DE2141019B2

DE2141019B2 - Wärmeaustauscher und Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Hohlfäden für einen solchen Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE2141019B2
Application number: DE2141019A
Authority: DE
Inventors: Thomas Adam North Augusta S.C. Reilly; Charles Frederick Reitz; Robert Delman Smith; Del. Wilmington
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Ametek Inc
Priority date: 1970-08-17
Filing date: 1971-08-16
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE2141019C3; SE7406091L; DE2141019A1; FR2102305B1; US3718181A; JPS5517319B1; FR2102305A1; CA940115A; IT940439B; BE771402A; NL7111306A; SE369442B; GB1305336A; SE393766B

Description

Wärmeaustauscher auf Basis von Kunststoffen, insbesondere Polyfluorcarbonen, wie Tetrafluoräthylenpolymeren oder Mischpolymeren aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen, stellen eine nützliche Bereicherung der in den letzten Jahren entwickelten Wärmeaustauscher dar, insbesondere für solche Verwendungszwecke, bei welchen eines der Wärmeaustauschmedien aus einer korrodierenden Flüssigkeit besteht. Kunststoffe, insbesondere Polyfluorcarbone, weisen jedoch eine derart geringe thermische Leitfähigkeit auf, daß hieraus he-gestellte Wärmeaustauscher keinen großen Wirkungsgrad aufweisen. Dieser Nachteil wurde teilweise durch Anwendung einer großen Anzahl von Kunststoff-Hohlfäden geringen Durchmessers beseitigt welche in ein Wärmeaustauschbündel eingebracht wurden, dessen Gesamtoberfläche groß genug ist, um eine zur ausreichenden Kühlung der Flüssigkeit genügenden Wärmeübertragung zwischen der durch das Innere der Einzelfäden strömenden Flüssigkeit und der um das Röhrenbündel herum fließenden Flüssigkeit zu bewirken.

Der Wirkungsgrad derartiger Wärmeaustauscheinheiten ist jedoch immer noch verhältnismäßig gering, so daß Bedarf an einem verbesserten Material zur Verwendung bei solchen Konstruktionen besteht, welche sowohl die Eigenschaft der Undurchlässigkeit

von Polyfluorcarbonen für korrodierende Flüssigkeiten als auch eine vergrößerte Leitfähigkeit aufweisen sollen. Es wäre zu erwarten, daß Konstruktionen, welche aus mit Graphit gefüllten Polyfluorcarbonen hergestellt sind, derartige Eigenschaften aufweisen und es wurden tatsächlich derartige Konstruktionen vorgeschlagen und gebaut Allgemein enthalten diese Konstruktionen einen sehr hohen Graphitanteil (70 bis 90%), wobei eine geringe Menge an Polyfluorcarbonen als Bindemittel für den Graphit angewendet wurde. Derartige Konstruktionen bestehen aus mechanisch festen Blocks, ähnlich einem Block aus reinem Kohlenstoff, in welche Löcher gebohrt sind, durch die eine erste Wärmeaustauschflüssigkeit hindurchgeleitet wird. Diese Blocks sind jedoch brüchig und die Oberfläche, mit welcher die zweite Wärmeaustauschflüssigkeit in Berührung kommt, ist allgemein gering, so daß der Wirkungsgrad der Konstruktion trotz der verbesserten Leitfähigkeit dts Materials verhältnismäßig gering ist

Es bestand daher ein Bedarf an einer verbesserten Kombination von Kunststoffen, insbesondere Polyfluorcarbünen, mit Graphitfüüstcffcil zwecks Schaffung von biegsameren Konstruktionen, wie Fäden λΜ großer Oberfläche, weiche wiederum in Wärmeaustauscher eingebaut werden können, wie sie beispielsweise in der US-PS 32 28 456 beschrieben sind. Versuche, biegsame Fäden aus einer derartigen Kombination herzustellen, führten jedoch zu zwei miteinander in Verbindung stehenden Problemen, an welchen bisher alle Versuche zur Herstellung von brauchbaren Produkten scheiterten. Es ist eine allgemein bekannte Voraussetzung, daß große Mengen Füllstoff eingebracht werden müssen, um die thermische Leitfähigkeit von gefüllten Kunststoffen merklich zu vergrößern. Die Anwendung von großen Mengen Füllstoffen führt jedoch andererseits zu einer Abnahme der Biegsamkeit und mechanischen Dauerhaftigkeit der Fäden bis zu einem Stadium, in welchem sie mechanisch nicht besser als die oben beschriebenen Blockkonstruktionen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wärmeaustauscher auf Basis von Hohlfäden aus gefüllten Kunststoffen (insbesondere Polyfluorcarbonen), welche eine wesentüch höhere thermische Leitfähigkeit als der ungefüllte Kunststoff und dennoch eine für den Einsatz im Wärmeaustauscher ausreichende Dauerhaftigkeit aufweisen, und ein Verfahren zum Herstellen solcher Kunststoff-Hohlfäden zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10 gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers besteht der Kunststoff aus einem Polyfluorcarbon, wie einem Tetrafluoräthylenpolymeren oder einem Mischpolymeren aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen, die Füllstoffteilchen bestehen aus Graphitfüllstoffteilchen und der Gehalt an Füllstoffteilchen in der Kunststoffmasse beträgt 10 bis 25 Gew.-%.

