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Die
Erfindung betrifft einen flüssigkeitsdurchströmten Körper aus
Kunststoff gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 0 136 612 A2 ein
flüssigkeitsdurchströmter Körper aus
Kunststoff bekannt, der einen länglichen
als Hohlkörper
ausgebildeten Grundkörper
umfaßt
und an zwei einander gegenüberliegenden
freien Enden Endstücke
aufweist. An diesen Endstücken
ist jeweils ein Anschluß angeordnet,
um jeweils ein Endstück
für einen
Zulauf und Ablauf zuzuordnen. Die Anschlüsse sind diagonal an den einander
gegenüberliegenden
Enden vorgesehen. Die weiteren daran angeordneten Stutzen dienen
zur Befestigung eines Wärmetauschers.
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Dieser
flüssigkeitsdurchströmte Körper aus Kunststoff
als vorfabrizierte Einheit weist den Nachteil auf, dass zu dessen
Einbau eine vorgegebene Orientierung erforderlich ist und die flüssigkeitsdichte Montage
sehr aufwendig ist.
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Aus
der
DE 37 32 081 A1 geht
des Weiteren ein plattenförmiger
Wärmetauscher
hervor, welcher einen länglichen
als Hohlkörper
ausgebildeten Grundkörper
aufweist, der an einer Seite ein Endstück mit einem Zulauf und an
einer gegenüberliegenden
Seite ein Endstück
mit einem Ablauf aufweist oder an einer Hälfte des plattenförmigen Körpers ein Endstück mit einem
Zulauf und an einer benachbarten Hälfte des Grundkörpers ein
separates Endstück mit
einem Ablauf aufweist.
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Bei
dieser Anordnung ist der Nachteil gegeben, dass eine entsprechende
Einbaurichtung einzuhalten ist, um die Anschlüsse für Zu- und Ablauf entsprechend
zuzuordnen. Dadurch ist der Aufwand von der Anbringung von Anschlußelementen
sowie der Einbau aufwendig.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen flüssigkeitsdurchströmten Körper zu schaffen,
bei dem eine für
jeden Anwendungsfall geeignete Fließgeschwindigkeit des Flüssigkeitsmediums,
eine einfache und kostengünstige
Herstellung und eine schnelle Anpassung und Montage an den jeweiligen
Einsatzfall ermöglicht
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung weist den Vorteil auf, dass durch die symmetrische Anordnung
der Anschlüsse die
Ausrichtung und Orientierung des Körpers beim Einbau unabhängig ist.
Dadurch kann eine einfache und sichere Montage des Körpers gegeben
sein. Gleichzeitig ist aufgrund der Ausgestaltung der Anschlüsse mit
geschlossenen Enden der Vorteil gegeben, dass nur der Anschluß geöffnet wird,
der für
die Zuführung
oder Abführung
des Flüssigkeitsmediums vorgesehen
ist. Dadurch wird wiederum eine Erleichterung und Vereinfachung
in der Montage und bei einer Druckprüfung des angeschlossenen Körpers ermöglicht.
Gleichzeitig ist das Herstellen von geschlossenen Enden zusammen
mit der Herstellung der Endstücke
kostengünstig.
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Durch
die aus Kunststoff hergestellten flüssigkeitsdurchströmten Körper kann
erreicht werden, dass trotz großer
Länge sehr
leicht ausgebildete Körper
ausgebildet sein können,
die problemlos gehandhabt werden können.
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Des
Weiteren können
derartig lamellenartig ausgebildete Körper in großen Gebäuden, Hallen oder auch Ställen als
Heiz- oder Kühlelemente
eingesetzt werden, um an die Jahreszeit angepaßt im Sommer mit einer Kühlflüssigkeit
und im Winter mit einer aufgeheizten Flüssigkeit beschickt zu werden.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, daß der
Querschnitt des bzw. der Anschlüsse
des Endstücks
kleiner als der Querschnitt der Mischstrecke im Endstück ist. Dadurch
kann erreicht werden, daß keine
Probleme bei der Aufnahme des durchströmenden Volumens auftreten.
