DE29716583U1

DE29716583U1 - Mehrmedien-Wärmetauscheinrichtung

Info

Publication number: DE29716583U1
Application number: DE29716583U
Authority: DE
Original assignee: Technotrans SE
Current assignee: T E C H N O Trans Ag De
Priority date: 1997-09-15
Filing date: 1997-09-15
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2007-09-16

Description

Mehrmedien-Wärmetauscheinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Mehrmedien-Wärmetauscheinrichtung .

Bekannte Wärmetauscheinrichtungen ermöglichen einen Wärmeaustausch zwischen zwei Strömungsmedien, die z.B. zwei Kreislaufsystemen zugeordnet sein können, z.B. einem Kälteoder Heizmittelkreislauf und einem Temperierkreislauf, in dem ein zu kühlendes oder heizendes Medium zirkuliert. Häufig besteht jedoch der Bedarf, wenigstens eines der Strömungsmedien der beiden vorhandenen Kreislaufsysteme in wärmetauschender Beziehung zu einem weiteren Strömungsmedium zu bringen, das in einem dritten Kreislaufsystem zirkuliert. In solchen Fällen musste bislang eine weitere Wärmetauscheinrichtung herkömmlicher Bauart zwischen den zu kombinierenden Kreislaufsystemen angeordnet werden. Nicht nur bedeutet dies einen apparativen Mehraufwand mit entprechenden erhöhten Investitions- und Wartungskosten sowie erhöhtem Raumbedarf, sondern auch eine unflexible Einschränkung auf eine vorgegebene Wärmetauschfunktion.

Es besteht daher Bedarf nach einer Mehrmedien-Wärmetauscheinrichtung, die es ermöglicht, wenigstens drei unterschiedliche Strömungsmedien in wärmeaustauschender Beziehung miteinander zu bringen, wobei mit relativ einfachen

Umrüstmassnahmen unterschiedliche Wärmetauschfunktionen zwischen den einzelnen Strömungsmedien realisiert werden können.

Die erfindungsgemässe Wärmetauscheinrichtung, mit der dieses Ziel erreicht wird, zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruches 1 aus. Je nach gewählter Beaufschlagung der Strömungskanäle der Wärmetauscheinrichtung mit einem der Strömungsmedien kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Wärmetauschfunktionen zwischen den Strömungsmedien geschaffen werden, wobei hierzu lediglich eine Umrüstung der Verteilereinrichtung erforderlich ist. Trotz ihrer vielfältigen Anspassbarkeit an unterschiedliche Anwendungsbedingungen ist eine erfindungsgemässe Wärmetauscheinrichtung kaum teurer als eine herkömmliche Zweimedien-Wärmetauscheinrichtung. Sie erfordert ausserdem im Gegensatz zu letzterer einen wesentlich geringeren Platzbedarf und leistet damit einen Beitrag zur Realisierung kompakter Drei- oder Mehrmedien-Temperieranlagen. Bezüglich vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäss aufgebaute

Dreimedien-Wärmetauscheinrichtung in Frontalansicht,

Fig. 2 die Wärmetauscheinrichtung nach Fig. 1 in

Seitenansicht von einer Seite,

Fig. 3A und 3B geschnittene Ansichten längs der Schnittlinie A-A bzw. B-B in Fig. 1 mit Darstellung der Wärmetauscheinrichtung in einer ersten Wärmetauschfunktion,

Fig. 4A und 4B geschnittene Ansichten ähnlich Fig. 3A und 3B mit Darstellung der Wärmetauscheinrichtung in einer zweiten Wärmetauschfunktion, und

Fig. 5A und 5B geschnittene Ansichten ähnlich Fig. 3A und 3B mit Darstellung der Wärmetauscheinrichtung in einer dritten Wärmetauschfunktion.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Drei-Medien-Aus führungs form beschrieben, bei der drei Strömungsmedien, die z.B. unterschiedlichen getrennten Kreislaufsystemen zugeordnet sein können, in wärmetauschender Beziehung miteinander gebracht werden können. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemässe Wärmetauscheinrichtung auch für den Wärmetausch zwischen mehr als drei Strömungsmedien ausgebildet werden kann. Ferner beziehen sich die Begriffe "oben" und "unten" auf die Lage der Aufbauteile der Wärmetauscheinrichtung, wie sie in der Zeichnung gezeigt ist. Die Wärmetauscheinrichtung ist jedoch auf eine derartige Verwendungslage nicht beschränkt.

