DE102020002040A1

DE102020002040A1 - Heat exchange device and method for heating or cooling a fluid

Info

Publication number: DE102020002040A1
Application number: DE102020002040.2A
Authority: DE
Inventors: Bernd Jülch; Rene Schmidt; Jonas Kech
Original assignee: Julabo GmbH
Current assignee: Julabo GmbH
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-10-07

Abstract

Es wird eine Wärmetauschvorrichtung (10) zum Aufheizen oder Abkühlen eines Fluids angegeben, die eine von dem Fluid durchströmte zylinderförmige Kammer (12) mit mehreren darin axial angeordneten, langgestreckten Temperierelementen (28) und mit mehreren Leitplatten (24) aufweist, welche die Kammer (12) in mehrere übereinanderliegende Teilkammern (38) unterteilen, wobei am Außenumfang der Leitplatten (24) jeweils eine Strömungsöffnung (36) angebracht ist, um das Fluid von einer Teilkammer (38) in die nächste strömen zu lassen und wobei die Strömungsöffnungen (36) alternierend an der einen Seite und der anderen Seite angeordnet sind. Dabei sind die Strömungsöffnungen (36) derart ausgebildet und angeordnet, dass die Temperierelemente (28) bezüglich einer Verbindungslinie (48) der Strömungsöffnungen (36) benachbarter Leitplatten (24) nicht symmetrisch liegen.A heat exchange device (10) for heating or cooling a fluid is specified, which has a cylindrical chamber (12) through which the fluid flows, with several elongated temperature control elements (28) arranged axially therein and with several guide plates (24), which the chamber ( 12) subdivide into several superimposed sub-chambers (38), with a flow opening (36) being attached to the outer circumference of the guide plates (24) in order to allow the fluid to flow from one sub-chamber (38) into the next and wherein the flow openings (36) are arranged alternately on one side and the other. The flow openings (36) are designed and arranged in such a way that the temperature control elements (28) are not symmetrical with respect to a connecting line (48) of the flow openings (36) of adjacent guide plates (24).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschvorrichtung und ein Verfahren zum Aufheizen oder Abkühlen eines Fluids nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise 15.The invention relates to a heat exchange device and a method for heating or cooling a fluid according to the preamble of claim 1 and claim 1, respectively 15th .

Ein Wärmetauscher dient dazu, thermische Energie auf ein Fluid zu übertragen oder sie dem Fluid zu entziehen. Dadurch wird das Fluid auf eine gewünschte höhere oder niedrigere Temperatur gebracht. Ein wichtiger Anwendungsfall ist eine Hochleistungsheizvorrichtung, die ein Fluid mit erheblicher Heizleistung auf hohe Temperaturen aufheizt.A heat exchanger is used to transfer thermal energy to a fluid or to extract it from the fluid. This brings the fluid to a desired higher or lower temperature. An important application is a high-performance heating device that heats a fluid to high temperatures with considerable heating power.

Nach einem bekannten Konzept wird der Fluidstrom an mehreren Temperierelementen, also Heiz- oder Kühlelementen vorbeigeführt. Die Temperierelemente können direkt als elektrische Heizung oder dergleichen ausgebildet sein. Alternativ werden sie ihrerseits von einem Wärme- oder Kältemittel durchströmt. Für eine hohe Übertragung sollte die Kontaktfläche zwischen Fluid und Temperierelement möglichst groß sein. Einen wesentlichen Einfluss für einen Wärmetauscher nehmen die Strömungsverhältnisse, die nicht nur die Wärmeübertragung gewährleisten, sondern auch möglichst nur einen geringen Druckabfall verursachen sollen.According to a known concept, the fluid flow is guided past several temperature control elements, that is to say heating or cooling elements. The temperature control elements can be designed directly as electrical heating or the like. Alternatively, they are in turn flowed through by a heating or refrigerant. For high transmission, the contact area between the fluid and the temperature control element should be as large as possible. The flow conditions, which not only ensure heat transfer, but should also cause as little pressure drop as possible, have a significant influence on a heat exchanger.

Die DE 10 2011 015 215 A1 offenbart einen Wärmetauscher mit zylindrischer Strömungskammer, die längs von mehreren Temperaturelementen durchsetzt ist. Das Fluid wird mit Hilfe von Leitplatten wie auf einer Wendeltreppe durch die Strömungskammer geführt.the DE 10 2011 015 215 A1 discloses a heat exchanger with a cylindrical flow chamber through which several temperature elements pass along the length. The fluid is guided through the flow chamber with the help of guide plates like on a spiral staircase.

Aus der DE 10 2015 102 311 A1 ist ein Rohrbündelwärmeübertrager bekannt. Ausgangspunkt ist dort ein seitliches Ein- und Ausleiten des Mediums, das in der Kammer etagenweise hin- und herströmt. Das wird dann aber verworfen und anders gelöst. Auch die EP 1 938 036 B1 zeigt zunächst einen ähnlichen Aufbau, geht dann aber auf komplexere geteilte Strömungen über. Mit den zahlreichen Rohren solcher Rohrbündelwärmeübertrager sind ein einfacher Aufbau und eine günstige Strömung ohnehin nicht zu erreichen.From the DE 10 2015 102 311 A1 a tube bundle heat exchanger is known. The starting point there is a lateral introduction and discharge of the medium, which flows back and forth in the chamber in layers. But that is then discarded and resolved differently. Also the EP 1 938 036 B1 initially shows a similar structure, but then moves on to more complex divided flows. With the numerous tubes of such tube bundle heat exchangers, a simple structure and a favorable flow cannot be achieved in any case.

