DE3886579T2

DE3886579T2 - Mittels Polymeren hergestellter Wärmetauscher.

Info

Publication number: DE3886579T2
Application number: DE3886579T
Authority: DE
Inventors: Anthony Joseph Cesaroni; Jerry Paul Shuster
Original assignee: DuPont Canada Inc
Current assignee: DuPont Canada Inc
Priority date: 1987-04-08
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2008-04-08
Also published as: US4955435A; JP2749586B2; JPS63286698A; DE3886579D1; AU1442588A; CA1321784C; KR880012975A; EP0286399A1; EP0286399B1; KR960007990B1; AU600117B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssig-zu-Gas-Plattenwärmetauscher, insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen.
Wärmetauscher, die in Fahrzeugen zur Übertragung überschüssiger Wärme aus Kühlflüssigkeiten und Schmiermitteln für die Kraftübertragung an die Umgebungsluft und zur Temperaturregelung der in den Fahrgast- und Laderaum von Fahrzeugen zugeführten Umgebungsluft verwendet werden, sind traditionsgemäß Wärmetauscher des Kerntyps. In solchen Wärmetauschern wird das flüssige Medium durch mehrfache Durchgänge für Flüssigkeit in einem im allgemeinen ebenen offenen Strukturkern geschickt, und Luft wird in einer zur Kernebene im allgemeinen senkrechten Richtung durch den Kern geschickt. Die Oberfläche des Kerns wird oft durch das Vorsehen von Rippen vergrößert. Die gesamte Kernanordnung besteht aus dünnem Metall, insbesondere einem Metall mit hoher Leitfähigkeit, wie Kupfer oder Aluminium, um die Wärmeübertragungsrate im Wärmetauscher zu maximieren. Die Wärmeaustauschrate wird weiter verbessert, und Skineffekte an der externen Metall-zu-Gas-Grenzfläche werden verringert; dies geschieht durch die Turbulenzwirkungen, die durch den Luftstrom durch den Radiatorkern entstehen, so daß ein beträchtlicher Luftdruckabfall im gesamten hochleistungsfähigen Radiator des Kerntyps eintritt, der zu einem beliebig großen Bruchteil seiner maximalen Wärmeübertragungskapazität betrieben wird. Dieser Druckabfall und der turbulente Zustand der den Kern verlassenden Luft führt zu einer beträchtlichen Ableitung von Kraft bzw. Energie bei der Aufrechterhaltung des Luftstroms durch den Wärmetauscher.
Es wurden Vorschläge gemacht, Plattenwärmetauscher zu verwenden, bei denen die Plattenoberfläche eine erweiterte Wärmeübertragungsfläche schafft, über die Luft zumeist im wesentlichen parallel zur Plattenoberfläche strömt. Plattenwärmetauscher haben in der Praxis aufgrund von Problemen sowohl bei der Herstellung der Platten als auch der Erreichung einer angemessenen Wärmeübertragungsleistung nur beschränkte Anwendung gefunden. Flache Platten bewirken insbesondere selbst kein hohes Maß an Turbulenz, die erforderlich ist, um an der externen Metall-zu-Gas-Grenzfläche, d. h. an der Grenzfläche des Wärmetauschers und Luft Skineffekte zu beschränken und eine wirkungsvolle Wärmeübertragung zu gewährleisten. Außerdem ist die Herstellung solcher Platten bekannter Konstruktionen kostspielig und tendieren im Vergleich zu den Kernen der konventionellen Wärmetauscher zu einem hohen Materialaufwand.
Die derzeit zufriedenstellendste und am meisten verwendete Form von Plattenwärmetauschern ist aus walzplattiertem Aluminium hergestellt, das vielfach in Kühlgeräten jenes Typs zum Einsatz kommt, in dem Wärme durch die Wände der relativ statische Luft enthaltenden Kühlkammern abgeleitet wird. Die Wände der Fluiddurchgänge des Plattenwärmetauschers und insbesondere die Abschnitte der Platte zwischen den Fluiddurchgängen müssen jedoch aufgrund technischer Einschränkungen des zur Herstellung solcher Plattenwärmetauscher angewendeten Walzplattier-Verfahrens relativ dick sein. Aluminium besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit, und die Notwendigkeit, dicke Wände zu verwenden, beeinträchtigt die Wärmeübertragungsleistung nicht in signifikanter Weise, doch gibt es Nachteile hinsichtlich des Gewichts, der Kosten und der mangelnden Flexibilität bei der Auslegung von Wärmetauschern.
