Befestigung einer Abdeckfolie dienen. Diese nicht hohlen Gewebeteile könne»! zur einfachen Befestigung durchbohrt, verschraubt, verschweißt u, dgl, werden, ohne daß das Wärmeaustauscherelement beschädigt wird. Gleichfalls erfindungsgemäß ist, daß es aus glatter Chemieseide,vorzugsweise Polyester-, Glas-, Arimid-, und/oder Polyoxidiazolseide und aus Fäden aus Chemiefaser^ vorzugsweise solchen aus Polyacrylnitril-, Polyester-, Glas-, Polyoxidiazol-, voroxidierten oder chemisch-modifizier« ten Polyacrylnitril-, KeramIkfasern oder Mischungen daraus besteht. Neben dem geringen Strömungswiderstand besitzen derartig aufgebaute Wärmeaustauscherelemente eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Einwirkungen voii UV-Licht, hohen Temperaturen und aggressiven Medien,

Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß die glatten Chemieseiden vor dem Webprozeß mit einer Präparation auf Basis von Polyolefinen, Polysiloxanen und/oder Polyfluorcarbonen versehen wurden, die das Gleitvermögen von insbesondere flüssigen Wärmeträgermedien erhöht.

Schließlich ist es erfindungsgemäß, daß das Hohlgewebe einer Beschichtung, vorzugsweise öus licht- und alterungsbeotändigen stabilisierten Polymeren wie Polyaerylat, Polychloropren, Polyvinylchlorid und/oder Polyurethan und stark Infrarotstrahlung absorbierenden Pigmenten ,vie Ruß, Graphit, Metallen, Carbiden, Boriden, Nitriden, Suiziden oder Mischungen dieser Pigmente aufweist.

Das erfindungsgemäße Wärmeaustauscherelement zeichnet sich dadurch aus, daß es einfach und kostengünstig herstellbar und daß es sehr vielseitig einsetzbar ist. Bevorzugte Einsatzgebiete sind die Nutzung von Sonnen- und Sekundärenergie, Die Verlegung und Wartung ist durch die einfache Montage und Demontage mit geringem Aufwand möglich und es wird eirs hohe Lebensdauer erreicht,

Das flexible Wärmoauetauscherelement ist auch geeignet, Sekundärenergie aus Abwasserkanälen oder von Abgasleitungen zu entnehmen. Weiter läßt sich das Wärmeaustauscherelement zur Zu- oder Ableitung von Wärme in Klimaschutzkleidung nutzen. Als Wärmeträgermedien für diese Austauschprozesse finden flüssige oder gasförmige Wärmeträger Verwendung,

Aus füh run gs be is piele

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne die Allgemeingültigkeit einzuschränken.

Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig, 1 ein Wärmeaustauscherelement aus annähernd kreisrunden Leitkanälen;

Fig. la den Aufbau der Leitkanäle;

Fig. 2 ein Wärmeaustauscherelement mit Leitkanälen unterschiedlich großen Durchmessers;

Fig. 3 ein Wärmeaustauscherelement mit längs der Geweberichtung angeordneten Leitkanälen;

Fig. 4 ein Wärmeaustauscherelement mit schlangenlinienförmig angeordneten Leitkanälen;

Fig, 5 ein Wärmeaustausoherelement mit geschlossenen, nicht hohlen Gewebeteileni

Fig. 6 ©in Wärmeaustauscherelomem mit ruhender Luftschicht,

Fig. 1 zeigt ein Wärmeaustauschor&lement mit annanernd kreisrunden Leitkanälen 1, die gemäß Fig, le eine glatte Innenseite 1' und eine beschichtete Außenseite l'¹ aufweisen.

Fig. 2 zeigt ein Wärmeaus tauscherelernent mit Leitkanälen Si, 3 unterschiedlich gro&uri Durchmessers, über dem sich in du.i 3e~ reichen der Leitkanäle 3 mit geringerem Durchmesser, begrenzt durch Leitkanäle 2 mit größerem Durchmesser, eine ruhende Luftschicht ausbilden kann.

