-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Die weit verbreiteten Kanalwärmetauscher umfassen derartige Vorrichtungen zur Verteilung von Fluidmedien mit unterschiedlichen Wärmepotentialen in Wabenkanäle des Arbeitsbereiches, wo der Wärmeaustausch statt findet, und für die anschließende Zusammenführung der Wabenkanäle mit dem gleichen Fluidmedium. Dabei haben die benachbarten Wabenkanäle gemeinsame Wände und werden mit unterschiedlichen Fluidmedien gefüllt, wodurch ein effektiver zweidimensionaler Wärmeausgleich zwischen den Fluidmedien ermöglicht wird. Eine andere Verwendung finden derartige Vorrichtungen in Mischern, wo mehrere Fluidmedien in Wabenkanäle verteilt werden. Auch in diesem Fall werden die benachbarten Wabenkanäle mit unterschiedlichen Fluidmedien gefüllt, was eine effektive Vermischung der Fluidmedien am Ausgang aus den Wabenkanälen garantiert.
-
Solche Kanalwärmetauscher sind in den
DE 854363 ,
DD 2443088 A1 ,
DE 43333904 A1 und
DE 19635552 A1 beschrieben. Die Wärmetauscher dieser Art samt ihrer Verteilungsvorrichtungen umfassen beabstandete Platten, die als Einzelplatten (DE 854363, DE 19635552 A1) oder als auf einander gelegte Abschnitte eines S-förmig verlegtes Bandes (DD 2443088 A1, DE 43333904 A1) ausgebildet sind. Die Platten in den Einlassbereichen sind flach, dementsprechend sind die Räume zwischen den Platten in diesen Bereichen als Schlitzkanäle ausgebildet. Im angrenzenden Arbeitsbereich weist zumindest eine der benachbarten Platten eine wellenartige Profilierung auf, wobei das Plattenpaket im Querschnitt eine wabenartige Struktur erhält. Die Profilierungen der Platten können trapezartig, rechteckig, dreieckig, wellenförmig, mäanderförmig sein oder einen ähnlichen Profil aufweisen. Die Platten im Arbeitsbereich berühren sich, sie können aus Stabilitätsgründen an den Berührungsstellen mit einander befestigt (verklebt, verschweißt, verlötet oder verschmolzen) sein. Das Plattenpaket ist seitlich so abgedichtet und der Medienzuführ so eingerichtet, dass jedes Fluidmedium über die Einlassöffnungen zuerst in mehrere Schlitzkanäle aufgeteilt wird, wobei in den benachbarten Schlitzkanälen unterschiedliche Fluidmedien durchströmen, im weiteren Strömungsverlauf werden die Strömungen in Wabenkanäle aufgeteilt. Nach dem Wärmeausgleich in Wabenkanälen werden die Strömungen auf umgekehrte Weise in einer weiteren Verteilungsvorrichtung wieder zusammengeführt.
-
Für die Steigerung der Effektivität von solchen Mischern und Wärmetauschern müssen Wabenkanäle im Arbeitsbereich möglichst kleinen Querschnitt haben, was die Verwendung von möglichst dünneren Platten voraussetzt. Durch Reduzierung des Querschnittes von Wabenkanälen wird eine feinere Vermischung beim Einsatz in Mischern oder eine deutlich größere Wärmetauschoberfläche beim Einsatz in Kanalwärmetauschern erreicht. Der Einsatz von dünneren Platten bringt außerdem mit sich eine für Wärmetauscher vorteilhafte Reduzierung des thermischen Widerstandes. Die existierenden Lösungen haben ihre Grenzen bei Verwendung von dünnen Platten, da solche Platten in flachen Abschnitten in Einlassbereichen leicht durchbiegbar und instabil sind. Daraus folgen weitere Nachteile wie Schwingungsanfälligkeit und Beschädigungsgefahr in der Produktion und im laufenden Betrieb. Diese Nachteile sind besonders bei einem Druckunterschied zwischen den Fluidmedien oder bei Vorrichtungen mit großen Einlassbereichen bemerkbar. Ein weiterer Nachteil der genannten Lösungen sind die unkontrollierten Medienströmungen in Schlitzkanälen, das zur Entstehung von Zonen mit Druckverlusten und einem erhöhtem Strömungswiderstand führt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verteilung von Fluidmedien in Wabenkanäle zu schaffen, die aus extra dünnen Platten (Metallfolie o. ä.) aufgebaut werden kann, kleinere Querschnitte bei Wabenkanälen damit ermöglicht, druckverlustarm und fertigungsfreundlich ausgeführt ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
-
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die flachen Abschnitte der Platten im Eintrittsbereich, durch die dazwischen platzierten Rippenplatten an mehreren Stellen gestützt und damit nicht mehr durchbiegbar sind.
