DE102017127005A1

DE102017127005A1 - Einfachdurchgang-Kreuzstromwärmetauscher

Info

Publication number: DE102017127005A1
Application number: DE102017127005.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Walter Freund
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-05-24
Also published as: KR20180057530A; US10502493B2; KR102506094B1; US20180142956A1

Abstract

Die vorliegende Anmeldung stellt einen Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Fluidströmungen in Kreuzstromanordnung bereit. Der Wärmetauscher weist wenigstens ein Wärmetauschmodul aufweisend eine erste Wärmetauschkomponente und eine zweite Wärmetauschkomponente auf. Die erste Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und wenigstens einen Wärmetauschdurchgang auf, die einen ersten rohrseitigen Fluidströmungspfad eines ersten Anteils eines Fluids in einer ersten Richtung definieren. Die zweite Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und wenigstens einen Wärmetauschdurchgang auf, die einen zweiten rohrseitigen Fluidströmungspfad in einer zweiten Richtung für einen zusätzlichen Anteil des Fluids definieren, wobei die erste Richtung entgegengesetzt ist zu der zweiten Richtung. Der erste rohrseitige Strömungspfad und der zweite rohrseitige Strömungspfad, die entgegengesetzt gerichtet sind, gleichen die Temperaturverteilung über dem Querschnitt eines aus dem Modul austretenden querströmenden Fluids aus.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf Wärmetauscher und bezieht sich genauer auf einen Einfachdurchgang-Kreuzstromwärmetauscher mit verbesserter Wärmeverteilung.
Wärmeaustauschsysteme, die Wärmetauscher einsetzen, werden weit verbreitet in Anwendungen, wie etwa der Raumheizung, der Kühlung, der Luftklimatisierung, Kraftwerken, chemikalienverarbeitenden Anlagen und einer Vielzahl von Motoren, Maschinen, Fahrzeugen und elektrischen Einrichtungen verwendet. Wärmetauscher können bei diesen verschiedenen Anwendungen zur effizienten Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes eingesetzt werden und genauer, um Wärme zwischen zwei Fluiden auszutauschen. Zum Beispiel kann ein erstes Fluid bei einer höheren Temperatur durch einen ersten Kanal oder Durchgang hindurchgeführt werden, während ein zweites Fluid bei einer geringeren Temperatur durch einen zweiten Kanal oder Durchgang hindurchgeführt werden kann. Der erste und der zweite Durchgang können in Kontakt oder enger räumlicher Nähe sein, wodurch es Wärme von dem ersten Fluid ermöglicht wird, zu dem zweiten Fluid zu gelangen. Daher kann die Temperatur des ersten Fluids verringert werden und die Temperatur des zweiten Fluids kann erhöht werden.
Allgemein können Wärmetauscher entsprechend ihrer Strömungskonfiguration als Kreuzstromwärmetauschsysteme, parallele Wärmetauschsysteme, Gegenstromwärmetauschsysteme oder in Bezug auf ihre Geometrie und ihre Ausgestaltung als Mantel-Rohr-Wärmetauscher, Plattenwärmetauscher und Rippenrohrwärmetauscher, unter vielen anderen, klassifiziert werden.
Eines der Hauptausgestaltungsziele bei der Konstruktion von Wärmetauschern zielt auf das Maximieren der Wärmeübertragung ab, während der Druckverlust dort hindurch minimiert wird. Allgemein beschrieben wird der Umfang des Druckverlusts und der Wärmeübertragung bei den Betriebskosten und den Gesamtenergieverlusten und der Gesamtenergieeffizienz des Wärmetauschers und seiner Verwendung berücksichtigt. Dementsprechend ist es bei Wärmetauschanwendungen vorteilhaft, eine Ausgestaltung mit einem geringen Druckverlust und einer relativ hohen Wärmeübertragung zu verwenden. Von besonderer Bedeutung sind hier Einfachdurchgang-Kreuzstromwärmetauscher, die mehrere Rohrreihen oder ähnliche Durchgänge verwenden, die im Handel verfügbar und für die Verwendung in Wärmetauschanwendungen geeignet sind, bei denen die Volumenstromrate eines rohrseitigen Fluids innerhalb der Rohre zu groß ist, um durch eine einzige Reihe von Rohren in einer Kreuzstromkonfiguration mit einem rippenseitigen Fluid hindurch zu gelangen.
Zwei kritische Punkte tauchen auf, wenn ein Wärmetauscher mit mehreren parallelen Rohrreihen in einer Einfachdurchgang-Kreuzstromanordnung konstruiert wird, z.B. für einen Überhitzer- oder Zwischenüberhitzer-Abschnitt in einem Abhitzedampferzeuger (HRSG), einen luftgekühlten Kondensator oder für einen Rekuperator einer Gasturbine (GT). Ein solches Problem bezieht sich auf die rohrseitigen Fluidauslasstemperaturen und die Wärmebeanspruchung der individuellen Rohre, da sie sich von der ersten zur letzten Reihe signifikant unterscheiden kann. Ein anderes Problem bezieht sich auf die Temperaturverteilung über den Querschnitt des aus dem Wärmetauscher austretenden rippenseitigen Fluids, die auf einer Seite gering und auf der anderen Seite hoch ist.
Dementsprechend besteht ein Bedarf für einen verbesserten Einfachdurchgang-Kreuzstromwärmetauscher, der eine gleichmäßige Fluidtemperaturverteilung eines rohrseitigen Fluids, das aus einem rohrseitigen Fluidströmungspfad austritt, ohne ungleichmäßiges Erwärmen und ohne heiße Stellen sowie eine gleichmäßige Fluidtemperaturverteilung eines rippenseitigen Fluids, das aus einem rippenseitigen Fluidströmungspfad austritt, bereit zu stellen. Die verbesserte Ausgestaltung stellt eine geringere maximale Rohrtemperatur, eine gleichmäßigere rohrseitige Auslasstemperaturverteilung bereit, wodurch geringere Materialgüten und eine erhöhte Lebensdauer aufgrund von reduzierten thermischen Belastungen und Spannungen ermöglicht werden. Ein solcher Wärmetauscher kann vorzugsweise für eine Vielfalt von Wärmeübertragungsanwendungen von Gas zu Gas, Gas zu Flüssigkeit oder Gas zu Dampf verwendet werden und kann insbesondere für Dampfüberhitzer, Dampfzwischenüberhitzer, Gasturbinenrekuperatoren oder luftgekühlten Kondensatoren in Kraftwerken verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Anwendung ist auf ein Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Fluidströmungen in einer Kreuzstromanordnung und mit einer verbesserten Temperaturverteilung gerichtet. Der Wärmetauscher kann wenigstens ein Wärmetauschmodul aufweisen, das in einer Kreuzstromfluidpfadkonfiguration angeordnet ist, wobei jedes Wärmetauschmodul eine erste Wärmetauschkomponente und eine zweite Wärmetauschkomponente aufweist. Die erste Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und wenigstens einen Wärmetauschdurchgang auf, der dazwischen angeordnet ist und einen ersten rohrseitigen Fluidströmungspfad in einer ersten Richtung für einen ersten Anteil eines Fluids definiert. Die zweite Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und wenigstens einen Wärmetauschdurchgang auf, der dazwischen angeordnet ist und einen zweiten rohrseitigen Fluidströmungspfad in eine zweite Richtung für einen weiteren Anteil des Fluids definiert, wobei die erste Richtung der zweiten Richtung entgegengesetzt ist. Der erste rohrseitige Fluidströmungspfad und der zweite rohrseitige Fluidströmungspfad, die einander entgegengesetzt sind, gleichen die Temperaturverteilung über den Querschnitt eines aus dem Modul austretenden querströmenden Fluids aus.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der Wärmetauscher eine Mehrzahl von Wärmetauschmodulen aufweist, die in einer Reihenanordnung oder einer Parallelanordnung mit Bezug auf die erste rohrseitige Fluidströmung und die zweite rohrseitige Fluidströmung und in einer Reihenanordnung mit Bezug auf das querströmende Fluid angeordnet sind.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der wenigstens eine Wärmetauschdurchgang in dem wenigstens einen Wärmetauschmodul eine Mehrzahl von Wärmetauschrohren aufweist, die eine Mehrzahl von daran angeordneten Rippen aufweist, wobei die Mehrzahl von Rippen parallel zueinander beabstandet sind und einem querströmenden Fluid ermöglichen, durch einen Zwischenraum dazwischen hindurch zu gelangen.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass die Mehrzahl von Rippen auf jedem von der Mehrzahl von Wärmetauschrohren mit einer Rippenhöhe und einer Rippendichte ausgebildet ist, um eine minimale Wärmetauschrohrtemperatur und/oder eine maximale Wärmetauschrohrtemperatur relativ zu einer Gesamtmenge an ausgetauschter Wärme bereitzustellen und eine Temperaturverteilung eines rohrseitigen Fluids auszugleichen, das aus der Mehrzahl von Wärmetauschrohren austritt.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der erste Anteil des Fluids als eine erste rohrseitige Fluidströmung von dem Fluideinlasssammelrohr der ersten Wärmetauschkomponente durch den wenigstens einen Wärmetauschdurchgang der ersten Wärmetauschkomponente geleitet wird und aus dem Fluidauslasssammelrohr der ersten Wärmetauschkomponente austritt, und wobei der zusätzliche Anteil des Fluids als eine zweite rohrseitige Fluidströmung von dem Fluideinlasssammelrohr der zweiten Wärmetauschkomponente durch den wenigstens einen Wärmetauschdurchgang der zweiten Wärmetauschkomponente in einer Strömungsrichtung entgegengesetzt der der ersten rohrseitigen Fluidströmung geleitet wird und aus dem Fluidauslasssammelrohr des zweiten Wärmetauschmoduls austritt.