CH700341B1

CH700341B1 - Wärmeübertrager mit einem Helix-Kanal für eine erzwungene Strömung.

Info

Publication number: CH700341B1
Application number: CH01444/07A
Authority: CH
Inventors: Josef Ammann
Original assignee: Techeffekt Anstalt
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2010-08-13
Also published as: AT504249B1; AT504249A2; DE102006045650B4; AT504249A3; DE102006045650A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Helix-Kanal (1) für eine erzwungene Strömung in einem Wärmeübertrager, der einen zentrischen Strömungskanal und mindestens einen wendelförmig um den zentrischen Strömungskanal umlaufenden Aussenströmungskanal aufweist, wobei der Aussenströmungskanal einen radialen Fluidübergang zum zentrischen Strömungskanal aufweist. Der Wirkungsgrad eines Wärmeübertragers soll verbessert werden. Hierzu ist stromabwärts vom ersten Kanalabschnitt ein zweiter Kanalabschnitt angeordnet, der mindestens einen Aussenströmungskanal enthält und eine Drosseleinrichtung im zentrischen Strömungskanal aufweist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Fluidströmungsblock, die Verwendung des Helix-Kanals als Stoffübertrager, Fluidmischer und als Katalysator.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Helix-Kanal für eine erzwungene Strömung, mit einem ersten Kanalabschnitt, der einen zentrischen Strömungskanal und mindestens einen wendelförmig um den zentrischen Strömungskanal umlaufenden Aussenströmungskanal aufweist, wobei der Aussenströmungskanal einen radialen Fluidübergang zum zentrischen Strömungskanal aufweist.

[0002] Ein gattungsgemässer Übertrager von Wärme von einer Wärmequelle zu einem Fluid ist aus der DE 20 2005 000 055 U1 bekannt. Der Wärmetauscher umfasst ein Rohr, in dem mehrere Kanäle enthalten sind, die sich in Längsrichtung des Rohres erstrecken. Die Kanäle sind schraubenförmig bezüglich der Längsachse des Rohres angeordnet und durch innnenwandige Rippen, die sich ebenfalls schraubenförmig um die Längsachse des Rohres erstrecken voneinander getrennt. In den Kanälen ist jeweils eine weitere, in der Höhe kleinere Rippe angeordnet, die ebenfalls schraubenförmig um die Längsachse des Rohres umläuft. Die die Kanäle trennenden höheren Rippen erstrecken sich möglichst weit in die Rohrmitte hinein; dennoch verbleibt ein kleiner zentrischer Bereich durch den die Kanäle miteinander in Verbindung stehen.

Lediglich eine Seite des Wärmetauschers ist der Wärmequelle zugewandt. Der Zweck dieser Ausgestaltung besteht nunmehr darin, die Wärme möglichst gleichmässig dem Fluid zuzuführen, weil sämtliche Fluidbereiche sich aufgrund der Schraubenform der Kanäle zumindest bereichsweise auf der Seite der Wärmequelle befinden.

[0003] Die Verwendung wendelförmiger Kanäle ist zur Verbesserung der Übertragungsleistung z.B. auch aus der EP1 348 914A1 bekannt, bei der jedoch kein zentrischer Strömungskanal vorgesehen ist, ähnlich wie bei der Konstruktion aus der FR1 158 943. Eine Variante für die Ausführung von wendelförmigen Strömungskanälen ist z.B. auch aus der EP0 184 544B1 bekannt. Für die Erhöhung der spezifischen Übertragungsleistung gibt es zudem unterschiedlichste Massnahmen, wie z.B. Rippen (JP8136 177), Turbolatoren (EP0184 544, EP0 122 746), Geometrien zur Grenzschichtablösung (EP0 530 721), Erzeugung von Längswirbel (DE19 526 917, DE19 654 367), Jetsysteme usw. Neuere Untersuchungen konzentrieren sich auf die Erzeugung von Sekundärströmungen durch gewellte Kanäle (DE10 304 692).

Je nach Aufgabenstellung und Ausprägung der Kriterien wird ein Optimum aus diesen bekannten Lösungsmöglichkeiten gesucht. Den grössten Einfluss auf die Übertragerleistung und den Druckverlust hat der hydraulische Durchmesser der Kanalform. Der minimale freie Querschnitt der Kanalform ist durch die Qualität des Fluidums (Verschmutzung) oder durch das Herstellungsverfahren begrenzt. So sind folgende Basiskanalformen und Kennzahlen für die laminare Strömung bekannt:
<tb>Kanalform<sep>Dimensionen<sep>Nu<sep>[xi] Re

<tb>Kreis<sep>Durchmesser d
d_hyd<sep>3.66<sep>64

<tb>Dreieck gleichseitig<sep>Seitenlänge s
d_hyd=s/[square root of]3<sep>2.49<sep>53

<tb>Spalt<sep>Plattenabstand s
d_hyd=2*s<sep>7.54<sep>96Nu ist die Nusseltzahl und Re ist die Reynoldszahl.

[0004] Für kompliziertere Kanalformen müssen diese Zahlen immer separat ermittelt werden. Generell besteht bei einer laminaren Strömung das Problem in einer niedrigen Nusseltzahl. Der Wärmeübergang erfolgt bei dieser Strömungsform überwiegend durch Leitung und beim Stoffübergang durch Diffusion. Die Nusseltzahl kann mit den bekannten Massnahmen nur unwesentlich gesteigert werden. Bei der Anwendung bekannter Massnahmen ergeben sich folgende Nachteile:
Hoher spezifischer Druckverlust
Verschmutzungsgefahr im Bereich von Anströmkanten, Strömungsablösungen, Toträume hinter Umlenkungen
Schlechte Reinigungsmöglichkeiten der Fluidkanäle
Hoher Spülaufwand der laminaren Grenzschicht bei zyklischem Fluidwechsel wie z.B. bei einem regenerativen Übertrager für die Wärmerückgewinnung

[0005] Zudem ist bei der Anwendung mit einem 2 Phasen-Fluid die Benetzung der Kanalwand unzureichend. Dies wird z.B. vermehrt für die Brennwertgeräte in der Heiztechnik und der adiabaten Kühlung in der Raumlufttechnik gefordert.

