DE102010024613A1

DE102010024613A1 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE102010024613A1
Application number: DE102010024613A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: DE102010024613B4; DE202010009815U1

Abstract

Zur Wärmeübertragung von gasförmigen Medien an flüssige Medien oder Kältemittel wurden bisher überwiegend Kreuzstromwärmetauscher mit quer zur Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums angeordneten Rohren mit aufgeschobenen Lamellen hergestellt. Hohe Austauschgrade lassen sich bei dieser Wärmetauscherbauart nur durch den Einsatz von Wärmetauschern mit vielen Rohrreihen erreichen. Dadurch entstehen hohe Druckverluste. Der Plattenwärmetauscher zur Wärmeübertragung von Gasen und Gasgemischen (z. B. Luft) an flüssige Medien (z. B. Wasser oder Sole) oder Kältemittel soll hohe Austauschgrade bei minimalen Druckverlusten ermöglichen. Der Plattenwärmetauscher (1) besteht aus einzelnen mit Flüssigkeit oder Kältemittel durchströmten Platten (2), wobei jede Platte aus mehreren Microchannel-Flachprofilen (5) gebildet wird und zwischen den Platten (2) befindlichen Strömungskanälen (3) für das im Gegenstrom geführte gasförmige Medium. Die Strömungskanäle (3) für das gasförmige Medium werden durch die Wandungen der Platten (2) und den zwischen zwei Platten (2) befindlichen Lamellen (4) gebildet. Die Enden der Microchannel-Flachprofile (5) münden in Ausschnitte in der Längsachse von Verteilerrohren (6). Die Verteilerrohre (6) werden einseitig verschlossen und sind auf der gegenüberliegenden Seite mit einem rechtwinklig zu den Verteilerrohren (6) angeordnetem Hauptverteilerrohr (7) verbunden. Alle Bauteile des Plattenwärmetauschers befinden sich im Strömungsbereich der beteiligten Medien und sind als aktive Wärmeaustauschfläche am Wärmeaustausch beteiligt. Der erfindungsgemäße Plattenwarmetauscher (1) findet bevorzugt Verwendung in der Luft- und Klimatechnik zur Energierückgewinnung in kreislaufverbundenen Energierückgewinnungssystemen sowie in Rückkühlwerken und zur Beheizung und Kühlung verschmutzter gasförmiger Medien sowie in artverwandten Anwendungen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher zur Wärmeübertragung von Gasen und Gasgemischen (z. B. Luft) an flüssige Medien (z. B. Wasser oder Sole) oder Kältemittel und umgekehrt.
Der Plattenwärmetauscher soll einen hohen Übertragungsgrad bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen den Medien unter besonderer Beachtung geringer Druckverluste der beteiligten Medien ermöglichen.
Der primäre Einsatzbereich des Plattenwärmetauschers ist in der Luft- und Klimatechnik zur Energierückgewinnung in kreislaufverbundenen Energierückgewinnungssystemen sowie in Rückkühlwerken und zur Beheizung und Kühlung verschmutzter gasförmiger Medien sowie in artverwandten Anwendungen.
Es ist bekannt, Wärmetauscher in kreislaufverbundenen Energierückgewinnungssystemen einzusetzen.
Die Nachteile der üblicherweise verwendeten Wärmetauscherbauart mit quer zur Luftrichtung eingebauten berippten Rohren und mehrfacher Umlenkung der Strömungsrichtung wurden in der DE 10 2004 054 006 B4 ausführlich beschrieben.
Im Bereich der Fahrzeugkühlung werden Wärmetauscher mit Microchannel-Flachprofilen, auch als Multi-Port-Extrusionsprofile bezeichnet, verwendet. Bei diesen Wärmetauschern werden das flüssige Medium bzw. Kältemittel und die Luft im Kreuzstrom geführt.
In der DE 10 2004 054 006 B4 wird ein Wärmetauscher beschrieben, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet, wobei sich Verteiler und Sammler im Luftstrom befinden und aktiv am Wärmeaustausch teilnehmen.
Plattenwärmetauscher Luft/Wasser und Luft/Kältemittel werden in der Luft- und Klimatechnik sehr selten eingesetzt, da die Zu- und Abführung des flüssigen Mediums oder Kältemittels ohne Blockade des Strömungsweges der Luft nur mit vergleichsweise hohem Aufwand möglich ist.
In der DE 10 2008 003 060.0 wird ein Plattenwärmetauscher beschrieben, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet, wobei sich Verteiler und Sammler im Luftstrom befinden und aktiv am Wärmeaustausch teilnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher zur Wärmeübertragung von Gasen und Gasgemischen (z. B. Luft) an flüssige Medien (z. B. Wasser oder Sole) oder Kältemittel und umgekehrt zu entwickeln, der hohe Austauschgrade bei minimalen Druckverlusten der beteiligten Medien ermöglicht.
Alle Bauteile des Wärmetauschers sollen als aktive Wärmeaustauschfläche am Wärmeaustausch beteiligt sein.
Dabei ist es erforderlich, die Anbindung der Verteiler an die flüssigkeits- bzw. kältemitteldurchströmten Platten des Plattenwärmetauschers so auszuführen, dass Behinderungen der Strömung vermieden werden. Weiterhin sind Ecken, Kanten und Verdickungen zu vermeiden, die den Kondensatabfluss behindern und Schmutzablagerungen begünstigen können. Der Plattenwärmetauscher soll leicht zu reinigen sein.
Die Wärmetauscherbauart soll die Bildung von Wärmetauscherpaketen aus mehreren einzelnen Plattenwärmetauschern, die nebeneinander und übereinander angeordnet werden, ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen genannten Merkmale gelöst.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers werden nachfolgend anhand von beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Die nachfolgenden Beschreibungen und die beiliegenden Zeichnungen haben nur einen beispielhaften Charakter und beschreiben bzw. zeigen jeweils eine von vielen möglichen Lösungen.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher 1 besteht aus einzelnen mit Flüssigkeit oder Kältemittel durchströmten Platten 2 und zwischen den Platten 2 befindlichen und parallel zu den Platten 2 verlaufenden Strömungskanälen 3 für das im Gegenstrom geführte gasförmige Medium. Die Strömungskanäle 3 für das gasförmige Medium werden durch die Wandungen der Platten 2 und den zwischen den Platten 2 befindlichen Lamellen 4 gebildet.