Bekannt sind die aus Polymeren hergestellten Plattenwärmetauscher, z. B. die rechteckigen Plattenwärmetauscher, die in der veröffentlichten französischen Patentanmeldung 2 566 107 von J.E. Borghelot et al., veröffentlicht am 20. Dezember 1985, beschrieben werden. Solche Platten haben einen schlangenlinienartigen Durchgang, der durch einander auf gegenüberliegenden Seiten der Trennfuge gegenüberliegende konvexe Kanäle definiert ist und werden durch ein Extrusions/Blasformverfahren hergestellt.
Es stellte sich nun heraus, daß Plattenwärmetauscher aus Polymeren hergestellt werden können, wodurch sowohl hinsichtlich der Erzeugungskosten als auch des Gewichts potentielle Einsparungen geschaffen werden. Weiters stellte sich heraus, daß die Wärmeleistung von Wärmetauschern des Plattentyps, durch den Betrieb des Austauschers in und parallel zu einem Stromlinien-Luftstrom deutlich erhöht werden kann, während Mikroturbulenz in der Luft in unmittelbarer Nähe der Plattenoberflächen bewirkt wird, um die Grenzschicht zu durchbrechen, ohne den gesamten Stromlinienstrom zu stören. Solche Wärmetauscher haben wirkungsvolle Wärmeaustauschcharakteristika, während sie die mit dem Druckabfall und dem turbulenten Luftstrom durch einen konventionellen kernartigen Wärmetauscher verbundenen Kraft- bzw. Energieverluste deutlich verringern. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß in solchen Wärmetauschern die Wirkungen an den Grenzflächen zwischen den Wärmeaustauschfluids, insbesondere an der Polymer/Luft-Grenzfläche, bedeutsamer sein können als die Wärmeleitfähigkeit des Polymers; an den hier offenbarten Wanddicken wird die Wärmeleitfähigkeit unter Umständen zu einem unbedeutenden Faktor.
In DE-A-1952785 werden flache Gegenstände mit Rohrleitungen oder Kammern zwischen den Platten durch selektives Zusammenfügen von Abschnitten der Platten und nachfolgendes Ausweiten der nichtzusammengefügten Bereiche gebildet. Ein für diese Gegenstände vorgeschlagener Verwendungszweck ist der des Wärmetauschers, besonders wenn diese aus Metall sind. Polyamide werden als ein Beispiel eines Kunststoffmaterials erwähnt.
Ein aus einem Polymer hergestellter Wärmetauscher wird in DE-U-84 20 082 beschrieben, wobei dieser Wärmetauscher aus einem Paar Außenwänden besteht, die aus Tafeln eines Polymermaterials gebildet sind, das entlang des Umfangs miteinander verbunden ist und weiter verbunden ist, um innere und äußere Sammler- bzw. Verteilerbereiche und Fluiddurchgänge zwischen diesen Sammler- bzw. Verteilerbereichen zu begrenzen. Bei dieser Konstruktion soll die Wanddicke angeblich zwischen etwa 0,25 und 1,5 mm liegen (vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,0 mm), und Hochdruckpolyäthylen soll für die Tafeln ein besonders geeignetes Material sein. In den dargestellten Ausführungsformen zeigen
Fig. 1-6 gerade Kanäle für das Fluid zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Geräts, doch in Fig. 7 und 8 unterbrechen Schraubbolzen 28 den Fluß in einer solchen Weise, daß man sagen kann, daß ein Labyrinth von Fluiddurchgängen entsteht.
Die Autoren der vorliegenden Erfindung gelangten zur Erkenntnis, daß im Gegensatz zu dieser Anordnung ein ausgezeichneter Plattenwärmetauscher aus Tafeln einer aliphatischen Polyamidzusammensetzung hergestellt werden kann, die eine Dicke von nicht mehr als 0,12 bis 0,5 mm aufweisen, wobei die Verbindung zwischen den Platten durch die Verwendung einer Innenschicht erleichtert wird.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter besonderer Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben, von denen:
Fig. 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers ist;
Fig. 2 ein fragmentarischer Schnitt durch einen Teil des Plattenwärmetauschers ist und
Fig. 3 eine Fluidverbindungsvorrichtung für den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher darstellt.
