DE2505015C2 - Wärmetauscher aus Kunststoff - Google Patents

Wärmetauscher aus Kunststoff

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DE2505015C2
DE2505015C2 DE2505015A DE2505015A DE2505015C2 DE 2505015 C2 DE2505015 C2 DE 2505015C2 DE 2505015 A DE2505015 A DE 2505015A DE 2505015 A DE2505015 A DE 2505015A DE 2505015 C2 DE2505015 C2 DE 2505015C2
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heat exchanger
connecting part
channels
plates
plastic
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DE2505015A
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Derek Samuel Stanmore Middlesex Brackman
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Imperial Chemical Industries Ltd
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Imperial Chemical Industries Ltd
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Wärmetauscher ist durch die DE-OS 40486 bekannt Der bekannte Wärmetauscher wird durch Extrusionsblasen hergestellt, d. h. der plastische Kunststoff wird als Extrusionsschlauch in eine teilbare Form geleitet und anschließend durch Innendruck an die Wände einer entsprechenden Form gedrückt. Der Wärmetauscher wird somit einstückig hergestellt, wobei alle Elemente des Wärmetauschers im wesentlichen gleiche Wandstärke haben. Sofern zwischen den Kanälen im Verbindungsteil Stege vorhanden sind, liegen diese zwangsläufig parallel zur Ebene des Verbindungsteiles.
Ein solcher Wärmetauscher kann außer als Heizkörper bzw. Radiator grundsätzlich auch als Kollektor für Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenenergie, benutzt werden. An solche Kollektoren müssen jedoch besondere Anforderungen gestellt werden. Sie müssen hohe Form- und Materialbeständigkeit haben, damit sie lange Zeit ohne Störungen arbeiten können. Sie müssen den auftretenden thermischen Belastungen standhalten können und einen möglichst hohen Wärmeübergang zum Fluid gewährleisten. Darüber hinaus sollen sie über auch selbst bei großen Abmessungen einfach und billig herstellbar sein. Diese Forderungen werden vom bekannten Wärmetauscher nicht ausreichend erfüllt. Wenn beispielsweise die Wandstärke so gewählt wird.
daß die Kopfstücke ausreichende mechanische Festigkeit haben, ist die Anzahl der zwischen den Kopfstücken ausbildbaren Kanäle verhältnismäßig klein, was zu schlechtem Wärmeübergang und somit zu geringer Wärmeleistung des. Wärmetauschers führt Darüber hinaus is» der bekannte Wärmetauscher in großen Abmessungen nur mit erheblichen Kosten he, stellbar, wefl er entsprechend große teilbare Formen erfordert Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den
κ; gattungsgemäßen Wärmetauscher derart auszubilden, daß er sowohl verhältnismäßig niedrige Herstellungskosten hat als auch hohe Wärmeleistung ermöglicht
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Wärmetauscher
is gelöst
Beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist vorgesehen, daß die Kopfstücke und das Verbindungsteil zunächst getrennt hergestellt werden. Damit ist die ungünstige zwangsläufige Kopplung zwischen der Wandstärke des Verbindungsteiles und der Wandstärke der Kopfstücke aufgehoben. Das Verbindungsteil ist in bestimmter Weise aus Abstand voneinander aufweisenden Platten und Rippen aufgebaut und wird mit dieser Ausbildung extrudiert Dies ermöglicht einerseits eine verhältnismäßig biLT=ge Herstellung auch großflächiger Verbindungsteile, weil die Größe der Verbindungsteile nicht mehr an die Größe einer teilbaren Form gebunden ist, wie dies beim gattungsgemäßen Wärmetauscher der Fall ist Vielmehr lassen sich für den Anmeldungsgegenstand große Verbindungsteile durch entsprechend längere Abschnitte des Extrudates und/oder durch Anordnen mehrerer extrudierter Einzelteile nebeneinander schaffen. Andererseits ermöglicht die an sich bekannte Extrusion (US 3019 483, GB 10 42 732) des plattenförmigen Verbindungsteiles eine große Anzahl von Kanälen auszubilden, sowie unter dem Gesichtspunkt des Wärmeüberganges besonders geeignete Querschnittsformen für die Kanäle zu formen. Dies führt zu günstigem Wärmeübergang'sowie insgesamt zu hoher Wärmeleistung des Wärmetauschers bei Verwendung als Kollektor für Strahlungsenergie. Durch die vorgesehene Art der Verbindung zwischen dem Verbindungsteil und den Kopfstücken kann die Verbindung dicht und mechanisch fest ausgebildet
«5 werden ohne die Form des Verbindungsteiles zu beeinträchtigen.