Beim Verfahren, nach dem sich die Kunststoff-Hohlfäden zur Verwendung in derartigen Konstruktionen herstellen lassen, werden granulierte Polyfluorcarbone und Graphitteilchen, deren Durchmesser praktisch allgemein über 2,0 Mikrometer liegt, trocken vermischt, wobei der Anteil des Graphits in dem trockenen Gemisch 5 und 45 Gew.-% beträgt. Das Gemisch wird in eine bei niedriger Temperatur und mit hoher Energie arbeitende mechanische Mischzone eingeführt, in welcher es mechanisch vermählen wird. Das trockene Gemisch wird in der Mischzone so lange bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Polymeren durchgemischt, bis sich ein halbfestes, fließfähiges Gemisch bildet Das fließfähige Gemisch wird dann in eine Schmelzzone eingeführt, in welcher die Massentemperatur des Gemisches bei einem Wert gehalten wird, der den Schmelzpunkt des Polymeren um nicht mehr als 27,78⁰C übersteigt Das Gemisch wird dann

ίο geschmolzen, bis sich ein strangpreßfähiges Gemisch bildet Dieses Gemisch wird dann zu Hohlfaden stranggepreßt, bei welchen das Verhältnis von Durchmesser der Füllstoffteilchen zur Wandstärke der Fäden 0,001 bis 0,5 beträgt Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält das Gemisch 5 bis 25 Gewichts-% Graphit, und die Mischzone besteht aus zwei gleichlaufend rotierenden Schnecken, die verschiedene Querschnitte aufweisen und die Mischzone in mehrere Zonen aufteilen, in welchen dem Mischverfahren verschiedene Energiegrade zugeführt werden.

Die Erfindung wird nun anhar/ der Zeichnungen weiter erläutert In den Zeichnungen bcruutei

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Zunahme der thermischen Leitfähigkeit von gefülltem Kunststoff in Abhängigkeit von dem Prozentgehalt an Füllstoff in dem Kunststoff, sowohl für den Fall, in welchem der Füllstoff vollkommen homogen in dem Kunststoff verteilt ist als auch für den Fall, in welchem der Füllstoff vollkommen heterogen in dem Kunststoff verteilt ist;

sä Fig.2 einen Längsschnitt durch e^ne Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers;

Fig.3 eine Endansicht eines Endteils einer Ausführungsform des Röhrenbündels gemäß der Erfindung, bei welchem die einzelnen Fäden bienenwabenförmig angeordnet sind und

Fig.4 eine Ansicht teilweise geschnitten, einer zweiten Ausführungsform des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, bei welcher die Endanordnung gemäß F i g. 3 angewendet wurde.

Bei der Lösung des Problems des Einbringens von Füllstoffteilchen in einen Kunststoff, unter gleichzeitiger Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs, denkt der Fachmann instinktiv an eine homogene Verteilung der Füllstoffe in deni Kunststoff.

Wenn man annimmt, daß die thermische Leitfähigkeit des Füllstoffs, k_x, 1500maI größer als die thermische Leitfähigkeit des Kunststoffs, kp, ist so ergibt sich kx/k_p= 1500 (was im wesentlichen für den Fall zutrifft, daß der Füllstoff aus Graphit und der Kunststoff aus einem Polyfluorcarbon besteht). Die Zunahme der thermischen Leitfähigkeit des homogenen Gemisches (kjkp)no kann durch die folgende Gleichung vollständig definiert werden:

" r„ = V_rr,+ V_x r_x.

