DE10218274A1

DE10218274A1 - Wärmetauscherplatte für einen Kreuzstromwärmetauscher

Info

Publication number: DE10218274A1
Application number: DE2002118274
Authority: DE
Inventors: Alexander Maute
Original assignee: Joma Polytec Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-11-06

Abstract

Es wird eine Wärmetauscherplatte für einen Kreuzstrom-Wärmetauscher beschrieben, die aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, längs zweier einander gegenüberliegender Randteile miteinander dicht verbundenen Plattenteilen (14, 16) gebildet ist, die aus thermoplastischem Kunststoff oder aus einer aus wärmeleitendem Metall bestehenden Folie gebildet sind und die einen Strömungskanal (26) für ein erstes, durch den Kreuzstromwärmetauscher hindurchzuführendes Medium, bspw. Prozessluft, definieren, wobei zumindest ein Plattenteil (14) jeweils ein sich quer zur Kanallängsrichtung erstreckendes Wellenprofil aufweist. DOLLAR A Zur Erzielung einer hohen Kühlleistung weist das Wellenprofil in Strömungsrichtung eines zwischen zwei Wärmetauscherplatten (10) quer zum ersten Medium hindurchströmenden zweiten Mediums, bspw. Kühlluft, einen steilen Wellenanstieg (30) und einen flacher auslaufenden Wellenabfall (34) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscherplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Wärmetauscherplatten dieser Art werden einander im Abstand und zueinander parallel geschichtet zugeordnet und als paketartige Baueinheit in Kreuzstrom-Wärmetauschern eingesetzt (vgl. EP 1 106 729 A1, Fig. 11).
Bei dieser bekannten Ausbildung von Wärmetauscherplatten weisen deren beide Plattenteile jeweils ein sich quer zur Längsrichtung des zwischen diesen vorhandenen Kanals für ein erstes Medium, bspw. Prozessluft, erstreckendes Wellenprofil auf. Zwischen den sich im Abstand voneinander angeordneten Wärmetauscherplatten erstreckt sich außerdem jeweils ein weiterer Kanal, durch den ein zweites Medium, bspw. Kühlluft, quer zur Längsrichtung des ersten Kanals hindurchgeleitet wird.
Durch die Wellenstruktur der beiden, jeweils eine Wärmetauscherplatte bildenden Plattenteile wird eine entsprechend vergrößerte Kühlfläche geschaffen und somit durch Beaufschlagung der gewellten Innenflächen des Kanals für das erste Medium eine entsprechend intensivierte Kühlleistung erzielt.
In diesem Zusammenhang wurde auch vorgeschlagen, das Wellenprofil asymmetrisch dergestalt auszubilden, dass die Anstiegsphase des Wellenprofils in Strömungsrichtung flacher und dessen Abfallphase steiler verläuft.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kühlleistung von Wärmetauscherplatten in einer im Oberbegriff des Anspruches 1 erläuterten Art noch weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Bei dieser Konstruktion trifft somit das zwischen erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmetauscherplatten hindurchzuführende Medium in Strömungsrichtung zunächst auf den steilen Wellenanstieg des Wellenprofils auf und wird dadurch in Richtung auf die gegenüberliegende, durch den anderen Plattenteil gebildete Kanalwand abgelenkt und von dort zu einem wesentlichen Teil wieder in Richtung auf den flacher auslaufenden Abfall des Wellenprofils umgelenkt, wonach das Medium erneut wieder auf einen steilen Wellenanstieg aufprallt und wieder dementsprechend umgelenkt wird.
Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, dass bereits durch die Ausstattung nur einer der beiden Plattenteile mit einem solchen speziellen Wellenprofil bei solchen Wärmetauscherplatten eine beachtliche Kühlleistung zustande kommt.
Ein noch besserer Wärmeübergang ist erzielbar, wenn, gemäß Anspruch 2, beide Plattenteile mit dem erfindungsgemäßen Wellenprofil ausgestattet sind, wobei durch eine gegenseitige Zuordnung beider Wellenprofile an den beiden Plattenteilen gemäß Anspruch 3 eine optimale Kühlleistung zu erreichen ist, da in diesem Falle das den Kanal passierende Medium, bspw. Kühlluft, zwischen den Plattenteilen insgesamt jeweils derart umgelenkt wird, dass sich zwischen ihnen und den strömenden Luftmassen keine isolierend wirkende Grenzschicht ausbilden kann. Dabei kommt durch das profilbedingte, gezielte Ablösen der Luftmassen und deren Ablenken vom einen Plattenteil in Richtung auf den anderen Plattenteil eine intensive Luftdurchmischung zustande, wobei das Aufprallen der Kühlluft auf die gewellten Plattenteile einen innigen Kontakt zwischen diesen und dadurch einen optimalen Wärmeaustausch bewirkt.
Dabei ist es vorteilhaft, die Konstruktion des flacher verlaufenden Wellenabschnittes des Wellenprofils gemäß Anspruch 4 zu gestalten, so dass ein relativ langer Kontakt der Kühlluft gewährleistet ist. Strömungsgünstig wirkt sich außerdem ein gemäß Anspruch 5 gestalteter Wellenscheitelbereich aus.
In diversen, weiteren Ansprüchen aufgeführte Merkmale der Erfindung sowie aus diesen resultierende Vorteile sind in der sich anschließenden Beschreibung eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Pakets von Wärmetauscherplatten für einen Kreuzstrom- Wärmetauscher;
Fig. 2 eine Teilansicht des Paketes gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.
Das aus einer Vielzahl von Wärmetauscherplatten 10 gebildete Plattenpaket 12 ist für einen Kreuzstrom-Wärmetauscher konzipiert, der bspw. für den Einsatz in Kondensationswäschetrocknern bestimmt ist.
