DE2631962A1

DE2631962A1 - Verfahren zur herstellung eines waermetauscherkoerpers

Info

Publication number: DE2631962A1
Application number: DE2631962A
Authority: DE
Inventors: Per Norbaeck
Original assignee: Carl Munters AB
Current assignee: Carl Munters AB
Priority date: 1975-07-18
Filing date: 1976-07-15
Publication date: 1977-01-20
Also published as: FR2318398B1; US4099928A; JPS5241946A; SE7508256L; FR2318398A1

Description

(D BUNDESREPUBLIK DEUTSCHES

int. ei. 2: B 23 P T5/26

F 28 D 9/00
F 28 F 3/04

PATENTAMT

Offenlegungsschrift 26 31 962

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

Offenlegungstag:

P 26 31 962.0-14 15. 7.76
20. 1.77

Unionspriorität:

18. 7.75 Schweden 7508256

Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherkörpers

Anmelder: AB Carl Munters, Sollentuna (Schweden)

Vertreter:

Erfinder:

Hauck, H.W., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing.; Schmitz, W., Dipl.-Phys.; Graalfs, E., Dipl.-Ing.; Wehnert, W., Dipl.-Ing.; Carstens, W., Dipl.-Phys. Pat.-Anwälte, 2000 Hamburg u. 8000 München

Norbäck, Per, Lidingö (Schweden)

Prüfungsantrag gem. § 28 b PatG ist gestellt

ORIGINAL INSPECTED ©1.77 609 883/1203

Pate ntan walte

Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs
Dipl. Ing. VV. Wehnert
Dipl. Phys. W. Carstens
8 München 2
Mozartstr. 23

: Aktiebolaget

j Carl Munters

I Industrivägen 2

• S-191 47 Sollentuna,Schweden

München, 15. Juli 1976 Anwaltsakte: M-3987

Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherkörpers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eins Wärmetauscherkörpers für einen Rekuperativtauscher für zwei gasförmige Medien, der eine Anzahl übereinanderliegender Platten enthält,
welche gefaltet oder gewellt sind und so Kanäle für die Durchströmungsmedien bilden, wobei die Platten so angeordnet sind,
daß die Wellungen in benachbarten Platten einander kreuzen und
Kanäle oder Schlitze bilden, welche durch den Wärmetauscherkörper in zwei Richtungen verlaufen, wobei die nebeneinanderliegenden ι Kanten der Platten verschoben sind und mit den entsprechenden j Kanten der benachbarten Platten so verbunden sind, daß die Kan- , ten auf derselben Körperseite abwechselnd gegeneinander abgedichtet sind und öffnungen oder Leitungen bilden, über welche ; das Wärmetauschermedium den Kanälen zugeführt wird. \

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Wärmetauscherkörper dieser Art werden aus einer Mehrzahl gewellter Platten hergestellt. Die Platten werden beispielsweise gepreßt oder gestanzt oder, im Falle von Kunststoffplatten, im Vakuum verformt. Danach werden die Platten zusammengebaut und so verbunden, daß sie den Tauscherkörper bilden. Diese Herstellungsmethode hat eine Anzahl von Nachteilen. Wenn die Platten durch Ziehen in einem Werkzeug hergestellt werden, muß ihre Dicke so gewählt werden, daß eine angemessene mechanische Stärke sichergestellt ist. Sie müssen den Streckvorgang aushalten,dem das Material beim Formen unterzogen wird; ein Bruch oder eine sonstige Beschädigung des Materials muß vermieden werden. Dies bedeutet häufig, daß die Platten überdimensioniert sind, verglichen mit der Dicke, die sonst für den angestrebten Verwendungszweck im Wärmetauscherkörper erforderlich wäre. Dadurch wird die Konstruktion unnotwendig schwer und teuer. Außerdem werden durch die Verwendung eines einzigen Formwerkzeugs sowohl zur Ausführung der Wellungen als auch zur Kantenbearbeitung der Platten die Abmessungen des Wärmetauscherkorpers begrenzt? man ist bei der Herstellung der Platten an die Abmessungen der Form gebunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherkörpern zu verbessern, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und zu ermöglichen, daß die

Platten mit allen Abmessungen in einfacher, arbeitssparender

und preiswerter Weise hergestellt und zu einem Wärmetauscher-

körper zusammengesetzt werden können.

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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unter= ansprüchen beschrieben.

' Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines Wärmetauscherkörpers, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und mit einem starren Rahmen zur Verwendung beispielsweise in einem Rekuperativtauscher versehen ist ;

Fign. 2 und 3 perspektivische Ansichten von einer Platte des Wärmetauscherkörpers von Fig. 1 in zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstadien;

Fig. 4 die perspektivische Ansicht einer Ecke des Wärmetauscherkörpers, wobei eine Anzahl zusammengebauter Platten dargestellt ist;

Fign. 5a

bis 5c verschiedene Arten, die nebeneinanderliegenden Kanten benachbarter Platten im Körper miteinander zu verbinder*

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmetauscherkern besteht aus einer Packung oder einem Körper 10, der durch Verbindung einer" Anzahl einzelner Platten 12 zusammengebaut ist. Alle Platten im Wärmetauscher körper 10 sind gefaltet oder gewellt und bilden so Ka-

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näle, durch welche die Wärmetauschermedien fließen können. Die Wellungen der jeweils übernächsten Platten verlaufen parallel und unter einem Winkel zu den Wellungen in den zwischenliegenden Platten.

Die Kanten der Platten 12 werden derart verbunden, daß die Kanten 23, 24 an gegenüberliegenden Enden, beispielsweise am oberen und am unteren Ende, eine über die Länge verlaufende Öffnung bilden, durch welche ein Wärmetauschermedium zugeführt wird. Die Kanten 25, 26 an den anderen, senkrechten Seiten sind dagegen hermetisch abgedichtet, wodurch der Eintritt irgendeines Mediums durch diese Enden verhindert wird. Auf diese Weise bildet jeweils ein Paar benachbarter Platten eine Zelle, die entlang zweier gegenüberliegender Enden offen und entlang der anderen beiden Enden abgedichtet ist. Die Wellungen 27, 28 in den Platten 12 (Fig.4) bilden Kanäle, welche die beiden Wärmetauschermedien durch die Zelle führen. Die Kanäle verlaufen durch die gesamte Fläche des Wärmetauseherkörpers, wobei ihre Dicke zwischen Null, wo sich die Platten berühren, und der doppelten Höhe der Wellungen variiert. Die Höhe der Wellungen kann zwischen 1 und 20 mm liegen; sie sollte vorzugsweise zwischen 5 und 15 mm liegen.

Der Körper 10 ist zwischen Platten 14 eingeschlossen, welche die äußeren Platten 12 bedecken. Diese Platte 14 und der Körper 10 werden durch Rahmen 16 und L-Quereisen 18 zusammengehalten. Diese sind mit Schrauben 20 oder ähnlichen Verbindungselementen verbunden. Der auf diese Art gebildete Kern kann in einem Rekuperativwärmetauscher verwendet werden, vorzugsweise zur Wärmetauschung zwischen zwie gasförmigen Medien. Eines dieser Medien tritt __

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beispielsweise beim Pfeil A ein und tritt beim Pfeil B aus; das andere Medium strömt beim Pfeil C ein und verläßt den Wärmetauscherkern beim Pfeil D. Auf diese Weise kreuzen sich die beiden gasförmigen Medien, während sie durch den Kern fließen. Gleichzeitig findet ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Medien statt, ohne daß dabei ein direkter Kontakt zwischen diesen stattfindet. Die Strömungsrichtungen können natürlich anders sein, als dies oben beschrieben wurde, wenn dies gewünscht wird. Ein wichtiges Detail, mit dem eine hermetische Abdichtung zwischen den Durchströmungskammern, die im Körper ausgebildet sind, erzielt wird, ist die Dichtung der Querkanten des Wärmetauscherkörpers 10. Diese wird durch eine Leiste 22 aus Dichtmaterial sichergestellt, die auf jede von den L-Eisen 18 bedeckte Querkante aufgebracht wird, wie im Detail weiter unten beschrieben wird.

Der Ausgangspunkt bei der Herstellung des Wärmetauscherkörpers sind gewellte Platten 12, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind. Die Platte 12 wird in bekannter Weise hergestellt, indem eine Folienbahn gefaltet oder gewellt wird. Diese Bahn wird vor oder nach der Wellung auf die erwünschten Abmessungen geschnitten, je nach den Dimensionen des Wärmetauscherkörpers. Die Platte ist eine Metallfolie mit einer Dicke zwischen 0,05 und 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 mm. Wenn erwartet werden kann, daß ein Wärmetauschermedium Feuchtigkeit enthält oder andere korrosive Komponenten, kann die Metallfolie init einem geeigneten Material, beispielsweise einem Kunststoff wie Polyvinylchlorid oder Polyäthylen überzogen werden. Bei bestimmten An-