Da:

V„ = (1 - V_x),

r_m = (1 - VJr.+ V_xT_x,

wobei r_m den thermischen Widerstand des Gemisches, r_p den thermischen Widerstand des Kunststoffs und r, den thermischen Widerstand des Füllstoffs bedeuten, und V_p Volumprozent Kunststoff und V_x Volumprozent Füll-

stoff in dem Gemisch bedeuten, ergibt sich:

ρ /Ho r_p

wobei der Index Ho die Bedeutung von »homogenes Gemisch besitzt.
Da

ganze System weitergeleitete Wärme bedeuten; oder
k_mA IT = k,A_M IT + k_pA_r IT

(k_m\ k_x A_x IT A_p IT

V k. Air ^ * I f -4If-

wobei der Index We Tür »heterogenes Gemisch« steht. Da Ί_Γ = A — A, und da = 1₁, so ergibt sich:

1500

ergibt sich

IC λ,⁼

1500

Die Werte von (rjr_p)u_o und der reziproke Wert (kjk_p)n„ für verschiedene Füllstoffgehalte sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt und in F i g. I als durchgezogene Linie dargestellt.

Tabelle i

V r, J₁₁. ( *.·, J„„

10
20
25
30
45
50
70
100

0,99
0,90
0.80
0.75
0.70
0.65
0,50
0,30
0,0007

.01

.11
1.25
1.34
1.42
1.54
2.00
3.30
1500

Um eine beträchtliche Zunahme der thermischen Leitfähigkeit mit Hilfe eines homogen in dem Kunststoff verteilten Füllstoff zu erzielen, ist also ein großer Füllstoffgehalt in der Größenordnung von 70 bis 90% erforderlich.

Falls man anstelle eines homogenen Gemisches ein vollständig heterogenes Gemisch verwendet, ist ein anderer Satz von Gleichungen zur Defininition des Gemisches erforderlich. Wenn man annimmt, daß das System aus einer Platte mit einer Oberfläche A und einer Dicke AT, und der Füllstoff aus einem Zapfen mit einei Oberfläche A_x und einer Stärke Δ Tbesteht, weiche durch die Platte hindurchgeht, so daß der Kunststoff eine Oberfläche A_p und eine Stärke Δ Taufweist, so läßt sich das Gemisch durch die folgende Wärmeausgleichsgleichung definieren

wobei <jv die durch den Füllstoff und q_p die durch den Kunststoff weitergeleitete Wärme, und Q_n, die durch das (J") = J* Κ. + Π

oder

= 15(X) V_x + (1 - I₁

Die Werte von (k„Jk_p)n_cfür verschiedene Füllstoffgehalte sind in der folgenden Tabelle H zusammengestellt und in F i g. 1 als unterbrochene Linie dargestellt.

Tabelle Il

	15,99
1	150.9
10	300,8
20	750,5
50	1500
100

Selbstverständlich liegt der normale Fall eines nichthomogenen, nicht-heterogenen Gemisches etwas zwischen den beiden Fällen, wobei die Norm für jedes vernünftige »Misch«-Verfahren näher an der Kurve für ein homogenes Gemisch als an der Kurve für ein heterogenes Gemisch liegt.

Für biegsame Wärmeaustauschfäden eignen sich

j-, keine vollständig heterogenen Gemische. Aus einem solchen Gemisch hergestellte Konstruktionen werden nämlich an denjenigen Stellen, an denen nur Füllstoff vorhanden ist, brüchig und höchstwahrscheinlich durchlässig für eine der Wärmeaustauschflüssigkeiten. Andererseits sind aus einem vollständig homogenen Gemisch hergestellte Fäden ebenso unbrauchbar, da etwa 70 Volum-% Füllstoff zur Erzielung einer merklichen Zunahme der thermischen Leitfähigkeit erforderlich wären. Hinsichtlich der mechanischen Dauerhaftigkeit des Fadens würde dies zu demselben Ergebnis wie bei einem vollständig heterogenen Gemisch führen.

Das Wesen der Erfindung beruit auf der Tatsache, daß man eine wesentliche Zunahne der thermischen Leitfähigkeit des Systems unter Verwendung einer nur geringen Füllstoffmenge in der Größenordnung von 5 bis 45 Gewichts-% erzielen kann, falls man eine entsprechende Verteilung des Füllstoffs in dem Kunststoff vornimmt Eine derartige Verteilung muß

es ausreichend homogen sein, um eine genügende mechanische Festigkeit zu gewährleisten, und ausreichend heterogen sein, um eine ausreichende Zunahme der Leitfähigkeit zu ermöglichen.

