EP0156863A1 - Verfahren zum herstellen eines wärmetauschers - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines wärmetauschers

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EP0156863A1
EP0156863A1 EP84903545A EP84903545A EP0156863A1 EP 0156863 A1 EP0156863 A1 EP 0156863A1 EP 84903545 A EP84903545 A EP 84903545A EP 84903545 A EP84903545 A EP 84903545A EP 0156863 A1 EP0156863 A1 EP 0156863A1
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EP
European Patent Office
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insulating layer
filling core
outer layer
layer
flow channels
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP84903545A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Weber
Helga Weber
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Silkok- Peltzer & Co GmbH
Original Assignee
Silkok- Peltzer & Co GmbH
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Publication date
Application filed by Silkok- Peltzer & Co GmbH filed Critical Silkok- Peltzer & Co GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
    • B29C33/52—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles soluble or fusible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/78—Moulding material on one side only of the preformed part
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/72—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits the tubular conduits being integrated in a block; the tubular conduits touching each other
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a heat exchanger in sandwich construction with an insulating layer, a thin outer layer connected thereto by gluing or welding, and flow channels arranged between the outer layer and the insulating layer.
  • the outer layer consists of a thin metal foil, in which groove-like or wave-like impressions are arranged to form flow channels.
  • This metal foil provided with embossments is glued to an essentially flat insulating plate to form the heat exchanger. This method of production has certain difficulties, especially when the metal foil provided with embossments is very thin.
  • the present invention has for its object to provide a method with which heat exchangers, in particular those which absorb heat from the ambient air and from solar radiation, can be produced in an economical manner.
  • a filling core is produced in accordance with the cavity of the desired flow channels and the insulating material of the insulating layer is formed around this filling core against the inside of the outer layer and the material of the filling core is expelled after the insulating layer has hardened.
  • the heat exchanger produced in this way can be designed in particular as a facade component. In this function, it serves on the one hand for insulation and design of the facade, but on the other hand also as a heat exchanger, with the help of which energy can be absorbed or also given off.
  • the filling core required to form the flow channels can be produced, for example, from wax or wax-like plastics and, after the insulating layer has hardened, can be expelled under the action of heat.
  • the filling core can also consist of salts or other substances which can be driven out, for example, under the action of chemicals.
  • the filling core can be formed from two tightly connected foils which form the flow channels, which is filled with a liquid and which is provided in the area outside the flow channels with recesses through which the insulating layer connects to the outer layer .
  • the liquid can be drained off.
  • the insulating layer consists of a foam plastic, it may be expedient to introduce the liquid only during the foaming phase of the insulating layer. This enables the foam plastic to be compressed in the region of the flow channels.
  • FIG. 1 to 5 show sectional views of heat exchangers which are produced by the method according to the invention be put.
  • similar parts are provided with the same reference symbols.
  • the outer layer 1 consists of a plastic film which is reinforced by a metal insert 10. Between this outer layer 1 and an insulating layer 2, a filling core 3 made of an expellable material, for example wax, is arranged.
  • This filling core 3 is designed as a thin plate which is provided with recesses 5 through which the insulating layer 2 connects to the outer layer 1.
  • the plate-shaped filling core 3 is also reinforced by means of a grid-like metal mesh 4. Through this metal mesh, the otherwise sensitive filling core can be easily transported and arranged between the insulating layer 2 and the outer layer 1.
  • the insulating layer 2 is formed around the filling core 3.
  • the insulating layer 2 connects to the outer layer 1. After the insulating layer 2 has hardened, the filling core 3 is expelled by applying heat.
  • the metal insert 10 or the lattice-like fabric 4 of the filling core can be used as an electrical resistance in order to melt the material of the filling core 3.
  • the filling core 3 is also designed as a plate which is provided with recesses.
  • the outer layer 1 consists of a metal plate 1 which has incisions or the like in the area of the recesses of the filling core 3, so that when the insulating layer 2 is foamed or molded, material of the insulating layer 2 penetrates through the incisions or recesses in the metallic outer layer 1 and forms so-called hole anchors 8 which firmly connect the metal plate 1 to the insulating layer 2.
  • metallic outer layer 1 are heated.
