DE3418561A1

DE3418561A1 - Waermetauscher aus polymeren

Info

Publication number: DE3418561A1
Application number: DE19843418561
Authority: DE
Inventors: Heinz-Günter 3134 Bergen Menz
Original assignee: MENZ HEINZ GUENTER
Current assignee: MENZ HEINZ GUENTER
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-05-16
Publication date: 1985-11-21

Description

Wärmetauscher aus Polymeren

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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, vorzugsweise zum Wärmetausch zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Medium, gemäß dem beschreibenden Teil des Anspruchs 1.

Wärmetauscher gewinnen mit dem vermehrten Einsatz von Wärmepumpen als Hilfsmittel für Klimatisierung und Wärmerückgewinnung in zunehmenden Maße an Bedeutung. Beispielsweise ist man in der kommerziellen Großtierhaltung bestrebt, natürliche Stallwärme durch Wärmerückgewinnung zu nutzen.

Wärmetauscher für Wärmerückgewinnung und klimatechnische Anwendungen bestehen in der Regel aus einem von einer Übertragungsflüssigkeit durchströmten Rohrsystem, das zur Verbesserung der Wärmeübertragung in der Regel eine durch Rippen vergrößerte Oberfläche besitzt. Das Rohrsystem ist dabei überwiegend registerförmig aufgebaut, etwa nach Art eines Kraftfahrzeugkühlers.

Beim bisherigen Stand der Technik bestanden die beschriebenen Wärmetauscher aus Metallen. Kupfer, Messing und für die Kühlrippen auch Aluminium waren die bevorzugten Konstruktionswerkstoffe für derartige Geräte. Daneben wurden im Lebensmittelbereich (Kühlung von Milchprodukten) auch Wärmetauscher aus nichtrostenden Stählen eingesetzt.

Besondere Probleme ergeben sich mit Wärmetauschern für die Wärmerückgewinnung in der Großtierhaltung: Die aggressive, amoniakhaltige Raumluft führt im Zusammenwirken mit der Kondenswasserbildung, die an sich zur Raumentfeuchtung durchaus erwünscht ist, zu Korrosionserscheinungen an den verwendeten Wärmetauschern. Kupfer, Messing, Aluminium und auch rostfreie Stähle vom Typ V2A sind daher für diesen Anwendungsfall nicht geeignet. Wärmetauscher aus höherwertigen rostfreien Stählen (V4A), die sich auch in der aggressiven Raumluft von Tierställen über längere Zeit hinweg bewähren, sind jedoch so teuer, daß sie für diesen Anwendungszweck unrentabel sind.

Dem Problem der Korrosion an Wärmetauschern tragen seit kurzem

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Produkte Rechnung, die aus Polymeren gefertigt sind. Die Wärraeübertragungsflüssigkeit läuft dabei durch Kunststoffrohre, die zu plattenförmigen Strängen verklebt sind. Eine Vielzahl dieser Röhrenplatten sind registerförmig angeordnet und an ihren Enden mit Sammler^,z-fäßen verbunden sind. Sie entsprechen in ihrem Aufbau damit dem schon erwähnten Kraft fahrzeugkühler.

Nachteilig ist bei diesem Aufbau eines Wärmetauschers einmal der hohe Fertigungsaufwand, zum anderen aber auch die Verstopfungsgefahr des eng aufgebauten Registers durch Staub, Spinnweben und ähnliche Verschmutzung, durch die der Durchtritt der Raumluft durch das Register behindert und der Wärmeübergang verschlechtert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, Wärmetauscher aus Polymeren zu schaffen, die in Aufbau und Herstellung vereinfacht sind. Erfindungsaufgabe ist es weiterhin, Wärmetauscher der beschriebenen Art zu schaffen, die sich leicht und problemlos warten und reinigen lassen.

Die Erfindungsaufgabe wird gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Die Unteransprüche 2 bis 9 beschreiben vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.

Dadurch, daß nicht mehr wie beim bisherigen Stand der Technik viele einzelne Röhrenplatten zu einem Register zusammengestellt werden, sondern nur eine lange Röhrenplatte zu einem Wickelkörper aufgerollt wird, vereinfacht sich das Herstellungsverfahren erheblich. Darüber hinaus vermindert sich die Zahl der Verbindungsstellen zwischen Sammelanschluß und Röhrenplatte entsprechend, wodurch sowohl Herstellung erleichtert wird, als auch die Betriebssicherheit des Gerätes verbessert wird, da die störanfälligen Verbindungsfugen in ihrer Zahl stark verringert sind. Während bei der zum Stand der Technik gehörenden Registeranordnung das Durchströmen des Wärmetauschers durch die im entsprechenden Abstand angeordneten einzelnen Röhrenplatten ermöglicht wird, wird die Durchströmungsmöglichkeit eines er-

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findungsgemäßen Wärmetauschers dadurch erreicht, daß zwischen den Windungen des Wickelkörpers ein Abstand verbleibt. Somit kann der Wickelkörper von dem zweiten - in der Regel meist gasförmigen - Medium durchströmt werden.

