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Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher mit mehreren Platten, zwischen denen Schlitze zum Hindurchströmen eines Primärfluids und eines Sekundärfluids vorhanden sind.
Aus der DE-OS 1922406 ist ein Plattenwärmeaustauscher dieser Art bekannt, bei dem, um bei einer Anordnung von je einer Einlass- und einer Auslassöffnung an zwei gegenüberliegenden Seiten des Wärmeaustauschers Gegenstromverhalten zu erreichen, eine grosse Länge des Fluidweges in bezug auf dessen Breite und damit eine grosse Baulänge des Wärmeaustauschers in Kauf genommen wird.
Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, der auch mit kurzer Baulänge und grösserer Plattenbreite reines Gegenstromverhalten zeigt und einen hohen exergetischen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Plattenwärmeaustauscher der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die aus gestapelten Platten zusammengestellte rechtwinkelige Baueinheit auf einer Seite senkrecht zu den Platten mehrere Reihen von Einlassöffnungen zu Schlitzen für das Primärfluid und mehrere Reihen von Auslassöffnungen zu den Schlitzen für das Sekundärfluid aufweist, wobei die Auslassöffnungen zwischen den Reihen von Einlassöffnungen angeordnet sind, dass in ähnlicher Weise auf der gegenüberliegenden Seite der Baueinheit mehrere Reihen von Einlassöffnungen zu den Schlitzen für das Sekundärfluid und mehrere Reihen von Auslassöffnungen zu den Schlitzen für das Primärfluid vorgesehen sind, wobei die Reihen der Auslassöffnungen zwischen den Reihen der Einlass- öffnungen angeordnet sind und,
dass die Reihen von Einlass- und Auslassöffnungen mit je einem Kollektor verbunden sind, der von zwei untereinander parallelen Wandungen mit dreieckiger oder trapezoidaler Form begrenzt ist, die senkrecht zu den Wärmeaustauscherplatten stehen, sowie von einer zu den parallelen Wandungen senkrechten dritten Wand, die schiefwinkelig gegenüber den Wärmeaustauscherplatten angeordnet ist, derart, dass jeder Kollektor einen etwa rechteckigen Querschnitt zur Verfügung stellt und ein prismatisches Volumen mit dreieckigem oder trapezoidalem Grundriss einnimmt, der von der Form der untereinander parallelen Wandungen bestimmt wird, wobei diese Kollektoren die hindurchtretenden Primärund Sekundärfluide in Kreuzströmung von den Schlitzen in der Baueinheit je einem zugeordneten gemeinsamen Auslasskollektor bzw.
von je einem zugeordneten gemeinsamen Einlasskollektor zu den Schlitzen in der Baueinheit führen.
Die Anordnung von mehreren Einlass- und Auslassöffnungen pro Schlitz und deren abwechselnde Anordnung an zwei gegenüberliegenden Seiten des Wärmeaustauschers führt zu einer äusserst kompakten Baueinheit, bei der keinerlei zusätzliche Mittel erforderlich sind, um trotz der gegenüber der Fluidweglänge grossen Breite des Fluidweges Gegenstrom zu erhalten, obwohl bei solchen Abmessungsverhältnissen eher Querstromverhalten zu erwarten wäre. Dies führt zu einem erhöhten Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers gegenüber bekannten Wärmeaustauschern ähnlicher Abmessungen mit nur einer Einlass- und Auslassöffnung pro Schlitz.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Anordnung zweckmässig so getroffen sein, dass die Platten im Bereich des Einlasses und des Auslasses mit sich berührenden Beulen oder Vorsprüngen länglicher Form versehen sind, welche in Richtung des gewünschten Fluidstromes ausgerichtet sind, und dass die Höhe der Beulen und Vorsprünge in den Ein- und Auslassbereichen von einer Höhe gleich dem mittleren Abstand zweier benachbarter Platten bis zum zweifachen Wert dieses mittleren Abstandes progressiv zunimmt, derart, dass benachbarte Platten in den Ein- und Auslassbereichen leicht verformt werden und der für den Fluidstrom bereitgestellte Querschnitt in diesem Bereich vergrössert wird.
