DE102004031519A1

DE102004031519A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102004031519A1
Application number: DE102004031519A
Authority: DE
Inventors: Hubert Storm
Original assignee: HST INST fur THERMODYNAMIK GM; Hst-Institut fur Thermodynamik GmbH
Current assignee: HST INST fur THERMODYNAMIK GM; Hst-Institut fur Thermodynamik GmbH
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2005-08-18

Abstract

Wärmetauscher, umfassend mindestens einen Strömungsweg für ein erstes Fluid, der zumindest abschnittsweise aus einer Anordnung erster Fluidkanäle (11) gebildet wird, einen Strömungsweg für ein zweites Fluid, der zumindest abschnittsweise aus einer Anordnung zweiter Fluidkanäle (12) gebildet wird, wobei die Fluidkanäle (11, 12) mindestens dazu eingerichtet sind, Wärme zwischen den Fluiden zu übertragen, wobei mindestens eine lösbar mit dem Gehäuse verbindbare Strömungskulisse (3, 4, 5, 6, 3', 4', 5', 6', 3'', 4'', 5'', 6'') vorgesehen ist, die mit Mitteln zur Übertragung von Fluid zwischen den Fluidkanälen (11, 12) ausgestattet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wärmetauscher der zuvor genannten Art sind hinreichend bekannt. Sie können grundsätzlich dazu eingesetzt werden, Wärme in Richtung eines Temperaturgefälles zwischen zwei oder mehr fluiden Stoffströmen zu übertragen. Hierdurch können insbesondere gezielte Zustandsänderungen der Fluide (bspw. Kühlen, Erwärmen, Ändern des Aggregatzustandes und/oder sonstiger physikalischer Eigenschaften) erreicht werden.

An dieser Stelle wird bereits deutlich, dass Wärmetauscher speziell an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden müssen. Die Anpassungsvoraussetzungen ergeben sich unter anderem aus der zwischen den Fluiden zu übertragenden Wärmemenge, dem Betriebsdruck, den viskosen Eigenschaften des Fluids etc.. Dementsprechend handelt es sich bei den auf dem Markt verfügbaren Wärmetauschern vornehmlich um Einzelanfertigungen die auf einen bestimmten Anwendungsfall zugeschnitten sind.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe einen Wärmetauscher bereitzustellen, der ohne großen Aufwand an neue Einsatzgebiete angepasst werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wärmetauscher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass mindestens eine lösbar mit dem Gehäuse verbindbare Strömungskulisse vorgesehen ist, die mit Mitteln zur Übertragung von Fluid zwischen ausgewählten Fluidkanälen ausgestattet ist, wird ein Wärmetauscher bereitgestellt, der auf einfache Art und Weise an alternative Spezifikationen angepasst bzw. eingerichtet werden kann, da beispielsweise die Länge der Fluidkanäle und der Weg des Fluid auf sehr einfache Art und Weise durch Ausgestaltung der austauschbaren Strömungskulisse eingestellt werden kann.

Hierzu kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Mittel als Kulissenkanäle ausgebildet sind, die als Aussparungen in die Strömungskulisse eingebracht sind. Auf diese Art und Weise können die entsprechenden Verbindungen zwischen den Fluidkanälen einfach und kostengünstig hergestellt werden. Beispielsweise kann die Strömungskulisse als Gussteil in großen Stückzahlen hergestellt werden.

Auch kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Mittel als Bohrungen in der Strömungskulisse ausgebildet sind. Hierdurch können beispielsweise Fluidströme zwischen den Strömungskulissen realisiert werden.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die ersten Fluidkanäle in Form von Rohrböden zusammengefasst sind. Auf diese Weise lassen sich Rohrböden als Einheiten von Fluidkanälen bevorraten, die darüber hinaus wesentlich einfacher zu handhaben sind.

In diesem Zusammenhang kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher ein Gehäuse aufweist, wobei die Rohrböden in das Gehäuse einschiebbar sind. Dementsprechend ist es auf einfache Art und Weise möglich eine komplette Einheit von Kulissenkanälen auszuwechseln. Auch können beispielsweise unterschiedliche Ausgestaltungen von verschieden ausgestalteten Fluidkanälen zusammengefasst werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rohrböden randseitig mit einer Feder ausgestattet sind, die in eine gehäuseseitige Nut einschiebbar sind.

Eine Kombination aus Feder und Nut eignet sich in besonders vorteilhafter Weise um die Rohrböden innerhalb des Gehäuses zu befestigen.

Als vorteilhafte Ausgestaltung des vorliegenden erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Rohrböden als Stranggussteile ausgeführt sind. Insbesondere die Stranggusstechnik bietet sich unter Kostengesichtspunkten zur Herstellung der vornehmlich länglich und strukturiert ausgestalteten Rohrböden an.

Zur Erhöhung der Wärmeaustauschfläche kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass mindestens einer der Fluidkanäle mit Lamellen ausgestattet ist.

In einer bevorzugten Bauform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse die Gestalt eines quaderförmigen, beidseitig geöffneten Hohlkörpers aufweist, wobei sich die Fluidkanäle entlang des Gehäuses erstrecken, wobei das Gehäuse beidseitig mit mindestens einer Strömungskulisse ausgestattet ist.

