DE3118024A1

DE3118024A1 - Verfahren zur herstellung von starren und planfoermigen flachkollektoren und waermetauschern

Info

Publication number: DE3118024A1
Application number: DE19813118024
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 6238 Hofheim Eckardt; Dieter 6239 Kriftel Stahl
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1981-05-07
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1982-11-25

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT HUE 81/F 099 Dr.K/St

Verfahren zur Herstellung von starren und planförmigen Flachkollektoren und Wärmetauschern

Die Herstellung von Kollektoren aus Thermoplasten und Duroplasten (faserverstärkt) nach dem Hohlkörperblasverfahren bzw. Handauflegeverfahren wurde bereits oft in der Literatur erwähnt.

Bei der Nutzung der Sonnenenergie in Verbindung mit einer Wärmepumpe sind für das anfallende niedrig temperierte Arbeitsmedium Wasser großflächige, extrem flache Wärmetauscher erforderlich, sowohl an der Energie aufnehmenden Stelle z.B. einem Dach als auch an der Energie abgebenden Stelle z.B. in den Räumen.

Weiter ist es für die äußere Gestaltung z.B. einer Dachfläche wichti'j, daß die Wärmetauscher an die bestehende Dacheindeckung in Form und Farbe so angepaßt werden können, daß sie von den herkömmlichen Materialien möglichst nicht zu unterscheiden sind. Zum Teil schreiben die Bauaufsichtsbehörden eine solche gestalterische Anpassung an bestehende Dachformen zwingend vor, um zu verhindern, daß das architektonische Gesamtbild verunstaltet wird.

Mit den bisher auf dem Markt befindlichen Wärmetauschern, die meist in Form von Röhren oder Elementen mit inneren Stegprofilen hergestellt sind, lassen sich solche Anpassungen nicht durchführen, in denen ein einwandfreier Durchfluß gewährleistet ist.

Die bisher als Fußbodenheizung im Estrich verlegten Rohre weisen als Wärmetauscher eine so geringe Oberfläche auf, daß eine Beheizung von Räumen mit niedrig temperiertem Wasser nicht möglich ist. Sie sind überdies nur in Neubauten kostengünstig einzubauen.

Für Niedertemperaturheizungen bereits bewoKnter Räume wurden großflächige extrem flache Wärmetauscher entwickelt, dir eins Polyenfcorabal-and.'-.gewnbp bestehen, ,das mit Weich-PVC beschichtet ist. Diese haben eine geringe _r Einbauhöhe und werden zweckmäßig wegen ihrer geringen Masse zwischen Estrich und Bodenbelag (Teppich- oder PVC-Belag) verlegt. Jedoch lassen sich nicht in allen Fällen derartige flexible Wärmetauscher anwenden.

Bestimmte Fußbodenbeläge wie Holzparkett, Keramik und Natursteinbeläge erfordern flache starre Wärmetauscher.

Es bestand daher die Nachfrage nach einem flachen Kunststoff hohlkörper als Wärmetauscher durch den allseitig Wasser fließen kann, ohne daß eine Deformation erfolgt.

. Gegenstand der Erfindung ist ein flacher Wärmetauscher aufgebaut aus 2 Deckschichten und einer dazwischen liegenden Kernschicht nach dem Sandwichprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht aus sphärisch geformtem Einkornmaterial einheitlicher Höhe besteht, das eine ausreichende Formstabilität hat.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung der Wärmetauscher.

Die Herstellung eines solchen Körpers ist dann nach dem Preßverfahren möglich, wenn der Hohlkörper nach der Sandwichkonzeption aufgebaut ist, d.h.. daß der Körper aus zwei Deckschichten besteht, die über eine poröse Kernschicht fest miteinander verbunden sind, so daß das fließende Wasser den Hohlkörper passieren kann, ohne daß eine Deformation erfolgt. Dabei ist wichtig, daß die poröse Kernschicht bei der Verschweißung mit den Deckschichten dem Preßdruck standhält und die für den Wasserfluß notwendige offene Struktur beibehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß man sphärisch geformte Materialien, z.B. in Ei- oder Kugelform aus einem formstabilen Material in geeigneter Weise zwischen die Deckschichten einlagert.

α.

Die Deckschichten sind aus Kunststoff, vorzugsweise glasfaserverstärktem ungesättigten Polyester-Harz aufgebaut und das Material der Kernschicht besteht aus sphärisch geformten geometrischen Gebilden einheitlicher Höhe, die vorzugsweise kugelförmig sind. Man bezeichnet diese Kernschicht daher auch als Einkornschicht.