Auf diese Weise wird in den Ein- und Auslassbereichen der verfügbare Strömungsquerschnitt erhöht, wodurch die Druckverluste in diesen Bereichen verringert werden.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an einigen Ausführungbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 bis 3 einige Elemente und Einzelheiten des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers ; Fig. 4, 5 und 6 zusammengebaute Wärmeaustauscher in verschiedenen Schnittdarstellungen und Ansichten ; Fig. 7, 8, 8'und 8"eine besondere Wellung der Platten ; Fig. 9 bis 12 einen speziellen Wärmeaustauscher, dessen Beulenplatten aus einem einzigen gefalzten Blech bestehen, und Fig. 13 bis 16 verschiedene Herstellungsverfahren für den erfindungsgemässen Wärmeaus- tauscher.
Zum Bau eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung kann man unter anderem. gepresste Platten verwenden, die Beulen oder Vorsprünge aufweisen, welche regelmässig geformt und in geeigneten Mustern
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angeordnet sind. Die Beulen oder Vorsprünge können von einer oder beiden Seiten der Platten abstehen und verschiedene Form aufweisen. Einige Beispiele sind in den Fig. l und 2 gezeigt.
Wird gemäss Fig. 3 eine Anzahl gleicher, z.B. rechtwinkeliger, gepresster Platten -PP- so zusammengesetzt, dass die Plattenkanten in einer Flucht liegen und die nebeneinanderliegenden Platten sich berühren und einander mit den Beulen abstützen, so erhält man eine rechteckige Baugruppe A, die zwischen ihren nebeneinanderliegenden Platten --PP-- relativ schmale Durchflusswege --S-- aufweist. Bei einer geeigneten Verteilung der Beulen in der oben beschriebenen Weise kann ein Fluid durch jeden der Durchflusswege --S-- zwischen den Platten --PP-- zirkulieren und sich in allen Richtungen ausdehnen.
Naheliegenderweise sollte der Fluidfluss durch teilweises Blockieren der Durchflusswege --S-- in der Randzone -Z- (d.h. im Bereich der Plattenränder) gesteuert werden. In diesem Falle kann das Fluid ausschliesslich an den nicht abgesperrten oder geschlossenen Stellen in den Durchflussweg eindringen oder diesen verlassen. Beispielsweise kann man, wie in Fig. 4 dargestellt, den Rand eines ersten Durchflussweges --Sl-- schliessen, mit Ausnahme zweier verschiedener Stellen, an denen die Einlass- und Auslassöffnungen -I1, O1- verbleiben. Ein zirkulierendes Fluid fliesst notwendigerweise vom Einlass zum Auslass, also von --11 nach 01--, und zirkuliert hiebei entsprechend dem geringsten Widerstand. Dabei breitet es sich über den verfügbaren Querschnitt aus.
Tut man dasselbe für alle ungeraden Flusswege - einer Plattenbaugruppe, dann sind die Einlass-und Auslassöffnungen--11 und oui--jederzeit gleichartig angeordnet. Ihre Öffnungen sind zueinander ausgerichtet und können leicht mit dem Einlasskollektor--CI,--bzw. dem Auslasskollektor-CO--verbunden werden.
In gleicher Weise kann man die Randzonen der geraden Durchflusswege --S2-- verschliessen, wobei die Einlassöffnungen --12-- und die Auslassöffnungen --02-- so angeordnet sind, dass sie mit den Einlass- und Auslasskollektoren --CI2 und CO2--, die von den zuvor genannten Kollektoren--CI, und COi-zu unterscheiden sind, jedoch nicht neben diesen liegen, in Verbindung stehen. Die Ein- und Auslässe gerader Ordnung--12, 02--können mit den KoUektoren-CIg, COg-fur den sekundären Fluidstrom verbunden sein.
