DE2518683B2

DE2518683B2 - Wärmeübertrager aus zwei miteinander verbundenen Aluminiumblechen

Info

Publication number: DE2518683B2
Application number: DE2518683A
Authority: DE
Inventors: Jan 8961 Durach Tjaden
Original assignee: 4p Verpackungen 8960 Kempten GmbH
Current assignee: 4p Verpackungen 8960 Kempten GmbH
Priority date: 1975-04-26
Filing date: 1975-04-26
Publication date: 1979-10-25
Also published as: JPS521553A; NL7604402A; FR2308892A1; DE2518683A1; ATA299276A; IT1059918B; DE2518683C3; CH613513A5; DK183476A; US4089324A; AT343698B; FR2308892B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager aus zwei miteinander verbundenen Aluminiumblechen, von denen wenigstens eines mit kanalförmigen Vertiefungen versehen ist, wobei beide Bleche auf ihrer einander zugekehrten Seite vollflächig mit einer Schicht versehen sind, die im Bereich der Verbindungsflächen als Verbindungsmittel dienen.

Aus der DE-PS 12 82 037 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der aus zwei im wesentlichen ebenen Blechen gebildet wird, die stellenweise miteinander verschweißt werden. An den unverschweißten Stellen werden durch Einführen eines Druckmediums Kanäle aufgebläht. Bei diesem Aufblähen werden die Schweißnähte der beiden Bleche sehr stark beansprucht, so daß beide sehr stark ausgebildet werden müssen.

Aus der US-PS 32 40 269 ist ebenfalls ein derartiger Wärmetauscher bekannt, der aus zwei jeweils zweitägigen Verbunden aus Aluminium im Roll-Bond-Verfahren hergestellt wird. Die Verbünde bestehen jeweils aus zwei unterschiedlichen Aluminiumlagen, wobei zum Herstellen des Wärmetauschers jeweils gleiche Lagen einander zugekehrt und durch Wärme (~400°C) und Druck miteinander verbunden werden. Zum Erzeugen der Kanäle wird in deren Bereich ein Mittel auf die einander zugekehrten Lagen aufgebracht, das deren Verschweißen verhindert, wodurch beim Einleiten eines Druckmittels die Kanäle aufgebläht werden.

Diese bekannten Wärmeübertrager haben durch das Herstellungsverfahren bedingt sehr hohe Wandstärken und sind aufwendig herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ίο Wärmeübertrager zu schaffen, der auf einfache und rationelle Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aluminiumbleche dünne Folien sind und daß die vollflächigen, an den Verbindungsflächen auch als Verbindungsmittel dienenden Schichten Korrosionsschutzschichten aus schweißbarem im vorgesehenen Temperaturbereich wärmebeständigem Kunststoff, vorzugsweise Propylen, sind.

Durch die Verwendung von dünnen Folien mit Kunststoffschicht wird das Verschweißen auf sehr einfache Weise ermöglicht, da ein sehr schneller Wärmeübergang erzielt wird. Es genügt beispielsweise das kurzzeitige Zusammenpressen der beiden Folien an den vorgesehenen Schweißflächen durch aufgeheizte Backen. Durch das vollflächige Ausrüsten der Folien mit einer Kunststoffschicht wird gleichzeitig eine Korrosionsschutzschicht im Inneren der kanalförmigen Vertiefungen erreicht

Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, daß

die Außenseite wenigstens des mit kanalförmigen

Vertiefungen versehenen Aluminiumbleches eine matte Oberfläche aufweist Diese ist für den Wärmeübergang

vom Wärmeübertrager an die Umgebung (Konvektor) sehr günstig. Bei Verwendung als Kollektor (Wärme übergang zum Wärmeübertrager) ist es dagegen günstiger, wenn die Oberfläche blank ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß kann diese Oberfläche zum Verbessern des Wärmeübergangs auch dunkel ausgebildet sein. Dabei ist sowohl eine dunkelfarbige Eloxierung des Aluminiums als auch eine ar.derw&iige Beschichtung in dunkler Farbe denkbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß die zwischen zwei kanalförmigen Vertiefungen liegende, gerade verlaufende Fläche breiter ist, als die größte Breite der Vertiefungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch das mit kanalförmigen Vertiefungen versehene Aluminiumblech an seiner freien Oberfläche durch eine transparente ebene, UV-beständige Deckfolie abgedeckt sein. Ebenfalls sehr vorteilhaft ist es, wenn gemäß der Erfindung die Deckfolie gegenüber der Kanallänge schmaler ist, so daß Luft oder ein anderes Medium diesem Bereich zu- bzw. abgeführt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Wärmeübertrager aus zwei miteinander verbundenen Aluminiumblechen,