Jede Wärmetauscherplatte 10 besteht aus zwei Plattenteilen 14 und 16, die an zwei gegenüberliegenden Rändern miteinander verbunden sind. Hierzu weisen sie flache, druckdicht aneinander gehaltene Randteile 18, 20 bzw. 22, 24 auf. Die Plattenteile 14 und 16 sind vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff gefertigt, die randseitig miteinander verschweißt oder in anderer geeigneter Weise verbunden sind.
Die Plattenteile 14, 16 schließen zwischen sich einen stirnseitig offenen Prozessluftkanal 26 der Wärmetauscherplatten 10 ein, die ihrerseits zur Bildung eines Kühlluftkanals 28 im Abstand neben- bzw. übereinander vorgesehen sind. Der Kühlluftkanal 28 erstreckt sich somit quer zum Prozessluftkanal 26. Die Wärmetauscherplatten 10 sind, was nicht dargestellt ist, mit ihren Stirnenden bspw. in jeweils einem Halterahmen fixiert, welche dem Plattenpaket 12 den notwendigen Zusammenhalt geben.
Beim vorliegenden, eine zu bevorzugende Ausführungsform der Erfindung darstellenden Ausführungsbeispiel der Wärmetauscherplatten 10 weisen deren beide Plattenteile 14, 16 jeweils ein Wellenprofil auf, das sich quer zur Längsrichtung des Prozessluftkanals 26 erstreckt.
Die Wellenprofile beider Plattenteile 14, 16 sind zwar im Wesentlichen formgleich, jedoch um 180° zueinander gewendet und in der durch einen Pfeil A angezeigten Strömungsrichtung der Kühlluft zueinander versetzt vorgesehen, wodurch ein optimaler Wärmeaustausch zwischen beiden Medien gewährleistet ist. Zu diesem Zweck weist hierbei das Wellenprofil des oberen Plattenteils 14 in Strömungsrichtung A des Kühlluftkanals 28 zunächst einen Wellenabschnitt 30 mit einem steilen Wellenanstieg auf, der vorzugsweise in einen gerundeten Wellenscheitel 32 übergeht, an den sich ein Wellenabschnitt 34 mit flachem Wellenabfall anschließt, der wiederum an einem steilen Wellenanstieg 30 der folgenden Profilwelle endet. Das Wellenprofil weist damit die Wellenkontur von Hawaii-Wellen auf.
Das Wellenprofil des unteren Plattenteils 16 weist hingegen in Strömungsrichtung A der Kühlluft zunächst einen Wellenabschnitt 36 mit einem flacheren Wellenanstieg auf, der an einem, einen steilen Wellenabfall aufweisenden Wellenabschnitt 38 endet, der seinerseits in einen ein gerundetes Wellental bildenden Wellenabschnitt 40 übergeht, an dem sich wieder ein Wellenabschnitt 42 mit flacherem Wellenanstieg anschließt.
Dabei ist die gegenseitige Zuordnung beider Wellenprofile in Strömungsrichtung A der Kühlluft bzw. in Längsrichtung des Kühlluftkanals 28 derart getroffen, dass sich der Übergang des flacher ansteigenden Wellenabschnittes 36 des zum Plattenteil 16 gehörenden Wellenprofils in den folgenden Wellenabschnitt 38 gegenüber dem flacher abfallenden Wellenabschnitt 34 des zum Plattenteil 14 gehörenden Wellenprofils befindet.
Durch diese asymmetrische Zuordnung der einander gegenüberliegenden, den Kühlluftkanal 28 begrenzenden Wellenprofile wird erreicht, dass die einströmenden Kühlluftmassen zu einem wesentlichen Teil zunächst auf den steilen Wellenanstieg 30 des Plattenteils 14 der einen Wärmetauscherplatte 10 auftreffen und dabei in Richtung auf den gegenüberliegenden, flacheren Wellenanstieg 36 des Plattenteils 16 der benachbarten Wärmetauscherplatte 10 abgelenkt werden. Dort prallen sie in relativ steilem Winkel auf den flacheren Wellenanstieg 36 auf und werden dann in Richtung auf den steilen Wellenabfall 38 geleitet, von welchem die Luftmassen wiederum auf den flacheren Wellenabfall 34 des Wellenprofils des Plattenteils 14 umgelenkt werden.
Durch das Aufprallen von Luftmassen an den miteinander korrespondierenden Wellenabschnitten 30, 36; 38, 34 von Plattenteilen 14, 16 benachbarter Wärmetauscherplatten 10 wird ein inniger Luftkontakt mit dem jeweiligen Plattenteil 14 bzw. 16 erreicht, wobei sich zwischen diesen keine isolierend wirkende Grenzschicht ausbilden kann. Des Weiteren wird durch das gezielte, wechselweise Ablenken der Luftmassen in Richtung auf den jeweils anderen Plattenteil 14 bzw. 16 eine intensive Luftvermischung erzielt, so dass insgesamt ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet, der insbesondere auch dadurch begünstigt wird, dass die Wellenkontur in etwa derjenigen eines Tragflügels entspricht und dadurch die Luft relativ lange ohne Ausbildung einer Grenzschicht an der Profilfläche entlangströmt.
Wie Fig. 2 zeigt, wird der Strömungsquerschnitt des Kühlluftkanals 28 durch die Wellenabschnitte 32, 38 beider Plattenteile 14, 16 ungefähr zur Hälfte verengt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit wird entsprechend erhöht und die Luftmassen dadurch zusätzlich an die Profiloberflächen gepresst werden.
Durch die gewählte Profilierung ergeben sich sehr wenig Totzonen, in denen sich Luftwirbel ausbilden können. Dementsprechend konnte auch der Druckverlust entlang der Kühlluftkanäle 28 sehr gering gehalten werden.
Um insbesondere bei einer Ausbildung der Plattenteile 14, 16 aus thermoplastischer Kunststofffolie sicherzustellen, dass die aus relativ dünner Folie bestehenden Plattenteile unter herrschenden Druckverhältnissen zueinander eine relativ stabile Lage beibehalten, sind aus Wellentälern der Wellenprofile vorzugsweise die Form einer Halbkugelschale aufweisende Distanznocken 44 ausgeformt, die sich jeweils an einem Plattenteil der gleichen Wärmetauscherplatte 10 bzw. an einem Plattenteil einer benachbarten Wärmetauscherplatte abstützen.
Innerhalb des Kühlluftkanals 28 sind die Distanznocken 44 in Strömungsrichtung vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen voneinander vorgesehen, während sie in Kanallängsrichtung bevorzugt in einer Reihe hintereinander platziert sind (siehe Fig. 1).

