DE2117138A1

DE2117138A1 - Wärmetauscher, insbesondere für tiefsiedende Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2117138A1
Application number: DE19712117138
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 8046 Garching; Probst Christian Dipl.-Phys. 8032 Oberschleißheim; Kraus Jürgen 8051 Eching. M Wiedemann
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1971-04-08
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1972-10-19
Also published as: FR2132666A1; CH536994A; AT318667B; NL7203750A; GB1331576A; BE781222A

Description

LEYBOLD-HEPAEUS GMRH. 4 Co. KG. Köln-3avental

71.003

Wärmetauscher, insbesondere für tiefsiedende Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip, insbesondere für den W.irmetausch zwischen tiefsiedenden Flüssigkeiten.,

In der Regel bestehen Wärmetauscher dieser Art aus Rtthren-•ystemen für die Flüssigkeiten, zwischen denen der Wärmetausch stattfinden soll. Ihre Verwendung in der Tieftemperaturtechnik ist jedoch begrenzt, da dit ftlr den WIrmetausch maßgebenden Flächen im Vergleich zum baulichen Aufwand relativ klein sind.

Zur Beseitigung dies·· Nachteiles hat man bereit» einen Wärmetauscher vorgeschlagen» der aus zwei in einem Geh&us* untergebrachten Kammern besteht, diezur Schaffung einer möglichst groften Oberfläche mit Sintermaterial gefüllt sind. Nachteilig an diesem Wärmetauscher ist der relativ groft« s. Strömungswiderstand, den das Sintermaterial für die Flüssigkeiten bildet. Der Strömungswiderstand bewirkt «in· - wenn auch nur geringfügig« - Erwärmung der Flüssigkeiten» di« insbesondere bei der Erzeugung tiefer Temperaturen nicht erwünscht ist.

D«r Erfindung liegt die Aufgab· zugrunde, einen nach dem Gegenstromprinzip zu schaffen, der inshtsömtor« für die Tiiftemperaturteehnik geeignet ist, d,h,, bei dem viskos* Reibungsverluste weitgehend vermieden sind, und b«i dem d«r WÄrmekontekt zwischen den Flüssigkeiten im Vergleich au d«n bekannten Wärmetauschern wesentlich verbessert ist»

Dies« Aufgabe'wird erfindunffspem»* d4durch Rittst> daft de* Wärmetauscher aus mehreren, blockartig üb*reinanderli«ff*n-

209843/0371 bad original

den Plattenelementen zusammengesetzt ist, welche Strömungsausnehmungen bilden, die mit derart angeordneten Zuführungsausnehmungen in Verbindung stehen, daß die zum Wärmetausch bestimmten Medien abwechselnd in übereinanderliesende S.römungsausnehmungen eintreten.

Ein in dieser Weise ausgebildeter Wärmetauscher hat - verglichen mit den bekannten Wärmetauschern - einen sehr ρ ^ringen Strömungswiderstand. Weiterhin hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß, obwohl die für den Wärmetausch maßgebende Oberfläche pro Raumeinheit kleiner ist als beim Wärmetauscher mit sintermaterial-gefüllten Kammern, der Wärmetausch wesentlich schneller erfolgt. Schließlich hat der erfindungsgemäße Wärmetauscher noch den Vorteil, daß diewährend des Betriebes im Wärmetauscher befindlichen Flüss-igkeitsmengen klein sind. Wird der Wärmetauscher beispielsweise bei der Erzeugung tiefer Temperaturen durch reversible

3 4 Mischung und Entmischung von He und He verwendet, dann können die im Mischkrovostaten befindlichen Flüssigkeitsmengen kleiner als bisher pehalten werden, was im Hinblick auf die hohen Kosten - insbesondere von He - vorteilhaft ist.

In den Strömungsausnehmungen sind vorzugsweise noppenfftrmige Abstandselemente vorgesehen. Dadurch wird beim Zusammenpressen der blockartig übereinanderliegenden Plattenelemente erreicht, daß die Strftmungsausnehmungen ihre gewünschte Form beibehalten.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelemente zur Bildung der Strömungsausnehmungen mit einseitigen, muldenförmigen Vertiefungen versehen sind, daß jeweils eine entfernt liegende Zu- und Ableitungsausnehmung in die muldenförmige Vertiefung münden, und daß zwei Weiterleitungsdusne.hmungen den außerhalb der muldenförmigen Vertiefung liegenden Teil durchstoßen. Dabei sind/können die Platten-

- 3 - BAD ORIGINAL

209843/0 371

elemente sowohl eckig als auch ringförmig oder in beliebiper anderer Form gestaltet sein. Diese Maßnahmen pestatten einen einfachen und kompakten Aufbau des Wärmetauschers .

Die Platten weisen vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1 mm auf und bestehen aus einem metallischen Werkstoff eerinper Wärmeleitfähigkeit oder auch aus Kunststoffolien. Dadurch, daß ein Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet wird, findet in den Randteilen der Platteneleinente keine Wärmeströmung statt.

Die muldenförmigen Strömungsausnehmungen und gegebenenfalls die Abstandselemente können erfindunpsgemäß in einem Ätzverfahren hergestellt werden, was bei der Behandlung der dünneren Plattenelemente besonders vorteilhaft ist,

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Fip.uren 1 bis 4 erläutert werden. Es zeigen:

Fisuir 1 und 2 ie ein Plattenelement mit spiegelbildlich zueinander angeordneten Zuführunps-, Ableitungs- und Weiterleitunpsausnehmungen ·,

Figur 3 einen Schnitt durch ein Plattenelement, und

Fipur 4 stark vereinfacht eine Seitenansicht

eines erfindunssgemäßen Wärmetauschers.

