DE2856642A1

DE2856642A1 - Duennwandiger schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen polymeren sowie seine verwendung in einer vorrichtung zum uebertragen von waerme

Info

Publication number: DE2856642A1
Application number: DE19782856642
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Hoppe; Karl Dipl Ing Dr Ostertag; Klaus Dipl Ing Dr Schneider
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo Patente 5600 Wuppertal De GmbH
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1980-07-10
Also published as: ES267914Y; GB2039357A; IT7951146A0; FR2445213A2; CH645973A5; AU528764B2; DE2856642C2; CA1128928A; FR2445213B2; IT7951238A0; NL7909338A; BE880753A; ES487355A1; JPS55128009A; GB2039357B; LU82047A1; ES267914U; BR7908566A; AU5398479A; IT1164801B

Description

A^OWiI SGl /A I

A3GW31861/A

Dünnwandiger Schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren sowie seine Verwendung in einer Vorrichtung zum übertragen von Wärme.

Zusatz zu DE-Patent (P 28 41 091.5)

A k ζ ο GmbH Wuppertal

Gegenstand der Erfindung des Hauptpatents

(P 28 41 091.5) ist ein dünnwandiger Schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren, gekennzeichnet durch einen Durchströmungsquerschnitt von 30 bis 95% des Gesamtquerschnitts und eine Bruchdehnung von weniger als 100%.

Ein "dünnwandiger Schlauch" im Sinne der Erfindung des Hauptpatentes ist ein hohlzylinderisches Gebilde beliebiger Länge mit beispielsweise kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt, dessen in Längs- und Umfangsrichtung im wesentlichen konstante Wandstärke weniger als etwa 15% der größten Außenabmessung des Schlauchquerschnitts beträgt. Bei kreisförmigem Querschnitt entspricht die größte Außenabmessung

— 6 —

j 030028/0412 I

A3GW31861/A - 6 -

dem Außendurchmesser, bei elliptischem Querschnitt entspricht sie der großen äußeren Achse.

Die dünnwandigen Schläuche nach dem Hauptpatent weisen gegenüber herkömmlichen dünnwandigen Schläuchen eine erhöhte Festigkeit auf, besitzen aber trotzdem einen großen Durchströmungsquerschnitt und einen geschlossenen, d.h. unversehrten Mantel. Sie sind durch einen Durchtrömungsquerschnitt gekennzeichnet, der im Bereich von 30 bis 95% des Gesamtquerschnittes liegt und durch eine Bruchdehnung von weniger als 100%. Bevorzugt werden solche Schläuche, die einen Durchströmungsquerschnitt von 60 bis 95% des Gesamtquerschnitts haben.

Die dünnwandigen Schläuche gemäß Hauptpatent lassen sich aus allen gängigen schmelzspinnbaren Polymeren herstellen. Besonders geeignet sind wegen ihrer besonderen Gebrauchseigenschaften beispielsweise die Polyamide, insbesondere Polycaprolactam und Polyhexamethylenadipinsäureamid; Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat; Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen; Polyvinylchlorid.

Wegen ihrer chemischen Beständigkeit beispielsweise gegenüber Lebensmitteln, kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten od.dgl. werden Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat bevorzugt. Wenn chemische Beständigkeit neben einer guten Temperaturbeständigkeit gewünscht wird, bevorzugt man Schläuche aus Polyolefinen, insbesondere aus Polypropylen.

j 030028/0412 |

j A3GW31861/A

2855642

Wenn höhere Festigkeitswerte erwünscht sind, werden die Schläuche aus Polyamiden, insbesondere aus Polyhexamethylenadipinsäureamid hergestellt.

Den Polymeren können Stabilisatoren, Ruß, Porenbildner oder andere Zusätze zugegeben werden.

Nach dem Hauptpatent besitzen die Schläuche üblicherweise einen Mantel, der keine Flüssigkeiten durchläßt. Für die Verwendung von dünnwandigen Schläuchen für Filtereinheiten ist es jedoch vorteilhaft, wenn die dünnwandigen Schläuche einen mikroporösen Mantel besitzen.

Die Herstellung derartiger dünnwandiger Schläuche wie oben beschrieben, erfolgt durch Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren, wobei das Herstellungsverfahren nach dem Hauptpatent dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abzugsgeschwindigkeit größer als 3500 m/min ist. Bevorzugt werden dabei Abzugsgeschwindigkeiten, die im Bereich von 5000 bis 7000 m/min liegen. Bei diesen Abzugsgeschwindigkeiten nämlich weisen die dünnwandigen Schläuche Festigkeiten auf, wie sie sonst nur durch eine zusätzliche (aber schwierige) Nachverstreckung erzielbar wären.

Zur Vermeidung großer Spinnhöhen (Abstand Spinndüse zur Abzugsorgan) wird nach dem Hauptpatent vorgeschlagen, das Phänomen der"natürlichen Fadenabbiegung auszunutzen. Dieses tritt allgemein beim Schmelzspinnen von Fäden aus synthetischen Polymeren in einem mehr oder weniger großen Abstand

Ι 030028/0412 ]

A3GT731861/A |

2S56642

von der Spinndüse auf, wenn man das Abzugsorgan aus seiner normalen im wesentlichen senkrecht unterhalb der Spinndüse befindlichen Lage seitlich herausbewegt. Es läßt sich deutlich sichtbar machen, wenn man beispielsweise einen monofilen Polyesterfaden mit einem Endtiter von 100 dtex mit 3700 m/min abzieht und das zunächst senkrecht unterhalb der Spinndüse angeordnete Abzugsorgan (Schnellspulvorrichtung oder Fadeninjektor) allmählich in horizontaler Richtung entfernt und gegebenenfalls dabei gleichzeitig in vertikaler Richtung anhebt.

Trotz der dadurch veränderten Lage des Abzugsorgans bewegt sich der Faden unterhalb der Spinndüse über eine gewisse Strecke weiterhin vertikal nach unten ,um dann in Richtung auf das Abzugsorgan abzubiegen. Der Bereich dieser "natürlichen", d.h. ohne zusätzliche mechanische Fadenleitorgane sich einstellenden Fadenabbiegung erstreckt sich nur auf eine Länge von wenigen cm und ändert seine Lage nicht wesentlich, auch wenn die Lage des Abzugsorgans deutlich verändert wird. Hingegen läßt sich die Lage des Bereiches der"natürlichen Fadenabbiegung" durch Veränderung der Spinnbedingungen variieren; beispielsweise entfernt er sich bei Erhöhung des Schmelzedurchsatzes von der Spinndüse. Das Phänomen tritt auch beim Schnellspinnen dünnwandiger Schläuche auf.

Mitfilfe dieses Phänomens läßt sich die Spinnhöhe durch seitliches Anordnen des Abzugsorgans niedrig halten bei gleichzeitiger Beibehaltung der für die Abkühlung der frisch gesponnenen Fäden erforderlichen Abkühlstrecke.

j 030028/0412 (

' A3GW31861/A '

A3GW31861/A

2P56642

Wird darüber hinaus dabei, wie im Hauptpatent bereits vorgeschlagen, der Abstand des Abzugsorgans vom Bereich der natürlichen Fadenabbiegung hinreichend groß gewählt, so wird der Schlauch noch einem Nachverzug unterworfen, wobei er auf das zwei- bis dreifache seiner ursprünglichen Länge verstreckt wird.

Obwohl es nicht möglich ist, die schnellgesponnenen dünnwandigen Schläuche im Bereich der"natürlichen Fadenabbiegung "mechanisch, d.h. mittels eines Umlenkorgans umzulenken, gelingt eine Umlenkung durch Anordnung eines Prallblechs senkrecht unterhalb der Spinndüse, wobei hierdurch der Bereich der"natürlichen Fadenabbiegung"näher an die Spinndüse verlegt wird. Auch kann der Bereich der"natürlichen Fadenabbiegung"in eine Kühlflüssigkeit verlegt werden, indem beispielsweise eine kleine Wasserwanne anstelle des erwähnten Prallblechs angeordnet wird.

