DE3129599A1 - Heat exchanger element having connecting pieces mounted in a self-sealing fashion - Google Patents

Heat exchanger element having connecting pieces mounted in a self-sealing fashion

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DE3129599A1 DE19813129599 DE3129599A DE3129599A1 DE 3129599 A1 DE3129599 A1 DE 3129599A1 DE 19813129599 DE19813129599 DE 19813129599 DE 3129599 A DE3129599 A DE 3129599A DE 3129599 A1 DE3129599 A1 DE 3129599A1
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Abstract

A heat exchanger made from thermoplastic material consists of a double web plate and distributor sections arranged transverse to the web direction and having connecting conduits for feeding and discharging gaseous and liquid media. The double web plate is connected loosely to the distributor sections. The heat exchanger is distinguished by a simple design and ease of assembly. The connections are self-sealing, since the heat exchanger is operated at subatmospheric pressure.

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT HOE 81/F 187 Dr.EL/mhHOECHST AKTIENGESELLSCHAFT HOE 81 / F 187 Dr.EL / mh

3 ■3 ■

Wärmetauscher-Element mit selbstdichtend angebrachten Anschlußteilen Heat exchanger element with self-sealing attached connection parts

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscher-Element aus Kunststoff auf Basis einer Stegdoppelplatte, an dem Anschlußteile selbstdichtend angebracht sind.The invention relates to a heat exchanger element made of plastic based on a double-walled sheet, to which connecting parts are attached in a self-sealing manner.

Für Anlagen, die zur Einsparung von fossilen Brennstoffen entwickelt wurden, um alternative Energiequellen auszunutzen, werden in zunehmenden Maße neuartige Wärmeaustauscher-Elemente benötigt. . / For systems that have been developed to save fossil fuels in order to utilize alternative energy sources, new types of heat exchanger elements are increasingly required. . /

Ein wesentlicher Teil des Energieverbrauchs entsteht im Bereich Haushalte und Kleinverbraucher, wo etwa 45 % der Endenergiemenge benötigt werden -■ vor allem für die Heizung., Ansatzpunkte für Energieeinsparungen sind neben der besseren-Wärmedämmung vor allem die zusätzliche Ausnutzung von Energie aus Sonne, Luft, Boden und Wasser, und zwar in einer! Niedertemperaturheizung, die bei Zwischenschaltung einer ). Wärmepumpe besonders günstige Gesamtwirkungsgrade ergibt. .':A significant part of the energy consumption arises in the area of households and small consumers, where around 45 % of the final energy is required - ■ mainly for heating. Soil and water in one! Low temperature heating, which can be achieved with the interposition of a ). Heat pump results in particularly favorable overall efficiencies. . ':

Wesentlich für diese Anlagen sind kostengünstige, betriebssichere Wärmetauscher, da Investition und Langzeitverhaltenwesentlich davon beeinflußt werden.Inexpensive, reliable heat exchangers are essential for these systems, since investment and long-term behavior are essential be influenced by it.

Verschiedene Ausführungen von Wärmetauschern für diesen Zweck sind bekannt. Ein aufrollbares Element auf Basis von beschichteten Doppelgewebebahnen wird in der DE-OS 27 14 901 beschrieben» Als Handelsprodukt angeboten wird ' -ein Element aus zwei Folienbahnen, die durch ein Gitterwerk·' aus Kunststoff auf Abstand gehalten werden.Various designs of heat exchangers for this purpose are known. A rollable element based on coated double-fabric webs is described in DE-OS 27 14 901 "Is offered as a commercial product" - an element made of two film webs, which are held at a distance by a lattice work · 'made of plastic.

Mehrere Entwicklungen berufen auf einer extrudieren Steg- J doppelplatte (DE-AS 27 19 373, DE-GM 78 24 684, DE-GM /' f 79 27 236). Ein besonderes-Problem'stellt die Verbindung--de* Stegdoppelplatte an beiden Enden mit den Verteilerkanälen für Zu- und Ablauf der Flüssigkeit oder dos Gases dar. HierSeveral developments rely on an extrude bar- J double plate (DE-AS 27 19 373, DE-GM 78 24 684, DE-GM / 'f 79 27 236). A special problem is the connection - de * Double-walled plate at both ends with the distribution channels for the inflow and outflow of the liquid or the gas. Here

werden verschiedene aufwendige Schweißkonstruktionen vorgestellt, die die zunächst einfach herstellbare extrudierte Platte technisch aufwendig und damit teuer werden lassen. Diese Konstruktionen haben außerdem den entscheidenden Nachteil, daß häufig Undichtigkeiten auftreten. Das gleiche gilt auch für technisch anspruchsvollere Konstruktionen, mit denen bei den oben erwähnten aufrollbaren Elementen die Abdichtung nach außen erfolgt.various complex welded constructions are presented, which are initially easy to manufacture extruded Let the plate be technically complex and therefore expensive. These constructions also have the crucial one Disadvantage that leaks occur frequently. The same also applies to technically more demanding constructions, with which the above-mentioned roll-up elements are sealed to the outside.