Gemäß Fig. 3 sind die Leitkanäle 2*, 3* in Längsrichtung des Gewebes angeordnet, während sie gemäß Fig. 4 Schlangenlinien·" förmig quer zur Geweberichtung angeordnet sind. Die Leitkanö« Ie 4 werden dabei beidseitig von geschlossenen, nicht hohlen Bereichen 5 begrenzt.

Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, das Hohlgewebe in beliebig große Stücke zuschneiden, an deren Enden die Anschlußstüoke 6, 7 angebracht sind.

Fig. 5 zeigt ein Wärmaaustauscherelement, bei dem zwischen den Leitkanälen θ geschlossene Gewebestreifen 9 liegen, die einmal die Festigkeit des Wärmeaustauscherelementes erhöhen, zum anderen die Befestigung an einem Bauteil o. ä. ermöglichen. Die Anschlußstücke 10, 11 können ein- oder beidseitig über die geschlossenen Bereiche 5' der festen Geweberänder oder auch wie in Fig. 4 gezeigt, an den Trennstellen des Hohlgewebes angebracht sein.

Gemäß Fig. 6 ist über einem beschichteten Hohlgewebe, beste« hend aus Leitkanälen 12 mit größerem Durchmesser und LeitkanÄlen 13 mit geringerem Durchmesser eine Transparentfolie 14 gespannt, die eine ruhende Luftschicht 15 zwischen sich und dem Hohlgewebe einschließt.

Beispiel 1:

Das erfinclungagemäße Wärmoaustauscherelement wird ale feil 9ines Sonnenkollektors auf Dächern von Gebäuden verlegt und die' der Warnwasserbereitung, indem es von dem zu erbarmenden V₁ - er durchflossen wird. Vorzugsweise werden die Vorlouftemperaturen von anderen Warmwaöserbereitungssystemenerhöht. Des eingesetzte Hohigewebe besteht in Kettrichtung auti Polyasterseid©, wobei die Polyesteraeide überwiegend auj der Innenseite der röhrchenförmigen Leitkanäle engeordnet ist. In Schußrichtung wird Polyacrylnitrixfasergarn verwendet ι wolches überwiegend auf der Außeneeite des Hohlgewebes angeordnet ist und damit eine hohe UV-haetändigkeit und edne intensive Haftung der Beschichtung garantiert. DasHohlgswebe besteht vollständig aus annähernd Kreisrunden Leitkanälen (Fig. 1). Diese Konstruktion und die gerippte Oberfläche führen zu einem hohen Wirkungegrad und geringen Wärmeverlusten. Die Beschichtung besteht aus einem vernetzten Polyacrylat, das mit Ruß angereichert ist.

Beispiel 2:

Das erfindungsgemäße Wärmeeustauscherelement ist Teil einer Wärmerückgewinnungsanlage In einem metallurgischen Betrieb. Die gute Flexibilität des Wärmeaustauscherelementes ermöglicht auch die Umkleidung von gekrümmten und räumlich eng verlegten Abgas- und Abluftrohren. Das Wärmeaustauscherelement besteht aus Glasseide und chemisch mit Schwefel modifiziertem Polyacrylnltrilfasergarn. Das Hohlgewebe ist beidseitig mit einem mit fein verteilter Kieselsäure gefüllten Siliconkautschuk benchlchtet. Das Wärmeaustauscherelement ist bis etwa 200 ⁰C anwendbar, Ee wird von Wasser durchflossen.

Beispiel 3t

Das erflndungegemöße Wärmeaustauscherelement wird zur Wärmerückgewinnung in Abwä3sorkanälen von Wohnungs- und Industriebauten in Verbindung mit einer Wärmepumpe genutzt. Das Wärmeaustauscherelement wird dabei vom erwärmten Abwasser auf der Außenseite umströmt, das dao in den Leitkanölen des Wörmeaustauscherelemontes geführte Wasser erwärmt. Die aufgebrachte Beschichtung auf Pasis vor» Polychloropren gewöhrleiutet eine hohe Widarstnndeföhigkeit: auch gegenüber aggressiven Medien und oine gründliche und einfache Reinigung.