  • the filling core 3 consists of two interconnected foils 6, which are not glued together in the area of the interference channels, but are instead filled with a liquid there. Between the flow channels 6 recesses 7 are arranged in the interconnected foils, through which the insulating plate 2 connects to the outer layer 1.
  • filling cores 3 and outer layers 1 are arranged on both sides of the insulating layer 2.
  • Sheet metal anchors 9 are welded onto the inside of the metallic outer layer 1, which on the one hand hold the filling core 3 and on the other hand anchor themselves in the insulating layer 2.
  • the material of this insulating layer penetrates around the sheet metal brackets 9 and thus reliably connects the outer layer 1 to the insulating layer 2.
  • the edges 11 of the two metallic outer layers 1 are sealed together.
  • This welding can be carried out after the insulating layer 2 has been shaped and hardened. However, it is also possible to carry out this welding before the insulating layer 2 is shaped or foamed. In the latter case, the foam plastic or the material of the insulating layer must be introduced through an opening in the outer layer 1.
  • anchor pins 9 are attached to the inside of the outer layers 1 and anchor themselves in the material of the insulating layer 2.
  • the heat exchangers according to FIGS. 4 and 5 can be operated in the single-circuit system with two connecting pieces, but also in the two-circuit system with four connecting pieces.
  • the filling core 3, just like in the embodiment according to FIG. 3, is formed by a plastic sleeve 6 which is filled with a liquid. is. The liquid can be introduced into the casing 6 before or during the foaming phase.
  • the channels formed in the heat exchangers correspond to the shape of the filling core 3 introduced.
  • This filling core 3 can be designed in the form of a lattice or in the form of a meander.
  • the mouldable material can be applied to a grid-like fabric which, after the insulating layer has been formed, is penetrated by the material of the insulating layer.
  • the insulating layer can be adjusted and provided with reinforcement inserts that it not only has an insulating, but in particular also a supporting function.
  • the insulating layer can be made of a foam plastic, but it can also consist of a fiber-reinforced plastic.
  • the outer layer consists of a plastic film, then it is advantageous to introduce a metal insert made of metal fibers or fabric into this film to improve the thermal conductivity.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers in Sandwichbauweise mit einer Isolierschicht, einer damit durch Klebung oder Schweißung verbundenen dünnen Außenschicht und zwischen Außenschicht und Isolierschicht angeordneten Strömungskanälen.
Wärmetauscher dieser Art sind bekannt aus der
DE-OS 31 22 856. Bei dem bekannten Wärmetauscher besteht die Außenschicht aus einer dünnen Metallfolie, in die zur Bildung von Strömungskanälen nut- oder wellenartige Einprägungen angeordnet sind. Diese mit Einprägungen versehene Metallfolie wird zur Bildung des Wärmetauschers auf eine im wesentlichen ebene Isolierplatte aufgeklebt. Diese Herstellungsweise hat gewisse Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn die mit Einprägungen versehene Metallfolie sehr dünn ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Wärmetauscher, insbesondere solche, die aus der Umluft sowie aus Sonnenstrahlung Wärme aufnehmen , in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß entsprechend dem Hohlraum der erwünschten Strömungskanäle ein Füllkern hergestellt wird und das isolierende Material der Isolierschicht um diesen Füllkern gegen die Innenseite der Außenschicht geformt wird und nach Aushärten der Isolierschicht das Material des Füllkerns ausgetrieben wird. Der so hergestellte Wärmetauscher kann insbesondere als Fassadenbauelement ausgebildet werden. In dieser Funktion dient er einerseits zur Isolation und zur Gestaltung der Fassade, andererseits aber auch als Wärmetauscher, mit dessen Hilfe Energie aufgenommen oder auch abgegeben werden kann.
Der zur Bildung der Strömungskanäle benötigte Füllkern kann beispielsweise aus Wachs oder wachsähnlϊchen Kunststoffen hergestellt werden und nach Aushärten der Isolierschicht unter Wärmeeinwirkung ausgetrieben werden. Auch kann der Füllkern aus Salzen oder anderen Stoffen bestehen, die beispielsweise unter chemischer Einwirkung austreibbar sind.
