Die Erfindung bezieht sich auf die
Gestaltung eines Wärmeübertragers,
bei dem die einzelnen Wärmeübertragungsbleche
als Paket unter Zwischenlagerung von Abstandsstreifen in einem geschlossenen
Gehäuse
untergebracht sind. Dabei leiten die Wärmeübertragungsbleche die im wärmeren Durchströmungskanal
durch Wärmeübertragung
aufgenommmene Wärme
durch die Wärmeleitung
in den Blechen zum benachbarten kälteren Durchströmungskanal,
wo die Wärme
wieder durch Wärmeübertragung
vom kälteren
Medium aufgenommen wird. Die meisten der bekannten Wärmeübertrager sind
dagegen so aufgebaut, daß die
Wärme nach
der Wärmeübertragung
infolge Wärmedurchgang
zum kälteren
Durchströmungskanal
transportiert wird, wo sie wieder durch Wärmeübertragung vom kälteren Medium
aufgenommen werden muß.
Diese Funtionsweise hat zwei Nachteile gegenüber der erfindungsgemäß gestalteten
Wärmeleitungsmethode. Erstens
sind für
den Wärmedurchgang
größere Temperatudifferenzen
erforderlich als dies bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Fall ist
und zweitens sind durch die wechselseitige Anordnung kälterer und
wärmerer
Durchströmungskanäle besonders
bei unterschiedlichen und einseitig höheren Drücken bei welchen die Trennwände eine
entsprechende Biege-Festigkeit besitzen müssen größere Materialmengen unabdingbar,
wobei die gasdichte Trennung der beiden Medienströme an den
Begrenzungsstellen durch Schweißung
Pressung und Fügung
kompliziertere Gestaltungs- und Abdichtungsmaßnahmen erfordert als dies
bei der erfindungsgemäßen Gestaltung
der Fall ist.The invention relates to the
Design of a heat exchanger,
in which the individual heat transfer plates
as a package with intermediate storage of spacer strips in a closed
casing
are accommodated. The heat transfer plates conduct it in the warmer flow channel
through heat transfer
absorbed heat
through heat conduction
in the sheets to the adjacent colder flow channel,
where the heat
again through heat transfer
from the colder
Medium is recorded. Most of the known heat exchangers are
on the other hand, constructed so that the
Heat after
heat transfer
due to heat transfer
to the colder
Flow channel
is transported where it is again transferred by heat from the colder medium
must be included.
This mode of operation has two disadvantages compared to that designed according to the invention
Heat conduction method. First
are for
the heat transfer
larger temperature differences
required than is the case with the design according to the invention
and secondly, due to the mutual arrangement, they are colder and
warmer
Flow channels in particular
at different and unilaterally higher pressures at which the partitions one
appropriate bending strength must have larger quantities of material indispensable,
the gas-tight separation of the two media flows at the
Limiting points through welding
Pressing and joining
requires more complicated design and sealing measures than this
in the design according to the invention
the case is.