Die bekannten Lösungen haben somit Nachteile in Bezug auf Herstellungskosten, Platzbedarf und Strömungsverlauf.The known solutions thus have disadvantages with regard to manufacturing costs, space requirements and flow course.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Wärmetauschvorrichtung mit verbesserter Strömungsführung anzugeben.It is therefore the object of the invention to specify a heat exchange device with improved flow guidance.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmetauschvorrichtung und ein Verfahren zum Aufheizen oder Abkühlen eines Fluid nach Anspruch 1 beziehungsweise 15 gelöst. Das zu heizende oder kühlende Fluid strömt in einer zylinderförmigen Kammer. Darin befinden sich mehrere langgestreckte Temperierelemente, insbesondere Heizstäbe, die axial in der Kammer und damit parallel zueinander angeordnet sind und die das vorbeiströmende Fluid kühlen oder heizen. Mehrere Leitplatten, deren Geometrie vorzugsweise im Wesentlichen dem Querschnitt der Kammer entspricht, teilen die Kammer in mehrere übereinander geschichtete Teilkammern, die gleichsam Etagen in der Kammer parallel zu deren Grundfläche bilden. Am Außenumfang der Leitplatten ist jeweils eine Strömungsöffnung vorgesehen, durch die das Fluid von einer Teilkammer in die nächste strömt, so dass sich mehrere Strömungsschichten bilden. Die Strömungsöffnungen sind alternierend an gegenüberliegenden Seiten der Leitplatten angeordnet, so dass das Fluid von Teilkammer zu Teilkammer radial hin- und herströmt, jeweils grob dem Durchmesser durch den Querschnitt der Kammer folgend und beim jeweiligen Übergang in die benachbarte Teilkammer in die Gegenrichtung wechselnd. This object is achieved by a heat exchange device and a method for heating or cooling a fluid according to claim 1 and respectively 15th solved. The fluid to be heated or cooled flows in a cylindrical chamber. There are several elongated temperature control elements, in particular heating rods, which are arranged axially in the chamber and thus parallel to one another and which cool or heat the fluid flowing past. Several guide plates, the geometry of which preferably corresponds essentially to the cross section of the chamber, divide the chamber into several sub-chambers layered one on top of the other, which, as it were, form levels in the chamber parallel to its base. A flow opening is provided on the outer circumference of the guide plates, through which the fluid flows from one sub-chamber to the next, so that several flow layers are formed. The flow openings are arranged alternately on opposite sides of the guide plates, so that the fluid flows back and forth radially from subchamber to subchamber, roughly following the diameter through the cross section of the chamber and alternating in the opposite direction at the respective transition to the adjacent subchamber.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dem Fluid aus dessen Sicht in einer mittleren oder Hauptströmungsrichtung eine nicht symmetrische Anordnung von Temperierelementen zu bieten. Dazu denkt man sich eine Verbindungslinie der alternierend auf der radialen Gegenseite angeordneten Strömungsöffnungen benachbarter Leitplatten. Bezüglich dieser Verbindungslinie liegen erfindungsgemäß die Temperierelemente nicht symmetrisch, die Verbindungslinie ist demnach keine Symmetrieachse der Anordnung der Temperierelemente. Dabei dürfen die Temperierelemente an sich durchaus eine symmetrische Anordnung bilden, das ist sogar vorzugsweise der Fall. Die Symmetrieachse stimmt aber gezielt nicht mit der Verbindungslinie überein, beide sind insbesondere gegeneinander verdreht. Diese Betrachtung bezieht sich auf einen Querschnitt durch die Kammer entsprechend einer Leitplatte. Der axiale Versatz der Strömungsöffnungen soll hier keine Rolle spielen, beziehungsweise es wird auf denselben Querschnitt projiziert. Räumlich besteht keine Spiegelsymmetrie zu einer Achse, sondern zu einer entsprechenden axial ausgerichteten Ebene.The invention is based on the basic idea of offering the fluid, from its point of view, a non-symmetrical arrangement of temperature control elements in a central or main flow direction. For this purpose, one thinks of a connecting line between the flow openings of adjacent guide plates, which are arranged alternately on the radial opposite side. According to the invention, the temperature control elements are not symmetrical with respect to this connecting line, and accordingly the connecting line is not an axis of symmetry of the arrangement of the temperature control elements. The temperature control elements may well form a symmetrical arrangement, this is even preferably the case. The axis of symmetry, however, specifically does not coincide with the connecting line, in particular both are rotated against each other. This consideration relates to a cross section through the chamber corresponding to a guide plate. The axial offset of the flow openings should not play a role here, or it is projected onto the same cross section. Spatially, there is no mirror symmetry to an axis, but to a corresponding axially aligned plane.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine Temperierung unterschiedlicher Medien bei Übertragung hoher Wärmemengen ermöglicht, insbesondere eine hohe Heizleistung erzielt wird. Dabei wird trotz kompakter, kostenoptimierter Bauform mit einem Strömungsweg auf im Vergleich zur Größe der Temperierelemente engstem Raum eine effiziente, homogene Übertragung erreicht. Die Strömungsverhältnisse sind optimiert, der Druckabfall bleibt gering. Fehlfunktionen und starke Alterung der Temperierelemente werden vermieden.The invention has the advantage that different media can be tempered when large amounts of heat are transferred, in particular that a high heating output is achieved. In spite of the compact, cost-optimized design with a flow path in the smallest space compared to the size of the temperature control elements, efficient, homogeneous transmission is achieved. The flow conditions are optimized, the pressure drop remains low. Malfunctions and severe aging of the temperature control elements are avoided.

Ein Temperierelement verläuft bevorzugt durch eine jeweilige Strömungsöffnung. Das können mehrere Temperierelemente sein, vorzugsweise befindet sich genau ein Temperierelement zumindest teilweise in einer jeweiligen Strömungsöffnung. Es ist zu beachten, dass in den gegenüberliegenden Strömungsöffnungen unterschiedliche Temperierelemente liegen, da ja die Temperierelemente langgestreckt und nicht gekrümmt sind. In der Strömungsöffnung zu der jeweils übernächsten Teilkammer sind es dann wieder dieselben Temperierelemente. Indem mindestens ein Temperierelement zumindest teilweise in der Strömungsöffnung liegt, bleibt das Fluid beim Wechsel von einer Teilkammer in die nächste in Kontakt mit einem Temperierelement, so dass auch in diesem Teilabschnitt der Strömung eine Wärmeübertragung stattfindet. In diesem Zusammenhang lässt sich auch die erfindungsgemäße, nicht symmetrische Anordnung der Temperierelemente noch einmal in anderen Worten ausdrücken. Demnach strömt das Fluid in der Strömungsöffnung weder ein mittig liegendes Temperierelement an noch zentral zwischen zwei Temperierelementen hindurch. Die Anordnung der Temperierelemente ist, mit dem Fluid strömend, auf der linken Seite anders als auf der rechten Seite. Nochmals anders ausgedrückt wird zwar das Temperierelement in der Strömungsöffnung angeströmt beziehungsweise umströmt, aber diese Strömung ist rechts- oder linkslastig.A temperature control element preferably runs through a respective flow opening. The skill be several temperature control elements, preferably exactly one temperature control element is at least partially in a respective flow opening. It should be noted that there are different temperature control elements in the opposite flow openings, since the temperature control elements are elongated and not curved. In the flow opening to the next but one sub-chamber it is then again the same temperature control elements. Since at least one temperature control element is at least partially in the flow opening, the fluid remains in contact with a temperature control element when changing from one sub-chamber to the next, so that heat transfer also takes place in this sub-section of the flow. In this context, the non-symmetrical arrangement of the temperature control elements according to the invention can also be expressed again in other words. Accordingly, the fluid in the flow opening does not flow either to a centrally located temperature control element or centrally between two temperature control elements. The arrangement of the temperature control elements, flowing with the fluid, is different on the left-hand side than on the right-hand side. To put it another way, the temperature control element in the flow opening is flown towards or around it, but this flow is right- or left-heavy.

Vorzugsweise sind Temperierelemente ringförmig und gleichmäßig um eine Mittenachse der Kammer angeordnet. Das ist erneut eine Beschreibung in einer Querschnittbetrachtung. Bevorzugter gibt es genau einen Ring von Temperierelementen, wobei ein weiteres Temperierelement auf der Mittenachse möglich ist. Besonders bevorzugt ist eine ringförmige, gleichmäßige Anordnung von fünf Temperierelementen, die demnach eine Pentagrammanordnung bilden, möglicherweise mit einem sechsten Temperierelement im Zentrum.Tempering elements are preferably arranged in an annular and uniform manner around a central axis of the chamber. This is again a description in a cross-sectional view. More preferably there is exactly one ring of temperature control elements, with a further temperature control element being possible on the central axis. Particularly preferred is an annular, uniform arrangement of five temperature control elements, which accordingly form a pentagram arrangement, possibly with a sixth temperature control element in the center.