Nach einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Füllkern aus zwei dicht miteinander verbundenen, die Strömungskanäle bildenden Folien gebildet sein, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und der im Bereich außerhalb der Strömungskanäle mit Ausnehmungen versehen ist, durch welche sich die Isolierschicht mit der Außenschicht verbindet. Nach Aushärten der Isolierschicht kann die Flüssigkeit abgelassen werden. Wenn die Isolierschicht aus einem Schaumkunststoff besteht, kann es zweckmäßig sein, die Flüssigkeit erst während der Schäumphase der Isolierschicht einzubringen. Dadurch kann eine Verdichtung des Schaumkunststoffes im Bereich der Strömungskanäle erreicht werden. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen von fünf Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen Schnittansichten von Wärmetauschern, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge stellt werden. In den fünf Ausführungsbeispielen sind gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen .
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht die Außenschicht 1 aus einer Kunststoff-Folie, die von einer Metalleinlage 10 verstärkt ist. Zwischen dieser Außenschicht 1 und einer Isolierschicht 2 ist ein Füllkern 3 aus austreibbarem Material, zum Beispiel Wachs, angeordnet. Dieser Füllkern 3 ist als eine dünne Platte ausgebildet, die mit Ausnehmungen 5 versehen ist, durch welche sich die Isolierschicht 2 mit der Außenschicht 1 verbindet. Auch der plattenförmige Füllkern 3 ist mittels eines gitterartigen Metallgewebes 4 verstärkt. Durch dieses Metallgewebe kann der sonst empfindliche Füllkern leicht transportiert und zwischen Isolierschicht 2 und Außenschicht 1 angeordnet werden. Im plastischen Zustand wird die Isolierschicht 2 um den Füllkern 3 geformt. Dabei verbindet sich die Isolierschicht 2 mit der Außenschicht 1. Nach Aushärten der Isolierschicht 2 wird der Füllkern 3 durch Aufbringen von Wärme ausgetrieben. Dabei kann die Metalleinlage 10 oder das gitterartige Gewebe 4 des Füllkerns als elektrischer Widerstand benutzt werden, um das Material des Füllkerns 3 aufzuschmelzen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Füllkern 3 ebenfalls als Platte ausgebildet, die mit Ausnehmungen versehen ist. Die Außenschicht 1 besteht aus einer Metallplatte 1, die im Bereich der Ausnehmungen des Füllkerns 3 Einschnitte oder dergleichen aufweist, so daß beim Schäumen oder Ausformen der Isolierschicht 2 Material der Isolierschicht 2 durch die Einschnitte oder Ausnehmungen der metallischen Außenschicht 1 dringt und sogenannte Lochanker 8 bildet, welche die Metallplatte 1 fest mit der Isolierschicht 2 verbinden. Bei dieser Ausführungsform kann zum Austreiben des Füllkerns 3 die metallische Außenschicht 1 erhitzt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht der Füllkern 3 aus zwei miteinander verbundenen Folien 6, die im Bereich der Störmungskanäle nicht miteinander verklebt sind, sondern dort mit einer Flüssigkeit gefüllt sind. Zwischen den Strömungskanälen sind in den miteinander verbundenen Folien 6 Ausnehmungen 7 angeordnet, durch welche sich die Isolierplatte 2 mit der Außenschicht 1 verbindet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind zu beiden Seiten der Isolierschicht 2 Füllkerne 3 und Außenschichten 1 angeordnet. Auf der Innenseite der metallischen AußenSchicht 1 sind Blechanker 9 angeschweißt, die einerseits den Füllkern 3 halten und andererseits sich in der Isolierschicht 2 verankern. Bei Ausformen der Isolierschicht 2 dringt das Material dieser Isolierschicht um die Blechlaschen 9 und verbindet somit die Außenschicht 1 zuverlässig mit der Isolierschicht 2. Die Ränder 11 der beiden metallischen Außenschichten 1 werden miteinander dicht verschweißt. Dieses Verschweißen kann nach Ausformen und Aushärten der Isolierschicht 2 vorgenommen werden. Es ist aber auch möglich, dieses Verschweissen bereits vor dem Ausformen oder Ausschäumen der Isolierschicht 2 vorzunehmen. Im letzteren Fall muß der Schaumkunststoff bzw. der Werkstoff der Isolierschicht durch eine Öffnung in der Außenschicht 1 eingebracht werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind an der Innenseite der Außenschichten 1 Ankerstifte 9 angebracht, die sich im Material der Isolierschicht 2 verankern. Die Wärmetauscher nach den Fig. 4 und 5 können im EinkreisSystem mit zwei Anschlußstutzen aber auch im Zweikreissystem mit vier Anschlußstutzen betrieben werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird der Füllkern 3 ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 von einer Kunststoffhülle 6 gebildet, die mit einer Flüssigkeit gefüllt. ist. Die Flüssigkeit kann vor oder während der Schäumphase in die Umhüllung 6 eingebracht werden.