Obschon die Erfindung auch für andere Zwecke vorteilhaft verwendet werden kann, bei denen mehrere Medien in wärmetauschender Wechselbeziehung zueinander gebracht werden sollen, ist ein Hauptanwendungsgebiet der Erfindung der Transport von Kälte von einem Kältemittel auf wenigstens zwei weitere Strömungsmedien, wobei je nach Systemkonfiguration unterschiedliche Wärmetauschfunktionen zwischen den Strömungsmedien erhalten werden können, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, kann die erf indungsgemässe Wärmetauscheinrichtung vorzugsweise in Form eines

Plattentauschers ausgebildet sein, der das allgemeine Bezugszeichen 1 in Fig. 1 trägt. Der Plattentauscher 1 besteht aus einer Vielzahl Seite an Seite hintereinander angeordneter Platten 2-^, 2₂, 2₃ ... 2_n, in deren jeweiligen Oberflächen komplementäre Nuten oder Rillen eingebracht sind, so dass nach Montage des Plattentauschers 1 zwischen benachbarten Plattenoberflächen Strömungskanäle 10-,, 1O₂, ICU ....1O_n mit je einem Ein- und Auslaufende gebildet werden, vgl. Fig. 3A und 3B. Ein Strömungsmedium, z.B. Wasser, kann daher über eine Verteilereinrichtung in einen betreffenden Strömungskanal 10 ein- und nach dessen Durchströmung nach aussen wieder abgeführt werden. Die Strömungskanäle 10-^, 1O₂, 1Oo .... 1O_n sind gegeneinander hermetisch abgedichtet und können jeweils mäanderförmig oder in anderer geeigneter Weise über den Plattenoberflächen verteilt sein.

Die Verteilereinrichtung umfasst eine Zweikammer-Verteileranordnung 3 für die getrennte Zu- und Abfuhr von zwei der drei Strömungsmedien und eine Einkammer-Verteileranordnung 6 für die Zu- und Abfuhr des dritten Strömungsmediums in die betreffenden Strömungskanäle 10-^/ 1O₂/ IO3 .... l°_n· Jede Zweikammer-Verteileranordnung und Einkammer-Verteileranordnung 3, 6 umfasst ein Verteilerrohr nahe den oberen Enden der Strömungskanäle 10 und ein Verteilerrohr nahe deren unteren Enden. Die Verteilerrohre sind, den Plattentauscher 1 axial durchsetzend, in zueinander ausgerichteten Aufnahmebohrungen in den Platten 2 aufgenommen und erstrecken sich vorzugsweise parallel zueinander.

Jedes Verteilerrohr der Zweikammer-Verteileranordnung 3 umfasst eine obere longitudinale Kammer 4 und eine untere longitudinale Kammer 5, die durch eine zwischenliegende Trennwand hermetisch gegeneinander abgedichtet sind. Die obere Kammer 4 hat ein offenes und ein geschlossenes axiales

Ende 4a bzw. 4b, und ebenso hat die untere Kammer 5 ein offenes und ein geschlossenes axiales Ende 5a bzw. 5b. Ein offenes axiales Ende 4a der oberen Kammer 4 liegt benachbart einem geschlossenen axialen Ende 5b der unteren Kammer 5 und ein geschlossenes axiales Ende 4b der oberen Kammer 4 benachbart einem offenen axialen Ende 5a der unteren Kammer 5, was den Anschluss des Verteilerrohres an das jeweilige Zirkulationssystem für ein Strömungsmedium erleichtert.

Die Einkammer-Verteileranordnung 6 umfasst, wie Fig. 3B zeigt, je ein oberes und ein unteres einfaches Verteilerrohr mit jeweils einem offenen axialen Ende 6a zur Zu- bzw. Abfuhr des betreffenden Strömungsmediums und einem gegenüberliegenden geschlossenen axialen Ende.

Längs jedes Verteilerrohres der Zweikammer-Verteileranordnung 3 sind in ausgewählten axialen Abständen voneinander Öffnungen 7, 8 vorgesehen, um das Innere der betreffenden Kammer 4 bzw. 5 mit ausgewählten Strömungskanälen 10 zu verbinden, so dass nur diese Strömungskanäle mit dem Medium beaufschlagt werden, das in die betreffende Kammer 4 bzw. 5 eingeführt wurde. In ebensolcher Weise sind längs jedes Verteilerrohres der Einkammer-Verteileranordnung 6 in ausgewählten axialen Abständen voneinander Öffnungen 9 vorgesehen, um das in der Einkammer-Verteileranordnung 6 strömende Medium in ausgewählte Strömungskanäle 10 einzuführen. Dadurch kann erreicht werden, dass angrenzende Strömungskanäle 10 mit unterschiedlichen Strömungsmedien beaufschlagt werden und diese in wärmeübertragender Beziehung miteinander gelangen.