Ein Plattenwärmetauscher kann, wie aus Fig. 2 ersichtlich, aus zwei gegenüberliegenden Tafeln 26 einer Zusammensetzung eines thermoplastischen Polymers gebildet sein. Zumindest eine der Tafeln 26 ist so mit einem Muster an Vertiefungen versehen, daß im hergestellten Wärmetauscher Fluid-Flußdurchgänge 34 durchsetzt mit verbundenen Zonen 32 gebildet werden. Die Fluid-Flußdurchgänge 34 und die verbundenen Zonen 32 werden in der Draufsicht von Fig. 1 dargestellt, wie sie ein Labyrinth von Fluid-Flußdurchgängen durch die Kanäle 10 und die Sammler- bzw. Verteilerbereiche 20 bilden.
In Fig. 1 besitzen die Sammler- bzw. Verteilerbereiche 20 verbundene Zonen 32 in Form kreisförmiger Inseln. Die Inseln können jedoch jede geeignete Form, darunter die eines Sechsecks, einer Raute bzw. Rhombus u. a., aufweisen. Die Sammler- bzw. Verteilerbereiche 20 haben Fluid-Flußdurchgänge 34 um die Inseln. Die Sammler- bzw. Verteilerbereiche 20 sind mit Fluid-Flußdurchgängen 34 durch die Kanäle 10 durchsetzt. Eine Kombination aller Fluid-Flußdurchgänge 34 des Wärmetauschers bildet ein Labyrinth an Fluid-Flußdurchgängen im Plattenwärmetauscher.
Fig. 1 zeigt ein durch kreisförmige Inseln und Kanäle gebildetes Labyrinth aus Fluid-Flußdurchgängen. Man beachte, daß die Proportionen des Plattenwärmetauschers mit Inseln und Kanälen variiert werden können, einschließlich einer Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers, der nur Inseln hat. Außerdem können nicht dargestellte Einbuchtungen oder Vorsprünge in den Zwischenräumen zwischen den Inseln angeordnet sein, um Turbulenzen im Fluidfluß durch die Fluid-Flußdurchgänge des Wärmetauschers zu bewirken, was dazu beiträgt, die Wärmeübertragungseigenschaften des Plattenwärmetauschers zu verbessern.
Zur Bildung der Tafeln 26 sind je nach Polymerzusammensetzung und dem ins Auge gefaßten Produktionsmaßstab verschiedene Verfahren anwendbar. Die Tafeln können beispielsweise in einer Presse geformt oder warmgeformt werden. Verschiedene Arten der Differentialdruck-Warmformung können verwendet werden, einschließlich die Vakuum- oder Luftdruckformung. Die eingesetzten Erzeugungsverfahren hängen insbesondere von der eingesetzten Polymerzusammensetzung und der erforderlichen Konfiguration ab. Wärmehärtende Materialien können unter Verwendung von Patrizen, Matrizen oder aufeinander abgestimmter Formen, mit oder ohne Verwendung von Wärme und Druck, entsprechend dem verwendeten Material, geformt und ausgehärtet werden.
Eine oder beide Tafeln 26 können mit den den Fluid-Flußdurchgängen 34 entsprechenden Vertiefungen geformt werden. Nach dem Formen werden die Tafeln z. B. durch Verklebung oder Schweißen mittels Heißsiegeln oder einer anderen geeigneten Technik miteinander verbunden.
Bei einem Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher wird ein Bindemittel auf die Platte im Muster der zu verbindenden Plattenabschnitte gedruckt. Das Verbinden erfolgt durch Zufuhr von Wärme und/oder Druck, vorzugsweise in Kombination mit Druck eines Inertgases, der zur Ausweitung der Fluid-Flußdurchgänge angelegt wird; die Verwendung von Formen mit einem den Fluid-Flußdurchgängen entsprechenden Vertiefungs-Muster erleichtert zumeist die Ausbildung der Durchgänge.
