DE102004046587A1

DE102004046587A1 - heat exchangers

Info

Publication number: DE102004046587A1
Application number: DE102004046587A
Authority: DE
Inventors: Josef Bachmaier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: DE112005002917A5; WO2006032258B1; EP1800079A1; US20080257534A1; DE102004046587B4; WO2006032258A1

Abstract

Ein Wärmetauscher mit durch Trennwände getrennten Kanälen (3.1, 3.2, ...), die abwechselnd im Gegenstrom von dem einen bzw. anderen Strömungsmedium (W, K) durchströmt werden, ist durch ein spiralförmig gewickeltes, blattförmiges Material (1) gebildet. Die Windungen (2.1, 2.2, ...) der Spirale bilden dabei die Trennwände zwischen den Kanälen (3.1, 3.2, ...). Die Kanäle (3.1, 3.2, ...) sind zusätzlich durch Trennstege (4.1, 4.2, ...) zwischen benachbarten Windungen (2. 1, 2.2, ...) voneinander getrennt.A heat exchanger with separated by partitions channels (3.1, 3.2, ...), which are alternately flowed through in countercurrent of one or the other flow medium (W, K) is formed by a spirally wound, sheet-like material (1). The turns (2.1, 2.2, ...) of the spiral thereby form the partitions between the channels (3.1, 3.2, ...). The channels (3.1, 3.2, ...) are additionally separated by separating webs (4.1, 4.2, ...) between adjacent turns (2. 1, 2.2, ...).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Es sind die unterschiedlichsten Arten von Wärmetauschern bekannt, beispielsweise Röhrenwärmetauscher, Plattenwärmetauscher, usw. So unterschiedlich sie in ihrer Art sind, so unterschiedlich sind auch die Einsatzgebiete. So werden Wärmetauscher beispielsweise zur Raumbelüftung verwendet, jedoch beispielsweise auch bei Stirling-Maschinen oder Stickstoffmotoren eingesetzt. Neben einem hohen Wirkungsgrad und einem geringen Herstellungsaufwand wird dabei häufig ein geringer Platzbedarf sowie eine hohe Druck- und/oder Wärmefestigkeit verlangt.It are the most diverse types of heat exchangers known, for example Tube heat exchanger, Plate heat exchanger, etc. As different as they are in their way, so different also the application areas. For example, heat exchangers for room ventilation used, but for example in Stirling machines or Nitrogen engines used. In addition to high efficiency and a low production cost is often a small footprint and requires a high pressure and / or heat resistance.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der diese Anforderungen erfüllt.task The invention is a heat exchanger to provide that meets these requirements.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Wärmetauscher erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.This is inventively with the characterized in claim 1 heat exchanger reached. In the dependent claims advantageous embodiments of the invention are shown.

Nach der Erfindung wird der Wärmetauscher auf einfache Weise dadurch hergestellt, dass wenigstens ein blattförmiges Material um die Längsachse des Wärmetauschers gewickelt wird. Im Querschnitt wird damit eine Spirale mit beabstandeten Windungen gebildet. Die Windungen bilden damit die Trennwände, während die Kanäle durch den Raum zwischen den beabstandeten Windungen gebildet werden. Um die einzelnen Kanäle voneinander zu trennen, können zwischen benachbarten Windungen zusätzlich Trennstege vorgesehen sein, die sich entlang des Wärmetauschers von einer Stirnseite zur anderen erstrecken. Damit wird zwischen zwei Windungen und zwei Trennstegen jeweils ein Kanal gebildet. Dadurch wird ein kompakter, platzsparender Aufbau des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sichergestellt. Darüber hinaus kann der Wärmetauscher als Meterware mit einer beliebigen Windungszahl und mit beliebigen Abmessungen vorproduziert werden.To The invention relates to the heat exchanger simple manner produced by at least one sheet-like material around the longitudinal axis of the heat exchanger is wound. In cross-section so that a spiral with spaced Turns formed. The turns thus form the partitions, while the channels be formed by the space between the spaced turns. To the individual channels can separate from each other additional dividers are provided between adjacent turns be along the heat exchanger extend from one end face to the other. This will be between two turns and two dividers each formed a channel. This results in a compact, space-saving design of the heat exchanger according to the invention ensured. About that In addition, the heat exchanger as meter goods with any number of turns and with any Dimensions are pre-produced.

Die Kanäle werden abwechselnd im Gegenstrom von dem einen bzw. anderen Strömungsmedium durchströmt, zwischen denen die Wärmeübertragung stattfindet. D.h., der innerste oder erste Kanal zwischen der innersten oder ersten Windung und der zweiten Windung wird von dem einen, beispielsweise warmen Strömungsmedium in einer Richtung durchströmt und der zweite Kanal zwischen der zweiten Windung und der dritten Windung von dem anderen, kälteren Strömungsmedium in der Gegenrichtung, der dritte Kanal wieder von dem warmen Strömungsmedium, usw.The channels be alternately in countercurrent of the one or the other flow medium flows through between those the heat transfer takes place. That is, the innermost or first channel between the innermost or first turn and the second turn is from the one, for example, warm flow medium flows through in one direction and the second channel between the second turn and the third Swirl from the other, colder flow medium in the opposite direction, the third channel again from the warm flow medium, etc.