Bei einem relativ langen Wärmeaustauscher, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, wird eine Gegenstromwirkung erzielt, wenn die Öffnungen und Kollektoren in geeigneter Form an den kurzen Seiten der rechteckigen Platten angeordnet sind, die zusammen die Baugruppe bilden. Mit relativ kurzen Wärmeaustauschern würde sich hiebei praktisch keine Gegenstromwirkung ergeben. Bei relativ kurzen Wärmeaustauschern nach der Erfindung kann man jedoch einen Gegenstrom durch Mehrfachkollektoren erzielen, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, die drei Schnittdarstellungen eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschers zeigt. Man sieht, wie beispielsweise jeder ungerade Durchflussweg --S1-- drei Einlassöffnungen -I1- und drei Auslassöffnungen --01-- aufweist.
In gleicher Weise besitzt jeder geradzahlige Durchflussweg -S2- drei Einlassöffnungen -I2- und drei Auslässe --02--'All diese Öffnungen sind an zwei gegenüberliegenden Flächen der den Wärmeaustauscher bildenden Plattenbaugruppe A angeordnet.
Ferner sind die Öffnungen so angeordnet, dass die verbundenen Kollektoren dicht zusammenliegen und abwechselnd angeordnet sind. Dies bedeutet, dass beispielsweise jeder CIl-Kollektor neben oder zwischen CO2 - Kollektoren liegt oder umgekehrt. Der Querschnitt b in Fig. 5 zeigt, wie beispielsweise eine gemeinsame mäanderförmige gebogene Trennwand die EinlaBkollektoren-CIi-, die nach links offen sind, und- die Auslasskollektoren, die nach rechts offen sind, trennt. Bei dieser Anordnung ist es natürlich einfach, einen allgemeinen Kollektor vorzusehen, der als Primäreinlass -CCI1- mit den drei primären Einlasskollektoren --Cl1-- verbunden ist und einen allgemeinen Sekundärauslasskollektor -CCO2-, der mit den genannten AusIaBkollektoren-CO-verbunden ist.
Diese Anordnung ergibt eine vorzügliche Gegenstromwirkung, wenn die Weite der Kollektoren--CI, und CO2-- verglichen mit der Länge des Durchflussweges durch den Wärmetauscher relativ klein ist.
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Gegenstrombetrieb. In diesem Falle erlaubt eine konstruktive Variation des oben beschriebenen Beispiels, bei der eine mäanderförmige Trennwand zwischen den Kollektoren Verwendung findet, deren Falten nicht parallel sind, auf einfachem und kompaktem Wege eine Kanalisierung des Fluids in der Weise, dass der Fluidstrom in den Haupteinlässen und Hauptauslässen parallel zum Fluidstrom in sämtlichen Durchflusswegen der Wärmetauscherbaugruppe A ist. In den Kollektoren-CIi, CO --flieBen die Fluidströme schief und überkreuzen sich.
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In der Praxis kann man die teilweise und systematische Absperrung des Randbereiches der Durchflusswege --S-- in einer Plattenbaugruppe A, wie sie oben beschrieben wurde, auf unterschiedliche Arten erzielen.
Fig. 7 stellt den möglichen und wünschenswerten Durchfluss eines Fluidstromes durch eine Spalte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Platten eines Wärmeaustauschers mit mehreren Kollektoren nach der Erfindung dar. Die Flusslinien sind gestrichelt eingezeichnet.
In der Zone (a) nahe den Eingängen --11-- verteilt sich der Fluidstrom auf die ganze zur Verfügung stehende Breite. In der Mittelzone (b) stellt man ein im wesentlichen zur ganzen Breite paralleles Fliessen fest, während der Fluidstrom in der Zone (c) konvergiert um durch die Ausgangsöffnungen --01-- auszutreten. In Wirklichkeit arbeitet der Wärmeaustauscher auf dem Gegenstromprinzip solange die Mittezone (b) mit etwa parallelem Fluss relativ gross ist. Gezwungenermassen fordern die Eintritts- (a) und
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und sicherzustellen, schlägt die Erfindung eine besondere Wellung vor, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist.