Die einzelnen Partikel haben im allgemeinen eine Höhe von 2-15 mm, vorzugsweise 5-10 mm, und sind-mit den Deckschichten an der Ober- und Unterseite an den Berührungspunkten verklebt. Es ist zweckmäßig, daß sie in relativ dichter, gleichmäßiger Packung angeordnet sind. Der optimale Abstand richtet sich nach der Korngröße des Materials, wobei das Verhältnis des Abstandes zum Durchmesser der Teilchen (0 - 3):1, vorzugsweise (0,25 - 1,5):1 beträgt. Die Zwischenschicht enthält somit noch genügend Hohlräume, in denen das für einen Wärmetauscher er forderliche Arbeitsmedium vorzugsweise Wasser fließen kann, das auch mit Frostschutz wie ein- oder mehrwertigen Alkoholen versehen sein kann.

Als Material für die Zwischenschicht können z.B. Quarzsand, Blähton-, Glas-, oder Kunststoffgebilde, wie Gummikugeln oder sonstige wasserfeste Einkornsysteme in Kugel- oder Eiform eingesetzt werden. Geeignet sind z.B. auch granulierte Kunststoffabfalle, z.B. von Polyester, Polypropylen, härtbaren Formmassen auf Basis von ungesättigten Polyestern, Harnstoff- und/oder Melamin-Formaldehyd- oder Phenol-Formaldehyd-Harzen.

Die Partikel können z.B. von Hand oder mit Hilfe einer Schablone auf die untere, noch nicht gehärtete Deckschicht (Grundschicht), die sich beispielsweise in einer Form befindet, aufgebracht werden. Zweckmäßig werden sie zur leichteren Handhabung mit Hilfe von elastischen Klebstoffen, z.B. Haft- und/oder Kontaktklebern auf ein leichtes, dicht geschlagenes Gewebe, Gewirke, Vlies oder

ähnliches textiles flexible« FlächenqobildG in einer Schicht aufgeklebt. Die Menge des dazu verwendeten Klebers beträgt z.B. bis zu 50 g/m Fläche.

Es kann auch vorteilhaft sein, beide Seiten des Flächengebildes mit den Partikeln zu versehen, um so bei entsprechender Ausführung eines Wärmetauschers die Heizfläche zu erhöhen. Dies ist beispielsweise bei senkrechtstehenden flachen Wärmetauschern wünschenswert.

Als Kleber eignen z.B. Natur- und Synthese-Kautschuk, wie Polychloropren-, Styrol-Butadien-, Butadien-Acrylnitril- und Polyurethankautschuk, Polyacrylsäureester

-CH_n-CH-² I
COOR

in der R Alkylreste mit 1-6 C-Atomen darstellt, Copolymerisate wie Vinylacetat-Äthylen- oder -Acrylat-Copolymerisat und Polyvinylather.

Zur Herstellung der beiden Deckschichten können beispielsweise härtbare Kunstharze wie Harnstoff-Formaldehyd-, Phenol-Formaldehyd-, ungesättigte Polyester-, Polyurethan- und Furanharze eingesetzt werden, sofern sie wasserfest sind. Die Härtung erfolgt bei den eingesetzten Harzen nach den bekannten Methoden.

Ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze) als bevorzugte Kunstharze werden meist in Form von Lösungen angewandt, die aus Estern der Malein- oder Fumarsäure und/oder von anderen ungesättigten Säuren, gegebenenfalls in Gegenwart gesättigter Säuren wie Phthalsäure mit mehrwertigen Alkoholen, gegebenenfalls modifiziert mit untergeordneten Mengen an einwertigen Alkoholen und/oder Säuren in polymerisierbaren Kohlenwasserstoffen, wie Styrol, die ver-5 schiedenen Vinyltoluole oder Methylstyrol, oder in polymerisierbaren Estern wie Acrylsäure- oder Methacrylsäureestern bestehen. Die Harze werden in üblicher Weise

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mit dem System Acrylperoxyd/tcrt. Amin-Beschleunigern oder Hydro- oder Ketoperoxyd/Kobaltbeschleuniger bei Raumtemperatur oder auch ohne Beschleuniger mit Peroxyd allein oberhalb 60⁰C ausgehärtet.

Als verstärkendes Material zur Herstellung der Deckschichten wird vorzugsweise Glasfasermaterial in Form von Geweben, Vliesen und Gelegen eingesetzt. Es können aber auch andere Materialien wie Kohlenstoffasern oder organische Fasern mit hohem Modul verwendet werden.

Die zur Bildung der Deckschichten eingesetzten Harze können auch anorganische oder organische Füll- und Streckmittel in Mengen von 0 bis 30, vorzugsweise 2 bis 25 Gew.-% - abhängig von der Art der Zuschläge - enthalten, wie Kieselgel, Bariumsulfat, Talkum, geschnittene Glas- und/oder synthetische Fasern.