Der Durchmesser der Ringanordnung ist bevorzugt größer als der halbe Durchmesser und/oder kleiner als drei Viertel des Durchmessers der Kammer, beträgt insbesondere etwa zwei Drittel des Durchmessers der Kammer. Das unterstützt die optimierte Strömungsführung. Als Zahlenbeispiel hat die Kammer einen Durchmesser von 66 mm und die Ringanordnung einen Durchmesser von 42 mm entsprechend dem genannten besonders bevorzugten Verhältnis von zwei Drittel.The diameter of the ring arrangement is preferably greater than half the diameter and / or less than three quarters of the diameter of the chamber, in particular about two thirds of the diameter of the chamber. This supports the optimized flow guidance. As a numerical example, the chamber has a diameter of 66 mm and the ring arrangement has a diameter of 42 mm, corresponding to the particularly preferred ratio of two thirds mentioned.

Bevorzugt ist eine Symmetrieachse der Anordnung der Temperierelemente gegenüber der Verbindungslinie um ein Viertel des Winkelabstands der Temperierelemente um die Mittenachse der Kammer verdreht. Erneut ist dies in einem Querschnitt der Kammer beschrieben. Eine nicht erfindungsgemäße symmetrische Anordnung läge vor, wenn anstelle eines Viertels gar nicht oder um eine Hälfte des Winkelabstands der Temperierelemente verdreht würde. Jede andere Verdrehung führt ebenfalls zu einem Bruch der Symmetrie, aber das genannte Viertel ist besonders vorteilhaft. Es sei erwähnt, dass ein Verdrehen um ein Viertel einem Verdrehen um drei Viertel in der Gegenrichtung entspricht, das wird hier nicht weiter unterschieden.Preferably, an axis of symmetry of the arrangement of the temperature control elements is rotated relative to the connecting line by a quarter of the angular distance between the temperature control elements about the central axis of the chamber. Again, this is described in a cross section of the chamber. A symmetrical arrangement not according to the invention would exist if, instead of a quarter, the temperature control elements were not rotated at all or rotated by half the angular distance. Any other twist also breaks the symmetry, but the quarter mentioned is particularly advantageous. It should be mentioned that twisting by a quarter corresponds to twisting by three quarters in the opposite direction; no further distinction is made here.

Insbesondere ist bei einer Pentagrammordnung die Symmetrieachse gegenüber der Verbindungslinie um 18° verdreht, oder gleichbedeutend um 54°. Denn fünf gleichmäßig über einen Ring verteilte Temperierelemente haben den Winkelabstand 72°, und ein Viertel davon ist 18°, beziehungsweise drei Viertel davon sind 54°. Symmetrisch und nicht erfindungsgemäß dagegen wäre die Anordnung der Temperierelemente bei einem Verdrehen um 0° oder um 36°, wo dann der Strömungsweg genau mittig auf ein Temperierelement der Ringanordnung oder genau mittig zwischen zwei Temperierelementen der Ringanordnung hindurch führen würde.In particular, in the case of a pentagram order, the axis of symmetry is rotated by 18 ° with respect to the connecting line, or by 54 °. Because five temperature control elements evenly distributed over a ring have an angular distance of 72 °, and a quarter of them is 18 °, or three quarters of them are 54 °. Symmetrical and not according to the invention, on the other hand, would be the arrangement of the temperature control elements with a rotation of 0 ° or 36 °, where the flow path would then lead exactly in the middle to a temperature control element of the ring arrangement or exactly in the middle between two temperature control elements of the ring arrangement.

Die Form der Strömungsöffnung entspricht vorzugsweise dem Abschneiden der Leitplatte an einer Sekante. Diese Geometrie lässt sich auch praktisch durch eine entsprechende Abtrennung der Leitplatte an der Sekante herstellen. Der ansonsten kreisförmigen Leitplatte fehlt das entsprechende Kreissegment am Außenumfang, und dort entsteht eine geeignete Strömungsöffnung.The shape of the flow opening preferably corresponds to the cutting of the guide plate at a secant. This geometry can also be produced in practice by a corresponding separation of the guide plate at the secant. The otherwise circular guide plate lacks the corresponding circular segment on the outer circumference, and a suitable flow opening is created there.

Vorzugsweise stehen Verbindungslinie und Sekante senkrecht zueinander. Die Sekante steht damit auch nicht senkrecht zu einer Symmetrieachse der Anordnung der Temperierelemente, sondern ist dagegen verdreht, insbesondere um die oben diskutierten Winkel. Mit einer derartigen Strömungsöffnung wird dem Fluid ein Strömungsweg zwischen den Teilkammern vorgegeben, das die nicht symmetrische Anordnung der Temperierelemente vorteilhaft nutzt, es entstehen also besonders günstige Strömungsverhältnisse.The connecting line and secant are preferably perpendicular to one another. The secant is thus also not perpendicular to an axis of symmetry of the arrangement of the temperature control elements, but is instead rotated, in particular by the angle discussed above. With such a flow opening, the fluid is given a flow path between the sub-chambers which advantageously uses the non-symmetrical arrangement of the temperature control elements, so particularly favorable flow conditions arise.

Die Sekante verläuft bevorzugt parallel zu einer Symmetrieachse der Anordnung der Temperierelemente. Das hat den Vorteil, dass eine Leitplatte einfach auf ihre andere Seite gewendet werden kann. Es können also gleichartige Leitplatten alternierend eingesetzt werden, es ist nicht erforderlich, zwei Sätze von unterschiedlichen Leitplatten zu fertigen und einzubauen. Besonders vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang die oben genannten Verdrehungen um ein Viertel beziehungsweise drei Viertel des Winkelabstands der Temperierelemente, denn diese Verdrehungen bleiben beim Wenden erhalten.The secant preferably runs parallel to an axis of symmetry of the arrangement of the temperature control elements. This has the advantage that a guide plate can simply be turned on its other side. It is therefore possible to use guide plates of the same type in alternation; it is not necessary to manufacture and install two sets of different guide plates. In this context, the above-mentioned rotations by a quarter or three-quarters of the angular distance between the temperature control elements are particularly advantageous, because these rotations are retained when turning.

Die Leitplatte weist bevorzugt Durchführungslöcher für die Temperierelemente auf, von denen mindestens eines in die Strömungsöffnung übergeht. Für die bevorzugten Anordnungen der Durchführungslöcher gilt das, was bisher für die Temperierelemente ausgeführt wurde, denn die Durchführungslöcher entsprechen dem Querschnitt der Anordnung der Temperierelemente. Mindestens eines der Durchführungslöcher einer Leitplatte geht vorzugsweise in deren Strömungsöffnung über. Das Temperierelement in diesem Durchführungsloch ist dasjenige, das sich in der Strömungsöffnung befindet und beim Übergang des Fluids von einer Teilkammer zur nächsten Teilkammer umströmt wird. Betrachtet man eine Sekante, welche die Strömungsöffnung begrenzt, so liegen darauf wegen der erfindungsgemäßen nicht symmetrischen Anordnung die darin übergehenden Durchführungslöcher nicht symmetrisch, sondern nach rechts oder links verschoben.The guide plate preferably has through holes for the temperature control elements, at least one of which merges into the flow opening. For the preferred arrangements of the through holes, what has been applied so far for the Tempering elements was carried out, because the through-holes correspond to the cross-section of the arrangement of the tempering elements. At least one of the feed-through holes of a guide plate preferably merges into its flow opening. The temperature control element in this through-hole is the one that is located in the flow opening and that flows around when the fluid passes from one sub-chamber to the next sub-chamber. If one looks at a secant which delimits the flow opening, then because of the non-symmetrical arrangement according to the invention, the passage holes passing into it are not symmetrical, but rather shifted to the right or left.

