NO812986L

NO812986L - HEAT EXCHANGE ELEMENT AND PROCEDURE FOR ITS MANUFACTURING

Info

Publication number: NO812986L
Application number: NO812986A
Authority: NO
Inventors: Dieter Disselbeck; Dieter Stahl
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1980-09-04
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1982-03-05

Description

Oppfinnelsen vedrører et varmeutvekslerelement bestående av en med avstandsholdefilamenter utstyrt dobbeltvevnad som er fullstendig avtettet ovenfor fluide varmebærermedier og av til- og bortføringer for de fluide varmebærermedier. The invention relates to a heat exchanger element consisting of a double fabric equipped with spacer filaments which is completely sealed above fluid heat carrier media and of supply and removal for the fluid heat carrier media.

Med hensyn til en rasjonell energiutnyttelse ogWith regard to a rational use of energy and

nye fremgangsmåter til nyttiggjøring av regnerative energi-kilder stilles iøkende grad den oppgave å stille varmeutvekslere til disposisjon som mest mulig tapfritt overfører varme og som kan fremstilles i store flater av korrosjonsfaste materialer. Ved vanlige platevarmeutvekslere føres varmebærermediet gjennom rør eller kanaler, idet i for-skjellige varianter er rørene eller kanalene forbundet med ribber eller integrert i flatene. new methods for utilizing renewable energy sources are increasingly faced with the task of providing heat exchangers that transfer heat as losslessly as possible and that can be produced in large areas of corrosion-resistant materials. In the case of ordinary plate heat exchangers, the heat carrier medium is passed through pipes or ducts, as in different variants the pipes or ducts are connected by ribs or integrated into the surfaces.

Utslagsgivende for den varmetekniske verdi avDecisive for the heat-technical value of

en platevarmeutveksler er derved varmeovergangen mellom ribbe og rør og varmegjennomgangen som i det vesentlige avhenger av røravstanden, rør- og ribbetykkelsen samt av materialets varmeledningsevne. Spesielt gunstige forhold oppnås når de med varmebærermediet fuktede flater tilnærmet stemmer overens med størrelsen av de ytre varmeoverførings-flater, dvs. når det kan dannes et helflatet gjennomstrømmet hullegeme uten ribber, rør eller kanaler. a plate heat exchanger is thus the heat transition between fins and tubes and the heat transfer which essentially depends on the tube spacing, tube and fin thickness and on the thermal conductivity of the material. Particularly favorable conditions are achieved when the surfaces wetted with the heat carrier medium approximately correspond to the size of the outer heat transfer surfaces, i.e. when a full-surface flow-through hollow body can be formed without ribs, tubes or channels.

I DE-OS 27 14 901 er det omtalt et slikt systemDE-OS 27 14 901 describes such a system

i form av en fleksibel varmeutveksler som består av en på begge sider belagt dobbeltvevnadsbane som er utstyrt med til- og bortføringer for varmebærermedium. Ved denne oppbygning av varmeutveksleren er materialets varmeledningsevne av underordnet betydning, og det kan også anvendes fordelktig korrosjonsfaste kunststoffer. På tross av den sammenlignet med metaller vesentlig mindre varmeledningsevne av kunststoffer fremkommer en gunstig varmegjennom- in the form of a flexible heat exchanger consisting of a double-woven web coated on both sides, which is equipped with inlets and outlets for heat carrier medium. In this construction of the heat exchanger, the thermal conductivity of the material is of secondary importance, and corrosion-resistant plastics can also be used advantageously. Despite the significantly lower thermal conductivity of plastics compared to metals, a favorable thermal transmittance appears

gang, da varmen bare må transporteres over en meget kort strekning tilsvarende varmeutvekslerelementets veggtykkelse. time, as the heat only has to be transported over a very short distance corresponding to the wall thickness of the heat exchanger element.