Der flüssigkeitsdurchströmte Körper ermöglicht,
daß in
dem Strömungskanal
eine niederere Strömungsgeschwindigkeit
als in den Zu- und Abfuhrableitungen vorliegt. Dadurch kann der
Temperaturaustausch gesteigert werden, wobei dies insbesondere bei
Heizelementen ein Vorteil ist. Beim Einsatz von Kühlelementen
kann ein höherer
Druck angelegt werden, um eine höhere
Strömungsgeschwindigkeit
zu erreichen, damit der Kühleffekt
aufgrund einer konstant aufrechterhaltenen größeren Temperaturdifferenz erhöht sein
kann. Diese Querschnittsverhältnisse
können
auch dann gelten, wenn zwei oder mehrere Anschlüsse vorgesehen sind. Der Querschnitt
der Mischstrecke kann dann entsprechend angepaßt sein. Das Endstück weist
vorteilhafterweise einen U-förmigen
Querschnitt auf, der sich über die
gesamte Breite des flüssigkeitsdurchströmten Körpers erstreckt
und im wesentlichen eine gleich große Querschnittsfläche aufweist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der
Grundkörper
extrudiert ist. Dadurch können
meterlange, lamellenartig ausgebildete flüssigkeitsdurchströmte Körper geschaffen
werden. Diese können
prinzipiell endlos sein, wobei beispielsweise eine Länge von
bis zu 12m noch praxistauglich und transportierbar ist. Somit kann
in kostengünstiger
Weise ein flüssigkeitsdurchströmter Körper herstellbar
und auf unterschiedliche Längen
anpaßbar
sein.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß eine
Vielzahl von Wandabschnitten in dem Grundkörper zur Ausbildung von Strömungskanälen vorgesehen
ist. Dies hat insbesondere bei über
mehrere Meter lang ausgebildeten Körpern den Vorteil, daß diese
eine gewisse Eigensteifigkeit haben. Zudem wird verhindert, daß die im
allgemeinen im Querschnitt rechteckförmig ausgebildeten Körper bei
der Beaufschlagung mit der Flüssigkeit
eine bauchige Ausbildung erfahren, wodurch eine Verringerung der
Steifigkeit gegeben wäre.
Des weiteren können
durch die Vielzahl der Wandabschnitte kontrollierte Strömungsverhältnisse
erzielt werden. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die im
wesentlichen parallel zur Schmalseite verlaufenden Wandabschnitte
quadratische oder rechteckförmige
Strömungskanäle ausbilden
können.
Gleichzeitig kann eine vergrößerte Oberfläche des
flüssigkeitsdurchströmten Körpers geschaffen sein,
wodurch ein erhöhter
Temperaturaustausch gegeben ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass für
den flüssigkeitsdurchströmten Körper eine
Wandstärke
im Bereich von 0,5 bis 2mm, vorzugsweise zwischen 1,0 bis 1,5mm,
aufweist. Dadurch kann eine gute Temperaturübertragung geschaffen sein,
wobei die Steifigkeit von beispielsweise bis zu 12m langen Körpern erhalten
bleiben kann. Gleichzeitig ermöglicht
die Verringerung der Wandstärke
eine kostengünstige Herstellung
durch Materialeinsparungen.
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Alternativ
können
auch mehrere Anschlüsse vorgesehen
sein. Dies kann auf den jeweiligen Anwendungsfall beziehungsweise
auf die erforderliche Durchflußmenge
von Flüssigkeit
abgestimmt werden, wobei zu beachten ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit
nicht zu groß wird,
da sonst einerseits eine Wärmeabgabe
beziehungsweise andererseits eine Wärmeaufnahme in hohem Maße nicht
ermöglicht
wäre.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Zu- und Ablauf diagonal zueinander versetzt an den Anschlüssen anordenbar
ist. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn der flüssigkeitsdurchströmte Körper zur
Kühlung
von Fäkaliengruben
bei der Masttierhaltung vorgesehen ist. Die Kühlkörper sind schwimmend auf der
Flüssigkeitsoberfläche angeordnet,
wobei die Querachse der Körper
gegenüber der
Flüssigkeitsoberfläche geneigt
angeordnet sind, so daß die
unmittelbar auf den Körper
fallenden Fäkalien
nicht darauf liegen bleiben können.
Dabei ist vorgesehen, daß an
dem unteren Anschluß der
Zulauf anordenbar ist und an dem diagonal gegenüberliegenden oberen Anschluß der Ablauf
anschließbar ist.