[0006] Es ist nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten gattungsgemässen Fluidströmungskanal bereitzustellen. Insbesondere soll die Übertragungsleistung für laminare Fluidströmungen verbessert werden.

[0007] Diese Aufgabe wird bei einem Wärmeübertrager mit Helix-Kanal der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass stromabwärts vom ersten Kanalabschnitt ein weiterer Kanalabschnitt angeordnet ist, der den mindestens einen Aussenströmungskanal enthält und eine Drosseleinrichtung im zentrischen Strömungskanal aufweist. Durch eine Drosselung im zentrischen Strömungskanal wird erreicht, dass einerseits kein Fluidstromanteil ungenutzt den zentrischen Kanal durchströmt und andererseits die Dean-Strömung im Aussenströmungskanal einen neuartigen Einrollvorgang aufweist. Die Dean-Strömung wird gemäss Literatur in einem Kennzahlbereich beobachtet. Diese Kennzahl ist eine Funktion der Reynoldszahl und des Krümmungsverhältnisses. Bei Unterschreitung dieser Kennzahl kann keine Dean-Strömung beobachtet werden, bei Überschreitung bildet sich eine turbulente Grenzschicht.

Die Formel hierzu lautet:
De = Re*[square root of]Rc.

[0008] Die Reynoldszahl Re wird dabei aus der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Aussenströmungskanal oder der Strömungsschicht und der Kanalhöhe bzw. Grenzschichtdicke berechnet. Das Krümmungsverhältnis Rc ergibt sich aus der Kanalhöhe oder Grenzschichtdicke geteilt durch den Krümmungsradius.

[0009] Bei einer laminaren Fluidströmung erfolgt der Wärmeaustausch durch Leitung. Es findet praktisch keine Mischung des Fluides an den Trennflächen der laminaren Schichten statt. Eine sprunghafte Erhöhung der Übertragungsleistung wird erst dann beobachtet, wenn die spiralförmige Sekundärströmung sich in der oben beschriebenen Art einrollen kann. Dies gilt für den Wärme- und den Stoffaustausch. Mit dem erfindungsgemässem Helix-Kanal sind wesentlich höhere spezifische Übertragungsleistungen als bei den bekannten Kanalformen möglich. Die Druckverlusterhöhung ist dabei verhältnismässig gering, da einerseits die wendelförmige Sekundärströmung in Richtung der Primärströmung verläuft und keine der Primärströmung im zentrischen Kanal entgegengerichtete (turbulente) Wirbel entstehen.

Andererseits wird durch die Parallelschaltung des zentrischen Strömungskanals mit dem Aussenströmungskanal erreicht, dass sich die Geschwindigkeit im Aussenströmungskanal stetig anpassen kann. Mit dieser Lösung können sehr kompakte Übertrager mit einem oder mehreren Helix-Kanälen dimensioniert und hergestellt werden. Des Weiteren ergibt sich eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit, weil der Helix-Kanal vollständig und einfach reinigbar und gut spülbar ist. Durch den Einrollvorgang der Fluidströmung entstehen entlang der Kanalwand mit grosser Geschwindigkeit bewegte Fluidschichten. Es gibt keine beinahe unbewegte Grenzschichten an der Kanalwand, keine Ablösungen oder Toträume. Bei 2-phasigen Fluiden werden die flüssigen Stoffanteile durch die Zentrifugalkraft verstärkt an die Kanalwand geleitet. Es findet eine bessere Benetzung der Kanalwand statt.

[0010] Die Sekundärströmung wird durch die Zentrifugalkräfte und Druckdifferenzen erzeugt und wird z.B. in Rohrkrümmern oder wendelförmigen Rohrschlangen auf (Dean-Wirbelpaare). In dem erfindungsgemässen Helix-Kanal mit dem wendelförmigen Aussenströmungskanal wird durch den Übergang zwischen dem zentrischen Strömungskanal und dem Aussenströmungskanal diese Sekundärströmung neuartig erzeugt. Das Fluid im wendelförmigen Aussenströmungskanal wird in zwei spiralförmige Rollen eingerollt. Bei diesem Einrollvorgang ausgehend von der Mitte des Aussenströmungskanals, wird die Fluidschicht über die Kanalwand in das Zentrum der Rollen geleitet.

Dadurch entsteht einerseits ein intensiverer Wärme- oder Stoffübergang von der Kanalwand an die Fluidschicht und andererseits wird oder werden durch diesen Einrollvorgang Wärme oder Stoffe in den Strömungskern der Rollen transportiert. Diese neuartige Sekundärströmung wird beim Einrollvorgang in Richtung der Primärströmung beschleunigt.

[0011] Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Drosseleinrichtung durch einen stark verringerten Strömungsquerschnitt des zentrischen Strömungskanals gebildet. Hierdurch wird im zweiten Kanalabschnitt in dem mindestens einen Aussenströmungskanal ein Knetbereich ausgebildet, in dem die zuvor eingerollte spiralförmige Rolle stark zusammengepresst wird.

[0012] Die spezifische Leistung kann mit dieser Drosseleinrichtung im Bereich von ca. 50...100% "eingestellt" werden. Die maximale Leistung wird bei einer Variante erreicht, wenn der Strömungsquerschnitt des zentrischen Strömungskanals im zweiten Kanalabschnitt vollständig verschlossen ist. Ein Austausch zwischen zentrischem Strömungskanal und dem mindestens einen Aussenströmungskanal kann dann nicht mehr stattfinden, weshalb der gesamte Fluidstrom durch den mindestens einen Aussenströmungskanal hindurchfliessen muss. Hierdurch entstehen an dieser Stelle erhöhte Geschwindigkeiten und eine verstärkte Knetwirkung.