Bevorzugt werden die Verbindungsteile mit Kanalprofilen ausgebildet, die die kleinste Umfangsspannung mit einer guten Wärmeübertragung vereinigen, weil
so sich dabei eine längere Lebensdauer ergibt. Kanäle mit kreisförmigen Querschnitt führen zwar zur geringsten Umfangsspannung, aber Kanäle von annähernd quadratischem Querschnitt (beispielsweise Höhe = Breite ± ungefähr 25%) benötigen weniger Material und haben bessere Wärmeübertragungseigenschaften. Deshalb werden diese letztgenannten Profile bevorzugt, insbesondere wenn sie abgerundete Ecken aufweisen, so daß unerwünscht hohe Spannungsspitzen vermieden sind.
Das Verbindungsteil kann mit den Kopfstücken nach üblichem Heißgasverfahren zum Schweißen thermoplastischer Materialien verschweißt werden, wobei die thermoplastischen Materialien und das Schweißmaterial durch einen Heißgasstrom aus einer Schweißdüse
i>5 erwärmt werden, bis die Materialien weich werden und es zu einer Verschweißung kommt. Werden jedoch besonders dünnwandige Verbindungsteile auf diese oder ähnliche Weise erwärmt, so besteht die Gefahr,
3 ;_ 4
daß die dünnen Wände bzw. Platten zusammenfallen strömt es durch die Kanäle 23 in das Kopfstück 12<and
und sich von den Kopfstücken tosen, wenn sie nicht von dort durch das Auslaßrohr 14 nach außen. Der
zusätzlich gestützt werden. Wärmetauscher kann als Radiator verwendet werden.
In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist daher Dabei gibt warmes Wasser, das durch den Wärmetauvorgesehen, daß die Verbindung ,mit einem an sich 5 scher fließt, Wärme an die kühlere Umgebung ab. bekannten Schweißverfahren durchgeführt wird (GB Alternativ kann der Wärmetauscher als Einrichtung 8 48 967), bei dem Raupen _aus Kunststoff mit einer zum Erhitzen von Wasser dienen, wobei durch den Temperatur oberhalb der Schmelzpunkte der thermo- Wärmetauscher fließendes kühleres Wasser Wärme plastischen Materialien auf die Verbindungsstelle von der wärmeren Umgebung oder Strahlungsenergie aufgebracht wird, wodurch die Raupe beide Teile durch io aufnimmt, die auf den Wärmetauscher fällt Eine solche Verschmelzen miteinander verbindet . Verwendung zeigt F i g. 4. Bei dem Sonnenkoüektor ist
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den ein Wärmetauscher 30 nach den F i g. 1 bis 3 in einem
Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden hölzernen Kasten 31 mit einer unteren Wand 32 und
näher erläutert Es zeigt einem Rand 33 angeordnet Das Oberteil des Kastens ist
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten 15 mit einem Glasfenster 34 bedeckt; eine Wärmeisolie-
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetau- rung 35 ist hinter dem Kollektor 30 angeordnet Die
schers; Einlaß- und Auslaßrohre gehen durch den Rand 33
Fig.2 einen Querschnitt durch das Verbindungsteil hindurch,
des Wärmetauschers gemäß F i g. 1; Der in den F i g. 5 und 6 dargestellte Wärmetauscher
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher 20 weist ein aus Polypropylen bestehendes "rofiliertes,
gemäßFig. 1; extrudiertes Verbindungsteil 51 in Form einer für
F i g. 4 eine Sonnenheizung mit dem Wärmetauscher Verpackungen verwendbaren Platte auf, die an beiden
nach den F ig. Ibis 3 als Kollektor; Enden mit Kopfstücken 52 und 53 aus Polypropylen
F i g. 5 eine perspektivische Ansicht einer zweiten verbunden ist (Bei der auseinandergezogenen Darstel-
Ausführungsform des Wärmetauschers in zerlegtem 25 lung in Fig.5 sind diese im Abstand dargestellt) Dss
Zustand; Verbindungsteil ist 4 mm dick und weist zwei im
F i g. 6 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung des Abstand zueinander angeordnete Platten von ungefähr
Wärmetauschers gemäß F ig. 5, wobei die Verbindungs- 0,4 mm Dicke auf, die miteinander durch mehrere
stelle zwischen einem Kopfstück und einem Kanäle Rippen (ebenfalls ungefähr 0,4 mm dick) verbunden
aufweisenden, extrudierten Verbindungsteil aus Kunst- 30 sind, die im Abstand von ungefähr 5 mm zueinander
stoff dargestellt angeordnet sind. Die Rippen teilen den Zwischenraum
Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Wärmetauscher zwischen den beiden Platten in mehrere parallele,
weist ein extrudiertes Verbindungsteil 10 aus Polypro- geschlossene Kanäle, die sich vom einen Kopfstück zum
pylen auf, das mit Kopfstücken 11 und 12 verbunden ist anderen erstrecken.