-
Es ist weiterhin für die Vermeidung der Druckverlustzonen in Schlitzkanälen und die Erzwingung des erwünschten Strömungsverlaufs von Vorteil, dass die Rippen der Rippenplatten sich zwischen der Einlassöffnung und Wabenkanälen erstrecken und einen geraden oder gekrümmten länglichen Verlauf haben, wodurch die Rippen eine lenkende Wirkung auf die Strömung des jeweiligen Fluidmediums aufweisen.
-
Eine für die Fertigung vorteilhaft ausgeführte Rippenplatte gemäß Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Platte mit mindestens einer Rippe ist, die als Wellung mit einem im Querschnitt trapezartigen, rechteckigen, dreieckigen, wellenförmigen oder ähnlichen Profil oder als Faltung der Platte ausgebildet ist.
-
Eine für alternative Anfertigungsart ausgeführte Rippenplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Grundplatte mit mindestens einer angeordneten Rippe aufweist.
-
Eine weitere alternative Ausführung der Rippenplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei parallele beabstandete Grundplatten mit mindestens einer zwischen den Grundplatten angeordneten Rippe aufweist.
-
Eine weitere für die Fertigung vorteilhaft ausgeführte Rippenplatte mindestens eine Rippe aufweist, die am Rande einer Rippenplatte den Schlitzkanal verschließt.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die für Entstehung der Turbulenzen in der Strömung vorteilhaft ist, besteht darin, dass die Oberfläche der Rippenplatte eine geprägte Struktur aufweist.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Rippenplatte, die einerseits zur materialsparenden Fertigung und andererseits zum Entstehen der Turbulenzen in der Medienströmung beiträgt, besteht darin, dass die Rippenplatte selbst oder ihre Rippen Ausschnitte aufweisen.
-
Besonders geeignet ist die Erfindung zum Einsatz in einem Kanalwärmetauscher, so dass die Erfindung zur Lösung der oben stehenden Aufgabe einen Wärmetauscher vorsieht, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er Konstruktionselemente zumindest nach Anspruch 1 aufweist.
-
Eine weitere vorteilhafte Verwendung findet die Erfindung in einem Mischer, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er Konstruktionselemente zumindest nach Anspruch 1 aufweist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Vorrichtung zur Verteilung von Fluidmedien in Wabenkanäle nach dem Stand der Technik;
-
1a eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie A-A der 1 nach dem Stand der Technik;
-
1b eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie B-B der 1, in 2 Varianten nach dem Stand der Technik;
-
2 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Ausführung mit einem geraden Rippenverlauf. Die Außenwände 6 sind teilweise ausgeschnitten;
-
3 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Ausführung mit einem gekrümmten Rippenverlauf;
-
3a–3h jeweils eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie A-A der 2 oder 3 für unterschiedliche Ausführungen der Rippenplatten;
-
4, 4a und – 4b jeweils eine teilweise geschnittene vergrößerte perspektivische Ansicht unterschiedlicher Ausführungen der Rippenplatte;
-
5 und 5a jeweils eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie A-A der 2 oder 3 für unterschiedliche Ausführungen der abschließenden Rippe der Rippenplatte;
-
6 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Kanalwärmetauschers;
-
6a und 6b jeweils eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linien A-A und B-B der 6.
-
7 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Mischers.
-
7a und 7b jeweils eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linien A-A und B-B der 7.
-
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Vorrichtung zur Verteilung von Fluidmedien M1 und M2 in Wabenkanäle 3 eines Gleichstrom-Kanalwärmetauschers nach dem Stand der Technik.
-
1a zeigt die Schlitzkanäle 2 und die Einlassöffnungen 4 für die Fluidmedien im Schnitt längs der Linie A-A der 1 nach dem Stand der Technik.
-
1b zeigt zwei Varianten von Wabenkanälen 3 in einer Querschnittsansicht längs der Linie A-A der 1 nach dem Stand der Technik. In der Variante 1 sind die Platten 1 als Einzelplatten ausgebildet, wobei jede der benachbarten Platten Wellungen aufweist. In der Variante 2 sind die Platten 1a als flache Teile eines S-förmig verlegten Bandes ausgebildet, wobei nur eine der benachbarten Platten Wellungen aufweist.
-
2 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verteilung der Fluidmedien in Wabenkanäle. Bei dieser Ausführung werden zwei Fluidmedien M1 und M2 verteilt. Im Unterschied zu dem stand der Technik umfasst die Vorrichtung in die Schlitzkanäle eingelegte Rippenplatten 5 mit einem geraden Rippenverlauf C1.
-
3 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verteilung der Fluidmedien in Wabenkanäle. Im Unterschied zu der Ausführung aus der 2 haben die Rippen der Rippenplatten 5 in dieser Ausführung einen gekrümmten Verlauf C2.