Zur Erzeugung von stabilen Schlauchgebilden mit großen Außenabmessungen und sehr geringen Wandstärken wird, wie im Hauptpatent bereits beschrieben, während des Ausspinnens des dünnwandigen Schlauches aus der Düse ein Hohlraum bildendes Fluid, insbesondere ein Gas in den Schlauch eingeblasen.

Wie im Hauptpatent bereits erwähnt, eignen sich derartige durch Schnellspinnen ersponnene dünnwandige Schläuche beispielsweise zur Herstellung von Wärmetauschern, wobei sie dann in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt besitzen und einen Außendurchmesser von etwa 40 bis 1000 pn oder mehr, bei Wandstärken von etwa 5 bis 50 inn

030028/0412 |

A3GW31861/A '

- 10 -

oder mehr haben.

Es wurde nun gefunden, daß'sich die spezifische Wärmeübertragungsleistung der auch zum Einsatz in Warmeübertragungsvorrichtungen (Wärmeaustauschern) verwendbaren dünnwandigen

Schläuche gemäß Hauptpatent (P 28 41 091.5)

noch erheblich verbessern läßt. Derartige dünnwandige nach einem Schnellspinnverfahren hergestellte Schläuche eignen sich nämlich besonders dann zur Wärmeübertragung, wenn sie Eigenschaften und/oder eine Form haben, die ihre Wärmeleitung und/oder ihren Wärmedurchgang vergrößern, und wenn sie unter Ausnutzung ihrer Flexibilität derart angeordnet sind, daß die aus solchen dünnwandigen Schläuchen hergestellten Warmeübertragungsvorrichtungen eine größere Wiederstandsfähigkeit gegenüber äußeren mechanischen Beanspruchungen besitzen, so daß sie auch nach längerem betrieblichen Einsatz eine unverminderte Wärmeübertragungsleistung gewährleisten.

Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die Wärmeleit-, Wärmedurchgangs- und Wärmeübergangseigenschaften der dünnwandigen Schläuche gemäß Hauptpatent

(P 28 41 091.5) zu verbessern und eine aus solchen Schläuchen hergestellte Wärmeübertragungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die - was sowohl ihre Herstellung als auch ihre Gebrauchseigenschaften und Wärmeübertragungsleistung betrifft nicht die Nachteile der aus den bekannten Hohlfäden hergestellten Wärmeaustauscher besitzt.

- 11 -

j 030028/0412 j

Γ Ί

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß:

die dünnwandigen Schläuche Füllmittel/ Stabilisatoren, Additive, Ruß, Farbpigmente oder dergleichen enthalten, und/oder

die dünnwandigen Schläuche einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben und/oder

der Außendurchmesser der Schläuche im Bereich von 0,04 bis 4 mm, vorzugsweise von 0,04 bis 1 mm liegt und/oder

die Wandstärke der dünnwandigen Schläuche im Bereich von 5 bis 100 um, insbesondere von 5 bis 50 um und ganz besonders von 5 bis 20 tun liegt und/oder

die dünnwandigen Schläuche innen und/oder außen profiliert sind und/oder

die dünnwandigen Schläuche einen in ihrer Längsrichtung stetig oder unstetig in seiner Form und/oder Größe sich gegebenenfalls periodisch ändernden Querschnitt haben und/oder

der Wärmedurchgangskoeffizient der Wandung der dünnwandigen Schläuche mindestens 1500 bis mindestens 4500 w/^{m K} beträgt und/oder

die dünnwandigen Schläuche aus zwei oder mehr Komponenten hergestellt sind.

-12 -

030.028/0412 J

A3GW31861/A

- 12 -

Bei einer unter Verwendung von solchen dünnwandigen Schläuchen hergestellten Vorrichtung ist erfindungsgemäß jeder einzelne dünnwandige Schlauch auf dem größeren Teil seiner Länge/ vorzugsweise auf seiner gesamten Länge und/ oder der größere Teil aller dünnwandigen Schläuche vorzugsweise die Gesamtheit aller dünnwandigen Schläuche in Form von regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Schlaufen angeordnet.

Eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung zum übertragen von Wärme besitzt nicht die Nachteile der bekannten Wärmeaustauscher aus Hohlfäden, bei denen die Hohlfäden geradlinig, parallel zueinander und in Abständen voneinander angeordnet sind. Diese bekannte Anordnung nämlich, wie sie auch bei Metallrohrbündel-Wärmeaustauschern üblich ist, gestaltet die Herstellung derartiger Wärmeaustauscher aus Hohlfaden schwierig und aufwendig. Zudem können bei dieser bekannten Anordnung der Hohlfaden die Hohlfadenbündel schon durch geringfügige äußere mechanische Einwirkungen beschädigt, beispielsweise geknickt, werden.

Zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es besonders vorteilhaft, solche dünnwandigen Schläuche zu verwenden, die gut wärmeleitende Stoffe, wie Metalle, Graphit u.dgl. in Staub- oder Pulverform enthalten. Die dünnwandigen Schläuche können aber auch bzw. zusätzlich Füllmittel, Stabilisatoren, Additive, Ruß, Farbpigmente od.dgl. enthalten.

Die Verwendung von mikroporösen dünnwandigen Schläuchen gestattet es, bei Anwendung entsprechend hoher Drücke, zu-

J 03002¹S³ZOAIl |

A3GW31861/A J

- 13-

sätzlich zu der durch die Wandung der dünnwandigen Schläuche erfolgenden Wärmeübertragung eine Flüssigkeit zusätzlich noch dadurch zu kühlen, daß ein Teil der zu kühlenden Flüssigkeit an der Oberfläche der porösen dünnwandigen Schläuche verdampft oder verdunstet.

Die Verwendung der gemäß Hauptpatent schnell gesponnenen dünnwandigen Schläuche führt aufgrund der geringen Wandstärke derselben zu einem Wärmeaustauscher mit großer "Särmeaustauschleistung, die noch dadurch gesteigert werden kann, daß bedingt durch die hohe Festigkeit dieser Schläuche der innerhalb derselben zulässige Betriebsdruck und damit die erreichbare Fluiddurchflußmenge verhältnismäßig groß sind.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers sind dünnwandige Schläuche mit einem beispielsweise elliptischen oder drei-, vier-, fünf-, sech- und mehreckigen Querschnitt geeignet, insbesondere aber solche mit einem runden Querschnitt, da sich bei einem aus dünnwandigen Schläuchen mit einem runden Querschnitt hergestellten erf indungtigemäßen Wärmeaustauscher ^mit sich kreuzenden dünnwandigen Schläuchen diese sich im wesentlichen-nur punktförmig berühren und somit nur ein geringfügiger Anteil der gesamten Wärmeaustauschfläche durch diese Berührungsstellen verloren-geht.