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass die erste rohrseitige Fluidströmung und die zweite rohrseitige Fluidströmung Hochdruckfluidströmungen sind und wobei das querströmende Fluid eine Niederdruckfluidströmung ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass die erste rohrseitige Fluidströmung und die zweite rohrseitige Fluidströmung Dampf und/oder Gas sind und wobei das querströmende Fluid Luft mit niedrigem Druck ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass die Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen der ersten Wärmetauschkomponente und der zweiten Wärmetauschkomponente gleiche Abmessungen, Formen, Längen, Durchmesser, Umfänge, Größen oder Kombinationen davon aufweisen.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der Wärmetauscher entlang eines Abgaskanals angeordnet ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der Wärmetauscher in dem Abgaskanal angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen der ersten Wärmetauschkomponente und der zweiten Wärmetauschkomponente in rechtwinkliger Konfiguration mit Bezug auf eine Richtung der Strömung eines Abgases sind.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der Wärmetauscher einen luftgekühlten Wärmetauscher aufweist.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung ist auf einen Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Fluidströmungen in einer Kreuzstromanordnung und mit einer verbesserten Wärmeübertragungsverteilung und aufweisend eine Mehrzahl von Wärmetauschmodulen gerichtet, die in einer Kreuzstromfluidpfadkonfiguration angeordnet sind. Jedes von der Mehrzahl von Wärmetauschmodulen weist eine erste Wärmetauschkomponente und wenigstens eine zusätzliche Wärmetauschkomponente auf. Die erste Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr, und eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen auf, die dazwischen in einer Parallelanordnung angeordnet sind und einen ersten rohrseitigen Fluidströmungspfad in einer ersten Richtung für den Durchgang eines ersten Anteils eines Fluids dort hindurch definieren. Jede von der wenigstens einen zusätzlichen Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen auf, die dazwischen in einer Parallelanordnung angeordnet sind und einen zweiten rohrseitigen Fluidströmungspfad in einer zweiten Richtung für den Durchgang eines zusätzlichen Anteils des Fluids dort hindurch definieren, wobei die erste Richtung der zweiten Richtung entgegengesetzt ist. Der erste rohrseitige Fluidströmungspfad und der zweite rohrseitige Fluidströmungspfad, die einander entgegengesetzt sind, gleichen die Temperaturverteilung über den Querschnitt eines aus dem Modul austretenden querströmenden Fluids aus.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der Wärmetauscher außerdem eine Mehrzahl von Rippen aufweist, die auf der Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Rippen parallel zueinander beabstandet ist und einem querströmenden Fluid ermöglicht, durch einen Zwischenraum dazwischen hindurch zu gelangen und wobei die Mehrzahl von Rippen auf jeder von der Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen mit einer Rippenhöhe und einer Rippendichte ausgeführt sind, um eine minimale Wärmetauschdurchgangstemperatur oder eine maximale Wärmetauschdurchgangstemperatur relativ zu einer Gesamtmenge einer ausgetauschten Wärme bereitzustellen und eine Temperaturverteilung eines aus der Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen austretenden rohrseitigen Fluids auszugleichen.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der Wärmetauscher eine Mehrzahl von Wärmetauschmodulen aufweist, die in einer Reihenanordnung oder einer Parallelanordnung mit Bezug auf die erste rohrseitige Fluidströmung und die zweite rohrseitige Fluidströmung und in einer Reihenanordnung mit Bezug auf das querströmende Fluid angeordnet sind.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der erste Anteil des Fluids als eine erste rohrseitige Fluidströmung von dem Fluideinlasssammelrohr durch die Mehrzahl der Wärmetauschdurchgänge geleitet wird und aus dem Fluidauslasssammelrohr der ersten Wärmetauschkomponente austritt, und wobei der zusätzliche Anteil des Fluids als eine zweite rohrseitige Fluidströmung von dem Fluideinlasssammelrohr durch die Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen geleitet wird und aus dem Fluidauslasssammelrohr der zweiten Wärmetauschkomponente austritt.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass die erste rohrseitige Fluidströmung und die zweite rohrseitige Fluidströmung Hochdruckfluidströmungen sind und wobei das querströmende Fluid eine Niederdruckfluidströmung ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass die erste rohrseitige Fluidströmung und die zweite rohrseitige Fluidströmung Dampf sind und wobei das querströmende Fluid Luft mit niedrigem Druck ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass der Wärmetauscher einen luftgekühlten Wärmetauscher aufweist.
Die vorliegende Anmeldung stellt außerdem noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Fluidströmungen in einer Kreuzstromanordnung und mit einer verbesserten Wärmeübertragungsverteilung bereit. Der Wärmetauscher kann eine Mehrzahl von Wärmetauschmodulen aufweisen, die in einer abwechselnden Kreuzstromfluidströmungspfadkonfiguration angeordnet sind. Jedes von der Mehrzahl von Wärmetauschmodulen weist eine erste Wärmetauschkomponente und wenigstens eine zusätzliche Wärmetauschkomponente auf. Die erste Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen auf, die dazwischen in einer Parallelanordnung angeordnet sind und einen ersten rohrseitigen Fluidströmungspfad in einer ersten Richtung für einen ersten Anteil eines Fluids definieren. Jede der wenigstens einen zusätzlichen Wärmetauschkomponenten weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen auf, die dazwischen in einer Parallelanordnung angeordnet sind und einen zweiten rohrseitigen Fluidströmungspfad in einer zweiten Richtung für einen zusätzlichen Anteil des Fluids definieren, wobei die erste Richtung der zweiten Richtung entgegengesetzt ist. Der erste Anteil des Fluids wird als eine erste rohrseitige Fluidströmung von dem Fluideinlasssammelrohr durch die Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen geleitet und tritt aus dem Fluidauslasssammelrohr der ersten Wärmetauschkomponente aus. Der zusätzliche Anteil des Fluids wird als eine zweite rohrseitige Fluidströmung von dem Fluideinlasssammelrohr durch die Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen geleitet und tritt aus dem Fluidauslasssammelrohr der zweiten Wärmetauschkomponente aus. Der erste Fluidströmungspfad und der zweite Fluidströmungspfad, die einander entgegengesetzt sind, gleichen die Temperaturverteilung über dem Querschnitt eines aus dem Modul austretenden querströmenden Fluids aus.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers kann es vorteilhaft sein, dass die erste rohrseitige Fluidströmung und die zweite rohrseitige Fluidströmung Hochdruckfluidströmungen sind und wobei das querströmende Fluid eine Niederdruckfluidströmung ist.
Diese und andere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung werden einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet nach der Durchsicht der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offenbar werden, wenn sie in Verbindung mit den mehreren Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen genommen wird.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden im Licht der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offenbar werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, in denen:

1 eine schematische Ansicht einer Gasturbine aufweisend einen Wärmetauscher in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen ist;
2 eine schematische Ansicht eines Systems zur Verwendung in einem Kraftwerk aufweisend einen Wärmetauscher in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen ist;
3 eine dreidimensionale Ansicht eines Abschnitts eines Wärmetauschers in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen ist;
4 eine Teilquerschnittsansicht eines Abschnitts eines Wärmetauschers entlang der Linie 4-4 der 3 in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen ist;
5 eine Teilquerschnittsdraufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Abschnitts eines Wärmetauschers in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen ist;
6 eine dreidimensionale Ansicht eines Abschnitts eines anderen Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen ist;
7 eine Teilquerschnittsansicht eines Abschnitts eines Wärmetauschers entlang der Linie 7-7 der 6 in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen ist;
8 eine Teilquerschnittsdraufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Abschnitts eines Wärmetauschers in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen ist; und
9 eine graphische Darstellung des Wärmetauschers aus 8 ist, wie er hierin beschrieben ist, die berechnete Fluiddynamiken und Wärmeübertragungskoeffizienten darstellt, in Übereinstimmung mit einem oder mehreren hierin gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie es nachfolgend detailliert erläutert ist, enthalten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Wärmetauschsystem, das Wärmetauschrohre offenbart, die angeordnet sind, um eine wechselweise Strömungsrichtung der rohrseitigen Strömungspfade zu haben.