Aufgabe der Erfindung war es, ausgehend von der Stegdoppelplatte eine einfache und damit kostengünstige Wärmetauscher-Konstruktion zu entwickeln und damit zur breiten Anwendung derartiger Elemente für die Ausnutzung von Umweltenergie bzw. von Abwärme beizutragen.The object of the invention was to develop a simple and therefore inexpensive heat exchanger construction based on the double-walled plate to develop and thus to the broad application of such elements for the exploitation of Contribute environmental energy or waste heat.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle Verbindungen zwischen Stegdoppelplatte und Verteilerprofilen selbstdichtend ausgeführt werden und das Wärmetauscher-Element im Wärmeträgerkreislauf so an die Saugseite der Umwälzpumpe angeschlossen wird, daß im Element stets ein Unterdruck herrscht. Auf diese Weise können die Verbindungen -in besonders einfacher Weise ausgeführt werden, und es können auch Werkstoffe (z.B. PTFE) verwendet werden, die in dieser Form nur sehr schwierig verschweißt werden könnten.The object is achieved in that all connections between the double web plate and the distributor profiles are self-sealing are carried out and the heat exchanger element in the heat transfer circuit so on the suction side of the circulation pump is connected that there is always a negative pressure in the element. In this way, the compounds -in are carried out in a particularly simple manner, and materials (e.g. PTFE) can also be used that are in this Form could only be welded with great difficulty.

Gefunden wurde ein Wärmetauscher aus thermoplastischem Material, bestehend aus einer Stegdoppelplatte und quer zur Stegrichtung angeordneten Verteilerprofilen mit Anschlußkanälen für Zu- und Ablauf gasförmiger und flüssiger Medien, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stegdoppelplatte lose mit den Verteilerprofilen verbunden ist, und daß der Anschlußkanal für den Ablauf mit der Saugseite einer Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck verbunden ist.A heat exchanger made of thermoplastic material was found, consisting of a double-walled plate and transverse to the Distributor profiles arranged in the web direction with connection channels for inflow and outflow of gaseous and liquid media, which is characterized in that the double web plate is loosely connected to the distributor profiles, and that the connection channel for the drain is connected to the suction side of a device for generating negative pressure is.

Gefunden wurde ferner ein Verfahren zum Betreiben von Wärmetauschern aus thermoplastischem Material, bestehend ausA method for operating heat exchangers was also found made of thermoplastic material consisting of

einer Stegdoppelplatte und quer zur Stegrichtung angeordneten Verteilerprofilen mit Anschlußkanälen für gasförmige und flüssige Medien, bei Unterdruck, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Verbindungen zwischen Stegdoppelplatte und Verteilerprofilen durch den Unterdruck selbstdichtend macht.a double web plate and distributor profiles arranged transversely to the web direction with connection channels for gaseous and liquid media, at negative pressure, which is characterized in that the connections between the double web plate and distributor profiles self-sealing due to the negative pressure power.

Die Stegdoppelplatte ist mit den Verteilerprofilen nur lose verbunden, das heißt, nicht verschweißt oder fest verklebt, wie es die aufwendigen Konstruktionen gemäß Stand der Technik vorsehen.The double-walled sheet is only loosely connected to the distributor profiles, i.e. not welded or firmly glued, as envisaged by the complex constructions according to the state of the art.

Das thermoplastische Material, aus dem die Stegdoppelplatte des erfindungsgemäßen Wärmetauschers besteht, ist vorzugsweise ein Kunststoff, insbesondere ein solcher aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen. The thermoplastic material from which the double web plate of the heat exchanger according to the invention is made is preferred a plastic, in particular one from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene.

Werkstoffe auf Basis von halogenieren Polymeren kommen infrage bei besonderer chemischer Beanspruchung durch den ^ Wärmeträger.Materials based on halogenated polymers come in question in the case of particular chemical stress from the ^ heat transfer medium.