Vorzugsweise sind baugleiche Leitplatten alternierend in gewendeter Orientierung in Leitplattenhaltern montiert, insbesondere ist durch Vorsprünge und Nuten nur diese alternierende Orientierung montierbar. Es wurde schon erwähnt, dass durch geeignete Geometrie von Durchführungslöchern und Strömungsöffnung die Möglichkeit besteht, dieselbe Leiterplatte in alternierender Orientierung zu verwenden und so mit nur einem Bauteiltyp auszukommen. Die Herstellung der Wärmetauschvorrichtung wird weiter vereinfacht, indem Vorsprünge und Nuten durch asymmetrische Anordnung dazu zwingen, die Leitplatten in der jeweils richtigen Orientierung in ihren Leitplattenhaltern zu montieren, also eine verwechslungssichere Montage vorgesehen ist (Poka-Yoke).Preferably, structurally identical guide plates are alternately mounted in a turned orientation in guide plate holders, in particular only this alternating orientation can be mounted by means of projections and grooves. It has already been mentioned that through a suitable geometry of feed-through holes and flow opening it is possible to use the same printed circuit board in an alternating orientation and thus to get by with only one type of component. The manufacture of the heat exchange device is further simplified by asymmetrical arrangement of projections and grooves forcing the guide plates to be mounted in the correct orientation in their guide plate holders, i.e. a non-mix-up installation is provided (poka-yoke).

Das Verhältnis des Durchmesser der Temperierelemente und des Durchmessers der Kammer beträgt vorzugsweise mindestens 1:5 oder 1:4. Dabei wird wie bisher vorzugsweise implizit angenommen, dass die Querschnittsgeometrien gegenüber axialem Versatz in der Kammer invariant sind. Hier bedeutet dies konkret, dass die Temperierelemente überall denselben Durchmesser aufweisen, insbesondere auch untereinander denselben Durchmesser. Die Temperierelemente sind demnach vergleichsweise dick, es bleibt im Querschnitt relativ wenig freie Fläche zwischen den Temperierelementen und damit in der Kammer nur ein kleines freies Strömungsvolumen. Damit soll eine kompakte Bauform und dennoch eine hohe Wärmeübertragung unterstützt werden, und dennoch wird erfindungsgemäß eine optimierte Strömungsführung erreicht. Als Zahlenbeispiel sei ein Durchmesser der Temperierelemente von 16-17 mm bei einem Durchmesser der Kammer von 66 mm genannt.The ratio of the diameter of the temperature control elements and the diameter of the chamber is preferably at least 1: 5 or 1: 4. As before, it is preferably implicitly assumed that the cross-sectional geometries are invariant with respect to the axial offset in the chamber. Here this means in concrete terms that the temperature control elements have the same diameter everywhere, in particular the same diameter among each other. The temperature control elements are accordingly comparatively thick, there remains relatively little free area in cross section between the temperature control elements and thus only a small free flow volume in the chamber. This is intended to support a compact design and nevertheless a high level of heat transfer, and an optimized flow guidance is nevertheless achieved according to the invention. As a numerical example, a temperature control element diameter of 16-17 mm with a chamber diameter of 66 mm is mentioned.

Vorzugsweise ist eine ungerade Anzahl Leitplatten vorgesehen. Das hat den Vorteil, dass die Strömung an derselben Seite des Zylindermantels der Kammer beginnt und endet. Besonders vorteilhaft ist eine Anzahl von fünf Leitplatten. Das hat sich als Optimum zwischen möglichst vielen Leitplatten und damit Strömungsschichten für einen langen Kontakt mit den Temperierelementen einerseits und dem durch engen Abstand zwischen vielen Leitplatten größer werdenden Druckabfall andererseits erwiesen.An odd number of guide plates is preferably provided. This has the advantage that the flow begins and ends on the same side of the cylinder jacket of the chamber. A number of five guide plates is particularly advantageous. This has proven to be the optimum between as many guide plates as possible and thus flow layers for long contact with the temperature control elements on the one hand and the pressure drop which increases due to the narrow spacing between many guide plates on the other.

Die Leitplatten weisen vorzugsweise einen Abstand von 15-25 mm, 18-22 mm oder 18,5-19,5 mm zueinander auf. Als Zahlenbeispiel ist dies mit einem Durchmesser der Kammer von 66 mm zu vergleichen. Die Länge der Kammer ergibt sich aus den kumulierten Abständen, die ja die Höhen der Teilkammern vorgeben. Zwischen Deckel und Boden der Kammer ergeben sich entsprechende Teilkammern. Die Abstände und damit Höhen der Teilkammern sollten regelmäßig sein, weil sich sonst unerwünschte Unterschiede in den Strömungen und Druckverhältnissen in den Teilkammern ergeben. Insbesondere hat sich die Wahl des Abstands zwischen den Leitplatten von 19,2 mm als optimal erwiesen, vorzugsweise im Zusammenhang mit den bereits als Zahlenbeispiel genannten weiteren Abmessungen.The guide plates are preferably at a distance of 15-25 mm, 18-22 mm or 18.5-19.5 mm from one another. As a numerical example, this can be compared with a chamber diameter of 66 mm. The length of the chamber results from the cumulative distances that define the heights of the sub-chambers. Corresponding sub-chambers result between the lid and the bottom of the chamber. The distances and thus heights of the sub-chambers should be regular, because otherwise undesirable differences in the flows and pressure conditions in the sub-chambers result. In particular, the choice of the distance between the guide plates of 19.2 mm has proven to be optimal, preferably in connection with the further dimensions already mentioned as numerical examples.

Der Durchmesser der Temperierelemente und der Abstand der Leitplatten zueinander liegen bevorzugt in einer Größenordnung. Der Abstand liegt insbesondere um höchstens 50%, 40%, 30%, 20% oder 10% darüber. Zahlenbeispiele wurden schon genannt, nämlich ein Durchmesser der Temperierelemente von 16 mm bei einem optimalen Abstand von 19,2 mm.The diameter of the temperature control elements and the distance between the guide plates are preferably of the same order of magnitude. The distance is in particular at most 50%, 40%, 30%, 20% or 10% more. Numerical examples have already been mentioned, namely a diameter of the temperature control elements of 16 mm with an optimal distance of 19.2 mm.