Das Strömungsmedium kann sowohl ein Gas wie eine Flüssigkeit sein, aber beispielsweise auch eine feste Wärmespeichermasse mit einer Schmelztemperatur unterhalb der Temperatur des warmen Strömungsmediums, beispielsweise Paraffin, Wachs oder Fett. Das blattförmige Material kann Metall, Kunststoff oder ein anderes Material sein, sofern es sich wickeln oder gewickelt produzieren lässt. Bei einem gasförmigen Strömungsmedium und weniger extremen Anforderungen, beispielsweise beim Einsatz zur Raumlüftung, kann das blattförmige Material Kunststoff sein. Bei hohen Temperaturen kann beispielsweise auch ein Edelstahlblech verwendet werden.The flow medium can be both a gas and a liquid be, but for example, a solid heat storage mass with a melting temperature below the temperature of the warm flow medium, for example Paraffin, wax or fat. The sheet material may be metal, Plastic or other material, as long as they wrap or wound produce. at a gaseous one flow medium and less extreme requirements, for example in use for room ventilation, Can the leaf-shaped Material be plastic. For example, at high temperatures Also a stainless steel sheet can be used.

Insbesondere wenn die Trennwände aus dem blattförmigen Material einstückig ausgebildet sind, weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher eine hohe Druck- und Temperaturfestigkeit auf. Um die Druckfestigkeit zu erhöhen, können zwischen den Windungen vorzugsweise in Längsrichtung und um den Umfang verteilt punktförmige Verbindungsstellen vorgesehen sein.Especially if the partitions from the leaf-shaped Material in one piece are formed, the heat exchanger according to the invention has a high pressure and temperature resistance. In order to increase the compressive strength, you can choose between the turns preferably in the longitudinal direction and distributed around the circumference point-shaped joints provided be.

Um den Strömungsweg bei gleicher Länge und gleichem Durchmesser des Wärmetauschers zu verlängern und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen, sind vorzugsweise die einzelnen Kanäle an den Stirnseiten des Wärmetauschers über einen Teilkreis geschlossen und an der anderen Stirnseite über einen Teilkreis offen. Wenn die Trennstege parallel zur Polachse der Spirale, also parallel zur Längsachse des Wärmetauschers verlaufen, liegt vorzugsweise dem geschlossenen Teilkreis eines Kanals an der einen Stirnseite ein offener Teilkreis an der anderen Stirnseite gegenüber. Damit fließt das Strömungsmedium nicht gerade durch die Kanäle, sondern wird in Umfangsrichtung umgelenkt, so dass es an der anderen Stirnseite, bezogen auf den Querschnitt des Wärmetauschers, auf der gegenüberliegenden Seite austritt. D.h., wenn es bei einem waagerecht angeordneten Wärmetauscher an der einen Stirnseite oben oder rechts in den Kanal eintritt, tritt es an der anderen Stirnseite unten bzw. links aus.Around the flow path at the same length and same diameter of the heat exchanger to extend and thus to increase the efficiency, are preferably the individual channels on the front sides of the heat exchanger via a Closed circle and at the other end over a pitch circle open. If the dividers parallel to the polar axis of the spiral, ie parallel to the longitudinal axis of the heat exchanger run, is preferably the closed pitch of a Channels on one end face an open circle on the other Front opposite. With it flows the flow medium is not straight through the channels, but is deflected in the circumferential direction, so that it at the other end, based on the cross section of the heat exchanger, on the opposite Side exit. That is, if it is a horizontally disposed heat exchanger enters the channel at the top or the right of one of the ends, it occurs at the other end face down or left.

Die Teilkreise werden vorzugsweise durch Halbkreise gebildet. Die offenen Teilkreise bzw. Halbkreise, über die das Strömungsmedium in den Wärmetauscher eintritt, sind vorzugsweise auf der gleichen Seite oder Hälfte der einen Seite des Wärmetauschers angeordnet, und die offenen Teilkreise bzw. Halbkreise, über die das andere Strömungsmedium auf der anderen Stirnseite in Gegenrichtung eintritt, auf der gegenüberliegenden Seite bzw. Hälfte der anderen Stirnseite.The Subcircuits are preferably formed by semicircles. The open Subcircuits or semicircles, about the the flow medium in the heat exchanger are preferably on the same page or half of one side of the heat exchanger arranged, and the open pitch circles or semicircles, over the the other flow medium on the other end enters in the opposite direction, on the opposite side Page or half of other end face.

