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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Parallelstrom-Wärmeübertrager
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Wärmeübertrager
mit einem Stapelaufbau aus in geeigneter Weise durchbrochenen Platten
sind verhältnismäßig einfach
herstellbar, z.B. durch Verwendung gestanzter Platten. Parallelstrom-Wärmeübertrager
ermöglichen
meist höhere Wärmeübertragungsraten
als Kreuzstrom-Wärmeübertrager
und haben quer zur Fluidströmungsrichtung
ein weitestgehend homogenes Temperaturprofil. Letzteres ist häufig von
Vorteil, z.B. dann, wenn in den Strömungskanälen eine chemische oder biologische
Reaktion ablaufen soll.
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Ein
Parallelstrom-Wärmeübertrager
der eingangs genannten Art ist in der Offenlegungsschrift
DE 195 28 117 A1 beschrieben.
Bei diesem bekannten Wärmeübertrager
erstrecken sich die Strömungskanäle einer
jeweiligen Kanalplatteneinheit von einer Hälfte des einen Plattenseitenbereichs
zur diagonal gegenüberliegenden
Hälfte
des gegenüberliegenden Seitenbereichs,
wozu die Strömungskanäle geeignet abgewinkelt
sind, während
in den anderen beiden Seitenbereich-Hälften je eine Schachtöffnung eingebracht
ist. Die Zwischenplatteneinheiten weisen in jeder Hälfte der
beiden gegenüberliegenden,
die Anschlußseiten
bildenden Seitenbereiche je eine Schachtöffnung auf, Alle Schachtöffnungen
sind langlochförmig
derart gestaltet, daß jeweils
alle auf einer Anschlußseite
liegenden Strömungskanalenden
einer Kanalplatteneinheit mit einer gemeinsamen Schachtöffnung angrenzender
Zwischenplatteneinheiten überlappen.
Indem aufeinanderfolgende, durch eine jeweilige Zwischenplatteneinheit
getrennte Kanalplatteneinheiten um 180° gekippt im Stapel angeordnet
sind, werden auf diese Weise insgesamt vier Anschlußschächte gebildet,
von denen je zwei voneinander getrennt nebeneinander auf einer der beiden
Anschlußseiten
liegen. Die konstruktionsbedingten Abwinklungen der Strömungskanalendbereiche
verursachen einen gewissen Druckverlust, begrenzen die Kompaktheit
des Wärmeübertrageraufbaus
und verursachen in diesem Bereich eine Mischung aus Parallel- und
Kreuzströmung,
die zu Inhomogenitäten
des Temperaturprofils quer zur Hauptströmungsrichtung führen kann.
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Bei
einem weiteren, in dieser Offenlegungsschrift gezeigten Parallelstrom-Wärmeübertrager sind
die Strömungskanäle geradlinig
gestaltet, jedoch werden zwei unterschiedliche Arten von Zwischenplatten
verwendet, die zwischen je zwei Kanalplatteneinheiten einzufügen sind,
was die Wärmeübertragungsleistung
bezogen auf das Bauvolumen oder Gewicht des Wärmeübertragers gegenüber der Verwendung
nur einer Zwischenplatte verringert. Außerdem ergeben sich bei diesem
Wärmeübertrager für jeden
der insgesamt vier Anschlußschächte enge Durchtrittsquerschnitte
in Form kreisrunder Schachtöffnungen
in den Platteneckbereichen, was entsprechende Druckverluste zur
Folge hat.
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In
der Patentschrift
DE
37 09 278 C2 sind Parallelstrom-Wärmeübertrager
in Plattenstapelbauweise offenbart, bei denen keine durchbrochenen, sondern
einseitig mit strömungskanalbildenden
Nuten versehene Platten übereinandergestapelt
sind.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Parallelstrom-Wärmeübertragers
der eingangs genannten Art zugrunde, der relativ einfach herstellbar
ist, eine vergleichsweise hohe Leistungsdichte und nur minimale
Druckverluste besitzt und ein quer zur Strömungsrichtung in den Strömungskanälen weitestgehend
homogenes Temperaturprofil aufweist.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Parallelstrom-Wärmeübertragers
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Wärmeübertrager sind jedem der vier
Fluidanschlüsse
mehrere Anschlußschächte zugeordnet, wobei
sich die Anschlußschächte für die eine
Hälfte übernächster Kanalplatten,
d.h. für
das eine der zwei durch den Wärmeübertrager
hindurchzuführenden Fluide,
entlang der jeweiligen Anschlußseite
mit denjenigen für
die andere Hälfte übernächster Kanalplatten
und damit für
das andere der beiden Fluide abwechseln. Unter Anschlußseiten
sind dabei die beiden Bereiche aller Platten des Stapels gemeint,
in denen sich die Enden der Strömungskanäle befinden.