Die Verteilerprofile können aus den gleichen Werkstoffen wie die Stegdoppelplatte gefertigt werden, es können aber auch metallische Werkstoffe verwendet werden, z.B. Aluminium. The distributor profiles can be made of the same materials as the double-walled sheet, but can metallic materials can also be used, e.g. aluminum.

Der beim Betreiben des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit einem Gas, beispielsweise Luft oder Stickstoff, erforderliehe Unterdruck beträgt zweckmäßigerweise etwa 0,1 - etwa 0,2 bar. Beim Betreiben mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, das gegebenenfalls mit einem Frostschutzmittel versehen ist, oder .wäßrigen Salzlösungen, beträgt der erforderliche Unterdruck zweckmäßigerweise etwa'0,1 - etwa 0,2 bar zusätzlich zu der Flüssigkeitssäule, die der Höhendifferenz zwischen dem obersten und untersten Punkt im Wärmeträgerkreislauf, das heißt in dem den er-findungsgemäßen Wärmetauscher enthaltenden System, entspricht.The amount required when operating the heat exchanger according to the invention with a gas, for example air or nitrogen The negative pressure is expediently about 0.1 to about 0.2 bar. When operating with a liquid, for example Water, which is optionally provided with an anti-freeze, or .aqueous salt solutions, is the Required negative pressure expediently about 0.1 - about 0.2 bar in addition to the liquid column, the height difference between the top and bottom point in the heat transfer circuit, that is, in the one according to the invention Heat exchanger containing system corresponds.

Die Erfindung soll anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 6.

Es stellen dar:They represent:

Figur 1: die Draufsicht eines erfiridungsgemäßen Wärmetauschers, Figure 1: the top view of a heat exchanger according to the invention,

Figur 2: den Querschnitt des Wärmetauschers entlang derFigure 2: the cross section of the heat exchanger along the

Linie II-II von Figur 1,Line II-II of Figure 1,

Figur 3' den Längsschnitt eines Übergangs Wärmetauscher/ Verteilerprofil entlang der Linie III-III von Figur 1,Figure 3 'shows the longitudinal section of a transition heat exchanger / distributor profile along the line III-III of Figure 1,

Figur 4: den Längsschnitt eines Obergangs -Wärmetauscher/Figure 4: the longitudinal section of a transition heat exchanger /

Rundrohr-Verteilerprofil, Figur 5: die Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers,Round pipe distributor profile, FIG. 5: the top view of a further embodiment of the heat exchanger according to the invention,

Figur 6: den Längsschnitt eines Übergangs Wärmetauscher/ Verteilerprofil mit taschenförmiger Ausbildung entlang der Linie VI-VI von Figur 5. 20FIG. 6: the longitudinal section of a transition heat exchanger / distributor profile with a pocket-shaped design along the line VI-VI of Figure 5. 20

In den Figuren bedeuten:In the figures:

1 Stegdoppelplatte1 double wall plate

2 a,b,c Verteilerprofil2 a, b, c distribution profile

3 a,b Anschlag an'Stegdoppelplatte (1) für Verteilerprofil (2a, b, c)3 a, b stop on double wall plate (1) for distributor profile (2a, b, c)

4 Deckschichten der Stegdoppelplatte (1)4 outer layers of the double-skin sheet (1)

5 Stege der Stegdoppelplatte.(1)5 bars of the double-skin sheet. (1)

6a Anschlußstutzen für Zuleitung am Verteilerprofil6a Connection piece for supply line on the distributor profile

(2a, b, c) ·(2a, b, c)

6b Anschlußstutzen für Ableitung am Verteilerprofil (2a, b, c)6b Connection piece for discharge on the distributor profile (2a, b, c)

7 Dichtungsband7 sealing tape

8 Dichtungsmasse.
358 sealant.
35

. Figuren 1 und 2 zeigen eine zweckmäßige Ausführungsform für Wärmetauscher und Verteilerprofil. Die linke Seite von. Figures 1 and 2 show a suitable embodiment for Heat exchanger and distributor profile. The left side of

Figur 1 zeigt den Zustand vor dem Zusammenbau, die rechte Seite den Betriebszustand.Figure 1 shows the state before assembly, the right side the operating state.

