CH638300A5

CH638300A5 - Device for exchanging heat between two fluids

Info

Publication number: CH638300A5
Application number: CH559477A
Authority: CH
Inventors: Hans-Joachim Dietzsch; Otto Dietzsch
Original assignee: Dietzsch Hans Joachim
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1977-05-02
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE2819054A1

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, durch Ausgestaltung, Herstellung und Anwendung eines Wärmetauschers, extrem gute Wärmetauschfähigkeit, Korrosionsfestigkeit, geringe Strömungswiderstandswerte für beide im Wärmetausch befindlichen Fluiden, äusserste Wirtschaftlichkeit bei Herstellung und Gebrauch zu erzielen und ausserdem mit relativ geringem Aufwand extrem grossflächige Ausgestaltung zu erreichen. Diese soeben genannten Eigenschaftsforderungen sind vor allem dann zu stellen, wenn der Wärmetauscher für die unten aufgeführten Anwendungszwecke eingesetzt werden soll. Bisher existieren hierfür nur unzureichende Vorrichtungen, insbesondere werden versuchsweise hierfür die bekannten Plattenwärmetauscher eingesetzt, jedoch mit wenig Erfolg. Der hier vorgeschlagene Wärmetauscher eignet sich beispielsweise als Wasser/Luft-Wärmetauscher für Trockenkühlsysteme von Kraftwerken oder als Wasser/Wasserdampf-Wärmetauscher für Vakuum-Destilla-tionszellen zur wirtschaftlichen Süsswassergewinnung aus Meerwasser. Er kann weiterhin für die Lufterwärmung mit gering erwärmtem Wasser (wie es beispielsweise bei den Kühlsystemen von Kraftwerken in grossen Mengen als «Abwärme» anfällt) zur Beheizung von Gewächshäusern oder Trocknungsanlagen von Holz, Keramik-Produktionsvorstufen und dergleichen verwendet werden. The invention is concerned with the task of designing, manufacturing and using a heat exchanger, extremely good heat exchangeability, corrosion resistance, low flow resistance values for both fluids in heat exchange, achieving extremely economical production and use, and also achieving extremely large-scale design with relatively little effort to reach. These property requirements just mentioned are particularly important when the heat exchanger is to be used for the applications listed below. So far there have been insufficient devices for this purpose, in particular the known plate heat exchangers are used for this purpose, but with little success. The heat exchanger proposed here is suitable, for example, as a water / air heat exchanger for dry cooling systems in power plants or as a water / steam heat exchanger for vacuum distillation cells for the economical production of fresh water from sea water. It can also be used for air heating with slightly warmed water (such as "waste heat", for example, in the cooling systems of power plants in large quantities) for heating greenhouses or drying systems for wood, ceramic production stages and the like.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Vielzahl von in einem Bündel zusammengefassten, nebeneinander angeordneten Kapillarenstücken (1) mit je zwei offenen Stirnseiten besteht, wobei die Kapillarenstücke in den beiden Stirnseitenzonen des Bündels jeweils praktisch aneinandergelegt sind und auf der zwischen diesen Stirnseitenzonen liegenden Wärmetauscherzone gegenüber ihren jeweiligen Nachbarn gespreizt, also mit gegenseitigen Abständen verlaufen, wobei weiterhin in jeder der beiden Stirnseitenzonen des Bündels die Enden der Kapillarenstücke räumlich gestaffelt angeordnet sind und dort jeweils in einen Verteilerbehälter (10a, 10b) eintauchen und wobei die Kapillarenstücke zwischen den beiden Verteilerbehältern nach oben führende Schlaufen bilden und damit jedes Kapillarenstück eine selbständige Heberleitung bildet, die mit ihren Stirnseiten in den j eweiligen Verteilerbehälter eintaucht und von den Hebersystemen der anderen Kapillarenstücke völlig getrennt ist. The device is characterized in that it consists of a multiplicity of capillary pieces (1) which are combined in a bundle and are arranged next to one another, each with two open end faces, the capillary pieces being practically juxtaposed in the two end face zones of the bundle and lying on them between these end face zones The heat exchanger zone is spread apart from its respective neighbors, that is to say they are spaced apart from one another, the ends of the capillary pieces being arranged spatially staggered in each of the two end face zones of the bundle and immersing there in each case in a distributor tank (10a, 10b) and the capillary pieces being between the two distributor tanks form upward-leading loops and so that each capillary piece forms an independent siphon line, which dips with its end faces into the respective distribution container and is completely separate from the siphon systems of the other capillary pieces.