Zur Verwendung in Wärmeaustauschern, wie sie in den Fig.2 und 4 dargestellt sind, muß ein Faden eine Zugfestigkeit von wenigstens 70 kg/cm² und eine Bruchdehnung von wenigstens 25%, beides gemessen bei Zimmertemperatur, aufweisen, so daß ein ausreichender Berstwiderstand und eine ausreichende Dauerbiegefestigkeit vorhanden sind, um den durch Druckschwankungen und äußere Vibrationen in dem System auftretenden Beanspruchungen standhalten zu können. Selbstverständlich ist jede Vergrößerung der Leitfähigkeit nützlich, aber damit sich ein derartiger Faden für den praktischen Gebrauch eignet, ist eine Zunahme der Leitfähigkeit von wenigstens 50% gegenüber der Leitfähigkeit des ungefüllten Kunststoffs, vorzugsweise auf mehr als das Zweifache letzterer Leitfähigkeit, erforderlich.

Die Aufgabe, einen derartigen Ausgleich der Eigenschaften zu er/.ielen, wurde durch geeignete Auswahl der Teilchengröße des angewandten Füllstoffs und/oder durch das zum Einbringen des Füllstoffs in die Kunststoffmasse angewendete Verfahren gelöst. Bei der Herstellung von Mischungen aus gefülltem Kunststoff wurde bisher die Teilchengröße aus verschiedenen Gründen außer Acht gelassen. Der erste Grund beruht allgemein auf der Tatsache, daß eine Vergrößerung der thermischen Leitfähigkeit des Materials nicht beabsichtigt war. Der zweite Grund beruht auf der Tatsache, daß selbst wenn eine Vergrößerung der thermischen Leitfähigkeit beabsichtigt war, die betreffenden Strukturen ein derart großes Verhältnis von Teilchendurchm«*sser, dp, zur Wandstärke, f, aufwiesen, daß sie auf keinen Fall wesentlich von dem homogenen Modell abweichen. Es wurde nun gefunden, daß wenn man die Teilchengröße über 2,0 Mikrometer und das Verhältnis von Teilchendurchmesser zur Wandstärke des Fadens (dp/t) zwischen 0,001 und 0,5, oder vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,1 hält, die Verteilung der Teilchen einerseits allgemein ausreichend homogen ist, um die gewünschte Stärke zu erzielen, und andererseits ausreichend heterogen ist, um die gewünschte Leitfähigkeit zu erzielen. Die Anwendung von Teilchen mit einem wesentlich kleineren als dem oben genannten Durchmesser oder die Anwendung eines wesentlich kleineren Verhältnisses (dp/t) führt unweigerlich zu einem homogenen Produkt, welches eine geringe Leitfähigkeit aufweist Falls das Verhältnis (dp/t) andererseits zu hoch ist, weist die Konstruktion keine ausreichende mechanische Festigkeit auf. Es sei aber darauf hingewiesen, daß kleine, aneinander agglomerierte Teilchen, welche ein Aggregatteilchen mit einem größeren Durchmesser als 2,0 Mikrometer bilden, ebenfalls zu dem gewünschten Ergebnis führen und dann ebenfalls unter die Definition »Teilchen mit einem Durchmesser von über 2,0 Mikrometer« fallen. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß durch »Obermischen« von Teilchen mit Durchmessern innerhalb des optimalen Bereiches jeder Vorteil, welcher durch Anwendung dieser Teilchen erwartet werden kann, zunichte gemacht werden kann, da das so gebildete Gemisch dann zu homogen wird.

Im folgenden erfolgt eine Erläuterung anhand von Polyfluorcarbonen, insbesondere von Polymeren aus Tetrafluoräthylen und Mischpolymeren aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen, weiche mit Kohlenstoff, insbesondere Graphit als Füllstoff versetzt werden. Diese Subs»«"*«·!! sind von besonderer Bedeutung bezüglich ihrer Undurchlässigkeit gegenüber korrodierenden Flüssigkeiten; falls jedoch eine Korrosionsfestig keit nicht von Bedeutung ist, läßt sich die Erfindung in gleicher Weise bei jedem beliebigen Kunststoff und jedem Füllstoff, welcher eine wesentlich größere thermische Leitfähigkeit als der Kunststoff aufweist, ~> anwenden.

