CN101307995A - 用于气态介质的热交换器 - Google Patents

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Abstract

用于气态介质的热交换器，其包括许多第一流动通道，它们成一堆叠并以间距上下重叠设置并且在它们之间构成多个第二横向于它们延伸的流动通道。各第一流动通道通过由薄膜材料构成的壁限定，各壁借助于侧面设置的侧向条气密地相互连接并且具有多个波形的成型部以及在壁上成型的内部的和外部的间隔件，所述间隔件使第一流动通道彼此保持间距。按照本发明成型部设有多个凸起，并且壁具有前面的和后面的横向于第一流动通道设置的连接板条，其分别与一在堆叠中位于其上面或其下面的第一流动通道的壁的连接板条在形成一关联的设有多个第一和第二流动通道的部件的情况下气密地相互连接。间隔件由细长的冲制构成，其中内部的和外面的间隔件相互垂直地设置。

Description

用于气态介质的热交换器
技术领域
本发明涉及一种权利要求1的前序部分中说明的类型的热交换器。
背景技术
已知的这种型式的热交换器优选作为冷凝器用于洗涤干燥器中(例如EP 0 982 427 B1、EP 1 106 729 B1、DE 102 18 274 A1、DE 10356 417 A1)。其特征主要在于，通过多个壁限定多个流动通道，所述壁由良好导热的塑料薄膜或金属薄膜制造并且例如通过真空热成型、深拉伸或用其他任何方法产生其最终的形状。一由此得到的优点在于，各壁按简单的方式并在一件中可以设有多个成型部，其改善热交换功率，并且可以设有多个间隔件，其保持将各个较柔性的壁隔开。当然至今已知的这种型式的热交换器不是无缺点的。
由于薄壁的例如0.2mm厚的壁或薄膜，虽然具有已知的成型部和间隔件但是在需要的在热交换器操作时的抗压强度方面产生特别的问题。较高的温度可以使由于成本原因主要采用的由聚丙烯或一种共聚物例如ABS制造的壁变软，结果其向最小压力的方向变形。此外高温引起长度膨胀的后果，其导致壁在其牢固固定于框架中的各端之间的扭曲。因此在工作中改变结构上预定的流动横截面，这不仅对热交换器的功率具有一不利的影响，而且在洗涤干燥器-冷凝器的情况下也可以在引导过程空气的流动通道中引起凹槽的形成。在这些凹槽中可以以不符合要求的方式积聚冷凝的水(水坑形成)，其降低冷凝功率并且本来应该流入一为此设置的收集容器中。
此外较高的制造成本是不符合要求的，其特别由于各单个管形的流动通道在框架中通过粘结的费力的气密的固定引起的。
最后虽然利用由塑料薄膜制成的所述型式的热交换器也可以达到良好的热交换功率，但其总是仍小于在由金属构成的相应尺寸的钎焊的、胶合的或折叠的冷却器中的热交换功率。
发明内容
由该现有技术出发本发明的目的在于，构成开头所述型式的热交换器，使其虽然降低制造成本仍具有一提高的功率和一较大的抗压强度。
利用权利要求1特征部分的特征达到该目的。
通过各成型部根据本发明附加设有本来已知的多个凸起，在应用薄膜材料的壁时也明显提高功率。按照本发明间隔件的构成和设置能够采用足够大数量的间隔件，而不因此在操作时过度增加压力损失。最后能够这样大大降低成本，即不仅将各第一流动通道通过焊接连接在其各侧面边缘上，而且将各第二流动通道焊接在其各前面的和后面的端面上。由此得到一关联的作为整体可装入框架中的部件，其只必须在其圆周上通过粘结连接于框架。这在制造时导致节省胶合剂和耗费的工作步骤。
由各从属权利要求得出本发明的其他有利的特征。
附图说明
以下结合附图对一个实施例更详细地说明本发明。其中：
图1一热交换器的透视图；
图2按照本发明的第一流量流道的透视图，包括两个在其各纵向侧边上连接的壁；
图3和4在沿图2的线III-III截取的各一个剖面内，各一个上面的和下面的限定第一流动流道的壁；
图5在一沿图2的线III-III截取的剖面内按图3和4的壁，但处在一两壁相互固定连接的状态；
图6多个上下重叠设置的按照本发明构成的第一和第二流动通道的透视的剖开的前视图；
图7一按照本发明构成的按图1的热交换器的部件的透视图；以及