Auf die Stegdoppelplatte (1) mit den Stegen (5) und den Deckschichten (4) sind Verteilerprofile (2a) mit je einem Anschlußstutzen (6a, 6b) für Zu- und Ableitung des Wärmeträgers in enger Anpassung gegen einen Anschlag (3a) aufgeschoben. Das Verteilerprofil kann auch als geschlitztes Rohr'(2b) ausgeführt werden, wie es Figur 4 zeigt. Der verbleibende Spalt wird mit einem Dichtungsband (7) überklebt, der einen Dickschichtkleber .enthält, z.B. mit Acrylaten oder Polyisobutylen modifizierte Bitumenmassen. Wird nun beim Betrieb im Innenraum des Elementes ein Unterdruck angelegt, so entsteht am Spalt eine resultierende Kraft von außen nach innen, die in einfacher Weise eine Selbstdichtung bewirkt. Eine Kontrolle der Dichtigkeit ist jederzeit leicht möglich, da dann im System keinerlei Luftblasen auftreten dürfen.On the double web plate (1) with the webs (5) and the cover layers (4) are distributor profiles (2a), each with one Connection piece (6a, 6b) for supply and discharge of the heat transfer medium pushed in close adaptation against a stop (3a). The distributor profile can also be designed as a slotted tube (2b), as FIG. 4 shows. Of the The remaining gap is covered with a sealing tape (7) that contains a thick-film adhesive, e.g. with acrylates or polyisobutylene modified bitumen compounds. There is now a negative pressure in the interior of the element during operation applied, a resulting force from the outside to the inside is created at the gap, which in a simple way creates a self-seal causes. It is easy to check the tightness at any time, as there will then be no air bubbles in the system may occur.

Figuren 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform für Wärmetauscher und Verteilerprofil.Figures 5 and 6 show a further embodiment for heat exchanger and distributor profile.

Wiederum ist auf die Stegdoppelplatte ein Verteilerprofil (2c) mit Anschlußstutzen (6a, 6b) aufgeschoben. Vor dem Dichtungsspalt ist hier das Verteilerprofil taschenformig ausgebildet und gestattet das Einspritzen einer geeigneten Dichtungsmasse (8), z.B. Polysulfidkautschuk- oder Silikon-Dichtungsmasse. Bei .Unterdruck im System wirkt wiederum eine Kraft von außen nach innen, die auch hier in einfacher Weise zur Selbstabdichtung führt.Again, a distributor profile (2c) with connecting pieces (6a, 6b) is pushed onto the double web plate. Before the Sealing gap here is the distributor profile in the shape of a pocket and allows the injection of a suitable sealant (8), e.g. polysulphide rubber or silicone sealant. In the case of negative pressure in the system, a force acts from the outside in, which is also here in a simpler Way leads to self-sealing.

Dichtungsband (7) bzw. Dichtungsmasse (8) sind nicht zwingend zur Abdichtung erforderlich. Jedoch ist es zweckmäßig, Wärmetauscher und Verteilerprofil vor Anlegen des Unterdrucks mittels eines Klebstreifens (Klebebandes) zusammenzuhalten. Außerdem wird auch bei späteren Abschaltungen ein Auseinanderfallen der genannten Teile vermieden.Sealing tape (7) or sealing compound (8) are not absolutely necessary for sealing. However, it is useful Hold the heat exchanger and distributor profile together by means of an adhesive strip (adhesive tape) before the negative pressure is applied. In addition, the parts mentioned are prevented from falling apart even in the event of subsequent shutdowns.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Elementes,. kann in vielfältiger Weise zur Ausnutzung von Umweltenergie und.Abwärme erfolgen. Bei Anordnung der Elemente auf einem Dach (als Solarabsorber z.B. für Energiedach) oder dem Erdboden (als Wärmeabsorber z.B. in der Landwirtschaft) wird der Umwelt Energie aus der Sonnenstrahlung sowie über eine Wärmepumpe aus Luft, Regen, Wind etc. entzogen.The application of the heat exchanger element according to the invention. can be done in a variety of ways to utilize environmental energy and waste heat. When arranging the elements on a Roof (as solar absorber e.g. for energy roof) or the ground (as heat absorber e.g. in agriculture) Energy is extracted from the environment from solar radiation and from air, rain, wind, etc. via a heat pump.