Das intrakapillare (also das beim Wärmetausch innerhalb der Kapillarenstücke fliessende) Fluidum kann aus einer oder mehreren Sammelleitungen in einen solchen Verteilerbehälter einströmen, verteilt sich auf die flächig angeordneten offenen Stirnseiten der Kapillarenstücke und kann danach durch die Vielzahl der Lumen der nach dem Behälter voneinander gespreizt angeordneten Kapillarenstücke fliessen. Die eng aneinandergereihten Enden der Kapillarenstücke können mit ihren offenen Stirnseiten eine flächig angeordnete Vielzahl von Senken für das intrakapillare Fluidum bilden. Ebenso kann das intrakapillare Fluidum aus den Kapillarenstücken-Lumen in einen Sammelbehälter fliessen, von welchem es durch eine oder mehrere Sammelleitungen abfliesst. The intracapillary fluid (i.e. the fluid that flows within the capillary pieces during heat exchange) can flow into such a distribution container from one or more manifolds, is distributed over the flat face ends of the capillary pieces and can then be spread apart by the large number of lumens that are arranged behind the container Capillary pieces flow. The closely aligned ends of the capillary pieces can, with their open end faces, form a flatly arranged plurality of depressions for the intracapillary fluid. Likewise, the intracapillary fluid can flow from the capillary piece lumen into a collecting container, from which it flows through one or more collecting lines.

Eine bevorzugte Ausführungssondervorrichtung besteht darin, dass die beiden Verteilerbehälter für das intrakapillare Fluidum längsgestreckt sowie rinnenförmig ausgebildet sind, dass beide zueinander praktisch parallel verlaufen und dass die Gesamtheit der in sie eintauchenden, praktisch aneinandergereihten Stirnseitenzonen des Bündels von Kapillarenschlaufen streifenförmige Flächen bilden. A preferred special embodiment device is that the two distribution containers for the intracapillary fluid are elongated and channel-shaped, that both run practically parallel to each other and that the total of the frontal zones of the bundle of capillary loops that are practically lined up in them form strip-like surfaces.

Die Arbeitsweise dieser bevorzugten Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, dass das aus der oder den Sammelleitungen in den rinnenförmigen Behälter gelieferte intrakapillare Fluidum zunächst quer zu den Kapillarenachsen, entlang der Rinne, fliesst, im Behälter in Kapillarenachsenrichtung umgelenkt wird und dort in die Vielzahl der streifenförmig gestaffelten, offenen Stirnseiten der Kapillarenstücke versickert. Dieser besondere Strömungszustand erweist sich in vielerlei Hinsicht als The mode of operation of this preferred embodiment is characterized in that the intracapillary fluid supplied from the collecting lines into the trough-shaped container first flows transversely to the capillary axes, along the trough, is deflected in the container in the direction of the capillary axis and there into the multiplicity of the striped, open end of the capillary pieces seeped away. This special flow condition proves to be in many ways

2 2nd

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besonders vorteilhaft. Analog verläuft der Vorgang auf der Austrittsseite des intrakapillaren Fluidums aus den Kapillaren-Lumen. particularly advantageous. The process on the exit side of the intracapillary fluid from the capillary lumen is analogous.

Die für das intrakapillare Fluidum vorgesehenen Verteilerbehälter können so ausgestaltet sein, dass sie gegenüber der Atmosphäre keine Druckunterschiede aufweisen, sie sind also mit der Atmosphäre frei verbunden. Sie können gegebenenfalls schützend überdacht sein. Sind die Verteilerbehälter in der bevorzugten Form rinnenförmig ausgebildet, so stellen sie in solcher Art atmosphärische Gerinne mit Sicker- bzw. Quellenbetten dar, welche von der Vielfalt der offenen Kapillarenstirnseiten gebildet sind. The distribution containers provided for the intracapillary fluid can be designed such that they have no pressure differences from the atmosphere, so they are freely connected to the atmosphere. If necessary, they can be sheltered. If the distribution containers are channel-shaped in the preferred form, they represent atmospheric channels with seepage or source beds, which are formed by the variety of open capillary faces.

Eine wesentliche Ausführungsform der Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass das Bündel der Kapillarenstücke durch Aneinanderreihen von durch Kapillarenstücke gebildeten Schichten besteht, wobei letztere aus nebeneinanderliegenden Kapillarenstücken gebildet sind. An essential embodiment of the device is characterized in that the bundle of capillary pieces consists of rows of layers formed by capillary pieces, the latter being formed from adjacent capillary pieces.

Insbesondere weist jede dieser Kapillarenstückenschichten eine gespreizte Lageorientierung der Kapillarenstücke durch Abstandhalter auf, an welche die Kapillarenstücke befestigt sind. Diese Abstandhalter sind vorzugsweise streifenförmig ausgebildet. In particular, each of these capillary piece layers has a spread orientation of the capillary pieces by spacers to which the capillary pieces are attached. These spacers are preferably strip-shaped.

Die Vorrichtung besteht also vorzugsweise aus einer lageorientierten Aneinanderreihung von Schichten, die ihrerseits aus praktisch linearen Scharen von lageorientierten Kapillarenstük-ken gebildet sind, wobei zwischen den Endenbereichen der Kapillarenstücke diese zueinander gespreizt stehen und wobei die beiden Seiten der Kapillarenstücken-Enden je mit offenen Stirnseiten eng aneinanderliegend verbunden sind und praktisch in einer allen gemeinsamen Flächenzone abschliessen. The device thus preferably consists of a layer-oriented arrangement of layers, which in turn are formed from practically linear groups of layer-oriented capillary pieces, these being spaced apart from one another between the end regions of the capillary pieces and the two sides of the capillary piece ends each being narrow with open end faces are connected to each other and close practically in a common area zone.