Åpent forblir imidlertid det ønske å gi de fordelaktige varmeutveksleregenskaper,. spesielt den helflatede gjennomstrømning av varmeutvekslerelementene ifølge However, the desire to provide the advantageous heat exchanger properties remains open. in particular the completely flat flow through the heat exchanger elements according to

DE-OS 27 14 901 også egenformstabile varmeutvekslere, hvorfor dette hittil enda ikke var mulig samt etter plane og bølgede takdekninger med integrert varmeutvekslerelement DE-OS 27 14 901 also intrinsically stable heat exchangers, why this has not yet been possible as well as for flat and corrugated roof coverings with integrated heat exchanger element

Oppfinnelsens oppgave er derfor å tilgjengeliggjøre det fordelaktige prinsipp med fullflatet gjennornstrømmede varmeutvekslere for flest mulig anvendelsesområder samt å gjennomføre deres fremstilling økonomisk. Ifølge oppfinnelsen løses denne oppgave ved at et varmeutvekslerelement av den innledningsvis omtalte type er egenformstabil. Fortrinnsvis er den fullstendige avtetning av dobbeltvevnaden mot fluide varmeoverføringsmedier og egenformstabiliteten bevirket ved hjelp av materialer som i første rekke er formbare, deretter er blitt egenformstabile ved herdning. Fortrinnsvis er minst overflate av varmeutvekslerelementet strukturert. Etter en ytterligere foretrukken utførelsesform er varme-utveklserelementets dobbeltvevnad forbundet formsluttet med en på forhånd formet flåtestruktur. The task of the invention is therefore to make available the advantageous principle of fully flat recirculating heat exchangers for the greatest possible range of applications and to carry out their production economically. According to the invention, this task is solved by a heat exchanger element of the type mentioned at the outset being intrinsically stable. Preferably, the complete sealing of the double fabric against fluid heat transfer media and the intrinsic shape stability is effected by means of materials which are primarily malleable, then have become intrinsically stable by curing. Preferably, at least the surface of the heat exchanger element is structured. According to a further preferred embodiment, the double weave of the heat exchanger element is connected form-locked with a preformed raft structure.

For fremstilling av varmeutveksleren ifølge oppfinnelsen tjener en fremgangsmåte hvor dobbeltvevnaden på over- og undersiden utstyres med hver gang et sjikt av et tetningsmaterial, hvorav minst et bevirker varmeutvekslerelementets egenformstabilitet og hvor over- og undersjiktet ved kantene av dobbeltvevnaden blir forbundet tett med hverandre mot det fluide varmeutvekslermediet og hvor det anbringes til- og bortføringer. Som tetningsmaterial anvendes på en side utherdbare materialer som herdnes på i og for seg kjent måte. Fortrinnsvis påføres på minst en side av dobbeltvevnaden et herdbart materiale, deretter bringes den således behandlede dobbeltvevnad i den ønskede form og deretter herdnes i denne form. Ifølge en annen variant av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bevirkes egenformstabiliteten ved at dobbeltvevnaden på minst en side er forbundet med et forformet legeme. For the production of the heat exchanger according to the invention, a method is used in which the double fabric on the upper and lower sides is equipped each time with a layer of a sealing material, at least one of which causes the heat exchanger element's intrinsic shape stability and where the upper and lower layers at the edges of the double fabric are connected closely to each other against the fluid the heat exchanger medium and where the inlets and outlets are located. On the one hand, hardenable materials are used as sealing material, which are hardened in a manner known per se. Preferably, a hardenable material is applied to at least one side of the double fabric, then the double fabric treated in this way is brought into the desired shape and then hardened in this shape. According to another variant of the method according to the invention, the inherent shape stability is effected by the fact that the double fabric is connected on at least one side to a preformed body.