Je nach Abfolge der Beaufschlagung der Strömungskanäle 10 können unterschiedliche Wärmetauschfunktionen erhalten werden, worauf nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3A,

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3B; 4A, 4B und 5A, 5B näher eingegangen wird.
Erste Wärmetauschfunktion

Die erste Wärmetauschfunktion ist in Fig. 3A und 3B gezeigt und zeichnet sich dadurch aus, dass ein erstes Strömungsmedium, bei dem es sich z.B. um ein Kältemittel handeln kann, über die Einkammer-Verteileranordnung 6 und die darin ausgebildeten Öffnungen 9 in die Folge von Strömungskanälen 1O₂, IO5/ -^1O' "^14 ^usw· eingeführt wird, wie dies in Fig. 3A und 3B durch kreuzgestrichelte Linien angedeutet ist. Jedes obere und untere Verteilerrohr hat demzufolge Öffnungen 9, die in einem axialen Abstand längs des Verteilerrohres liegen, der der Folge von vier hintereinander angeordneten Strömungskanälen 10 entspricht.

An jedem Verteilerrohr der Zweikammer-Verteileranordnung 3 sind Öffnungen 7 vorgesehen, die die obere Kammer 4 mit den Strömungskanälen 1O₄, 10g, 1O₁₂ ^usw· verbinden, so dass ein in die Kammer 4 eingeführtes zweites Strömungsmedium nur in diese ausgewählten Strömungskanäle gelangt, wie dies in Fig. 3A und 3B durch nicht-schraffierte Bereiche gezeigt ist. Die Folge der Öffnungen 8 der unteren Kammer 5 der Zweikammer-Verteileranordnung 3 ist so, dass nur die Strömungskanäle 1O₁, IO3/ ¹⁰5 usw. mit dem verbleibenden dritten Strömungsmedium beaufschlagt werden, die in Fig. 3A und 3B schraffiert dargestellt sind.

Auf diese Weise wird erreicht, dass jeweils ein Strömungskanal, z.B. 1O₂/ für das erste Strömungsmedium zwischen einem Paar Strömungskanälen, z.B. 1O₁, IO3 für das dritte Strömungsmedium und ein Strömungskanal, z.B. 10^, für das zweite Strömungsmedium zwischen einem Paar Strömungskanälen, z.B. 1°3/ ¹⁰5' ^{für das} dritte

Strömungsmedium zu liegen kommt. Wenn das erste Strömungsmedium ein Kältemittel ist, kann somit Kälteenergie direkt vom ersten auf das dritte Strömungsmedium übertragen werden, nicht jedoch unmittelbar auf das zweite Strömungsmedium. Vielmehr wird das zweite Strömungsmedium Kälteenergie nur mittelbar über das dritte Strömungsmedium beziehen können.

Zweite Wärmetauschfunktion

Die zweite Wärme tauschfunkt ion ist in Fig. 4A und 4B gezeigt und zeichnet sich dadurch aus, dass analog zu der vorbeschriebenen Funktionsweise die Öffnungen 9 der Einkammer-Verteileranordnung 6 so vorgesehen sind, dass die Folge von Strömungskanälen IC^, 10^, 10g usw. mit dem ersten Strömungsmedium beaufschlagt wird. Dagegen sind die Öffnungen 7, 8 der Zweikammer-Verteileranordnung 3 so vorgesehen, dass die Strömungskanäle IO3, 10g, 10g usw. mit dem zweiten Strömungsmedium und die Strömungskanäle 10^, 10^, 1Oq, 10-jo usw. mit dem dritten Strömungsmedium versorgt werden. Dies bedeutet, dass, wenn es sich bei dem ersten Strömungsmedium um ein Kältemittel handelt, dies in direkter wärmeaustauschender Beziehung mit den beiden anderen Strömungsmedien steht, ohne dass die beiden anderen Strömungsmedien untereinander in unmittelbarer wärmeaustauschender Beziehung zueinander stehen.