In den Einlass- (a) und Auslasszonen (c) findet man längliche Vorsprünge, welche man auch als Kanten--R- bezeichnen kann, welche parallel zur gewünschten Strömungsrichtung, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, ausgerichtet sind.
Die Vorsprünge oder Kanten-R-- können z. B. durch Kalt- oder Warmverformung erhalten werden und stehen ausreichend vor, um nach dem Zusammenbau die nächste Platte zu berühren.
In den genannten Einlass- (a) und Auslasszonen (c) erhält man somit eine positive Führung des
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wovon jeder von zwei benachbarten Kanten-R--begrenzt ist. Selbstverständlich wird man die Kanten - so anlegen, dass die Strömungswiderstände aller parallel geschalteten Wege einander gleich sind.
Dann erhält man eine im wesentlichen gleichförmige Eintrittsgeschwindigkeit am Eingang, und eine gleichförmige Verteilung des Fluidstromes in der Mittelzone (b).
Die Mittelzone kann relativ lang konstruiert sein ; sie umfasst eine systematische Wellung mit (nicht gezeigten) Vorsprüngen, z. B. Vorsprüngen länglicher Form in Richtung der Strömung.
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sind in Fig. 7 schraffiert, in welcher eine Spalte dargestellt ist, in der der Primärfluidstrom fliesst. In den benachbarten Spalten, die den Sekundärfluidstrom führen, bringt man eine völlig ähnliche Wellung an.
Man findet also dort mit den Zonen --D1-- vergleichbare tote Zonen--Dz", die jedoch gegenüber den Zonen. --D1-- verschoben sind, wie aus Fig. 8' hervorgeht, die zwei benachbarte Platten eines Wärmeaustauschers in auseinandergenommener Darstellung zeigt.
In den toten Zonen. --D1, D2-- besteht keine Fluidströmung. Man kann dort also den lokalen Abstand zwischen zwei benachbarten Platten verringern, ohne dass die mit der Fluidströmung zusammenhängenden Verluste vergrössert werden. Diese Verluste werden dabei sogar verringert. Wenn nämlich der Abstand zwischen benachbarten Platten in den toten Zonen --D1, D2-- verringert wird, nimmt der Abstand zwischen diesen Platten in den Einlass-und Auslassöffnungen--11, 01, 12, 02--zu. Dies bewirkt nun aber einen lokal vergrösserten zur Verfügung stehenden Querschnitt und somit eine Verringerung der Geschwindigkeit des Fluidstromes und demnach auch der Verluste in den Einlassöffnungen.
Fig. 8" zeigt einen Längsschnitt der zusammengebauten Platten eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung, wobei der Schnitt entlang der Achse der Öffnungen--11, 12--vorgenommen wurde. Ein Schnitt durch die Achse der Austrittsöffnungen--01, 02--wäre vollständig ähnlich.
Um in jedem Punkt einen guten Kontakt zwischen den Kanten-R-- und der Nachbarplatte sicherzustellen und dadurch eine genaue Anordnung dieser Platten und eine gute Führung der Fluidströme zu bewirken, ändert sich die Höhe der Kanten --R-- progressiv vom Wert e (Höhe entsprechend der mittleren Entfernung zwischen aufeinanderfolgenden Platten) bis zum zweifachen Wert e in den Einlassöffnungen-Ii und Iz". Um die Platten besser festzuhalten, sind Sekundärkanten vorgesehen, welche im wesentlichen senkrecht zu den Kanten-R-- stehen (vgl. Fig. 15).