Dadurch kann erreicht werden, daß der Grundkörper gleichmäßig befüllt und
vollständig
durchströmt wird.
Bei der Erstbefüllung
baut sich nach und nach ein Druck auf, so daß die Flüssigkeit über den oberhalb des unteren
Anschlusses liegenden Abfluß abströmen kann.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist des
weiteren vorgesehen, daß anwendungsspezifisch
wahlweise ein oder mehrere Anschlüsse zum Einsatz kommen können. Die
Anschlüsse
der Endstücke
sind vorteilhafterweise geschlossen ausgebildet, so daß entsprechend
dem Einsatzfall eine Verschlußkappe
des Anschlusses abgeschnitten werden kann, um mit einem Anschlußelement,
wie beispielsweise einem Schlauch, verbindbar zu sein. Vorteilhafterweise
kann ein Schrumpfschlauch auf dem Anschluß des Stutzens anbringbar sein,
wodurch eine zusätzliche
Befestigungsschelle eingespart werden kann.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß für den Einsatz
der Kühlelemente
als Schwimmkörper
ein thermoplastischer Kunststoff mit einer Dichte kleiner als Wasser,
also kleiner ≈ 1g/cm3, verwendet wird. Für den Einsatz als Kühlelement
für Luft
oder als Heizelement kann ein Kunststoff eingesetzt werden, dessen
Dichte kleiner und/oder schwerer als Wasser ist und an dem Einsatzfall
optimiert ist.
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In
den Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen
und Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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In
der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung ist ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der
Erfindung angegeben. Es zeigen:
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1 einen schematischen Teilquerschnitt eines
flüssigkeitsdurchströmten Körpers,
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2 einen schematischen Schnitt
entlang der Linie I-I in 1,
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3 eine schematische Darstellung
eines Verfahrensschrittes zur Herstellung eines flüssigkeitsdurchströmten Körpers gemäß der Erfindung.
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In 1 ist ein flüssigkeitsdurchströmter Körper 11 dargestellt,
der als Kühl-
und/oder Wärmeelement
einsetzbar ist. Der flüssigkeitsdurchströmte Körper 11 weist
einen Grundkörper 12 auf,
an dessen Stirnseite 13, 14 jeweils ein Endstück 16, 17 angeordnet
ist. Der Grundkörper 12 wird
als Meterware extrudiert und weist im wesentlichen quadratisch ausgebildete
Strömungskanäle 18 auf.
Diese können ebenfalls
rechteckförmig
oder weitere geometrische Ausgestaltungen haben. Der Strömungskanal 18 wird
durch Wandabschnitte 19 gebildet, die im wesentlichen parallel
zu den schmalen Seitenflächen des
Grundkörpers 12 sich
erstrecken. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die Wandabschnitte
um 90° gedreht
gegenüber
der Ausführungsform
in 1 anordenbar sind.
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Die
Wandstärken
zur Ausbildung des Grundkörpers 12 sind
im wesentlichen gleich. Diese können
beispielsweise zwischen 0,5 und 2mm betragen. Als bevorzugter Werkstoff
wird ein Thermoplast, insbesondere Polypropylen, eingesetzt. Dabei
wird bevorzugt eine Art von Thermoplast eingesetzt, der einer Materialmischung
von der Firma Hoechst gemäß PPH 2150
entspricht. Bei dem Einsatz von Kühlelementen in Fäkaliengruben
ist es nicht erforderlich, daß ein
UV-beständiger
Kunststoff zum Einsatz kommt. Jedoch ist erforderlich, daß der Kunststoff eine
geringe Dichte, also unter ≈ 1g/cm3, ausgebildet ist, damit er schwimmen kann.
Des weiteren muß er unempfindlich
gegen Fäkalien,
also zumindest säurebeständig sein.
Hingegen wird bei der Verwendung als Wärmeelement der zur Herstellung
des flüssigkeitsdurchströmten Körpers vorgesehene
Kunststoff mit Komponenten für
die UV-Beständigkeit
ergänzt.
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Alternativ
können
auch weitere schlagzähe thermoplastische
Kunststoffe wie ABS einsetzbar sein, die beispielsweise gegenüber Fäkalien einerseits
und/oder gegen höhere
Temperaturen als auch gegenüber
UV-Einstrahlung beständig
sind.