Allgemein sind relevante Wärmetauschsysteme verbreitet in Anwendungen verwendet, die entweder ein signifikantes Volumen von verschwendeten Abgasfluiden bei hohen Temperaturen emittieren oder eine Gasströmung oder Dampfströmung mit großem Volumen unter Verwendung von Luft kühlen. Nicht beschränkende Beispiele von solchen Anwendungen enthalten Anlagen zur Verarbeitung von Chemikalien, Kraftwerke und insbesondere Gasturbinen und Luftkühler. Die Wärmetauschsysteme sind in einigen dieser Anwendungen beinhaltet, um Wärme aus den vergeudeten Abgasfluiden wiederzugewinnen. Diese Wärmetauschsysteme gewinnen Wärme aus den verschwendeten Abgasfluiden mittels eines Wärmeübertragungsverfahrens zurück. Die Wärmeübertragung ist ein physikalisches Phänomen, das den Wärmeaustausch zwischen Fluiden bei unterschiedlichen Temperaturen durch eine leitende Wand ermöglicht. Die Wärmetauschsysteme arbeiten auf dem Phänomen der Wärmeübertragung, um Wärme aus den verschwendeten Abgasfluiden wieder zu gewinnen. Die Wärmetauschsysteme haben unterschiedliche Arbeitsmodi basierend auf der Ausgestaltung der Wärmetauschsysteme. Die Wärmetauschsysteme sind typischerweise entsprechend der Arbeitsweise der Wärmetauschsysteme klassifiziert. Fluide strömen innerhalb eingeschlossener Oberflächen in den Wärmetauschsystemen, wobei die eingeschlossenen Oberflächen eine Richtung und einen Strömungspfad für die Fluide bereitstellen.
Bezugnehmend nunmehr auf die Zeichnungen ist zu beachten, dass sich gleiche Nummern durchgängig durch die verschiedenen Ansichten auf gleiche Elemente beziehen und dass die in den Figuren gezeigten Elemente nicht maßstabsgetreu sind und keine Dimensionierungen aus den relativen Größen und Abständen abgeleitet werden sollten, die in den Figuren veranschaulicht sind. In 1 ist eine schematische Ansicht einer Gasturbine 100 veranschaulicht, wie sie hierin beschrieben sein kann. Die Gasturbine 100 kann einen Kompressor 110 aufweisen. Der Kompressor 110 komprimiert eine eintretende Strömung von Luft 120. Der Kompressor 110 liefert eine komprimierte Strömung von Luft 125 zu einem Gasturbinenrekuperator 130. Der Gasturbinenrekuperator 130 liefert eine gekühlte, komprimierte Strömung von Luft 135 zu einer Brennkammer 140. Die Brennkammer 140 mischt die komprimierte Strömung von Luft 120 mit einer komprimierten Strömung von Brennstoff 145 und zündet das Gemisch, um eine Strömung von Verbrennungsgasen 150 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer 140 gezeigt ist, kann die Gasturbine 100 irgendeine Anzahl von Brennkammern 140 aufweisen.
Die Strömung der Verbrennungsgase 150 wird wiederum an eine Turbine 160 abgegeben. Die Strömung der Verbrennungsgase 150 treibt die Turbine 160 an, um mechanische Arbeit mittels der Drehung einer Turbinenwelle 170 zu erzeugen. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine 160 erzeugt wird, treibt den Kompressor 110 und eine externe Last, wie etwa einen elektrischen Generator 180 und dergleichen mittels des Turbinenrotors 170 an.
Die Gasturbine 100 kann Erdgas, verschiedene Arten von petroleumbasierten flüssigen Brennstoffen, Synthesegas und andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbine 100 kann irgendeine Anzahl von verschiedenen Turbinen sein, die durch die General Electric Company aus Schenectady, New York angeboten werden, oder andere. Die Gasturbine 100 kann andere Konfigurationen haben oder andere Arten von Komponenten verwenden. Andere Arten von Gasturbinen können hierin auch verwendet werden. Mehrere Gasturbinen 100, andere Arten von Turbinen und andere Arten von einer Leistungserzeugungsausrüstung können hierin gemeinsam verwendet werden.
Allgemein beschrieben kann der Gasturbinenrekuperator 130 ein Wärmetauscher, wie er hierin offenbar ist, sein, der in einem großen Kanal mit Fluidströmungsdurchgängen angeordnet ist, die darin zwischen angeordnet sind, so dass die komprimierte Strömung der Luft 125 gekühlt wird, wenn sie durch den Kanal hindurch geht. Andere Rekuperatorkonfigurationen und andere Arten von Wärmetauscheinrichtungen können hierin verwendet werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems 210 zur Verwendung in einem Kraftwerk, wie etwa einem Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk, wie es hierin beschrieben sein kann. Für bestimmte Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke oder in Anlagen zur Verarbeitung von Chemikalien, zur Verwendung in Regionen der Welt mit Wassermangel, kann ein luftgekühlter Kondensator oder Luftkühler für Prozess- oder Arbeitsfluide aufgrund der Nichtverfügbarkeit von Wasser installiert werden. Das Kraftwerk enthält eine Energiequelle, wie etwa eine Gasturbine 220, die während ihres Betriebs Wärme 225 erzeugt, einen Rekuperator 230, der mit der Gasturbine 220 verbunden ist, einen Abhitzedampferzeuger (HRSG) 240, der mit dem Rekuperator 230 verbunden ist, einen Kühlturm 250 und eine oder mehrere Dampfturbinen 260. Der HRSG 240 erzeugt Dampf 245 mittels der Hitze, die durch die Gasturbine 220 erzeugt wurde, und enthält Wärmetauscher, wie etwa Überhitzer, Verdampfer und Vorwärmer, die entlang einer Achse davon angeordnet sind, und durch den Anteile des erzeugten Dampfes 245 zu einer oder mehreren Dampfturbinen 260 verzweigt werden, um mittels des verzweigten Dampfes Leistung zu erzeugen, wie etwa Elektrizität, und eine verbrauchte Dampfversorgungsmenge 265 abzugeben. Ein Luftkühler 270 ist dazu eingerichtet, wenigstens eine Dampfversorgungsmenge 265 fluidisch zu empfangen und luftzukühlen. Der luftgekühlte Kondensator 260 arbeitet mit elektrisch angetriebenen Gebläsen und kühlt die Dampfversorgungsmenge 265 mittels einer Zufuhr von Luft 275.
Allgemein beschrieben kann der Rekuperator 230 ein Wärmetauscher sein, wie er hierin offenbart ist, der in einem großen Kanal mit darin zwischenangeordneten Fluidströmungsdurchgängen angeordnet ist, so dass die Wärmeströmung 225 gekühlt wird, wenn sie durch den Kanal hindurchgeht. Andere Rekuperatorkonfigurationen und andere Arten von Wärmetauscheinrichtungen können hierin verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass das in 2 gezeigte Kraftwerk lediglich beispielhaft ist und dass andere Konfigurationen desselben möglich sind.
Bezugnehmend nunmehr auf die 3 und 4 ist ein Abschnitt eines Wärmetauschers 300 entsprechend einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, wie es hierin beschrieben sein kann. Der Wärmetauscher 300 kann als Teil des Rekuperators 130 aus 1, des Rekuperators 230 aus 2, des Luftkühlers 270 aus 2 oder für irgendeine Art von Wärmetauscheinrichtung oder irgendeinen Wärmetauschverwendungszweck verwendet werden.