Das Verbinden benachbarter Platten in einem Bereich, in dem Einlass- und Auslassöffnungen vorgesehen werden sollen, kann ferner auch durch Eintauchen mit begrenzter Tiefe erfolgen, wobei die Plattenränder durch Pressen verformt sind, so dass sie einander berühren, wie in Fig. 13 dargestellt ist.
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Wenn die Tauchflüssigkeit --M-- eine geeignete Viskosität und Oberflächenspannung besitzt, werden die einander berührenden Platten miteinander verbunden. An den Stellen, wo ein ausreichender Spalt zwischen den Plattenränder vorhanden ist, bleiben die Öffnungen frei und offen.
Bei einem andern Verfahren wird eine härtbare Masse-M-, vorzugsweise in verschiedenen
Schichten, im Sprühauftrag aufgebracht. Die Spritzpistole wird in einer rechtwinkelig zu den Platten verlaufenden Ebene unter nahezu rechtem Winkel gehalten, wie Fig. 14 zeigt, u. zw. einmal von rechts nach links und einmal in Gegenrichtung. Man erkennt leicht, wie in Abhängigkeit vom Spritzwinkel und dem
Spalt zwischen den Plattenpaaren nur ein schmaler Streifen auf jeder der Platten bedeckt wird. Mit Hilfe der Schwerkraft werden die Filme aus der aufgetragenen Flüssigkeit (mit geeigneter Viskosität und
Oberflächenspannung) verbunden.
Durch den Tauchvorgang oder den beschriebenen Sprühauftrag, oder durch eine Kombination von beidem, wird ein U-förmiger Verbindungsstreifen --U-- entlang der Plattenränder erzeugt, wie Fig. 13 zeigt. Dieser Verbindungsstreifen wird, wenn Druckunterschiede auf einen fertigen Wärmeaustauscher einwirken, keinen Schälkräften, sondern Scher- und Zugkräften ausgesetzt. Darüber hinaus gestattet der
Sprühprozess die Verwendung von Zweikomponenten-Verbindungsmitteln mit begrenzter Topfzeit, mit minimalen Materialverlusten.
Die Platten des eben beschriebenen Wärmeaustauschers können aus irgendeinem brauchbaren Material hergestellt werden. Bei Wärmeaustauschern mit kleinem Druckunterschied kann man unter anderem Kunststoff, z. B. Polystyrol verwenden, welcher in bestimmten flüchtigen Lösungsmitteln auflösbar ist. In diesem Fall werden die Platten durch einfaches Eintauchen der zusammengebauten Platten in ein Bad des geeigneten Lösungsmittels --SOL-- eingetaucht, welcher nachher verdampft. Fig. 15 erläutert diesen.
Vorgang bei Anwendung auf die von den Eingangs-und Ausgangsoffnungen--Ii, Oz, Oi, Iz-gebildeten Seiten. Anderseits kann das Lösungsmittel oder eine Lösung des Grundstoffes im Lösungsmittel durch \ Sprühen, Spachteln oder Bürsten aufgetragen werden. Bei jenen Seiten, welche senkrecht zu den vorgenannten Seiten und zu den Platten stehen, also bei Seiten, welche gegenüber dem Fluidströmen abgedichtet werden müssen, kann man das gleiche Verfahren benutzen, vorausgesetzt, dass man erfindungsgemäss einen zum Rand der Platten fast senkrecht stehenden Bord vorsieht. Da die Höhe h dieses Bordes grösser als der mittlere Abstand e zwischen den Platten ist, schliesst sich diese Seite beim Zusammenbau, sowie es in Fig. 16 dargestellt ist.
Die von diesen, sich überlappenden Borden geformte, geschlossene Seite kann durch Eintauchen in ein Lösungsmittel oder durch Erwärmen mittels Strahlung oder Berührung fixiert werden.
