DE8419977U1

DE8419977U1 - Wärmetauscherkörper aus Kunststoff

Info

Publication number: DE8419977U1
Application number: DE19848419977
Authority: DE
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1984-07-04
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1985-10-31
Also published as: JPS6162798A

Description

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Wärmetauscherkörper aus Kunststoff

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher- bzw, Wärmespeicherkörper zur Verwendung nach dem Rekuperator- oder Regeneratorprinzip. Beim Rekuperatorprinzip findet der Wärmeaustausch zwischen zwei gleichzeitig durch getrennte Kanäle strömenden Medien von unterschiedlicher Temperatur statt. Beinj Regeneratorprinzip werden alle Kanäle abwechselnd von einem heißen und einem kälteren Medium durchströmt, wobei das letztere die in dem Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkörper aufgenommene Wärme aufnimmt. Das letztgenannte Prinzip ist das bevorzugte Anwendungsgebiet der neuen Wärmetauscherkörper.

Die Erfindung betrifft nur die Austausch- oder Speicherkörper, von denen in einem Wärmetauscher gegebenenfalls eine Mehrzahl angeordnet ist, die je nach Anwendung mit Zu- und Abführleitungen ausgerüstet sein können. Bei der Verwendung als Regenerator sind derartige Leitungen meist nicht erforderlich.

Für Kühltürme und ähnliche Wärmetauscheranlagen mit hoher Leistung werden Wännetauscher mit sehr großen Wärmetausch- bzw. -speicherflächen benötigt. Für den wirtschaftlichen Betrieb selcher Wärmetauschanlagen ist die Bereitstellung billiger, in greßer Zahl neben- und hintereinander schaltbarer Wärmetausuherkörper von entscheidender Bedeutung. Es sind zahlreiche Versuche unternemmen werden, aus Kunststoff extrudierte Profile, die sich billig herstellen lassen, zu Wärmetauscherkörpern zusammenzustapeln. So wird in der DE-OS 27 51 115 unter vielen anderen Gestaltungen vorgeschlagen, extrudierte Hohlkanmerplatten aus Kunststoff, die zwei ebene glatte Außenwände und einstückig

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dazwischen angeordnete Stege enthalten, mittels eines auf die Außenwände aufgebrachten Klebstoffes zu einem Stapel zu Verbinden. Für eine Massenfertigung ist dieses Verbindungsverfähren jedoch zu teuer.
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Die Erfindung weist einen Weg zu besonders leicht und kostengünstig herstellbaren Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkörpern. Eine zweckmäßige Gestaltung der Neuerung ist in den Figuren 1 bis ¹J dargestellt.
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Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Wärmetauscherkörper in der Verbindüngsebene zweier Hohlkammerplatten.

Figur 2 zeigt die Stirnfläche des in Figur 1 dargestellten Körpers.

Figur 3 zeigt die Stirnfläche einer einzelnen Platte. "

Figur ¹J zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus der in Figur 2 gezeigten Stirnfläche.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Verbindung der Hohlkammerplatten zu einem Stapel wesentlich einfacher und billiger herzustellen ist, wenn die Hohlkammerplatten nur im Bereich der Stirnflächen mit den benachbarten Hohlkammerplatten verbunden werden, als wenn eine vollflächige Verklebung der ■Wandflächen durchgeführt wird. Trotzdem hat ein auf diese Art verbundener Wärmetauscherkörper keine technischen Nachteile, ist aber im Betrieb zuverlässiger und in der Montage und Wartung günstiger als ein nur durch äußere Spannmittel zusammengehaltener Plattenstapel.

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Da die Hohlkammerplatten 1 ebene glatte Außenwände 2,3 haben, läßt sich eine Mehrzahl von ihnen zu einem Stapel ¹J zusammenlegen, worin sich die Außenwände benachbarter Platten vollflächig berühren. Diese Berührung gewährleistet einen ausreichenden Wärmeübergang, wenn der Plattenstapel nach dem Rekuperatorprinzip gleichzeitig von zwei verschiedenen Medien durchströmt wird. Der Anschluß der Zu- und Abführungsleitungen kann in diesem Falle dadurch erleichtert werden, daß man die Richtung der Hohlkammern in aufeinanderfolgenden Platten des Stapels jeweils im rechten Winkel zueinander anordnet. Auf die Seitenflächen des Plattenstapels können Sammelkappen aufgesetzt werden, wobei die Zu- und Abführungsleitungen für jedes der beiden Medien an gegenüberliegenden Seitenflächen angeschlossen werden.