图8本发明的各流动通道的第二实施例的与图6相对应的视图。
具体实施方式
按图1一热交换器包括一设有多个第一和第二流动通道的部件1，所述第一流动通道和第二流动通道在两纵向端固定于各一个框架2中。各个第一流动通道在由箭头3表示的第一方向上且各第二流动通道在由箭头4表示的第二方向(其按一十字流式热交换器的型式优选垂直于第一方向)上由各一种气体通流。
在以下描述的优选的实施例中描述一特别是适用作为用于洗涤干燥器的冷凝器的热交换器，其沿箭头3的方向由过程空气通流，而沿箭头4的方向由冷却空气通流。
图2示出一按照本发明构成的第一流动通道5，其由两个按照图3和4构成的壁6和7限定，如特别地由图5显而易见的。图6示出许多上下重叠设置的第一流动通道5，它们以预选的间距设置并因此在它们之间构成第二流动通道8，所述第二流动通道按图1沿箭头4的方向例如由冷却空气流过。
限定各第一流动通道5的交替上下重叠的板或壁6和7由一薄膜材料、例如一聚丙烯薄膜或铝薄膜制造并且具有一适当的连续不变的壁厚，其优选为0.2mm至0.5mm。在俯视图中壁6和7基本上具有一矩形形状。两壁6和7，如特别由图3至5可看出的，具有平行于第一方向并且在该实施例中也平行于其各纵向侧延伸的侧向条6a和7a，所述侧向条通过焊接气密地相互连接(图5)。由此形成以从侧面封闭的、在其前端和后端敞开的管的形式的流动通道5。
各第一流动通道5还设有内部的、亦即向内凸出的多个间隔件9，所述间隔件成型在图4、5和6中下部的壁7上、基本上由所述壁7垂直竖立并以其自由端贴紧位于其上方的上部的壁6。因此将流动通道5的壁6和7保持在一预选的间距上。此外在图3、5和6中上面的壁6设有多个外部的间隔件10。所述间隔件不伸进第一流动通道5，而从其壁6基本上垂直向外凸出。在壁6和7的堆叠的状态下(图6)这些外部的间隔件10贴紧位于其上方的壁7的底侧并因此确定在成堆上下重叠的流动通道5之间的间距或在处于它们之间的各第二流动通道8的高度。
此外特别图3和4示出，壁6和7具有横向于第一流动方向(图2中箭头3)延伸的、波形的成型部，所述成型部在两壁6和7中构成基本上相同的并且相互平行地设置。
在开头提到的各文件中所述型式的热交换器基本上是已知的并且因此对于行家来说不需要更详细地说明。
按照本发明各成型部11设有至少部分平面的部分。特别有利的是横截面为梯形的成型部11，其按图2至4沿第二方向(图2至4和6中箭头4)具有上升部分11a、下降部分11b和将上升部分和下降部分连接的部分11c。成型部11按图5具有波长l和高度h，优选相互比例l/h至少为5并且优选小于20。
部分11a、11b特别有利地是平面的，而部分11c优选是平面的并且平行于第二方向延伸。此外部分11a、11b和11c按照本发明设有优选成透镜形构成的多个凸起12，它们导致一提高的热交换功率并且特别还导致不显著的压力损失增加，特别在用于冷却空气的第二方向上，如果其深度约为上面的和下面的壁6和7之间的间距的0.2与0.8倍之间的话。凸起12的其他的尺寸及其形状根据在个别情况下要求的功率提高或待容忍的最大压力损失来选择。特别是代替透镜形的凸起，也可以设置这样的具有椭圆的或有棱角的基面的以及菱形的或角锥形的或用任何其他方法构成的凸起。
各凸起12，如特别图3和4所示，可以通过冲制构成，其由壁6、7的相反的各宽侧凸出，因此按选择伸进第一或第二流动通道5或8中并且在其背面导致相应的凹槽。如果将热交换器在使用时设置成使各壁6分别构成各流动通道5的一上边界，而各壁7分别构成各流动通道5的一下边界，则在洗涤干燥器-冷凝器的情况下当然推荐，各下面的壁7在其面向流动通道5的内面只设有凸出的伸进流动通道5的凸起。由此避免在壁7的内面上，即在流动通道5的底面上存在凹槽，其在来自过程空气的水冷凝时导致水坑的形成并阻止要求的冷凝水的流走。这些水坑由于在这些位置上的变坏的热交换是不符合要求的，在水坑中积聚冷凝水而不流走。在上壁上向内凸出的凸起相反是不太关键的，因为形成的冷凝水可以从其滴落。