Das Aufrollen zu einem Wickelkörper bereitet bei vielen Röhrenplatten aus Polymeren keine Schwierigkeiten, da in der Technik eine Vielzahl von flexiblen Polymeren zur Verfugung steht, die für diese Anwendungszwecke bspw. auch in ihrer Korrosionsbeständigkeit geeignet sind.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung dann realisieren, wenn die verwendeten Röhrenplatten nicht durch das Zusammenfügen einzelner Kunststoffrohre hergestellt werden, sondern wenn als Röhrenplatten handelsübliche Doppelstegplatten verwendet werden, die in einer Vielzahl von Abmessungen am Markte erhältlich sind. In diesem Falle steht ein kostengünstiges Halbzeug zur Verfügung, das die Herstellung der Wärmetaucher zusätzlich vereinfacht und verbilligt.

Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher kann dadurch gekennzeichnet sein, daß alle Röhren einer Stirnseite der Röhrenplatte einen gemeinsamen Sammelanschluß besitzen und daß die Röhrenplatte überall in gleicher Richtung durchströmt wird. In diesem Falle gestaltet sich die geometrische Ausbildung der Sammelanschlüsse besonders einfach, da sie im wesentlichen aus einem durchgehenden Rohr bestehen, das in der Breite der Röhrenplatte geschlitzt ist. In diesem Schlitz wird die Röhrenplatte durch Kleben oder - wenn der Werkstoff von Sammelanschlußrohr und Röhrenplatte es erlaubt - durch Verschweißen eingefügt.

Es ist jedoch auch möglich, die Sammelanschlüsse der Stirnseiten der Röhren der Röhrenplatte jeweils gruppenweise gegeneinander versetzt derart zusammenzufassen, daß die Röhrenplatte bereichsweise gegenläufig durchströmt wird. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich bspw. eine Gegenstromkühlung dann realisieren, wenn der Wickelkörper vom zweiten Medium von Stirnseite zu Stirnseite in Richtung der Wickelachse durchströmt wird.

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Eine andere Art der Durchströmung kann dadurch erreicht werden, daß der Wickelkörper des Wärmetauschers stirnseitig geschlossen ist, und das zweite Medium tangential von innen nach außen oder von außen nach innen in Richtung der Wicklungen strömt. Bei einer derartigen Strömungsführung läßt sich der Wärmetauscher bspw. auch dann als Gegenstromtauscher verwenden, wenn seine Röhrenplatte nur in einer Richtung durchströmt wird.

Um die Strömungsbedingiingen für das zweite Medium, das durch den Wickelkörper strömt, möglichst konstant zu halten, ist es zweckmäßig, wenn der Abstand der Windungen des Wickelkörpers durch Abstandshalter fixiert wird.

Diese Abstandshalter können zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmetauschers dadurch beitragen, daß sie ein System von Kanälen und/oder Spoilern derart bilden, daß die Strömung des zweiten Mediums beeinflußt wird. Bspw. ist es auf diese Weise möglich, die Strömung des zweiten Mediums ganz oder teilweise durch die Spoiler zu verwirbeln und turbulent zu gestalten.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher bietet die vorteilhafte Möglichkeit, daß der aus der Röhrenplatte gebildete Wickelkörper durch lösbare Bauelemente, wie bspw. Spannbänder, zusammengehalten wird. Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß nach dem Lösen bspw. der Spannbänder der Wickelkörper aufgelöst werden kann und in diesem Zustand ohne Schwierigkeiten zu kontrollieren und zu säubern ist. Er kann danach wieder in seine ursprüngliche Form gerollt und mit Hilfe der lösbaren Bauelemente fixiert werden. Dies läßt sich vor allem dann problemlos durchführen, wenn die schon beschriebenen Abstandshalter einseitig mit der Röhrenplatte festverbunden sind, so daß sie nicht neu justiert zu werden brauchen.