In einem weiteren Beispiel, das in der ebenfalls anhängigen gleichzeitig damit veröffentlichten Anmeldung EP-A-286400 offenbart wird, können eine oder beide Tafeln 26 mit einem Muster eines widerstandsfähigen Materials behandelt werden. Bei diesem Verfahren verhindert das widerstandsfähige Material lokal das Verbinden der Tafeln. Die unbehandelten Bereiche der Tafeln werden dann unter Verwendung von Wärme und Druck, eines Verbindungsmaterials oder irgendeiner anderen Technik miteinander verbunden, die die unbehandelten Bereiche fest miteinander verbindet, ohne ein Verbinden der behandelten Bereiche zu bewirken. Die nicht verbundenen Bereiche werden dann z. B. durch Anlegen eines Gasdrucks an die Fluid-Flußdurchgänge volumsvergößert, einschließlich durch Zersetzen einer auf die behandelten Bereiche aufgebrachten blasenden Verbindung, um die nicht verbundenen Bereiche volumszuvergößern und dadurch das Labyrinth an Durchgängen zu bilden.
Eine Zwischenschicht aus Metall oder Polymer kann zwischen die Tafeln 26 eingebracht werden, um beispielsweise die Steifigkeit der Anordnung zu verbessern. Eine perforierte oder offene Maschenschicht hindert die Schichten 26 nicht daran durch die Perforationen oder Maschen fest zusammengeschweißtzuwerden, während die gleichen Perforationen oder Maschen die Turbulenz in dem durch die Fluid-Flußdurchgänge 34 durchfließenden Fluid erhöhen und das Maschenmaterial, soferne es aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, die Wärmeübertragung durch die Schichten 26 in nicht an einen Fluid-Fluß-Durchgang 34 angrenzenden Bereichen erhöht.
In einem Beispiel der äußeren Verbindung der Fluidröhren mit der Platte von Fig. 1 sind Öffnungen 30 in gegenüberliegenden Abschnitten der Tafeln 26 in den Sammler- bzw. Verteilerbereichen 20 geschnitten oder ausgebildet. Ein Bund 40 mit Öffnungen 48 wird eingefügt und an beide Tafeln 26 geschweißt. Der Bund 40 wird vorzugsweise mit einem integralen peripheren Flansch 42 an einem Ende geformt, der an einer Tafel 26 angeklebt oder vorzugsweise angeschweißt wird. Ein getrennt geformter Flansch 44 wird an das andere Ende des Bunds und die andere Tafel 26 angeschweißt oder angeklebt. Ein mit Öffnungen versehenes Zufuhrrohr kann dann durch den Bund geschickt werden, so daß seine Öffnungen mit dem Bund ausgerichtet sind, und an einer Stelle im Fluid in enger Beziehung zum Bund, die den Klemmkräften standhält, festgeklemmt werden.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden. Man beachte jedoch, daß der Plattenwärmetauscher die in den Figuren dargestellte Form, eine lineare Form oder irgendeine andere für den beabsichtigten Verwendungszweck geeignete Form aufweisen kann.
Bei einer alternativen Konstruktionsform wird ein Bereich der Platte, die parallele Durchgänge ähnlich zu den Durchgängen 10 enthält, als kontinuierlicher Spritzguß geformt, und die Sammler- bzw. Verteilerbereiche werden getrennt geformt, geschweißt oder in einer anderen Weise mit den gegenüberliegenden Enden der Längen dieses Spritzgußstücks verbunden.
Die zur Bildung des Wärmetauschers verwendete Polymerzusammensetzung weist üblicherweise eine relativ hohe Wärmebeständigkeit auf, doch bei der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Dicke ist die Wärmeleitfähigkeit oder die Wärmebeständigkeit bei der Leistung des resultierenden Wärmetauschers zumeist nur ein untergeordneter oder sogar unbedeutender Faktor. Das Polymer muß jedoch so ausgewählt sein, daß bei der bei der Herstellung des Wärmetauschers verwendeten Dicke der resultierende Wärmetauscher ausreichende Zugfestigkeit bei der maximalen Arbeitstemperatur des Wärmetauschers aufweist, um dem maximalen Arbeitsdruck des Fluids in der Platte ohne Bruch oder kurz- oder langfristige Verwindung bzw. Verwerfung standzuhalten. Außerdem muß es dem längeren Kontakt mit den Arbeitsfluids des Wärmetauschers ohne Abtragung bzw. Abbau standhalten und muß weiters gegenüber Schmutzstoffen resistent sein, die in der Arbeitsumgebung auftreten können. Das Polymer sollte auch ermüdungsbeständig sein, einen niedrigen Kriechmodul aufweisen, eine ausreichend steife Plattenstruktur schaffen und vorzugsweise schlagbiegefest sein. Die Wahl der Polymerzusammensetzung hängt offenkundig zu einem großen Ausmaß von der Arbeitsumgebung und dem angewendeten Herstellungsverfahren ab.