D.h., bei einem waagerecht angeordneten Wärmetauscher und parallel zur Längsachse verlaufenden Trennstegen sind die offenen Teil- oder Halbkreise beispielsweise unten oder rechts für den Eintritt des einen Strömungsmediums vorgesehen, und die offenen Teil- oder Halbkreise an der anderen Stirnseite für den Eintritt des anderen Strömungsmediums im Gegenstrom oben bzw. links. Damit wird der Anschluss des Wärmetauschers wesentlich erleichtert, weil das eine Strömungsmedium an der einen Stirnseite und das andere Strömungsmedium im Gegenstrom auf der anderen Stirnseite jeweils auf einer Seite bzw. Hälfte der jeweiligen Stirnseite angeschlossen werden kann.that is, in a horizontally arranged heat exchanger and parallel to longitudinal axis extending dividers are the open partial or semicircles for example, below or to the right for the entry of a flow medium provided, and the open semicircles or semicircles on the other end face for the Entry of the other flow medium in countercurrent above or left. This will be the connection of the heat exchanger much easier because that is a flow medium at the one end and the other flow medium in countercurrent on the other end on one side or half the respective front side can be connected.

Die Trennstege können jedoch auch schraubenförmig um die Polachse der Spirale, also die Längsachse des Wärmetauschers verlaufen. Der Schraubenwinkel kann 180 ° oder ein Vielfaches davon sein. Damit kann das Strömungsmedium jeweils an der gleichen Seite an der einen Stirnseite ein- und an der anderen Stirnseite austreten, also z.B. bei einem waagerecht angeordneten Wärmetauscher in der oberen Hälfte an einer Stirnseite eintreten und an der oberen Hälfte aus der anderen Stirnseite austreten.The Dividers can but also helical around the polar axis of the spiral, ie the longitudinal axis of the heat exchanger run. The helix angle can be 180 ° or a multiple thereof. This allows the flow medium in each case on the same side at one end face and on the other end face, so e.g. at a level arranged heat exchanger in the upper half enter at one end and out at the top half the other end side exit.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann auf unterschiedlichen Gebieten zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann er bei Stickstoffmotoren verwendet werden, bei denen flüssiger Stickstoff mit Luft entspannt wird, d.h., bei denen der Stickstoff das kalte Strömungsmedium und die Luft oder Wasser im Gegenstrom das warme Strömungsmedium bildet. Als weitere Verwendungsmöglichkeit ist die Stirling-Maschine zu nennen, da der erfindungsgemäße Wärmetauscher einem hohen Druck und hoher Temperatur standzuhalten vermag. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann ferner als Absorber für Wärmepumpen eingesetzt werden, ferner beispielsweise als Wasser/Luft-Erhitzer, z.B. als Vor- bzw. Nachheizregister. Auch ist er für Geowärmeanlagen hervorragend geeignet.Of the Heat exchanger according to the invention can be used in different fields. For example it can be used in nitrogen engines in which liquid nitrogen with Air, that is, where the nitrogen is the cold flow medium and the air or water countercurrently forms the warm flow medium. As another use is the Stirling machine to call, as the heat exchanger according to the invention can withstand high pressure and high temperature. Of the inventive heat exchanger can also be used as an absorber for Heat pumps also be used, for example, as water / air heaters, e.g. as pre- and post-heating register. It is also ideal for geothermal heating systems.

Wenn an der einen und der anderen Seite jeder Windung ein elektrischer Kontakt angebracht wird, kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher auch zur Gewinnung von Thermostrom nach dem Peltier-Effekt genutzt werden.If on one and the other side of each turn an electric one Contact is attached, the heat exchanger according to the invention also for recovery be used by Thermostrom after the Peltier effect.

Nachstehend sind drei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:below are three embodiments of the heat exchanger according to the invention with the attached Drawing closer by way of example explained. In each case schematically show:

1 einen Wärmetauscher nach einer ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht; 1 a heat exchanger according to a first embodiment in a perspective view;

2 und 3 eine Draufsicht auf die eine bzw. andere Stirnseite des Wärmetauschers; 2 and 3 a plan view of the one or the other end face of the heat exchanger;

4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 1; 4 a cross section along the line IV-IV in 1 ;

5 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher nach einer weiteren Ausführungsform; 5 a cross section through the heat exchanger according to a further embodiment;

6 und 7 eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Wärmetauschers ohne bzw. mit Deckel nach 5; 6 and 7 a plan view of an end face of the heat exchanger without or with lid after 5 ;

8 eine der 7 entsprechende Draufsicht jedoch auf einen als Mischer ausgebildeten Wärmetauscher; 8th one of the 7 corresponding top view, however, on a designed as a mixer heat exchanger;

9 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher nach einer dritten Ausführungsform; und 9 a cross section through the heat exchanger according to a third embodiment; and