Durch diese Anordnung mit zwei Gruppen alternierender, mit je einem
Fluidanschluß verbindbarer Anschlußschächte auf
jeder Anschlußseite,
läßt sich eine
kompakte Bauform für
den Wärmeübertrager bei
gleichzeitig hoher Leistungsdichte, geringem Gewicht, geringem Druckverlust
und homogener Temperaturverteilung quer zur Fluidströmungsrichtung
im Stapel realisieren. Die Plattenfläche läßt sich gleichmäßig unter
Vermeidung größerer Totzonen
mit Strömungskanälen belegen,
und stärkere
Abwinklungen im Strömungskanalverlauf
sind nicht erforderlich, denn die Strömungskanäle einer jeweiligen Kanalplatteneinheit
brauchen nicht sämtlich
einem gemeinsamen Anschlußschacht
zugeführt
werden. Vielmehr steht einem oder einigen wenigen benachbarten Strömungskanalenden,
die entlang einer jeweiligen Anschlußseite aufeinanderfolgen, jeweils ein
eigener Anschlußschacht
zur Verfügung.
Die verwendeten Kanalplatteneinheiten und Zwischenplatteneinheiten
können
je nach Anwendungsfall jeweils aus einer einzelnen oder aus mehreren
zusammengefaßt
aufeinandergelegten, durchbrochenen Platten bestehen.
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Bei
einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Wärmeübertrager liegen bei jeder
Kanalplatteneinheit entlang ihrer jeweiligen Anschlußseite je
zwei Strömungskanalenden
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schachtöffnungen, wobei die beiden
Enden zu einem gemeinsamen Anschlußschacht gehören, der
zwischen den beiden Anschlußschächten liegt,
zu denen die beiden Schachtöffnungen
gehören.
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Bei
einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Wärmeübertrager sind durch entsprechende
Verjüngung
der Strömungskanalendbereiche
Zwischenräume
gebildet, in welche die Schachtöffnungen
der Kanalplatteneinheiten eingebracht sind. Da die Schachtöffnungen
auf diese Weise vollständig
zwischen den Strömungskanalenden
angeordnet sein können,
ohne über
diese vorzustehen, läßt sich
der Wärmeübertrager
besonders kompakt bauen.
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Bei
einem nach Anspruch 4 weitergebildeten Wärmeübertrager münden wenigstens zwei der vier Gruppen
von Anschlußschächten in
Richtung Stapelhochachse über
eine jeweilige Deckplatteneinheit aus dem Stapel aus, die hierfür mit passenden Schachtöffnungen
versehen ist.
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In
einer ersten, weiteren Ausgestaltung dieses Wärmeübertragers ist gemäß Anspruch
5 auf wenigstens einer Deckplatteneinheit eine Axialanschlußplatte
angeordnet, welche die auf einer jeweiligen Anschlußseite liegenden,
zur dort ausmündenden
Gruppe von Anschlußschächten gehörigen Stapelöffnungen
der Deckplatteneinheit mittels einer zugehörigen Anschlußöffnung miteinander
verbindet und dadurch den zugehörigen
gemeinsamen Fluidanschluß bereitstellt.
Diese Variante ermöglicht
eine Zu- und Abführung
des zugehörigen
Fluids in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Stapelhochachse, über die
Anschlußöffnung.
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In
einer zweiten, weiteren Ausgestaltung ist gemäß Anspruch 6 auf wenigstens
einer Deckplatteneinheit entlang einer jewei ligen Anschlußseite ein zugehöriges Queranschlußrohr angeordnet,
in das eine der beiden dortigen Gruppen von Anschlußschächten einmündet und
das daher als gemeinsamer Fluidanschluß für die betreffende Anschlußschachtgruppe
fungiert. Diese Variante ermöglicht eine
Zu- und Abführung
des zugehörigen
Fluids an der betreffenden Stapelstirnseite quer zur Stapelhochachse.