Beispiele 1 bis 4

Unter Verwendung von zwei Meßfülltrichtern wurden Graphitteilchen und ein Granulat aus Tetrafluor-

K) äthylen/Hexafluorpropylen-Mischpolymeren in eine Werner &. Pfleiderer ZSK Strangpresse eingefüllt. Diese Strangpresse besteht aus zwei gleichlaufend rotierenden Schnecken mit verschiedenen Querschnitten, wodurch verschiedene getrennte Zonen entstehen,

i) in welchen unterschiedliche Energiegrade für das Mischverfahren angewendet werden. In diesem Fall wies die Strangpresse zehn Zonen auf, von denen einige für das mechanische Vermählen und einige zum Pumpen und Schmelzen des Gemisches angewendet werden. Bei

.'(ι dem vorliegenden Verfahren wurden die ersten beiden Zonen der Strangpresse zum trockenen Vermischen der Bestandteile angewendet. In den nächsten sechs Zonen wurde das Gemisch mechanisch zwischen den beiden gleichlaufend rotierenden Schnecken vermählen, bis ein

>-, halbfestes, fließfähiges Gemisch entstand. Während dieses Verfahrens wurde die Massentemperatur des Gemisches unter dem Schmelzpunkt des Polymeren gehalten. Da dem Gemisch beim mechanischen Vermischen Wärme zugeführt wird, muß diese durch

tu eine etwa in der Mitte der Mischzone, im vorliegenden Fall zwischen der fünften und sechsten Zone, angeordnete Kühlvorrichtung abgeleitet werden. Die letzten beiden Zonen bestehen aus Pump- und Schmelzzonen, in welchen die Massentemperatur des Gemisches um

η 27,78°C über den Schmelzpunkt des Polymeren erhöht wurde. Bei dem vorliegenden Verfahren wurde die strangpreßfähige Schmelze aus der Strangpresse durch eine Granulierform und eine Schneidvorrichtung gepumpt und das erhaltene Granulat wurde in einer Einschnecken-Strangpreßvorrichtung zu einer Röhre weiterverarbeitet. Die beiden Verfahren können jedoch zu einem einzigen Vorgang in einer einzigen Strangpresse anstelle der beschriebenen beiden Strangpressen ausgeführt werden. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen wurden die Röhren um etwa das zweifache verstreckt, aber diese Verfahrensstufe ist jedoch nicht nötig und kann gegebenenfalls entfallen.

Allgemein wurden Graphitteilchen mit einem Durchmesser zwischen 2,5 und 44 Mikrometern verwendet,

so bei einem Füllstoffgehalt zwischen 5 und 30 Gewichts-%. Die experimentelle Arbeit wurde auf diese Werte beschränkt, da das vorliegende Interesse an Röhren mit kleinem Durchmesser mit einer Wandstärke zwischen 25 und 75 Mikrometern bestand, welche empfindlicher gegenüber Teilchengröße und prozentualem Füllstoffgehalt als größere Röhren sind Aus den Ergebnissen ergab sich keinerlei Hinweis, daß Teilchen- und Füllstoffgehalte bis zu 45% nicht angewendet werden könnten, insbesondere, wenn der Durchmesser der Röhren bis auf 1270 Mikrometer vergrößert wurde und ein Verstrecken nicht erforderlich war. Die besten Ergebnisse wurden jedoch mit den 2£ Mikrometer-Teilchen bei einem Füllstoffgehalt zwischen 10 und 20 Gewichts-% erzielt Diese Produkte wiesen eine thermische Leitfähigkeit auf, welche etwa der dreifa chen thermischen Leitfähigkeit der Teilchen entsprach, die Zugfestigkeiten lagen über 420 kg/cm² und die Bruchdehnungen über etwa 400%, gemessen bei

Zimmertemperatur. Unter Verwendung der 44 Mikrometer-Füllstoffteilchen hergestellte Produkte wiesen eine Anzahl Fehlstellen auf. Es ist anzunehmen, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß das Teflon den Graphit nicht benetzte und daß die Fehlstellen, die sich nur bei Anwendung größtrer Teilchen bemerkbar machten, bei

10

allen Proben vorhanden waren. In jedem Fall wurde das Vorhandensein von Fehlstellen durch Anwendung der Verstreckstufe verstärkt. Die bei vier der besten Proben erhaltenen Versuchergebnisse sind in der folenden Tabelle III aufgeführt.