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Bei Wärmetauschern nach dem Regeneratorprinzip spielt der Wärmeübergang zwischen den einzelnen Hohlkammem keine Rolle, da alle Kanäle vom gleichen Medium durchströmt werden. In diesem Falle ist es zweckmäßig, wenn die Hohlkammern in allen Platten eines Stapels parallel zueinander verlaufen.

Der Plattenstapel besteht in der Regel aus mehr als ?., vorzugsweise aus 5 bis 100 miteinander verbundenen Einzelplatten 3- Diese sind erfindungsgemäß im Bereich der Stirnflächen miteinander verbunden. Die Stirnflächen sind die in Figur 2 für den Stapel und in Figur 3 für die Einzelplatte dargestellten Flächen, in denen die Hohlkammem 5 münden. Die Verbindung kann in einem schmalen Bereich 6 der Außenwände, der in Figur 1 schraffiert dargestellt ist, hergestellt sein, aber gegebenenfalls auch auf die Stirnflächen selbst beschränkt sein. In der Regel ist es ausreichend, wenn nur 3m Bereich der Stirnflächen eine Verbindung besteht und in dem ganzen dazwischenliegenden

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Bereich 7 die Außenwände der Hohlkamraerplatten ohne Verbindung
in Berührung stehen.

Die einzelnen Hohlkammerplatten sind durch Extrusion aus
thermoplastischem Kunststoff hergestellt. Der Kunststoff muß
gegenüber den durchströmenden Medien beständig sein und eine
oberhalb der höchsten Betriebstemperatur liegende Erweichungstemperatur \ haben. Soweit diese Voraussetzungen erfüllt sind, können alle |

extrudierbaren Kunststoffe angewendet werden, wie z.B. Poly- |

äthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid oder Poly- r methylmethacrylat. Für Betriebstemperaturen über 100 bis etwa ;

12O⁰C sind Polycarbonat- und Polysulfon-Kunststoffe brauchbar.
Für Betriebstemperaturen bis 150⁰C können z.B. Polyphenylenoxide, Polyätherimide oder Polyathersulfone verwendet werden. >

Der thermoplastische Kunststoff kann eingelagerte Teilchen mit ⁱ einer höheren Wärmekapazität enthalten, beispielsweise Ruß oder
Metallpartikel·

Zweckmäßige Abmessungen der Hohlkammerplatten sind eine Länge L
von 500 bis 3000 mm, eine Breite B von 300 bis 2000 mm und eine

Dicke D von 3 bis 30 mm, jedoch sind diese Abmessungen nicht ,

kritisch. Die Außenwände 2,3 und Stege 8 können entsprechend '

den statischen Anforderungen bei der Betriebstemperatur eine meistens etwa gleiche - Dicke von 0,5 bis 5 mm haben. Die
Hohlkammern 5 werden durch die Stege 8 und die dazwischenliegenden Abschnitte der Außenwände 2,3 begrenzt. Die Stege können ; senkrecht zu den Außenwänden oder schräg dazu stehen. Die \

Hohlkammern können auch durch Zwischenwände 9 unterteilt sein. jj Der Wärmeübergang zwischen dem strömenden Medium und der Hohl- ; kammerplatte wird verbessert, wenn das Medium turbulent strömt.

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Das kann beispielsweise durch Wellung der Stege in Längsrichtung erreicht werden. Verfahren zur Herstellung von Hohlkammerplatten mit gewellten Stegen sind bekannt.

Die Verbindung im Bereich der Stirnflächen kann durch Verschweißen erzeugt werden. Dazu läßt man beispielsweise ein beheiztes Werkzeug von den Stirnseiten her in die Hohlkammern eintauchen und preßt die Außenwände benachbarter Platten nach dem Aufschmelzen aneinander. Allerdings sind manche Kunststoffe schwer oder gar nicht schweißbar. In diesem Falle können die Hohlkammerplatten im Bereich 6 verklebt oder, wenn auch dies nicht gelingt, mechanisch verbunden werden. Dazu können Klammerelemente 10 verwendet werden, die jeweils über zwei aneinanderliegende Außenwandabschnitte greifen. Die Klammerelemente können aus Metall oder einem geeigneten Kunststoff bestehen und im letztgenannten Fall an Ort und Stelle durch Spritzguß erzeugt werden.

Eine bevorzugte Art der Verbindung von nicht schweißbaren Kunststoffen ist die formschlüssige Verzahnung. Zu diesem Zweck werden die Außenflächen im Bereich der Stirnflächen in der Weise umgeformt, daß sie eine Folge von Erhebungen und Vertiefungen aufweisen, die formschlüssig ineinandergreifen. Zweckmäßig werden die formschlüssig ineinandergreifenden Elemente mit Hinterschneidungen versehen, die eine Trennung senkrecht zur Plattenebene verhindern.