10 eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Wärmetauschers nach 9 mit dem Deckel für eines der beiden Strömungsmedien. 10 a plan view of an end face of the heat exchanger according to 9 with the lid for one of the two flow media.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher besteht aus einem blattförmigen Material 1, das spiralförmig um die Längsachse des Wärmetauschers oder Polachse P der Spirale gewickelt ist. Die Windungen 2.1, 2.2, 2.3, ..., 2.6 der Spirale bilden die Trennwände des Wärmetauschers, während die Kanäle 3.1, 3.2, ..., 3.5 durch den Raum zwischen den benachbarten Windungen gebildet werden.The heat exchanger according to the invention consists of a sheet-shaped material 1 which is spirally wound around the longitudinal axis of the heat exchanger or polar axis P of the spiral. The turns 2.1 . 2.2 . 2.3 , ..., 2.6 The spiral forming the partitions of the heat exchanger, while the channels 3.1 . 3.2 , ..., 3.5 be formed by the space between the adjacent turns.

Um die einzelnen Kanäle strömungsmediumdicht voneinander zu trennen, sind zwischen benachbarten Windungen 2.1, 2.2, 2.3, ... zusätzlich Trennstege 4.1, 4.2, ..., 4.5 vorgesehen, die sich entlang des Wärmetauschers von einer Stirnseite A zur anderen Stirnseite B erstrecken.In order to separate the individual channels fluid-tight from each other, are between adjacent turns 2.1 . 2.2 . 2.3 , ... additional dividers 4.1 . 4.2 , ..., 4.5 provided, which extend along the heat exchanger from one end face A to the other end face B.

Die Kanäle 3.1, 3.2, ... werden abwechselnd im Gegenstrom von dem warmen Strömungsmedium W bzw. dem kalten Strömungsmedium K durchströmt, wobei das warme Strömungsmedium W an der Stirnseite A eintritt und an der anderen Stirnseite B als Wk abgekühlt austritt, während das kalte Strömungsmedium K an der Stirnseite B eintritt und an der Stirnseite A als Kw erwärmt austritt.The channels 3.1 . 3.2 , ... are alternately flowed through in countercurrent of the warm flow medium W and the cold flow medium K, the warm flow medium W enters the front end A and exits cooled at the other end B as Wk, while the cold flow medium K at the front B enters and emerges heated on the front side A as Kw.

D.h., der innerste oder erste Kanal 3.1 zwischen der innersten oder ersten Windung 2.1 und der zweiten Windung 2.2 wird von dem kalten Strömungsmedium K in der einen Richtung durchströmt und der zweite Kanal 3.2 zwischen der zweiten Windung 2.2 und der dritten Windung 2.3 von dem warmen Strömungsmedium W in der Gegenrichtung, der dritte Kanal 3.3 wieder von dem kalten Strömungsmedium K, der vierte Kanal 3.4 von dem warmen Strömungsmedium W und der fünfte Kanal 3.5 wieder von dem kalten Strömungsmedium K.That is, the innermost or first channel 3.1 between the innermost or first turn 2.1 and the second turn 2.2 is traversed by the cold flow medium K in one direction and the second channel 3.2 between the second turn 2.2 and the third turn 2.3 from the warm flow medium W in the opposite direction, the third channel 3.3 again from the cold flow medium K, the fourth channel 3.4 from the warm flow medium W and the fifth channel 3.5 again from the cold flow medium K.

Um den Strömungsweg zu verlängern und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen, sind die einzelnen Kanäle 3.1, 3.2, ... an beiden Stirnseiten A und B des Wärmetauschers jeweils über einen Halbkreis 5.1, 5.2, ..., 5.5 geschlossen und dazwischen offen. Dem geschlossenen Halbkreis 5.1, 5.2, ... auf der einen Stirnseite A liegt dabei ein offener Halbkreis 6.1, 6.2, .., auf der anderen Stirnseite B gegenüber. Die geschlossenen Halbkreise 5.1, 5.2, ... erstrecken sich jeweils bis zum jeweiligen Trennsteg 4.1, 4.2, .... Da die Trennstege 4.1, 4.2, ... parallel zur Polachse P verlaufen, fließt das Strömungsmedium W bzw. K nicht gerade durch die Kanäle 3.1, 3.2, ..., sondern es wird in Umfangsrichtung umgelenkt, so dass es an der anderen Stirnseite B bzw. A auf der gegenüberliegenden Hälfte austritt. D.h., das Strömungsmedium W tritt an der einen, linken Hälfte der Stirnseite A ein und an der gegenüberliegenden, also rechten Hälfte der Stirnseite B, als Wk wieder aus, während das andere Strömungsmedium K an der linken Hälfte der Stirnseite B eintritt und an der rechten Hälfte der Stirnseite A als Kw wieder austritt, so dass dort die entsprechenden Zu- und Ablaufleitungen angeschlossen werden können.To extend the flow path and thus increase the efficiency, are the individual channels 3.1 . 3.2 , ... on both end faces A and B of the heat exchanger in each case over a semicircle 5.1 . 5.2 , ..., 5.5 closed and in between open. The closed semicircle 5.1 . 5.2 , ... on one end face A lies an open semicircle 6.1 . 6.2 , .., on the other front B opposite. The closed semicircles 5.1 . 5.2 , ... each extend to the respective divider 4.1 . 4.2 , .... because the dividers 4.1 . 4.2 , ... parallel to the polar axis P, the flow medium W or K does not flow straight through the channels 3.1 . 3.2 , ..., but it is deflected in the circumferential direction, so that it exits at the other end face B and A on the opposite half. That is, the flow medium W occurs on the one, left half of the front side A and on the opposite, ie right half of the front side B, as Wk again off, while the other flow medium K occurs on the left half of the front side B and on the right Half of the front side A as Kw emerges again, so that there the corresponding inlet and outlet pipes can be connected.