Die Kammer weist bevorzugt einen seitlichen Einlass und einen seitlichen Auslass für das Fluid auf. Das seitliche Ein- und Ausströmen sorgt dafür, dass die Strömung gleich parallel zu den Leitplatten beginnt und endet, so wie sie auch während des Durchströmens der Kammer weitgehend verläuft. Einlass und Auslass befinden sich vorzugsweise auf derselben Seite, denn das erleichtert den Einbau der Wärmetauschvorrichtung. Wie bereits erwähnt, sollte dazu eine ungerade Anzahl von Leitplatten verwendet werden, bei einer geraden Anzahl endet die Strömung radial gegenüber dem Einlass, so dass dort der Auslass angebracht werden müsste.The chamber preferably has a side inlet and a side outlet for the fluid. The lateral inflow and outflow ensures that the flow begins and ends parallel to the guide plates, just as it largely runs during the flow through the chamber. The inlet and outlet are preferably on the same side, as this makes it easier to install the heat exchange device. As already mentioned, an odd number of guide plates should be used for this purpose; if the number is even, the flow ends radially opposite the inlet, so that the outlet would have to be installed there.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit ähnlichen Merkmalen weitergebildet werden, wie sie beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an den unabhängigen Vorrichtungsanspruch anschließenden Unteransprüchen angegeben sind, und zeigt dabei ähnliche Vorteile.The method according to the invention can be further developed with features similar to those specified by way of example, but not conclusively, in the subclaims that follow the independent device claim, and thereby shows similar advantages.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:

1 eine Explosionsdarstellung einer Wärmetauschvorrichtung;
2 einen Längsschnitt einer Wärmetauschvorrichtung zur Erläuterung des Strömungsweges;
3 eine dreidimensionale Darstellung einer Anordnung von Leitplatten im Inneren einer Kammer der Wärmetauschvorrichtung;
4 eine Draufsicht auf eine Leitplatte;
5 eine Ausschnittvergrößerung eines Seitenbereichs einer Leitplatte zum Einhängen in einen Leitblechhalter; und
6 eine Schnittansicht der in den Leitblechhalter eingehängten Leitplatten.

The invention is described below also with regard to further features and advantages on the basis of exemplary embodiments and with reference to the drawing. The figures in the drawing show in:

1 an exploded view of a heat exchange device;
2 a longitudinal section of a heat exchange device to explain the flow path;
3 a three-dimensional representation of an arrangement of guide plates in the interior of a chamber of the heat exchange device;
4th a plan view of a guide plate;
5 an enlarged detail of a side area of a guide plate for hanging in a guide plate holder; and
6th a sectional view of the guide plates suspended in the guide plate holder.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Wärmetauschvorrichtung 10. Das zu temperierende Fluid strömt durch eine zylindrischer Kammer 12 beispielsweise aus Chrom-Nickel-Stahl mit auf derselben Seite des Zylindermantels oben und unten angeordnetem Einlass 14 und Auslass 16 für das Fluid. Die Kammer 12 wird durch einen Boden 18 mit einem Fühler 20 zur Temperatur- oder Sicherheitsüberwachung und einem Deckel 22 fluiddicht geschlossen. 1 shows an exploded view of a heat exchange device 10 . The fluid to be tempered flows through a cylindrical chamber 12th for example made of chrome-nickel steel with an inlet arranged on the same side of the cylinder jacket above and below 14th and outlet 16 for the fluid. The chamber 12th is through a floor 18th with a feeler 20th for temperature or safety monitoring and a cover 22nd closed fluid-tight.

Mehrere übereinander geschichtete Strömungsbleche oder Leitplatten 24 werden parallel zu Boden 18 und Deckel 22 und damit koaxial zum Außenmantel der zylindrischen Kammer 12 angeordnet, wodurch die Kammer 12 in eine Vielzahl von übereinanderliegenden Teilkammern unterteilt wird. Sie werden von Leitplattenhaltern 26 in ihrer Position gehalten und über Vorsprünge und Nuten in axialer Richtung fixiert. Boden 18, Deckel 22 und Leitplatten 24 haben eine Geometrie entsprechend dem Querschnitt der vorzugsweise kreiszylindrischen Kammer 12.Several stacked flow sheets or baffles 24 be parallel to the ground 18th and lid 22nd and thus coaxial with the outer jacket of the cylindrical chamber 12th arranged, making the chamber 12th is divided into a plurality of superimposed sub-chambers. They are held by circuit board holders 26th held in their position and fixed in the axial direction via projections and grooves. floor 18th , Lid 22nd and guide plates 24 have a geometry corresponding to the cross section of the preferably circular cylindrical chamber 12th .

Mehrere langgestreckte oder stabförmige Temperierelemente 28 sind in axialer Richtung durch die Kammer 12 geführt. Eine Fühlerankopplung 30 bindet die Temperierelemente 28 an den Fühler 20 und die Temperaturüberwachung an. Die Temperierelemente 28 werden über Buchsen 32 im Deckel 22 aufgenommen und durch Durchführungslöcher 34 der Leitplatten 24 geführt. Die Leitplatten 24 weisen außerdem jeweils alternierend an gegenüberliegenden Seiten des Außenumfangs eine Strömungsöffnung 36 auf. Jeweils eines der Durchführungslöcher 34a geht in die Strömungsöffnung 36 über.Several elongated or rod-shaped temperature control elements 28 are in the axial direction through the chamber 12th guided. A sensor coupling 30th binds the temperature control elements 28 to the feeler 20th and temperature monitoring on. The temperature control elements 28 are via sockets 32 in the lid 22nd picked up and through through holes 34 the guide plates 24 guided. The guide plates 24 also have a flow opening alternately on opposite sides of the outer circumference 36 on. One of the feed-through holes each 34a goes into the flow opening 36 above.

Anzahl und Anordnung beziehungsweise Geometrie der Durchführungslöcher 34 entsprechen Anzahl und Anordnung der Temperierelemente 28. Das in Kombination mit der Anzahl und Anordnung der Leitplatten 24 sowie der Geometrie der Strömungsöffnung 36 ist maßgebend für eine optimale Strömungsführung und wird später unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 detailliert erläutert.Number and arrangement or geometry of the feed-through holes 34 correspond to the number and arrangement of the temperature control elements 28 . That in combination with the number and arrangement of the guide plates 24 as well as the geometry of the flow opening 36 is decisive for optimal flow guidance and will be discussed later with reference to the 2 until 4th explained in detail.