Der Wärmetauscher 300 weist allgemein wenigstens ein Wärmetauschmodul 310 auf, von dem eines in den Figuren veranschaulicht ist. Jedes von dem wenigstens einen Wärmetauschmodul 310 weist eine erste Wärmetauschkomponente 320 und eine zweite Wärmetauschkomponente 340 auf. Jede von der ersten Wärmetauschkomponente 320 und der zweiten Wärmetauschkomponente 340 enthält eine einzige Reihe 312 von einem oder mehreren Wärmetauschdurchgängen 314. Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel weist jede Reihe 312 eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen 314 auf und genauer eine Mehrzahl von Wärmetauschrohren (sogleich beschrieben), die in Fluidverbindung dazwischen angeordnet sind. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Wärmetauschdurchgänge 314 Kanäle oder andere Geometrien, wie etwa rechteckige Kanäle in einem Plattenrippenwärmetauscher aufweisen. Noch bezugnehmend auf die Figuren weist die erste Wärmetauschkomponente 320, wie es in den 3-4 veranschaulicht ist, ein Fluideinlasssammelrohr 325, ein Fluidauslasssammelrohr 330 und eine Mehrzahl von Wärmetauschrohren 335 auf, die dazwischen in einer Reihe 312 angeordnet sind und für eine hindurchgehende Strömung von wenigstens einem ersten Anteil 321 eines Fluids 322, wie etwa einem Hochdruckfluid (z.B. Luft, Dampf), bereitgestellt sind. Gleichermaßen weist die zweite Wärmetauschkomponente 340 ein Fluideinlasssammelrohr 345, ein Fluidauslasssammelrohr 350 und eine Mehrzahl von Wärmetauschrohren 355 auf, die dazwischen in einer Reihe 312 angeordnet sind und für eine hindurchgehende Strömung eines zusätzlichen Anteils 323 des Fluids 322 bereitgestellt sind.
Jede von der ersten Wärmetauschkomponente 320 und der zweiten Wärmetauschkomponente 340 kann irgendeine Anzahl von Wärmetauschrohren 335, 355 aufweisen, die zwischen einem jeweiligen Fluideinlasssammelrohr 325, 345 und Fluidauslasssammelrohr 330, 350 angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel können wenigstens einige der Wärmetauschrohre 335, 355 eine Anzahl von Rippen 420 aufweisen, die darum herum angeordnet sind. Zum Zwecke der Klarheit sind die Rippen 420 nur als an einem einzigen Wärmetauschrohr 335 der ersten Wärmetauschkomponente 320 angeordnet veranschaulicht. Dementsprechend kann jede Reihe 312 irgendeine Anzahl von Wärmetauschrohren 335, 355 aufweisen und Rippen können hierin verwendet werden. Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Rippen 420 auf jedem von der Mehrzahl von Wärmetauschrohren 335, 355 angeordnet. Die mehreren Rippen 420 sind voneinander parallel beabstandet und ermöglichen es, einem querströmenden Fluid 360 durch eine Mehrzahl von Zwischenräumen 422 hindurch zu gelangen, die dazwischen gebildet sind. Der Wärmetauscher 300 kann relativ kompakt sein verglichen mit existierenden Rohrwärmetauschern, aber kann irgendeine gewünschte Größe, Form und/oder Konfiguration aufweisen.
Der Wärmetauscher 300 weist die Wärmetauschrohre 335, 355 auf, die in einer Kreuzstromkonfiguration ausgerichtet sind und genauer im Wesentlichen rechtwinklig zu dem querströmenden Fluid 360, wie etwa einem Gas oder dergleichen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das querströmende Fluid 360 ein Niederdruckgas, wie etwa ein Abgas in einem großen Kanal (d.h. in einem Abgaswärmewiedergewinnungskanal). Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 ist der Wärmetauscher 300 in einem Kanal (nicht gezeigt) angeordnet.
Die Wärmetauschrohre 335, 355 haben im Wesentlichen dieselben Dimensionen, Formen, Längen, Durchmesser, Umfänge, Größen oder Kombinationen davon. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Dimensionen, Formen, Längen, Durchmesser, Umfänge, Größen oder Kombinationen davon der Wärmetauschrohre 335 identisch oder gleich zu den entsprechenden Dimensionen, Formen, Längen, Durchmesser, Umfänge, Größen oder Kombinationen davon der Wärmetauschrohre 355 sein. Außerdem können die Außenabmessungen der Wärmetauschrohre 335, 355 bei einigen Ausführungsbeispielen gleich sein. Auch kann bei diesem Beispiel eine Wandstärke der Wärmetauschrohre 335, 355 gleich sein. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Wandstärke der Wärmetauschrohre 335, 355 unterschiedlich sein. Zusätzlich können die Wärmetauschrohre 335, 355 bei einigen Ausführungsbeispielen unter Verwendung desselben Materials hergestellt sein. Jedoch können in einigen anderen Ausführungsbeispielen unterschiedliche Materialien verwendet werden, um die Wärmetauschrohre 335, 355 herzustellen.
In 3 ist außerdem in durchgezogenen Pfeillinien eine rohrseitige Strömung 400 des ersten Anteils 321 des Fluids 322 in der ersten Wärmetauschkomponente 320, in gestrichelten Pfeillinien ist eine rohrseitige Strömung 410 des zusätzlichen Anteils 323 des Fluids 322 in der zweiten Wärmetauschkomponente 340 und das querströmende Fluid 360 veranschaulicht. Wie vorstehend angegeben, sind die Wärmetauschrohre 335, 355 in einer Kreuzstromanordnung mit dem querströmenden Fluid 360 angeordnet und die verteilenden und sammelnden Fluideinlasssammelrohre 325, 345 und Fluidauslasssammelrohre 330, 350, wie es am besten in 4 veranschaulicht ist, sind im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Längsachse der Wärmetauschrohre 335, 355 zur Durchströmung des querströmenden Fluids 360 angeordnet. Aufweisend parallele rohrseitigen Strömungen 400 und 410 in einer Einfachdurchgang-Konfiguration, wie sie hierin beschrieben ist, wird eine Querschnittsfläche vergrößert und ein Druckverlust reduziert verglichen mit einer Kreuzgegenstromanordnung mit derselben Anzahl von Reihen. Wie es veranschaulicht ist, entsprechend dieser neuen Anordnung, sind das Fluideinlasssammelrohr 325 der ersten Wärmetauschkomponente 320 und das Fluideinlasssammelrohr 345 der zweiten Wärmetauschkomponente 240 derart angeordnet, so dass die rohrseitige Strömung 400 des ersten Anteils 321 des Fluids 322 in einer Richtung entgegengesetzt ist zur rohrseitigen Strömung 410 des zusätzlichen Anteils 323 des Fluids 322. Die entgegengesetzte Strömungskonfiguration gleicht die Temperaturverteilung über den Querschnitt des aus dem Modul 310 austretenden querströmenden Fluids 360 und den rohrseitigen Fluidströmungen 400 und 410 aus, die die Wärmetauscher als eine Fluidströmung 342 verlassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein vollständig montierter Wärmetauscher eine Mehrzahl von Mehrfachreihenwärmetauschmodulen 310 aufweisen, wie es hierin beschrieben ist, und daher eine abwechselnde Strömungsrichtung der rohrseitigen Strömungen 400, 410 in jedem Modul 310, die das querströmende Fluid 360 kreuzen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein vollständig montierter Wärmetauscher eine Mehrzahl von Mehrfachreihenwärmetauschmodulen 310 aufweisen, die in einer abwechselnden Konfiguration in einer Reihenanordnung oder einer Parallelanordnung mit Bezug auf die rohrseitigen Fluidströmungen 400, 410 und einer Reihenanordnung mit Bezug auf das querströmende Fluid 360 angeordnet sind. Durch das wechselweise Anordnen der Strömungsrichtung der rohrseitigen Strömungen 400, 410 in einem Durchgang wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung des querströmenden Fluids 360 erreicht, das das erste Wärmetauschmodul verlässt und ohne ungleichmäßige Wärme und ohne heiße Stellen in irgendeine nachfolgende Wärmetauschstufe eintritt. Außerdem stellt das Anpassen der Rippen 420 für jede Reihe 312 in Bezug auf die Rippenhöhe und die Rippendichte eine geringere maximale Rohrtemperatur und eine gleichmäßigere rohrseitige Auslasstemperaturverteilung bereit, was die Verwendung von Materialien mit geringerer Güte ermöglicht und thermische Spannungen reduziert. Genauer ist die Mehrzahl von Rippen 420 auf jedem von der Mehrzahl von Wärmetauschrohren 335, 355 mit einer Rippenhöhe und einer Rippendichte ausgeführt, um eine minimale Wärmetauschrohrtemperatur oder eine maximale Wärmetauschrohrtemperatur gegenüber einer Gesamtmenge von ausgetauschter Wärme bereitzustellen und eine Temperaturverteilung der rohrseitigen Ströme 400, 410 auszugleichen, die die Mehrzahl von Wärmetauschrohren 335, 355 als die Fluidströmung 342 verlassen.