[0013] Bevorzugt kann stromabwärts vom zweiten Kanalabschnitt ein dritter Kanalabschnitt angeordnet sein, der einen zentrischen Strömungskanal und mindestens einen wendelförmig um den zentrischen Strömungskanal umlaufenden Aussenströmungskanal aufweist. Nachdem das Fluid im zweiten Kanalabschnitt verstärkt durch den mindestens einen Aussenströmungskanal strömen musste, steht nunmehr wieder ein grösserer Strömungsquerschnitt (einschliesslich des zentrischen Strömungskanals) zur Verfügung. Ein bestimmter Anteil des Fluids fliesst demnach wieder zurück in den zentrischen Strömungskanal.

[0014] Insbesondere bei einer Variante, bei der der mindestens eine Aussenströmungskanal im ersten, zweiten und dritten Kanalabschnitt jeweils miteinander fluchtend ineinander übergehen, unterteilt sich der Helix-Kanal in einen Einrollbereich, einen Knetbereich und einen Ausrollbereich. Im dritten Kanalabschnitt strömt demnach das Fluid kontrolliert von dem Aussenströmungskanal in den zentrischen Kanal. Bei diesem Ausrollvorgang wird wiederum die Fluidschicht entlang der Kanalwand geführt und es wird auch in diesem Bereich eine intensivere Wärme- oder Stoffübertragung erreicht. Im Ausrollbereich wird ein Teil des dynamischen Drucks "zurückgewonnen".

[0015] Günstigerweise soll das Verhältnis VP von der Steigung P und dem Wendelaussendurchmesser DW des mindestens einen Aussenströmungskanals so gewählt werden, dass bei gegebener Reynoldszahl der Kennzahlbereich für die Ausbildung der Dean-Strömung eingehalten wird. Bevorzugt kann das Verhältnis VP von der Steigung P und dem Wendelaussendurchmesser DW des mindestens einen Aussenströmungskanal kleiner sein als 8, bevorzugt kleiner als 6. Hierdurch lässt sich der Wirkungsgrad noch einmal steigern, weil durch eine relativ kleine Steigung eine gute Beschleunigung erreicht und der Einroll- und ggf. der Ausrollvorgang verbessert wird.

[0016] Damit sich die Fluidrollen günstig ausbilden können, weist gemäss einer weiteren Variante der mindestens eine Aussenströmungskanal eine konkav gekrümmte Kanalwandung auf. Bevorzugt ist diese Kanalwandung bzw. deren Krümmung oder Verlauf strömungsgünstig angepasst, damit sich der gewünschte Einroll- oder Ausrolleffekt bestmöglichst ausbildet.

[0017] Damit die Gesamtströmungsverhältnisse im Helix-Kanal besonders vorteilhaft sind, kann der Gesamtströmungsquerschnitt von dem mindestens einen Aussenströmungskanal und dem zentrischen Strömungskanal von konkav gekrümmten Wandungsabschnitten umgrenzt sein. Hierdurch werden möglichst auch Toträume vermieden, so dass sämtliche Wandungsabschnitte am Wärme- oder Stoffübergang in vorteilhafter Weise beteiligt sind.

[0018] Bei einem besonders einfach herzustellenden Gesamtströmungsquerschnitt ist gemäss einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der Gesamtströmungsquerschnitt aus sich an den Fluidübergangsbereichen überschneidenden Kreisflächen resultiert. Das Oberflächen-/Querschnittverhältnis lässt sich hierdurch am besten optimieren.

[0019] Hierbei kann weiter vorgesehen sein, dass im zweiten Kanalabschnitt der mindestens eine Aussenströmungskanal zumindest abschnittsweise am Umfang geschlossen ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Durch diese Massnahme wird ein besonders effektiver Knetbereich ausgeformt.

[0020] Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Länge des zweiten Kanalabschnittes l3 zwischen 0.5*P und 1*P. Hierdurch wird erreicht, dass dem Fluid eine ausreichende Länge für den Knetvorgang zur Verfügung steht und der Druckverlust möglichst klein gehalten werden kann.

[0021] Damit die Strömungsverhältnisse im ersten und oder dritten Kanalabschnitt möglichst über die Länge konstant gehalten werden können, ist gemäss einer Variante vorgesehen, dass der Fluidübergang im ersten und/oder dritten Kanalabschnitt von einer wendelförmig umlaufenden Öffnung mit gleich bleibender Breite gebildet ist. Man könnte in diesem Zusammenhang auch von einem gleichbreiten wendelförmigen Schlitz zwischen dem mindestens einem Aussenströmungskanal und dem zentrischen Strömungskanal sprechen.

[0022] Der Gesamtströmungsquerschnitt kann in Strömungsrichtung im ersten Kanalabschnitt oder dritten Kanalabschnitt ab- oder zunehmen. Hierdurch lassen sich Geschwindigkeitsänderungen des Fluidstromes, verursacht durch Dichteänderungen, ausgleichen. Eine ähnliche Massnahme kann auch im zweiten Kanalabschnitt vorgesehen werden. Als besonders günstig hat sich herausgestellt, wenn eine Variante gewählt wird, bei der mindestens zwei Aussenströmungskanäle vorgesehen sind, die gleichmässig am Umfang des zentrischen Strömungskanals angeordnet sind und die gleiche Steigung aufweisen. Die Fluidströmungsanteile können dann gleichmässig vom zentrischen Strömungskanal in die Aussenströmungskanäle symmetrisch abfliessen, was den Gesamtströmungsverhältnissen im Helix-Kanal zugutekommt.

[0023] In diesem Zusammenhang ist es von weiterem Vorteil, wenn die Strömungsquerschnitte sämtlicher Aussenströmungskanäle gleich gross sind. Auch durch diese zusätzliche Massnahme werden möglichst gleichmässige Verhältnisse im Helix-Kanal realisiert.