De for fremstilling av varmeutvekslerelementet anvendte dobbeltvevnader er kjent. De fremstilles f.eks. etter fremgangsmåten omtalt i DE-OS 1 535 736 eller ifølge Melliand Textilberichte 7/1970, side 766. Avstandsholder filamentene er fortrinnsvis monofilamentene og gir således dobbeltvevnaden den nødvendige fasthet mot sammentrykning. Dobbeltvevnaden innbefattende avstandsholderfilamentene består alt etter kravet til dets egenskaper av polyestere, polyamider, polytetrafluoretylen, glass og andre råmaterialer. The double fabrics used for the production of the heat exchanger element are known. They are produced e.g. according to the method described in DE-OS 1 535 736 or according to Melliand Textilberichte 7/1970, page 766. The spacer filaments are preferably the monofilaments and thus give the double weave the necessary firmness against compression. Depending on the requirements for its properties, the double weave including the spacer filaments consists of polyesters, polyamides, polytetrafluoroethylene, glass and other raw materials.

Til- og bortføringer for det fluide varmebærermediet som skal gjennomstrømme varmeutvekslerelementet, anbringes som kjent f .eks. beskrevet ifølge det allerede nevnte DE-OS 27 14 901 eller som i DE-OS 29 23 913. Additions and removals for the fluid heat carrier medium that is to flow through the heat exchanger element are placed as is known, e.g. described according to the already mentioned DE-OS 27 14 901 or as in DE-OS 29 23 913.

Varmeutvekslerelementet må til alle sider være tett for det benyttede fluide varmeoverføringsmedium. Som tetningsmaterial kommer det på tale såvel plater av metaller som f.eks. kobber eller aluminium som også plane legemer av de vanlig termoplastiske kunststoffer som f.eks. poly-etylen, polypropylen, polyvinylklorid eller polystyren, The heat exchanger element must be sealed on all sides for the fluid heat transfer medium used. As a sealing material, it comes into question as well as plates of metals such as e.g. copper or aluminum as well as flat bodies of the usual thermoplastic plastics such as e.g. polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride or polystyrene,

derved kan deretter varmeutvekslerelementets sidedeler lukkes ved sveising eller sammenklebning. thereby the side parts of the heat exchanger element can then be closed by welding or gluing together.

Som meget hensiktsmessig har det vist seg at tet-ningen på minst en side består av material som i første rekke er formbart, deretter forstivbart ved herdning. As is very appropriate, it has been shown that the seal on at least one side consists of material which is primarily malleable, then stiffened by hardening.

Disse utherdbare materialer er fortrinnsvis duromere kunstharpikser som umettede polyesterharpikser, epoksyd-harpikser, metacrylatharpikser, fenolformaldehydharpikser, melaminharpikser eller furanharpikser. Det kan imidlertid også komme til anvendelse hydraulisk avbindende materialer som f.eks. sement eller gips. Alle disse materiåler kan være armert med glassfibre eller med vevnad. Etter på- These curable materials are preferably hard resins such as unsaturated polyester resins, epoxy resins, methacrylate resins, phenol formaldehyde resins, melamine resins or furan resins. However, hydraulic binding materials such as e.g. cement or plaster. All these materials can be reinforced with glass fibers or with woven fabric. Afterwards-

føring av det enda formbare tetningsmaterial foregår herd-ningen etter kjente metoder. guidance of the still malleable sealing material, the hardening takes place according to known methods.

For å oppnå spesielt optiske effekter struktur-To achieve especially optical effects structure-

eres minst en av de to overflater av varmeutvekslerelementet. Derved får varmeutvekslerelementet den ytre struktur av andre vanlige materialer som f.eks. taksten eller skiferplater. is at least one of the two surfaces of the heat exchanger element. Thereby, the heat exchanger element gets the outer structure of other common materials such as e.g. the roof or slate slabs.