Bezugnehmend insbesondere auf 5 ist in Teilquerschnittsdraufsicht ein anderes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers veranschaulicht, das mit 450 bezeichnet ist, das allgemein ähnlich ist zu dem Ausführungsbeispiel aus 3, aufweisend wenigstens ein Wärmetauschmodul 310, von denen eines in den Figuren veranschaulicht ist. Wie es vorstehend beschrieben wurde, beziehen sich gleiche Nummern durchgängig durch die verschiedenen Ansichten auf gleiche Elemente. Der Wärmetauscher 450 kann als Teil des Rekuperators 130 aus 1, des Rekuperators 230 aus 2 oder für irgendeine Art von Wärmetauscheinrichtung oder für irgendeinen Wärmeaustauschverwendungszweck verwendet werden. Jedes von dem wenigstens einen Wärmetauschmodul 310 weist eine erste Wärmetauschkomponente 320 und eine zweite Wärmetauschkomponente 340 auf, die mit entgegengesetzt gerichteten rohrseitigen Durchströmungspfaden (sogleich beschrieben) konfiguriert sind. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 3 weist bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel jede von der ersten Wärmetauschkomponente 320 und der zweiten Wärmetauschkomponente 340 zwei Reihen 312 von Wärmetauschdurchgängen 314 und genauer Wärmetauschrohren 335 und 355 auf. Obwohl das veranschaulichte Ausführungsbeispiel aus 5 nur zwei Reihen 312 pro Komponente 320, 340 zeigt, wird es vorweggenommen, dass irgendeine Anzahl von Reihen für jede Komponente beinhaltet sein kann.
Gleichermaßen in dem Ausführungsbeispiel aus 5 veranschaulicht ist eine rohrseitige Strömung 400 eines ersten Anteils 321 eines Fluids 322 in der ersten Wärmetauschkomponente 320, eine rohrseitige Strömung 410 des zusätzlichen Anteils 323 des Fluids 322 in der zweiten Wärmetauschkomponente 340 und das querströmende Fluid 360. Eine Mehrzahl von Rippen 420 ist als auf der ersten Wärmetauschkomponente 320 und der zweiten Wärmetauschkomponente 340 angeordnet veranschaulicht. Wie es vorstehend angegeben wurde, sind die Wärmetauschrohre 335, 355 in einer Kreuzstromanordnung mit dem querströmenden Fluid 360 installiert und bilden dazwischen im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Längsachse der Wärmetauschrohre 335, 355 einen oder mehrere Kanäle für die Strömung des querströmenden Fluids 360. Ähnlich zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel erhöht das Vorhandensein von parallelen rohrseitigen Strömungen 400 und 410 in einer Einfachdurchgangskonfiguration eine Querschnittsfläche und reduziert einen Druckverlust verglichen mit Gegenkreuzstromanordnungen. Wie veranschaulicht, sind die Fluideinlasssammelrohre 325 der ersten Wärmetauschkomponente 320 und das Fluideinlasssammelrohr 345 der zweiten Wärmetauschkomponente 340 entsprechend dieser neuen Anordnung derart angeordnet, dass die rohrseitige Strömung 400 des ersten Anteils 321 des Fluids 322 in einer entgegengesetzten Richtung zur rohrseitigen Strömung 410 des zusätzlichen Anteils 323 des Fluids 322 ist. Die Konfiguration mit entgegengesetzten Strömungen gleicht die Temperaturverteilung über dem Querschnitt des aus dem Modul 310 austretenden querströmenden Fluids 360 und der rohrseitigen Fluidströmungen 400, 410 aus, die aus dem Wärmetauscher 450 als eine Fluidströmung 342 austreten.
Der vollständig montierte Wärmetauscher 450 weist eine Mehrzahl von den Mehrfachreihenwärmetauschmodulen 310 auf, wie sie hierin beschrieben sind, und daher eine abwechselnde Strömungsrichtung der rohrseitigen Strömungen 400, 410 in jedem Modul 310, die das querströmende Fluid 360 kreuzen. Der vollständig montierte Wärmetauscher 450 kann eine Mehrzahl von Mehrfachreihenwärmetauschmodulen 310 aufweisen, die in einer abwechselnden Konfiguration in einer Reihenanordnung oder einer Parallelanordnung mit Bezug auf die rohrseitigen Fluidströmungen 400, 410 und in einer Reihenanordnung mit Bezug auf das querströmende Fluid 360 angeordnet sind. Durch das wechselweise Anordnen der Strömungsrichtung der rohrseitigen Strömungen 400, 410 in einem Durchgang wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung des aus dem ersten Fluiddurchgang austretenden und in irgendeine nachfolgende Wärmetauschstufe eintretenden querströmendne Fluids 360 ohne ungleichmäßige Erwärmung und ohne heiße Stellen erreicht. Außerdem stellt das Anpassen der Rippen 420, wie vorstehend beschrieben, in Bezug auf die Rippenhöhe und die Rippendichte eine geringere maximale Rohrtemperatur und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung der rohrseitigen Ausgangsströmung 342 bereit, was Materialien mit geringerer Güte ermöglicht und thermische Spannungen reduziert.
Bezugnehmend nunmehr auf die 6 und 7 ist noch ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers veranschaulicht und allgemein mit 500 bezeichnet. Wie vorstehend beschrieben, beziehen sich gleiche Nummern durchgehend durch die mehreren Ansichten auf gleiche Elemente. Der Wärmetauscher 500 kann als Teil des Rekuperators 130 aus 1, des Rekuperators 230 aus 2 und des Luftkühlers 270 aus 2 oder für irgendeine Art von Wärmetauscheinrichtung oder für irgendeinen Wärmetauschverwendungszweck verwendet werden.
Der Wärmetauscher 500 weist allgemein eine Mehrzahl von Modulen 310 auf, von denen eines in den Figuren veranschaulicht ist. Jedes von der Mehrzahl von Modulen 310 weist eine erste Wärmetauschkomponente 320 und eine zweite Wärmetauschkomponente 340 auf. Jede von der ersten Wärmetauschkomponente 320 und der zweiten Wärmetauschkomponente 340 ist durch ein Einlasssammelrohr, ein Auslasssammelrohr und eine Mehrzahl von Durchgängen 314 definiert, die in einer Reihe 312 angeordnet sind, die bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Wärmetauschrohren aufweist, die in Fluidverbindung dazwischen angeordnet sind. Genauer, wie es in den 6 und 7 veranschaulicht ist, enthält die erste Wärmetauschkomponente 320 ein Fluideinlasssammelrohr 325, ein Fluidauslasssammelrohr 330 und eine Mehrzahl von Wärmetauschrohren 335, die dazwischen angeordnet sind und die durch Strömung eines ersten Anteils 321 eines Fluids 322 bereitstellen. Gleichermaßen enthält die zweite Wärmetauschkomponente 340 ein Fluideinlasssammelrohr 345, ein Fluidauslasssammelrohr 550 und eine Mehrzahl von Wärmetauschrohren 355, die dazwischen angeordnet sind und die durch Strömung eines zusätzlichen Anteils 323 des Fluids 322 bereitstellen.
Jede von der ersten Wärmetauschkomponente 320 und der zweiten Wärmetauschkomponente 340 kann eine Anzahl von Wärmetauschrohren 335, 355 aufweisen, die zwischen einem jeweiligen Fluideinlasssammelrohr 325, 345 und einem Fluidauslasssammelrohr 330, 350 angeordnet sind. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weisen die Wärmetauschrohre 335, 355 keinerlei Rippen auf, wie etwa die vorher beschriebenen Rippen 420 (3-5). Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel kann eine gleichmäßige Gastemperaturverteilung des querströmenden Fluids 360, das aus dem Wärmetauscher 500 austritt und in irgendeine nachfolgende Wärmetauschstufe eintritt, ohne irgendeine ungleichmäßige Erwärmung und heiße Stellen, ohne gerippte Rohre erreicht werden durch wechselweises Anordnen der Strömungsrichtung und durch Modifizieren des Strömungspfads, der zwischen den Wärmetauschrohren 335, 355 gebildet ist, um den Wärmeübergangskoeffizienten in einer Richtung vom rohrseitigen Strömungspfad (sogleich beschrieben) zu erhöhen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können wenigstens einige der Wärmetauschrohre 335, 355 eine Anzahl von Rippen, wie etwa Rippen 420 (3-5) enthalten, die daran positioniert sind. Ähnlich wie das vorhergehende Ausführungsbeispiel kann der Wärmetauscher 500 relativ kompakt sein verglichen mit existierenden Rohrwärmetauschern, aber kann irgendeine gewünschte Größe, Form und/oder Konfiguration haben.