Die Wärmetauschvorrichtung 10 ist vorzugsweise eine Hochleistungsheizpatrone mit einer Heizleistung von mehreren kW, beispielsweise 6 kW. Die Temperierelemente 28 sind dann Stabheizer, die vorzugsweise einer hohen Oberflächenbelastung von > 10 W/cm² standhalten, wobei die Oberflächentemperatur unter 260° bleibt. Das ermöglicht eine Übertragung der Heizleistung, ohne das Fluid zu vercracken, beispielsweise wenn das Fluid Öl enthält und sich dieses bei zu hoher Temperatur zersetzen würde. Das erhöht die Standzeit des Temperiermediums. Die Viskosität kann bis 50 mm²/s (50 cSt) betragen. Insbesondere kommen folgende Fluide in Betracht: Thermal G,HL30 (Wasser-Glycol), Thermal HS, HY, H5, H10, H20S, HL60, HL80, H250S (Silikon-Basis). Der Betriebstemperaturbereich kann beispielsweise zwischen -90 °C und +250 °C liegen. Der Druckabfall in der Wärmetauschvorrichtung 10 bleibt vorzugsweise unter 100 mbar. Das sind aber alles nur vorteilhafte Beispiele, die Wärmetauschvorrichtung 10 ist ein modulares System mit veränderbarer Heizleistung und in unterschiedlichen Anwendungen einsetzbar. Auch ein Kühlen statt Heizen ist denkbar, beispielsweise indem die Temperierelemente 28 keine Stabheizer sind, sondern darin ein Kühlmedium strömt.The heat exchange device 10 is preferably a high-performance heating cartridge with a heating output of several kW, for example 6 kW. The temperature control elements 28 are then rod heaters, which preferably withstand a high surface load of> 10 W / cm ² , whereby the surface temperature remains below 260 °. This enables the heating power to be transmitted without cracking the fluid, for example if the fluid contains oil and this would decompose if the temperature was too high. This increases the service life of the temperature control medium. The viscosity can be up to 50 mm ² / s (50 cSt). In particular, the following fluids come into consideration: Thermal G, HL30 (water-glycol), Thermal HS, HY, H5, H10, H20S, HL60, HL80, H250S (silicone-based). The operating temperature range can be between -90 ° C and +250 ° C, for example. The pressure drop in the heat exchange device 10 preferably remains below 100 mbar. But these are all only advantageous examples, the heat exchange device 10 is a modular system with variable heating power and can be used in different applications. Cooling instead of heating is also conceivable, for example by using the temperature control elements 28 are not stick heaters, but a cooling medium flows through them.

2 zeigt einen Längsschnitt durch die Wärmetauschvorrichtung 10, um den Strömungsweg des Fluids zu veranschaulichen. 3 ist eine ergänzende dreidimensionale Ansicht der Anordnung der Leitplatten 24. Hier und im Folgenden bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale, die nicht immer erneut genannt werden. Mittels der Leitplatten 24 entstehen mehrere übereinanderliegende Teilkammern 38 zwischen Leitplatten 24 beziehungsweise zwischen einer Leitplatte und Boden 18 beziehungsweise Deckel 22. Mit Pfeilen in den Strömungsöffnungen 36 ist angedeutet, wie das Fluid von Teilkammer 38 zu Teilkammer in jeweils alternierender Richtung strömt. 2 shows a longitudinal section through the heat exchange device 10 to illustrate the flow path of the fluid. 3 Figure 3 is a supplementary three-dimensional view of the arrangement of the guide plates 24 . Here and in the following, the same reference symbols denote the same features, which are not always mentioned again. Using the guide plates 24 several superimposed sub-chambers arise 38 between guide plates 24 or between a guide plate and the floor 18th or cover 22nd . With arrows in the flow openings 36 is indicated, like the fluid of the sub-chamber 38 flows to sub-chamber in alternating directions.

Es entstehen daher mehrere Strömungsschichten mit längerer Verweildauer des Fluids in der Kammer 12 und damit verbesserter Wärmeübertragung zwischen den Temperierelementen 28 und dem Fluid. Dafür besteht direkter Kontakt zwischen der Oberfläche der Temperierelemente 28 und dem Fluid. Erfindungsgemäß sind Anzahl und Anordnung der Temperierelemente 28 sowie der Leitplatten 24 für eine gleichmäßige Strömungsführung und gleichbleibende Strömungsverhältnisse in der Kammer 12 optimiert. Dabei steht für die Strömung des Fluids nur ein relativ kleines Volumen der Kammer 12 zur Verfügung, denn die Temperierelemente 28 nehmen einen beträchtlichen Teil ein, damit eine große Oberfläche zum Wärmeaustausch angeboten werden kann.There are therefore several flow layers with a longer retention time of the fluid in the chamber 12th and thus improved heat transfer between the temperature control elements 28 and the fluid. For this there is direct contact between the surface of the temperature control elements 28 and the fluid. According to the number and arrangement of the temperature control elements 28 as well as the guide plates 24 for a uniform flow guidance and constant flow conditions in the chamber 12th optimized. There is only a relatively small volume of the chamber for the flow of the fluid 12th available, because the temperature control elements 28 take up a considerable part so that a large surface can be offered for heat exchange.

Die Erfinder haben durch Simulationen nachgewiesen, dass die Beaufschlagung und Umspülung der Temperierelemente 28 besser wird, je mehr Leitplatten 24 in der Kammer 12 verbaut werden. Jedoch führen zu viele Leitplatten 24 dazu, dass die Abstände und damit die Höhe der Teilkammern 38 sehr klein werden, was wiederum einen größeren Druckverlust innerhalb der Kammer nach sich zieht. Als Optimum zwischen diesen gegenläufigen Anforderungen hat sich eine Anzahl von fünf Leitplatten 24 wie in den 1-3 auch dargestellt erwiesen.The inventors have proven through simulations that the application and flushing of the temperature control elements 28 gets better, the more guide plates 24 in the chamber 12th be installed. However, too many guide plates result 24 that the distances and thus the height of the sub-chambers 38 become very small, which in turn results in a greater pressure loss within the chamber. A number of five guide plates has proven to be the optimum between these opposing requirements 24 like in the 1-3 also shown shown.

Auch wenn von dieser bevorzugten Anzahl fünf abgewichen wird, empfiehlt sich zumindest eine ungerade Anzahl von Leitplatten 24. Dann können die Anschlüsse 14, 16 auf derselben Seite der Kammer 12 platziert werden. Bei einer geraden Anzahl von Leitplatten 24 müssen die Anschlüsse 14, 16 einander nicht nur axial, sondern auch radial gegenüberliegen, und das erschwert den Einbau der Wärmetauschvorrichtung 10 in das übergeordnete System des Fluidkreislaufs.Even if this preferred number of five is deviated from, at least an odd number of guide plates is recommended 24 . Then the connections can 14th , 16 on the same side of the chamber 12th to be placed. With an even number of guide plates 24 need the connections 14th , 16 facing each other not only axially, but also radially, and this makes it difficult to install the heat exchange device 10 in the higher-level system of the fluid cycle.

Durch Simulationen lässt sich auch der Abstand zwischen den Leitplatten 24 optimieren. Daraus hat sich ein optimaler Abstand von 19,2 mm ergeben. Eine gewisse Toleranz in Bereichen von 18,5-19,5 mm, 18-22 mm oder 15-25 mm lässt zumindest auch noch gute Ergebnisse erwarten. Zum Vergleich hat hier die Kammer einen Durchmesser von 66 mm und eine Länge von 122 mm, die bis auf kleiner Abweichungen für Materialdicken den axial kumulierten Abständen entspricht. Die Temperierelemente 28 wiederum weisen beispielsweise einen Durchmesser von 16 mm auf, so dass es günstig ist, wenn dies mit dem Abstand der Leitplatten 24 in einer Größenordnung liegt beziehungsweise der Abstand den Durchmesser nur um 10%, 20% oder einen ähnlichen Wert übersteigt.Simulations can also be used to determine the distance between the guide plates 24 optimize. This resulted in an optimal distance of 19.2 mm. A certain tolerance in areas of 18.5-19.5 mm, 18-22 mm or 15-25 mm can at least also lead to good results. For comparison, the chamber has a diameter of 66 mm and a length of 122 mm, which, apart from small deviations for material thicknesses, corresponds to the axially cumulative distances. The temperature control elements 28 in turn have a diameter of 16 mm, for example, so that it is advantageous if this is done with the spacing of the guide plates 24 is of an order of magnitude or the distance exceeds the diameter by only 10%, 20% or a similar value.