Claims

1. Wärmetauscherplatte für einen Kreuzstrom-Wärmetauscher, die aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, längs zweier einander gegenüberliegender Randteile miteinander dicht verbundenen Plattenteilen (14, 16) gebildet ist, die aus thermoplastischem Kunststoff oder aus einer aus wärmeleitendem Metall bestehenden Folie gebildet sind und die einen Strömungskanal (26) für ein erstes, durch den Kreuzstrom-Wärmetauscher hindurchzuführendes Medium, bspw. Prozessluft, definieren, wobei zumindest ein Plattenteil (14) jeweils ein sich quer zur Kanallängsrichtung erstreckendes Wellenprofil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenprofil in Strömungsrichtung eines zwischen zwei Wärmetauscherplatten (10) quer zum ersten Medium hindurchströmendes zweiten Mediums, bspw. Kühlluft, einen steilen Wellenanstieg (30) und einen flacher auslaufenden Wellenabfall (34) aufweist.

2. Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Plattenteil (16) der Wärmetauscherplatte (10) ein Wellenprofil aufweist, das in Strömungsrichtung des zweiten Mediums einen flacheren Wellenanstieg (36) und einen steileren Wellenabfall (38) aufweist.

3. Wärmetauscherplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenscheitel des flacher ansteigenden Wellenabschnittes (36) des Wellenprofils des einen Plattenteils (16) in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gegenüber dem flacher abfallenden Wellenabschnitt (34) des zum anderen Plattenteil (14) gehörenden Wellenprofils vorgesehen ist.

4. Wärmetauscherplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenprofil Tragflügelkontur hat.

5. Wärmetauscherplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steiler und flacher verlaufenden Wellenabschnitte (30, 34 bzw. 38, 42) im Scheitelbereich einen gerundeten Übergang aufweisen.

6. Wärmetauscherplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenprofil beider Plattenteile (14, 16) formgleich ist.

7. Wärmetauscherplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der einander zugerichteten Wellenabschnitte beider Plattenteile (14, 16) ungefähr der Hälfte des gegenseitigen Abstandes beider Plattenteile (14, 16) entspricht.

8. Wärmetauscherplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus Wellentälern des Wellenprofils eines Plattenteils (14) oder beider Plattenteile (14, 16) sich am gegenüberliegenden Plattenteil sowie an einem Plattenteil einer benachbarten Wärmetauscherplatte (10) abstützende Distanznocken (44) ausgeformt sind.

9. Wärmetauscherplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanznocken (44) halbkugelförmig und hohl ausgebildet sind.

10. Wärmetauscherplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanznocken kegelstumpfförmig ausgebildet sind.

11. Wärmetauscherplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanznocken (44) in Strömungsrichtung des zweiten Mediums im Abstand voneinander und in Kanallängsrichtung in einer Reihe oder versetzt hintereinander vorgesehen sind.