Die Distanzglieder, welche von den streifenförmigen Abstandhaltern getragen werden, können Vorsprünge dieser streifenförmigen Abstandhalter sein. Es ist aber auch möglich, die Distanzglieder als zusätzlich aufgebrachte Körper wie Zylinderstücke, Kegel und dergleichen, auszubilden. The spacers which are carried by the strip-shaped spacers can be projections of these strip-shaped spacers. However, it is also possible to design the spacers as additional bodies such as cylinder pieces, cones and the like.

Auch Kämme können als lageorientierende Distanzglieder für die streifenförmigen Abstandhalter dienen. In diesem Falle ist es möglich, den streifenförmigen Abstandhaltern innerhalb der Kapillarenstückenschicht keine Distanzglieder zuzuteilen und die Kämme als streifenförmige Auflagemittel und gleichzeitig als abstandhaltende Mittel zu verwenden. Combs can also serve as position-orientating spacers for the strip-shaped spacers. In this case it is possible to not assign any spacers to the strip-shaped spacers within the capillary piece layer and to use the combs as strip-shaped support means and at the same time as spacing means.

Die befestigende Verbindung der Kapillarenstücke mit den (vorzugsweise streifenförmigen) Abstandhaltern kann dadurch vorgenommen werden, dass man die Kapillarenstücke mit dem Material der Streifen verschweisst, verklebt und/oder vernäht. Nachstehend werden anhand der beiliegenden Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: The fastening of the capillary pieces to the (preferably strip-shaped) spacers can be carried out by welding, gluing and / or sewing the capillary pieces to the material of the strips. Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. The drawing shows:

Fig. 1 bis 6b: Querschnitte senkrecht zu den Kapillarachsen von verschiedenen Kapillaren-Schichten; 1 to 6b: cross sections perpendicular to the capillary axes of different capillary layers;

Fig. 7aund7b: Querschnitt und Aufsicht einer verstärkten Kapillare; 7a and 7b: cross section and top view of a reinforced capillary;

Fig. 8a und 8b: Paketierung von Kapillarenstücken-Schichten; 8a and 8b: Packing of capillary pieces layers;

Fig. 9 Aufbau eines aus Kapillarenstücken-Schichten zusammengesetzten Wärmetauschers im Schnitt. Fig. 9 Structure of a heat exchanger composed of layers of capillary pieces in section.

Die Vorrichtung weist Abstandshalter auf, die lediglich an einer Seite einer Kapillarenschar befestigt sein können (siehe Fig. 1, die die Abstandhalter/Kapillarenstücke-Anordnung im Schnitt senkrecht zur Kapillarenachse zeigt). Die Abstandhalter können auch die Kapillarenstück-Schar doppelt, von beiden Seiten, umgeben (siehe Fig. 2, die wie Fig. 1 und die folgenden bis Fig. 8 eine Schnittdarstellung ist). The device has spacers that can only be attached to one side of a capillary array (see FIG. 1, which shows the spacer / capillary piece arrangement in section perpendicular to the capillary axis). The spacers can also surround the set of capillary pieces twice, from both sides (see FIG. 2, which is a sectional illustration like FIG. 1 and the following through FIG. 8).

Es ist möglich, wie in den Fig. 3,4 und 5 dargestellt, die streifenförmigen Abstandhalter der Form des Kapillarenquerschnittes durch Anbringung von Ausbuchtungen im Streifenma-terial anzupassen. Im Beispiel der Fig. 5 ist eine formschlüssige Halterung der Kapillarenstücke durch das streifenförmige Abstandhaltermaterial gewährleistet, da dieses die Kapillarenstük- It is possible, as shown in FIGS. 3, 4 and 5, to adapt the strip-shaped spacers to the shape of the capillary cross-section by providing bulges in the strip material. In the example in FIG. 5, a positive locking of the capillary pieces is ensured by the strip-shaped spacer material, since this capillary piece

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ke mehr als den halben Umfang umfasst. Die Einbringung der Kapillaren in derartige Mulden lässt sich leicht durch elastische Verdrückung der Mulden beim Einstossen der Kapillaren bewältigen. ke is more than half the size. The introduction of the capillaries into such troughs can easily be managed by elastic depression of the troughs when the capillaries are pushed in.

Eine weitere besondere Ausgestaltung der Befestigung der Kapillaren an den streifenförmigen Abstandhaltern besteht darin, dass die Kapillaren mindestens zweischichtig ausgestaltet sind und die äussere Schicht der Kapillaren als Bindematerial zu den streifenförmigen Abstandhaltern verwendet wird (siehe Fig. 6a vor und 6b nach der Verbindung). A further special embodiment of the attachment of the capillaries to the strip-shaped spacers consists in that the capillaries are configured at least in two layers and the outer layer of the capillaries is used as binding material for the strip-shaped spacers (see FIGS. 6a before and 6b after the connection).

