DE3280439T2

DE3280439T2 - Waermetauscher.

Info

Publication number: DE3280439T2
Application number: DE82304524T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Frederick Ford; Raymond James Pollard
Original assignee: MELANESIA INT TRUST
Current assignee: MELANESIA INT TRUST
Priority date: 1981-09-11
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2002-08-27
Also published as: KR890002902B1; EP0074740A2; PH19182A; ATE91014T1; NZ201673A; DE3280439D1; US4823867A; ZA826505B; EP0074740A3; KR840001700A; EP0074740B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und, insbesondere, einen Wärmetauscher, der ein Zentralelement besitzt, das eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Platten aufweist, die so aufgestellt sind, daß sie eine Vielzahl von Strömungswegen für ein Arbeitsfluid bilden, abwechselnd mit einer Mehrzahl von Strömungswegen für ein Prozeßfluid, wobei die Anordnung weiter so ist, daß, bei Verwendung, ein Fluid zumindest zwei Wege durch das Zentralelement macht, seriell durch verschiedene Strömungswege. Bislang bekannte Wärmeaustauscher umfassen eine Anzahl von verschiedenen Arten, die jedoch alle verschiedene Nachteile haben, was einschließt das Bedürfnis einer beständigen Wartung wegen der komplexen Konstruktion und, wichtiger noch, ungleicher Verteilung der Fluidströme darin. Letzteres Problem ergab auch nicht die gewünschte Charakteristik einer konstanten Wärmeübertragung über die vorhandene Wärmetauscher- oder Arbeitsfläche.
Bei einem herkömmlichen Wärmetauscher, wie er gewöhnlich bei Marineanwendungen verwendet wird, ist eine Anordnung eines Bündels von Rohren vorgesehen, die gewöhnlich aus Kupfer bestehen und relativ dünne Wände haben, und eine umgebende äußere Hülle. Gewöhnlich wird ein Durchsetzungsfluid oder Öl durch das Bündel oder die Röhren geleitet, während Seewasser durch die äußere Umhüllung geleitet wird, um das Durchsetzungsfluid oder das Öl zu kühlen. Wenn auch das Bündel von Röhren aus der äußeren Umhüllung herausgezogen werden konnte zur Reinigung und Wartung, ist doch gefunden worden, daß diese Arbeit relativ zeitaufwendig ist und genauso, daß die äußere Umhüllung zur Korrosion neigte. Es ist gefunden worden, daß die Geschwindigkeit des Arbeitsfluids durch das Röhrenbündel nachteilig beeinflußt war, wenn eine Blockade auftrat in einer oder mehrerer der Röhren und dieser Faktor konnte einen zufriedenstellenden Betrieb des Wärmeaustauschers nicht unterstützen, wegen des Problems der ungleichen Verteilung der Strömung, das schon weiter oben angesprochen ist.
Mit Beziehung zu herkömmlichen Plattenwärmetauschern der Art, wie sie in den Druckschriften FR-A-24 28 811 und EP-A-O 014 863 gezeigt sind, beschäftigen sich diese hauptsächlich mit der Behandlung von Gasen bei verschiedenen Temperaturen und sind speziell darauf gerichtet, die Richtung der Gasströmung in den Wärmetauscher und aus dem Wärmetauscher heraus konstant zu halten, so daß der Wärmetauscher bei spezifischen Bedingungen verwendet werden kann, wie z. B. bei der Raumbelüftung und desgleichen. Die Druckschrift FR-A-24 28 811 beschäftigt sich mit einem ziemlich komplizierten Konstruktionsverfahren, das die Verbindung von Tauscherplatten, Segmenten, die mit Öffnungen versehen sind, und geschlossenen Segmenten in einer aufgestellten Weise betrifft, wobei die Tauscherplatten aus dünnen Metallplatten gebildet sind.