由图2至6明显的间隔件9和10优选是细长的并且在俯视图中构成扁平椭圆形的或双凸的。它们以其纵轴线符合目的地在第一流动通道5中平行于第一方向而在第二流动通道8中平行于第二方向延伸。特别是间隔件9、10的导流边优选设有小的曲率半径，这产生有利的流动状况和小的压力损失的结果。
还特别有利的是，将间隔件9和10的数量保持在一定的界限内，如果间隔件的数量过多，则一方面增加压力损失，而另一方面减小为设置凸起12剩下的面积。相反如果间隔件的数量过少，则存在危险，即壁6、7由于薄膜材料的柔性在操作时由于接着存在的压力状况过大地变形、凹进并因此同样导致压力损失。在本发明的范围内已证明，间隔件9、10的数量在同形式的分配时每100cm2壁面积不应小于4件，其中所谓一这样的壁面积优选被理解为一基本上约10cm×10cm的正方形面积部分。对于这种情况处在两个支承点之间的面积区域是如此之小，使在那里仍可能的变形在相当大程度上是无害的。间隔件9、10每100cm2或优选10cm×10cm壁面积的数量的上限在相当大程度上取决于可允许的多大的压力损失。间隔件9、10的横截面积还应该尽可能地小，横向于相应的流动方向尤其如此。由于间隔件9、10无助于或只不多地有助于热交换，足够的是，其刚好如此之大，而使间隔件9、10通过采用的制造方法例如深拉伸可刚好仍以需要的稳定性制造。此外应使间隔件9、10在制成的堆叠中交替地上下重叠，由此保持从上向下连续的、优选垂直于两个方向3和4延伸的支承线，如特别由图6表明的。如果间隔件9和10以一任意的侧向偏移相互相对设置，则存在危险，即在操作时产生的压力差导致特别在各单个支承点的区域内的力矩，这可能导致壁6和7的不符合要求的变形。
此外对于本发明的目的被视作有利的是，壁6和7沿全面积基本上相互平行地设置并从而流动通道5和8具有一连续不变的高度，自然除设置间隔件9、10的位置外，向相反的方向设置冲制的凸起并且壁6、7在其边缘上相互连续。由此达到连续的几乎均匀的流动状况。
为达到一良好的抗压强度，由图2至6可见的包括优选相同长的上升的和下降的部分11a、11b的梯形形状已证明作为波形的成型部11是有利的。这特别具有优点，即各凸起12可以设置在平面的壁区域内。当然推荐将不同的区域11a、11b和11c的连接区域构成小弧形的，以便在冷却空气的侧面上，亦即在第二流动通道8中通过成圆弧形的导向区域保持有利的流动状态。但按选择也可以采用其他的例如正弦形的或锯齿形的波形形状。在这方面重要的是一波形形状，其带来一高的抗压强度，而不产生一过大的压力损失。这样的波形形状只微小地有助于提高功率，因此按照本发明附加设置多个凸起12。
如特别图5和6所示的，两个壁6和7，分别构成一个第一流动通道5，分别在其各侧边缘相互固定连接。为了能够这样连接，梯形的壁6(同样参见图3)在其各侧边设有倾斜向下和向外成弧形或弯曲的过渡区域6b，在该过渡区域6b上向外邻接侧向条6a。相反，壁7在其各边缘设有倾斜向上和向外成弧形或弯曲的过渡区域7b，在该过渡区域7b上邻接侧向条7a。两侧向条6a、7a优选基本上是平面的并且不仅相互平行而且平行于壁6、7的假想的中间平面设置。因此壁6、7保持一壳形的外貌，其中在该实施例中壁6构成流动通道5的盖，而壁7构成流动通道的底面。过渡区域6b、7b的位置选择成使壁6、7在侧向条6a、7a相互叠在一起时自动地具有也由各间隔件9预定的间距。
本发明还设定，壁6、7在其前面的和后面的端面上通过焊接相互气密地连接，以便在侧面密封第二流动通道8。如特别图2和7所示的，壁6、7为此在其前端和后端设有连接板条6c，7c，其如同侧向条6a、7a基本上不仅相互平行而且平行于壁6、7的假想的中间平面设置，如同侧向条6a、7a，连接板条6c、7c也经由短的倾斜于中间平面设置的过渡部分连接于壁6、7。但这些未更详细示出的过渡部分与在同一壁6、7上设置的侧向条6a、7a相比分别向相反的方向成弧形或弯曲，亦即例如在图2和5的上面的壁6中向上而在图2和5的下面的壁7向下弯曲。因此如果将两个由两壁6和7构成的流动通道5按图6和7上下重叠在一起，则使该两个流动通道5不仅通过相应尺寸设计的间隔件10，而且在形成侧面的流动通道8的条件下通过发生接触的连接板条6c、7c保持间距。在堆叠中存在的全部流动通道5的连接板条6a、7c焊接以后，因此得到一关联的热交换器部件1(图1)，其中第一和第二流动通道5、8在其平行于相应的流动方向3、4的各侧边上已经气密地和固定地相互连接。为了制造一热交换器、特别是一冷凝器等，则只还需要的是，将部件1的两个端侧的、设有连接板条(6c、7c)的末端按照图1装入按部件1的外圆周设计尺寸的各框架中并且通过粘结与框架相连接。