Bei allen fünf Ausführungsbeispielen entsprechen die in den Wärmetauschern gebildeten Kanäle der Form des eingebrachten Füllkerns 3. Dieser Füllkern 3 kann gitterartig ausgebildet sein oder die Form eines Mäanders haben.
Besteht der Füllkern aus Wachs oder einem ähnlich leicht schmelzenden Werkstoff, dann kann das formbare Material auf einem gitterartigen Gewebe aufgebracht werden, das nach dem Ausformen der Isolierschicht vom Material der Isolierschicht durchdrungen ist.
Je nach Anwendung des Wärmetauschers kann die Isolierschicht so eingestellt werden und mit Bewehrungseinlagen versehen werden, daß sie nicht nur eine isolierende, sondern insbesondere auch eine tragende Funktion hat. Die Isolierschicht kann aus einem Schaumkunststoff hergestellt sein, sie kann aber auch aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
Besteht die Außenschicht aus einer Kunststoff-Folie, dann ist es vorteilhaft, zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit in diese Folie eine Metalleinlage aus Metallfasern oder -gewebe einzubringen.
Bezugszeichenliste
1 Außenschicht, Metallblech
2 Isolierschicht
3 Füllkern
4 Gewebe, Gitter
5 Ausnehmung
6 Folien des Füllkerns, Umhüllung
7 Loch
8 Lochanker
9 Blechanker 9' Ankerstift
10 Metalleinlage, Gewebe oder lose Fäden
1 1 Ränder

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E:
1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers in Sandwichbauweise mit einer Isolierschicht (2), einer damit durch Klebung oder Schweißung verbundenen dünnen Außenschicht (1) und zwischen Außenschicht (1) und Isolierschicht (2) angeordneten Strömungskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend dem Hohlraum der Strömungskanäle ein Füllkern (3) hergestellt wird und das isolierende Material der Isolierschicht (2) um den Füllkern (3) gegen die Innenseite der Außenschicht (1) geformt wird und nach Aushärten der Isolierschicht (2) das Material des Füllkerns (3) ausgetrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Füllkerns (3) unter Wärmeeinwirkung austreibbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Füllkerns (3) unter chemischer Einwirkung austreibbar ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkern (3) als eine dünne Platte ausgebildet ist, die mit Ausnehmungen (5,7) versehen ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkern (3) gitterartig ausgebildet ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkern (3) durch ein gitterartiges Gewebe (4) bewehrt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkern (3) aus zwei dicht miteinander verbundenen, die Strömungskanäle bildenden Folien (6) gebildet ist, der mit einem fließfähigen Stoff, z.B. einer Flüssigkeit oder Luft, gefüllt ist und der im übrigen Bereich mit Ausnehmungen (5) versehen ist, durch welche sich die Isolierschicht (2) mit der Außenschicht (1) verbindet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (1) aus einem dünnen Metallblech besteht, in dem Ausnehmungen oder Einschnitte angeordnet sind, durch welche beim Ausformen der Isolierschicht (2) Material dringt und Lochanker (8) bildet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (1) auf ihrer Innenseite mit in die Isolierschicht (2) sich verankernden Laschen (9), Stiften (9') oder dergleichen versehen ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) aus Schaumkunststoff besteht und auf den Füllkern (3) und gegen die Innenseite der Außenschicht (1) aufgeschäumt ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten einer Isolierschicht
(2) ein von einer Außenschicht (1) abgedeckter Füllkern
(3) zur Bildung der Strömungskanäle in die Isolierschicht (2) eingeformt wird.
12. Verfahren nach Anspruchl 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (1) Metallbleche sind, die ringsum an den Rändern (11) untereinander verschweißt werden.
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Inventor name: WEBER, MANFRED

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