Die US-A-3 731 736 beschreibt und verdeutlicht einen Platten-und einen Rippenwärmetauscher, der eine Mehrzahl von parallelen, flachen Röhren aufweist, innerhalb derer jeweils eine Mehrzahl von parallelen Strömungswegen gebildet ist mit Hilfe von gewellten und gerippten Bändern, die an die oberen und unteren Wände der Röhre hartgelötet sind. Die Strömungswege angrenzender Röhren sind jeweils zueinander rechtwinklig. Im Betrieb durchsetzt eine erste Flüssigkeit einen einzelnen Weg durch eine erste Gruppe von Röhren, die miteinander parallel verbunden sind, und eine zweite Flüssigkeit durchsetzt einen gewundenen Weg durch eine zweite Gruppe von Röhren, die miteinander parallel verbunden sind, und die mit der ersten Gruppe von Röhren abwechseln. Der gewundene Weg wird durch gewellte bzw. gerippte Bände rund durch Leitungsmittel gebildet, deren Rippen mit den gewellten Bändern zusammenwirken. Die Leitungsmittel weisen zusätzlich Einlaß- und Auslaßmittel auf.
Die GB-A- 724 091 betrifft einen Wärmeaustauscher einer Art, der ein zentrales Element aufweist, das aus einer Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Platten besteht, die so aufgestellt sind, daß sie eine Vielzahl von Strömungswegen für ein Arbeitsfluid bilden, abwechselnd mit einer Mehrzahl von Strömungswegen für ein Prozeßfluid, wo bei die Anordnung weiter so ist, daß im Betrieb das Fluid zumindest zwei Wege durch das zentrale Element nimmt, seriell in verschiedenen der Strömungswege. Eine Anordnung von Strömungswegen für Milch wechselt mit einer Anordnung von Strömungswegen für Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit ab, so daß Milch und die Kühlflüssigkeit einen Serpentinen- oder Zickzackströmungsweg durch den Wärmetauscher nehmen. Die Enden der Strömungswege stehen jeweils miteinander durch Flüssigkeit führende Mündungen in Verbindung, die sich durch die Platten erstrecken, die die Zentraleinheit bilden. Der in der GB-A-724 091 beschriebene Wärmeaustauscher ist nur geeignet zur Kühlung von Milch und es ist wesentlich, Vorsorge zu treffen für Entlüftungen angrenzend zu den Strömungswegen durch die Zentraleinheit- wegen der Neigung, Lufttaschen zu bilden.
Es ist nun herausgefunden worden, in Verbindung mit Plattenwärmetauschern, daß man auswählend die Strömungsrichtungen der zu behandelnden Fluide steuern kann, bei der Strömung durch den Plattenwärmetauscher, um so einen Wärmetauscher vorzusehen, der für verschiedene Anwendungsfälle benutzt werden kann, wie z. B. bei der Behandlung von Gasen oder Flüssigkeiten. So kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher in der Nahrungsmittelindustrie verwendet werden, als Komponente einer Fahrzeugheizung oder Kühlung, bei der Luftbehandlung oder bei Maschinen oder Motoren.
Der hier beschriebene erfindungsgemäße Wärmetauscher ist gekennzeichnet dadurch, daß das Fluid von jedem Weg austreten kann, außerhalb des zentralen Elements, und daß zumindest ein Umlenkelement an dem zentralen Element angebracht ist, angrenzend an eine Gruppe von Öffnungen, entsprechend dem Durchsatz des Arbeitsfluids, so daß, bei Verwendung, das Fluid umgelenkt wird, zurück durch das zentrale Element, um so zumindest zweimal einen Weg durch dieses zu nehmen, in verschiedenen Strömungswegen in Serie, wobei die spezifische Nebeneinanderanordnung des zentralen Elements und des zumindest einen Umlenkelements auswählend die Richtung des Prozeßfluids und/oder des Arbeitsfluids durch den Wärmetauscher steuert.
Einerseits kann der Wärmetauscher eine Einlaßkomponente und eine Auslaßkomponente aufweisen, genauso wie ein zentrales Element, und es ist die spezifische Nebeneinanderanordnung dieser Elemente, die auswählend die Richtungen des Prozeßfluids und/oder des Arbeitsfluids steuert.
Andererseits kann der Wärmetauscher eine Umkehrkomponente aufweisen, ein zentrales Element und eine Einlaß/Auslaßkomponente, und es ist die spezifische Nebeneinanderanordnung dieser Elemente, die die Richtung des Prozeßfluids und/oder des Arbeitsfluids auswählend steuert.