Daraus ergibt sich die Aufgabe, die
bei der Konzipierung der erfindungsgemäßen Gestaltung des Wärmeübertragers
zu lösen
war. Es müßten diese
Nachteile beseitigt werden, um einen Wärmeübertrager zu erhalten, der
bei geringerem Material- und Herstellungsaufwand auch für die Wärmeübertragung
kleinerer Temperaturunterschiede zwischen zwei Medien auch unterschiedlicher
Drücke
besonders als Temperaturwechsler geeignet ist. Die bisher bekannten
Ausführungen,
welche ebenfalls die Wärmeübertragung
zwischen zwei Medien unterschiedlicher Temperatur infolge Wärmeleitung
bewerkstelligen, sind aus Rundmaterial gefertigte Stäbe, die
entweder auf jeder Seite der medienführenden Durchströmungskanäle eingepreßt oder
angeschweißt
sind und nur geringfügig
die Wärmeübertragungsflächen vergrößern oder
reichen ebenfalls durch beide Medien hindurch, wobei die gasdichte
Trennung beider Medienströme
sowie die Ausführung
der Trennwände
zwischen beiden Medien in der Ausführung ebenfalls mit den weiter
vorn beschriebenen Nachteilen behaftet ist. Deshalb sind solche
Wärme – übertrager nur
bei Vorliegen gleicher und niedriger Drücke in den beiden Medienströmen anwendbar
und für
den Wärmeaustausch
in Lüftungsanlagen
einsetzbar.Hence the task that
in the design of the design of the heat exchanger according to the invention
to solve
was. It would have to be this
Disadvantages are eliminated in order to obtain a heat exchanger which
with lower material and manufacturing costs also for heat transfer
Smaller temperature differences between two media are also different
pressures
is particularly suitable as a temperature changer. The previously known
designs,
which also heat transfer
between two media of different temperatures due to heat conduction
are rods made of round material that
either pressed in on each side of the media-carrying flow channels or
welded
are and only marginally
increase the heat transfer areas or
also extend through both media, the gas-tight
Separation of both media flows
as well as the execution
of the partitions
between the two media in the execution also with the next
disadvantages described above is afflicted. That is why they are
Heat exchanger only
applicable in the presence of equal and low pressures in the two media flows
and for
the heat exchange
in ventilation systems
used.
Eine Besonderheit bildet die unter
der Publikationsnummer WO 99/ 51069 A beschriebene Ausführung, bei
der aus Carbonfasern in besonderer Herstellung gefertigte und zu
Rundprofilen geformte Bündel
in die Medienströme
reichen, wobei sich der Anschluß dieser
Bündel
an eine Spannungsquelle mittels des dabei erzeugten elektrischen
Feldes bei Flüssigkeiten
(Fluiden) für
den Wärmeübergang
unterstützend
auswirkt. Demgegenüber
liegt bei der erfindungsgemäßen Lösung eine
einfache Ausführung dergestalt
vor, daß die
Wärmeübertragungsbleche abwechselnd
unter Zwischenlegen der Abstandsstreifen, die den Strömungszwischenraum
bilden einfach in die Nuten der Endblöcke an beiden Enden der Wärmeübertragungselemente
eingelegt und anschließend durch
einen aufschraub- oder aufklemmbaren Deckel mit Dichtung zusammengepreßt werden,
wodurch gleichzeitig die gasdichte Trennung zwischen den beiden
Medienströmen
hergestellt wird. Da die in beide Medienströme ragenden Wärmeübertragungsbleche
von beiden Seiten beaufschlagt werden, ist die Wärmeaufnahme doppelt so hoch
als bei den sonst üblichen
Ausführungen,
da sich die Wärmeübertragungsfläche verdoppelt.
Für die
anschließende
Wärmeleitung
von der wärmeren zur
kälteren
Seite kann die Dicke der Wärmeübertragungsbleche
die vornehmlich aus Aluminium gefertigt werden zu der in die. Medien
hineinragenden Tiefe maßlich
so aufeinander abgestimmt werden, daß Wärmeübertragung und Wärmeleitung
annähernd gleich
große
Werte ergeben. Gemäß Anspruch
3 der Patentansprüche
werden die Endblöcke
die als Begrenzung der wahlweise 500 mm bzw. 1000 mm langen Elemente
fungieren außer
den eingefrästen
Nuten beiderseits der Durchströmungskanäle mit länglichen
Bohrungen versehen welche den Durchtritt der Medienströme zum anschließenden Element
bzw. zum Ein- und Austritt erlauben. Dabei ist gemäß 1 zwischen den Endblöcken und
der wirksamen Breite der Wärmeübertragungsbleche
ein freier Raum in den Strömungskanälen von
mindestens i 5 mm vorgesehen, und den strömenden Medien Platz zu lassen
sich möglichst
gleichmäßig über alle
Strömungskanäle zu verteilen,
was durch den Strömungswiderstand
zwischen den Wärmeübertragungsblechen
unterstützt
wird. Ein und austrittsseitig sind an die Endblöcke vorgefertigte Übergangsstücke geschweißt, die
von den länglichen Öffnungsquerschnitten
in den Endblöcken
auf einen runden Querschnitt überleiten
und sich damit für
die Aufnahme der Verschraubungsteile eignen welche für die Rohrleitungsanschlüsse erforderlich
sind. Wenn für die
Anordnung der einzelnen Wärmeübertragungs-Elemente
entsprechend der Aufgabenstellung mehrere Elemente in Reihenschaltung
erforderlich sind, entfallen diese Übergangsstücke und die Endblöcke werden
ausgangsseitig, wie in 2 dargestellt,
ebenfalls nur mit Nuten versehen, um eine direkte Verbindung der
einzelnen Elemente zu ermöglichen.