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Bei
einem nach Anspruch 7 weitergebildeten Wärmeübertrager sind wenigstens zwei
in Fluidverbindung stehende Gruppen von Anschlußschächten, d.h. die zu einem der
beiden durch den Wärmeübertrager
geführten
Fluide gehörenden
beiden Anschlußschachtgruppen,
zu zwei sich gegenüberliegenden,
parallel zur Stapelhochachse liegenden Stapelseiten hin nach außen offen,
was durch entsprechend nach außen
offene Gestaltung der betreffenden Schachtöffnungen erreicht wird. Die
beiden Anschlußschachtgruppen
sind mit seitlich am Stapel gegenüberliegend angeordneten, geeignet
geformten Anschlußrohren
als jeweiligem gemeinsamem Fluidanschluß zur Zu- bzw. Abführung des
zugehörigen Fluides
verbunden.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 Eine
Draufsicht auf eine erste Kanalplatte für den Plattenstapelaufbau eines
Parallelstrom-Wärmeübertragers
mit vier axial ausmündenden
Anschlußschachtgruppen,
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2 eine
Draufsicht auf eine zweite Kanalplatte, die für denselben Wärmeübertrager
wie die Kanalplatte von 1 verwendet wird,
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3 eine
Draufsicht auf eine Zwischenplatte, die jeweils zwischen der ersten
Kanalplatte von 1 und der zweiten Kanalplatte
von 2 im Wärmeübertrager-Plattenstapel angeordnet
ist,
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4 eine
Draufsicht auf eine obere Deckplatte für den aus den Platten der 1 bis 3 aufgebauten
Plattenstapel,
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5 eine
Draufsicht auf eine untere Deckplatte für den aus den Platten der 1 bis 3 aufgebauten
Plattenstapel,
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6 eine
Draufsicht auf eine obere Anschlußplatte für den aus den Platten der 1 bis 3 aufgebauten
Plattenstapel,
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7 eine
Draufsicht auf eine untere Anschlußplatte für den aus den Platten der 1 bis 3 aufgebauten
Plattenstapel,
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8 eine
Seitenansicht des mit den Platten der 1 bis 5 aufgebauten
Wärmeübertragers mit
Queranschlußrohren,
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9 eine
Draufsicht auf den Wärmeübertrager
von 8,
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10 eine
Draufsicht auf eine erste Kanalplatte für den Plattenstapelaufbau eines
Parallelstrom-Wärmeübertragers
mit zwei Gruppen axial und zwei Gruppen seitlich ausmündender
Anschlußschächte,
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11 eine
Draufsicht auf eine zweite Kanalplatte, die im selben Plattenstapel
wie die erste Kanalplatte von 10 verwendet
wird,
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12 eine
Draufsicht auf eine Zwischenplatte, die jeweils zwischen einer ersten
Kanalplatte gemäß 10 und einer
zweiten Kanalplatte gemäß 11 im
Plattenstapel angeordnet ist,
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13 eine
Draufsicht auf eine untere Deckplatte für den aus den Platten der 10 bis 12 aufgebauten
Plattenstapel,
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14 eine
Draufsicht auf eine obere Deckplatte für den aus den Platten der 10 bis 12 aufgebauten
Plattenstapel,
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15 eine
Draufsicht auf eine obere Anschlußplatte für den aus den Platten der 10 bis 14 aufgebauten
Plattenstapel,
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16 eine
Draufsicht auf eine untere Anschlußplatte für den aus den Platten der 10 bis 14 aufgebauten
Plattenstapel,
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17 eine
Draufsicht auf den aus den Platten der 10 bis 16 aufgebauten
Wärmeübertrager
mit zwei Queranschlußrohren
und zwei seitlichen, haubenförmigen
Anschlußrohren
und
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18 eine
Seitenansicht des Wärmeübertragers
von 17 bei abgenommenen haubenförmigem Anschlußrohr.
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1 zeigt
eine für
einen Parallelstrom-Wärmeübertrager
in Plattenstapelbauweise verwendete Kanalplatteneinheit in Form
eines mit Durchbrüchen versehenen,
rechteckigen Kanalblechs 1. Die Durchbrüche beinhalten vier parallel
zueinander angeordnete Strömungskanäle 2a bis 2d,
die sich zwischen den beiden Querseitenbereichen erstrecken, welche als
Anschlußseiten 3a, 3b des
Stapels fungieren. In diesen Anschlußseiten 3a, 3b sind
als weitere Plattendurchbrüche
jeweils eine Mehrzahl von Schachtöffnungen 4a, 4b, 5a, 5b, 5c eingebracht.
Innerhalb des Plattenrahmens verbleibt zwischen den Durchbrüchen eine Struktur
aus Stegen 6, die zum einen als abdichtende Trennelemente
zwischen benachbarten Strömungskanälen und
vor allem zwischen den Strömungskanälen 2a bis 2d und
den Schachtöffnungen 4a bis 5c sowie
als Stabilisierungselemente dienen, indem sie zwischen den Strömungskanälen 2a bis 2d durchgehende
Wandungen im fertigen Plattenstapel bilden.