Um die Druckfestigkeit des Wärmetauschers zu erhöhen, sind zwischen den Windungen 2.1, 2.2, ... in Längsrichtung und in Umfangsrichtung verteilt punktförmige Verbindungsstellen 6' vorgesehen, die beispielsweise durch Punktschweißen erzeugt werden.To increase the pressure resistance of the heat exchanger, are between turns 2.1 . 2.2 , ... in the longitudinal direction and circumferentially distributed point-shaped joints 6 ' provided, which are generated for example by spot welding.

Die Trennstege 4.1, 4.2, ... zwischen den einzelnen Windungen 2.1, 2.2 sind einander benachbart auf einer Seite des Wärmetauschers angeordnet. Der Endabschnitt der inneren bzw. der äußeren Längskante 7 bzw. 8 des spiralförmig gewickelten Materials 1 ist mit der benachbarten Windung 2.2 bzw. 2.5 dicht verbunden.The dividers 4.1 . 4.2 , ... between the individual turns 2.1 . 2.2 are arranged adjacent to each other on one side of the heat exchanger. The end portion of the inner and the outer longitudinal edge 7 respectively. 8th of the spirally wound material 1 is with the adjacent turn 2.2 respectively. 2.5 tightly connected.

In der Mitte des Wärmetauschers ist ein Bypass-Kanal 9 vorgesehen, durch den bei Verwendung des Wärmetauschers zur Raumlüftung beispielsweise kalte Luft, z.B. im Sommer, in den Raum gefördert werden kann.In the middle of the heat exchanger is a bypass channel 9 provided by the use of the heat exchanger for room ventilation, for example, cold air, eg in summer, can be promoted in the room.

Um den Wärmeübergang zu verbessern, können in den Kanälen 3.1, 3.2, ... auch Lamellen oder dergleichen Oberflächen vergrößernde Körper vorgesehen sein.In order to improve the heat transfer, can in the channels 3.1 . 3.2 , ... also lamellae or similar surface-enlarging body be provided.

Bei der weiteren Ausführungsform des Wärmetauschers nach 5 und 6 sind zwei, also ein Paar von Blättern 10 und 11, welche durch Abstandshalter 14 voneinander getrennt sind, spiralförmig um die Längs- oder Polachse P gewickelt. Der Kanal 13.1 für das eine, z.B. warme Strömungsmedium W, wird dabei durch den Abstand zwischen den beiden Blättern 10 und 11 gebildet, und der Kanal 13.2 für das andere, z.B. kalte Strömungsmedium K, durch den Abstand zwischen dem inneren Blatt 11 der jeweiligen äußeren Windung des Blattpaares 11, 12 und dem äußeren Blatt 10 der benachbarten inneren Windung des Blattpaares 10, 11.In the further embodiment of the heat exchanger according to 5 and 6 are two, so a pair of leaves 10 and 11 which by spacers 14 are separated from each other, spirally wound around the longitudinal or polar axis P. The channel 13.1 for the one, for example, warm flow medium W, is determined by the distance between the two leaves 10 and 11 formed, and the channel 13.2 for the other, eg cold flow medium K, by the distance between the inner sheet 11 the respective outer turn of the pair of sheets 11 . 12 and the outer leaf 10 the adjacent inner turn of the leaf pair 10 . 11 ,

In den Kanälen 13.1 und 13.2 können (nicht dargestellte) beispielsweise schraubenförmige Trennstege vorgesehen sein, um den Strömungsweg zu verlängern. Auch können die Kanäle 13.1 und 13.2 durch unterschiedlich lange Abstandshalter 15 eine unterschiedliche Breite besitzen. So kann beispielsweise bei einem Luft/Wärme-Tauscher ein breiter Kanal 13.2 für den Luftdurchtritt und ein schmaler Kanal 13.1 für den Wasserdurchtritt vorgesehen sein.In the channels 13.1 and 13.2 For example, helical dividers (not shown) may be provided to extend the flow path. Also, the channels can 13.1 and 13.2 by different lengths spacers 15 have a different width. Thus, for example, in an air / heat exchanger, a wide channel 13.2 for the passage of air and a narrow channel 13.1 be provided for the passage of water.