In den Plattenelementen 1 sind muldenförmige StrömunRsausnehmungen 2 vorgesehen. In den Mulden sind noppenförmige Abstandselemente 3 angeordnet. Reim Plattenelement 1 nach Fisur 1 ist die Strömunpsausnehmunp 2 mit der linken oberen und rechten unteren Weiterleitungsausnehmung 4 bzw, 5 verbunden. Die rechts oben und links unten vorgesehenen WeiterleitunRsausnehmungen 6 bzw. 7 sind in die StrömunRS-ausnehmunp 2 nicht mit einbezöfjen.

- 4 —

BAD ORIGINAL

209843/0371

Beim Plattenelement 1 nach Figur 2 besteht eine umgekehrte Verbindung der Strömungsausnehmung 2 mit den Weiterleitungsausnehmungen M- bis 7.

Wenn ■ Plattenelemente ■· ieser Art übereinander gelegt werden, dann entstehen Strömungskanäle für zwei in Gegenstrom sich bewegende Flüssigkeiten, wobei jede Flüssigkeit jeweils jede zweite Strömungsausnehmunp· durchströmt.

^n der Figur M- ist ein mit 8 bezeichneter Wärmetauscher der erfindunpsgemäßen Art - stark vereinfacht - dargestellt. Acht Plattenelemente 1 liefen übereinander und bilden die Strömungsausnehmungen 2 für die beiden Flüssigkeiten, zwischen denen der Wärmetausch stattfinden soll. Der We>· des oben links zugeführten Mediums ist durch die gestrichelte Linie 9 und der Weg der, unten rechts zugeführten Mediums ist durch die strichpunktierte Linie 10 gekennzeichnet. Es ist erkennbar, daß die Flüssigkeiten jeweils jede zweite Strömungsausnehmunp durchströmen.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß die an ihrer Oberfläche entsprechend ausgebildeten Plattenelemente 1 derartig zu einem Block zusammengepreßt werden, daß eine Abdichtung der Strömungsausnehmung 2 entsteht. Die größere Abdichtung kann zusätzlich in der Weise erfolgen, daß die Plattenelemente 1 mit einer metallischen Abdichtung verbunden werden.

Wärmetauscher der beschriebenen Art sind insbesondere geeignet für Misch-Kryostaten, in denen durch reversible

3 M-Mischung und Entmischung von ^e. und He Tieftermeraturen erzeugt werden. Hierbei werden die erzielbaren Temperaturen durch die Güte des verwendeten Wärmetauschers bestimmt.

BAD ORIGINAL

- 5 —

2 0 9843/0371

- 5

Mit dem erfindungsgemäAen Wärmetauscher können einfacher tiefe Temperaturen erreicht werden als mit den vorbekannten Wärmetauschern. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher
ist schließlich auch noch geeignet, um einen Wärmetausch zwischen zwei Gasen oder zwischen einem Ga9 und einer
Flüssigkeit zu bewirken.

209843/0371 bad original

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip, insbesondere für den Wärmetausch zwischen tiefsiedenden Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauseher(8) aus mehreren blockartig übereinanderliegenden Plattenelementen (1) zusammengesetzt ist, welche Strömungsausnehmungen (2) bilden, die mit derart angeordneten Zuführungsausnehmungen (4,5) in Verbindung stehen, daß die zum Wärmetausch bestimmten Medien abwechselnd in übereinanderliegende Strömungsausnehmungen (2) eintreten.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strömungsausnehmungen (2) noppenförmige Abstandselemente (3) angeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelemente (1) zur Bildung der Strömungsausnehmungen mit einseitigen muldenförmigen Vertiefungen (2) versehen sind, daß jeweils eine entfernt liegende Zu- und Ableitungsausnehmung (H,5) in die muldenförmige Vertiefung (2) münden, und daß zwei Weiterleitungsausnehmungen (6,7) den außerhalb der muldenförmigen Vertiefung (2) liegenden Teil durchstoßen.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelemente (1) in beliebiger Form gestaltet sind und daß die Zuführungs-, Ableitungs- und Weiterleitungsausnehmungen (4 bis 7) im Bereich der Randzonen angeordnet sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelemente eckig gestaltet sind und daß die Zuführungs-, Ableitungs- und Weiterleitungsausnehmungen im Bereich der Ecken angeordnet sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelemente (1) eine Dicke unterhalb von

. 1 mm aufweisen.

BAD ORIGINAL ₂

209843/0371
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch Rekennzeichnet, daß die Plattenelemente (1) aus metallischem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit oder auch aus Kunststofffolien (ζ«B. Mylarfolie) hergestellt sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Plattenelementes (1) nach Anspruch 6 oder 7,, dadurch gekennzeichnet, daß die muldenförmige Strftmungsausnehmung (2) und gegebenenfalls die Abetandselemente (3) in einem Ätzverfahren erzeugt werden,

9« Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daft die an ihrer Oberfläche entsprechend ausgebildeten Plattenelemente (1) derartig zu einem Block zusammengepreßt werden, daß eine Ab- * dichtung der Ausnehmungen (2) entsteht.

lötverfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelemente (1) mit einer metallischen Abdichtung verbunden sind.

20984370371

- BAD

Lee r s e i t e