Die erfindungsgeitiäßen Wärmetauscher können beispielsweise in Form von LMatlen odor miL· einer P).of ilierung wie ti ic "Berliner Welle" oder auch in der Formgebung wie Dachpfannen z.B. "Frankfurter Pfanne" auf dem Dach angebracht werden, wobei sie sich hervorragend als Wärmetauscher in Verbindung mit einer Wärmepumpe eignen. Außerdem lassen sie sich in der Form flacher Platten als Niedertemperaturheizkörper, großflächig an der Wand oder auf dem Estrich angebracht, zur Beheizung von Wohnräumen verwenden.

Die Wäremtauscher können durch Steckkupplungen, wie sie in den Patenten (Patentanmeldungen P 30 01 335.5, P 30 24 170.4 und P 30 38 472.6) beschrieben sind, miteinander verbunden werden. Aber auch andere Verbindungen wie aufgeklebte Rohranschlüsse sind möglich. Jedoch ist darauf zu achten, daß ein.ungehinderter Durchfluß gewährleistet wird.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers läßt sich auf folgendem Wege äußerst günstig durchführen.

in dem Beispiel bedeutet T Gewichtsteile und % Gew.-%.

Beispiel
a) Herstellung einer elastischen Matte (Einkornmatte)

Auf ein Polyestervlies (80 g/m ), das sich auf einer . ebenen Unterlage befindet, wird eine wäßrige Dispersion eines Haftklebers auf Basis von modifiziertem Polyvinylacetat (Kenndaten: Feststoffgehalt: 40 - 45 %, Viskosität: 2000 - 10.000 mPa.s (Brookfield RVT 20 Upm, Spindel 5 bei 23°C), pH-Wert 4 -5, Säurezahl· 4) im Sprühverfahren in einer gieichmäßigen Schicht aufgebracht und anschließend mit Glaskugeln von 8 mm Durchmesser mit Hilfe einer Auftraysschablone bedeckt. Zur Erzielung einer einheitlichen Höhe werden die Kugeln durch Auflegen einer ebenen Platte in die Klebstoffschicht eingedrückt. Sie haben einen durchschnittlichen Abstand von 2 mm.

b) Herstellung eines Wärmetauschers

Die Herstellung erfolgt nach dem sogenannten "Handauflegeverfahren". In einen Formkern mit einer gewünschten Struktur, die auch die Anschlüsse enthalten kann, wird

2 eine dünne Gelcoat-Schicht und darauf eine 0,5 m große

2
Glasfasermatte (450 g/m ), die mit 500 T einer Mischung

aus 1000 T eines ungesättigten Polyesterharzes (Säurezahl ^ 32, Festkörpergehalt: 65 %, dynamische Viskosi-3Q tat, 20⁰C : 1100 mPa.s), 10 T Kobaltoctoatlösung (1 %ig in Dioctylphthalat) und 20 T Cyclohexanonperoxyd (50 %ig in Triäthy!phosphat) getränkt ist, eingelegt.

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Auf diese noch nicht gehärtete Glasfaser-Polyestermatte wird die unter a) beschriebene elastische Matte mit der Kugelseite aufgelegt und durch leichten Handdruck den Konturen angepaßt. Die Kugeln dringen dabei punktförmig in die Harzschicht ein. Auf das nach oben weisende Trägermaterial der elastischen Matte wird eine zweite, mit dem Polyesterharz getränkte Glasfasermatte aufgebracht und leicht angedrückt. Dann wird das erhaltene dreidimensionale Gebilde bei einer Temperatur von 20⁰C (Raumtemperatur) für die Dauer von 180 Minuten in der Form belassen, wobei das Harz aushärtet und anschließend entformt.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Flacher Wärmetauscher, aufgebaut aus 2 Deckschichten und einer dazwischen liegenden Kernschicht nach dem Sandwichprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht aus sphärisch geformtem Einkornmaterial einheitlicher Höhe besteht·
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkornmaterial aus Quarz, geblähtem Ton, Glas oder Kunststoff besteht.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkornmaterial eine Höhe von 2-15 mm, vorzugsweise 5-10 mm aufweist.
4. Wärmetauscher nach eLnem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstandes des Einkornmaterials zum Durchmesser der Teilchen (0 - 3):1, vorzugsweise (0,25 - 1,5):1 beträgt.
5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß er Verbindungsanschlüsse aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung eines flachen Wärmetauschorf; dadurch gt 'kennzeichnet, daß es in sphärisch geformte;-; Einkornmaterial auf eine mit einem verstärkendem 0 Material versehene härtbare Kunstharzschicht als Grundschicht aufgebracht und darauf mit einer zweiten gleichartig aufgebauten Deckschicht bedeckt wird, so daß ein dreidimensional verformtes gleichmäßig dickes Sandwich entsteht, worauf dieses Sandwich gehärtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkornmaterial zuerst auf ein elastisches Flächen-

gebilde aufgeklebt wird, anf.chlifßond mit der Seite des Einkornmaterials auf die Grundschicht aufgelegt wird und dann eine Deckschicht auf das nunmehr nach oben gerichtete flexible Flächengebilde aufgebracht wird.