[0024] Damit eine grösstmögliche Wirkung zwischen Einroll- oder Ausrollvorgang und dem Knetvorgang im zweiten Kanalabschnitt erzielt wird, kann bei einem Helix-Kanal mit drei Aussenströmungskanälen das Grössenverhältnis V1 zwischen dem Verschlussquerschnitt eines Stopfens im zentrischen Strömungskanal im zweiten Kanalabschnitt und dem Strömungsquerschnitt eines Aussenströmungskanals im zweiten Kanalabschnitt zwischen 0,8 und 1.2, bevorzugt ca. 1.0, betragen. Versuche haben gezeigt, dass sich hierdurch ein optimiertes Strömungsbild ergibt.

[0025] Damit ein möglichst grosser Wärme- oder Stoffaustausch stattfinden kann, ist gemäss einer weiteren Variante vorgesehen, dass das Grössenverhältnis V2 zwischen dem Wendelaussendurchmesser und der ausserhalb des Wendelkreises verbleibenden Dicke d1 der Rohrwandung mindestens 6, bevorzugt 8, beträgt. Das bedeutet, dass die verbleibende Rohrwandung möglichst dünn ist. Die Dicke wird hier allerdings möglichst ohne evtl. vorhandene Rippenhöhen am Aussenumfang des Fluidströmungsrohres gemessen. Als Wendelaussendurchmesser DW ist hierbei der von dem mindestens einen Aussenströmungskanal umschriebene gemeint, durch diesen ist dann gleichzeitig der die wendelförmigen Aussenströmungskanäle fiktiv umgebende Wendelkreis definiert.

[0026] Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Fluidströmungsblock mit mehreren nebeneinander angeordneten Helix-Kanalen nach einem der Ansprüche 1-20. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl Helix-Kanäle mit mindestens einem linksgängig wendelförmig umlaufenden Aussenströmungskanal als auch Helix-Kanäle mit mindestens einem rechtsgängig umlaufenden Aussenströmungskanal vorgesehen sind. Durch diese Anordnung in einem Block lässt sich die Gesamtwirkung aufgrund der optimalen Anordnung von Helix-Kanälen und der Wandungen verbessern. Darüber hinaus sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Bündelung nicht als einzelne Fluidströmungsrohre erfolgen muss, sondern die Wandung durch ein einheitliches Gebilde erzeugt ist.

[0027] Bei einer weiteren Ausgestaltung können sich linksgängige Helix-Kanäle und rechtsgängige Helix-Kanäle abwechseln und sich die Wendelkreise benachbarter verschiedengängiger Helix-Kanäle überschneiden und die Wendelkreise benachbarter gleichgängiger Helix-Kanäle voneinander beabstandet sein oder sich maximal berühren. Hierdurch wird eine möglichst dichte Packung der Helix-Kanäle ermöglicht. Wann immer es die Steigung zulässt, greifen die wendelförmigen Aussenströmungskanäle ineinander ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Wo dies nicht möglich ist, verbleibt ein ausreichender Abstand oder es kommt maximal zu einer Punktberührung.

[0028] Vorteilhafterweise kann zumindest bereichsweise auf der Kanalwandung eine Funktionsschicht aufgebracht oder integriert sein. Dies ist besonders bei der Verwendung des Helix-Kanals in einem Katalysator oder für die Sorption in einem Wärme- und Stoffübertrager von grosser Bedeutung, da an den Kanalwänden ein reger Stoffaustausch aufgrund der sich einstellenden Strömungsverhältnisse erfolgt.

[0029] Ein Verfahren zum Herstellen eines Fluidströmungsrohrs mit einer komplexen Kanalform, insbesondere einem Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1-20 umfasst folgende Schritte:
Bereitstellen eines Kerns mit der Kanalform oder einem Teil der Kanalform, Bereitstellen einer Aussenform,
Einfüllen eines flüssigen Ausgangsmaterials für das Fluidströmungsrohr in die Aussenform, Aushärten des Ausgangsmaterials und Entfernen des Kerns.

[0030] Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Kern als Tauchkern ausgebildet ist und in die mit dem flüssigen Ausgangsmaterial gefüllte Aussenform eingetaucht wird. Dieses Verfahren ist für unterschiedliche Fluidströmungsrohrmaterialen wie z.B. Polymere, Metalle, Metalllegierungen, keramische Materialien, Sorbentien, biotechnische Materialien oder Materialmischungen geeignet. Bei der Anwendung von hochviskosen, flüssigen Ausgangsmaterialien hat das Tauchen den Vorteil, dass die dünnwandigen Fluidströmungskanalformen vollständig mit Material gefüllt werden. Es gibt dabei kein Problem mit der Entlüftung von Hohlräumen. Für den Tauchkern und die Form können je nach Aushärt-Temperatur des Fluidströmungsrohrmaterials unterschiedliche Werkstoffe ausgewählt werden.

Der Kern und die Tauchform sollten an der Oberfläche mit entsprechenden Trennmitteln behandelt werden.

[0031] Bei einer Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass nach dem Entfernen des Kerns ein Verschlussstopfen zum Verschliessen eines Teils der Kanalform eingeführt wird. Bevorzugt wird hierdurch die Drosseleinrichtung mittels eines zumindest teilweisen Verschlusses des zentrischen Strömungskanals erzeugt.

[0032] Des Weiteren kann das Fluidströmungsrohr in Längsrichtung aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt werden. Hierdurch können beliebig lange Helix-Kanale mit ein und derselben Herstellungsanlage erzeugt werden.