Auch kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass jeweils eine erste Strömungskulisse und eine zweite Strömungskulisse auf einer Seite des Gehäuses vorgesehen ist, wobei jeweils eine dritte Strömungskulisse und eine vierte Strömungskulisse auf der anderen Seite des Gehäuses vorgesehen ist, wobei die Strömungskulissen jeweils untereinander und mit den Fluidkanäle in einer zur Fluidübertragung geeigneten Verbindung stehen. Insbesondere durch die Verwendung zweier Strömungskulissen auf beiden Seiten des Gehäuses ergibt sich eine große Anzahl von Gestaltungsmöglichkeiten der jeweiligen Verbindungen zwischen den Fluidkanälen.

Des Weiteren kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die zweiten Fluidkanäle durch den Raum zwischen den ersten Fluidkanälen und dem Gehäuse ausgebildet werden. Durch diese Maßnahme kann der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt und darüber hinaus Herstellungskosten eingespart werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
1 eine seitlich geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
1a eine Schnittdarstellung gemäß A-A;
2 eine vergrößerte Darstellung gemäß 1a;
3 eine vergrößerte Darstellung eines Rohrbodens eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
4 eine erste Ausführungsform einer zweiten Strömungskulisse(Vierweg – Ausführung);
5 eine erste Ausführungsform einer vierten Strömungskulisse (Vierweg – Ausführung);
6 eine zweite Ausführungsform einer zweiten Strömungskulisse (Zweiweg – Ausführung);
7 eine zweite Ausführungsform einer vierten Strömungskulisse (Zweiweg – Ausführung);
8 eine dritte Ausführungsform einer zweiten Strömungskulisse (Einweg – Ausführung);
9 eine dritte Ausführungsform einer vierten Strömungskulisse (Einweg – Ausführung);
10 eine erste Ausführungsform einer ersten Strömungskulisse (Vierweg – Ausführung);
11 eine erste Ausführungsform einer dritten Strömungskulisse (Vierweg – Ausführung);
12 eine zweite Ausführungsform einer ersten Strömungskulisse (Zweiweg – Ausführung);
13 eine zweite Ausführungsform einer dritten Strömungskulisse (Zweiweg – Ausführung);
14 eine dritte Ausführungsform einer ersten Strömungskulisse (Einweg – Ausführung);
15 eine dritte Ausführungsform einer dritten Strömungskulisse (Einweg – Ausführung).
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 1 umfasst im Wesentlichen einen Grundkörper 2, der auf der ersten Seite mit einer ersten Strömungskulisse 3 und zweiten Strömungskulisse 4, sowie auf der anderen Seite mit einer dritten Strömungskulisse 5 und vierten Strömungskulisse 6 ausgestattet ist.
Der Grundkörper 2 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 15, sowie einer Anzahl von Rohrböden 16. Bei den Rohrböden 16 handelt es sich in der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 um quaderförmige Stranggussprofile, die seitlich mit einer Feder 17 zur Aufnahme in einer Nut 18 des Gehäuses 15 ausgestattet sind und eine Anzahl von innenliegenden ersten Fluidkanälen 11 aufweisen. Es ist weiterhin zur Erhöhung der Wärmeübergangsfläche vorgesehen, dass die ersten Fluidkanäle 11 bzw. die Rohrböden 16 mit Lamellen 13 ausgestattet sind, die sich in Längsrichtung der ersten Fluidkanäle 11 bzw. der Rohrböden 16 erstrecken.
Das Gehäuse 15 weist die Gestalt eines quaderförmigen, zweiseitig geöffneten Hohlkörpers auf und bildet in den Zwischenräumen zwischen den Rohrböden 16 und dem Gehäuse 15 zweite Fluidkanäle 12 aus. Des Weiteren sind jeweils ein Öleingang 9 und ein Ölausgang 10 am Gehäuse 15 angebracht, die zur Versorgung der zweiten Fluidkanäle 12 mit Öl eingerichtet sind.
Auch sind eine erste und eine zweite Strömungskulisse 3, 4 sowie eine dritte und vierte Strömungskulisse 5, 6 vorgesehen, die jeweils an den offenen Enden des Gehäuses 15 über geeignete Befestigungsmittel 19 angebracht sind. Die Strömungskulissen 3, 4, 5, 6 selbst weisen Kulissenkanäle 14 auf, die als Aussparung innerhalb der Strömungskulissen 3, 4, 5, 6 ausgebildet sind. Auch sind Bohrungen 22 in den ersten und dritten Strömungskulissen 3, 5 vorgesehen, die zur Fluidübertragung zwischen den jeweiligen zweiten und vierten Strömungskulissen 4, 6 und den jeweiligen Fluidkanälen 11 geeignet sind. Darüber hinaus weist die vierte Strömungskulisse 6 jeweils einen Wassereingang 7 und einen Wasserausgang 8 auf, die zur Versorgung der ersten Fluidkanäle 11 mit Wasser eingerichtet sind. Auch ist vorgesehen, dass die zweite Strömungskulisse 4 mit einer Entlüftung 20 und einer Entleerung 21 ausgestattet ist.
Nunmehr zeichnet sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 durch seinen einfachen Aufbau und seine universelle Anpassbarkeit an unterschiedliche Betriebsanforderungen aus. Zu diesem Zweck sind jeweils Sätze alternativer Strömungskulissen 3', 4', 5', 6' bzw. 3'', 4'', 5'', 6'' vorgesehen, die sich hinsichtlich der ausgesparten Kulissenkanäle 14 unterscheiden können. Im Zusammenspiel mit den Fluidkanälen 11 bzw. den Fluidkanälen 12 können mit ein und demselben Grundkörper 2 unterschiedliche Strömungswege darstellt werden, so dass der Wärmetauscher 1 auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Rahmenbedingungen angepasst werden kann. So kann beispielsweise durch eine geeignete Ausgestaltung der Kulissenkanäle 14 nur die Hälfte aller verfügbaren ersten Fluidkanäle 11 mit Wasser beaufschlagt werden. Auch können alternative Rohrböden (nicht dargestellt) eingesetzt werden, die beispielsweise ohne Lamellen 13 ausgestaltet sind. Selbstverständlich können die Strömungskulissen auch zwischen den einzelnen Sätzen getauscht werden, so dass sich nahezu beliebige Zusammenstellungen realisieren lassen.
Insgesamt ergibt sich ein modulares Wärmetauscherbaukastensystem, welches sich insbesondere durch seine kostengünstige Herstellbarkeit, als auch durch seine universelle Anwendbarkeit auszeichnet, da die einzelnen Komponenten je nach Anforderungsprofil ausgetauscht bzw. nach Kundenwunsch zusammengestellt werden können.
Der Wärmetauscher 1 könnte für eine Ölmenge für 50 l/min wie auch durch Änderung der Rohrböden 16 für 200 l/min aufgebaut werden. Auch entsprechend unterschiedliche Wasserdurchflussmengen sind denkbar. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bündelwärmetauschern ist ein Gegenstrombetrieb auch bei Mehrwegführungen gegeben. Auch sind Fluide einsetzbar, deren Austrittstemperaturen sich überschreiten, so wie beispielsweise bei der Wärmerückgewinnung.