In 5 sind zugleich die Kontakte 15, 16 zur Abnahme des Thermostroms nach dem Peltier-Effekt von dem Blatt 11 dargestellt, das auf der einen Seite durch das warme Strömungsmittel W in dem Kanal 13.1 erwärmt und auf der anderen Seite durch das kalte Strömungsmedium K in dem Kanal 13.2 gekühlt wird.In 5 are at the same time the contacts 15 . 16 to decrease the thermo-current after the Peltier effect of the leaf 11 shown on the one hand by the warm fluid W in the channel 13.1 heated and on the other side by the cold flow medium K in the channel 13.2 is cooled.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann auch für drei und mehr Medien ausgelegt sein. Wenn beispielsweise ein Trennsteg in einem der Kanäle 13.1, 13.2 vorgesehen ist, um drei Kanäle zu bilden, kann z.B. durch einen Kanal die von einer Solaranlage erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit fließen, im zweiten Kanal eine Wärmespeichermasse vorgesehen sein, z.B. Paraffin oder Fett, und durch den dritten Kanal im Durchlauf z.B. Wasser fließen, um warmes Wasser zu erhalten.The heat exchanger according to the invention can also be designed for three or more media. For example, if a divider in one of the channels 13.1 . 13.2 is provided to form three channels, for example, can flow through a channel heated by a solar thermal fluid, be provided in the second channel a heat storage mass, eg paraffin or fat, and through the third channel in the flow, for example, water to warm water receive.

Gemäß 6 kann auch bei der Ausführungsform nach 5 der Kanal 13.1 an einer Stirnseite auf einer, beispielsweise der linken Seite geschlossen und auf der anderen Seite offen sein, während der Kanal 13.2 auf dieser Stirnseite auf der linken Seite offen und auf der rechten Seite geschlossen ist. Durch Anbringung entsprechender Deckel 17, 18 mit Rohranschlüssen 19, 20 auf der jeweiligen Seite jeder Stirnseite können die entsprechenden Zu- und Ablaufleitungen für das jeweilige Strömungsmedium angeschlossen werden. Mit dem Deckel wird der Bypass-Kanal 6 verschlossen.According to 6 can also according to the embodiment 5 the channel 13.1 closed at one end on one, for example the left side and open on the other side, while the channel 13.2 closed on this front on the left side and closed on the right side. By attaching appropriate lids 17 . 18 with pipe connections 19 . 20 on the respective side of each end face the corresponding inlet and outlet lines for the respective flow medium can be connected. With the lid, the bypass channel 6 locked.

Wenn der Bypass-Kanal 6 mit dem Kanal 13.1 und/oder 13.2 verbunden ist, kann der Wärmetauscher auch als Mischer verwendet werden. Wie in 8 dargestellt, erstreckt sich dann der Deckel 18, aus dem das wärmere Strömungsmedium austritt, auch über den Bypass-Kanal 16.When the bypass channel 6 with the channel 13.1 and or 13.2 is connected, the heat exchanger can also be used as a mixer. As in 8th represented, then extends the lid 18 from which the warmer flow medium exits, also via the bypass channel 16 ,

Die Ausführungsform nach 9 und 10 unterscheidet sich von der nach 5 im Wesentlichen dadurch, dass die beiden Blätter 10, 11 jedes Paares nach einem ersten vorgegebenen Winkel α und das innere Blatt 11 einer Windung mit dem äußeren Blatt 10 der benachbarten inneren Windung nach einem zweiten vorgegebenen Winkel β, der zu dem ersten vorgegebenen Winkel α versetzt ist, miteinander verbunden sind, um die Kanäle 20.1, 20.2, 20.3 für das eine und 21.1, 21.2 und 21.3 für das andere Strömungsmedium zu bilden.The embodiment according to 9 and 10 is different from the after 5 essentially in that the two leaves 10 . 11 each pair after a first predetermined angle α and the inner sheet 11 a turn with the outer leaf 10 the adjacent inner winding after a second predetermined angle β, which is offset to the first predetermined angle α, are interconnected to the channels 20.1 . 20.2 . 20.3 for one and 21.1 . 21.2 and 21.3 to form for the other flow medium.

Die Verbindungen zwischen den Blättern 10, 11 eines Paares werden durch Einschnürungen 23 der Blätterpaare gebildet.The connections between the leaves 10 . 11 of a couple become constricted 23 the leaves pair formed.