-
3a–3h zeigen unterschiedliche Ausführungen der Rippen der Rippenplatten 5. Die Rippen 51A, 51B, 51C, 51D sind als Wellungen auf der Platte 5 mit unterschiedlichen Profilen ausgebildet. Die Rippe 52A ist als eine Faltung der Platte 5 ausgebildet. Die Rippen 53A sind an einer Grundplatte 50 angeordnet. Die Rippen 53B sind aus einer Grundplatte 50 ausgestanzt. Die Rippen 54A sind zwischen zwei Grundplatten 50 angeordnet.
-
4 und 4a zeigen zwei Ausführungen der Rippenplatten 5 mit einem unterbrochenen Verlauf der Rippen 55 und 55A.
-
4b zeigt eine weitere Ausführung der Rippenplatte 5 mit Unterbrechungen und Versetzungen im Verlauf der Rippen 55B.
-
5 und 5a zeigen jeweils unterschiedliche Ausführungen der Rand-Rippe 56 und 56A der Rippenplatte 5.
-
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführung des Kanalwärmetauschers, der zwei erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtungen umfasst, die jeweils ihre eigene Einlassbereiche I und einen gemeinsamen Arbeitsbereich II haben. Das Fluidmedium M1 fließt in die erste Verteilungsvorrichtung, wird im Einlassbereich I in die Wabenkanäle des Arbeitsbereiches II umgeleitet, durchfließt viermal den Arbeitsbereich II in dem es in Einlassbereichen I zurückgeleitet wird und verlässt den Wärmetauscher über den Flanschanschluss 7. Das Fluidmedium M2 durchfließt den Arbeitsbereich II nur einmal. Die Rippenplatten 5 in Schlitzkanälen mit dem Fluidmedium M1 haben einen gekrümmten Rippenverlauf, die Rippenplatten 5 in Schlitzkanälen mit dem Fluidmedium M1 einen geraden Rippenverlauf.
-
6a zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Einlassbereiches I längs der Linie A-A der 6. Die Rippen der Rippenplatten 5 sind als Wellungen mit einem wellenförmigen Profil ausgeführt.
-
6b zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Einlassbereiches I längs der Linie B-B der 6. Die Platten 1 sind in dieser Ausführung als Abschnitte eines S-förmig verlegtes Bandes ausgeführt, dabei nur eine der benachbarten Platten eine wellenartige Profilierung mit einem wellenförmigen Profil aufweist.
-
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführung des Mischers, der eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. In die Vorrichtung werden drei Fluidmedien M1, M2 und M3 eingeleitet, die beim Austritt aus den Wabenkanälen zu einem Gemisch M123 zusammen gebracht werden. Im Einlassbereich I sind in den Schlitzkanälen mit Fluidmedien M1 und M2 zwei Rippenplatten 5 je Kanal platziert, eine davon hat einen geraden und die andere einen gekrümmten Rippenverlauf. In den Schlitzkanälen mit Fluidmedium M3 gibt es nur eine Rippenplatte je Kanal, die mit Rippen mit einen graden Verlauf ausgeführt ist.
-
7a zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Einlassbereiches I längs der Linie A-A der 7. Die Rippen der Rippenplatten 5 sind als Wellungen mit einem wellenförmigen Profil ausgeführt.
-
7b zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Einlassbereiches I längs der Linie B-B der 7. Die Platten 1 sind in dieser Ausführung als Abschnitte eines S-förmig verlegtes Bandes ausgeführt, dabei nur eine der benachbarten Platten eine wellenartige Profilierung mit einem wellenförmigen Profil aufweist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Platte
- 2
- Schlitzkanal
- 3
- Wabenkanal
- 4
- Einlassöffnung
- 5
- Rippenplatte
- 51A
- Rippe mit trapezartigem Profil
- 51B
- Rippe mit rechteckigem Profil
- 51C
- Rippe mit dreieckigem Profil
- 51D
- Rippe mit wellenförmigem Profil
- 52A
- Gefaltete Rippe
- 53A
- An der Basisplatte angeordnete Rippe
- 53B
- Aus der Basisplatte ausgestanzte angeordnete Rippe
- 54A
- Zwischen zwei Basisplatten angeordnete Rippe
- 6
- Außenwand
- 7
- Flanschanschluss
- C1
- Rippenverlauf (gerade)
- C2
- Rippenverlauf (gekrümmt)
- M1
- Fluidmedium 1
- M2
- Fluidmedium 2
- M3
- Fluidmedium 3
- M123
- Gemisch von Fluidmedien 1, 2 und 3
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 854363 [0003]
- DD 2443088 A1 [0003]
- DE 43333904 A1 [0003]
- DE 19635552 A1 [0003]