Das zentrale Element in Bezug auf diese Erfindung kann eine wie auch immer große Anzahl von verschiedenen Konstruktionen und Anordnungen von Wegen für Prozeßfluid und Arbeitsfluid aufweisen. So kann bei einem Typ ein zentrales Element vorgesehen sein, bei dem jeder Weg für ein Arbeitsfluid angrenzend an einen Weg für ein Prozeßfluid vorgesehen ist, so daß die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Prozeßfluids in ihren jeweiligen Strömungswegen sein kann, in einer anderen Ausbildung können die Strömungswege sowohl des Prozeßfluids als auch des Arbeitsfluids in ihren jeweiligen Leitungen im wesentlichen parallel sein. Bei dieser letzteren Anordnung können die jeweiligen Strömungswege gleich sein oder zusammenlaufend oder entgegengesetzt oder gegenlaufend.
Bei jeder der in dem vorstehenden Absatz beschriebenen Ausbildungen ist bevorzugt, daß das Zentralelement so ausgebildet ist, daß das Prozeßfluid und das Arbeitsfluid einen Serpentinen- oder gewundenen Weg durchsetzt durch die Zentraleinheit von deren jeweiligem Einlaß zu deren jeweiligem Auslaß. Dies ist vorgesehen, da in dieser besonderen Ausführungsform jedes Fluid in der Zentraleinheit zurückgehalten ist und daher in der wirksamen Arbeitsfläche des Gerätes, für eine längere Zeitdauer als dann, wenn es lediglich einmal die Zentraleinheit durchsetzen würde.
Vorzugsweise ist jeder Strömungsweg im wesentlichen eben und von rechtwinkliger Gestalt.
Die Zentraleinheit kann desgleichen eine Mehrzahl von
Zentralkomponenten oder Modulen aufweisen, die in der Lage sind, miteinander verbunden zu werden, um so eine zusammengesetzte Zentraleinheit zu ergeben, die jeweils vor Ort aufgebaut werden kann um so eine Angepaßte zu ergeben für eine spezifische Anordnung oder eine spezifische Aufgabe. Die Zentraleinheit kann durch eine vertikal aufgestellte oder horizontal aufgestellte Anordnung gebildet werden.
Es liegt desgleichen innerhalb des Gedankens der Erfindung, eine Ausgestaltung für eine Mehrzahl von verschiedenen Prozeßfluiden oder Arbeitsfluiden vorzusehen, die in derselben Zentraleinheit behandelt werden. Vorzugsweise sind aber bei dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von verschiedenen Prozeßfluiden vorgesehen, die durch ein einziges Arbeitsfluid behandelt werden sollen.
Der Einlaß und Auslaß für jedes Fluid kann von jeder geeigneten Art sein. Vorzugsweise weist der Einlaß jedoch ein Gehäuse auf, das in zwei getrennte Gehäuse unterteilt ist, durch eine geeignete Abteilung, wobei jedes Gehäuse eine Reihe von Schlitzen besitzt und jeder Schlitz mit einem zugeordneten Strömungsweg der Zentraleinheit in Verbindung steht. Ein Gehäuse kann eine Einlaßleitung besitzen und das andere Gehäuse eine Auslaßleitung.
Wenn es erwünscht ist können genauso Trennplatten verwendet werden, um angrenzend an ein Ende der Zentraleinheit angeordnet zu werden, um so die Fluidrichtung des Arbeits- wie auch des Prozeßfluids umzukehren oder zu ändern. Desgleichen können End- oder Seitenplatten Leitungen vorgesehen sein, die sicherstellen, wenn sie angrenzend oder zugeordnet zu einem Ende oder einer Seite der Zentraleinheit sind, daß das Prozeßfluid und das Arbeitsfluid dem gewünschten geschlängelten oder gewundeten Weg, wie oben beschrieben, folgen. In manchen Fällen können die Strömungswege progressiv zunehmende Abmessungen haben oder eine Querschnittsfläche von einem Ende zu dem anderen, so, um für eine Zustandsänderung der Fluide Vorsorge zu treffen, wobei Gas bspw. in Flüssigkeit gewandelt werden kann oder umgekehrt, und genauso für eine Änderung des Zustandes von fest zu gasförmig oder umgekehrt
Desgleichen werden in den meisten Fällen Abdichtungsmittel erforderlich sein, um die Strömungswege des Arbeitsfluides von angrenzenden Strömungswegen für das Prozeßfluid abzudichten. Normalerweise weisen solche Dichtungsmittel kontinuierliche Dichtungen auf, so wie etwa Umfangsdichtungen.