Die direkte Verbindung der Gehäuse
kann wahlweise durch Schweißung
oder Schraub- bzw. Klemmberbindungen erfolgen.A special feature is the version described under publication number WO 99/51069 A, in which bundles made of carbon fibers and made into round profiles extend into the media streams, the connection of these bundles to a voltage source by means of the electrical field generated in the case of liquids (Fluids) supports the heat transfer. In contrast, in the solution according to the invention there is a simple design such that the heat transfer plates are alternately inserted with the interposition of the spacer strips that form the flow gap into the grooves of the end blocks at both ends of the heat transfer elements and then pressed together by a screw-on or clamp-on cover with a seal , which simultaneously creates the gas-tight separation between the two media flows. Since the heat transfer plates protruding into both media flows are acted upon from both sides, the heat absorption is twice as high as in the otherwise customary designs, since the heat transfer surface is doubled. For the subsequent heat conduction from the warmer to the colder side, the thickness of the heat transfer plates can be made primarily from aluminum to that in the. Media protruding depth are dimensionally coordinated so that heat transfer and heat conduction result in approximately equal values. According to claim 3 of the claims, the end blocks, which act as a limitation of the elements 500 mm or 1000 mm long, in addition to the milled grooves on both sides of the flow channels, are provided with elongated bores which allow the media streams to pass through to the adjoining element or to enter and exit. It is according to 1 Between the end blocks and the effective width of the heat transfer plates, a free space of at least 15 mm is provided in the flow channels, and the flowing media space can be distributed as evenly as possible over all flow channels, which is supported by the flow resistance between the heat transfer plates. On the inlet and outlet side, prefabricated transition pieces are welded, which transfer from the elongated opening cross-sections in the end blocks to a round cross-section and are therefore suitable for receiving the screw fittings that are required for the pipe connections. If for the arrangement of the individual heat transfer elements according to the task If several elements are required in series connection, these transition pieces are omitted and the end blocks are on the output side, as in 2 shown, also only provided with grooves to allow a direct connection of the individual elements. The housing can be connected directly either by welding or screw or clamp connections.
1 zeigt
den Querschnitt durch ein Einzelelement des Wärmeübertragers. Die Umhüllung besteht
aus einem Metall-Hutprofil 50 × 100
mm, s = 4 mm. Darin sind 55 Stück
Alu-Bleche von 0,6 mm Dicke eingelagert. Ihr Abstand voneinander,
hier 1,2 mm wird durch mittig zwischen gelegte Alu-Streifen 6,0 × 1,2 × L gewährleistet.
Das ganze Paket wird durch einen auf das Hutprofil aufschraubbaren
Deckel unter Zwischenlagerung einer Dichtung entsprechend stark
zusammengepreßt,
so daß beidseitig
der Mittelstreifen Medien unterschiedlicher Drücke durchgeleitet werden können. An
den Stirnseiten sind Endblöcke
eingeschweißt,
welche gleichzeitig die Mittelstreifen zentrieren und die ovalen Öffnungen
für die
Anschlußstutzen
die von oval auf rund gestaltet werden tragen. Infolge des geringen
Plattenabstandes stellt sich eine laminare Strömung ein, die auch bei leicht
wellenförmiger
Ausbildung der Bleche hauptsächlich
beibehalten wird. 1 shows the cross section through a single element of the heat exchanger. The covering consists of a metal hat profile 50 × 100 mm, s = 4 mm. It contains 55 pieces of aluminum sheet 0.6 mm thick. Their distance from each other, in this case 1.2 mm, is ensured by 6.0 × 1.2 × L aluminum strips placed in the middle. The whole package is pressed together by a lid that can be screwed onto the hat profile with the interim storage of a seal, so that media of different pressures can be passed through on both sides of the median strip. End blocks are welded onto the front sides, which simultaneously center the median strips and carry the oval openings for the connecting pieces, which are designed from oval to round. As a result of the small distance between the plates, a laminar flow occurs, which is mainly maintained even with a slightly undulating design of the plates.