Der äussere Mantel der Kapillarenstücke kann dabei eine tiefere Schmelztemperatur als der innere Mantel und/oder gegenüber dem inneren Mantel eine für bestimmte Lösemittel grössere Löslichkeit aufweisen. Durch vorübergehende Anwendung von Wärme und/oder dieser Lösemittel ist es dann möglich, vorübergehend den äusseren Mantel der Kapillarenstücke zu erweichen, gegenüber dem anliegenden streifenförmigen Abstandhalter klebefähig zu machen und mit ihm zu verbinden. The outer jacket of the capillary pieces can have a lower melting temperature than the inner jacket and / or, compared to the inner jacket, a greater solubility for certain solvents. By temporarily applying heat and / or these solvents, it is then possible to temporarily soften the outer jacket of the capillary pieces, make them adhesive to the adjacent strip-shaped spacer and connect them to it.

Dabei kann auch der streifenförmige Abstandhalter aus mindestens zwei Schichten bestehen (wie in Fig. 6 dargestellt), wobei die beiden Schichten analoges unterschiedliches Verhalten aufweisen wie die beiden unterschiedlichen Mäntel der Kapillarenstücke. The strip-shaped spacer can also consist of at least two layers (as shown in FIG. 6), the two layers exhibiting different behavior analogous to that of the two different sheaths of the capillary pieces.

Der innere Mantel der mehrschichtigen Kapillarenstücke kann z. B. aus Polypropylen bestehen, der äussere aus Polycarbonat. Letzteres ist beispielsweise gegenüber Methylenchlorid löslich, ersteres gegenüber diesem Lösemittel inert. Anwendung von Methylenchlorid (flüssig oder in Dampfform) und gegebenenfalls Wärme sorgen dann für die einwandfreie und fertigungstechnisch sehr einfache Verbindung von mehrschichtigen Kapillarenstücken und anliegenden mehrschichtigen streifenförmigen Abstandhaltern. The inner jacket of the multilayer capillary pieces can e.g. B. made of polypropylene, the outer of polycarbonate. The latter is soluble, for example, against methylene chloride, and the former is inert towards this solvent. The use of methylene chloride (liquid or in vapor form) and possibly heat then ensure the perfect and technically very simple connection of multilayer capillary pieces and adjacent multilayer strip-shaped spacers.

Die Kapillarenstücke können aus praktisch endlosen Kapillaren herausgeschnitten werden. The capillary pieces can be cut out of practically endless capillaries.

Eine bevorzugte Variante des Wärmetauschers kennzeichnet sich dadurch, dass die Kapillaren spinntechnisch, insbesondere schmelzspinntechnisch erzeugt sind. A preferred variant of the heat exchanger is characterized in that the capillaries are produced by spinning, in particular by melt spinning.

Die Kapillaren bestehen vorzugsweise aus Thermoplasten, wie Polyolefine oder Polyamide. The capillaries preferably consist of thermoplastics, such as polyolefins or polyamides.

Es ist mit Spezialdüsen möglich, spinntechnisch mehrmanteli-ge Kapillaren zu erzeugen. With special nozzles it is possible to produce multi-sheathed capillaries.

Die Kapillaren können nach ihrem Herstellungsprozess radial und/oder axial verstreckt (molekularorientiert) werden, wobei die radiale Verstreckung unter vorübergehender Füllung der Kapillaren mittels Gas oder Flüssigkeit und Anwendung von Druck auf dieses Füllmedium ausgeübt werden kann. Die axiale Verstreckung geschieht in bekannter Weise durch Längsverzug. After their production process, the capillaries can be stretched radially and / or axially (molecularly oriented), the radial stretching being able to be carried out by temporarily filling the capillaries with gas or liquid and applying pressure to this filling medium. The axial stretching is done in a known manner by longitudinal distortion.

Beide Verstreckungsarten können bei Normaltemperatur oder auch bei höheren Temperaturen erfolgen. Both types of drawing can take place at normal temperature or at higher temperatures.

Die Kapillarenstücke und Abstandhalter des Wärmetauschers können ultraviolettstabilisiert sein, beispielsweise durch Verwendung von schwarz eingefärbten Polyolefinen oder auch durch Überzug mit Lacken oder Metallen. The capillary pieces and spacers of the heat exchanger can be ultraviolet-stabilized, for example by using black-colored polyolefins or also by coating with lacquers or metals.

Insbesondere können die Kapillaren, oder bei mehrschichtigen Kapillaren, die innere Schicht der Kapillaren aus Glas, insbesondere E-Glas, bestehen. Nach speziellen Verfahren ist es möglich, Glas sehr gut schmelzspinntechnisch zu Kapillaren zu verspinnen. In particular, the capillaries, or in the case of multilayer capillaries, the inner layer of the capillaries can consist of glass, in particular E-glass. Using special processes, it is possible to spin glass very well into capillaries using melt spinning technology.