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Die
parallel zu den Plattenlängsseiten
verlaufenden Strömungskanäle 2a bis 2d sind
zu ihren Enden 7a, 7b hin auf sich diagonal gegenüberliegenden
Seiten einseitig verjüngt,
so daß sie
entlang der Anschlußseiten
Zwischenräume
belassen, in denen sich die Schachtöffnungen 4a bis 5c befinden,
die auf diese Weise entlang der Anschlußseiten 3a, 3b neben
den Strömungskanalenden 7a, 7b liegen
und mit diesen nach außen
hin bündig
abschließen.
Die Verjüngungen
in den Strömungskanalendbereichen 7a, 7b sind
auf den beiden Anschlußseiten 3a, 3b so
gewählt,
daß die
Schachtöffnungen 4a, 4b auf
der einen Anschlußseite 3a gegenüber den
Schachtöffnungen 5a bis 5c auf
der anderen Anschlußseite 3b um
eine Strömungskanalbreite
versetzt sind. In den Zwischenraum zwischen je zwei Schachtöffnungen
erstreckt sich je ein Paar nebeneinanderliegender Strömungskanalenden
hinein. Bedingt durch diese Plattengestaltung sind die beiden äußeren Schachtöffnungen 5a, 5c,
die nur noch einer Strömungskanalverjüngung benachbart
sind, nur noch halb so groß wie
die übrigen
Schachtöffnungen, 4a, 4b, 5b,
die sich jeweils in dem von zwei einander zugewandten Strömungskanalverjüngungen
gebildeten Zwischenraum befinden.
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Im
Plattenstapel des Wärmeübertragers
ist eine erste Hälfte übernächster,
erster Kanalplatteneinheiten, die sich mit der anderen Hälfte übernächster,
zweiter Kanalplatteneinheiten abwechseln, von dem in 1 gezeigten
Kanalblechtyp gebildet, wobei jede Hälfte aus unter sich gleich
gestalteten und positionierten Kanalplatteneinheiten besteht. Als zweite
Kanalplatteneinheit ist das in 2 gezeigte Kanalblech 8 verwendbar,
das identisch zum Kanalblech 1 von 1 aufgebaut
ist, wobei jedoch die zweiten Kanalplatten 8 gegenüber den
ersten Kanalplatten 1 um 180° um die Plattenhochachse verdreht im
Stapel angeordnet sind. Zur Verdeutlichung sind in 2 dieselben
Bezugszeichen für
die einzelnen Elemente der Kanalplatte 8 wie in 1 verwendet, wobei
die Kanalplatten 1, 8 in ihrer korrespondierenden
Lage im Plattenstapel gezeigt sind und die Lage der Anschlußseiten 3a, 3b daher
unverändert
ist.
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Zwischen
jeweils einem ersten Kanalblech 1 und einem zweiten Kanalblech 8 ist
im Stapel eine Zwischenplatteneinheit in Form eines Zwischenblechs 9 eingefügt, wie
es in 3 dargestellt ist. In das Zwischenblech 9 sind
entlang jeder Anschlußseite 3a, 3b eine
Reihe von Schachtöffnungen 10, 11 eingebracht,
die in Form und Lage einer Zusammenfassung aller Schachtöffnungen
des ersten Kanalblechs 1 und des zweiten Kanalblechs 8 entsprechen. Dies
bedeutet, daß jede
Schachtöffnung 10, 11 des Zwischenblechs 9 auf
einer Seite mit einer Schachtöffnung
des ersten bzw. zweiten Kanalblechs 1, 8 fluchtend überlappt
und auf der anderen Seite mit einem dort befindlichen Paar nebeneinanderliegender Strömungskanalenden
bzw. im Fall der äußersten, nur
noch halb so großen
Schachtöffnungen
mit einem dortigen Strömungskanalende
des zweiten bzw. ersten Kanalblechs 8, 1 überlappt.
Da die Schachtöffnungen 4a bis 5c in
den ersten Kanalblechen 1 um eine Strömungskanalbreite gegenüber denjenigen
in den zweiten Kanalblechen 8 versetzt angeordnet sind,
entstehen durch diese Überlappungen
von Schachtöffnungen 4a bis 5c, 10, 11 und
Strömungskanalenden 7a, 7b auf
jeder Anschlußseite 3a, 3b eine
Reihe aufeinanderfolgender, voneinander getrennter Anschlußschächte, wobei
jeweils übernächste Anschlußschächte einer
Anschlußseite
und die um eine Strömungskanalbreite
versetzten, übernächsten Anschlußschächte auf
der anderen Anschlußseite
mit den Strömungskanälen der
ersten bzw. der zweiten Kanalbleche 1, 8 in Fluidverbindung stehen.