Solche Polymere können Stabilisatoren, Pigmente, Füllmittel und andere Zusatzstoffe enthalten, die für die Verwendung bei Polymerzusammensetzungen bekannt sind. Die Beschaffenheit der verwendeten Polymerzusammensetzung kann den Wirkungsgrad des Wärmetauschers erhöhen, da man glaubt, daß Wärme fähig ist, sich zumindest sowohl durch Konvektion als auch durch Strahlung aus dem Wärmetauscher zu verbreiten.
In der vorliegenden Erfindung ist das Polymer ein Polyamid, z. B. Polyamide, die durch die Kondensationspolymerisation einer aliphatischen Dikarbonsäure mit 6-12 Kohlenstoffatomen mit einem aliphatischen Primärdiamin mit 6-12 Kohlenstoffatomen gebildet werden. Das Polyamid kann alternativ durch Kondensationspolymerisation eines aliphatischen Lactams oder einer Alpha, Omega-Aminokarbonsäure mit 6-12 Kohlenstoffatomen gebildet sein. Weiters kann das Polyamid durch Copolymerisation von Mischungen solcher Dikarbonsäuren, Diamine, Lactame und Aminokarbonsäuren gebildet sein. Beispiele von Dikarbonsäuren sind 1,6-Hexan-di-Säure (Adipinsäure), 1,7-Heptan-di-Säure (Pimelinsäure), 1,8-Octan-di-Säure (Suberinsäure), 1,9-Nonan-di-Säure (Azelainsäure), 1,10-Decan-di-Säure (Sebacinsäure), 1,12-Dodecan-di-Säure und Terephthalsäure. Beispiele von Diaminen sind 1,6 Hexamethylendiamin, 1,8-Octamethylendiamin, 1 ,10-Decamethylendiamin und 1,12-Dodecamethylendiamin. Ein Beispiel eines Lactams ist Caprolactam. Beispiele von Alpha, Omega-Aminokarbonsäuren sind Aminooctansäure, Aminodecansäure und Aminododecansäure. Bevorzugte Beispiele der Polyamide sind Polyhexainethylenadipamid und Polycaprolactam, die auch als Nylon 66 und Nylon 6 bekannt sind.
Das Polymer kann ein gefülltes und/oder zäh gemachtes Polyamid sein. In den Ausführungsformen ist der Füllstoff Glasfaser und/oder das Polyamid wurde mit elastomeren oder gummiähnlichen Materialien zäh gemacht, insbesondere wo die elastomeren oder gummiähnlichen Materialien innerhalb der Polyamidmatrix gut dispergiert sind, doch dazu neigen, in Form einer zweiten Phase zu bleiben. Legierungen und/oder Vermischungen von Polyamiden eignen sich auch.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das Polyamid ein sogenanntes amorphes Polyamid sein. Das amorphe Polyamid kann als einziges Polamid verwendet werden oder mit einem anderen Polyamid der vorstehend angeführten Art vermischt sein.
Fachleuten auf dem Gebiet wird es offenkundig sein, daß die oben angeführten Polyamide eine Vielzahl verschiedener Eigenschaften aufweisen. Die Schmelzpunkte der Dikarbonsäure/Diaminpolymeren, unterscheiden sich beispielsweise von den Polymeren der Lactame oder Alpha, Omega-Aminokarbonsäuren und deren Copolymeren bedeutend. Beispielsweise unterscheiden sich die Schmelzpunkte der Dikarbonsäure/Diaminpolymeren bedeutend von denen der Polymeren von Lactamen oder Alpha, Omega-Aminokarbonsäuren und deren Copolymeren. Ebenso variieren auch andere Eigenschaften, z. B. die Durchlässigkeit gegenüber Fluids, Gasen oder anderen Materialien. Demnach muß unter Umständen ein spezielles Polyamid für einen speziellen Verwendungszweck ausgewählt werden.
Die erfindungsgemäßen verwendeten aliphatischen Polyamidtafeln haben eine Innenschicht, die ausgewählt ist, um verbesserte Verbindungseigenschaften mit der gegenüberliegenden Schicht zu schaffen. Techniken zur Herstellung vielschichtiger Polymerstrukturen, einschließlich Beschichten, Laminieren und Kalandern, sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt.