Die Kapillaren können nach ihrer Herstellung mit weiteren Schichten versehen werden. Z. B. können sie mit Fäden oder Drähten umzwirnt, umflochten, umklöppelt oder umhäkelt werden. Sie können aber auch weitere Schichten durch Lackierung oder durch galvanische Metallabscheidung erhalten. Auch Kombinationen derartiger Beschichtungen können durchgeführt werden. The capillaries can be provided with further layers after their production. For example, they can be twisted, braided, looped or crocheted with threads or wires. But you can also get more layers by painting or by galvanic metal deposition. Combinations of such coatings can also be carried out.

Als fadenförmiges Umhüllungsmaterial können Fäden oder Bändchen aus Polyamiden, Polytherephthalat, Glas, Kohlenstoff, oder Metall dienen. Threads or ribbons made of polyamides, polytherephthalate, glass, carbon, or metal can serve as the thread-like covering material.

3 3rd

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Als äussere Lackschichten können Mehrkomponentenharze (z. B. Epoxyharze), Silikonharze oder dergleichen, verwendet werden. Multi-component resins (e.g. epoxy resins), silicone resins or the like can be used as the outer lacquer layers.

Eine Mehrschichtigkeit der Kapillarenstücke kann auch neben der beschriebenen Befestigungsmethode weitere Vorteile bringen. Beispielsweise ist dadurch eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Kapillarenstücke möglich. Durch die Ausgestaltung einer rauhen Oberfläche der Kapillaren (wie sie z. B. durch Umzwirnung und zusätzliche Lackierung erzeugt werden kann (siehe Fig. 7a und 7b, die eine solche Kapillare im Schnitt zeigt), erhöht sich die Turbulenz des interkapillaren Fluidums an der Kapillarenoberfläche und damit eine Erhöhung des Wärmeübergangswertes. A multilayer of the capillary pieces can also bring further advantages in addition to the fastening method described. For example, this makes it possible to increase the mechanical strength of the capillary pieces. The turbulence of the intercapillary fluid on the capillary surface increases due to the design of a rough surface of the capillaries (such as can be produced, for example, by twisting and additional coating (see FIGS. 7a and 7b, which shows such a capillary in section) and thus an increase in the heat transfer value.

Als Materialien für die streifenförmigen Abstandhalter können verwendet werden: Thermoplaste, wie ultraviolett-stabili-sierte Polyolefine, faserverstärkte Duroplaste (wie GFK-Werk-stoffe) und/oder Metall. Als Klebstoff für die Verbindung von Kapillarenstücken und streifenförmigen Abstandhaltern kann (neben den oben genannten Methoden) ein Mehrkomponentenklebstoff, z. B. Polyurethan, verwendet werden. Materials for the strip-shaped spacers can be used: thermoplastics, such as ultraviolet-stabilized polyolefins, fiber-reinforced thermosets (such as GRP materials) and / or metal. As an adhesive for the connection of capillary pieces and strip-shaped spacers (in addition to the methods mentioned above), a multi-component adhesive, e.g. B. polyurethane can be used.

Eine dichtende Verbindung der eng gestaffelten Kapillaren-Stückenenden geschieht mit Hilfssubstanzen, beispielsweise mit Mehrkomponenten-Polyurethanharzen, Epoxyharzen, Chlorkautschuk, Neoprenkautschuk oder Silikonkautschuk. Auch Kombinationen dieser Substanzen in schichtenweiser Anordnung sind möglich und besonders vorteilhaft. Siehe dazu auch die weiter unten angegebene, bevorzugte Ausgestaltung und Erzeugungsweise dieser Stirnseitenzonen. The tightly staggered capillary piece ends are sealed with auxiliary substances, for example with multi-component polyurethane resins, epoxy resins, chlorinated rubber, neoprene rubber or silicone rubber. Combinations of these substances in layers are also possible and particularly advantageous. See also the preferred configuration and production method of these end face zones given below.

Die streifenförmigen Abstandhalter können relativ zum Fluss des interkapillaren Fluidums schräg gestellte Leitflächen aufweisen, welche eine Verwirbelung des interkapillaren Fluidums bewerkstelligen und somit die Wirksamkeit des Wärmetauschervorganges erhöhen. The strip-shaped spacers can have guide surfaces which are inclined relative to the flow of the intercapillary fluid and which cause swirling of the intercapillary fluid and thus increase the effectiveness of the heat exchanger process.

Die Länge der Kapillarenstücke innerhalb eines Wärmetauschers liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 1 m und 20 m, insbesondere zwischen 2 m und 10 m. The length of the capillary pieces within a heat exchanger is preferably in the range between 1 m and 20 m, in particular between 2 m and 10 m.