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Die
Endstücke 16, 17 weisen
an ihren äußeren Endbereichen
jeweils zwei Anschlüsse 21 auf. Der
Anschluß 21 ist
als Stutzen ausgebildet. Sein freies Ende ist zunächst geschlossen.
Anwendungsspezifisch kann eine Endkappe 29, die einstückig am Stutzen 21 angeformt
ist, abgetrennt werden. Der Stutzen 21 weist eine sägezahnförmige Außenkontur 22 auf,
damit ein Zu- oder Abführelement 23 eine bessere
Haftung auf dem Anschluß 21 hat.
Das Zu- oder Abführelement 23 kann
als Rohr ausgebildet sein. Bevorzugt ist ein flexibler Schlauch
vorgesehen, der Schrumpfeigenschaften aufweist. Dadurch kann der
Schlauch 23 auf den Anschlußstutzen 21 aufgeschrumpft
werden und eine sichere Verbindung ohne die Verwendung einer Schlauchschelle
ermöglichen.
Das Endstück 16, 17 wird
einteilig in einer Spritzgußform
hergestellt. Vorteilhafterweise wird das Endstück 16, 17 aus
demselben Kunststoff wie der Grundkörper 12 hergestellt.
Der Anschluß 21 ist einstückig mit
dem Endstück 16, 17 verbunden.
Die Außenkontur
des Endstücks 16, 17,
also die Breite und Höhe,
entspricht der des Grundkörpers 12.
Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Wandstärken zumindest
an dem zum Grundkörper 12 weisenden
Bereich im wesentlichen der des Grundkörpers 12 entsprechen.
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Das
Endstück 16, 17 weist
eine Mischstrecke 24 auf, die sich vollständig entlang
der Strömungskanäle 18 erstreckt.
Die Querschnittsfläche
der Mischstrecke 24 ist größer ausgebildet als die Querschnittsflächen der
dem jeweiligen Endstück 16, 17 zugeordneten
Anschlüsse 21.
Dadurch kann eine niedere Strömungsgeschwindigkeit
ermöglicht
sein. Gleichzeitig kann durch den freien Querschnitt der Mischstrecke 24 eine
gleichmäßige Verteilung
der Flüssigkeit
auf sämtliche
Strömungskanäle 18 gegeben
sein.
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Als
Kühlflüssigkeit
wird bevorzugt Grundwasser verwendet. Weitere Kühlflüssigkeiten können ebenfalls
zum Einsatz kommen. Die flüssigkeitsdurchströmten Körper sind
in ein geschlossenes Kühlsystem
eingebunden, so daß die
Kühlflüssigkeit nicht
mit dem zu kühlenden
Medium in Verbindung kommt. Dadurch kann die Kühlflüssigkeit wieder- bzw. weiterverwendbar
sein.
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Die
Herstellung derartiger flüssigkeitsdurchströmter Körper 11 erfolgt
folgendermaßen:
Der
extrudierte Grundkörper 12 wird
auf eine für
den Anwendungsfall angepaßte
Länge abgeschnitten. Anschließend werden
der Grundkörper 12 und
das Endstück 16 in
einer gemeinsamen Längsachse 26 gemäß 3 zueinander angeordnet.
Zwischen den freien Enden 13, 14 des Grundkörpers 12 und
den freien Enden 27, 28 des Endstücks 16, 17 wird
ein Heizelement 29 angeordnet. Dieses Heizelement 29, das
auch als Heizschwert ausgebildet ist, wird soweit aufgeheizt, daß der thermoplastische
Kunststoff an- bzw. aufgeschmolzen werden kann. Nachdem die jeweilige
Stirnfläche
der freien Enden 13, 14 und 27, 28 an-
bzw. aufgeschmolzen ist, wird das Heizelement gemäß Pfeil 31 nach
oben herausgenommen. Der Grundkörper 12 und
das Endstück 16 werden
mit zumindest geringem Druck gegeneinander gepreßt, so daß die beiden angeschmolzenen
freien Enden 13 und 27 als auch 14 und 28 eine
stoffschlüssige
Verbindung miteinander eingehen. Die Wandabschnitte 19 der
Strömungskanäle 18 können dabei
zumindest teilweise in die Mischstrecke 24 hineinragen.
Dadurch werden die Strömungsverhältnisse
nicht beeinflußt.