Die inneren Windungen eines erfindungsgemäßen wickeiförmigen Wärmetauschers besitzen im Verhältnis zu den äußeren Windungen

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nur geringe Wärmetauschernäche. Es kann daher vorteilhaft sein, den Wickelkörper des Wärmetauschers ringförmig auszubilden, so daß er andere Geräte, wie bspw. Wanne- oder Flüssigkeitspumpen mantelförmig umgibt. Mit einer derartigen Anordnung wird es einmal möglich, sehr kompakte Aggregate aufzubauen, deren empfindliche Teile durch den unempfindlichen Mantel des Wärmetauschers gekappseit sind, zum anderen braucht die Röhrenplatte bei einer derartigen Anordnung nicht mit engem Radius aufgerollt werden, was - je nach Polymerwerkstoff - zu Beschädigungen der Röhrenplatten führen könnte.

Die Erfindung sei anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert und beschrieben. Hierbei zeigt Figur 1 den Wärmetauscher in abgewickeltem Zustand als Ansicht, Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch den Wickelkörper des fertigen Wärmetauschers.

Mit 1 ist in Figur 1 eine Doppelstegplatte bezeichnet, die aus Raumgründen unterbrochen dargestellt ist, da sie in der realen Ausführungsform eine sehr viel größere Länge besitzt. An den beiden Stirnseiten der Doppelstegplatte 1, die im dargestellten Beispiel die Funktion der polymeren Röhrenplatte übernimmt, sind die Sammelanschlüsse 2 und 3 für die Zu- und Ableitung der Übertragungsflüssigkeit angebracht. Der Flüssigkeitsstrom bewegt sich dabei in Richtung der eingezeichneten Pfeile.

In Figur 2 ist zu erkennen, daß die ursprünglich ebene Doppelstegplatte 1 zu einem spiraligen Wickelkörper 1' aufgerollt ist, wobei der Abstand der Spiralwindungen durch die Abstandshalter 4 fixiert wird, die in diesem Beispiel leistenförmig ausgebildet sind, wobei die Leisten parallel zur Achse des Wickelkörpers verlaufen. Die Anordnung der Sammelanschlüsse 2 und 3 bedarf keines Kommentares. Der in Figur 2 dargestellte Wickelkörper wird durch nicht mitgezeichnete Bauelemente wie bspw. Spannbänder in der dargestellten Lage fixiert. Der Wickel-

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körper bildet dabei einen rohrförmigen Hohlraum 5, in dem
andere Bauelemente untergebracht werden können.

Die Figuren 1 und 2 erläutern die einfachste Geometrie beim Aufbau erfindungsgeniäßer Wärmetauscher. Andere geometrische Varianten, wie sie schon vorstehend erläutert wurden, sollen auch ohne zeichnerische Darstellung in die Erfindung eingeschlossen sein.

Claims

Patentansprüche. O 4 I G Q Ό Ί

1. Wärmetauscher, bestehend aus zu Platten verbundenen Röhren aus Polymeren, die von einer Flüssigkeit durchströmt werden und die an ihrer Außenseite von einem zweiten Medium - vorzugsweise von Luft - umströmt werden, dadurch ge kennzeichnet, daß eine polymere Röhrenplatte größerer Länge, bei der die Röhren in Längsrichtung verlaufen, an ihren längsseitigen Stirnflächen Samrnelanschlüsse für die Flüssigkeitszu- und abfuhr aufweist , und daß diese Röhrenplatte zu einem Wickelkörper aufgerollt und in diesem Zustand derart fixiert ist, daß zwischen den Windungen des Wickelkörpers ein Abstand verbleibt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenplatte eine an sich bekannte Doppelstegplatte üblicher Bauart ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß alle Röhren einer Stirnseite der Röhrenplatte einen gemeinsamen SammelanSchluß besitzen, und daß die Röhrenplatte überall in gleicher Richtung durchströmt wird.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelanschlüsse der Stirnseiten die Röhren der Röhrenplatte jeweils gruppenweise und gegeneinander versetzt derart zusammenfassen, daß die Röhrenplatte bereichsweise gegenläufig durchströmt wird.

5. Wärmetauscher nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper vom zweiten Medium von Stirnseite zu Stirnseite in Richtung der Wickelachse durchströmt wird.

6. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel-

körper stirnseitig geschlossen ist, und das zweite Medium tangential von innen nach außen oder von außen nach innen in Richtung der Wicklungen strömt.

7. Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Windungen des Wickelkörpers durch Abstandshalter fixiert wird.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter ein System von Kanälen und/oder Spoilern derart bilden, daß die Strömung des zweiten Mediums beeinflußt wird.

9. Wärmetauscher nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Röhrenplatte gebildete Wickelkörper durch lösbare Bauelemente, wie bspw. Spannbänder, zusammengehalten wird.

10. Wärmetauscher nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß er andere Geräte, wie bspw. Wanne- oder Flüssigkeitspumpen mantelförmig umgibt.