4 zeigt eine Draufsicht auf eine Leitplatte 24 einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmetauschvorrichtung 10. Die Erfinder haben durch Strömungssimulationen diese maßstabgerecht gezeigte, besonders für eine gute Wärmeübertragung ohne zu großen Druckabfall geeignete Anzahl, Geometrie und Anordnung der Temperierelemente 28 gefunden. Das entspricht der stellvertretend für die Temperierelemente 28 in 4 gezeigten Anzahl, Geometrie und Anordnung der Durchführungslöcher 34 und der Strömungsöffnung 36 der dargestellten Leitplatte 24. Ein Kerngedanke ist die bewusste Abweichung von der Symmetrie, die nun im Einzelnen erläutert wird. 4th Figure 10 shows a top view of a guide plate 24 a preferred embodiment of the heat exchange device 10 . By means of flow simulations, the inventors have shown these to scale, particularly for good heat transfer without too great a pressure drop, the number, geometry and arrangement of the temperature control elements 28 found. This corresponds to the one representing the temperature control elements 28 in 4th shown number, geometry and arrangement of the feedthrough holes 34 and the flow opening 36 the illustrated guide plate 24 . A key idea is the deliberate deviation from symmetry, which will now be explained in detail.

Die Temperierelemente 28 bilden vorzugsweise einen gleichmäßigen Ring 40 um die Mittenachse 42 der Kammer 12. Ein zusätzliches Temperierelement 28 auf der Mittenachse 42 ist möglich. Als bevorzugte Anzahl sind wie dargestellt sechs Temperierelemente 28 vorgesehen. Davon bilden fünf Temperierelemente 28 eine Ringanordnung, in diesem Fall ein regelmäßiges Fünfeck oder Pentagramm, mit einem weiteren Temperierelement 28 im Zentrum. Der Durchmesser des Rings 40 beträgt in dem optimierten Zahlenbeispiel 42 mm, bei einem Gesamtdurchmesser der Leitplatte 24 und damit der Kammer 12 von 66 m, mit jeweiligem Durchmesser der Temperierelemente 28 beziehungsweise Durchführungslöcher 34 von 16 mm. Etwas verallgemeinert sollte vorzugsweise der Durchmesser des Rings 40 größer als der halbe Gesamtdurchmesser, jedoch höchstens so groß wie drei Viertel des Gesamtdurchmesser der Leitplatte 24 sein, bevorzugt etwa zwei Drittel betragen. Mit diesen Abmessungen wird der relativ geringe für die Strömung verbleibende Freibereich zwischen den Temperierelementen 28 gut aufgeteilt.The temperature control elements 28 preferably form a uniform ring 40 around the central axis 42 the chamber 12th . An additional temperature control element 28 on the central axis 42 is possible. As shown, the preferred number is six temperature control elements 28 intended. Five of these form temperature control elements 28 a ring arrangement, in this case a regular pentagon or pentagram, with an additional temperature control element 28 downtown. The diameter of the ring 40 is 42 mm in the optimized numerical example, with a total diameter of the guide plate 24 and thus the chamber 12th of 66 m, with the respective diameter of the temperature control elements 28 or through holes 34 of 16 mm. The diameter of the ring should preferably be somewhat generalized 40 larger than half the total diameter, but no more than three quarters of the total diameter of the guide plate 24 be, preferably be about two thirds. With these dimensions, the relatively small free area remaining for the flow between the temperature control elements becomes 28 well divided.

Die am Außenumfang angebrachte Strömungsöffnung 36 für den Wechsel der Strömung des Fluids von einer Teilkammer 38 zur nächsten hat vorzugsweise die Geometrie eines an einer Sekante 44 abgeschnittenen Kreissegments. Das ermöglicht ein gutes Strömungsverhalten und ist außerdem auch fertigungstechnisch durch Entfernen des Kreissegments einfach zu handhaben. Die Sekante 44 verläuft vorzugsweise parallel zu einer Symmetrieachse 46 der Anordnung der Temperierelemente 28.The flow opening attached to the outer circumference 36 for changing the flow of the fluid from a sub-chamber 38 the next preferably has the geometry of one on a secant 44 truncated circle segment. This enables good flow behavior and is also easy to handle in terms of production technology by removing the circular segment. The secant 44 preferably runs parallel to an axis of symmetry 46 the arrangement of the temperature control elements 28 .

Eines der Durchführungslöcher 34a geht in die Strömungsöffnung über. Das bedeutet, dass ein Temperierelement 28 umströmt wird, wenn das Fluid von einer Teilkammer 38 in die nächste wechselt. Dieses Durchführungsloch 34a liegt nicht mittig, sondern ist auf der Sekante 44 zu einer Seite verschoben.One of the through holes 34a merges into the flow opening. That means that a tempering element 28 is flowed around when the fluid from a sub-chamber 38 changes to the next. This through hole 34a is not in the middle, but is on the secant 44 moved to one side.

Die Anordnung der Temperierelemente 28 ist insgesamt symmetrisch beispielsweise zu der in 4 horizontalen Symmetrieachse 46. Allerdings wird diese Symmetrie erfindungsgemäß absichtlich nicht mit den Strömungsöffnungen 36 und damit einer Hauptströmungsrichtung des Fluids ausgerichtet. Das lässt sich beispielsweise über die Orientierung einer Verbindungslinie 48 zwischen den Strömungsöffnungen 36 zweier benachbarter Leitplatten 24 ausdrücken, die in 4 senkrecht verläuft. Diese Verbindungslinie 48 ist gerade keine Symmetrieachse. Die Anordnung der Temperierelemente 28 ist also aus der Symmetrie verdreht. Dem strömenden Fluid bietet sich deshalb aus dessen Sicht eine rechts und links nicht symmetrische Anordnung von Temperierelementen 28.The arrangement of the temperature control elements 28 is overall symmetrical, for example, to that in 4th horizontal axis of symmetry 46 . However, according to the invention, this symmetry is deliberately not made with the flow openings 36 and thus aligned with a main flow direction of the fluid. This can be done, for example, by orienting a connecting line 48 between the flow openings 36 two adjacent guide plates 24 express that in 4th runs vertically. This connecting line 48 is currently not an axis of symmetry. The arrangement of the temperature control elements 28 is thus twisted out of symmetry. From its point of view, the flowing fluid therefore has a right and left non-symmetrical arrangement of temperature control elements 28 .