In ihrem Mittenbereich 12 zwischen den Anschlußbereichen 3a, 3b sind
die Zwischenbleche 9 ohne Durchbrüche und damit geschlossen gestaltet, so
daß diese
Mittenbereiche 12 als Trennwände zwischen den Strömungskanälen der
ersten Kanalbleche 1 und den jeweils benachbarten Strömungskanälen der
zweiten Kanalbleche 8 fungieren. Da über diese Trennwände die
hauptsächliche
Wärmeübertragung
erfolgt, wird für
die Zwischenplatteneinheiten stets ein hoch wärmeleitfähiges Material verwendet, während dies
für die
Kanalplatteneinheiten nicht zwingend erforderlich ist.
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Je
nachdem, wie die vier Gruppen Anschlußschächten, von denen je eine Gruppe
auf einer zugehörigen
Anschlußseite 3a, 3b liegt
und mit den Strömungskanalenden
der zugehörigen
ersten bzw. zweiten Kanalbleche 1, 8 in Verbindung
steht, an äußere Fluidzuführungen
bzw. -abführungen
angeschlossen werden, kann der Plattenstapel-Wärmeübertrager im Gleichstrom oder
im Gegenstrom betrieben werden. Für den Plattenstapel kann die
Aufeinanderfolge von erstem Kanalblech 1, Zwischenblech 9,
zweitem Kanalblech 8, Zwischenblech 9, erstem Kanalblech 1 usw.
in gewünschter
Anzahl ein- oder mehrmals wiederholt werden. Wenn der dadurch gebildete
Plattenstapel auf beiden Stirnseiten mit je einer Deckplatte 13, 14 abgeschlossen
wird, wie sie in den 4 und 5 gezeigt
sind, entsteht ein Gegenstrom-Wärmeübertrager
mit stirnseitig ausmündenden
Anschlußschächten, bei
denen das jeweilige Fluid auf der einen Stapelstirnseite entlang
der einen Anschlußseite
zugeführt
und auf der anderen Stapelstirnseite auf der gegenüberliegenden
Anschlußseite abgeführt wird.
Hierzu sind im einen, z.B. oberen, Deckblech 13 auf jeder
Anschlußseite 3a, 3b,
wie in 4 gezeigt, eine Reihe von Schachtöffnungen 15, 16 eingebracht,
die mit einer jeweiligen Gruppe von Anschlußschächten auf der betreffenden
Anschlußseite 3a, 3b fluchten,
von denen die eine Gruppe mit den im Stapel übernächsten Strömungskanälen für das eine Fluid und die andere
Gruppe mit den übernächsten Strömungskanälen für das andere
Fluid in Verbindung stehen. Dazu korrespondierend sind in dem anderen,
z.B. unteren, Deckblech 14 auf jeder Anschlußseite 3a, 3b Schachtöffnungen 17, 18 eingebracht,
die mit der jeweils an deren Gruppe übernächster Anschlußschächte des
Stapels fluchten.
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Im übrigen sind
in den beiden Deckblechen 13, 14 keine weiteren
Durchbrüche
vorgesehen, so daß die
Deckbleche 13, 14 insbesondere die jeweils mit
den Schachtöffnungen
des anderen Deckblechs korrespondierenden Anschlußschächte auf
je einer Stapelstirnseite nach außen abdecken. Durch diese Gestaltung
der Deckbleche, 13, 14 wird das jeweilige Fluid über die
Schachtöffnungen
auf einer Anschlußseite
des einen Deckblechs in die zugehörigen Anschlußschächte eingeleitet,
strömt
von dort über
die zugehörigen übernächsten Strömungskanäle unter Bewirkung
der gewünschten
Wärmeübertragung
zu den korrespondierenden gegenüberliegenden
Anschlußschächten und
von dort über
die auf dieser Anschlußseite
liegenden Schachtöffnungen
des anderen Deckblechs aus dem Stapel heraus.
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Die 6 und 7 bzw. 8 und 9 zeigen
zwei Varianten der Zu- und Abführung
der beiden Fluide. Bei der einen Variante sind eine auf das Deckblech
von 4 aufgelegte, z.B. obere, Abschlußplatte 19,
wie 6 gezeigt, und eine auf das Deckblech von 5 aufgelegte,
z.B. untere, Anschlußplatte 20,
wie in 7 gezeigt, vorgesehen. Jede der beiden Anschlußplatten 19, 20 weist
auf jeder Anschlußseite 3a, 3b eine
durchgehende Anschlußöffnung 21 bis 24 auf,
deren Ausdehnung so groß gewählt ist,
daß alle
Schachtöffnungen 15 bis 18 auf
der betreffenden Anschlußseite
des angrenzenden Deckblechs 13, 14 und damit die
ganze entsprechende Gruppe von Anschlußschächten des Stapels einmünden, so
daß jede
Anschlußöffnung 21 bis 24 als
gemeinsamer Fluidanschluß für die jeweilige
Anschlußschachtgruppe
fungiert. Die Anschlußöffnungen 21 bis 24 sind
auf ihrer den Deckblechen 13, 14 abgewandten Seite
so gestaltet, daß sie
zu einem zugehörigen
Anschlußelement
passen. Speziell laufen die Anschlußöffnungen 21 bis 24 im
Beispiel der 6 und 7 von einem
an die Deckbleche angrenzenden, weitgehend rechteckförmigen Querschnitt
stetig in einen kreisförmigen
Querschnitt 25 bis 28 zu, der sich als Anschluß für kreisrohre
Runde eignet, die in Stapelrichtung verlaufend angeschlossen werden.