Ein einfaches, aber sehr wirksames Verbindungsverfahren besteht darin, ein über die Schmelztemperatur des Kunststoffes erhitztes 5Q Werkzeug in einer Eindringtiefe von 1 bis 5 rom schräg über die

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Stirnflächen des aufgeschichteten Plattenstapels hinwegzufuhren, wobei es eine in die Stirnfläche eingesenkte Nut 11 hinterläßt. An den Berührungsflächen zweier Außenwände 2,3 zieht das Werkzeug eine Nase 12 aus dem Material der einen Wand 3 in die andere Wand 2 hinein. Durch die Schräglage der Nut 11 bildet die Nass mit dem angrenzenden Material 13 eine Hinterschneidung. Κ·;ηη mehrere Nuten 11, 14 in der gleichen Stirnfläche in gegenläufiger Schräglage angeordnet sind, wirken die Hinterschneidungen 12/13 unf 15/16 in der Weise zusammen, daß sie die Trernung der Platten wirksam verhindern. Die Tiefe der Hinterschneidung niiränt mit dem Winkel der Schrägliige zu; der Winkel sollte wenigstens 30° und vorzugsweise 40 bis 60° betragen. Die Breite der Nuten ist nicht wesentlich und wird durch die Dicke des Werkzeugs bestimmt. Sie kann etwa 1 bis 5 mm betragen.

Als Werkzeug eignet sich beispielsweise ein beheizter, zur Stirnfläche senkrecht stehender Zylinder, der mit einer mechanischen Bewegungsvorrichtung in einer Zickzackbahn über alle Berührungslinien benachbarter Hohlkammerplatten des ganzen Stapels hinweggeführt wird. Der Abstand zwischen zwei Nuten soll nicht mehr als 500 mm betragen und liegt vorzugsweise bei 5 bis 100 mm.

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Claims

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Wärmetauseherkörper aus Kunststoff

Schutzansprüche

1. Wärmetauscher- bzw. Wännespeicherkörper aus Kunststoff, bestehend aus einem Stapel von extrudierten Hohlkammerplatten mit ebenen glatten Außenwänden und Stegen, die die Außenwände einstückig verbinden, wobei die Hohlkammerplatten mit ihren Außenwänden aufeinander liegen und miteinander verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Hohlkammerplatten im Bereich der Stirnseiten mit den im Stapel benachbarten Hohlkammerplatten verbunden und wenigstens in einem Teil des dazwischenliegenden Bereichs nicht verbunden sind.

2. Wärmetauscher- bzw. Wännespeicherkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammerplatten nur im Bereich der Stirnseiten untereinander verbunden sind.

3. Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkörper nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammerplatte im Bereich der Stirnseiten miteinander verschweißt sind.

H. Wärmetauscher- bzw. Wännespeicherkörper nach den Ansprüchen 1 oder Z, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammerplatten im Bereich der Stirnseiten miteinander verklebt sind.

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5. Wärmetauscher- bzw. Wännespeicherkörper nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkanmerplatten im Bereich der Stirnseiten durch Klammerelemente verbunden sind.

6. Wärmetauscher- bzw. Wärraespeicherkörper nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammerplatter im Bereich der Stirnseiten formschlüssig miteinander verzahnt sind.

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7. Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammerplatten mit Hinterschneidungen miteinander verzahnt sind.

8- Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterscheidungen neben einer schräg zu der Berührungslinie der miteinander verbundenen Hohlkammerplatten verlaufenden, in die Stirnseiten eingesenkten Nut angeordnet sind.

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9. Wärmetauscher- bzw. Wännespeicherkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Nuten gegenläufig schräg in den Stirnseiten angeordnet sind.

10- Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkörper nach den

Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Hohlkairanerplatten miteinander verbunden sind.

11. Wärmekauscher- bzw. Wännespeicherkörper nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Hohlkamtnern in allen Hohlkammerplatten parallel zueinander verlaufen.

12. Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkörper nach den

Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern in Längsrichtung gewellt sind.

13. Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkörper nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem nicht oder schwer verschweißbaren Kunststoff bestehen .

14. Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkorper nach Anspruch 13* bestehend aus Polyphenylenoxid, Polyätherimid oder Polyäthersulfon.

15- Wärmetauscher- bzw. Wärmespeicherkorper nach den Ansprüchen 1 bis 1¹J, bestehend aus einem thermoplastischen Kunststoff mit eingelagerten Teilchen aus einem Werkstoff mit höherer Wärmekapazität.