Das Kopfstück 11 hat ein Einlaßrohr 13, und das' 35 Die Kopfstücke sind aus Polypropylenrohren mit
Kopfstück 12 hat ein Auslaßrohr 14. Wie in F i g. 2 4 cm Durchmesser und einer Wanddicke von ungefähr
erkennbar ist, umfaßt das extrudierte Verbindungsteil 10 6,4 mm hergestellt; in die Seite des Rohres ist ein Schlitz
obere und untere Platten 20 und 21, die durch Rippen 22 54 gefräst, der ausreichend breit ist zur Aufnahme eines
miteinander verbunden sind. Die Zwischenräume Endes des Verbindungsteiles, wobei die äußeren Kanten
zwischen den Rippen 22 bilden Kanäle 23, durch die « des Schlitzes angefast sind. Beim Zusammenbau des
Wasser strömen kann. Die Kopfstücke 11 und 12 sind Wärmetauschers werden die Enden der Platte jeweils in
extrudierte Polypropylenrohre mit Lippen 15 und 16, die den Schlitz der Kopfstücke eingeführt, und^s wird eine
zwischen sich einen Schlitz definieren und auf dem Raupe 55 eines Dichiungs- und Verbindungsmittels
extrudierten Teil 10 dicht befestigt sind. Die Kopfstücke aufgebracht, um die Teile miteinander zu verschweißen,
sind im übi'igen mit Kappen verschlossen. Wenn Wasser « wie dies F i g. 6 zeigt durch das Einlaßrohr 13 in das Kopfstück 11 eintritt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Wärmetauscher aus Kunststoff, mit zwei Kopfstücken und einem Verbindungsteü,: in dem zahlreiche Kanäle ausgebildet sind, die Strömungswege für ein Fluid zwischen den Kopfstücken bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (tO, 51,91,101) ein extrudiertes Teil ist, das aus zwei durch zahlreiche Rippen (22, 94, 107) in Abstand gehaltenen Platten (20,2t; 92,93; 105,106) besteht, wobei die Rippen (22, 94,107) gleichzeitig den Zwischenraum zwischen den Platten in die Kanäle (23, 108) unterteilen, und daß die beiden Kopfstücke (11, 12; 52, 53) jeweils aus einem Kunststoffrohr mit einem seitlich angebrachten Schlitz (54) bestehen, in den das Verbindungsteil mit einem Ende eingesetzt ist
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Ende des Verbindungsteils (10,51,91,101) mit dem Kopfstück (11,12; 52,53) verschweißt ist
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung mit Hilfe von Raupen (55) aus Kunststoff ausgeführt ist, die sowohl mit einer der Platten als auch dem Kopfstück (52) verschmolzen sind.
4. WäTnetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (23, 108) einen im. wesentlichen quadratischen Querschnitt haben.
5. Wärmetauscher nach eifern der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der zwei Abstand voneinander a fweisenden Platten (20, 21; 92, 93; 105,106) eine Dicke im Bereich von 035 bis 1,40 mm hat.
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