Claims

Wärmetauscher, umfassend mindestens – einen Strömungsweg für ein erstes Fluid, der zumindest abschnittsweise aus einer Anordnung erster Fluidkanäle (11) gebildet wird, – einen Strömungsweg für ein zweites Fluid, der zumindest abschnittsweise aus einer Anordnung zweiter Fluidkanäle (12) gebildet wird, wobei – die Fluidkanäle (11, 12) mindestens dazu eingerichtet sind, Wärme zwischen den Fluiden zu übertragen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine lösbar mit dem Wärmetauscher verbindbare Strömungskulisse (3, 4, 5, 6, 3', 4', 5', 6', 3'', 4'', 5'', 6'') vorgesehen ist, die mit Mitteln zur Übertragung von Fluid zwischen ausgewählten Fluidkanälen (11, 12) ausgestattet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Kulissenkanäle (14) ausgebildet sind, die als Aussparungen in die Strömungskulisse (3, 4, 5, 6, 3', 4', 5', 6', 3'', 4'', 5'', 6'') eingebracht sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Bohrungen (22) in der Strömungskulisse (3, 3', 3'', 4, 4', 4'') ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fluidkanäle (11) innerhalb von Rohrböden (16) zusammengefasst sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Gehäuse (15) umfasst, wobei die Rohrböden (16) in das Gehäuse (15) einschiebbar sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrböden (16) randseitig mit einer Feder (17) ausgestattet sind, die in eine gehäuseseitige Nut (18) einschiebbar sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrböden (16) als Stranggussteile ausgeführt sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Fluidkanäle (11, 12) mit Lamellen (13) ausgestattet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) die Gestalt eines quaderförmigen, beidseitig geöffneten Hohlkörpers aufweist, wobei sich die Fluidkanäle (11, 12) entlang des Gehäuses (15) erstrecken, wobei das Gehäuse (15) beidseitig mit mindestens einer Strömungskulisse (3, 4, 5, 6, 3', 4', 5', 6', 3'', 4'', 5'', 6'') ausgestattet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine erste Strömungskulisse (3, 3', 3'') und eine zweite Strömungskulisse (4, 4', 4'') auf einer Seite des Gehäuses (15) vorgesehen ist, wobei jeweils eine dritte Strömungskulisse (5, 5', 5'') und eine vierte Strömungskulisse (6, 6', 6'') auf der anderen Seite des Gehäuses vorgesehen ist, wobei die Strömungskulissen (3, 4, 5, 6, 3', 4', 5', 6', 3'', 4'', 5'', 6'') jeweils untereinander und mit den Fluidkanäle (11, 12) in einer zur Fluidübertragung geeigneten Verbindung stehen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Fluidkanäle (12) durch den Raum zwischen den ersten Fluidkanälen (11) und dem Gehäuse (15) ausgebildet werden.