Es wird nun Bezug genommen auf eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung, wie sie in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist auf der zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht der entsprechenden Komponenten einer ersten Art von Wärmetauscher, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht jeweiliger Komponenten einer zweiten Art von Wärmetauscher aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht jeweiliger Komponenten eines dritten Typs von Wärmetauscher, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Wärmetauschers, der in Fig. 3 dargestellt ist, die die Strömungswege des Prozeßfluids zeigt;
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Wärmetauscher, der in Fig. 3 dargestellt ist, zeigend die Strömungswege des Betriebsfluids;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer vierten Art von Wärmetauscher, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer Umkehrleitung für das Prozeßfluid, für den in Fig. 6 dargestellten Wärmetauscher;
Fig. 8 eine Seitenansicht einer Einlaß-Auslaßleitung für das Prozeßfluid des in Fig. 6 dargestellten Wärmetauschers;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 6 dargestellten Wärmetauschers mit Leitungen, wie sie in den Fig. 7 und 8 dargestellt sind;
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, zeigend ein integrales Seite-an-Seite-System, das weitere Wärmetauscher besitzen kann, darin eingebaut durch horizontales Aufstellen;
Fig. 11 einen Wärmetauscher, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, zeigend eine vertikal aufgestellte Anordnung von zwei oder mehr Wärmetauschereinheiten;
Fig. 12 einen Wärmetauscher, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, auf - weisend eine Mehrzahl von modularen Zentralelementen;
Fig. 12a eine Detailansicht eines einzelnen Zentralelements;
Fig. 12b eine Explosionsdarstellung eines in Fig. 12 dargestellten Wärmetauschers;
Fig. 13 bis 22 verschiedene Formen von Wärmeaustauschereinheiten, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, darstellend verschiedene Strömungsrichtungen;
Fig. 23 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, zeigend eine spezifische Art von Abdichtmitteln;
Fig. 24 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, geeignet für die Trennung von Fetten und Ölen aus Emulsionen, zeigend eine Explosionsansicht der jeweiligen Komponenten desselben;
Fig. 25 eine Explosionsdarstellung einer abgeänderten Form eines Wärmetauschers, der in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut ist, zeigend vertikal aufgestellte Einlaß-/Auslaßkomponenten;
Fig. 26 eine Detailansicht einer alternativen Form von Abdichtmitteln zu denen, die in Fig. 25 verwendet sind;
Fig. 27 eine Explosionsansicht eines Wärmetauschers aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung und geeignet für einen Außenbordmotor;
Fig. 28 eine Explosionsdarstellung eines Wärmetauschers, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung und darstellend den Einbau aufgeteilter Wärmetauschermodule für eine Mehrzahl von verschiedenen Prozeßfluiden, die durch das Zentralelement strömen;
Fig. 28a eine Querschnittsansicht einer Fingerabdichtung, die in Fig. 28 entlang der Linie A-A verwendet ist;
Fig. 29 eine Explosionsdarstellung eines weiteren anderen Typs von Wärmetauscher, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, geeignet für die kraftfahrzeugtechnische Industrie;
Fig. 30 eine Explosionsdarstellung einer anderen Art von Wärmetauscher, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, geeignet für die Nahrungsmittelindustrie;
Fig. 31 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 30;
Fig. 32 einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 30;
Fig. 33 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschereinheit, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 34 bis 35 alternative Ansichten von verschiedenen Strömungsrichtungen einen Prozeßfluids und/oder eines Arbeitsfluids in Beziehung zu den Wärmetauschereinheiten, die in Fig. 33 dargestellt sind;
Fig. 36 eine weitere Art eines Zentralelements geeignet für eine Verwendung bei der hier beschriebenen Erfindung;
Fig. 37 eine perspektivische Ansicht eines Zentralelements, das in Fig. 36 dargestellt ist;
Fig. 38 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Art eines Zentralelements für eine Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung;
Fig. 39 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Platte für eine Verwendung in einem Zentralelement gemäß Fig. 38;
Fig. 40 eine Seitenansicht einer Platte gemäß Fig. 39, darstellend Strömungsrichtungen des Fluids, die durch Öffnungen in der Platte gehen; und
Fig. 41 perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, geeignet zur Erleichterung des Zustandswechsels der Fluide, die diesen durchsetzen.