Tabelle III	(Mikrometer)	r,	(Mikrometer)	((/,,/M	Bruchdehnung.	Zugfestigkeit. kp/cnv
Heispiel	2.5	20	425	0.0059	390	436
1	2,5	20	413	0,0061	405	471
2	2.5	17	417	O.(K)6()	380	457
3	7 S	17	4OS	0 006?	180	4S0
S

In der Darstellung gemäß F i g. 2 sind die einzelnen Fäden 10 zu einem Röhrenbündel 20 zusammengefaßt, deren Enden fest mit Sammelrohrplatten 15 verbunden sind. Ferner ist ein zylindrisches Gehäuse 30 mit einer Flüssigkeitseinlaßvorrichtung 28 und einer Flüssigkeitsauslaßvorrichtung 29 vorgesehen, in welchem die Sammelrohrplatten 15 zwischen den Endkappen 17 und 18 und an dem Gehäuse 30 fest und lecksicher angebracht sind. Ein Einlaß 31 und ein Auslaß 32 sind in den Endkappen 17 und 18 angebracht, durch welche die erste Flüssigkeit durch das Innere der Fäden 10 fließt. Eine zweite Flüssigkeit wird dann in den Einlaß 28 eingeführt und in enge Berührung mit der Außenfläche der einzelnen Fäden gebracht. Eine dieser beiden Flüssigkeiten ist heißer als die andere, und entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen kann die kühlere Flüssigkeit zum Kühlen der heißeren Flüssigkeit oder die heißere Flüssigkeit zum Erwärmen der kühleren Flüssigkeit angewendet werden. Durch die Abstandshalter 16 werden die einzelnen Fäden in entsprechendem konstantem Abstand, sowohl in Bezug auf die anderen Fäden als auch in Bezug auf die Wände, gehalten.

Das kritische Merkmal eines derartigen Wärmeaustauschers beruht auf der Tatsache, daß die einzelnen Fäden 10 alle lecksicher an den Sammelrohrplatten 15 befestigt sein müssen. Eine mögliche Ausführungsform für dieses Merkmal ist in F i g. 3 dargestellt, derzufolge die einzelnen Fäden 10 honigwabenförmig in einer Muffe 21 zusammengefaßt sind. Diese Art des Endteils und das Verfahren zu dessen Herstellung sind in der US-PS 33 15 740 beschrieben. Zusammengefaßt besteht dieses Verfahren darin, die Endteile eines Röhrenbündels 20 von praktisch parallelen Fäden 10 in eine starre Muffe 21 einzubringen, welche mit einer inneren Leitung aus demselben Material wie die Fäden oder einem ähnlichen Material verbunden ist. und dann das gesamte Gefüge zu erhitzen, bis die Wände der einzelnen Fäden sich miteinander und mit den Wänden der Muffe verbinden und so eine lecksichere Vorderfläche mit mehreren öffnungen 34 entsteht, welche in die einzelnen Fäden führen. Die einzelnen Röhren werden über ihre gesamte Länge zwischen den Sammelplatten durch ein Band 33 zusammengehalten.