Ved formsluttet forbindelse av den i første rekke enda formbare dobbeltvevnad med en forformet flåtestruktur som f.eks. en bølget asbestsementplate eller på en bølget kunststoffplate som skal tjene som taktekning, får man et varmeutvekslerelement som forener de gunstig mekaniske egenskaper av disse på forhånd gitte bølgede plater med de gunstige varmeutveksleregenskaper av en fullflatet gjennomstrømmet dobbeltvevnad. Likeledes er det også for mange formål til—i strekkelig å bringe den i det enda i første rekke formbare material belagte dobbeltvevnad selv til den ønskede form og deretter å foreta utherdningen. In the form-locked connection of the primarily still malleable double fabric with a pre-formed raft structure such as, for example, a corrugated asbestos cement sheet or on a corrugated plastic sheet that will serve as a roof covering, you get a heat exchanger element that combines the favorable mechanical properties of these pre-given corrugated sheets with the favorable heat exchanger properties of a fully flattened through-flow double fabric. Likewise, there are also too many purposes for—in stretching to bring the double fabric coated in the still primarily malleable material itself to the desired shape and then to carry out the curing.

I det følgende skal det beskrives nærmere fremstill-ingen av formstabile helflatet gjennornstrømte(.varmeutvekslerelementer. En dobbeltvevnad av ønskede dimensjoner, f.eks. 5 x 1 m på en avstand på 2 mm mellom over- og undervevnad, innlegges mellom to meddherdbar kunstharpiks impregnert og på sin bakside med en skillefolie utstyrt fibermatter og be-legges ved lett presning med en rakel på begge sider. For å unngå sveise- og fugearbeider til tetning av de åpne kanter av dobbeltvevnaden er det fordelaktig at kunstharpikslaminatet har en større dimensjon enn dobbeltvevnadbanen for at begge kunstharpikslaminatene forbindes med hverandre utenfor kanten av dobbeltvevnaden. In the following, the production of form-stable full-surface heat exchanger elements will be described in more detail. A double weave of the desired dimensions, e.g. 5 x 1 m at a distance of 2 mm between the upper and lower weave, is inserted between two co-curable synthetic resin impregnated and on its backside with a separating foil equipped fiber mats and coated by light pressing with a squeegee on both sides. In order to avoid welding and jointing work to seal the open edges of the double weave, it is advantageous that the synthetic resin laminate has a larger dimension than the double weave web for that both synthetic resin laminates are connected to each other outside the edge of the double weave.

En trykkfast tetning av den innlagte dobbeltvevnad kan også oppnås ved at den med kunstharpikslaminatet utstyrte dobbeltvevnad etter herdning av kunstharpiksen i kantområdene utstyres med en rundtgående innfresning inntil nedre sjikt og at det således dannede spor utstøpes med en kunstharpiks, fortrinnsvis sjiktbundet. Derved er kunstharpiksens visko-sitet innstilt således at det unngås en løpning av kunstharpiksen inn i dobbeltvevnaden. Etter avtrekning av skille-folien får man på denne måte et flatt, trykkfast og dimen-sjonsstabilt hullegemeelement med brilliant overflate som utstyrt med tilførsler og bortføringer kan anvendes i vide områder av teknikken som platevarmeutveksler eller varmeab-sorberer. A pressure-resistant seal of the inserted double fabric can also be achieved by providing the double fabric equipped with synthetic resin laminate after hardening of the synthetic resin in the edge areas with a circumferential milling up to the lower layer and that the groove thus formed is cast with a synthetic resin, preferably layer-bonded. Thereby, the viscosity of the synthetic resin is adjusted so that the synthetic resin runs into the double weave. After removing the separating foil, you get a flat, pressure-resistant and dimensionally stable hollow body element with a brilliant surface which, equipped with inlets and outlets, can be used in wide areas of technology as a plate heat exchanger or heat absorber.