Alternativ kann das Heizschwert 29 auch in jede andere
Richtung aus seiner Aufheizposition entfernt werden.
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Bei
der stoffschlüssigen
Verbindung des Grundkörpers 12 und
des Endstückes 16, 17 bildet sich
in der Verbindungsebene eine Art doppelwulstförmige Verbindungsnaht, die
in Abhängigkeit
der Aufheizphase größer oder
kleiner sein kann.
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Bei
der Verwendung des flüssigkeitsdurchströmten Körpers 11 als
Kühlelement
zur Verringerung des Amoniakausstosses bei Fäkaliengruben wird das Kühlelement
schwimmend auf der Flüssigkeitsoberfläche in einer
Schrägstellung
gelagert, d.h. daß die
Querachse in einem Winkel von beispielsweise 60° zu der Flüssigkeitsoberfläche schwimmend angeordnet
ist. Dadurch kann die Oberfläche
des flüssigkeitsdurchströmten Körpers im
wesentlichen frei von sich darauf ansammelnden Schichten gehalten
werden, wodurch der Kühleffekt
erhalten bleiben kann. Die Anschlußmöglichkeiten können an
den Anwendungsfall angepaßt
werden, wobei sämtliche
Anschlußmöglichkeiten
denkbar sind. In Abhängigkeit der
gewählten
Anschlußart
werden die freien Enden der Anschlüsse 21, die grundsätzlich geschlossen sind,
geöffnet.
Dies kann durch einfaches Abschneiden mit einem Messer erfolgen.
Somit können
wahlweise die mehrfach parallel zueinander angeordneten flüssigkeitsdurchströmten Körper 12 in
Reihe oder parallel im Kühlsystem
geschalten werden, so daß das
Grundwasser, das zur Kühlung
die Körper 12 durchströmt, auf
unterschiedlichen Wegen zugeleitet werden kann. Die Zuleitungen 23 sind
dabei flexibel ausgebildet, so daß in Abhängigkeit des Flüssigkeitspegels
das Kühlsystem,
das durch die flüssigkeitsdurchströmten Körper 11 gebildet
wird, sich auf das Flüssigkeitsniveau
entsprechend anpassen kann.
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Vorteilhafterweise
wird die Kühlflüssigkeit beispielsweise
mit einem Betriebsdruck von bis zu 2,5bar, vorzugsweise mit ≈ 1bar Druck,
in die Körper 11 geführt. Alternativ
kann in manchen Ländern
auch Grundwasser aufgrund des momentan geringen Kostenfaktors verwendet
werden.
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Die
Anschlüsse 21 können diagonal
zueinander versetzt sein, wie dies in 1 dargestellt
ist. Ebenso können
beide Anschlüsse 21 oben
als auch unten sein, wobei der Zu- und der Ablauf bevorzugt einander gegenüberliegend
anzuordnen ist. Ebenso können
auch alle vier Anschlüsse 21 mit
Schläuchen 23 verbindbar
sein. Wahlweise können
auch zwei Zuleitungen und eine Ableitung als auch umgekehrt eingesetzt
werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Kühlelementes
weist beispielsweise eine Länge
von 7m und eine Breite von 140mm mit einer Höhe von 15mm auf, wobei eine
Wandstärke
von 1 oder 1,2mm vorgesehen sein kann. Dabei sind beispielsweise
11 Strömungskanäle 18 vorgesehen.
Die Länge
kann ebenso bis zu 12m betragen. Auch die Breite und Höhe können ein
Vielfaches oder auch ein Bruchteil der angegebenen Werte betragen.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß bei
dem Einsatz von den flüssigkeitsdurchströmten Körper 11 als Kühlelement
dünnere
Wandstärken
und ein nicht UV-beständiger
Kunststoff vorgesehen ist. Bei dem Einsatz als Heizelement in Gewächshäusern oder dergleichen
wird bevorzugt ein Kunststoff verwendet, der UV-beständig ist
und eine größere Wandstärke aufweist.
Dies kann beispielsweise ebenso Polypropylen sein oder bevorzugt
ein Thermoplast in der Art von der Firma Hoechst mit der Kennzeichnung
PPH 2150 UV. Es kann auch für
beide Anwendungsfälle derselbe
flüssigkeitsdurchströmte Körper eingesetzt werden.