Die Abmessungen der Kapillarenaussendurchmesser liegen vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 1,5 mm und 5 mm. The dimensions of the capillary outer diameter are preferably between 0.5 mm and 10 mm, in particular between 1.5 mm and 5 mm.

Die Wandstärke der Kapillaren liegt vorzugsweise zwischen 0,01 mm und 1 mm, insbesondere zwischen 0,03 mm und 0,1 mm. The wall thickness of the capillaries is preferably between 0.01 mm and 1 mm, in particular between 0.03 mm and 0.1 mm.

Der Wärmetauscher kann gegen Hagel und gegen Lichteinwirkung dadurch geschützt werden, dass oberhalb der Kapillarenstücken-Systeme Prallbleche und dergleichen angeordnet sind. Diese Prallbleche können schräg gestellt und auch mehrfach übereinander angeordnet sien. The heat exchanger can be protected against hail and against the effects of light by baffle plates and the like being arranged above the capillary piece systems. These baffle plates can be placed at an angle and can also be arranged several times one above the other.

Infolge des mit dem Wärmetauscher der beschriebenen Art erreichbaren, extrem geringen Widerstandes für die Bewegung des interkapillaren Fluidums, ist es möglich, derartige Kapillarensätze für Trockenkühlung von Kraftwerken in zwangsbelüfteter Weise einzusetzen. Die hierfür erforderlichen Gebläse sind entsprechend energiearm und leise laufend. As a result of the extremely low resistance for the movement of the intercapillary fluid that can be achieved with the heat exchanger of the type described, it is possible to use such capillary sets for dry cooling of power plants in a forced ventilation manner. The blowers required for this are correspondingly low in energy and run quietly.

Es ist auch möglich, den Wärmetauscher für verschiedene Anwendungsbereiche disposibel auszugestalten. Man kann ihn infolge seiner Preiswürdigkeit leicht auswechselbar nur für kürzere Betriebszeiten einsetzen. It is also possible to design the heat exchanger for different areas of application. Due to its value for money, it can be easily replaced only for shorter operating times.

Die Gesamtheit der Kapillarenstücke eines Wärmetauschers der Erfindung ist so ausgestaltet, dass zwischen den beiden Stirnseitenzonen der Kapillarenstücke eine oder mehrere Schlaufen gelegt sind. Dabei können die Stirnseiten der Kapillarenstücke in einer Höhendifferenz zueinander stehen, die in der Grössenordnung des für den Durchfluss des intrakapillaren Fluidums erforderlichen Druckunterschiedes liegt. Die Vielzahl der Kapillarenstücke kann hierbei ein kommunizierendes System bilden, bei welchem das intrakapillare Fluidum von dem Einflussbehälter über die Vielzahl aller Kapillarenstücken-Schlaufen in den Ausflussbehälter einfliesst. The entirety of the capillary pieces of a heat exchanger of the invention is designed such that one or more loops are placed between the two end zones of the capillary pieces. The end faces of the capillary pieces can be at a height difference from one another which is of the order of magnitude of the pressure difference required for the flow of the intracapillary fluid. The large number of capillary pieces can form a communicating system in which the intracapillary fluid flows from the influence container through the large number of all capillary piece loops into the outflow container.

Eine besondere Variante des Wärmetauschers besteht nun darin, dass im Falle eines flüssigen, intrakapillaren Fluidums die Schlaufen zwischen den zwei Verteilerbehältern nach oben führen und jedes Kapillarenstück eine selbständige Heberleitung bildet und mit seinen Stirnseiten in den jeweiligen Verteilerbehälter eintaucht. A special variant of the heat exchanger now consists in the fact that in the case of a liquid, intracapillary fluid, the loops between the two distribution containers lead upwards and each capillary piece forms an independent siphon line and its ends are immersed in the respective distribution container.

Für den Betriebsstart eines solchen Wärmetauscher-Systems ist dann die Füllung der Heberschlaufen erforderlich. Dies kann durch Anwendung kinetischer Strömungsenergie an den offenen Stirnseiten oder durch Druckfüllung und/oder Einsaugfüllung der Kapillarenstücke mit dem intrakapillaren Fluidum geschehen. Nach Füllung dieses Hebersystems sind die anfänglichen Füllmassnahmen abstellbar. Insbesondere sind die individuellen Heberleitungen der einzelnen Kapillarenstücke voneinander völlig getrennt und unabhängig voneinander. The filling of the lifting loops is then required for the start of operation of such a heat exchanger system. This can be done by using kinetic flow energy on the open end faces or by pressure filling and / or filling the capillary pieces with the intracapillary fluid. After filling this lifting system, the initial filling measures can be switched off. In particular, the individual lifting lines of the individual capillary pieces are completely separate from one another and independent of one another.