Vanligvis er til- og bortføringene for det fluide medium anordnet forskjøvet diagonalt. De kan imidlertid befinne seg på samme side av varmeutvekslerelementet. For derved å sikre en fullstendig gjennomstrømning av varmeut vekslerelementet dannes i midten av varmeutvekslerelementet mellom til- og bortføringer i en sone med en høyere strømnings-motstand, idet denne sone oppdeler varmeutvekslerelementet bare delvis i to adskilte strømningskammere. Man oppnår dette eksempelvis ved at loddrett til forbindelseslinjen av tilslut-ningene freses et spor som strekker seg bare over en del av lengden resp. av bredden av varmeutvekslerelementet og som utstøpes med en kunstharpiks. Denne anordning av tilslutninger på den ene side av varmeutvekslerelementet sparer i mange anvendelsestilfeller montasjeomkostninger og letter integrer-ingen i bestående systemer. Dette er eksempelvis tilfellet ved anvendelsen av varmeutvekslerelementet som varmeabsorber i energitak/varmepumpesystemer til utnyttelse av omgivelses-varmen. Uten den risikorike gjennomføring av rørledninger gjennom takhuden og uten synliggjøring av rørledninger på taket, kan det ved ensidig anordning tilførsel- og bortførings-rør eksempelvis legges under takdekket. Usually, the inlets and outlets for the fluid medium are arranged diagonally. However, they can be on the same side of the heat exchanger element. In order to thereby ensure a complete flow through the heat exchanger element, a zone with a higher flow resistance is formed in the middle of the heat exchanger element between supply and removal, this zone dividing the heat exchanger element only partially into two separate flow chambers. This is achieved, for example, by milling a groove perpendicular to the connecting line of the connections that only extends over part of the length or of the width of the heat exchanger element and which is cast with a synthetic resin. This arrangement of connections on one side of the heat exchanger element saves assembly costs in many application cases and facilitates integration into existing systems. This is, for example, the case when the heat exchanger element is used as a heat absorber in energy roofs/heat pump systems to utilize the ambient heat. Without the risky passage of pipelines through the roof skin and without the visibility of pipelines on the roof, supply and removal pipes can, for example, be laid under the roof deck with a one-sided arrangement.

Varmeutvekslerelementene ifølge oppfinnelsen finner en foretrukken anvendelse i form av plane eller bølgede takplater med integrert varmeutvekslerelement. The heat exchanger elements according to the invention find a preferred application in the form of flat or corrugated roof sheets with an integrated heat exchanger element.

Tegningsfigurene 1 og 2 viser utførelsesformen ifølge oppfinnelsen. Her betyr 1 tetningssjikt, 2 dobbeltvevnad med avstandsholdertråder, 3 tetningssjikt, 4 utstøpte spor, 5 og 6 til- og bortføringer. Drawings 1 and 2 show the embodiment according to the invention. Here means 1 sealing layer, 2 double weave with spacer threads, 3 sealing layer, 4 molded tracks, 5 and 6 additions and removals.

Fig. 1 viser en plan takplate, fig. 2 en bølget takplate. Fig. 1 shows a flat roof plate, fig. 2 a corrugated roof sheet.

Claims

1. Heat exchanger element consisting of a double fabric equipped with distance holder filaments which is completely sealed against fluid heat transfer media and of supply and removal leads for fluid heat transfer media, characterized by its intrinsic dimensional stability.

2. Heat exchanger element according to claim 1, characterized in that the complete sealing of the double fabric against fluid heat transfer media on the intrinsic shape stability has been effected by materials which are primarily non-formable and then, however, have become intrinsically stable upon curing.

3. Heat exchanger element according to claims 1-2, characterized in that at least one of its surfaces is structured.

4. Heat exchanger element according to claims 1-3, characterized in that the double weave is connected form-locked with a preformed raft structure.

5. Method for producing a heat exchanger element which consists of a double fabric with spacer filament and which is sealed above fluid heating media and which has inlets and outlets for the fluid heat carrier media, characterized in that the double fabric on the upper and lower sides is equipped with a layer of a sealing material, at least one of which causes the heat exchanger element's inherent shape stability and that the upper and lower layers at the edges of the double weave are connected sealingly to each other against the fluid heat exchanger medium and that supply and removal connections are placed.

6. Method according to claim 5, characterized in that curable materials are used as sealing material for at least one side and that it is cured in a manner known per se.

7. Method according to claim 6, characterized in that a hardenable material is applied to at least one side of the double fabric, that the double fabric thus treated is brought to the desired shape and that this shape is then hardened.

8. Method according to claim 5, characterized in that the intrinsic shape stability is effected by the double weave being connected on at least one side to a previously shaped body.