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ι Wendungsfällen kann die Platte auch mit einem absorbierenden Überzug ausgestattet werden.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, besteht der nächste Herstellungsschritt darin, die Kanten zu komprimieren. Dies geschieht beispielsweise durch Stauchen, Rollen, Walzen, oder ähnlichem. Die Kanten 23 bis 26 können einzeln, paarweise oder alle vier gleichzeitig komprimfert werden. Wie die Figur zeigt, wird die Kompression von einer Verschiebung benachbarter Kantenpaare in entgegengesetzten Richtungen begleitet. Die Kanten 23, 24 liegen dann in einer Ebene, während die Kanten 25, 26 in einer Ebene liegen, die von der ersten Ebene um eine Entfernung getrennt ist, welche gleich der Höhe der Wellungen ist. Diese kann zwischen 1 und 20 mm betragen, wie dies oben erwähnt wurde. Die Kanten sollten vorzugsweise so komprimiert werden, daß sie in einer Ebene liegen, welche mit der Ebene der Rücken und Täler der Wellungen zusammenfällt.

in Die Bedeutung des empfohlenen Formverfahrens ist/der Tatsache zu suchen, daß die Platten nicht gestreckt werden müssen sondern vielmehr eine gleichförmige Dicke behalten. Das Formen der Kanten ist hier insbesondere ein Problem, da die Flächen in zwei Richtungen gekrümmt sind. Beim empfohlenen Verfahren können sehr dünne Folien verwendet werden, da kein Zieh- oder Streckvorgang stattfindet, der zu Löchern oder Brüchen führen könnte. Auf diese Weise können Materialverbrauch und Gewicht des Körpers minimalχι siert werden. Dabei ist das letztere von größerer Bedeutung,

wenn man an den Transport denkt. Wenn die Folie, wie oben er- : -7-

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wähnt, überzogen ist, sind keine Brüche im überzug zu erwarten, ; welche die Funktion des Überzugs von vornherein in Frage stellen wurden. Sowohl die Folie als auch der Überzug können aus Stoffen hergestellt werden, die von Haus aus sehr geringe Duktilität besitzen. Dies ermöglicht eine freiere Stoffwahl als sie möglich wäre, wenn die Stoffe einem ernsthaften Streckvorgang unterworfen würden.

Fig. 4 zeigt eine Anzahl von Platten, die in den ersten Herstellstufen eines Wärmetauscherkörpers übereinander gelegt wurden. Die Platten 12 werden so gelegt, daß die Faltungen oder Wellungen 27, 28 einander kreuzen. Auf diese Weise liegen an einem Ende die benachbarten Kanten 25, 26 zweier benachbarter Platten in derselben Ebene; das andere Paar nebeneinanderliegender Kanten 23, 24 ist um eine Entfernung getrennt, die gleich der doppelten Höhe der Wellungen ist. Das Kantenpaar 25, 26, das in derselben Ebene liegt, wird dann hermetisch verbunden,wie dies unten genauer beschrieben ist. Das andere Kantenpaar 23, 24 bildet eine öffnung, durch welche ein Wärmetauschermedium in den Körper 10 eintreten kann.

Die Verbindung der Kanten, beispielsweise 25, 26, kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden,wie dies in den Fign. 5a bis 5c gezeigt ist. In der Fig. 5a werden die nebeneinanderliegenden Kanten 25, 26 durch Kleben, Löten, Schweißen oder ähnlichem verbunden. Wenn geklebt wird, kann der Klebstoff auf die Kanten aufgebracht werden, bevor die Platten aufeinander gelegt werden.

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j Beim bevorzugten Verfahren werden jedoch alle Platten 12 zusammengebaut, so daß der Wärmetauscher 10 gebildet wird; dann wird das ganze Ende des Körpers rait den Kanten 23, 24 oder 25, 26 in ein Bad aus flussig-ϊΰΐ oder geschmolzenem Verbindungsmaterial, beispielsweise Klebstoff, Lötmittel oder ähnlichem eingetaucht. Auf diese Weise werden alle Kanten an einem Ende des Körpers mit dem Material gleichzeitig überzogen; der Raum zwischen den sich berührenden, abgeflachten Kanten wird mit dem Verbindungsmaterial ausgefüllt, so daß eine perfekte Dichtung erhalten wird.

In Fig. 5d werden die Kanten 25b, 26b ähnlich wie in Fig. 5a ver-■ bunden, d.h., durch Kleben, Löten oder auf ähnliche Weise. In

diesem Falle sind jedoch zur Verstärkung der Stabilität die Kan- ; ten mit Nuten oder Leisten 29, 30 versehen, die in entgegengesetzten Richtungen hervorragen.

Bei der in Fig. 5b gezeigten Alternative werden die Kanten 25c, 26c durch Falten miteinander verbunden: Eine Kante, beispielsweise die Kante 26c ist etwas verlängert und bildet einen hervorstehenden Streifen 31. Dieser wird dann über die andere Kante 25c gefaltet. Offensichtlich kann die auf diese Weise gebildete Verbindung durch Kleben oder Löten verstärkt werden, wenn dies zur Abdichtung der Verbindungsstelle erforderlich ist.