[0033] Als besonders günstig hat sich eine Verfahrensvariante herausgestellt, bei der zumindest ein Teil des Kerns aus einem Material besteht, welches einerseits eine Schmelztemperatur aufweist, die kleiner als die des ausgehärteten Materials des Fluidströmungsrohres und anderseits grösser als eine Aushärtetemperatur des flüssigen Ausgangsmaterials ist. Der Kern wird demnach bei dem Aushärtevorgang automatisch entfernt, da die hierfür erforderliche Temperatur zum Schmelzen des Kerns führt.

[0034] Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass mittels der Kernoberfläche mindestens eine Funktionsschicht auf die Kanalwand aufgebracht wird. Als Funktionsschichten kommen z.B. Sorbentien oder katalytische Materialien, die gezielt an die Kanaloberfläche übertragen werden, in Frage.

[0035] Bei einer weiteren Verfahrensvariante werden mehrere Kerne nebeneinander verwendet, um einen Fluidströmungsblock mit mehreren nebeneinander liegenden Kanalformen zu erzeugen. Der Fluidströmungsblock weist demnach parallel nebeneinander verlaufende Strömungskanäle auf.

[0036] Bei einer weiteren Verfahrensvariante wird anstatt einer mehrfach verwendbaren Aussenform für die Aufnahme des flüssigen Materials eine verlorene Schalung z.B. ein Rohr oder Formkörper verwendet. Diese verlorene Schalung ist nach dem Aushärten fest mit dem Material des Fluidströmungsrohres oder -blocks verbunden und ist ein notwendiges Bestandteil.

[0037] Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
<tb>Fig. 1 <sep>einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Helix-Kanal,

<tb>Fig. 2a <sep>einen vergrössert dargestellten Abschnitt des Helix-Kanals aus Fig. 1,

<tb>Fig. 2b <sep>eine Vorderansicht des Fluidströmungsrohrs aus Fig. 2a,

<tb>Fig. 3 <sep>eine schematische Funktionsdarstellung des Einrollvorgangs im ersten Kanalabschnitt des Helix-Kanal aus Fig. 1,

<tb>Fig. 4 <sep>eine schematische Funktionsdarstellung des Knetbereichs im zweiten Kanalabschnitt des Helix-Kanals aus Fig. 1,

<tb>Fig. 5 <sep>eine schematische Funktionsdarstellung des Ausrollvorgangs im dritten Kanalabschnitt des Helix-Kanals aus Fig. 1 und

<tb>Fig. 6 <sep>einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Fluidströmungsblock.

[0038] In Fig. 1 ist ein Helix-Kanal 1 dargestellt, das in einen ersten, zweiten und dritten Kanalabschnitt 2,3,4 unterteilbar ist. Der erste Kanalabschnitt 2 weist die Länge l2, der zweite Kanalabschnitt 3 weist die Länge l3 und der dritte Kanalabschnitt 4 die Länge l4 auf.

[0039] Die Fig. 2a zeigt einen Bereich des ersten Kanalabschnitts 2. Es könnte sich aber genauso gut um einen Bereich des dritten Kanalabschnitts 4 handeln. Anhand der Fig. 2bist zu erkennen, dass der Helix-Kanal 1 einen zentrischen Strömungskanal 5, der sich koaxial entlang der Mittenachse AM erstreckt, und gleichmässig um den Strömungskanal 5 herum verteilt angeordnete Aussenströmungskanäle 6a, 6b, 6c aufweist. Zwischen dem zentrischen Strömungskanal 5 und den Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c ist jeweils ein Fluidübergang 7a, 7b und 7c vorhanden, der in Form einer Schlitzöffnung mit gleich bleibender Breite ausgestaltet ist. Insbesondere anhand der Längsschnitte Fig. 1 und Fig. 2aist zu erkennen, dass die Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c den zentrischen Strömungskanal 5 wendelförmig in Form einer Helix umschliessen.

[0040] Die Strömungsquerschnitte sämtlicher Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c sowie die Steigung P der einzelnen Wendel sind gleich gross. Die Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c sind jeweils um 120[deg.] zueinander versetzt um die Hauptmittelachse AMangeordnet. Der Gesamtströmungsquerschnitt wird durch sich überschneidende Kreisformen gebildet. Dabei sind die Mittelpunkte der Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c jeweils gleich weit von der Achse AM entfernt, sodass sie gemeinsam einen Wendelkreis 9 mit dem Durchmesser DWdefinieren. Hieraus ergibt sich, dass die Kanalwandungen 8a, 8b und 8c der jeweiligen Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c bis auf die zugehörigen Fluidübergänge 7a, 7b und 7c im Schnitt kreisförmig konkav gekrümmt sind.

Die sich zwischen den jeweiligen Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c befindenden Kanalwandungsabschnitte 10 sind jeweils Abschnitte einer Zylindermantelform und somit ebenfalls konkav gekrümmt.

[0041] Die Breite B (siehe Fig. 3) der Fluidübergänge 7a, 7b und 7c entspricht ungefähr 50% des Durchmessers des zentrischen Strömungskanals 5. Die Steigung P der wendelförmig umlaufenden Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c weist zum Wendeldurchmesser DW ein Grössenverhältnis VP von 4 auf. Die Länge l3des zweiten Kanalabschnitts 3 beträgt im vorliegenden Fall ca. 0.65 * Steigung P (>0.5 * P und <1 * P).

[0042] Der zweite Kanalabschnitt 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass in diesem zum Verschliessen des zentrischen Strömungskanals ein Stopfen 11 eingesetzt ist. Das vordere und das hintere Ende des Stopfens 11 sind jeweils kugelförmig abgerundet. Wie insbesondere anhand der Fig. 4zusehen ist, ist der Querschnitt des Stopfens 11 so gewählt, dass für die Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c jeweils ein am Umfang vollständig verschlossener, im Querschnitt kreisförmiger Kanalabschnitt verbleibt. Aufgrund dieser Ausgestaltung sind auch die Fluidübergänge 7a, 7b und 7c im Bereich des zweiten Kanalabschnitts 3 verschlossen, sodass das Fluid ausschliesslich durch die Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c im zweiten Kanalabschnitt 3 fliesst.