Die erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher haben Wanddicken im Bereich von 0,12-0,5 mm, insbesondere 0,15-0,4 mm. Bei solchen Wanddicken neigt die Wärmeübertragung bzw. -leitung durch die Wand dazu, im wesentlichen unabhängig von der Wanddicke zu werden, wodurch die Wanddicke zu einem untergeordneten oder unbedeutenden Faktor des Wirksamkeitsgrades beim Betrieb des Wärmetauschers wird. Man beachte jedoch, daß die Polymerzusammensetzung und die Wanddicke so ausgewählt sein müssen, daß der resultierende Wärmetauscher die notwendigen physikalischen Eigenschaften hat, um, wie oben besprochen, für die beabsichtigte Endverwendung akzeptabel zu sein.
Die erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher können potentiell vielen verschiedenen Endverwendungszwecken dienen. Die Wärmetauscher können beispielsweise, wie oben angeführt, in Fahrzeugen verwendet werden. Sie können aber auch in Kühlschränken und anderen Erwärmungs- und Abkühlsystemen Verwendung finden. Das Polyamid kann so ausgewählt sein, daß es im gesamten oder einem Teil des elektromagnetischen Spektrums, z. B. den ultravioletten, sichtbaren, Infrarot- und längeren Wellenlängen, der Strahlungsübertragung gegenüber relativ durchlässig ist.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein Plattenwärmetauscher des in Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen Typs wurde aus einer Polyhexamethylenadipamidtafel mit einer Dicke von etwa 0,25 mm gebildet. Zusätzlich wurde ein Plattenwärmetauscher einer ähnlichen Gestaltung aus einer Aluminiumtafel mit einer Dicke von etwa 0,63 mm gebildet. Die Wärmetauscher hatten eine ähnliche Größe und Oberfläche.
Die zwei Wärmetauscher wurden anhand folgender Schritte geprüft, um ihren relativen Wirksamkeitsgrad als Wärmetauscher zu bestimmen: ein Wärmetauscher wurde an eine Pumpe, an ein Mittel zur Ermittlung der Flüssigkeitsflußrate durch den Wärmetauscher und eine Quelle von erwärmtem Wasser angeschlossen. Das erwärmte Wasser wurde durch den Wärmetauscher gepumpt. Die Wassertemperatur wurde sowohl unmittelbar vor als auch unmittelbar nach dem Durchleiten durch den Wärmetauscher gemessen.
Es wurde ein Luftstrom über die Oberflächen des Wärmetauschers geschickt. Die Lufttemperatur wurde sowohl unmittelbar vor als auch unmittelbar nach dem Darüberleiten über die Oberfläche des Wärmetauschers gemessen.
Wasser wurde in drei verschiedenen Raten, u.z. etwa 6,2, 14,2 und 40 Liter/Minute durch die Wärmetauscher geschickt. Weiters wurde ein Bereich von Luftströmungsraten über die Oberfläche der Wärmetauscher verwendet, der zwischen etwa 40 m/Minute und etwa 120 m/Minute lag.
Es stellte sich heraus, daß bei den niedrigeren Wasserströmungsraten der Polyhexamethylenadipamid (Kunststoff) -Wärmetauscher etwa 89% so leistungsfähig wie der Aluminium-Wärmetauscher bei niedrigen Luftströmungsraten und 84% so leistungsfähig bei höheren Raten war. Bei der höchsten Wasserströmungsrate war der Kunststoffwärmetauscher etwa 71% und 87% so leistungsfähig wie der Aluminiumwärmetauscher bei niedrigen bzw. hohen Luftströmungsraten.
Dieses Beispiel zeigt, daß leistungsfähige Wärmetauscher aus aliphat. Polyamiden hergestellt werden können.

Beispiel II

2 g Benzylalkohol wurden mit 10 g Phenol vermischt und auf 100ºC erhitzt. 2 g eines Polyamids (Polyhexamethylenadipamid) in Flockenform wurde dann der Mischung zugegeben und so lange gerührt, bis sich das Polyamid aufgelöst hatte. Die resultierende homogene Mischung wurde auf Umgebungstemperatur abgekühlt; die erhaltene Mischung schien homogen zu sein und hatte eine Viskosität, die flüssigem Honig glich.