F i g. 2 einen mit einer Abdeckfolie versehenen Wärmeübertrager, der insbesondere zur Aufnahme und Übertragung von Sonnenenergie geeignet ist und

Fig.3 bis 14 Ausführungsbeispiele des Wärmeübertrages und dessen Herstellung.

In F i g. 1 ist ein Wärmeübertrager dargestellt, der aus einem mit kanalförmigen Vertiefungen versehenen, als Folie ausgebildetem Aluminiumblech 1, das eine Schicht 2 aus schweißbarem Kunststoff aufweist und an den Berührungsflächen mit einer ebenfalls aus schweißbarem Kunststoff bestehenden Schicht 3 eines glatten

Aluminiumbleches 4 durch Verschweißen verbunden ist, besteht. Die Außenseite 5 des mit kanalförmigen Vertiefungen versehenen Aluminiumbleches 1 hat eine für den Wärmeübergang günstige matte Oberfläche. Diese Oberfläche kann auch mit einer dunkel eingefärbten Beschichtung versehen sein oder eine dunkle Eloxierung des Aluminiums aufweisen, wenn die Verwendung als Solar-Kollektor vorgesehen ist.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dafür dargestellt, wie der Wärrr.eübertrager variiert werden kann, um einen Kollektor für Sonnenstrahlung zu erhalten. Das mit kanalförmigen Vertiefungen versehene dünne Aluminiumblech 1, welches wieder auf einer Seite die Kunststoffschicht 2 hat, ist an seinen Berührungsflächen mit der Kunststoffschicht 3 des glatten Aluminiumblechs 4 verschweißt Die Außenseite 5 des Aluminiumbleches 1 ist mit einer dunkel eingefärbten, siegelfähigen Beschichtung versehen. Diese Außenseite 5 des Aluminiumbleches 1 ist mit einer transparenten, UV-beständigen Deckfolie 6 durch Versiegeln der Berührungsflächen verbunden. Anstelle einer Versiegelung ist es auch möglich, ein Verkleben der sieh berührenden Flächen vorzusehen. So entstehen luftgefüllte Kanäle, in denen die reflektierte Strahlung in Form des Treibhauseffektes besser genutzt wird, um den Wirkungsgrad des Kollektors zu verbessern. Der optimale Aufstellwinkel für einen Sonnenkollektor beträgt im Winter 70° und im Sommer 40° gegen Süden (geographische Breite Kempten/Allgäu). Wenn die schräge Aufstellung aus optischen Gründen unerwünscht ist, kann durch entsprechende Formgebung der kanalförmigen Vertiefungen ein Ausgleich herbeigeführt werden. Haben die Vertiefungen z. B. einen Flankenwinkel von 70° gegen Süden, so kann der Kollektor ohne größeren Verlust flach verlegt werden. Zwar bedeutet diese Verlegung, daß eine Flanke nicht von der Sonne bestrahlt wird, was aber dadruch kompensiert wird, daß der Abstand zwischen zwei Vertiefungen größer als die Breite der Vertiefungen ist. Wenn aber diese Fläche zwischen den Vertiefungen Strahlung aufnimmt, wird durch Wärmetransport aus dieser Fläche in die Flanke der Vertiefung die der Sonne abgewandte Seite des zwischen den Aluminiumblechen gebildeten Kanals auch erwärmt. Dadurch ist eine optimale Wärmeausbeute gegeben.