2 zeigt
einen Wärmeübertrager
in Batterieform bestehend aus 5 Stück nebeneinander liegenden
Elementen. Seine nutzbare Übertragungslänge betrage
2500 mm. Die Gesamtabmessung ergibt sich zu 258 × 120 × 2620 mm. Er besitzt eine Wärmeübertragungsfläche von
5 × 55 × 2 × 0,022 × 2,5 m2 30,25 m2. Die Hutprofile
sind beidseitig um je 20 mm länger
als die Wärmeübertragungsbleche. Der
Deckel erhält
bei höheren
Drücken
alle 250 mm Versteifungsriegel aus Winkelstahl. Der ganze Wärmeübertrager
wird allseitig je nach Höhe
der Temperaturen mit 40 bis 80 mm starker Wärmedämmung versehen. 2 shows a heat exchanger in battery form consisting of 5 adjacent elements. Its usable transmission length is 2500 mm. The overall dimensions are 258 × 120 × 2620 mm. It has a heat transfer area of 5 × 55 × 2 × 0.022 × 2.5 m 2 30.25 m 2 . The hat profiles are 20 mm longer on each side than the heat transfer plates. At higher pressures, the cover receives stiffening bars made of angle steel every 250 mm. Depending on the temperature, the entire heat exchanger is provided with 40 to 80 mm thick thermal insulation on all sides.
Die wärmetechnische Berechnung des
WÜ erfolgt
an Hand des in einem Modellversuch ermittelten x- Wertes von 86
W/m2 K bei v = 5,67 m/s, Medium Luft + 50 °C, p = 1,013
bar Mit Hilfe der Ähnlichkeitskriterien
nach Reynolds, Grashof, Nusselt und Prandtl sowie auf Grund der
geometrischen Ähnlichkeit
können
mit den Ergebnissen des Modellversuches die α- Werte bei anderen Verhältnissen
berechnet werden wobei die Dichten, Wärmeleitfähigkeiten, kinematischen Zähigkeiten,
Strömungsgeschwindigkeiten
und spezifischen Wärmekapazitäten zu berücksichtigen
sind.The thermal calculation of the WÜ is based on the x-value of 86 W / m 2 K determined in a model test at v = 5.67 m / s, medium air + 50 ° C, p = 1.013 bar with the help of the Reynolds similarity criteria , Grashof, Nusselt and Prandtl and due to the geometric similarity, the results of the model test can be used to calculate the α values under other conditions, taking into account the densities, thermal conductivities, kinematic toughness, flow velocities and specific heat capacities.
Bei höheren Temperaturen und größeren Drücken als
im Modellversuch nehmen die Wärmeübergangskoeffizienten
stark zu. So ist beispielsweise bei Luft von +480 °C und p =
5 bar α =
rund 260 W/m2 K . Infolge des Temperaturverlaufes
während
des Wärmeaustausches
müssen
die unterschiedlichen Dichten , unterschiedlichen Geschwindigkeiten
und anderen Parameter zwischen Anfang und Ende des WÜ auf beiden
Seiten berücksichtigt
werden.At higher temperatures and higher pressures than in the model test, the heat transfer coefficients increase significantly. For example, with air of +480 ° C and p = 5 bar α = around 260 W / m 2 K. As a result of the temperature profile during the heat exchange, the different densities, different speeds and other parameters between the beginning and end of the WÜ must be taken into account on both sides.
Die genaue Berechnung ist nicht Gegenstand
der Patenterteilung und wird deshalb hier nicht dargestellt.The exact calculation is not the subject
the granting of the patent and is therefore not shown here.