Die dünnwandigen Schläuche können darüber hinaus innen und/ oder außen profiliert sein. Auch können zwei, drei oder mehr dünnwandige Schläuche in Parallellage zueinander liegend an ihren jeweiligen Berührungsflächen beispielsweise durch Verschmelzen, Verschweißen, Verkleben od.dgl. fest miteinander

i4

030023/0412 J

A3GN31861/A I

A3GN31861/A

verbunden sein. Ebenso eignen sich dünnwandige Schläuche mit einem in ihrer Längsrichtung stetig oder unstetig in seiner Form und/oder Größe gegebenenfalls periodisch sich ändernden Querschnitt. Derartige dünnwandige Schläuche können auf verschiedene Art und Weise die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers vorteilhaft beeinflussen. So kann durch entsprechend innen und/oder außen profilierte dünnwandige Schläuche beispielsweise die innere und/oder äußere Wärmeübergangsfläche vergrößert, die Knickfestigkeit der dünnwandigen Schläuche verbessert und/oder die Kontaktfläche der sich kreuzenden dünnwandigen Schläuche verringert werden. Weiterhin wird die Wärmeübertragungsleistung noch dadurch gesteigert, daß an den- profilierten Flächen der dünnwandigen Schläuche der Wärmeübergang durch Wirbelbildung im jeweiligen Fluid verbessert wird. Auch lassen sich aus dünnwandigen Schläuchen mit einer nicht kreiszylindrischen Form _Zum Teil kompaktere und/oder formstabilere Vorrichtungen herstellen.

Zur Gewährleistung einer guten Wärmeleitung durch die dünnwandigen Schläuche sollte die Wand derselben so dünn wie möglich bemessen sein, jedoch immer noch genügend dick, um den mechanischen Anforderungen zu genügen. Als für die meisten Verwendungszwecke vorteilhaft haben sich dabei dünnwandige Schläuche erwiesen, deren Wandstärke im Bereich von 5 bis 100 um liegt, wobei gute Wärmedurchgangszahlen mit dünnwandigen Schläuchen erreicht werden, deren Wandstärke im Bereich von 5 bis 50 yum liegt, und besonders gute mit solchen, deren Wandstärke im Bereich von 5 bis 2O pm liegt.

"15 "

030028/0412 |

A3GW31861/A |

2356642

- 15-

Zur Erzielung eines guten Wärmedurchgangs (k-Zahl) sollten auch die Querschnitte der verwendeten dünnwandigen Schläuche entsprechend bemessen sein. So haben sich von den dünnwandigen Schläuchen mit rundem Querschnitt besonders solche mit einem im Bereich von 0,04 bis 4 mm, insbesondere von 0,04 bis 1 mm liegenden Außendurchmesser als vorteilhaft erwiesen.

Bei den zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers verwendbaren dünnwandigen Schläuchei^ollte der Wärmedurchgangskoeffizient der Wandung der dünnwandigen Schläuche

2
bei mindestens 1500 W/m K, insbesondere aber bei mindestens

2
4500 W/m K liegen. Unter dem Wärmedurchgangskoeffizienten der Wandung der dünnwandigen Schläuche wird hierbei der Quotient aus der Wärmeleitfähigkeit des für die dünnwandigen Schläuche verwendeten Werkstoffes gemessen in W/m K und der Wandstärke der dünnwandigen Schläuche gemessen in m verstanden.

Die schlaufenförmige bzw. teilweise schlaufenförmige Anordnung der dünnwandigen Schläuche in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur Vereinfachung in der weiteren Beschreibung auch als Wärmeaustauscher bezeichnet wird, wird auf einfache Weise erfindungsgemäß insbesondere dadurch erreicht, daß ein oder mehrere endlose dünnwandige Schläuche mittels einer Aufspul- oder Umspuleinrichtung mit einem oder mehreren parallel zur Drehachse der Spuleinrichtung hin- und herbewegten Fadenführer(n) beispielsweise auf einen perforierten rohrförmigen Spulenträger (auch Hülse oder Spule genannt) aufgewickelt werden und auf diese Weise einen ein- oder mehrlagigen Spul- oder Wickelkörper bilden.

030028/0412 J

■■■■■ — ^^^*»,»

ASOTm Rfil /a I

- 16-

Ä3G7i3l861/A

2-55642

Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da die dünnwandigen Schläuche hierbei im gebrauchsfähigen Zustand der Vorrichtung die Form einer sich räumlich ausdehnenden Wendel haben, wobei zur Erzielung eines leicht durchströmbaren und dabei formstabilen Spulpaketes die dünnwandigen Schläuche in vorteilhafter Weise in mehreren Lagen derart angeordnet sind, daß die dünnwandigen Schläuche jeder Lage die dünnwandigen Schläuche der benachbarten Lagen berühren, und, gegebenenfalls mehrfach, kreuzen. Diese Anordnung der dünnwandigen Schläuche gewährleistet eine große Wärmeübertragungsfläche auf kleinem Raum, da die dünnwandigen Schläuche sich zwar an den Kreuzungspunkten berühren, jedoch nur ein unbedeutender Anteil der Wärmeübertragungsfläche durch die gegenseitige Berührung der dünnwandigen Schläuche dabei verlorengeht.

Der den Spul- oder Wickelkörper aufnehmende Spulenträger braucht dabei nicht unbedingt einen kreisförmigen Querschnitt zu haben, sondern der Querschnitt desselben kann beispielsweise auch elliptisch oder als Vieleck, insbesondere als Rechteck mit abgerundeten Ecken, ausgebildet sein. Ebenso kann der zur Herstellung des Spul- oder Wickelkörpers verwendete Spulenträger auch einen entlang seiner Längsachse größer oder kleinerwerdenden Querschnitt haben. So kann seine Mantelfläche beispielsweise konisch,diaboloförmig, pyramidenstumpfförmig mit abgerundeten Seitenkanten, tonnenförmig usw. ausgebildet sein, so daß die auf einem derartig geformten Spulenträger aufgewickelten dünnwandigen Schläuche im allgemeinen einen in seiner Form der Form des jeweiligen Spulenträgers entspre-

-17 ~

030028/0412 J

Γ Π

A3GW31861/A

chenden Spul- bzw. Wickelkörper bilden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben die dünnwandigen Schläuche die Form einer in einer Ebene liegenden Spirale.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher kann aber auch aus einem oder mehreren Flächengebilden hergestellt werden, die nach einem Web-, Wirk-, Streck- oder einem Ablegeverfahren hergestellt worden sind. Derartige Flächengebilde lassen sich wie die Spul- oder Wickelkörper ebenfalls auf schnelle und einfache Weise herstellen.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers aus einem Spul- oder Wickelkörper können die beiden stirnseitigen Enden auf einem - in Längsrichtung des Wickelkörpers gemessen kurzen Abschnitt beispielsweise in einer härtbaren Vergußmasse wie Gießharz, Polyurethan u.dgl. eingegossen werden, wobei die Vergußmasse in dem genannten Bereich den Wickelkörper vollständig durchdringt und gegebenenfalls außerhalb des Wickelkörpers je einen flanschartigen Ansatz bildet, die einen größeren Umfang haben als der Wickelkörper selbst. Ein solcher (flanschartiger) Ansatz kann jedoch auch nur an einer der beiden Stirnseiten des Wickelkörpers vorgesehen werden. Durch stirnsei tiges Abtragen eines Teiles jedes dieser (flanschförmigen) Ansätze bis in den Bereich der dünnwandigen Schläuche werden die an den Stirnseiten des Wickelkörpers liegenden bogenförmigen Umkehrteilstücke der einzelnen Wickelkörperlagen entfernt und wird auf diese Weise aus dem ursprünglichen Wickelkörper ein Gebilde hergestellt, das aus einer Vielzahl von in

-18 -

0 3 0 0 2 8/0/^2 J

Γ Π

ö56642

-18 -

mehreren Lagen angeordneten wendelförmig ausgebildeten sich mehrfach kreuzenden Schlauchstücken besteht, deren Öffnungen an der äußeren, im allgemeinen senkrecht zur Längsachse des Wickelkörpers verlaufenden Stirnfläche des verbleibenden Teils jedes der oben beschriebenen (flanschartigen) Ansätze aus der Vergußmasse münden.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers aus Flächengebilden, können jeweils ein oder mehrere Ränder der gegebenenfalls auch übereinander gelegten Flächengebilde in geeigneter Weise, beispielsweise in Gießharz, eingegossen werden und die Öffnungen der dünnen Schläuche in analoger Weise, wie oben bereits für Spul- bzw. Wickelkörper beschrieben, anschließend freigelegt werden.