Die Lamellen 4 können als durchlaufende Lamellen oder als nicht durchlaufende Lamellen mit Zwischenräumen ausgeführt werden.
Die Zwischenräume können zur besseren Kondensatableitung genutzt werden.
Die Platten 2 bestehen aus mehreren Microchannel-Flachprofilen 5, deren Enden in Ausschnitte in der Längsachse von Verteilerrohren 6 münden. Diese Verteilerrohre 6 stehen rechtwinklig zu den Microchannel-Flachprofilen 5.
Die Verteilerrohre 6 werden einseitig verschlossen und sind auf der gegenüberliegenden Seite mit einem rechtwinklig zu den Verteilerrohren 6 angeordneten Hauptverteilerrohr 7 verbunden.
Das Hauptverteilerrohr 7 ist beidseitig verschlossen und hat auf seiner Längsachse einen Servicestutzen 8 und einen Versorgungsstutzen 9.
Der Versorgungsstutzen 9 wird parallel zu den Verteilerrohren 6 angeordnet. Die Anordnung des Versorgungsstutzens 9 ermöglicht den Anschluss mehrerer Wärmetauscher übereinander und nebeneinander innerhalb eines Wärmetauscherpaketes.
Werden keine Wärmetauscherpakete, sondern einzelne Wärmetauscher benötigt, kann das Hauptverteilerrohr 7 einseitig über die Breite des Plattenwärmetauschers 1 hinweg verlängert werden.
Der parallel zu den Verteilerrohren angeordnete Versorgungsstutzen 9 entfällt in diesem Fall und wird durch die Verlängerung des Hauptverteilerrohres 7 ersetzt.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Plattenwarmetauschers 1 sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
1 zeigt die Seitenansicht einer Platte 2 bestehend aus mehreren Microchannel-Flachprofilen 5.
Die Enden der Micochannel-Flachprofile 5 münden in Ausschnitte in der Längsachse von rechtwinklig zu den Microchannel-Flachprofilen 5 angeordneten Verteilerrohren 6.
Die Verteilerrohre 6 sind an einem Rohrende verschlossen und am gegenüberliegenden Rohrende mit einem rechtwinklig zu den Verteilerrohren 6 angeordneten Hauptverteilerrohr 7 verbunden.
Ein Hauptverteilerrohr 7 befindet sich oben an den Verteilerrohren 6. Das Hauptverteilerrohr 7 auf der gegenüberliegenden Seite der Platte 2 befindet sich unten an den Verteilerrohren 6.
Hinter dieser Platte 2 befinden sich in dieser Ansicht nicht sichtbare Lamellen 4 und weitere Platten 2.
2 zeigt einen Schnitt A-A des Plattenwärmetauschers 1 aus 1.
Das obere Hauptverteilerrohr 7 ist nicht sichtbar.
3 zeigt den Schnitt B-B aus 2.
Der Blick in bzw. gegen Strömungsrichtung zeigt die Strömungskanäle 3 für das gasförmige Medium mit oberer und unterer Begrenzung durch die Lamellen 4 und seitlicher Begrenzung durch die Microchannel-Flachprofile 5.
Als vorteilhaft erweist sich der Umstand, dass das flüssige Medium oder Kältemittel innerhalb des Plattenwärmetauschers 1 in Microchannel-Flachprofilen 5 mit parallel verlaufenden Strömungskanälen im Gegenstrom zu dem gasförmigen Medium geführt wird.
Das gasförmige Medium wird in geraden Strömungskanälen 3, welche durch die Wandungen der Platten 2 und zwischen den Platten befindlichen Lamellen 4 gebildet werden, geführt.
Die Strömungskanäle 3 für das gasförmige Medium verlaufen parallel zu den Strömungskanälen innerhalb der Platten 2.
Da in diesem Bereich keinerlei Umlenkung erfolgt, ergeben sich geringe Druckverluste für beide Medien.
Die geradlinige Strömungsrichtung innerhalb der Strömungskanäle 3 führt zu einer geringen Verschmutzungsneigung verbunden mit einem konstruktionsbedingten Selbstreinigungseffekt.
Bei bestimmten Betriebszuständen anfallendes Kondensat wird durch die Strömung des gasförmigen Mediums aus dem Strömungskanal 3 gespült.
Bei der Verwendung von nicht durchlaufenden Lamellen 4 mit Zwischenräumen kann anfallendes Kondensat frühzeitig abgeführt werden. Dadurch wird ein Bereifen und Vereisen des Plattenwärmetauschers innerhalb der Strömungskanäle 11 minimiert.
Bei sehr kleinen Plattenabständen kann der verbleibende Strömungsspalt zwischen zwei Verbindungsrohren 6 ebenfalls sehr klein werden.
Für derartige Anwendungsfälle besteht die Möglichkeit, die Verbindungsrohre 6 in versetzen Ebenen mit dem Hauptverteiler 7 zu verbinden.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass das Verteilerrohr 6 und das Sammlerrohr 7 vom gasförmigen Medium umströmt werden.
Dadurch nehmen diese Bauteile aktiv an der Wärmeübertragung teil.
Die Bauart des Plattenwärmetauschers 1 mit im Gasstrom angeordneten Verteilerrohren 6 und Hauptverteilerrohren 7 ermöglicht eine maximale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Anströmfläche.
Dadurch wird einerseits die Anströmgeschwindigkeit im Vergleich zu Rippenrohrwärmetauschern mit seitlich angeordneten Verteilern und Sammlern reduziert und andererseits die angeströmte Wärmetauscherstirnfläche vergrößert.
Als vorteilhaft erweist sich ferner die Möglichkeit, Wärmetauscherpakete bestehend aus mehreren Plattenwärmetauschern 1 nebeneinander und übereinander in Parallelschaltung zu verbinden.
Mit wenigen Plattenwärmetauscherbaugrößen können viele verschieden große Wärmetauscherpakete gebildet werden.
Durch die Beschränkung auf wenige Plattenwärmetauscherbaugrößen ergeben sich hohe Stückzahlen sowie geringe Fertigungs- und Lagerkosten.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher 1 findet bevorzugt Verwendung in der Luft- und Klimatechnik zur Energierückgewinnung in kreislaufverbundenen Energierückgewinnungssystemen sowie in Rückkühlwerken und zur Beheizung und Kühlung verschmutzter gasförmiger Medien sowie in artverwandten Anwendungen.
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 102004054006 B4 [0005, 0007]
DE 102008003060 [0009]