In Fig. 1 ist eine Zentraleinheit 10 dargestellt, die eine Mehrzahl von Platten 11 aufweist, die untereinander durch Gurte 12 verbunden sind, zur Ausbildung einer Serie von parallelen Strömungswegen 16 und einer Vielzahl von Strömungswegen 17, die sich rechtwinklig zu den Wegen 16 erstrecken. Desgleichen ist eine Prozeßfluideinlaß-Auslaßleitung 15 dargestellt, eine Betriebsfluideinlaßleitung 14 und eine Umkehrabdeckung oder -leitung 13 für das Prozeßfluid. Die Leitung 15 besitzt einen Einlaß 18 für das Prozeßfluid, der mit jeder geeigneten Röhre oder Leitung verbindbar ist, und einen Auslaß 21. Das Prozeßfluid strömt durch den Einlaß 18, entlang eines entsprechenden Weges 16 des Zentralelementes 10, weiter in einen zweiten Weg 16 durch einen Einschnitt 22 in der Abdeckung 13, weiter in einen dritten Weg 16 durch einen Einschnitt 19 in der Leitung 15, und in der Folge durch einen Einschnitt 23 der Abdeckung 13, einen Einschnitt 20 der Leitung 15, einen Einschnitt 24 der Abdeckung 13 und nach außen durch den Auslaß 21, nach einem Durchsetzen der entsprechenden Strömungswege 16 in der Zentraleinheit 10, bevor es durch den Auslaß 21 austritt.
Das Betriebsfluid tritt durch den Einlaß 9 der Leitung 14 ein, dann durch den oberen Strömungsweg 17 in der Zentraleinheit 11, durch einen Einschnitt in einen Auslaß für eine Betriebsfluidleitung, ähnlich der Leitung 14, aber angeordnet in entgegengesetzter Weise (aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt), und dann durch die Einschnitte 8, 7 und 6 und nach außen durch einen Auslaß in einer Auslaßleitung für das Betriebsfluid, die nicht dargestellt ist, nach einem Durchsatz durch die miteinander ausgerichteten Strömungswege 17 in der Zentraleinheit 10.
In Fig. 2 ist eine Zentraleinheit 10A dargestellt, die eine Serie von parallelen Strömungswegen 25 für das Betriebsfluid besitzt und eine Mehrzahl von parallelen Strömungswegen 26 für das Prozeß- oder Verfahrensfluid. Die Zentraleinheit 10A weist Klappen 11A auf, die miteinander durch Aussteifungen 12A verbunden sind. Desgleichen ist eine Leitung 33 gezeigt, eine Umkehrkammer oder ein Umkehrelement 29 und eine Leitung 30. Wie durch die Pfeile bei der Zentraleinheit 11A dargestellt, tritt das Betriebsfluid durch den Einlaß 23A der Leitung 33 ein, strömt dann in dem obersten Strömungsweg 25, durch den obersten Strömungsweg 27 in das Umkehrelement 29, durch einen Einschnitt 31 in der Leitung 30, und durch einen zweiten Strömungsweg 25, bis eine zusätzliche Umkehrkammer oder ein Umkehrelement (nicht dargestellt) erreicht ist, die ähnlich dem Element 29 sind. Dieses zusätzliche Umkehrelement bewirkt, daß das Fluid dann in den Einschnitt bzw. die Aussparung 36 strömt und nachfolgend durch die Aussparung 31A in der Leitung bzw. dem Leitungssystem 30, durch die Aussparung 36B in dem Leitungssystem 33, die Aussparung 31B in dem Leitungssystem 30, die Aussparung 36C in dem Leitungssystem 33 und schließlich nach außen durch den Auslaß 30A in dem Leitungssystem 30, mit entsprechenden Strömungswegen 25 in der Zentraleinheit 10A und Strömungswegen 27 in der Umkehrkammer 29. Die Richtung des Strömungsweges des Betriebsfluids ist durch Pfeile dargestellt, die in die Seitenwand 12B eingefügt sind.