Durch entsprechendes Aufwickeln, Verlegen oder anderweitiges Anordnen der dünnen Schläuche und entsprechendes Aufschneiden des Schlauchpaketes ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher herzustellen, bei dem die Eintrittsöffnungen und die Austrittsöffnungen der dünnen Schläuche in ein und derselben Ebene liegen, jedoch beispielsweise um jeweils 180 versetzt und/oder in jeweils gleich großen oder unterschiedlich großen Abständen voneinander und dabei so angeordnet sind, daß alle Eintrittsöffnungen in der einen Hälfte dieser Ebene und alle Austrittsöffnungen in der anderen Hälfte dieser Ebene liegen.

Ebenso ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher herzustellen,, der es gestattet, beliebig viele Fluide an

- 19 j 030028/0412 j

Γ Π

der Wärmeübertragung teilnehmen zu lassen, ohne daß ein Vermischen der einzelnen Fluide miteinander stattfindet.

Ein aus einem Spul- oder Wickelkörper hergestellter erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher kann beispielsweise so ausgestat stattet sein, daß die Eintrittsöffnungen und die Austrittsöffnungen für ein erstes Fluid auf der einen Stirnseite des Wärmeaustauschers und diejenigen für ein zweites Fluid auf der anderen Stirnseite des Wärmeaustauschers liegen.

Zur Herstellung einer Vielzahl kleinerer Wärmeaustauscher ist es erfindungsgemäß möglich, die zur Herstellung der Wärmeaustauscher bestimmten Spul- oder Wickelkörper bzw. Flächengebilde in Einheiten, d.h. Streifen, Scheiben od.dgl., gewünschter Größe' aufzuteilen, wobei die dünnen Schläuche in denjenigen Bereichen, in denen die Teilung erfolgen soll, zweckmäßigerweise zuvor in geeigneter Weise, beispielsweise wie bereits beschrieben durch Eingießen in Gießharz od.dgl., in ihrer Form und Lage fixiert werden und somit ihre Öffnungen mühelos durch das Zerteilen freigelegt werden können.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die dünnen Schläuche in einem die Wärme gut leitenden Werkstoff einzugießen, um auf diese Weise Wärme von einem Fluid auf den genannten, die Wärme gut leitenden Werkstoff, zu übertragen oder umgekehrt. Ein auf solche Weise ausgestalteter erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher, der zudem noch beispielsweise zwei getrennte Kreisläufe für zwei voneinander getrennt zu haltende Fluide besitzt, gestattet es, Wärme beispielsweise von dem

" 20"

[ Q3002S/0412 _J

Γ Π

- 2Q-

ersten Fluid zunächst auf den die Wärme gut leitenden Gießkörper zu übertragen und von dort auf das zweite Fluid abzugeben. Ebenso ist es möglich, mit einem derartigen Wärmeaustauscher beispielsweise die von dem die Wärme gut leitenden Gießkörper beispielsweise durch Strahlung aufgenommene Wärme gleichzeitig an zwei Fluide abzugeben.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher eignet sich zur Lösung selbst der anspruchsvollsten Wärmeübertragungsprobleme, wie sie beispielsweise beim Verdampfen oder Kondensieren auftreten können. Insbesondere eignet sich der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher überall dort, wo zur Energiegewinnung nur verhältnismäßig kleine Temperaturdifferenzen zur Verfügung stehen, die zwangsläufig große Wärmeübertragungsflächen erforderlich machen, welche begreiflicherweise auf möglichst kleinem Raum unterzubringen sind. Aufgrund der günstigen Korrosionseigenschaften der für die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers verwendbaren dünnen Schläuche eignet sich der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher insbesondere für aggresive Medien, wie Säuren, Laugen u.dgl. Bei geeigneter Auswahl der verwendbaren dünnen Schläuche ist es aufgrund der bekannten unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften derselben möglich, den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher auch für solche Fluide zu verwenden, die bei herkömmlichen Metallrohrwärmeaustauschern zur Bildung von Ablagerungen an den Rohrwänden neigen.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher eignet sich daher gleichermaßen für chemische Verfahren, bei der Energieerzeugung bzw. -umwandlung, in der Kältetechnik, in der Klimatechnik, in der Lebensmittelindustrie, zur Wohn— und Arbeitsraumbeheizung, bei

030028/04^2 I

Γ— 2o5664-±-j

A3GW31861/A I

A3GW31861/A -21-

Land-,Wasser- und Luftfahrzeugen, insbesondere als ölkühler, als Wasserkühler zum Abführen der Motorwärme oder zum Aufwärmen der in das Fahrzeuginnere zugeführten Frischluft, als Kondensator und als Verdampfer, insbesondere auch als Entspannungsverdampfer. Ganz besonders eignet sich der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher für Wärmepumpen-Einrichtungen, bei denen beispielsweise Wärme aus der Umgebungsluft oder aus dem Erdreich zur Beheizung von Wohnräumen benutzt wird, oder als die Sonnenwärme aufnehmender Kollektor, wobei sich hierfür insbesondere solche Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers bewährt haben, bei denen die dünnen Schläuche in nur einer Lage angeordnet und zudem schwarz sind.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher eignet sich somit zur Lösung der meisten Wärmeübertragungsprobleme, d.h. zur Wärmeübertragung von gasförmigen Fluiden auf gasförmige, von flüssigen Fluiden auf flüssige, von flüssigen Fluiden auf gasförmige und umgekehrt, von festen Stoffen auf gasförmige und/oder flüssige Fluide und umgekehrt, wobei allerdings zu beachten ist, daß die Temperaturen der am Wärmeaustausch beteiligten Stoffe durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der verwendeten dünnen Schläuche entsprechend limitiert sind.

Bei der Bemessung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers ist zu beachten, daß die pro zur Verfügung stehender Volumeneinheit erreichbare Wärmeübertragungsfläche umso größer wird, je kleiner der Durchmesser der zu verwendenden dünnen Schläuche gewählt wird. Die zu übertragende Wärmemenge bei gleichbleibendem Gesamtströmungsquerschnitt aller dünnen Schläuche und

- 22 -

j 030028/0412" I

' A3GW31861/A '

A3GW31861/A

gleichbleibender Fluidmenge steigt im allgemeinen ebenfalls mit kleiner werdenden Schlauchdurchmessern. Dabei ist allerdings zu beachten, daß füi diesen Fall der Druckverlust in den dünnen Schläuchen ebenfalls zunimmt. Ebenfalls zu beachten ist, daß die Knickfestigkeit der dünnen Schläuche im allgemeinen mit größerwerdendem Durchmesser bei gleicher Wandstärke abnimmt. Bei geeigneter Auswahl und Dimensionierung der für den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher verwendbaren dünnen Schläuche ist es möglich, spezifische Wärmeübertragungsleistungen zu erreichen, die besser, zum Teil sogar erheblich besser sein können als die mit herkömmlichen Metallrohrwärmeaustauschern erreichbaren. Die Auswahl geeigneter dünner Schläuche sollte möglichst so erfolgen, daß der Wärmedurchgangswiderstand durch die Wandung der dünnen Schläuche im wesentlichen vernachlässigbar gegenüber den innerhalb und außerhalb der dünnen Schläuche auftretenden Wärmeübergangswiderständen ist. Das bedeutet, daß dünne Schläuche aus einem Werkstoff mit relativ guten Wärmeleiteigenschaften eine größere Wandstärke haben dürfen als solche mit sehr niedrigen Wärmeleitwerten.