Bei einigen Anwendungen müssen Wärmeaustauscher erheblichen Druckunterschieden bei erschwerten Dichtungsbedingungen standhalten. Für solche Fälle können die zuvor beschriebenen Herstellungsver- fahren unzureichend sein. Es kann daher eine Schweissung notwendig werden. Für eine gute Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit kann eine spezielle Art der Ausbeulung oder Verformung angewendet werden, bei der jede Stelle der zunächst flachen Platte gedehnt wird, wobei nach dem Pressen keine geraden oder flachen Stellen mehr vorhanden sind.
Um die Gesamtlänge der Schweissverbindungen an den Wärmeaustauschern zu begrenzen, kann man die Platten-PP oder pu des Wärmeaustauschers als einzelne nahtlose Stücke aus einem durchgehenden, ausgebeulten (profilierten) Blechstreifen, der gemäss Fig. 9 mäanderförmig gefaltet ist, herstellen.
Jede Schicht bildet eine Platte (oder--PP-) und zwei aufeinanderfolgende Platten bilden einen taschenähnlichen Durchflussweg-S1--, der an der unteren Falzlinie geschlossen ist. Bei Verwendung einer geraden Anzahl von Falzen oder Platten mit gleichmässiger Weite erhält man eine Anzahl unter- einander gleicher Durchflusswege --81--, die alle an einer Seite (in Fig. 9 unten) geschlossen und an der gegenüberliegenden Seite (in Fig. 9 oben) offen sind, und die zusammen eine rechtwinkelige Baugruppe mit Beulenplatten bilden, wie sie oben an Hand von Fig. 3 beschrieben wurde.
Bei geeigneter Ausbeulung, wie sie in Verbindung mit Fig. l und 2 beschrieben wurde, und Zusammenlegung so weit, dass die aufeinanderfolgenden Faltungen einander mit den Beulen berühren, erhält man eine Baugruppe aus parallelen Platten mit gleichmässigen Abständen, zwischen denen Fluide zirkulieren und sich in jeder Richtung ausdehenen können.
Diese Baugruppe, die man durch geeignetes Ausbeulen (Profilieren) und Zusammenlegen erhält, kann in der in Fig. 10 gezeigten Weise vervollständigt werden, indem man eine flache Deckplatte --P y -- auf die
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Stirnseite der Baugruppe legt, an der die Durchflusswege ursprünglich offen sind. Die Deckplatte-P - hat EinlaSoffnungen-CIi--und AusIaBSffnungen--COi--an den Enden. Diese Öffnungen sind so bemessen, dass sie mit jeder der taschenähnlichen Durchflusswege --Sl-- in Verbindung kommen können.
Die Kante der Deckplatte --P -- ist mit den Rändern der zick-zack-förmigen Baugruppe bei --F-verschweisst. Darüber hinaus ist auch jedes Plattenpaar, das einen Durchflussweg-Sl--bildet, an den Enden (bei-F--) verschweiBt und abgedichtet. Die zuletzt genannten Verbindungsstellen --F-- können an Stelle von Schweissung auch mittels einer Vergussmasse hergestellt werden.
In der beschriebenen Weise ist mit einer relativ geringen Länge an Schweissverbindungen ein dichter und kompakter Hohikorper--X- (Fig. ll und 12) mit grosser Aussenfläche herstellbar. Durch die Öffnungen --Cl1 und C01-- hindurch kann im Inneren ein Primärfluid zirkulieren. Dieser Hohlkörper ist widerstandsfähig gegenüber äusseren Drücken, weil die Beulenplatten einander abstützen. Zur Erzielung einer noch besseren Steifigkeit kann man beispielsweise die Entfernung zwischen benachbarten Beulen verringern.