Nach^dem die Platten zu dem Wärmetauscherkörper 10 zusammengesetzt und auf eine der beschriebenen Arten miteinander verbunden sind, müssen die Querkanten des Körpers 10 abgedichtet werden

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Dadurch wird die Verbindang zwischen den beiden Kanalsystemen verhindert, die innerhalb des Körpers ausgebildet worden sind» Dies kann dadurch erzielt werden, daß der Körper mit seinen Quer¹= kanten in einen Kanal gebracht wird,, der flüssiges oder geschmolzenes Dichtmaterial enthält? beispielsweise in einem Duorplast (in wärmeaushärtenden Kunststoff), in Lötmittel oder in ähnliches. Jede Kante wird soweit abgesenkt, daß das Dichtmaterial eine Leiste 22 bildet^ welche die Kante des Körpers 10 verläßlich abdichtet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Kante wird solange in dem Kanal belassen,, bis das Dichtmaterial abgebunden hat.

Wenn ein Wärmetauscherkörper ohne organische Stoffe hergestellt werden soll, werden alle Dichtungen und Verbindungen mit metallischen Stoffen ausgeführt.In anderen Fällen können, wie oben beschrieben, Kunststoffe oder andere geeignete Stoffe verwendet werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

ι 1.; Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherkörpers für einen Rekuperativtauscher für zwei gasförmige Medien, der eine Anzahl übereinanderliegender Platten enthält, die gefaltet oder gewellt sind und so Kanäle für den Durchfluß der Medien bilden, wobei die Platten so angeordnet sind, daß die Wellungen in benachbarten Platten einander kreuzen und Kanäle oder Schlitze bilden, die durch den Wärmetauscherkörper in zwei Richtungen verlaufen, wobei die nebeneinanderliegenden Kanten der Platten versetzt sind und mit den entsprechenden Kanten der benachbarten Platten so verbunden sind, daß die Kanten auf derselben Seite des Körpers alternativ gegeneinander abgedichtet sind und öffnungen oder Leitungen bilden, über welche die Wärmetauscherkörper den Kanälen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (12) zuerst insgesamt gewellt werden und auf die gewünschten Abmessungen geschnitten werden, daß die Kanten (23 -26) dann flach gedrückt werden und gleichzeitig oder darauffolgend die nebeneinanderliegenden Kanten (23 und bzw. 25 und 26) in derselben Richtung verschoben werden, aber entgegengesetzt zu der Richtung, in der das andere

Paar nebeneinanderliegender Kanten (25 und 26, bzw. 23 und 24), verschoben wird

/ wonach die erwünschte Anzahl von Platten zu dem Wärmetauscher-

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körper (10) zusammengebaut wird und diejenigen verschobenen Kanten benachbarter Platten (12) verbunden und gegeneinander abgedichtet werden, die aneinander anliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Verbindungsmaterial, beispielsweise Klebstoff oder Lötmittel sur Verbindung und Abdichtung der Kanten verwendet wird, dadurch gekennzdchnet„ daß die aneinanderliegenden Kanten (25,26) an einem Ende des Wärmetauscherkörpers (10) gleichzeitig verbunden werden, indem sie in ein Bad des Verbxndungsmaterxals eingetaucht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden Kanten (25c, 26c) der Platten (12) durch Falten miteinander verbunden werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden Kanten (25c, 26c) .benachbarter Platten (12) verbunden werden, indem sie gefaltet und geklebt oder gelötet werden.
5. Verfahren nach einemoder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (25b,26b) der Platten (12) vor der Verbindung mit einer Nut oder einer Leiste (29,30) zur■Verbesserung der Stabilität versehen werden
6. Verfahren nach einem oder mehreren d:er Ansprüche 1 bis 5, da-

ι durch .gekennzeichnet, daß die Kanten des hergestellten

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Wärmetauscherkörpers (lO)ahgedichtet werden, indem sie mit einer Dichtmasse (22) in solcher Dicke aufgefüllt werden, daß sichergestellt wird, daß jede Verbindung zwischen den sich kreuzenden Kanälen (27,28) ausgeschlossen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Wärmetauscherkörpers (10) abgedichtet werden, indem sie in einen Kanal eingetaucht werden, der ein Bad aus

: dem Dichtmaterial enthält.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (12) aus einer Metallfolie mit einer Dicke zwischen 0,05 und 0,3 mm, vorzugsweise 0,1 mm, hergestellt sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallfolie verwendet wird, die mit einem Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyäthylen oder ähnlichem überzogen ist.

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10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Metallfolie verwendet wird, die mit einem absori

bierenden Material überzogen ist.

j
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An-

Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten so zusammengedrückt sind, daß sie in einer Ebene liegen, die mit den Rücken und Tälern der Wellungen zusammenfällt.

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