Im dritten Kanalabschnitt 4 steht dann wieder der gesamte Strömungsabschnitt einschliesslich des zentrischen Strömungskanals 5 zur Verfügung. Der Stopfen 11 wirkt im zentrischen Strömungskanal 5 als Verschluss bzw. Strömungswiderstand und bewirkt, dass das Fluid vom zentrischen Kanal in die Aussenkanäle gelenkt wird. Das Grössenverhältnis V1 zwischen der Querschnittsfläche des zentrischen Kanals und der Summe der Strömungsquerschnitt der Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c beträgt im vorliegenden Fall ca. 1/3.

[0043] Das Grössenverhältnis V2 zwischen dem Wendelaussendurchmesser DW und der ausserhalb des Wendelkreises 9 verbleibende Dicke dA beträgt im vorliegenden Fall 8,25 (mindestens 6, bevorzugt mindestens 8).

[0044] Als Material für das Helix-Kanal kommen Polymere, Metalle und Metalllegierungen, keramische Materialien, Sorbentien, Biotechnische Materialien oder Materialmischungen in Frage. Als Fluide können nahezu alle Gase und Flüssigkeiten sowie deren Mischungen und Mischungen mit Feststoffen zur Anwendung kommen.

[0045] In Fig. 2a ist anhand der Pfeile 12 die Richtung der Primärströmung eingezeichnet.

[0046] Im Folgenden wird anhand der Fig. 3, 4 und 5 nunmehr die Wirkung- und Funktionsweise des erfindungsgemässen Helix-Kanals 1 näher erläutert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein rechtsgängiger Drehsinn der wendelförmigen Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c vorhanden. Generell sei aber an dieser Stelle angemerkt, dass es für die prinzipielle Funktion auf den Drehsinn der wendelförmigen Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c sowie die Richtung der Primärströmung im Wesentlichen nicht ankommt.

[0047] Bei den Darstellungen der Fig. 3, 4 und 5 handelt es sich um Prinzipskizzen anhand derer in vereinfachter Form die laminaren Strömungsschichten der neben der Strömung in Primärströmungsrichtung 12 noch vorhandenen Sekundärströmung. Das Fluid strömt am vorderen Ende 13 des Helix-Kanal 1 ein. Aufgrund der wendelförmigen Anordnung der Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c sowie der Drosselung im zentrischen Strömungskanal 5 aufgrund des Stopfens 11 entsteht in den Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c die bereits erwähnte Sekundärströmung. Diese hat bei dem im Ausführungsbeispiel vorhandenen kreisförmigen Kanalquerschnitt die Form von zwei symmetrischen "Rollen" 14a, 14b. Der "Antrieb" für diese Sekundärströmung sind Zentrifugalkräfte und Druckdifferenzen.

Aufgrund der Anordnung und Gestaltung der wendelförmigen umlaufenden Fluidübergänge 7a, 7b und 7c werden diese Rollen 14a, 14b vom zentrischen Strömungskanal 5 in radialer Richtung "versorgt". Aus der Überlagerung der Primär- und Sekundärströmung resultieren zwei Stück in Längsrichtung strömende spiralförmige Rollen 14a, 14b in den Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c. Das bedeutet, dass in diesem ersten Kanalabschnitt 2 ein vom zentrischen Kanal 5 aus "versorgter" Einrollvorgang stattfindet und somit Teilfluidströme aus dem zentrischen Kanal 5 in die Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c hineinfliessen.

[0048] Der zweite Kanalabschnitt 3 kann nunmehr als Knetbereich bezeichnet werden. Das Fluid durchströmt diesen zweiten Kanalabschnitt 2 mit hoher Geschwindigkeit. Der zentrische Strömungskanal 5 ist durch den Stopfen 11 verschlossen und es gibt dadurch keine radiale "Nachströmung" (wie in Fig. 3 gezeigt). Die laminaren Schichten der Sekundärströmung werden in dem zweiten Kanalabschnitt 3 zusammengepresst und es bilden sich geschlossene konzentrische Ringe 15a und 15b.

[0049] Anschliessend gelangt das Fluid in den dritten Kanalabschnitt 4, in den so genannten Ausrollbereich. In dem dritten Kanalabschnitt 4 erfolgt durch den nunmehr geringeren Druck im zentrischen Strömungskanal 5 und den Drehimpuls der Sekundärströmung in den Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c ein zusätzlicher Strömungsanteil radial aus den Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c heraus. Die zwei nunmehr in den Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c vorhandenen Rollen 16a und 16b entrollen sich nunmehr von innen nach aussen (im Gegensatz zu von aussen nach innen wie im ersten Kanalabschnitt 2). Dieser Strömungsanteil fliesst durch die wendelförmig umlaufenden Fluidübergänge 7a, 7b und 7c von den Aussenströmungskanälen 6a, 6b und 6c in den zentrischen Strömungskanal 5.

Auch hier führt diese Sekundärströmung zu einem intensiven Kontakt vom Fluid mit der Kanalwandung 8a, 8b und 8c.

[0050] Der erfindungsgemässe Helix-Kanal kann für zahlreiche Anwendungsfälle mit einer erzwungenen (laminaren) Strömung verwendet werden z.B. als Übertrager von Wärme/Kälte sowie Stoffen, als Fluidmischer oder als Katalysator. Für eine Erhöhung des Wirkungsgrads gegenüber bekannten Kanalformen mit komplexer Kanalführung reicht es bereits aus, wenn eine bestimmte Drosselung im zentrischen Strömungskanal 5 erzeugt wird. Kein vollständiger Verschluss des zentrischen Strömungskanals ist für eine weniger anspruchsvolle Wirkungsgradsteigerung bereits ausreichend. Versuche haben jedoch gezeigt, dass mit den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen eine erhebliche (sprunghafte) Wirkungsgradsteigerung möglich ist. Wichtig ist die Funktion der Drosselung im zentrischen Strömungskanal.

