DE19507315A1 - Kreuzstrom-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für zwei im Kreuz­ strom wärmetauschende Fluide mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Für den Wärmetausch zwischen zwei Fluiden sind Wärmetauscher be­ kannt, die eine Vielzahl kreuzweise geschichteter Lagen strukturierter Bleche aufweisen. Die strukturierten Bleche bilden Kanäle, innerhalb derer die wärmetauschenden Fluide strömen können. Die strukturierten Bleche können insbesondere eine gewellte Struktur aufweisen und sind durch glatte Blechlagen voneinander getrennt.

Fertigungstechnisch bedingt kann es geschehen, daß der Rand eines strukturierten Bleches den Eintrittsquerschnitt der Kanäle eines benach­ barten strukturierten Bleches wenigstens teilweise verschließt. Steht der volle Querschnitt für das Fluid nicht zur Verfügung, so erhöht sich der Druckverlust innerhalb des Wärmetauschers. Desweiteren führt der teil­ weise verschlossene Eintrittsquerschnitt zu einer ungleichmäßigen Ver­ teilung des Fluids, so daß eine gleichmäßige Wärmetauschwirkung nicht sichergestellt werden kann. Auch wenn kein benachbarter Kanal beein­ trächtigt wird, stellen ungleichmäßig überstehende Enden gewellter Bleche ein fertigungstechnisches Problem dar.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, den bekannten Wärmetauscher so weiterzubilden, daß sichergestellt wird, daß der Eintrittsquerschnitt der Kanäle stets frei bleibt und gleich­ mäßig geformte Außenseiten des Wärmetauschers ausgebildet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmetauscher für zwei im Kreuzstrom wärmetauschenden Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher zeichnet sich dadurch aus, daß Streifen vorgesehen sind, die jeweils einen in Strömungsrichtung des einen oder des anderen Fluids verlaufenden Randbereichs der strukturier­ ten Bleche beidseits umgeben. Jeder Streifen bildet somit entlang des Randes einen Saum, der verhindert, daß der Endbereich vor den Ein­ trittsquerschnitt der benachbarten Kanäle gelangt. Hierdurch wird sicher­ gestellt, daß keine zusätzlichen Druckverluste innerhalb des Wärmetau­ schers entstehen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung kann darin gesehen werden, daß die Abdichtung des Wärmetauschers vereinfacht wird, da die zusätzlichen Streifen die Endbereiche etwas verdicken und beim späteren Einbinden des quaderförmigen Blechpakets in einen Rahmen oder ein Gehäuse einen gewissen zusätzlichen Druck auf die Endbereiche ausüben.

Bevorzugt wird eine Ausbildung des Wärmetauschers, bei dem die Strei­ fen an zwischen den strukturierten Blechen angeordneten glatten Blechen ausgebildet sind. Die Streifen sind dabei vorzugsweise integrale Bestand­ teile des glatten Blechs. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Herstellung eines solchen Wärmetauschers stark vereinfacht wird. Der Rand eines glatten Blechs kann durch Biegen nach oben und innen den Randbereich eines benachbarten strukturierten Blechs umgeben, wobei der umgebogene Teil des glatten Blechs den Streifen bildet.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß etwaige Fertigungstoleranzen des strukturierten Blechs durch das glatte Blech kompensiert werden.

Diese Ausbildung hat auch den Vorteil, daß die Dichtigkeit des Wärme­ tauschers erhöht wird. Durch das Umsäumen der beiden Ränder wird auch eine Verletzungsgefahr bei der Fertigung und Handhabung mini­ miert.

Bevorzugt wird eine Ausbildung der Streifen, deren Breite zwischen 0,01 und 0,02 m, vorzugsweise 0,015 m, beträgt. Durch diese Breite wird der strukturierten und der glatten Blechlage eine gewisse Steifigkeit in einer Richtung, quer zur Längserstreckung des Streifens, verliehen.

Der Wärmetauscher kann auch in Kontakt mit aggressiven Fluiden gebracht werden. Hierzu wird vorgeschlagen, die strukturierten Bleche und/oder die Streiten bzw. glatten Bleche aus einem korrosionsfesten, vorzugsweise hochtemperaturkorrosionsfestem, Werkstoff auszubilden.

Gemäß einem weiteren Gedanken wird vorgeschlagen, die Streifen jeweils mit den strukturierten Blechen, zu verbinden. Dies hat den Vorteil, daß die Montage des Wärmetauschers vereinfacht wird. Die Verbindung der Streifen mit einem strukturierten Blech kann kraftschlüssig erfolgen. Hierzu kann der Streifen eine zu dem strukturierten Blech negative Struktur aufweisen, so daß die Streifen mit ihrer Struktur in die Struktur des Blechs einschnappen.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der die Streifen mit dem strukturierten Blechen durch Löten, vorzugsweise Hartlöten, verbunden sind. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Streifen bei der Handhabung sich nicht von den strukturierten Blechen lösen und der Wärmetauscher dicht ist.

Statt die Streifen mit den strukturierten Blechen zu verlöten, wird vor­ geschlagen, diese stofflich, vorzugsweise durch Verschweißen, zu verbin­ den.