Im Prinzip kann ein Sekundärfluid in jeder Richtung durch die Durchflusswege --S2-- zirkulieren, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden taschenähnlichen Durchflusswegen --S 1-- bestehen. Dieses Sekundärfluid kann durch eine Umhüllung --E-- geleitet werden, die um den soeben beschriebenen rechteckigen hohlen Körper --X-- herumgelegt wird und mit einer Einlassöffnung --CI2-- und einer Auslassöffnung --cl2-- versehen ist. Wie die Querschnittdarstellung nach Fig. 11 zeigt, kann eine langgestreckte zylindrische Umhüllung --E-- verwendet werden, um eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen hohe
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Kondensator, indem man das Kältemittel in dem zylindrischen Mantel oder der Umhüllung --E-kondensieren und das Kühlwasser durch den im Inneren des Mantels --E-- montierten Körper --X-zirkulieren lässt.
Wie aus Fig. 11 ersichtlich, sind die Kollektoren-CI1 und CI2-- des Körpers --X-durch den Mantel --E-- hindurchgeführt. Letzterer besitzt einen Gaseinlass --CI2-- an der Oberseite und einen KondensatausIaË-CO-an der Unterseite.
In andern Fällen, beispielsweise bei einem Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmeaustausch unter hohem Druck kann man die in Fig. 12 abgebildete Konstruktion verwenden. Bei diesem Beispiel wird ein rechtwinkeliger Hohlkörper --X--, wie er oben beschrieben wurde, im Inneren eines zylindrischen Mantels --E-- montiert, zusammen mit Füllungen --F1-- in den Hohlräumen zwischen --E und X--, um das Sekundärfluid in den Durchflussweg --S2-- des Körpers --X-- zirkulieren zu lassen.
Die Anwendungsgebiete für Wärmeaustauscher mit Beulenplatten oder Falzen nach der Erfindung sind zahlreich und verschiedenartig. An Hand der Fig. 11 und 12 sind einige Beispiele dargelegt worden. Bei andern Anwendungen benutzt man generell Wärmeaustauscher, die den Wärmeaustausch zwischen Gasen bei niedrigen Drücken vornehmen, insbesondere für die Wärmegewinnung in Ventilations-und Klimaanlagen.
In dem zuletzt genannten Falle besteht der Zweck darin, Wärme - oder Kälte - zwischen der ausgeblasenen Luft und der Frischluft zu tauschen. Im Zusammenhang mit der oben erwähnten Wärmegewinnung kann eine Verdampfungskühlung in ungesättigter Umgebungsluft erfolgen.
Zur Wärmegewinnung in Ventilationsanlagen zirkulieren die Ausblasluft (Primärfluid) und die Frischluft (Sekundärfluid) im Gegenstrom durch einen Wärmeaustauscher mit Beulenplatten nach der Erfindung, der eine rechteckige Umhüllung aufweist, um den auftretenden statischen Drücken, die im allgemeinen nicht zu hoch sind, zu widerstehen.
Mit einem ganz ähnlichen Wärmeaustauscher kann man eine Verdampfungskühlung durchführen : Die zu kühlende Umgebungsluft zirkuliert als Primärluft, vorzugsweise im Gegenstrom zu einem sekundären Umgebungsluftstrom, der vom Wärmeaustauscher stromaufwärts gesehen adiabatisch mit flüssigem Wasser gesättigt wurde und dadurch von der Trocken- zur Feuchttemperatur abgekühlt wird. Die Leistung kann durch Injektion eines Wasserüberschusses in die Sekundärluft noch gesteigert werden. Dieser Flüssigkeitsüberschuss wird mit der Luft mitgetragen, die auf diese Weise entlang der Durchflusswege in dem Wärmeaustauscher restauriert wird und den Auslass nahezu in saturiertem Zustand erreicht, d. h. mit einem Maximum an Enthalpie für die betreffende Temperatur.
Wärmeaustauscher nach der Erfindung haben eine Reihe typischer Vorteile.