Unter Querschnitt der dünnen Schläuche, des Spul- oder Wickelkörpers bzw. des Spulenträgers wird im Sinne der Erfindung die Schnittfläche verstanden, die man erhält, wenn man einen dünnen Schlauch, einen Spul- oder Wickelkörper bzw. einen Spulenträger an einer beliebigen oder näher bezeichneten Stelle senkrecht zu seiner Cängs- bzw. Drehachse schneidet. Im Falle eines runden dünnen Schlauches erhält man auf diese Weise einen kreisförmigen Querschnitt. Im Falle eines beispielsweise auf einen Spulenträger mit rechteckigem Querschnitt mit

-₂3 -

030023/0 4*2 |

Γ "Ί

A3GW31861/A I

-23. -

A3GW31861/A

abgerundeten Ecken aufgewickelten Spul- oder Wickelkörpers erhält man definitionsgemäß einen rechteckigen Ringquerschnitt mit abgerundeten Ecken.

Unter Schlaufenform wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jede von einer geradlinigen Form abweichende Form verstanden, dabei insbesondere jede Art einer ebenen oder räumlichen Krümmung, wobei der Krümmungsradius groß genug ist, um ein Einknicken der dünnen Schläuche zu vermeiden. Im allgemeinen ist der Krümmungsradius kleiner als 1 m, er kann jedoch auch größer sein. Zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist es nicht erforderlich, daß alle dünnen Schläuche auf ihrer gesamten Länge Schlaufenform haben, sondern es genügt bereits, wenn der größere Teil der dünnen Schläuche in Schlaufenform vorliegt, d.h. wenn jeder einzelne dünne Schlauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf dem größeren Teil seiner Länge Schlaufenform hat und/oder wenn geradlinige und schlaufenförmige dünne Schläuche vorliegen, solange die Gesamtlänge aller in Schlaufenform vorliegenden dünnen Schläuche und/oder Schlauchstücke größer ist als die Gesamtlänge aller geradlinig vorliegenden dünnen Schläuche und/oder Schlauchstücke.

Durch diese Schlaufenform der dünnen Schläuche wird erreicht, daß sich die dünnen Schläuche in im wesentlichen kurzen Abständen gegebenenfalls mehrfach kreuzen und sich auf diese Weise gegenseitig abstützen, so daß jeder dünne Schlauch im allgemeinen nur auf verhältnismäßig kurzen Längenabschnitten ungestützt ist_r wodurch die Knickgefahr für die dünnen Schläuche erheblich herabgesetzt ist.

- 24 _

030028/04*ι2 |

• A^rrj-n am /a I

G'i318Gl/A

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 7 Querschnitte verschieden geformter dünnwandiger

Schläuche,
Fig. 8 und 9 Längsschnitte durch nicht kreiszylinderförmig

ausgebildete dünnwandige Schläuche, Fig. 10 und 11 in vereinfachter schematischer Datstellung

die Herstellung eines mehrlagigen Spulkörpers

aus einem dünnwandigen Schlauch,

Fig. 12 in vereinfachter schematischer Darstellung einen

Längsschnitt durch einen Spulkörper aus dünnwandigen Schläuchen mit an seinen Stirnseiten angegossenen flanschartigen Ansätzen aus einer Vergußmasse*

Fig. 13 bis 15 in vereinfachter schematischer Darstellung

Längsschnitte durch verschieden geformte Spulkörper aus dünnwandigen Schläuchen mit an ihren Stirnseiten angegossenen flanschartigen Ansätzen aus einer Vergußmasse, °

Fig. 16 in vereinfachter Darstellung einen Spulkörper aus dünnwandigen Schläuchen mit nur· einem stirnseitig

angeordneten flanschartigen Ansatz aus einer Vergußmasse,

Fig. 17 in vereinfachter schematischer Darstellung einen Spulkörper mit an seinen beiden Stirnseiten angegossenen flanschartigen Ansätzen aus einer Vergußmasse,

- 25 -

j 030028/04 12 " |

A3GW31861/A

- 25 -

Fig. 18 bis 21 in vereinfachter schematischer Darstellung Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers unter Verwendung eines Spulkörpers aus dünnwandigen Schläuchen,

Fig. 22 bis 24 in vereinfachter schematischer Darstellung die Herstellung eines Spulkörpers aus zwei dünnwandigen Schläuchen,

Fig. 25 in vereinfachter schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers unter Verwendung eines nach Fig. 22 bis 24 hergestellten SpulkörperSj

Fig. 26 bis 31 in vereinfachter schematischer Darstellung

verschiedene Ausführungsformen von Schlauchbündeln, hergestellt aus Spulkörpern mit jeweils unterschiedlicher Querschnittsform,

Fig. 32 bis 37 in vereinfachter schematischer Darstellung die Herstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers aus einem im wesentlichen scheibenförmigen Wickelkörper aus dünnwandigen Schläuchen

Die Figuren 1 bis 5 zeigen beispielsweise Querschnitte von profilierten dünnwandigen Schläuchen, wie sie sich für den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher eignen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Form hat der dünnwandige Schlauch einen im wesentlichen kreiszylinderförmigen Hohlraum 27, während er an seiner Außenseite eine in seiner Längsrichtung verlaufende rippenförmige Erhebung 26 hat, die gegebenenfalls aus einem anderen-Material bestehen kann als der Schlauchmantel.

030028/04^2

Γ Π

Der in Fig. 2 dargestellte dünnwandige Schlauch hat ebenfalls einen im wesentlichen kreiszylinderförmigen Hohlraum 27 und vier in seiner Längsrichtung verlaufende rippenförmige Er-

hebungen 26 gegebenenfalls aus unterschiedlichem Material.

Der in Fig. 3 dargestellte dünnwandige Schlauch hat einen im wesentlichen dreilappigen Querschnitt, wobei der Hohlraum 27 eine ähnliche Form wie der Schlauchmantel 28 hat, so daß dieser dünnwandige Schlauch eine auf seinem Umfang im wesentlichen konstante Wandstärke hat.

Der in Fig. 4 dargestellte dünnwandige Schlauch hat einen außen im wesentlichen kreisförmigen Mantel 29, der an seiner Innenseite vier in Längsrichtung des dünnwandigen Schlauches verlaufende, in seinen Hohlraum 27 hineinragende rippenförmige Erhebungen 26 hat gegebenenfalls aus zum Mantel 29 unterschiedlichem Material.

Fig. 5 zeigt einen dünnwandigen Schlauch, bei dem der Mantel 28 einen sechseckigen Ringquerschnitt und der Hohlraum 27 einen sechseckigen Querschnitt hat.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein Schlauchgebilde, das beispielsweise dadurch hergestellt werden kann, daß drei dünnwandige Schläuche mit rundem Querschnitt an ihren gemeinsamen Berührungslinien miteinander verschmolzen werden.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch einen dünnwandigen Schlauch mit einem im Innern des dünnwandigen Schlauches mittig angeordneten und in seiner'Längsrichtung verlaufenden Steg 29. Dieser dünnwandige Schlauch besitzt also zwei durch den Steg 29 von-

030028/0412 |

Γ ' Π

A3GW31861/A

27 ~

einander getrennte gleichgroße parallel zueinander verlaufende Hohlräume 27 mit halbkreisförmigem Querschnitt.

Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch einen dünnwandigen Schlauch mit einem in seiner Längsrichtung in gegebenenfalls regelmäßigen Abständen sich vergrößernden und anschließend wieder verkleinernden Außendurchmesser bzw. Umfang und einem in seiner Längsrichtung in gegebenenfalls regelmäßigen Abständen sich verkleinernden und anschließend wieder vergrößernden Innendurchmesser bzw. Hohlraumumfang. Hierdurch hat der dünnwandige Schlauch einen Mantel 28 mit in Längsrichtung des dünnwandigen Schlauches sich ändernder Wandstärke.

Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch einen dünnwandigen Schlauch mit einem in seiner Längsrichtung in gegebenenfalls regelmäßigen Abständen sich vergrößernden Querschnitt, wobei die Wandstärke des dünnwandigen Schlauches in seiner Längsrichtung konstant bleibt.

in

In den Fig. 10 und 11 ist/vereinfachter schematischer Darstellung eine bekannte Einrichtung zur Herstellung von für den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher geeigneten Spulkörpern dargestellt. Der zugelieferte endlose dünnwandige Schlauch 1 wird über einen sich hin- und herbewegenden Fadenführer 2 auf einen rotierenden perforierten Spulenträger 3 aufgewickelt, wodurch ein Spulkörper 4 entsteht, der aus mehreren Lagen sich unter einem vorher festlegbaren Winkel kreuzender wendelförmig ausgebildeter Abschnitte des endlos zugelieferten und aufgewickelten dünnwandigen Schlauches 1 aufgebaut ist.

- 28 -

j 030028/0412 J

Γ Ί

- 23 -

Fig. 12 zeigt einen Längsschnitt eines beispielsweise mit einer gemäß Fig. 10 und 11 beschriebenen Einrichtung hergestellten Spulkörpers 4. Der Spulkörper 4 ist an seinen beiden Stirnseiten 5 mit flanschartigen Ansätzen 7 aus einer härtbaren Vergußmasse versehen, die im Schleudergußverfahren in die gewünschte Form gebracht worden ist. Durch Abtrennen eines Teils der flanschartigen Ansätze 7 entlang der Linien A bzw. B können die öffnungen der dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers freigelegt werden. Der perforierte Spulenträger 3 gestattet eine radiale Durchströmung des Spulkörpers 4.

Der in Fig. 13 im Längsschnitt dargestellte Spulkörper 4 ist durch gleichmäßiges Aufwickeln eines endlosen dünnwandigen Schlauches auf einen konisch ausgebildeten Spulenträger 3 entstanden und hat dadurch selbst Konusform. Bei diesem Spulkörper 4 sind die Enden der einzelnen Schlauchabschnitte durch Abtrennen eines Teils der flanschartigen Ansätze 7 (wie bei Figur 3 bereits beschrieben) bereits freigelegt.

Der in Fig. 14 im Längsschnitt dargestellte Spulenkörper 4 ist durch gleichmäßiges Aufwickeln eines endlosen dünnwandigen Schlauches auf einen diaboloförmig ausgebildeten Spulenträger 3 entstanden und hat dadurch selbst Diaboloform. Bei diesem Spulenkörper 4 sind die Enden der einzelnen Schlauchabschnitte durch Abtrennen eines Teils der flanschartigen Ansätze 7 (wie bei Fig. 3 bereits beschrieben) bereits freigelegt.

Der in Fig. 15 im Längsschnitt dargestellte Spulkörper 4 ist durch gleichmäßiges Aufwickeln eines endlosen dünnwandigen Schlauches auf einen tonnenförmig ausgebildeten Spülenträger 3

- 29 -

030028/0412 I

Γ Π

A3GW31861/A

entstanden und hat dadurch selbst Tonnenform. Bei diesem Spulkörper 4 sind die Enden der einzelnen Schlauchabschnitte durch Abtrennen eines Teils der flanschartigen Ansätze 7 (wie bei Fig. 3 bereits beschrieben) bereits freigelegt.

Der in Fig. 16 dargestellte Spulkörper 4 ist durch gleichmäßiges Aufwickeln eines endlosen dünnwandigen Schlauches auf einen kreiszylinderförmigen Spulenträger entstanden und hat dadurch selbst Kreiszylinderform. Dieser Spulkörper 4 ist nur an einem Ende mit einem flanschartigen Ansatz 7 versehen, wobei hierbei die Enden der einzelnen Schlauchabschnitte des Spulkörpers 4 durch das bereits beschriebene Abtrennen eines Teils des flanschartigen Ansatzes 7 nur auf eben dieser einen Seite freigelegt sind.

Der Strömungsweg eines Fluids durch die dünnwandigen Schläuche eines solchen Spulkörpers verläuft ähnlich wie derjenige eines U-förmig ausgebildeten Rohres. Das heißt die Ein- und Austrittsöffnungen für das Fluid liegen bei diesem Spulkörper in ein und derselben Ebene.

Fig. 17 zeigt einen Spulkörper, wie er sich ergibt, wenn die flanschartigen Ansätze 7 teilweise, beispielsweise wie in Fig. 12 dargestellt entlang den Linien A-A bzw. B-B abgetrennt werden.

Fig. 18 zeigt die Verwendung eines gemäß den Fig. 10 bis 12 hergestellten Spulkörpers 4 in einem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher. Der Spulkörper 4 mit den flanschartigen Ansätzen 7 ist dabei in dem .entsprechend bemessenen Gehäuse 10 angeordnet. Ein erstes Fluid 8 tritt durch den Eintrittsstutzen 11

- 3 0 -

j 030028/0412 |

-3Q-

in den Verteilerraum 16 des Wärmeaustauschers und gelangt von dort in die Eintrittsöffnungen der in dem Spulenkörper 4 angeordneten dünnwandigen Schläuche,durchströmt diese und verläßt sie auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Spulkörpers 4, gelangt in den Sammlerraum 17 des Wärmeaustauschers und verläßt diesen durch den Austrittsstutzen 12. Die Durchströmung der ■iünnwandigen Schläuche ist auch in umgekehrter Pichtung möglich. Ein zweites Fluid 9 tritt durch den Eintrittsstutzen 13 in den Kernraum 18 des Spulkörpers 4, der an seinem Ende 15 abgedichtet ist, durchströmt den Spulkörper 4 in radialer Richtung von innen nach außen und gelangt in den ringzylinderförmigen Sammelraum 19, von wo aus es den Wärmeaustauscher durch den Austrittsstutzen 14 verläßt.

Fig. 19 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher, bei dem der Spulkörper 4 mit einer Trennwand 21 versehen ist, die jedoch so angeordnet ist, daß der freie Durchflußquerschnitt der einzelnen dünnwandigen Schläuche dadurch nicht unterbrochen wird. Ein erstes Fluid 8 durchströmt hierbei den Wärmeaustauscher in gleicher Weise wie bereits in Fig. 18 beschrieben. Ein zweites Fluid 9 tritt durch den Eintrittsstutzen 13 des Wärmeaustauschers in den ringzylinderförmigen Verteilerraum 20, durchströmt danach die rechte Hälfte des Spulkörpers 4 in radialer Richtung von außen nach innen und gelangt in den Kernraum 18 des Spulkörpers 4, der an seinen beiden stirnseitigen Enden 15 verschlossen ist. Anschließend durchströmt das zweite Fluid 9 die linke Hälfte des Spulkörpers 4 in radialer Richtung von innen nach außen und gelangt in den ringzylinderförmigen Sammlerraum 19, von woaus es den Wärmeaustauscher durch den Austrittsstutzen 14 verläßt.