Dritte Wärmetauschfunktion

Die dritte Wärmetauschfunktion ist in Fig. 5A und 5B gezeigt und zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Strömungsmedium die Strömungskanäle 1O₃, 10g, 1O₉ usw. beaufschlagt, während die Öffnungen 7, 8 der Zweikammer-Verteileranordnung 3 so angeordnet sind, dass das zweite Strömungsmedium die

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Strömungspassagen 1O₂, ¹⁰5> ¹⁰8' ¹⁰Il ^usw· ^un& das dritte Strömungsmedium die Strömungspas sagen 10-,, 10*, IO7, 10-, _Q usw. beaufschlagt. Hierdurch wird erreicht, dass das erste Strömungsmedium, z.B. das Kältemittel, in direkter wärmeübertragender Beziehung mit beiden anderen Strömungsmedien ähnlich wie bei der zweiten Wärmetauschfunktion steht, jedoch ausserdem die beiden anderen Strömungsmedien unmittelbar in wärmeaustauschender Beziehung zueinander kommen. Bei der dritten Wärmetauschfunktion ist daher eine unmittelbare wärmeaustauschende Beziehung unter sämtlichen Strömungsmedien gegeben.

Weitere Wärmetauschfunktionen sind ebenfalls möglich. Vorzugsweise findet der Wärmeaustausch zwischen den benachbarten Strömungskanälen im Gegenstrom statt, indem benachbarte Strömungskanäle in entgegengesetzter Richtung vom jeweiligen Strömungsmedium durchflossen werden.

Jede Öffnung 7, 8, 9 der Verteilerrohre der Zweikammer-Verteileranordnung 3 oder Einkammer-Verteileranordnung 6 kann mit dem betreffenden Strömungskanal 10 entsprechend der gewünschten Wärmetauschfunktion verlötet oder in anderer Weise hermetisch dicht verbunden sein. Dabei kann ein Plattentauscher mit grundsätzlich unverändertem Basisaufbau herangezogen werden. Die Verteilerrohre könnten auch austauschbar angeordnet werden, um eine Wärmetauscheinrichtung nach der Erfindung durch blosses Auswechseln der Zweikammer-Verteileranordnung 3 und/oder Einkammer-Verteileranordnung 6 für ein geändertes Einsatzgebiet umrüsten zu können. Schliesslich könnten anstelle einer Zweikammer-Verteileranordnung auch getrennte Einkammer-Verteileranordnungen für jedes Strömungsmedien vorgesehen werden.

Claims

Ansprüche

1. Wärmetauscheinrichtung mit einer Vielzahl von Seite an Seite in wärmeübertragender Beziehung zueinander angeordneter Strömungspassagen und einer Verteilereinrichtung zum getrennten Zu- und Abführen von Strömungsmedien in die Strömungspassagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilereinrichtung (3,6) zur Versorgung einer ausgewählten Folge von Strömungspassagen (10) jeweils mit einem von wenigstens drei Strömungsmedien ausgelegt ist, wobei jeweils angrenzende Strömungspassagen mit unterschiedlichen Strömungsmedien beaufschlagbar sind.

2. Wärmetauscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Strömungspassage (10) für ein erstes von drei Strömungsmediem zwischen einem Paar angrenzender Strömungspassagen für ein zweites Strömungsmedium angeordnet ist, wobei an jede Strömungspassage für das zweite Strömungsmedium eine Strömungspassage für ein drittes Strömungsmedium angrenzt (Fig. 3).

3. Wärmetauscheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Strömungspassage (10) für ein erstes von drei Strömungsmedien zwischen angrenzenden Strömungspassagen für die beiden anderen Strömungsmedien angeordnet ist (Fig. 4).

4. Wärmetauscheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzende Strömungspassagen (10) für die beiden anderen Strömungsmedium zwischen je einem Paar benachbarter Strömungspassagen für das erste Strömungsmedium angeordnet sind (Fig. 5).

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5. Wärmetauscheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilereinrichtung eine Mehrkammer-Verteilerrohranordnung

(3) für wenigstens zwei Strömungsmedien mit zu den Strömungspassagen (10) der ausgewählten Folge ausgerichteten Austritts-/Eintrittsöffnungen (7,8) umfasst.

6. Wärmetauscheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Vielzahl von Platten (2) mit dem Verlauf der Strömungskanäle (10) entsprechend genuteten Oberflächen umfasst, wobei die zueinander ausgerichteten komplimentären Nuten zugewandter Oberflächen benachbarter Platten die Strömungskanäle bilden.