所述的结构的另一优点在于，侧向条6a、7a和连接板条6c、7c借助于附加的过渡部分6b、7b连接于壁6、7并因此凸出于实际的流动通道5、8之外。因此焊接工具可充分地达到侧向条6a、7a和连接板条6c、7c，并且为了可以可靠地实施焊焊过程，不需要在内部的支持件等。这不取决于，是否首先在侧面焊接各单个流动通道5的壁6、7并接着将流动通道堆叠和也在各端面上焊接，或相反首先上下重叠堆叠全部的壁6、7并接着在侧面和在端面上焊接。
由于所述的构成，壁6和7(它们也可称为板或外壳)结构不同地和只旋转180°地设置。更确切地说它们的区别在于其侧向条和连接板条6a、6c和7a和7c、其间隔件9和10以及必要时其凸起12的位置和方向。
在流动通道5的上方和下方有利地设置由一厚壁的、机械稳定的材料构成的侧面元件14(图1)。它们优选至少与端侧的壁6一起构成另一流动通道8，其中各侧面元件14支承在其各间隔件10上。在相反的侧面上各侧面元件14相反直接贴紧壁7的底侧。各侧面元件14的端侧的末端同样伸进框架2中并且与框架固定连接。由此各侧面元件14一方面有助于将两框架2相互相对支承并且使由各壁6、7形成的堆叠卸去例如产生的组装力和密封力。另一方面各侧面元件14有助于垂直于方向3和4夹紧处于它们之间的堆叠并从而保持间隔件9、10与所属的壁6、7的接触。
例如同样示出一洗涤干燥器-冷凝器的按图8的实施例与按图2至7的区别主要在于，过程空气流过第二流动通道8，而冷却空气流过固定于框架2中的第一流动通道5，如通过相对于图6交换的箭头3和4所示的。因此各成型部11在这种情况下优选沿第一流动通道5的方向延伸。此外不同于图2至6，不仅内部的间隔件9而且外部的间隔件10分别构成连贯的，亦即沿第一或第二流动通道5或8的全长或至少近乎沿所述全长延伸。因此在这里为达到一足够的稳定性，不是间隔件本身的数量，而是它们的相交点的数量应该具有一定的最小值。这些相交点在这种情况下是那些区域(或更好地是它们的中点)，在这些区域上相互垂直的、在不同的平面内并连贯构成的间隔件9、10分别相交。已证明符合目的的是，每100cm2壁面积或优选每10cm×10cm壁面积设置至少4个这样的相交点。其余的部分的位置和设置相对于图2至7是不变的。
最后在图8的情况下可以符合目的的是，伸进流动通道8的凸起12如以上借助图3和4详细说明的那样构成凸出的。
本发明并不限于所述的实施例，其可按各种各样的方式予以改变。这如以上所述特别适用于在个别情况下采用的成型部11的波形形状。优选特别考虑这样的波形形状，其具有连续的相同的波长l并且其中上升的和下降的部分11a、11b基本上是相同长的。在部分11a、11b、11c之间的连接区域内以及也优选在过渡部分6b、7b与邻接的壁部分或侧向条6a、7a和连接板条6c、7c之间的连接区域的半径的尺寸可根据个别情况选择。此外间隔件9、10也可以具有与图6和图8所见的长度不同的长度。此外所述的热交换器可以用于不同于所述的目的并且可以采用不同于空气或蒸汽的气体。根据应用目的还可以与图1相反，第一流动通道5短于第二流动通道8。此外清楚的是，说明“上方”和“下方”关于壁6-7只涉及所述的实施例，其中各第一流动通道5分别在上方通过各壁6而在下方通过各壁7限定，而反向则适用于第二流动通道8。替代地当然也可以例如在一轻微倾斜的位置或在一旋转90°的位置使用热交换器，而使流动通道5或8垂直设置。最后当然也可以以不同于所述和所示的组合应用不同的特征。

Claims (16)