030028/0412 |

' A3GW31861/A

- 3.1 -

2056642

Fig. 20 zeigt einen erfindungsgeinäßen Wärmeaustauscher, bei dem die dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4 gemäß Fig. 16 nur an einer Seite mit einem flanschartigen Ansatz 7 versehen und aufgeschnitten sind und die Eintrittsöffnungen und die Austrittsöffnungen der einzelnen dünnwandigen Schläuche jeweils um 18O°C gegeneinander versetzt angeordnet sind, sich also gegenüberliegen, d.h. ähnlich angeordnet sind, wie dies von herkömmlichen Wärmeaustauschern mit U-förmig ausgebildeten Rohren her bekannt ist. Bei diesem Wärmeaustauscher tritt ein erstes Fluid 8 durch den Eintrittsstutzen 11 in den Verteilerraum 16, gelangt von dort in das Innere der dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4, durchströmt diese zunächst in der einen und danach in der dieser im wesentlichen entgegengesetzten Richtung und gelangt anschließend in den Samm-lerraum 17, von wo es durch den Austrittsstutzen 12 den Wärmeaustauscher wieder verläßt. Ein zweites Fluid 9 tritt durch den Eintrittsstutzen 13 in den ringzylinderförmigen Verteilerraum 20, von woaus es den Spulkörper 4 in radialer Richtung von außen nach innen durchströmt und in den Kernraum 18 des Spulkörpers gelangt, der an der Stirnseite 15 abgedichtet ist, und verläßt von dort durch den Austrittsstutzen 14 den Wärmeaustauscher,

In Fig. 21 ist ein erfindungsgemäßer Wcfcmeaustauscher dargestellt, der die wesentlichen Merkmale des in Fig. 19 und 20 dargestellten Spulkörpers 4 vereint. Das erste Fluid 8 durchströmt dabei die dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4 wie in Fig. 20 beschrieben, das zweite Fluid 9 umströmt dabei die dünnwandigen Schläuche des Spulkörpers 4 wie in Fig. 19 beschrieben.

Die Figuren 22 bis 24 zeigen in vereinfachter schematischer

- 32 _

j 0 3 0 0 2 8/0412 j

A3GW31361/A

2356642

Darstellung eine Einrichtung zur Herstellung eines Spulkörpers 4 aus zwei von zwei Spulen 6 getrennt zugeführten, jedoch gleichzeitig auf einen gemeinsamen Spulenträger 3 aufgewickelten dünnwandigen Schläuchenl. Durch in Längsrichtung des Spulkörpers 4 versetzte Anordnung der Fadenführer 2, wie aus Fig. bzw. 24 ersichtlich, ist es möglich, einen Spulkörper 4 herzustellen, bei dem die jeweiligen Lagen der beiden dünnwandigen Schläuche 1 in Längsrichtung des Spulkörpers 4 versetzt zueinander aufgewickelt werden, so daß sich an den Stirnseiten des Spulkörpers 4 je ein Bereich 22 bildet, der nur von einem der beiden dünnwandigen Schläuche gebildet wird. Durch Entfernen dieser beiden Bereiche 22 ergibt sich ein Spulkörper der auf der einen Seite die Eintritts- und die Austrittsöffnungen für ein erstes Fluid und auf der gegenüberliegenden Stirnseite diejenigen für ein zweites Fluid hat.

Die Verwendung eines derartigen gemäß Fig. 22 bis 24 hergestellten Spulkörpers in einem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher ist in Fig. 25 dargestellt. Darüberhinaus befindet sich bei dieser in Fig. 25 dargestellten Ausfuhrungsform der Spulkörper 4 in einem die Wärme gut leitenden festen oder flüssigen Stoff 23. Ein solcher Wärmeaustauscher gestattet es, beispielsweise die Wärme von einem ersten Fluid 8 auf ein zweites Fluid 9 unter Ausnutzung der guten Wärmeleiteigenschaften des Stoffes 23 zu übertragen, wobei das Fluid 8 die entsprechenden, aus dem einen dünnwandigen Schlauch gebildeten Lagen des Spulkörpers 4 beispielsweise in der in Fig. 20 dargestellten Weise durchströmt, in Fig. 25 ist dieser Strömungsweg schematisch als gestrichelte Linie angedeutet, während das zweite Fluid 9 einen hierzu spiegelbildlichen Strömungsweg nimmt, der in Fig. 25 durch die durchgezogene Linie angedeutet ist.

030028/0412 |

A3GW31861/A '

In Fig. 26 ist ein Spulkörper 4 mit an seinen beiden Stirnflächen angeordneten flanschartigen Ansätzen 7 dargestellt, wobei die flanschartigen Ansätze 7 (wie diejenigen der in den Figuren 12 bis 21 dargestellten Spulkörper 4) einen größeren äußeren Umfang haben als der Spulkörper 4. Die flänschartigen Ansätze 7 und der Spulkörper 4 haben hierbei jedoch einen elliptischen Ringquerschnitt.

Fig. 27 zeigt, daß man einen Spulkörper 4 nicht nur an seinen Stirnseiten eingießen und entsprechend aufschneiden kann wie oben beschrieben, sondern auch entlang einer oder mehrerer seiner Mantellinien. Bei der in Fig. 27 dargestellten Ausführungsform münden die dünnwandigen Schläuche demgemäß in zwei kreiszylinderförmig von einer beispielsweise aus Gießharze bestehenden Wandung umgebene Hohlräume 24 bzw. 25, die, wie bei den oben bereits beschriebenen Figuren erläutert, als Verteiler- bzw. Sammlerraum für das durch die dünnwandigen Schläuche strömende Fluid dienen.

Fig. 28 zeigt einen Querschnitt durch einen Spulkörper 4, den man erhält, wenn man dünnwandige Schläuche auf einen Spulenträger 3 mit einem rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufwickelt.

Fig. 29 zeigt einen Querschnitt durch einen Spulkörper 4, den man erhält, wenn man einen Spulkörper 4 gemäß Fig. 28 entlang zweier seiner Mantellinien wie in Fig. 27 bereits beschrieben, beispielsweise in Gießharz eingießt und anschließend in der bereits beschriebenen Art und Weise die öffnungen der dünnwandigen Schläuche freigelegt.

"³⁴ " I

0 30028/0412 j

A3G'A^T31861/A '

Fig. 30 zeigt einen Querschnitt durch einen Spulkörper 4, den man ebenfalls aus dem in Fig. 28 dargestellten Spulkörper 4 herstellen kann, und Fig. 31 einen solchen, wie man ihn in gleicher Weise, wie in Fig. 27 beschrieben, aus einem Spulkörper 4 mit kreisförmigem Ringquerschnitt erhält.

Die in den Figuren 27 bis 31 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformen eignen sich hervorragend zur Wärmeübertragung von einem flüssigen Medium auf ein gasförmiges (z.B. als Autokühler) oder umgekehrt, wobei das flüssige Medium zweckmäßigerweise durch die dünnwandigen. Schläuche strömt und das gasförmige die dünnwandigen Schläuche umströmt.

Fig. 32 zeigt einen Querschnitt durch einen ringförmigen Wickelträger 31, wie er sich zur Herstellung eines scheibenförmigen Wickelkörpers aus dünnwandigen Schläuchen eignet.

Fig. 33 zeigt eine mögliche Anordnung der einzelnen Fadenabschnitte beispielsweise eines endlos aufgewickelten dünnwandigen Schlauches auf dem ringförmigen Wickelträger 31. Die Schlauchabschnitte können hierbei in mehreren übereinanderliegenden sich jeweils mehrfach kreuzenden Lagen angeordnet sein. Durch Vergießen des äußeren Teils des ringförmigen Wiekelträgers 31 beispielsweise in eine härtbare Vergußmasse und anschließendes Entfernen eines Teils des ringförmigen Vergußmasseansatzes bis in den Bereich der ümkehrteilstücke 32 der Schlauchabschnxtte wird der zunächst endlose dünnwandige Schlauch 1 in eine Vielzahl gleichlanger in mehreren Lagen angeordneter und sich mehrfach kreuzender Schlauchabschnitte zerteilt und werden dabei an jeder Trennstelle die öffnungen der einzelnen Schlauchabschnitte freigelegt. Der äußere Durchmesser des nicht abge-

j 030028/0412 I

A3GW31861/A |

arbeiteten Teils des ringförmigen Gußmasseansatzes ist also im allgemeinen gleich oder geringfügig kleiner als der äußere Durchmesser des ringförmigen Wickelträgers 31.