Die Röhre und das Wärmeaustauschgehäuse gemäß F i g. 2 stellen lediglich eine Ausführungsform der Erfindung dar. In F i g. 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in welcher das Gehäuse 11 aus einem offenen Tank mit einem Einlaß 12 und einem Auslaß 13 für die zweite Wärmeaustauschflüssigkeit besteht. Das Röhrenbündel 20 mit den fest mit den Sammei_;Jatten 21 verbundenen Enden, wie in F i g. 3 dargestellt wird dann durch die Befestigungsarme 19 in dem Tank gehalten, so daß das Bündel U-förmig in dem Tank mit dem Bündelteil, nicht aber mit den Enden, unterhalb der Oberfläche 14 der zweiten Wärmeaustauschflüssigkeit in dem Tank durchhängt. Das Innere des röhrenförmigen Bündels ist mit dem Einlaß 24 und dem Auslaß 26 durch Kniestücke 25 und Verbindungsstücke 23 verbunden, welche an der Sammelplatte 21 angebracht sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Gehäuse, in dem mehrere biegsame, flüssigkeitsdichte Kunststoff-Hohlfäden, vorzugsweise aus Polyfluorcarbonen, an ihren Enden so befestigt sind, daß voneinander getrennte Strömungswege zum Durchleiten einer ersten Flüssigkeit dur durch das Innere der Hohlfaden und einer zweiten Flüssigkeit durch ι ο das Gehäuse in enger Berührung mit der Außenfläche der Hohlfaden gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfäden einen Gehalt von 5 bis 45 Gew.-% an Füllstoffteilchen mit einer wesentlich größeren thermischen Leitfähigkeit als der Kunststoff aufweisen, praktisch alle Füllstoffteilchen einen größeren Durchmesser als 2,0 Mikrometer aufweisen und das Verhältnis von Durchmesser der Füllstoffteilchen zur Wandstärke der Hohlfäden 0,001 bis 0,5 beträgt, daß die Füllstoffteiicben ausreichend homogen in der Kunststoffmasse verteilt sind, so daß die Hohlfaden eine Zugfestigkeit von über 70 kg/cm² und eine Bruchdehnung von über 25% bei Zimmertemperatur aufweisen, und ausreichend heterogen verteilt sind, so daß die Fäden eine um wenigstens 50% größere thermische Leitfähigkeit als der ungefüllte Kunststoff aufweisen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffteilchen aus gegen- in über korrodierenden Flüssigkeiten undurchlässigem Werkstoff be-'ehen.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dab bei Hohlfäden aus Polyfluorcarboneii die Füllbtoffteüchen aus Kohlenstoff bestehen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Hohlfaden aus einem Tetrafiuoräthylenpolymer oder Mischpolymeren aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropyien der Füllstoff aus Graphitfüllpulver besteht

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Durchmesser zur Wandstärke der Hohlfaden 0,001 bis 0,1 4; beträgt.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfäden aus einer Kunststoffmasse mit einem Gehalt von 5 bis 25 Gew.-% Füllstoffteilchen bestehen und eine mehr als >o eineinhalbfach größere thermische Leitfähigkeit als der ungefüllte Kunststoff aufweisen.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffteilchen einen Durchmesser von 2,0 bis 50 Mikrometer v, aufweisen.

8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfäden aus einer Kunststoffmasse mit einem Gehalt von 10 bis 20 Gew.-% an den Füllstoffteilchen bestehen und die ho Fäden eine mehr als eineinhalbfach größere thermische Leitfähigkeit als der ungefüllte Kunststoff aufweisen.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Polyfluorcarbonen für die Hohlfäden die Graphitteilchen einen Durchmesser von 2,0 bis 50 Mikrometer aufweisen.

10. Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Hohlfäden für einen Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polyfluorcarbon in Granulatform und Graphitteilchen, welche praktisch alle einen größeren Durchmesser als 2,0 μιτι aufweisen, trocken zu einem Gemisch mit einem Gehalt von 5 bis 45 Gewichts-% an Graphitteilchen vermischt, das erhaltene trockene Gemisch in einer mit großer Energie und bei niedriger Temperatur arbeitenden mechanischen Mischzone bei einer unter dem Schmelzpunkt des Polyfluorcarbons liegenden Massentemperatur des Gemisches mechanisch vermahlt, bis sich ein halbfestes, fließfähiges Gemisch bildet, dieses Gemisch in einer Schmelzzone bei einer Massentemperatur des Gemisches von nicht mehr als 27,78° C über dem Schmelzpunkt des Polyfluorcarbons schmilzt, bis sich ein strangpreßfähiges Gemisch bildet, und dieses Gemisch zu einem Hohlfaden strangpreßt, bei welchem das Verhältnis des Durchmessers der Graphitteilchen zur Wandstärke des Fadens 0,001 :1 bis 0,5 :1 beträgt

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Hohlfaden erzeugt, die eine mehr als eineinhalbfach größere thermische Leitfähigkeit als der Polyfluorcarbon aufweisen.

12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die mechanische Mischzone mehrere Mischbereiche aufweist welche dem Mischprozeß jeweils verschiedene Energiegrade zuführen können, und das Gemisch nacheinander von einem Mischbereich zum nächsten Mischbereich gepreßt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Mischzone zwischen zwei gleichlaufenden Schnecken mit verschiedenen Querschnitten gebildet wird, welche die Mischzone in die einzelnen Mischbereiche unterteilen.