1.用于气态介质的热交换器，包括：多个沿一第一方向(3)延伸的第一流动通道(5)，所述第一流动通道成一堆叠且以间距上下重叠设置，所述第一流动通道以其末端伸进各一个支持框架(2)中并且在所述第一流动通道之间构成沿一第二方向(4)延伸的第二流动通道(8)，其中第一流动通道(5)通过交替地上下重叠的、由薄膜材料构成的各个壁(6、7)限定，所述壁借助于在侧向且平行于第一方向(3)设置的侧向条(6a、7a)通过焊接气密地相互连接，并且所述壁具有多个波形的成型部(11)以及在这些壁上成型的、伸进第一流动通道(5)中的内部的间隔件(9)和外部的间隔件(10)，所述间隔件使成堆叠上下重叠的第一流动通道(5)彼此保持间距；其特征在于，所述波形的成型部(11)设有至少部分地在平面的部分(11a、11b、11c)中设置的多个凸起(12)，所述壁(6、7)具有前面的和后面的、平行于第二方向设置的连接板条(6c、7c)，其中任一个第一流动通道(5)的壁(6、7)的连接板条(6c、7c)分别与在堆叠中位于上方或下方的第一流动通道(5)的壁(6、7)的连接板条在形成一关联的、设有第一和第二流动通道(5、8)的部件(1)的情况下通过焊接气密地相互连接，并且间隔件(9、10)由细长的冲制件构成，其中内部的间隔件(9)以其纵轴线平行于第一方向(3)设置，而外部的间隔件(10)以其纵轴线平行于第二方向(4)设置。
2.按照权利要求1所述的热交换器，其特征在于，部件(1)在具有连接板条(6c、7c)的各末端上通过粘结固定在框架(2)中。
3.按照权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，各成型部(11)沿第一或第二方向构成波形的。
4.按照权利要求1至3之一项所述的热交换器，其特征在于，各成型部(11)构成梯形的，并且将壁(6、7)相互平行设置，使得流动通道(5、8)的高度在没有间隔件(9、10)和凸起(12)的区域内基本上是连续相同的。
5.按照权利要求1至4之一项所述的热交换器，其特征在于，各成型部(11)具有一沿第二方向(4)测量的长度(l)和一垂直于壁(6、7)测量的高度(h)并且比例是20≥l/h≥5。
6.按照权利要求1至5之一项所述的热交换器，其特征在于，内部的和外部的间隔件(9、10)基本上同形式地沿壁(6、7)分布并且在100cm2壁的面积部分内、优选在10cm×10cm的正方形面积部分内分别存在至少4个间隔件(9、10)。
7.按照权利要求1至6之一项所述的热交换器，其特征在于，将内部的和外部的间隔件(9、10)设置成使它们在堆叠中上下重叠并且形成从上向下连续的支承线。
8.按照权利要求1至7之一项所述的热交换器，其特征在于，壁(6、7)具有一基本上恒定的0.1mm至0.5mm的厚度。
9.按照权利要求1至8之一项所述的热交换器，其特征在于，各个在壁(6，7)内的凸起(12)构成凸出的和/或凹入的。
10.按照权利要求9所述的热交换器，其特征在于，各凸起(12)至少在那些在操作时应该被产生的液态的冷凝水流过的壁(7)上冲制成凸出的。
11.按照权利要求10所述的热交换器，其特征在于，各凸起(12)在第一流动通道(5)的在操作时位于下部的壁(7)中凸出并且冲制成伸进第一流动通道(5)中。
12.按照权利要求1至11之一项所述的热交换器，其特征在于，侧向条(6a、7a)和连接板条(6c、7c)设置在向外凸出于流动通道(5、8)的区域内并且通过向上或向下弯曲的部分连接于壁(6、7)。
13.按照权利要求12所述的热交换器，其特征在于，在每一壁(6、7)中引导至侧向条(6a、7a)的部分和引导至连接板条(6c、7c)的部分分别向相反的侧面弯曲。
14.按照权利要求1至13之一项所述的热交换器，其特征在于，侧向条和连接板条(6a、7a或6c、7c)彼此基本上平行地设置。
15.按照权利要求1至14之一项所述的热交换器，其特征在于，间隔件(9、10)近乎沿所属的流动通道(5、8)的全长延伸。
16.按照权利要求15所述的热交换器，其特征在于，在100cm2的壁(6、7)面积部分内、优选在10cm×10cm的正方形面积部分内，在内部的和外部的间隔件(9、10)之间分别存在至少4个相交点。
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