Die Mischung wurde in Form eines Films auf einem Polyamid (Polyhexamethylenadlpamid) als Schicht aufgetragen. Der aufgetragene Film wurde mit einem ähnlichen Polyamidfilm in Kontakt gebracht, der mit dem Muster eines Labyrinths des in Fig. 1 gezeigten Typs beschichtet war. Die auf das Muster aufgetragene Deckmittel-Beschichtung war Polyvinylalkohol. Die resultierende Filmkombination wurde bei einer Temperatur die zwischen 120 und 190ºC variierte in eine Mehretagenpresse gelegt.
Das gewonnene Laminat wurde abgekühlt und anschließend geprüft. Es stellte sich heraus, daß sich an jenen Stellen eine starke Bindung zwischen den Filmen gebildet hatte, an denen der Polyvinylalkohol nicht auf den Film aufgetragen worden war.

Beispiel III

Mittels der gleichen Vorgangsweise wie in Beispiel I wurden einige Experimente durchgeführt, um die Wirkungsgrade der aus Aluminium gebildeten Plattenwärmetauscher mit jenen der aus Polyhexamethylenadipamidtafeln verschiedener Dicke gebildeten Plattenwärmetauschern zu vergleichen.
Bei den Experimenten betrug die Umgebungslufttemperatur 24ºC und die Einlaßtemperatur des den Wärmetauschern zugeführten Wassers 96ºC. Die Strömungsrate betrug etwa 1 Liter/Minute.
Mit Hilfe der Temperatur des vom Wärmetauscher kommenden Wassers wurde für die Polyamidwärmetauscher die Entfernungsrate von Wärme aus dem Wasser berechnet und in Abhängigkeit von der Wanddicke der den Wärmetauscher bildenden Polyamidtafeln aufgezeichnet. Die resultierende graph. Darstellung zeigt, daß unter den bei diesen Experimenten verwendeten Bedingungen der Aluminium- und der Polyamidwärmetauscher den gleichen Wirkungsgrad aufwiesen, wenn die Dicke der Polyamidtafeln 0,25-0,28 mm war. Bei einer Wanddicke von 0,36 mm war der Polyamidwärmetauscher nur etwa 91% so leistungsfähig wie der Aluminiumwärmetauscher, doch bei einer Wanddicke von 0,20 und 0,15 mm war der Polyamidwärmetauscher 108 und 117% so leistungsfähig wie der Aluminiumwärmetauscher.
Aus diesem Grund werden Plattenwärmetauscher aus aliphatischen Polyamiden erzeugt und haben höhere Wärmeaustausch-Wirkungsgrade als Aluminiumwärmetauscher.

Claims

1. Flüssig-zu-Gas-Plattenwärmetauscher, der eine im allgemeinen ebene Platte mit einem Paar einteiliger Außenwände aufweist, die aus Tafeln aus Polymermaterial gebildet sind, wobei diese Außenwände entlang dem Umfang miteinander verbunden sind und weiters miteinander verbunden sind, um Einlaß- und Auslaß-Sammler- bzw. Verteilerbereiche und ein Labyrinth aus Fluiddurchgängen zwischen diesen Einlaß- und Auslaß-Sammler- bzw. Verteilerbereichen zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände aus Tafeln aus einer Zusammensetzung aus einem aliphatischen Polyamid gebildet sind, die mit einer Innenschicht aus einem Material beschichtet sind, das das Verbinden der Tafeln miteinander fördert, wobei die Tafeln eine Dicke im Bereich von 0,12 bis 0,5 mm aufweisen.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem zumindest eine der genannten Außenwände vor dem Verbinden mit der anderen Außenwand mit Kanälen geformt ist, die das genannte Labyrinth von Fluiddurchgängen begrenzen.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest eine der genannten Außenwände ein Laminat ist.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest eine der genannten Wände eine Schicht aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfaßt.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, bei dem das Laminat eine Außenschicht aus Gewebe mit hoher Zugfestigkeit umfaßt.

6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, bei dem das Laminat eine Außenschicht aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfaßt.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem die Außenfläche zumindest einer der Außenwände texturiert ist, um Mikroturbulenz im Fluid, das mit hoher Geschwindigkeit über die Außenfläche des Wärmetauschers geschickt wird, hervorzurufen.

8. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Innenfläche von zumindest einer der Außenwände texturiert ist, um Mikroturbulenz in Fluid, das über die Innenfläche des Wärmetauschers geschickt wird, hervorzurufen.