Claims

Plattenwärmetauscher (1) zur Wärmeübertragung von Gasen und Gasgemischen (z. B. Luft) an flüssige Medien (z. B. Wasser oder Sole) oder Kältemittel und umgekehrt bestehend aus einzelnen zueinander beabstandeten und mit Flüssigkeit oder Kältemittel durchströmten Platten (2) und zwischen den Platten (2) angeordneten und parallel zu den Platten (2) verlaufenden Strömungskanälen (3) für das im Gegenstrom geführte gasförmige Medium wobei diese Strömungskanäle (3) durch die Wandungen der Platten (2) und zwischen den Platten (2) angeordneten Lamellen (4) gebildet werden, wobei jede Platte (2) aus mehreren Microchannel-Flachprofilen (5) mit parallel verlaufenden Strömungskanälen gebildet wird und die Enden der Microchannel-Flachprofile (5) in Ausschnitte in der Längsachse von rechtwinklig zu den Platten angeordneten Verteilerrohren (6) münden und die Verteilerrohre (6) an einem Rohrende verschlossen sind und an dem anderen Ende mit einem rechtwinklig zu den Verteilerrohren (6) angeordneten Hauptverteilerrohr (7) verbunden sind, wobei ein Hauptverteilerrohr (7) oben und das Hauptverteilerrohr auf der gegenüberliegenden Wärmetauscherseite unten angeordnet ist, wobei o. g. Rohre vom gasförmigen Medium umströmt werden.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Plattenwärmetauscher an vier Seiten parallel zur Länge der Lamellen (4) mit Abschlussblechen (10) versehen ist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, wobei die Hauptverteilerrohre (7) einen Servicestutzen (8) und einen Versorgungsstutzen (9) erhalten.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, 2 und 3, wobei die Versorgungsstutzen (9) parallel zu den Verteilerrohren (6) angeordnet sind.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, wobei die Verteilerrohre (6) und Hauptverteilerrohre (7) bevorzugt als Ovalrohre verwendet werden.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, wobei die Lamellen (4) durchlaufend oder mit Unterbrechungen ausgeführt sein können.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6, wobei die Verteilerrohre (6) in versetzten Ebenen mit den Hauptverteilerrohren (7) verbunden werden.