Der Winkel, um den die Einschnürungen 23 gegenüber den Verbindungen 24 zwischen dem inneren Blatt 11 einer Windung mit dem äußeren Blatt 10 der jeweils benachbarten inneren Windung versetzt sind, beträgt α/2. Auf diese Weise sind die Kanäle 20.1, 20.2 und 20.3 für das eine, beispielsweise kalte Strömungsmedium K, und die Kanäle 21.1, 21.2, 21.3 für das warme Strömungsmedium Wk jeweils radial hintereinander angeordnet. Gegenüber der Ausführungsform nach 5 wird bei dieser Ausführungsform die Wärmeaustauschfläche vergrößert.The angle around which the constrictions 23 opposite the connections 24 between the inner leaf 11 a turn with the outer leaf 10 each of the adjacent inner turns are offset α / 2. That's how the channels are 20.1 . 20.2 and 20.3 for the one, for example, cold flow medium K, and the channels 21.1 . 21.2 . 21.3 for the warm flow medium Wk in each case arranged radially one behind the other. Compared to the embodiment according to 5 In this embodiment, the heat exchange area is increased.

In 10 ist schematisch der Deckel 26 gezeigt, der an einer Stirnseite des Wärmetauschers die Kanäle 21.1, 21.2, 21.3 verschließt, um diese mit der Ablaufleitung für das Strömungsmedium Wk zu verbinden. Der Deckel 26 weist radial verlaufende Flügel 27 auf, die die Kanäle 21.1, 21.2 und 21.3 abdecken. Die Zwickel 28 an den Einschnürungen 23 und Verbindungen 24 sind verschlossen, um die beiden Strömungsmedien voneinander zu trennen. Der nicht dargestellte Deckel an dieser Stirnseite zur Verbindung der Zulaufleitung für das kalte Strömungsmedium K mit dem Wärmetauscher 1 ist in gleicher Weise aufgebaut wie der Deckel 26.In 10 is schematically the lid 26 shown at one end of the heat exchanger, the channels 21.1 . 21.2 . 21.3 closes to connect to the flow line for the flow medium Wk. The lid 26 has radially extending wings 27 on top of the channels 21.1 . 21.2 and 21.3 cover. The gussets 28 at the constrictions 23 and connections 24 are closed to separate the two flow media. The cover, not shown, at this end face for connecting the supply line for the cold flow medium K with the heat exchanger 1 is constructed in the same way as the lid 26 ,

Bei den beiden Ausführungsformen nach 1 bis 4 bzw. 5 bis 8 kann der Ein- und Austritt der Strömungsmedien an den beiden Stirnseiten des Wärmetauschers 1 auch in mehreren Teilkreisen erfolgen, also nicht nur in Form von Halbkreisen, wie in 1 bis 4 bzw. 5 bis 8 dargestellt.According to the two embodiments 1 to 4 respectively. 5 to 8th can the inlet and outlet of the flow media at the two end faces of the heat exchanger 1 also occur in several subcircles, not only in the form of semicircles, as in 1 to 4 respectively. 5 to 8th shown.

So ist es beispielsweise möglich, zwei Teilkreise mit je 90 ° zum Eintritt und zwei Teilkreise mit je 90 ° zum Austritt oder sechs Teilkreise mit je 30 ° zum Eintritt und sechs Teilkreise mit je 30 ° zum Austritt oder vier Teilkreise mit je 60 ° zum Eintritt und zwei Teilkreise mit je 60 ° zum Austritt oder zwei Teilkreise mit je 160 ° zum Eintritt und zwei Teilkreise mit je 20 ° zum Austritt auf jeder Stirnseite des Wärmetauschers vorzusehen.So is it possible, for example, two subcircles each with 90 ° to the Admission and two sub-circles each with 90 ° to the exit or six sub-circles each with 30 ° to Admission and six partial circles each with 30 ° to the exit or four partial circles with each 60 ° to Admission and two sub-circles, each with 60 ° to the exit or two sub-circles with 160 ° each Entry and two sub-circles, each with 20 ° to the exit on each end face of the heat exchanger provided.

So können bei Gasen und hohen Temperaturen die Ein- und Austrittsöffnungen den Volumenveränderungen durch die Abkühlung oder Erwärmung über die Größe der Öffnungswinkel der einzelnen Teilkreise den Ein- und Austrittsvolumen angepasst werden. D.h., wenn ein hochtemperiertes Gas über eine Teilkreisfläche von z.B. 60 % oder einen Gesamtanteil der Teilkreisflächen von z.B. 60 % an einer Stirnseite eintritt, verringert sich durch die Abkühlung das Volumen und es tritt an der anderen Stirnseite des Wärmetauschers mit z.B. 40 % der Öffnungsfläche wieder aus. Ebenso können für das kalte Gas z.B. 40 % der Gesamtfläche zum Eintritt an einer Stirnseite und z.B. 60 % der Gesamtfläche zum Austritt an der anderen Stirnseite des Wärmetauschers vorgesehen sein.So can for gases and high temperatures the inlet and outlet openings the volume changes by the cooling or warming over the Size of the opening angle the individual subcircuits are adapted to the entry and exit volumes. That is, when a high-temperature gas over a pitch circle of e.g. 60% or a total of the pitch circle areas of e.g. 60% enters at one end, is reduced by the Cool down that Volume and it occurs at the other end of the heat exchanger with e.g. 40% of the opening area again out. Likewise for the cold gas e.g. 40% of the total area for entry at a front end and e.g. 60% of the total area to Outlet to be provided on the other end face of the heat exchanger.