Fig. 34 zeigt in geschnittener Darstellungsweise die Draufsicht auf eine scheibenförmige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, bei welchem ein Wickelkörper 4 gemäß Fig. 33 verwendet wurde. Durch entsprechendes Anordnen der Eintrittsstutzen 11 und der Verteilerräume 16 sowie der Sammlerräume 17 und der Austrittsstutzen 12 für ein erstes Fluid 8 bzw. der Eintrittsstutzen 13 und der Verteilerräume 20 sowie der Sammlerräume 19 und der Austrittsstutzen 14 für ein zweites Fluid 9 erhält man einen Wärmeaustauscher mit insgesamt je zwei Einlassen und zwei Auslassen für die zwei Fluide 8 und 9. Dabei wird jeweils der durch den einen Einlaß in den Wärmeaustauscher eintretende Fluidstrom geteilt, so daß jeweils nur die Hälfte eines jeden Teilstroms der Fluide 8 bzw. 9 die beiden jeweiligen mit dem entsprechenden Einlaß in Verbindung stehenden Auslässe erreicht und sich dort mit einer der Hälften des anderen Teilstroms der Fluide 8 bzw. 9 vereint. In Fig. 34 ist dieser Strömungsverlauf durch Pfeile und vier als dicke Linien ausgezogene Schlauchabschnitte veranschaulicht.

Fig. 35 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie XXVI-XXVI durch Fig. 34. Zu erkennen sind der ringförmige Wickelträger 31, der ringförmige Ansatz 7 aus einer härtbaren Gußmasse, der Wickelkörper 4 sowie die beiden sich gegenüberliegenden Verteilerräume 16 für das erste Fluid 8.

j 030028/0412 |

A3GF31861/A |

Fig. 36 zeigt eine weitere Anordnungsmoglichkeit eines endlosen dünnwandigen Schlauches 1 auf einem ringförmigen Wickelträger 31 zur Herstellung eines Schlauchwickels für scheibenförmige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers.

Fig. 37 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher, bei welchem ein Wickelkörper gemäß Fig. 36 verwendet wurde. Die Öffnungen der einzelnen Schlauchlagen wurden hierbei, wie in Fig. 32 bis 35 bereits beschrieben, freigelegt. Bei dieser Ausführungsform tritt das erste Fluid 8 durch den Eintrittsstutzen 11 in den Verteilerraum 16, durchströmt anschließend die dünnwandigen Schläuche des Wickelkörpers 4, tritt

in den Sammlerraum 17 und verläßt den Wärmeaustauscher durch den Austrittsstutzen 12. Die übrigen Teile dieses Wärmeaustauschers entsprechen ihren Positionszahlen gemäß den beispielsweise in Fig. 34 beschriebenen Teilen. Ein an der Wärmeübertragung teilnehmendes beispielsweise zweites Fluid durchströmt den in Fig. 28 dargestellten Wärmeaustauscher in im wesentlichen axialer Richtung desselben.

Während sich der in Fig. 37 dargestellte Wärmeaustauscher somit also zur Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes eignet, können bei dem in Fig. 34 und 35 dargestellten Wärmeaustauscher insgesamt drei Medien an der Wärmeübertragung teilnehmen. iBfei dem in Fig. 34 und 35 dargestellten Wärmeaustauscher könnte das dritte Medium beispielsweise ein die Wärme gut leitender fester oder flüssiger Stoff sein, der die dünnen Schläuche von außen umgibt, oder aber ein, den Wärmeaustauscher in seiner axialen Richtung durchströmendes, drittes Fluid.

- 37 -

j 030028/0412 j

Γ _ Ί

Die Verwendung der in den Figuren 33 und 36 beispielhalber beschriebenen scheibenförmigen Wickelkörper beschränkt sich nicht nur auf die Herstellung von im wesentlichen scheibenförmigen Wärmeaustauschern, sondern es ist erfindungsgemäß möglich, eine Vielzahl derartiger Wickelkörper übereinander anzuordnen und auf diese Weise eine beliebige Anzahl von Fluiden an der Wärmeübertragung teilnehmen zu lassen.

j 030028/0A12 |

Claims

Ä3GW31861/Ä

Patentansprüche

Zusatz zu DE-Patent (P 28 41 091.5)

Dünnwandiger Schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren mit einem Durchströmungsquerschnitt
von 30 bis 95% des Gesamtquerschnitts und einer Bruchdehnung von weniger als 100% gemäß Hauptpatent

(P 28 41 091.5), dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige Schlauch Graphit, Metallteilchen, Füllmittel, Stabilisatoren, Additive, Ruß, Farbpigmente u./od.dgl. enthält.

Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärntedurchgangskoeffizientder Wandung des dünnwandigen Schlauches mindestens
1500 bis mindestens 4500 W/m² K beträgt.

3» Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt.

4. Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen im Bereich von 0,04
bis 4 mm liegenden Außendurchmesser.

j 030028/0412 I

ORIGINAL INSPFCTfTD

' 9PSRRA? I

A3Gi?31861/A

5. Dünnwandiger Schlauch gesiäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen im Bereich von 0,04 bis 1 nun liegenden Außendurchmesser.

6. Dünnwandiger Schlauch geroäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine im Bereich von 5 bis 1OO um liegende Wandstärke.

7. Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine im Bereich von 5 bis 50 paa liegende Wandstärke.

8. Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine im Bereich von 5 bis 20 pn liegende Wandstärke.

9. Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige Schlauch innen und/oder außen profiliert ist.

10. Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 9/ gekennzeichnet durch einen in Längsrichtung des dünnwandigen Schlauches sich - gegebenenfalls periodisch stetig oder unstetig in seiner Form und/oder Größe ändernden Querschnitt.

11. Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige Schlauch porös ist.

J 030028/0A12 I

A3GW31861/A

12. Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige Schlauch aus zwei oder mehr. Komponenten besteht.

13. Dünnwandiger Schlauch gemäß Hauptpatent und nach Anspruch 1 bis 10 sowie 12, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Komponenten porös ist.

14. Vorrichtung zum übertragen von Wärme durch Schläuche, dadurch gekennzeichnet, daß dünnwandige

Schläuche gemäß Hauptpatent (P 28 41 091.5)

und nach Anspruch 1 bis 13, verwendet werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne dünnwandige Schlauch auf dem größten Teil seiner Länge, vorzugsweise auf seiner gesamten Länge und/oder der größere Teil aller dünnwandigen Schläuche,vorzugsweise die Gesamtheit aller dünnwandigen Schläuche in Form von regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Schlaufen angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandigen Schläuche in Form einer sich räumlich ausdehnenden Wendel und/oder einer in einer Ebene liegenden Spirale angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandigen Schläuche in mehreren Lagen angeordnet sind, wobei die dünnwandigen Schläuche in jeder Lage die dünnwandigen Schläuche jeder der benachbarten Lagen gegebenenfalls mehrfach kreuzen.

— 4 —

j 030028/0412 I

A3GW31861/A

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem mehrlagigen Spul- oder Wickelkörper hergestellt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet:, daß sie aus einem Spul- oder Wickelkörper mit einem runden, elliptischen oder vieleckigcn Ringquerschnitt mit abgerundeten Ecken hergestellt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Spul- oder Wickelkörper mit einem rechteckigen Ringquerschnitt mit abgerundeten Ecken hergestellt sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Spul- oder Wickelkörper mit einem entlang der Längsachse desselben größer und/oder kleiner werdenden Ringquerschnitt hergestellt ist.

22.Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem gewebten, gewirkten, gestrickten oder einem nach einem Ablegeverfahren erzeugten Flächengebilde hergestellt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 22, gekennzeichnet durch mindestens je einen Eintritt und mindestens je einen Austritt für mindestens drei an der Wärmeübertragung teilnehmende Fluide.

j 030028/0 412 J