Besonders günstig ist es, wenn die Anordnung der Temperierelemente 28 um ein Viertel ihres Winkelabstands aus der Symmetrie verdreht werden. Das ist je nach Drehrichtung das gleiche wie ein Verdrehen um drei Viertel. In der Anordnung der 4 beträgt der Winkelabstand der Temperierelemente ein Fünftel des Vollwinkels, also 360°/5=72°. Ein Viertel davon sind 18°, entsprechend sind drei Viertel in Gegenrichtung 54°, wie dies in 4 auch eingezeichnet ist. Dieser Verdrehwinkel hat gleich zwei Vorteile. Zum einen ergibt sich eine besonders günstige Strömung. Außerdem ist es möglich, die Leitplatten 24 zu wenden und damit baugleiche Leitplatten 24 alternierend einzusetzen wie in 3. Es bleibt beim selben Verdrehwinkel, da jeweils eine Drehung um ein Viertel und eine Drehung um drei Viertel gegeneinander austauschbar sind.It is particularly favorable if the arrangement of the temperature control elements 28 twisted out of symmetry by a quarter of their angular distance. Depending on the direction of rotation, this is the same as twisting it by three quarters. In the arrangement of the 4th the angular distance between the temperature control elements is a fifth of the full angle, i.e. 360 ° / 5 = 72 °. A Quarter of these are 18 °, correspondingly three quarters in the opposite direction are 54 °, as shown in 4th is also shown. This twist angle has two advantages. On the one hand, there is a particularly favorable flow. It is also possible to use the guide plates 24 to turn and thus structurally identical guide plates 24 to be used alternately as in 3 . The angle of rotation remains the same, since a quarter turn and a three quarter turn are interchangeable.

Die 5 und 6 illustrieren, dass mit baugleichen, alternierend auf die andere Seite gewendeten Leitplatten eine verwechslungssichere Montage erreicht werden kann (Poka Yoke). Dabei zeigt 5 einen seitlichen Ausschnitt der Leitplatte 24. Dort ist ein Vorsprung 50 angebracht, der durch unterschiedliche Abmessungen der darüber und darunter befindlichen Lücken 52a-b gegenüber einem horizontalen Durchmesser der Leitplatte 24 etwas nach oben versetzt ist.the 5 and 6th illustrate that with guide plates of the same design, alternately turned to the other side, a confusion-free assembly can be achieved (poka yoke). It shows 5 a side cutout of the guide plate 24 . There's a head start there 50 due to the different dimensions of the gaps above and below 52a-b versus a horizontal diameter of the guide plate 24 is offset slightly upwards.

6 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung der Leitplatten 24 in der Kammer 12. Um das Hin- und Herströmen des Fluids von einer Teilkammer 38 zur nächsten zu ermöglichen, sollen die Leitplatten 24a-b alternierend in der einen Orientierung und der dazu um 180° gewendeten Orientierung in die Leitplattenhalter 26 montiert werden, so wie das in 3 in einer dreidimensionalen Ansicht noch besser zu erkennen ist. Nun weisen die Leitplattenhalter 26 Nuten 54a-b auf, die alternierend jeweils ein Stück nach oben und nach unten versetzt sind. Der jeweilige Vorsprung 50 mit entsprechendem Versatz sorgt bei Eingreifen in die versetzten Nuten 54a-b dafür, dass die Leitplatten 24a-b nur in der richtigen Orientierung montiert werden können. 6th Figure 3 shows a side view of the arrangement of the guide plates 24 in the chamber 12th . About the back and forth flow of fluid from a sub-chamber 38 To allow for the next, the guide plates are supposed to 24a-b alternating in one orientation and the orientation turned by 180 ° in the guide plate holder 26th like the one in 3 can be seen even better in a three-dimensional view. Now point the guide plate holder 26th Grooves 54a-b which are alternately offset a little up and down. The respective lead 50 with a corresponding offset ensures that the staggered grooves are engaged 54a-b making sure the guide plates 24a-b can only be installed in the correct orientation.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102011015215 A1 [0004]
DE 102015102311 A1 [0005]
EP 1938036 B1 [0005]

Claims

Heat exchange device (10) for heating or cooling a fluid, in particular a heating device, which has a cylindrical chamber (12) through which the fluid flows, with several elongated temperature control elements (28) arranged axially therein and with several guide plates (24) which the chamber (12 ) subdivide into several superimposed sub-chambers (38), a flow opening (36) being attached to the outer circumference of the guide plates (24) in order to allow the fluid to flow from one sub-chamber (38) to the next and the flow openings (36) alternating are arranged on one side and the other, characterized in that the flow openings (36) are designed and arranged in such a way that the temperature control elements (28) are not symmetrical with respect to a connecting line (48) of the flow openings (36) of adjacent guide plates (24) lie.

Heat exchange device (10) according to Claim 1 , wherein a temperature control element (28) runs through a respective flow opening (36).

Heat exchange device (10) according to Claim 1 or 2 , wherein temperature control elements (28) are arranged in a ring (40) and uniformly around a central axis (42) of the chamber (12), in particular five temperature control elements (28) in a pentagram arrangement.

Heat exchange device (10) according to Claim 3 wherein the diameter of the ring arrangement (40) is greater than half the diameter and / or less than three quarters of the diameter of the chamber (12), in particular about two thirds of the diameter of the chamber (12)

Heat exchange device (10) according to Claim 3 or 4th , wherein an axis of symmetry (46) of the arrangement of the temperature control elements (28) relative to the connecting line (48) is rotated by a quarter of the angular distance of the temperature control elements (28) about the central axis (42) of the chamber (12), in particular by 18 ° in a Pentagram arrangement.

Heat exchange device (10) according to one of the preceding claims, wherein the shape of the flow opening (36) corresponds to the cutting of the guide plate (24) at a secant (44).

Heat exchange device (10) according to Claim 6 , the connecting line (48) and secant (44) being perpendicular to one another and / or the secant (44) running parallel to an axis of symmetry (46) of the arrangement of the temperature control elements (28).

Heat exchange device (10) according to one of the preceding claims, wherein the guide plate (24) has through holes (34) for the temperature control elements (28), of which at least one (34a) merges into the flow opening (36).

Heat exchange device (10) according to one of the preceding claims, wherein structurally identical guide plates (24) are alternately mounted in a reversed orientation in guide plate holders (26), in particular only this alternating orientation can be mounted by means of projections (50, 52a-b) and grooves (54a-b) is.

Heat exchange device (10) according to one of the preceding claims, wherein the ratio of the diameter of the temperature control elements (28) and the diameter of the chamber (12) is at least 1: 5 or 1: 4.

Heat exchange device (10) according to one of the preceding claims, wherein an odd number of guide plates (24) is provided, in particular five.

Heat exchange device (10) according to one of the preceding claims, wherein the guide plates (24) are spaced 15-25 mm, 18-22 mm or 18.5-19.5 mm, in particular 19.2 mm, from one another.

Heat exchange device (10) according to one of the preceding claims, wherein the diameter of the temperature control elements (28) and the distance between the guide plates (24) are of the same order of magnitude.

Heat exchange device (10) according to one of the preceding claims, wherein the chamber (12) has a lateral inlet (14) and a lateral outlet (16) for the fluid, in particular on the same side.

Method for heating or cooling a fluid, in which a fluid flows through a cylindrical chamber (12) with several elongated temperature control elements (28) arranged axially therein and with several guide plates (24) which divide the chamber (12) into several superimposed partial chambers (38 ), the fluid flowing from one sub-chamber (38) into the next via respective flow openings (36) on the outer circumference of the guide plates (24), which are alternately attached to adjacent guide plates (24) on one side and the other, characterized in that the fluid flows through the sub-chambers (38) each with temperature control elements (28) which are not symmetrical on either side of a main flow direction.