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Bei
der zweiten, in den 8 und 9 gezeigten
Variante wird für
jede der vier Anschlußschachtgruppen
jeweils ein Queranschlußrohr 29 bis 32 verwendet,
von denen jedes mit seinem anschlußseitigen, stirnseitig geschlossenen
Endbereich quer zur Stapelhochachse 33 entlang einer jeweiligen
Anschlußseite 3a, 3b verlaufend
auf das entsprechende Deckblech an der jeweiligen Stirnseite des
Plattenstapels 34 aufgesetzt ist. Dazu sind die Queranschlußrohre 29 bis 32 in
diesem Endbereich seitlich in axialer Richtung schräg angeschnitten
und mit der Schnittfläche
fluiddicht durch Löten,
Schweißen
oder dgl. mit dem jeweiligen Deckblech verbunden, wobei alle Deckblech-Schachtöffnungen
auf der betreffenden Anschlußseite 3a, 3b in
diesen Rohrendbereich münden,
der somit als Verteiler- bzw.
Sammelkasten für
die entsprechenden Anschlußschächte dient.
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Durch
den schrägen
axialen Rohranschnitt und/oder durch einen sich zum geschlossenen
Stirnende hin verjüngenden
Rohrwandungsverlauf wird eine Querschnittsanpassung der Queranschlußrohre 29 bis 32 an
den durchzuführenden
Volumenstrom erreicht, d.h. der Querschnitt jedes Queranschlußrohrs 29 bis 32 verkleinert
sich zum Stirnendbereich entsprechend der abnehmenden Anzahl korrespondierender
Anschlußschächte. Es
ergeben sich dadurch günstige
Fluidströmungseigenschaften
nicht nur in den geradlinig gestalteten Strömungskanälen selbst, sondern auch in
den Anschlußbereichen,
d.h. den Anschlußschächten und
den Queranschlußrohren,
die vergleichsweise geringe Druckverluste verursachen. Die Variante
mit den Queranschlußrohren 29 bis 32 eignet
sich besonders auch für
den Einsatz in Fällen,
in denen nur wenig Einbauraum in Richtung der Stapelhochachse 33 vorhanden
und daher ein Rohranschluß in
dieser Richtung erschwert ist.
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Die 10 bis 18 veranschaulichen
den Aufbau eines weiteren Parallelstrom-Wärmeübertragers in Plattenstapelbauweise,
bei dem das eine Fluid über
die beiden gegenüberliegenden
Stapelstirnseiten zu- und abgeführt
wird, während
das andere Fluid an zwei gegenüberliegenden
Stapelquerseiten zu- und abgeführt
wird. Als erste Kanalplatteneinheiten werden bei diesem Wärmeübertrager
wiederum die ersten Kanalbleche 1 gemäß 1 in der
dort gezeigten Lage verwendet, was durch die Wiedergabe einer solchen
ersten Kanalplatte 1 in 10 verdeutlicht
ist, wo dementsprechend identische Bezugszeichen wie in 1 verwendet
sind, so daß zu
deren Beschreibung auf das zu 1 Gesagte
verwiesen werden kann.
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Als
zweite Kanalplatteneinheiten werden Kanalbleche 40 verwendet,
von denen eines in 11 gezeigt ist. Dieses zweite
Kanalblech 40 entspricht im wesentlichen dem zweiten Kanalblech
von 2, insbesondere hinsichtilch der Gestaltung der
Strömungskanäle 2a bis 2d,
so daß insoweit
gleiche Bezugszeichen verwendet sind und auf die Beschreibung zu 2 verwiesen
werden kann. Als wesentliche Modifikation sind bei diesem Typ von
Kanalblech 40 Schachtöffnungen 41a, 41b, 42a, 42b, 42c entlang
den beiden Anschlußseiten 3a, 3b eingebracht, die
in Form und Lage von denjenigen des Kanalblechs von 2 insoweit
abweichen, als sie unter Durchbrechung des Plattenrahmens des Kanalblechs
von 2 auf der betreffenden Querseite nach außen offen
sind, um einen querseitigen Fluidzugang für die zugehörigen Anschlußschächte im
fertigen Plattenstapel bereitzustellen.