Ein bevorzugtes Einsatzgebiet dieser Variante des Wärmetauschers ist die Abgaswärmerückgewinnung, beispielsweise bei der Biomasseverbrennung, bei der das Abgas die Verbrennungsluft erwärmt.One preferred application of this variant of the heat exchanger is the exhaust heat recovery, For example, in biomass combustion, in which the exhaust gas Combustion air heated.

Nach der Erfindung sind insbesondere hocheffiziente Lüftungswärmetauscher kostengünstig herstellbar. Hierbei ist vor allem der Bypass 6 im Inneren von Vorteil, insbesondere in Verbindung mit einem Mischventil.According to the invention, in particular highly efficient ventilation heat exchangers can be produced inexpensively. Here is especially the bypass 6 inside advantage, especially in conjunction with a mixing valve.

Claims

Heat exchanger with partitions separated by partitions ( 3.1 . 3.2 , ..., 13.1 . 13.2 ), which are alternately flowed through in countercurrent of the one or the other flow medium (K, W), characterized by at least one spirally wound sheet-like material ( 1 . 10 . 11 ), the turns ( 2.1 . 2.2 , ...) the spiral form the partitions and the channels ( 3.1 . 3.2 , ..., 13.1 . 13.2 . 20.1 . 20.2 . 20.3 . 21.1 . 21.2 . 21.3 ) by the distances between the individual turns ( 2.1 . 2.2 , ...) are formed.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the channels ( 3.1 . 3.2 , ...) by dividers ( 4.1 . 4.2 , ...) between adjacent turns ( 2.1 . 2.2 , ...) are separated from each other.

Heat exchanger according to Claim 1, characterized by at least one pair of spirally wound, spaced-apart leaves ( 10 . 11 ), where the channel ( 13.1 ) or the channels ( 20.1 . 20.1 . 20.3 ) for the one flow medium (W, K) by the distance between the two sheets ( 10 . 11 ) of the pair and the channel ( 13.2 ) or the channels ( 21.1 . 21.2 . 21.3 ) for the other flow medium (K, W) by the distance between the turns of the pair of leaves ( 10 . 11 ) is formed.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the individual channels ( 3.1 . 3.2 , ...) on a front side (A, B) of the heat exchanger over a partial circle ( 5.1 . 5.2 , ...) closed and at the other end face (B, A) over a partial circle ( 6.1 . 6.2 , ...) are open.

Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the partitions ( 4.1 . 4.2 , ...) parallel to the polar axis (P) of the spiral.

Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the closed pitch circle ( 5.1 . 5.2 , ...) of a channel ( 3.1 . 3.2 , ...) at one end face (A, B) an open pitch circle ( 6.1 . 6.2 , ...) on the other end face (B, A).

Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the closed pitch circles ( 5.1 . 5.2 , ...) and the open subcircles ( 6.1 . 6.2 , ...) are formed by a semicircle.

Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the partitions ( 4.1 . 4.2 , ...) run helically around the polar axis (P) of the spiral.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the separating webs ( 4.1 . 4.2 , ...) adjacent to each other between the turns ( 2.1 . 2.2 , ...) are arranged.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that between two windings ( 2.1 . 2.2 , ...) in each case a single divider ( 4.1 . 4.2 , ...) is arranged.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the turns ( 2.1 . 2.2 , ...) punctiform ( 6 ) are interconnected.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the spirally wound, sheet-like material ( 1 ) a bypass channel ( 9 ) in the middle of the heat exchanger encloses.

Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the two leaves ( 10 . 11 ) of each pair after a first predetermined angle (α) and the inner sheet ( 11 ) a turn with the outer leaf ( 10 ) of the adjacent inner winding are connected to each other at a second predetermined angle (β) offset from the first predetermined angle (α) to 20.1 . 20.2 . 20.3 ) for the one flow medium (K) and the channels ( 21.1 . 21.2 . 21.3 ) for the other flow medium (Wk).

heat exchangers according to claim 13, characterized in that the first angle (α) and the second angle (β) are the same size.

Heat exchanger according to claim 13 or 14, characterized in that the angle by which the connections ( 24 ) between the inner sheet ( 11 ) a turn with the outer leaf ( 10 ) of the respectively adjacent inner turn with respect to the connections of the two leaves ( 10 . 11 ) of each pair are offset by half the first angle (α).

Heat exchanger according to one of claims 13 to 15, characterized in that the connections between the pairs of leaves ( 10 . 11 ) through constrictions ( 23 ) of the pairs of leaves are formed.

Heat exchanger according to one of claims 13 to 16, characterized in that the channels ( 20.1 . 20.2 . 20.3 ) for the one flow medium (K) and the channels ( 21.1 . 21.2 . 21.3 ) are arranged for the other flow medium (Wk) to the pole axis (P) each radially behind the other.