Der Wärmetauscher 500 weist die Wärmetauschrohre 335, 355 auf, die in einer Kreuzstromkonfiguration ausgerichtet sind und genauer im Wesentlichen rechtwinklig zu einem querströmenden Fluid 360, wie etwa einem Gas oder dergleichen. Wie veranschaulicht, weist die erste Wärmetauschkomponente 320 elf Wärmetauschrohre 335 auf. Gleichermaßen weist die zweite Wärmetauschkomponente 340 elf Wärmetauschrohre 335 auf. Es sollte beachtet werden, dass jede Wärmetauschkomponente 320, 340 irgendeine Anzahl von Wärmetauschdurchgängen 314 aufweisen kann, die in irgendeine Anzahl von Reihen 312 aufgeteilt sind. Wie vorstehend angegeben, sind die Wärmetauschrohre 335, 355 in einer Kreuzstromanordnung mit dem querströmenden Fluid 360 installiert und definieren einen oder mehrere Kanäle 365 dazwischen im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Längsachse der Wärmetauschrohre 335, 355 für die Strömung des querströmenden Fluids 360.
Die Wärmetauschrohre 335, 355 können im Wesentlichen gleiche Dimensionen, Formen, Längen, Durchmesser, Umfänge, Größen oder Kombinationen davon aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Dimensionen, Formen, Längen, Durchmesser, Umfänge, Größen oder Kombinationen davon der Wärmetauschrohre 335 identisch oder gleich sein mit den entsprechenden Dimensionen, Formen, Längen, Durchmesser, Umfänge, Größen oder Kombinationen davon der Wärmetauschrohre 335 identisch oder gleich sein mit den entsprechenden Dimensionen, Formen, Längen, Durchmesser, Umfänge, Größen oder Kombinationen davon der Wärmetauschrohre 355. Außerdem kann die Außenabmessung der Wärmetauschrohre 335, 355 bei einigen Ausführungsbeispielen gleich sein. Auch kann eine Wandstärke der Wärmetauschrohre 335, 355 bei diesem Beispiel gleich sein. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Wandstärke der Wärmetauschrohre 335, 355 unterschiedlich sein. Außerdem können die Wärmetauschrohre 335, 355 bei einigen Ausführungsbeispielen unter Verwendung desgleichen Materials hergestellt sein. Jedoch können bei einigen anderen Ausführungsbeispielen unterschiedliche Materialien verwendet werden, um die Wärmetauschrohre 335, 355 herzustellen.
Bezugnehmend insbesondere auf 6, ist in durchgezogenen Pfeillinien eine rohrseitige Strömung 400 des ersten Anteils 321 des Fluids 322 in der ersten Wärmetauschkomponente 320, in gestrichelten Pfeillinien eine rohrseitige Strömung 410 des zusätzlichen Anteils 323 des Fluids 322 in der zweiten Wärmetauschkomponente 340 und das querströmende Fluid 360 veranschaulicht. Wie vorstehend angegeben, sind die Wärmetauschrohre 335, 355 in einer Kreuzstromanordnung mit dem querströmenden Fluid 360 installiert. Wie veranschaulicht, sind das Fluideinlasssammelrohr 325 der ersten Komponente 320 und das Fluideinlasssammelrohr 345 der zweiten Komponente 340 entsprechend dieser neuen Anordnung derart angeordnet, dass die rohrseitige Strömung 400 des ersten Anteils 321 des Fluids 322 in einer entgegengesetzten Richtung zu der rohrseitigen Strömung 610 des zusätzlichen Anteils 323 des Fluids 322 ist. Die Konfiguration mit entgegengesetzten Strömungen gleicht die Temperaturverteilung über dem Querschnitt der aus dem Modul 310 austretenden Fluidströmung 360 aus und stellt eine gleichmäßigere Temperaturverteilung der rohrseitigen Ausgangsströmungen 342 bereit.
Der vollständige Wärmetauscher 500 weist eine Mehrzahl der Wärmetauschmodule 310 auf, die in einer abwechselnden Strömungskonfiguration angeordnet sind, um entgegengesetzt gerichtete rohrseitige Strömungen 400, 410 in jedem Modul 310 bereitzustellen, die das querströmende Fluid 360 kreuzen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der vollständig montierte Wärmetauscher 500 eine Mehrzahl von Mehrfachreihenwärmetauschmodulen 310 aufweisen, die in einer abwechselnden Konfiguration in einer Reihenanordnung oder einer Parallelanordnung mit Bezug auf die rohrseitigen Fluidströmungen 500, 510 und in einer Reihenanordnung mit Bezug auf das querströmende Fluid 360 angeordnet sind. Durch das Abwechseln der Strömungsrichtung der rohrseitigen Strömungen 500, 510 in einem Durchgang, ist eine gleichmäßigere Temperaturverteilung des aus dem ersten Fluiddurchgang austretenden querströmenden Fluids 360 bereitgestellt und das Eintreten in irgendeine nachfolgende Wärmetauschstufe ohne ungleichmäßige Erwärmung und ohne heiße Stellen stellt eine gleichmäßigere Temperaturverteilung der rohrseitigen Ausgangsströmungen 342 bereit.
Bezugnehmend nunmehr auf die 8 und 9, ist ein verbesserter Wärmetauscher, wie etwa ein Wärmetauscher 520 aus 8, graphisch in 9 veranschaulicht, um die rohrseitige und rippenseitige Temperaturverteilung zu veranschaulichen. Wie es am besten in 8 dargestellt ist, ist der Wärmetauscher 520 im Allgemeinen ähnlich wie die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele konfiguriert und dementsprechend werden gleiche Elemente nicht beschrieben. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel weist der Wärmetauscher 520 zwei (2) Wärmetauschmodule, wie etwa Module 310 aus 3, auf, aufweisend insgesamt vier (4) individuelle Wärmetauschkomponenten 521, 522, 523 und 524, die allgemein ähnlich wie die vorstehend beschriebenen Komponenten 320 und 340 sind, und in einer Wechselströmungskonfiguration angeordnet sind. Es sollte beachtet werden, dass 8 nicht die Fluidverbindung der Komponenten 521, 522, 523 und 524 miteinander veranschaulicht, aber es sollte verstanden werden, dass die Fluideinlasssammelrohre (nicht gezeigt) von jeder Komponente in Fluidverbindung stehen, wie auch die Fluidauslasssammelrohre.
Genauer bezugnehmend auf 9, wie es vorstehend angesprochen wurde, war der getestete Wärmetauscher gemäß dieser graphischen Darstellung gleich dem in 8 gezeigten, aufweisend zwei (2) Wärmetauschmodule, wie etwa Module 310 aus 3 aufweisend insgesamt vier (4) individuelle Wärmetauschkomponenten, wie etwa Komponenten 521, 522, 523 und 524 aus 8, die in einer Wechselströmungskonfiguration angeordnet sind. Eine Distanz, die sich in einer Länge des Rohrs oder eines Kanals erstreckt, ist an der X-Achse 552 dargestellt. Eine Temperatur einer Fluidströmung an einer Rippenseite oder einer Rohrseite ist an der Y-Achse 554 dargestellt. Die Temperatur des querströmenden Gases 360 ( 8) ist bei 556 dargestellt. Die Fluidströmung 360 wird über sämtliche der Wärmetauschkomponenten 521, 522, 523 und 524 (8) zugeführt und genauer entlang einer vollständigen Länge des Kanals bei einer gleichmäßigen Temperaturverteilung und tritt mit einer gleichmäßigen Verteilung aus, die bei 558 dargestellt ist. Eine Temperaturänderung entlang der Rohrlänge einer rohrseitigen Strömung in einer Reihe in der ersten Wärmetauschkomponente 521 ist an der Linie 560 dargestellt. Eine Temperaturänderung entlang der Rohrlänge einer rohrseitigen Strömung in einer Reihe in der zweiten Wärmetauschkomponente 522, die in einer entgegengesetzten Strömungsrichtung zu der Reihe in der ersten Wärmetauschkomponente 521 angeordnet ist, ist an der Linie 562 dargestellt. Eine Temperaturänderung entlang der Rohrlänge einer rohrseitigen Strömung in einer Reihe in der dritten Wärmetauschkomponente 523, die in einer entgegengesetzten Strömungsrichtung zu der Reihe in der zweiten Wärmetauschkomponente 522 angeordnet ist, ist an der Linie 564 dargestellt. Eine Temperaturänderung entlang der Rohrlänge einer rohrseitigen Strömung in einer vierten Wärmetauschkomponente 524, die in einer entgegengesetzten Strömungsrichtung zu der Reihe in der dritten Wärmetauschkomponente 523 angeordnet ist, ist an der Linie 566 dargestellt. Wie angegeben, ist die Temperatur eines Ausgangs des querströmenden Gases, wie etwa des querströmenden Fluids 360, an der Linie 558 dargestellt, was einen Ausgleich der Temperaturverteilung über die Mehrzahl von Wärmetauschkomponenten 521, 522, 523 und 524 und den Kanal veranschaulicht.