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12 zeigt
eine für
diesen Wärmeübertrager
verwendete Zwischenplatteneinheit in Form eines Zwischenblechs 43,
das dem Zwischenblech von 3 mit der
Ausnahme entspricht, daß diejenigen Schachtöffnungen 44, 45,
die mit den quer nach außen
offen gestalteten Schachtöffnungen 41a bis 42c des
zweiten Kanalblechs 40 im Plattenstapel überlappen,
ebenfalls quer nach außen
offen gestaltet sind. Die zwei anderen Gruppen übernächster Schachtöffnungen 46, 47 auf
der jeweiligen Anschlußseite 3a, 3b sind
hingegen identisch zu den positionsgleichen Schachtöffnungen
des Zwischenblechs von 3.
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Die 13 und 14 zeigen
zwei für
diesen Wärmeübertrager
verwendbare Deckbleche 48, 49. Das in 13 gezeigte,
z.B. untere, Deckblech 48 beinhaltet auf einer Anschlußseite 3a Schachtöffnungen 50,
die identisch zu den geschlossen gestalteten Schachtöffnungen 46 des
Zwischenblechs 43 auf der gleichen Anschlußseite 3a sind,
während
das Deckblech ansonsten keine weiteren Durchbrüche aufweist. Das andere, z.B.
obere, Deckblech 49 weist, wie in 14 dargestellt,
Schachtöffnungen 51 auf
der anderen Anschlußseite 3b auf,
die mit den geschlossen gestalteten Schachtöffnungen 47 des Zwischenblechs 43 auf
der betreffenden Anschlußseite 3b korrespondieren.
Auch dieses Deckblech 49 besitzt ansonsten keine weiteren
Durchbrüche.
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Der
Plattenstapel dieses Wärmeübertragers wird
wiederum durch eine vorgebbare Anzahl von Wiederholungen der Stapelfolge
aus einem ersten Kanalblech 1, einem Zwischenblech 43,
einem zweiten Kanalblech 40 und einem Zwischenblech 43 aufgebaut,
und durch die beiden Deckbleche 48, 49 stirnseitig
abgeschlossen. Der so gebildete Plattenstapel entspricht demjenigen
des Beispiels der 1 bis 9 mit der
Ausnahme, daß die
zur Führung
eines der beiden Fluide dienenden beiden Anschlußschachtgruppen nicht wie die
anderen beiden Anschlußschachtgruppen
für das
andere Fluid über
die Deckbleche 48, 49 an den Stapelstirnseiten
ausmünden,
sondern über
ihre zugehörige
Schachtöffnungen 41a, 41b, 42a, 42b, 42c, 44, 45 zu
den jeweiligen Stapelquerseiten hin offen sind, während sie
stapelstirnseitig durch die Deckbleche 48, 49 abgedeckt werden.
Für die
beiden Fluidanschlüsse
zur Zu- und Abführung
des einen Fluids über
die Plattenstirnseiten sind wieder die beiden zu den 1 bis 9 oben
erläuterten
Varianten realisierbar. Die 15 und 16 veranschaulichen
die Variante, bei denen eine jeweilige Abdeckplatte 52, 53 auf
den Deckblechen 48, 49 angebracht ist. 15 zeigt
die zum Anbringen auf dem Deckblech 49 von 14 geeignete Anschlußplatte 52,
die auf der entsprechenden Anschlußseite 3b eine Anschlußöffnung 54 aufweist,
die mit der seitengleichen Anschlußöffnung 22 der Anschlußplatte 19 von 6 identisch
ist und einen gemeinsamen Fluidanschluß für die in sie mündenden Schachtöffnungen 51 des
Deckblechs 49 bildet. Analog zeigt 16 die
zum Deckblech 48 von 13 gehörige Anschlußplatte 53,
die auf der anderen Anschlußseite 3a mit
einer Anschlußöffnung 55 versehen
ist, die wiederum mit der seitengleichen Anschlußöffnung der Anschlußplatte 20 von 7 identisch
ist und einen gemeinsamen Fluidanschluß für die auf dieser Anschlußseite 3a liegenden
Schachtöffnungen 50 des
angrenzenden Deckblechs 48 bildet.