Die Fi g. 3 bis 7 zeigen einige Kombinationsmöglichkeiten des Wärmeübertragers mi( einem weiteren Aluminiumblech. Dabei besteht auch die Möglichkeit, für diese Kombination den in Fig.2 dargestellten Wärmeübertrager mit Deckfolie 6 zu verwenden. v>

In Fig.3 wird eine /nusführungsform des Wärmeübertragers gezeigt, der aus einem mit kanalförmigen Vertiefungen und einseitig mit einer Kunststoffschicht 2 versehenen Aluminiumbleches 1 und einem glatten Aluminiumblech 4. das beidseitig Kunststoffschichten 3 und 3' aufweist, besteht. Die beiden Bleche sind an ihren Berührungsstellen miteinander verschweißt. Zusätzlich ist auf der anderen Seite des glatten Aluminiumbleches 4 deckungsgleich mit den Vertiefungen des Aluminiumbleches 1 ein zweites, ebenfalls mit kanalförmigen &o Vertiefungen versehenes Aluminiumblech Γ mit einseitiger Kunststoffschicht 2' aufgeschweißt.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Wärmeübertragers. Dabei ist ein mit kanalförmigen Vertiefungen versehenes Aluminiumblech 1, das auf b5 beiden Seiten mit einer kunststoffschicht 2 und 2' versehen ist, an den Berührungsstellen einerseits mit einem glatten Aluminiur, blech 4, welches eine einseitige Kunststoffschicht 3 hat und andererseits an de>i Berührungsstellen mit der Kunststoffschicht 3' eines zweiten glatten Aluminiumbleches 4' verschweißt

F i g. 5 stellt eine weitere Möglichkeit dar, den Wärmeübertrager zu variieren. Hierbei sind zwei mit kanalförmigen Vertiefungen versehene Aluminiumbleche 1,1' mit ihrer Kunststoffschicht 2, 24 versehen und an den Berührungsflächen miteinander verschweißt. Dieses zweite Aluminiumblech Γ ist auf seiner anderen Seite ebenfalls mit einer Kunststoffschicht versehen und an den Berührungsflächen mit der einseitigen Kunststoffschicht 3 eines giatten Aluminiumbleches 4 verschweißt.

F i g. 6 zeigt eine weitere Variation des Wärmeübertragers mit zwei Aluminiumblechen mit kanalförmigen Vertiefungen, die an ihren voneinander abgewandten Außenseiten mit glatten Aluminiumblechen verbunden sind.

Fig. 7 zeigt einen Wärmeübertrager mit gegenüber F i g. 6 zusätzlichem Aluminiumblech in der Mitte.

In F i g. 8 wird die Herstellung ei' >:s mit kanalförmigen Verliefungen versehenen Aiuiivniumbieches 1 zwischen den Zähnen eines ineinandergreifenden Zahnradpaares 7 und 8 gezeigt Die Wellenform wird dabei durch eine Evolvente mit gerundeten Zahnköpfen gebildet Durch entsprechende Profilierung der Formwerkzeuge kann man beliebige Querschnitte erzielen, z. B. dreiecke, wellenförmige, halbrunde oder trapezförmige, wie in der Zeichnung gezeigt

F i g. 9 zeigt die Fertigung eines Wärmeübertragers. Dabei ist der Kern der Anlage die Formstation, die aus zwei verzahnten Trommeln 7 und 8 besteht. Sie zieht das mit Kunststoff beschichtete Aluminiumblech von einer Rolle 9 ab und bildet die kanalförmigen Vertiefungen des Aluminiumbleches 1. Von einer zweiten Rolle 10 wird mit entsprechender Abzugsgeschwindigkeit die glatte Lage aus beschichtetem Aluminiumblech abgerollt, am Umfang der Laminiertrommel 11 erwärmt und während des Abwälrens an der großen Zahntrommel 8 mit dem Aluminiumblech 1 verschweißt. Zur Verbesserung des Schweißergebnisses kar.fi auch die große Zahntrommel 8 erwärmt werden.

Wird eine zweite glatte Decklage gewünscht, so kann diese wiederum über eine beheizte Laminiertrommel 12 zugeführt werden. Hierzu wird außer einer Gegentrommel zur Aufnahme des Schweißdruckes eventuell eine Erwärmung der Vertiefungen erforderlich, z. B. durch Gasflammen (nicht dargestellt).