Aber nicht nur bei der Energieaufnahme, sondern auch bei der Wärmeverteilung in Form einer großflächigen Fußbodenheizung bietet das beschriebene System Vorteile. Diese Heizelemente können direkt unter dem Fußbodenbelag verlegt werden. Damit wird die Regelungs-Trägheit der konventionellen Fußbodenheizung, die unter dem Estrich verlegt wird, vermieden und es wird durch wesentlich niedrigere Vorlauftemperaturen ein besserer Wirkungsgrad der Heizanlage erreicht.But not only in terms of energy consumption, but also in terms of heat distribution in the form of extensive underfloor heating the system described offers advantages. These heating elements can be laid directly under the floor covering. In order to the sluggishness of regulation of conventional underfloor heating, which is laid under the screed, is avoided and it is due to much lower flow temperatures Better efficiency of the heating system achieved.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß bei der Betriebsweise mit geringem Unterdruck das Austreten des Wärmeträgers, bei eventuellen Undichtheiten, verhindert wird. Dies ist gerade bei Fußbodenheizungen von großer Bedeutung.It is also advantageous that in the operating mode with a low negative pressure, the escape of the heat transfer medium at possible leaks, is prevented. This is particularly important with underfloor heating.

Für die Abdeckung von Gewächshäusern in ariden Gebieten werden transparente, hoch UV-beständige Stegdoppelplatten gesucht, mit deren Hilfe ein gleichmäßigeres Klima für die Pflanzen erreicht werden soll. Es bieten sich hier Werkstoffe auf Basis von halogenieren Polymeren (PVC, PTFE) an. Die hierfür problematischen Verschweißungen können entfallen, da aufgrund der beschriebenen Erfindung bei geeigneter Betriebsweise einfache Klebestreifen oder Dichtungsmassen zur einwandfreien Abdichtung genügen.Transparent, highly UV-resistant double-skin sheets are used to cover greenhouses in arid areas sought, with the help of which a more uniform climate for the plants is to be achieved. There are materials here based on halogenated polymers (PVC, PTFE). The welds that are problematic for this can are omitted, because simple adhesive strips or simple adhesive strips due to the described invention in a suitable mode of operation Sealing compounds are sufficient for a perfect seal.

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Claims (9)

X " " X "" HOE 81/F 187 Patentansprüche:HOE 81 / F 187 claims: Wärmetauscher aus thermoplastischem Material, bestehend aus einer Stegdoppelplatte und quer "zur Stegrichtung • angeordneten Verteilerprofilen mit Anschlußkanälen für Zu- und-Ablauf gasförmiger und flüssiger Medien, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegdoppelplatte lose mit den Verteilerprofilen verbunden ist," und daß der Anschluß-· kanal für den Ablauf mit der Saugseite einer Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck verbunden ist.Heat exchanger made of thermoplastic material, consisting of a double web plate and transverse "to the web direction • arranged distribution profiles with connection channels for inflow and outflow of gaseous and liquid media, thereby characterized that the double web plate is loosely connected to the distributor profiles, "and that the connection · channel for the drain is connected to the suction side of a device for generating negative pressure. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material, aus dem die Stegdoppelplatte besteht, ein Kunststoff aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen ist.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the thermoplastic material from which the double web plate consists, a plastic from the group polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene is. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material, aus dem die Verteilerprofile bestehen, ein Kunststoff aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen oder ein metallischer Werkstoff ist.3. Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that the thermoplastic material from which the Distribution profiles consist of a plastic from the group of polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene or a metallic material. 4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff Aluminium ist.4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that that the metallic material is aluminum. 5. Verfahren zum Betreiben von Wärmetauschern aus thermoplastischem Material, bestehend aus einer Stegdoppelplatte und quer zur Stegrichtung angeordneten Verteilerprofilen mit Anschlußkanälen für gasförmige und flüssige Medien,■ bei Unterdruck, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbindung zwischen Stegdoppelplatte und Verteilerprofilen durch den Unterdruck selbstdichtend macht.5. Method of operating thermoplastic heat exchangers Material consisting of a double-walled sheet and distributor profiles arranged transversely to the direction of the web with connection channels for gaseous and liquid media, ■ at negative pressure, characterized in that one makes the connection between the double-walled sheet and the distributor profiles self-sealing due to the negative pressure. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck 0,1 bis 0,9 bar beträgt.6. The method according to claim 5, characterized in that the negative pressure is 0.1 to 0.9 bar. HOE 81/F 187HOE 81 / F 187 7. Verwendung des Wärmetauschers nach Anspruch 1 bis 4 als Wärmeabsorber.7. Use of the heat exchanger according to claim 1 to 4 as Heat absorber. . 8. Verwendung des Wärmetauschers nach Anspruch 1 bis 4 als Solarabsorber.. 8. Use of the heat exchanger according to claim 1 to 4 as Solar absorber. 9. Verwendung des Wärmetauschers nach Anspruch 1 bis 4 als Heizelement.9. Use of the heat exchanger according to claim 1 to 4 as Heating element.
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