In einer ähnlichen Weise tritt das Prozeßfluid durch den Einlaß 22A ein, mit dem obersten Strömungsweg 26, dem obersten Strömungsweg 28 in dem Umkehrelement 29, durch die Aussparung 32 in dem Leitungssystem 30 und nachfolgend durch die Aussparung 24A in dem Leitungssystem 33, die Aussparung 32A in dem Leitungssystem 30, die Aussparung 34B in dem Leitungssystem 33, die Aussparung 32B in dem Leitungssystem 30 und schließlich nach außen durch den Auslaß 35 in dem Leitungssystem 33 nach einem Durchsetzen durch miteinander ausgerichtete Strömungswege 26 in der Zentraleinheit 10A und 28 in der Umkehrkammer 29. Die Richtung des Strömungsweges des Prozeßfluids ist durch die Pfeile dargestellt, die mit den Strömungswegen 26 ausgerichtet sind.
In Bezug auf die Fig. 3, 4 und 5 ist eine Zentraleinheit 38 dargestellt, einschließlich vertikal orientierter Strömungswege 44 und horizontal ausgerichteter Strömungswege 45. Die Strömungsrichtung des Prozeßfluids ist durch Pfeile dargestellt, die mit den Strömungswegen 45 ausgerichtet sind und die Strömungsrichtung des Betriebsfluids ist durch Pfeile dargestellt, die mit den Strömungswegen 44 ausgerichtet sind. Es sind desgleichen obere und untere Leitungssysteme 39 und 40 angedeutet, und gegenüberliegende Seiten-Leitungssysteme 37 und 41. Das Leitungssystem 37 weist einen Auslaß 43 und eine Mehrzahl von Aussparungen 48 auf. Das Leitungssystem 37 weist desgleichen einen Einlaß 46 auf. Das Leitungssystem 41 weist eine Mehrzahl von Aussparungen 47 auf. Das Leitungssystem 39 weist einen Einlaß 42 und eine Mehrzahl von Aussparungen 49 auf, während das Leitungssystem 40 eine Mehrzahl von Aussparungen 50 aufweist. Das Leitungssystem 39 weist desgleichen einen (nicht dargestellten) Auslaß auf. Wie in Fig. 4 dargestellt, strömt Prozeßfluid durch den Einlaß 42 und die Strömungswege 44 über die Aussparungen 50 und 49. Wie in Fig. 5 dargestellt, strömt Betriebsfluid durch den Einlaß 46 und die Strömungswege 45 über die Aussparungen 47 und 48 zu dem Auslaß 43.
In den Fig. 6 bis 9 ist eine weitere Art eines Wärmetauschers dargestellt, aufweisend eine Zentraleinheit 51, ein Leitungssystem 52 mit einem Ein- und Auslaß für das Betriebsfluid, ein Umkehrleitungssystem 53, ein Leitungssystem 54 mit einem Ein- und Auslaß für das Prozeßfluid und ein Umkehr-Leitungssystem 55A.
Wie am besten in Fig. 9 dargestellt, sind die Leitungssysteme 52 und 55A, wie gezeigt, in Beziehung zu der Zentraleinheit 51 angeordnet, so daß die Strömungswege 59 des Leitungssystems 55A quer ausgerichtet sind oder senkrecht zu den Strömungswegen 55B des Leitungssystems 52. in einer ähnlichen Weise sind die Leitungssysteme 53 und 54, wie gezeigt, in Beziehung zu der Zentraleinheit 51 angeordnet, so daß die Strömungswege 59A des Leitungssystems 54 senkrecht zu den Strömungswegen 55C des Leitungssystems 53 ausgerichtet sind.
Wenn die Leitungssysteme 52 und 55A und 53 und 54 wie beschrieben, angeordnet werden, oberhalb und in Verbindung mit der Zentraleinheit 51, haben die Strömungswege des Betriebsfluids wie auch des Prozeßfluids Richtungen, wie sie durch die Pfeile in den Fig. 6 bis 9 angedeutet sind.
So tritt das Prozeßfluid in den Wärmetauscher durch den Einlaß 58 ein, geht dann durch die Strömungswege 59A, darauf durch die ausgerichteten Strömungswege in der Zentraleinheit 51 (nicht dargestellt) zu den Strömungswegen 59 in dem Leitungssystem 55A, dann zurück in die Zentraleinheit 51. Das Prozeßfluid strömt dann durch die (nicht dargestellten) ausgerichteten Strömungswege mit den Strömungswegen 59 und nachfolgend in die Strömungswege 59A des Leitungssystems 54, die mit dem Auslaß 60 ausgerichtet sind.