Bei einer solchen Ausgestaltung und Betriebsweise eines Wärmetauschers ergibt sich unter anderem der Vorteil, dass eventuelle Fehlstellen oder Brüche an der Wand einzelner Kapillarenstücke keine selbständigen Leckstellen verursachen, sofern das interkapillare Fluidum Luft oder ein anderes Gas ist. Tritt nämlich eine Fehlstelle auf, so saugt das betroffene Kapillarenstück das gasförmige interkapillare Fluidum ein und unterbricht den Fliessvorgang innerhalb der Heberleitung. With such a design and mode of operation of a heat exchanger, there is the advantage, among other things, that possible imperfections or breaks on the wall of individual capillary pieces do not cause independent leaks, provided the intercapillary fluid is air or another gas. If a fault occurs, the affected capillary piece sucks in the gaseous intercapillary fluid and interrupts the flow within the siphon line.

Damit ist eine Art «Selbstheileffekt» des Wärmetauschers gewährleistet. This guarantees a kind of "self-healing effect" for the heat exchanger.

Der Wärmetauscher kann als Gleich-, Quer- oder Gegen-stromwärmetauscher bezüglich des intra- und interkapillaren Fluidums ausgebildet sein und im Bereich der gespreizten Kapil-larenstücken-Anordnung in dieser Weise arbeiten. The heat exchanger can be designed as a co-flow, cross-flow or counter-flow heat exchanger with respect to the intra- and intercapillary fluid and can work in this way in the area of the expanded capillary piece arrangement.

Als intrakapillares Fluidum kann beispielsweise verwendet werden: For example, the following can be used as the intracapillary fluid:

Das zu kühlende Wasser vom Kondensationskreislauf eines Kraftwerkes. In diesem Falle ist das die Kapillaren aussen umfliessende interkapillare Fluidum Luft. The water to be cooled from the condensation circuit of a power plant. In this case, the intercapillary fluid around the capillaries is air.

Das in einem Vielzellen-Vakuumverdampfungssystem aufzuheizende Meereswasser. Hier ist das interkapillare Fluidum Wasserdampf. The sea water to be heated in a multi-cell vacuum evaporation system. Here is the intercapillary fluid vapor.

Das in einer Fischzuchtanlage zufliessende, zu erwärmende Frischwasser. Das interkapillare Fluidum kann hier das aus der Anlage abfliessende Gebrauchtwasser und/oder das Kühlwasser eines Kraftwerkes sein. The fresh water to be heated that flows into a fish farm. The intercapillary fluid can be the used water flowing out of the system and / or the cooling water of a power plant.

Fig. 8a zeigt eine Aneinanderreihung von vier Kapillarenstük-ken-Schichten. Die Distanzglieder 4 geben, wie in Schnittfigur 8a dargestellt ist, die gegenseitige Lageorientierung der Kapillarenstücken-Schichten. Fig. 8b zeigt den Schnitt a-a der Fig. 8a. 8a shows a series of four capillary piece layers. The spacers 4, as shown in section 8a, give the mutual orientation of the layers of capillary pieces. Fig. 8b shows the section a-a of Fig. 8a.

Fig. 9 zeigt im Schnitt eine Ausführungsart eines Wärmetauschers , welcher zwischen den beiden Verteilerräumen 10a und 10b eine schleifenförmige Anordnung der Kapillarenstücke 1 aufweist. Ausserdem ist das Beispiel der Fig. 9 so gewählt, dass der beschriebene Fall einer multiplen Heberleitung vorliegt. Das intrakapillare Fluidum fliesst bei Fa ein und bei Fb nach Passieren der einzelnen Kapillarenstücke 1 (die in Fig. 9 nur als Linien dargestellt sind), aus. Die Kapillarenstücke 1 sind wiederum durch streifenförmige Abstandhalter in zwei Einzelschichten lageorientiert. Von den streifenförmigen Abstandhaltern 2 gehen Distanzglieder 4 aus, welche die einzelnen Kapillarenstük-ken-Schichten untereinander im wärmetauschenden Teil spreizen. 9 shows in section an embodiment of a heat exchanger which has a loop-shaped arrangement of the capillary pieces 1 between the two distributor spaces 10a and 10b. In addition, the example of FIG. 9 is selected such that the described case of a multiple lifter line is present. The intracapillary fluid flows in at Fa and at Fb after passing through the individual capillary pieces 1 (which are only shown as lines in FIG. 9). The capillary pieces 1 are in turn position-oriented in two individual layers by means of strip-shaped spacers. Spacers 4 extend from the strip-shaped spacers 2 and spread the individual capillary piece layers among one another in the heat-exchanging part.