[0051] Insbesondere für einen Stoffaustausch kann vorgesehen sein, dass die Kanalwandungen 8a, 8b, 8c oder 10 mit einer Funktionsschicht versehen sind. In Frage kommen hier z.B. Sorbentien oder katalytische Materialien, die gezielt aufgebracht oder integriert werden.

[0052] Im Folgenden wird nunmehr anhand der Fig. 6ein weiteres Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In der Fig. 6ist ein Fluidströmungsblock 17 dargestellt. Der Fluidströmungsblock 17 enthält insgesamt 9 Helix-Kanäle, von denen die Helix-Kanäle 18 sowohl im Querschnitt als auch im Längsschnitt die gleiche Kanalstruktur aufweisen, wie der im obigen Ausführungsbeispiel beschriebene Helix-Kanal 1, weshalb hier im Detail nicht mehr näher darauf eingegangen wird. Die Helix-Kanäle 19 unterscheiden sich von den Helix-Kanälen 18 lediglich dadurch, dass sie linksgängig umlaufende Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c aufweisen, wohingegen die Helix-Kanäle 18 rechtsgängig umlaufende Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c aufweisen. Sämtliche Wandungen sind einheitlich aus einem einzigen Materialblock herausgebildet.

[0053] Anhand der Zeichnung ist zu erkennen, dass die Wendelkreise 9.1 der rechtsgängigen Fluiddurchgänge 18 sich mit dem Wendelkreis 9.2 der linksgängigen Fluiddurchgänge 19 überschneiden und so eine dichte Packung gegeben ist. Dabei durchdringen sich aber die Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c der jeweiligen Helix-Kanäle 18 und 19 nicht. Vielmehr sind diese jeweils in den Lücken der anderen angeordnet. Die Wendelkreise 9.1 benachbarter gleichgängiger Helix-Kanäle 18 sowie die Wendelkreise 9.2 benachbarter linksgängiger Helix-Kanäle 19 berühren sich gerade ebenso. Durch die wechselhafte Anordnung der Helix-Kanäle 18 und 19 wird somit eine möglichst dichte Packung im Fluidströmungsblock 17 erreicht. Derartige Fluidströmungsblöcke können für einen sehr effektiven Übertrager, Fluidmischung oder als Katalysator Anwendung finden.

Die Querschnittgrösse der Fluiddurchgänge ist beliebig wählbar, sowie die Anzahl der Helix-Kanäle in einem Block

[0054] Im Folgenden wird nunmehr die Herstellung eines Übertragers oder eines Fluidströmungsblocks näher erläutert.

[0055] Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Bereitstellen eines Tauchkerns mit der Kanalform oder einem Teil der Kanalform. Insbesondere weist der Tauchkern bereits die helixförmigen Aussenströmungskanäle 6a, 6b und 6c als positiv auf.
Bereitstellen einer Aussenform mit entsprechender Aussengeometrie des Helix-Kanals oder des Fluidströmungsblocks.
Einfüllen eines flüssigen Ausgangsmaterials für den Helix-Kanal oder den Fluidströmungsblock in die Aussenform.
Aushärten des Ausgangsmaterials und anschliessendes Entfernen des Kerns. Eventuell kann noch eine Nachbearbeitung des Helix-Kanals und des Fluidströmungsblocks erfolgen.

[0056] Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn zumindest ein Teil des Kerns aus einem Material besteht, welches einerseits eine Schmelztemperatur aufweist, die kleiner als die des ausgehärteten Materials des Helix-Kanals und andererseits grösser als eine Aushärtetemperatur des flüssigen Ausgangsmaterials ist. Hierdurch wird der Kern beim Aushärtevorgang automatisch entfernt. Des weiteren hat bei der Anwendung von niederviskosigen flüssigen Ausgangsmaterialien das Tauchen gegenüber dem Giessen den Vorteil, dass die dünnwandigen Helix-Kanale 1 oder Fluidströmungsblöcke 17 vollständig mit Material gefüllt werden. Es entsteht dabei kein Problem mit der Entlüftung von Hohlräumen, wie z.B. bei einem Giessvorgang. Für den Tauchkern und die Form können je nach Aushärte-Temperatur des Materials unterschiedliche Werkstoffe ausgewählt werden.

Der Kern und die Tauchform sollten an der Oberfläche mit einem entsprechenden Trennmittel behandelt werden.

[0057] Der Helix-Kanal oder der Fluidströmungsblock können in Längsrichtung aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt werden. Hiedurch vereinfacht sich die Herstellung längerer Kanäle. Zudem kann im Übergangsbereich der Abschnitte bereits der Verschluss des zentrischen Strömungskanals eingeformt sein. Bevorzugt wird jedoch nach dem Entfernen des Kerns ein Verschlussstopfen zum Verschliessen des zentrischen Strömungskanals 5 eingesetzt.

[0058] Zudem kann der Kern dazu benutzt werden, um Funktionsschichten, wie z.B. Sorbentien, katalytische Materialien, gezielt an die Kanaloberfläche zu übertragen.

Claims

1. Wärmeübertrager mit einem Helix-Kanal (1) für eine erzwungene Strömung, mit einem ersten Kanalabschnitt (2), der einen zentrischen Strömungskanal (5) und mindestens einen wendelförmig um den zentrischen Strömungskanal (5) umlaufenden Aussenströmungskanal (6a, 6b, 6c) aufweist, wobei der Aussenströmungskanal (6a, 6b, 6c) einen radialen Fluidübergang (7a, 7b, 7c) zum zentrischen Strömungskanal (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts vom ersten Kanalabschnitt (2) ein zweiter Kanalabschnitt (3) angeordnet ist, der ebenso wie im ersten Kanalabschnitt einen zentrischen Strömungskanal (5) und mindestens einen Aussenströmungskanal (6a, 6b, 6c) enthält, wobei der zentrische Strömungskanal (5) eine den Strömungsquerschnitt verändernde Drosseleinrichtung (11) aufweist.

2. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kanalabschnitt (3) der Strömungsquerschnitt der Drosseleinrichtung (11) verstellbar ist.

3. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kanalabschnitt (3) der Strömungsquerschnitt des zentrischen Strömungskanals (5) vollständig geschlossen ist.

4. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts vom zweiten Kanalabschnitt (3) ein dritter Kanalabschnitt (4) angeordnet ist, der ebenso wie im ersten Kanalabschnitt einen zentrischen Strömungskanal (5) und mindestens einen wendelförmig um den zentrischen Strömungskanal (5) umlaufenden Aussenströmungskanal (6a, 6b, 6c) aufweist, wobei der Aussenströmungskanal (6a, 6b, 6c) einen radialen Fluidübergang (7a, 7b, 7c) zum zentrischen Strömungskanal aufweist.

5. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) vom ersten in den zweiten Kanalabschnitt (2, 3) und vom zweiten in den dritten Kanalabschnitt (3, 4) jeweils miteinander fluchtend ineinander übergehen.

6. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (VP) von der Steigung (P) und dem Wendelaussendurchmesser (DW) der Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten so gewählt ist, dass bei gegebener Reynoldszahl der Kennzahlbereich für die Ausbildung der Dean-Strömung eingehalten ist.

7. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (VP) von der Steigung (P) und dem Wendelaussendurchmesser (Dw) der Aussenströmungskanäle (6a,6b,6c) in allen Kanalabschnitten kleiner ist als 8, bevorzugt kleiner als 6 ist.

8. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten eine konkav gekrümmte Kanalwandung (8a, 8b, 8c) aufweisen.

9. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gesamtströmungsquerschnitt der Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) im ersten und dritten Kanalabschnitt und dem zentrischen Strömungskanal (5) von konkav gekrümmten Wandungsabschnitten (8a, 8b, 8c; 10) umgrenzt ist.

10. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Form des Gesamtströmungsquerschnitts aus sich an den Fluidübergangsbereichen überschneidenden Kreisflächen ergibt.

11. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kanalabschnitt (3) der mindestens eine Aussenströmungskanal (6a, 6b, 6c) am Umfang geschlossen ist und einen kreisförmigen Strömungsquerschnitt aufweist.

12. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge l3 des zweiten Kanalabschnittes (3) zwischen 0.5 * Steigung (P) und 1 * Steigung (P) der wendelförmig umlaufenden Aussenströmungskanäle beträgt.

13. Wärmeübertrager (1) nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidübergang (7a, 7b, 7c) im ersten und/oder dritten Kanalabschnitt (2, 4) von einer mit gleichbleibender Breite (B) wendelförmig umlaufenden Öffnung gebildet ist.

14. Wärmeübertrager (1) nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtströmungsquerschnitt in Strömungsrichtung (12) im ersten Kanalabschnitt (2) und/oder dritten Kanalabschnitt (4) ab- oder zunimmt.

15. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten vorgesehen sind, die gleichmässig am Umfang des zentrischen Strömungskanals (5) angeordnet sind und die gleiche Steigung (P) aufweisen.

16. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnitte sämtlicher Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) gleich gross sind.

17. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten vorgesehen sind, und das Grössenverhältnis (V1) zwischen dem Verschlussquerschnitt eines Stopfens (11) im zentrischen Strömungskanal (5) im zweiten Kanalabschnitt (3) und dem Strömungsquerschnitt eines Aussenströmungskanals (6a, 6b, 6c) im zweiten Kanalabschnitt (3) zwischen 0.8 und 1.2, bevorzugt ca. 1.0, beträgt.

18. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grössenverhältnis (V2) zwischen dem Wendelaussendurchmesser (DW) und der ausserhalb des Wendelkreises (9) verbleibenden Dicke (dA) der Rohrwandung mindestens 6, bevorzugt 8, beträgt.

19. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise auf der Kanalwandung der Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten eine katalytisch oder sorptiv wirkende Funktionsschicht aufgebracht oder in die Kanalwandung der Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) integriert ist.

20. Wärmeübertrager (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager in Längsrichtung aus mehreren Wärmeübertragerschichten zusammengesetzt ist.

21. Fluidströmungsblock (17) mit mehreren nebeneinander angeordneten Wärmeübertragern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Helix-Kanäle (1) mit mindestens einem linksgängig wendelförmig umlaufenden Aussenströmungskanal (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten als auch die Helix-Kanäle (1) mit mindestens einem rechtsgängig umlaufenden Aussenströmungskanal (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten vorgesehen sind.

22. Fluidströmungsblock (17) nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass sich linksgängige Helix-Kanäle (1) und rechtsgängige Helix-Kanäle (1) abwechseln und sich die Wendelkreise (9.1, 9.2) benachbarter verschiedengängiger Helix-Kanäle (1) überschneiden und die Wendelkreise (9.1, 9.2) benachbarter gleichgängiger Helix-Kanäle (1) voneinander beabstandet sind oder maximal berühren.

23. Verwendung des Wärmeübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder des Fluidströmungsblocks nach Anspruch 21 oder 22 als Fluidmischer.

24. Verwendung des Wärmeübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder des Fluidströmungsblocks nach Anspruch 21 oder 22 als Katalysator, wobei zumindest bereichsweise auf der Kanalwandung der Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten eine katalytische Schicht aufgebracht oder in die Kanalwandung integriert ist.

25. Verwendung des Wärmeübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder des Fluidströmungsblocks nach Anspruch 21 oder 22 für die Sorption in einem Wärme- und Stoffübertrager, wobei zumindest bereichsweise auf der Kanalwandung der Aussenströmungskanäle (6a, 6b, 6c) in allen Kanalabschnitten Sorbentien aufgebracht oder in die Kanalwandung integriert sind.