Fig. 10 zeigt die Verbindung des Wärmeübertragers mit einem Verteilerkanal. Die axialen Enden des Wärmeübertragers sind in je einer Hohlleiste 13 gefaßt Diese Hohlleiste dient als Verteilerkanal für das Wärmetransportmittel. Die zwischen den beiden Aluminiumblechen gebildeten Kanäle 14 werden über diese Hohlleisten mit einer Flüssigkeit oder einem Gas angeströmt.

In Fig. 11 wird eine Ausführungsform der in Fig. 10 dargestellten Hohlleiste 13 gezeigt. Dieser Verteilerkanal kann aus Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein. Er soll nicht nur cas Wärmetransportmittel führen und verteilen, sondern auch wesentlich zur Versteifung des Wärmeübertragers beitragen. Das Profil der Hohlleiste ist mit mehreren Nasen 15, 16, 17 vergehen, die den Wärmeübertrager beim späteren Einbetten in Schaumstoff gut verankern sollen.

F i g. 12 zeigt eine Möglichkeit, das Grundelement 18 des Wärmeübertragers mit der Welle nach außen gegen den Verteilerkanal abzudichten. Die Dichtung besteht

aus zwei Weichprofilen, einem gewellten Profil 19 an der Außenseite und einem Flachprofil 20, das nach innen gerichtet ist. Bei der Montage wird das Grundelement 18 zusammen mit den entsprechenden Dichtungsabschnitten 19 und 20 in die Nut des Verteilerprofils eingeschoben. Das gesamte Wärmeübertragungselement ist zur Versteifung und zur Wärmeisolierung in Schaumstoff 21 eingebettet.

In F i g. 13 ist eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, das Grundelement 18 des Wärmeübertragers gegen den Verteilerkanal abzudichten. Dabei werden zwei Dichtprofile 19' und 20' in etwas schmälerer Ausführung wie die in Fig. 12 gezeigten verwendet. Mit diesen Dichtprofilen wird das Grundelement 18 in der Nut zentriert und außerdem verhindert, daß die später eingebrachte Dichtungsmasse in den Verteilerkanal eindringt. Die Abdichtung erfolgt dann durch Hintergießen mit Silicongummi oder einer anderen geeigneten Dichtmasse 22 und 22'.

Fig. 14 zeigt, wie ein Wärmeübertragerelement 23 gegen den Verteilcrkanal abgedichtet werden kann. Dabei bewirkt ein Absatz in dem Profil des Verteilerkanals die Zentrierung des Wärmeübertragerclemcntes 23 während des llintergießcns mit Dichtmasse 22 und 22'.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeübertrager aus zwei miteinander verbundenen Aluminiumblechen, von denen wenigstens eines mit kanalförmigen Vertiefungen versehen ist, wobei beide Bleche auf ihrer einander zugekehrten Seite vollflächig mit einer Schicht versehen sind, die im Bereich der Verbindungsflächen als Verbindungsmittel dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumbleche dünne Folien sind und daß die vollflächigen, an den Verbindungsflächen auch als Verbindungsmittel dienenden Schichten Korrosionsschutzschichten aus schweißbarem im vorgesehenen Temperaturbereich wärmebeständigem Kunststoff (2, 2', 3, 3', 24, 24'), vorzugsweise Propylen, sind.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (5) wenigstens des mit kanalförmigen Vertiefungen versehenen Aluminiumbleches (1) eine matte Oberfläche aufweist.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (5) wenigstens des mit kanalförmigen Vertiefungen versehenen Aluminiumbleches (1) mit einer dunklen Oberfläche versehen ist

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen zwei kanalförmigen Vertiefungen liegende, gerade verlaufende Fläche breiter ist, als die größte Breite der Vertiefungen (F i g. 2).

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mit kanalförmigen Vertiefungen versehene Aluminiumblech (1) an seiner freien Oberfläche durch eine transparente ebene, UV-beständige Deckfolie (6) abgedeckt ist.

6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfolie (6) gegenüber der Kanallänge schmaler ist, so daß Luft oder ein anderes Medium diesem Bereich zu- bzw. abgeführt werden kann.