Gemäß einem weiteren Gedanken wird vorgeschlagen, die strukturierten Bleche und die Streifen bzw. die glatten Bleche in wenigstens einem Rahmen miteinander zu verspannen. Der Rahmen weist hierzu vorzugs­ weise ein U-förmiges Teil auf, welches an seinen freien Schenkeln mit einer lösbaren Traverse verbindbar ist. Die Verbindung des U-förmigen Teils in der Traverse kann durch eine Schraubverbindung erfolgen. Für die Ausbildung der Schraubverbindung wird vorgeschlagen, an jedem Ende eines jeden Schenkels einen Gewindeabschnitt auszubilden und die Traverse mit Öffnungen zu versehen, so daß über eine Mutter, welche auf den Gewindeabschnitt aufgeschraubt werden kann, die Traverse gegen den Stapel der Bleche gedrückt wird. Generell kann auch das ganze Blechpaket an den Stirnseiten oder an allen Kontaktstellen der Bleche verlötet sein, um gute Dichtigkeit und Haltbarkeit zu gewährleisten. Lot kann als Folien vor dem Schichten der Bleche und/oder stirnseitig als Pulver nach dem Schichten der Bleche eingebracht werden.

Weiterer Vorteil und Merkmale der Erfindung werden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 schematisch einen Wärmetauscher in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 eine strukturierte und eine glatte Blechlage in der Vorderansicht und

Fig. 3 einen Wärmetauscher mit einem Rahmen.

In der Fig. 1 ist ein Wärmetauscher 1 dargestellt, bei dem es sich um einen Kreuzstrom-Wärmetauscher handelt. Die in den Wärmetauscher eingeleiteten Fluide strömen entlang der Strömungsrichtungen A, B kreuzweise. Der Wärmetauscher ist aus einer Vielzahl strukturierter Bleche 2, 20 aufgebaut, die unter Zwischenlegung von glatten Blechen 8, 80 kreuzweise übereinander geschichtet sind. Die strukturierten Bleche 2, 20 weisen eine Wellung auf, welche die Kanäle 3, 30 bildet. Die Kanäle 3, 30 sind voneinander getrennt und verlaufen im wesentlichen senkrecht zueinander. Jedes Blech 2, 20 weist in Strömungsrichtung A bzw. B einen Randbereich 6, 7 auf, der von einem Streifen 4 bzw. 5 umgeben ist. Jeder Streifen 4, 5 erstreckt sich über die gesamte Länge des Rand­ bereichs 6, 7.

Die Streifen 4, 5 sind als integrale Bestandteile der glatten Blech 8, 80 ausgebildet.

In der Fig. 2 ist eine Lage bestehend aus einem strukturierten Blech 2 und einem glatten Blech 8 dargestellt.

Zur Verbindung der strukturierten und glatten Bleche weist der Wärme­ tauscher einen Rahmen 9 auf, der aus einem U-förmigen Teil 10 be­ steht. An den freien Schenkein 11, 12 des U-förmigen Teils 10 sind Gewindeabschnitte 14 ausgebildet. Die Gewindeabschnitte 14 erstrecken sich durch Öffnungen einer Traverse 13, welche an der Packung der Bleche anliegt. Zur Verspannung der Bleche untereinander sind Muttern 16 vorgesehen, welche auf die Gewindeabschnitte 14 aufgeschraubt sind.

Nicht dargestellt ist, wie die Fluide von den Stirnseiten her in den Wärmetauscher gelangen. Der in der Fig. 3 dargestellte Rahmen 9 kann auch im äußeren Bereich des Wärmetauschers vorgesehen sein. Er kann auch ein integraler Bestandteil eines Gehäuses des Wärmetauschers sein.

Bezugszeichenliste

1 Wärmetauscher
2, 20 strukturiertes Blech
3, 30 Kanal
4, 5 Streifen
6, 7 Randbereich
8 glattes Blech
9 Rahmen
10 U-förmiges Teil
11, 12 Schenkel
13 Traverse
14 Gewindeabschnitt
16 Mutter
A, B Strömungsrichtung

Claims (13)

1. Wärmetauscher für zwei im Kreuzstrom wärmetauschende Fluide mit kreuzweise geschichteten Lagen strukturierter, insbesondere gewellter, Bleche (2), die eine Vielzahl durchströmbarer Kanäle (3) bilden und zwischen denen glatte Bleche (8) angeordnet sind, gekennzeichnet durch Streifen (4, 5), die jeweils einen in Strömungsrichtung (A, B) des einen oder des anderen Fluids verlaufenden Randbereich (6, 7) des strukturierten Blechs (2) beidseits umgeben.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (4, 5) an zwischen den strukturierten Blechen (2) angeord­ neten glatten Blechen (8) ausgebildet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (4, 5) integraler Bestandteil des glatten Bleches (8) sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Steifen (4, 5) zwischen 0,01 und 0,02 m, vorzugs­ weise 0.015 m, eines strukturierten Bleches (2) beidseitig umgibt.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Streifen (4, 5) sich über die gesamte Lange des Randbereichs (6, 7) erstreckt.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die strukturierten Bleche (2) und/oder die Streifen (4, 5) bzw. glatten Bleche (8) aus einem korrosionsfesten, vorzugsweise hochtemperaturkorrosionsfesten, Werkstoff bestehen.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Streifen (4, 5) mit einem strukturierten Blech (2) verbunden sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (4, 5) mit einem strukturierten Blech (2) kraftschlüssig ver­ bunden sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (4, 5) mit den strukturierten Blechen (2) durch Löten, vor­ zugsweise Hartlöten, verbunden sind.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (4, 5) mit den strukturierten Blechen (2) stofflich verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein die strukturierten Bleche (2) und die Streifen (4, 5) bzw. die glatten Bleche (8) umgebender Rahmen (9) vorgesehen ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (9) durch ein U-förmiges Teil (10) und eine mit den freien Schenkein (11, 12) des U-förmigen Teils (10) lösbar verbindbare Traverse (13) aufweist.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schenkel (11, 12) an seinem freien Ende einen Gewindeabschnitt (14) aufweist, und daß die Traverse (13) Öffnungen (15) aufweist, durch die die Gewindeabschnitte (14) erstreckbar sind.