Hinsichtlich der thermischen Leistung kann eine geeignete Beulenkonstruktion oder Profilierung die Turbulenz in dem Fluidstrom fördern, was hohe Wärmeübertragungskoeffizienten ergibt, so dass man mit relativ geringeren Wärmeaustauschflächen und Aussenabmessungen auskommt. Die Druckabfälle sind relativ
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gering, weil nur Primärflächen ohne Abstandhalter daran beteiligt sind. Anderseits sind Einlass- und Auslasskollektoren auf einfache Weise angeordnet und verursachen unbedeutende örtliche Druckabfälle.
Vom mechanischen Standpunkt aus sind die Festigkeit und Steifigkeit systembedingt hoch, sogar bei Verwendung dünnen Blechmaterials von geringer Qualität, weil zahlreiche Kontaktstellen zwischen benachbarten Platten vorhanden sind. In einigen Fällen kann man beispielsweise Kunststoffilme oder imprägniertes Papier verwenden.
In Verbindung mit der Eigensteifigkeit des Wärmeaustauschers kann dieser mit engen Spalten zwischen den Platten konstruiert und gebaut werden, so dass sich kleine Aussenabmessungen ergeben.
Bezüglich der Wirtschaftlichkeit kann vermerkt werden, dass die Herstellung einfach und billig ist, selbst wenn die Herstellung in einem weiten Bereich verschieden grosser Einheiten erfolgt. Man kann sich daher flexibler Verkaufsprogramme bedienen. Obwohl die Anschaffungskosten relativ niedrig sind, sind erhebliche Einsparungen an laufenden Kosten zu erwarten, beispielsweise bei der Wärmerückgewinnung in Klimaanlagen. Es ist sogar möglich, dass die Investition für einen Wärmeaustauscher zur Wärmegewinnung durch die Investitionsersparnisse für Wärme- und Kältegeneratoren, die zur Speisung einer Klimaanlage nötig sind, ausgeglichen werden.
PATENTANSPRÛCHE :
1. Plattenwärmeaustauscher mit mehreren Platten, zwischen denen Schlitze zum Hindurchströmen
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n e t, dass die aus gestapelten Platten zusammengestellte rechtwinkelige Baueinheit auf einer Seite senkrecht zu den Platten (P, PP) mehrere Reihen von Einlassöffnungen (I) zu Schlitzen (S) für das Primärfluid und mehrere Reihen von Auslassöffnungen (0) zu den Schlitzen (S) für das Sekundärfluid aufweist, wobei die Auslassöffnungen (0) zwischen den Reihen von Einlassöffnungen (I) angeordnet sind, dass in ähnlicher Weise auf der gegenüberliegenden Seite der Baueinheit mehrere Reihen von Einlass- öffnungen (I) zu den Schlitzen (S) für das Sekundärfluid und mehrere Reihen von Auslassöffnungen (0) zu den Schlitzen (S) für das Primarfluid vorgesehen sind, wobei die Reihen der Auslassöffnungen (0)
zwischen den Reihen der Einlassöffnungen (I) angeordnet sind und, dass die Reihen von Einlass- und Auslassöffnungen mit je einem Kollektor (CI1, CI2 bzw. COi, CO ) verbunden sind, der von zwei untereinander parallelen Wandungen mit dreieckiger oder trapezoidaler Form begrenzt ist, die senkrecht zu den Wärmeaustauscherplatten (S) stehen, sowie von einer zu den parallelen Wandungen senkrechten dritten Wand, die schiefwinkelig gegenüber den Wärmeaustauseherplatten (S) angeordnet ist, derart, dass jeder Kollektor (CO, CO , CIi, CIz) einen etwa rechteckigen Querschnitt zur Verfügung stellt und ein prismatisches Volumen mit dreieckigem oder trapezoidalem Grundriss einnimmt, der von der Form der
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und Sekundärfluide in Kreuzströmung von den Schlitzen (S)
in der Baueinheit je einem zugeordneten gemeinsamen Auslasskollektor (CC01, CC02) bzw. von je einem zugeordneten gemeinsamen EinlaBkollektor (CCIi, CCI ) zu den Schlitzen (S) in der Baueinheit führen.