Beispiel 4:

Das erfindungsgemäße Wärmeaustauscherelement ist in Klimaschutzkleidung integriert, die wahlweise für Kühl- oder Heizzwecke genutzt werden kann. Das Wärmeaustauscherelement ist nur auf der Außenseite einseitig mit Polyurethan beschichtet. Auf der Innenseite erlaubt die poröse Gewebestruktur das Durchströmen von Luft, Oe nach Bedarf wird die Klimaschutzkleidung mit Kalt- oder Warmluft versorgt,

Beispiel Qt

Das erfindungcgemäße Wärmeauetauscherelement dient der Erwärmung von Wasser und wird als Teil eines Sonnenkollektors auf Dächern oder an Wänden von Gebäuden verlegt. Es besteht aus einem Polyesterseidengewebe mit unterschiedlich großen Durchflußkanälen, das zur Reduzierung des Strömungswiderstandes mit Polyfluorcarbonen behandelt wurde. Das Wärmeaustauscherelement weist an der Oberseite eine austauschbare Transparentfolie auf, die an den seitlichen, nicht hohlen Geweberändarn befestigt 1st, Die Transparentfolie verbessert den Wirkungsgrad durch die ruhende Luftschicht erheblich. Im Bedarvsfall kann die Transparentfolie ausgetauscht und/oder gereinigt werden, ohne daß das Wärmeauetauscherelsment demontiert oder außer Betrieb genommen werden muß.

Claims

Patentanspruchs

1. Flexibles Wärmeaustauscherelement aus einem beschichteten Hohlgewebe, gekennzeichnet dadurch, daß das Hohlgewebe aus röhrchenförmigen Leitkanälen (1, 2, 2', 3, 3*. 4. 8. 12. 13)besteht und die Leitkanäle (1, 2, 2¹ , 3, 3', 4, 8, 12, 13) auf der Strömungsseite glatte Chemieseide und/oder glatte Fäden aus Chemiefasern enthalten, die den Strömungswiderstand klein halten,
2. Flexibles Warmeaustauscherelement nach Anspruch I₁ gekennzeichnet dadurch, daß das Warmeaustausche^iement zur Vergrößerung der Wärmeaustauschflache eine gerippte Oberfläche besitzt,
3. Flexibles Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Ausbildung einer ruhenden Luftschicht Ober dem Wärmeaustauscherelement mehrere röhrchenförmige Leitkanäle (2, 2', 3, 3', 12, 13) mit unterschiedlichen Durchmessern vorhanden sind.
4. Flexibles Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die röhrchenförmigen Leitkanäle (1, 2, 2', 3, 3¹, 4, 8, 12, 13) längs der Geweberichtung oder in Form einer Schlangenlinie angeordnet sind.
5. Flexibles Wärmeaustauscherelement nach Anspruch l, gekennzeichnet dadurch, daß seitlich am Wärmeaustauscherelement und/oder auch innerhalb, geschlossene, nicht hohle Gewebetoile (5) vorhanden sind, die der Befestigung an einem Bauteil und/oder der Befestigung einer Abdeckfolie dienen,
6. Flexibles Wärmeaustauscherelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß es glatte Chemieseide, wie Polyester-, Polyamid-, Polyolefin-, Glas«, Arimid- und/oder Polyoxidiazolseide und Fäden aus Chemiefasern, wie Polyacrylnitril-, Polyester-, Glas-, Polyoxidiazol-, voroxidierten oder chemisch-modifizierten Polyacrylnitril-, Keramikfasern oder Mischungen daraus enthält.
7. Flexibles Wörmeaustauscherelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß us glatte Chemieseiden enthält, die vor dem Webprozeß mit einer Präparation auf Basis von Polyolefinen, Polyeiloxansn und/oder PoIyfluorcarbonen veroehen wurden, die das Gleitvermögen von insbesonderen flüssigen Wärmetrögermedieη erhöht,

θ. Flexibles Wärmeaustauecherelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Hohlgewebe eine Beschichtung aus licht- und alterungsbeständigen, stabilisierten Polymeren wie Polyacrylat, Polychloropren, Polyvinyl chlorid und/oder Polyurethan und stark Infrarotstrahlung absorbierenden Pigmenten wie Ruß, Graphit, Metallen, Car biden, Bonden, Nitriden, Suiziden oder Mischungen dieser Pigmente aufweist.

3 St ι