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Die 17 und 18 zeigen
den gesamten Plattenstapelaufbau des Wärmeübertragers mit der zweiten
Anschlußvariante
für die
plattenstirnseitig ausmündenden
Anschlußschächte, nämlich dem Anbringen
von Queranschlußrohren 56, 57 auf
den Deckblechen 48, 49 entlang jeweils einer Anschlußseite 3a, 3b derart,
daß die
Schachtöffnungen
des betreffenden Deckblechs 48, 49 in das in seinem
Anschlußendbereich
axial aufgeschnittene Rohr 56, 57 münden, wie
dies oben zu den 8 und 9 detailliert
erläutert
ist, worauf hier verwiesen werden kann. Während somit das eine Fluid über das
eine Queranschlußrohr
auf einer Stapelstirnseite zugeführt
wird und nach Durchströmung
der dort mündenden
Anschlußschächte und
der mit diesen in Verbindung stehenden Strömungskanäle über die zugehörigen gegenüberliegenden
Anschlußschächte auf
der anderen Stapelstirnseite wieder den Plattenstapel verläßt, wird
das andere Fluid über
zwei auf gegenüberliegenden
Stapelquerseiten senkrecht zur Stapelhochachse und zur Längsrichtung
der Queranschlußrohre 56, 57 verlaufende
Seitenanschlußrohre 59, 60 zu- und abgeführt. Diese
beiden Seitenanschlußrohre 59, 60 weiten
sich an ihrem Anschlußende
haubenförmig
zu einem rechteckigen Querschnitt auf, mit dem sie fluchtend und
fluiddicht an der betreffenden Stapelquerseite fixiert sind. Jedes
Seitenanschlußrohr 59, 60 bildet
auf diese Weise mit seiner hauben förmigen endseitigen Aufweitung
einen gemeinsamen Fluidanschluß für die darin
mündenden, quer
nach außen
offenen Schachtöffnungen
auf der betreffenden Anschlußseite 3a, 3b.
Der zugehörige Fluidstrom
wird über
das eine Seitenanschlußrohr seitlich
in die zugehörigen
Anschlußschächte der
angrenzenden Stapelanschlußseite
eingespeist, durchquert von dort die zugehörige Hälfte übernächster Strömungskanäle und wird über die
zugehörigen
Anschlußschächte auf
der anderen Anschlußseite
quer nach außen über das
gegenüberliegende
Seitenanschlußrohr
abgeführt.
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Aus
der in 18 dargestellten Seitenansicht
des aufgebauten Plattenstapels 58 von einer Queranschlußseite her
bei abgenommenen Seitenanschlußrohr 60 ist
die Aufeinanderfolge der unterschiedlichen Platten im Stapel zu
erkennen, wobei zur Verdeutlichung Platten desselben Typs jeweils mit
dem gleichen Bezugszeichen belegt sind. Die dunklen Bereiche repräsentieren
die zu der dargestellten Stapelquerseite hin offenen Stapelbereiche, wie
sie durch die sich überlappenden,
zu dieser Seite hin offenen Schachtöffnungen der zweiten Kanalbleche 40 und
der Zwischenbleche 43 gebildet sind.
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Es
versteht sich, daß neben
den beiden gezeigten Ausführungsbeispielen
zahlreiche demgegenüber
modifizierte, erfindungsgemäße Parallelstrom-Wärmeübertrager
in Plattenstapelbauweise realisierbar sind. So kann insbesondere
die Anzahl von Strömungskanälen pro
Kanalplatteneinheit und/oder die Anzahl und Positionierung der Schachtöffnungen
in den einzelnen Platteneinheiten sowie die Anzahl von im Stapel
verwendeten Platteneinheiten in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall passend
gewählt
werden. Bei Bedarf können
anstelle der gezeigten zwei auch nur ein oder mehr als zwei Strömungskanalenden
in je einen Anschlußschacht münden. Charakteristisch
ist für
den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager,
daß auf
jedem der beiden, nicht zwingend gegenüberliegend angeordneten, sondern
allein durch die Lage der Strömungskanalenden
definierten Anschlußbereiche
mehrere Anschlußschächte für jedes
der beiden im Stapel in Wärmekontakt
stehenden Fluide in abwechselnder Folge vorgesehen sind. Es zeigt
sich, daß durch
den erfindungsgemäßen Plattenstapelaufbau
ein im Gleichstrom oder Gegenstrom betreibbarer Wärmeübertrager
mit hoher Leistungsdichte, kompakter Bauform, geringem Gewicht,
geringem Druckverlust und homogener Temperaturverteilung realisiert
wird. Der Wärmeübertrager
ist bei Bedarf ohne weiteres in Mikro-Bauweise realisierbar und
kann u.a. als chemischer oder biologischer Reaktor, als Hochleistungs-Ölkühler, z.B.
für Rennwagen,
und als Kühlelement
für Hochtemperaturbatterien
von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.