Dementsprechend kann ein Wärmetauscher, wie er vorstehend offenbart ist, mehr als zwei Reihen, wie etwa 4, 6, 8 oder mehr aufweisen, von denen jede zwei aufeinanderfolgende Reihen in Richtung des querströmenden Fluids entgegengesetzte rohrseitige Strömungsrichtungen haben. Mehrere oder sogar sämtliche Rohrreihen mit derselben Strömungsrichtung können mit einem gemeinsamen Verteiler- und Sammelrohr (Einlasssammelrohr/Auslasssammelrohr) an jedem Ende angeordnet sein. Dies ist eine Einfachdurchgang-Anordnung des rohrseitigen Fluids (typischerweise ein Hochdruckgas oder eine Hochdruckflüssigkeit) durch das rippenseitige Fluid (typischerweise ein Niederdruckgas) .
Wie beschrieben, können die rohrseitigen Auslasstemperaturen von jeder Wärmetauschkomponente ziemlich unterschiedlich sein und können, falls das rohrseitige Fluid erwärmt wird, eine gewünschte Maximaltemperatur überschreiten, bevor sie in den Auslasssammelrohren gemischt werden, um eine Durchschnittstemperatur anzunehmen. Um dies zu mindern und die Auslasstemperatur der ersten Wärmetauschkomponente zu reduzieren, aber die Auslasstemperatur von stromabwärtsseitigen Wärmetauschkomponenten zu erhöhen, während eine im Wesentlichen konstante Durchschnittsauslasstemperatur aufrecht erhalten wird, kann ein Wärmeübertragungskoeffizient von niedrigeren zu höheren Werten von Komponente zu Komponente in einer Richtung des rippenseitigen oder querströmenden Fluids 360 modifiziert werden. Das Modifizieren des Wärmeübertragungskoeffizienten kann durch Variieren der Rippenhöhe und Rippendichte erreicht werden, wie es vorstehend beschrieben wurde, sowie durch Verändern der Oberfläche an einem Inneren von jedem Wärmetauschrohr.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Gasturbinenrekuperators mit einer Einfachdurchgang-Konfiguration der komprimierten Luft in dem Abgas stromaufwärts von einem HRSG, wird ein Wärmetauscher, der die abwechselnden Strömungsrichtungen der rohrseitigen Strömungen, die den Kreuzstromfluidpfad, wie hierin offenbart, kreuzen, das Anordnen des Rekuperatorabschnitts unmittelbar stromaufwärts von dem Dampfabschnitt ermöglichen, ohne die Dampfströmungsraten in dem Verdampfer und die Rohr-zu-Rohr-Auslasstemperaturen in Dampfüberhitzern und Dampfzwischenüberhitzern zu beeinträchtigen. Außerdem wird bei einem Ausführungsbeispiel, das gerippte Rohre verwendet, durch Anpassen der Rippen für jede Wärmetauschkomponente, wie es hierin beschrieben ist, eine geringere maximale Rohrtemperatur und eine gleichmäßigere rohrseitige Auslasstemperaturverteilung erreicht. Zusätzliche Vorteile des hierin beschriebenen Wärmetauschers umfassen geringere Kosten für Materialien geringerer Güte und eine höhere Lebensdauer durch reduzierte thermische Belastungen und Spannungen. Mehr als ein solcher Einfachdurchgang-Wärmetauscher kann in einer Gegenkreuzstromkonfiguration des rohrseitigen Fluids mit dem rippenseitigen Fluid in Kreuzströmung, stromaufwärts von einem HRSG oder ohne den HRSG stromaufwärts vom Kamin angeordnet werden.
Es sollte verstanden werden, dass sich das Vorstehende nur auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung bezieht und dass viele Änderungen und Modifikationen hierin durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet gemacht werden können, ohne von dem allgemeinen Gedanken und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist. Solche Änderungen und Modifikationen können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf die Verwendung von abwechselnden Strömungsrichtungen einer rohrseitigen Strömung in irgendeinem Kreuzstromwärmetauscher mit einer parallelen nicht gemischten Strömung von wenigstens einem Fluid, wenn eine gleichmäßige Temperaturverteilung ohne heiße Stellen gewünscht ist.
Die vorliegende Anmeldung stellt einen Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Fluidströmungen in Kreuzstromanordnung bereit. Der Wärmetauscher weist wenigstens ein Wärmetauschmodul aufweisend eine erste Wärmetauschkomponente und eine zweite Wärmetauschkomponente auf. Die erste Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und wenigstens einen Wärmetauschdurchgang auf, die einen ersten rohrseitigen Fluidströmungspfad eines ersten Anteils eines Fluids in einer ersten Richtung definieren. Die zweite Wärmetauschkomponente weist ein Fluideinlasssammelrohr, ein Fluidauslasssammelrohr und wenigstens einen Wärmetauschdurchgang auf, die einen zweiten rohrseitigen Fluidströmungspfad in einer zweiten Richtung für einen zusätzlichen Anteil des Fluids definieren, wobei die erste Richtung entgegengesetzt ist zu der zweiten Richtung. Der erste rohrseitige Strömungspfad und der zweite rohrseitige Strömungspfad, die entgegengesetzt gerichtet sind, gleichen die Temperaturverteilung über dem Querschnitt eines aus dem Modul austretenden querströmenden Fluids aus.
Bezugszeichenliste

100: Gasturbine
110: Kompressor
120: Strömung der Luft
125: komprimierte Strömung der Luft
130: Rekuperator
135: gekühlte, komprimierte Strömung der Luft
140: Brennkammer
145: komprimierte Strömung des Brennstoffs
150: Verbrennungsgase
160: Turbine
170: Turbinenwelle
180: elektrischer Generator
190: Abhitzedampferzeuger (HRSG)
200: Speisewasser und Dampf
210: System-Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk
220: Gasturbine
225: Wärme
230: Rekuperator
240: Abhitzedampferzeuger (HRSG)
245: Dampf
250: Kühlturm
260: eine oder mehrere Dampfturbinen
265: Dampfversorgungsmenge
270: luftgekühlter Kondensator
275: Zufuhr von Luft
280
290
300: Wärmetauscher
305
310: wenigstens eine Wärmetauschmodul
312: Reihe
314: ein oder mehrere Wärmetauschdurchgänge
316
318
320: erste Wärmetauschkomponente
321: ein erster Anteil eines Fluids 322
322: Fluid
323: zusätzlicher Anteil des Fluids
324
325: Fluideinlasssammelrohr
330: Fluidauslasssammelrohr
335: Mehrzahl von Wärmetauschrohren
340: zweite Wärmetauschkomponente
342: rohrseitige Auslassströmungen
345: Fluideinlasssammelrohr
350: Fluidauslasssammelrohr
355: Mehrzahl von Wärmetauschrohren
360: querströmendes Fluid
365: ein oder mehrere Kanäle
370
375
380
390
400: rohrseitige Strömung
410: rohrseitige Strömung
420
422: Zwischenraum
440
450: zweites Ausführungsbeispiel
460
470
480
490
500: drittes Ausführungsbeispiel
520: viertes Ausführungsbeispiel
521: erste Komponente
522: zweite Komponente
523: dritte Komponente
524: vierte Komponente
550: graphische Darstellung
552: X-Achse
554: Y-Achse
556: Temperatur des zugeführten querströmenden Gases
558: Temperatur des austretenden querströmenden Gases
560: Temperaturänderung - erste Wärmetauschkomponente
562: Temperaturänderung - zweite Wärmetauschkomponente
564: Temperaturänderung - dritte Wärmetauschkomponente
566: Temperaturänderung - vierte Wärmetauschkomponente

Claims

Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Fluidströmungen in einer Kreuzstromanordnung und mit verbesserter Temperaturverteilung, aufweisend: wenigstens ein Wärmetauschmodul (310), das in einer Kreuzstromfluidpfadkonfiguration (360) angeordnet ist, wobei jedes Wärmetauschmodul (310) eine erste Wärmetauschkomponente (320) und eine zweite Wärmetauschkomponente (340) aufweist; wobei die erste Wärmetauschkomponente (310) ein Fluideinlasssammelrohr (325), ein Fluidauslasssammelrohr (350) und wenigstens einen Wärmetauschdurchgang (335) aufweist, der dazwischen angeordnet ist und einen ersten rohrseitigen Fluidströmungspfad (400) in einer ersten Richtung für einen ersten Anteil (321) eines Fluids (322) definiert; und wobei die zweite Wärmetauschkomponente (340) ein Fluideinlasssammelrohr (345), ein Fluidauslasssammelrohr (350) und wenigstens einen Wärmetauschdurchgang (355) aufweist, der dazwischen angeordnet ist und einen zweiten rohrseitigen Fluidströmungspfad (410) in einer zweiten Richtung für einen zusätzlichen Anteil (323) des Fluids (322) definiert, wobei die erste Richtung entgegengesetzt ist zur zweiten Richtung, wobei der erste rohrseitige Fluidströmungspfad (400) und der zweite rohrseitige Fluidströmungspfad (410), die einander entgegenggesetzt sind, die Temperaturverteilung über dem Querschnitt eines aus dem Modul austretenden querströmenden Fluids (360) ausgleichen.