Mit Bezug auf das Betriebsfluid ist festzustellen, daß dieses von dem Einlaß 56 in dem Leitungssystem 52 durch die ausgerichteten Strömungswege 55B strömt, dann durch entsprechende (nicht dargestellte) Strömungswege der Zentraleinheit 51, dann durch die Strömungswege 55C des Leitungssystems 53 und zurück in die Zentraleinheit 51 durch entsprechende (nicht dargestellte) Strömungswege zu Wegen 55B in dem Leitungssystem 52 und zurück durch die Zentraleinheit 51 zu Leitungswegen 55C und schließlich in den Auslaß 57, nach einem schließlichen Durchgang durch die Zentraleinheit 51, wie in Fig. 6 dargestellt.
Die Anordnung, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, ist eine Seite-an-Seite-Anordnung der von Wärmetauschereinheiten 61, aufweisend Zentraleinheiten 62 und Einlaß-/Auslaßleitungssysteme 64. Die Richtung eines Strömungswegs des Betriebsfluids ist durch den Buchstaben 0 dargestellt und der Strömungsweg des Prozeßfluids ist durch den Buchstaben P dargestellt. Weitere Einheiten 61 können in das System eingegliedert werden auf jeder Seite der dargestellten Anordnung, um so einen Wärmetauscher zu bilden, der durch eine Mehrzahl von Einheiten 61 durch horizontales Aufstellen gestaltet ist. Alternative Strömungen für das Prozeßfluid sind in gestrichelten Linien dargestellt und angedeutet durch die Buchstaben P1.
Fig. 11 zeigt einen Wärmetauscher, der durch eine vertikal aufgestellte Anordnung gebildet ist, wobei Einheiten durch die Zentraleinheiten 61 gestaltet sind, durch Einlaß-/Auslaßmodule 67, Endplatten 68 und Dichtungen 70, die, wie dargestellt, miteinander durch (nicht dargestellte) Bolzen oder andere Befestigungsmittel verbunden sind, die sich durch Verbindungsöffnungen 69 erstrecken.
Die Einlaß-/Auslaßöffnungen sind durch die Bezugsziffern 71 angedeutet und jede Endplatte 68 weist Strömungsschlitze 72 auf, wie dies auch die Dichtungen 70 tun.
Eine Schlußplatte 76 vervollständigt ein Ende der Anordnung. Es sind desgleichen Verstärkungsstangen 73 für die Zentraleinheiten 66 einbezogen und eine Dichtung 75 für die Schlußplatte 76. Eine oder mehrere (nicht dargestellte) Zwischenwände können eingebaut sein in die Module 67, wenn eine Vielströmungsanordnung beabsichtigt ist. Die Buchstaben P und 0 in der Fig. 10 zeigen Strömungswegrichtungen des Prozeßfluids bzw. des Betriebsfluids.
In Fig. 12 ist eine Zentraleinheit dargestellt, die eine Mehrzahl von Zentraleinheitsplatten 74 und 74A aufweist, in vertikal aufgestellter Anordnung. Jede Zentraleinheitsplatte 74 und 74 ist hohlkörperartig und besitzt diagonal gegenüberliegende Eintrittsmündungen 85. Die Anordnung zeigt Zentraleinheitsendplatten 74 Zentraleinheitsmittelplatten 74A, die mit integralen Vorsprüngen 63 ausgestattet sind. Versteifungsstangen 82 sind zwischen die Zentraleinheitsplatten eingebaut. Es sind desgleichen Befestigungsplatten dargestellt, die einen Basisflansch 77 und einen sich nach oben erstreckenden Flansch 78 aufweisen, die an der Spitze und am Boden der Zentraleinheitsplattenanordnung angeordnet sind, an gegenüberliegenden Seiten derselben, wie dargestellt.
In einer Richtung geht das Fluid durch den Einlaßmodul 80A und folgt dem dargestellten Weg durch die Anordnung der Zentraleinheitsplatten 74 und 74A. Das Fluid geht in diesem Fall aufeinanderfolgend durch die Mündungen 74 des Einlaßmoduls 80A und die Mündungen 65A des Auslaßmoduls 80B. Der Modul 80A kann natürlich ein Auslaßmodul sein und der Modul 80B kann ein Einlaßmodul sein und dies ist angedeutet durch die Pfeilköpfe in gestrichelter Ausführung. Für diesen Fall ist der Einfachheit halber nur ein Fluidströmungsweg dargestellt. 81 bezeichnet eine alternative Art eines Moduls in gestrichelter Ausführung, für eine alternative Richtung in dem Strömungsweg. Schläuche 80 verbinden die Mündungen 85 mit den Modulen 80A und 80B durch die Mündungen 64 und 65. Die Module 80A und 80B können durch (nicht dargestellte) Führungen ersetzt werden, wenn es erforderlich ist.