Das Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers der Erfindung ist besonders geeignet für rentable, automatische Fertigung. Es kennzeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass Kapillaren nach dem oben Gesagten erzeugt werden, danach als parallele Schar von Vorratsspulen (oder von den Spinndüsen oder Beschichtungsanlagen direkt) als sogenannte «Ketten», wie sie bei der Webtechnik bekannt sind, also mit gegenseitigem Abstand parallel zueinander ablaufen und dergestalt direkt weiter verarbeitet werden, dass quer zu ihnen an vorbestimmten Stellen Folienstreifen, die vorteilhafterweise mit den beschriebe- The method of manufacturing the heat exchanger of the invention is particularly suitable for profitable, automated manufacturing. It is preferably characterized by the fact that capillaries are produced according to what has been said above, then as a parallel group of supply spools (or from the spinnerets or coating systems directly) as so-called “chains”, as are known in weaving technology, that is to say parallel with one another run to each other and are directly processed in such a way that film strips at right angles to them at predetermined locations, which advantageously with the described

4 4th

5 5

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nen Distanzgliedern versehen sind, aufgelegt und mit ihnen in schliesslich seiner Zu- und Abflussorgane zu bilden, der eine der beschriebenen Weise verbunden werden, dass solche Anord- ausserordentlich grosse Wärmetauscherfläche und ein Minimum nung von Kapillaren und Folienstreifen zu Blättern zerschnitten an Strömungswiderständen für die im Wärmeaustausch befindli- NEN spacers are provided, laid on and finally to form with them in its inflow and outflow organs, which are connected in the manner described that such an arrangement - extraordinarily large heat exchanger area and a minimum of capillaries and foil strips cut into sheets at flow resistances for the in Heat exchange

werden, die ihrerseits dann aneinandergereiht werden, womit die chen Fluiden (intrakapillar und interkapillar) aufweist. Damit dreidimensionale Anordnung eines Kapillarenstück-Blockes für 5 können bisher ungenügend gelöste Problemstellungen, wie die einen Wärmetauscher entsteht. Trockenkühlung von Kraftwerken mit einigen Millionen m2 are, which in turn are then strung together, with which the Chen fluids (intracapillary and intercapillary). The three-dimensional arrangement of a capillary piece block for 5 can thus far be insufficiently solved problems, such as how a heat exchanger is created. Dry cooling of power plants with a few million m2

Die genannten Merkmale lösen die erfindungsgemässe Aufga- Wärmetauscherfläche, die Meereswasserdestillation in grossfor- The features mentioned solve the task of the heat exchanger surface according to the invention, the sea water distillation in large

be mit einem Minimum an Materialeinsatz einen weitgehend matigen Vakuumstufen und dergleichen, bezüglich Investition automatisch herstellbaren, betriebssicheren Wärmetauscher ein- und Betriebskosten extrem wirtschaftlich gestaltet werden. be a largely matt vacuum levels and the like with a minimum of material input, with regard to investment automatically producible, reliable heat exchangers and operating costs can be designed extremely economically.

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4 Seiten Zeichnungen 4 pages of drawings

Claims

638 300 PATENT CLAIMS

1. Device for exchanging heat between two fluids, characterized in that it consists of a plurality of capillary pieces (1), which are combined in a bundle and are arranged next to one another, each with two open end faces, the capillary pieces practically abutting each other in the two end face zones of the bundle are spread on the heat exchanger zone lying between these end face zones with respect to their respective neighbors, i.e. they run at mutual distances, the ends of the capillary pieces being spatially staggered in each of the two end face zones of the bundle and immersing there in each case in a distributor container (10a, 10b) and wherein the capillary pieces form loops leading upwards between the two distribution containers, and thus each capillary piece forms an independent siphon pipe which, with its end faces, plunges into the respective distribution container and from the lifting systems of the other capillary pieces is completely separated.

2. Device according to claim 1, characterized. that the two distribution containers (10a, 10b) for the intracapillary fluid are elongated and channel-shaped, that both run practically parallel to one another and that the total of the practically lined up frontal zones of the bundle form strip-shaped surfaces.

3. Device according to claim 1, characterized in that the two distribution containers have no pressure differences with respect to the atmosphere and are optionally covered for protection.

4. The device according to claim 1, characterized in that the bundle consists of lining up layers formed by capillary pieces, the latter being formed from adjacent capillary pieces.

5. The device according to claim 1, characterized in that the bundle is formed by stringing together layers which consist of adjacent capillary pieces and which have strip-shaped spacers (2) for the capillary pieces to which these capillary pieces are attached, and further elevations (4) wear, which are used for support on the strip-shaped spacers of the adjacent layers in order to maintain the distances between the individual layers in the heat exchanger zone.

6. The device according to claim 1, characterized in that the capillary pieces are attached to strip-shaped spacers (2), that the spacers are arranged practically upright and that these spacers in turn rest on upright strip-shaped bodies (8,8 '), which are components of the Of the device.

7. The device according to claim 1, characterized in that the length of the capillary pieces is preferably in the range between 2 m and 10 m, the outer diameter of the capillary pieces preferably in the range between 1.5 mm and 5 mm and their wall thickness preferably between 0.03 mm and 0.2 mm.

8. The method for producing the device according to claim 1, characterized in that layer-shaped groups of adjacent capillaries are produced, that transverse to the longitudinal direction of the group of capillaries, film strips, which are provided with spacers, are placed and connected to the group of capillaries and that these composite parts are cut up by sheets of capillaries and foil strips provided with spacers, which in turn are strung together, thus creating the three-dimensional arrangement of the capillary pieces in relation to the heat exchanger.