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) eine Mehrzahl von Wärmetauschmodulen (310) aufweist, die in einer Reihenanordnung oder einer Parallelanordnung mit Bezug auf die erste rohrseitige Fluidströmung (400) und die zweite rohrseitige Fluidströmung (410) und einer Reihenanordnung mit Bezug auf das querströmende Fluid (360) angeordnet sind.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Wärmetauschdurchgang (335, 355) in dem wenigstens einen Wärmetauschmodul (310) eine Mehrzahl von Wärmetauschrohren aufweisend eine Mehrzahl von daran angeordneten Rippen (420) aufweist, wobei die Mehrzahl von Rippen (420) parallel voneinander beabstandet sind und einem querströmenden Fluid (360) ermöglichen, durch einen dazwischen angeordneten Zwischenraum (422) hindurch zu gelangen.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Rippen (420) an jedem von der Mehrzahl von Wärmetauschrohren (335, 355) mit einer Rippenhöhe und einer Rippendichte ausgebildet sind, um eine minimale Wärmetauschrohrtemperatur oder eine maximale Wärmetauschrohrtemperatur relativ zu einer Gesamtmenge einer ausgetauschten Wärme bereitzustellen und eine Temperaturverteilung eines rohrseitigen Fluids (342) auszugleichen, das aus der Mehrzahl von Wärmetauschrohren (335, 355) austritt.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Anteil (321) des Fluids (3221) als eine erste rohrseitige Fluidströmung (400) von dem Fluideinlasssammelrohr (325) der ersten Wärmetauschkomponente (320) durch den wenigstens einen Wärmetauschdurchgang (335) der ersten Wärmetauschkomponente (320) geleitet wird und aus dem Fluidauslasssammelrohr (342) der ersten Wärmetauschkomponente (320) austritt, und wobei der zusätzliche Anteil (323) des Fluids (322) als eine zweite rohrseitige Fluidströmung (410) von dem Fluideinlasssammelrohr (345) der zweiten Wärmetauschkomponente (340) durch den wenigstens einen Wärmetauschdurchgang (335) der zweiten Wärmetauschkomponente (340) in einer Strömungsrichtung entgegengesetzt zu der von der ersten rohrseitigen Fluidströmung (400) geleitet wird und aus dem Fluidauslasssammelrohr (342) der zweiten Wärmetauschkomponente (340) austritt.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) zum Wärmeaustausch zwischen zwei Fluidströmungen in Kreuzstromanordnung und mit verbesserter Wärmeübertragungsverteilung, aufweisend: eine Mehrzahl von Wärmetauschmodulen (310), die in einer Kreuzstromfluidpfadkonfiguration angeordnet sind, wobei jedes von der Mehrzahl von Wärmetauschmodulen (310) aufweist: eine erste Wärmetauschkomponente (320); und wenigstens eine zusätzliche Wärmetauschkomponente (340) ; wobei die erste Wärmetauschkomponente (320) ein Fluideinlasssammelrohr (325), ein Fluidauslasssammelrohr (330) und eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (335) aufweist, die dazwischen in einer Parallelanordnung angeordnet sind und einen ersten rohrseitigen Fluidströmungspfad (400) in einer ersten Richtung für den Durchgang eines ersten Anteils (321) eines Fluids (322) definieren; und wobei jede von der wenigstens einen zusätzlichen Wärmetauschkomponente (340) ein Fluideinlasssammelrohr (345), ein Fluidauslasssammelrohr (350) und eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (355) aufweist, die dazwischen in einer Parallelanordnung angeordnet sind und einen zweiten rohrseitigen Fluidströmungspfad (410) in einer zweiten Richtung für den Durchgang eines zusätzlichen Anteils (323) des Fluids (322) definieren, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zu der zweiten Richtung ist, wobei der erste rohrseitige Fluidströmungspfad (400) und der zweite rohrseitige Fluidströmungspfad (410), die einander entgegengesetzt sind, die Temperaturverteilung über dem Querschnitt eines aus jedem Modul (310) austretenden querströmenden Fluids (360) ausgleichen.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) nach Anspruch 6, außerdem aufweisend eine Mehrzahl von Rippen (420), die auf der Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (335, 355) angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Rippen (420) parallel voneinander beabstandet ist und einem querströmenden Fluid (360) ermöglicht, durch einen Zwischenraum (422) dazwischen hindurch zu gelangen, und wobei die Mehrzahl von Rippen (420) an jedem von der Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (335, 355) mit einer Rippenhöhe und einer Rippendichte ausgebildet sind, um eine minimale Wärmetauschdurchgangstemperatur oder eine maximale Wärmetauschdurchgangstemperatur relativ zu einer Gesamtmenge von ausgetauschter Wärme bereitzustellen und eine Temperaturverteilung eines aus der Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (335, 355) austretenden rohrseitigen Fluids (324) auszugleichen.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) eine Mehrzahl von Wärmetauschmodulen (310) aufweist, die in einer Reihenanordnung oder einer Parallelanordnung mit Bezug auf die erste rohrseitige Fluidströmung (400) und die zweite rohrseitige Fluidströmung (410) und einer Reihenanordnung mit Bezug auf das querströmende Fluid (360) angeordnet sind.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) nach Anspruch 8, wobei die erste rohrseitige Fluidströmung (400) und die zweite rohrseitige Fluidströmung (410) eine Hochdruckfluidströmung sind, und wobei das querströmende Fluid (360) eine Niederdruckfluidströmung ist; oder wobei die erste rohrseitige Fluidströmung (400) und die zweite rohrseitige Fluidströmung (410) Dampf sind und wobei das querströmende Fluid (360) Luft mit niedrigem Druck ist.
Wärmetauscher (300, 450, 500, 520) zum Austauschen von Wärme zwischen zwei Fluidströmungen in Kreuzstromanordnung und mit verbesserter Wärmeübertragungsverteilung, aufweisend: eine Mehrzahl von Wärmetauschmodulen (310), die in einer abwechselnden Kreuzstromfluidpfadkonfiguration angeordnet sind, wobei jedes von der Mehrzahl von Wärmetauschmodulen (310) aufweist: eine erste Wärmetauschkomponente (320); und wenigstens eine zusätzliche Wärmetauschkomponente (340) ; wobei die erste Wärmetauschkomponente (320) ein Fluideinlasssammelrohr (325), ein Fluidauslasssammelrohr (330) und eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (335) aufweist, die dazwischen in einer Parallelanordnung angeordnet sind und einen ersten rohrseitigen Fluidströmungspfad (400) in einer ersten Richtung für einen ersten Anteil (321) eines Fluids (322) definieren; wobei jede von der wenigstens einen zusätzlichen Wärmetauschkomponente (340) ein Fluideinlasssammelrohr (345), ein Fluidauslasssammelrohr (350) und eine Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (355) aufweist, die dazwischen in einer Parallelanordnung angeordnet sind und einen zweiten rohrseitigen Fluidströmungspfad (410) in einer zweiten Richtung für einen zusätzlichen Anteil (323) des Fluids (322) definieren, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zu der zweiten Richtung ist, wobei der erste Anteil (321) des Fluids (322) als eine erste rohrseitige Fluidströmung von dem Fluideinlasssammelrohr (325) durch die Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (335) geleitet wird und aus dem Fluidauslasssammelrohr (330) der ersten Wärmetauschkomponente (320) austritt, wobei der zusätzliche Anteil (321) des Fluids (322) als eine zweite rohrseitige Fluidströmung von dem Fluideinlasssammelrohr (345) durch die Mehrzahl von Wärmetauschdurchgängen (355) geleitet wird und aus dem Fluidauslasssammelrohr (350) der zusätzlichen Wärmetauschkomponente (340) austritt, und wobei der erste rohrseitige Fluidströmungspfad (400) und der zweite rohrseitige Fluidströmungspfad (410), die einander entgegengesetzt sind, die Temperaturverteilung über dem Querschnitt eines aus dem Modul (310) austretenden querströmenden Fluids (360) ausgleichen.