In gestrichelter Auszeichnung ist ein Ausluß-/Einlaßmodul 92 dargestellt, der Einlaß-/Auslaßöffnungen 90 und 91 aufweist und eine Endplatte 89. Desgleichen ist eine Abdichtung 83 dargestellt, die mit Ausnehmungen 88 in der Zentraleinheitsanordnung zusammenwirkt, die durch die Platten 74 und 74A gebildet ist. Wie besser in den Fig. 12A und 12B dargestellt, sind desgleichen Abdichtungshalterungen 84 zur Anordnung vorgesehen,. die mit entsprechenden Fassungen 84B der Umfangsdichtungen 84D zusammenwirken, die lösbar an den Platten 74A angebracht sind. Die Abdichtung 83 wird abgestützt auf den Oberflächen 84A der Endplatten 74 und der Oberfläche 84C, wie dargestellt. Zwischenplatten 74A sind vorgesehen mit Befestigungsvorsprüngen 63, die von der Endplatte 89 beabstandet sind aber an dieser durch (nicht dargestellte) Bolzen oder andere Befestigungsmittel angebracht sind. Der Umkehrmodul 79 ist mit einer Endplatte 79A vorgesehen, und die Leitungssysteme 79 und 92, die gestrichelt dargestellt sind, stellen einen Strömungsweg für ein entsprechendes Arbeitsfluid dar.
Die Anordnung, die in den Fig. 12 bis 12B gezeigt ist, ist geeignet für die Lebensmittelindustrie und kann leicht auseinandergenommen werden, bezüglich ihrer Komponententeile, zur Reinigung, wie dies deutlich wird.
In den Austauschereinheiten, die in den Fig. 13 und 14 dargestellt sind, sind alternative Strömungswege für das Betriebsfluid (0) und das Prozeßfluid (P) dargestellt. In Fig. 13 strömt das Betriebsfluid durch die Module 95 und 96 und tritt durch die Schlitze 93 aus. Das Prozeßfluid geht durch die Module 95 und 96 und durch Austrittsöffnungen 94, die in dem Modul 96 angeordnet sind. In Fig. 14 strömt das Fluid durch eine Einlaß-/Auslaßöffnung 94A in den Modul 96A und strömt durch eine (nicht dargestellte) Einlaß-/Auslaßöffnung in dem Modul 95A. Die Anbringungsplatte 97A, in gestrichelter Darstellung, ist genau so dargestellt angrenzend an die Mündung 94A.
In Fig. 15 sind gegenüber den in den Fig. 13 und 14 dargestellten Strömungswegen unterschiedliche Strömungswege für das Prozeßfluid gezeigt. Die Zutrittsöffnungen 98 sind dargestellt und genau so sind dargestellt die Unterteilungen 97 in den Modulen 95B und 96B.
In Fig. 16 kann eine Vielzahl von Prozeßfluiden, die durch die Pfeile P1, P2 und P3 angedeutet sind, die angedeuteten Strömungswege verfolgen, die durch die Eintrittsöffnungen 99, 100 und 101 gehen. Unterteilungen 102, die in den Modulen 95C und 96C angeordnet sind, sind genau so dargestellt. P1 kann durch die Öffnung 103 austreten. Alternative Strömungswege sind desgleichen in gestrichelter Ausführung dargestellt.
In jeder der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten Einheiten, die die Zentralelemente 104 besitzen, sind Versteifungsstangen 73 einbezogen.
In den Fig. 17 bis 20 sind nochmals unterschiedliche Strömungswege für das Prozeßfluid (P) und das Betriebsfluid (0) dargestellt. Ähnliche Bezugszeichen sind verwendet mit 94, 94A und 94B, die Zugangsöffnungen für das Prozeßfluid, und mit 105 Zugangsöffnungen für das Betriebsfluid anzeigen. Unterteilungen 97 sind wiederum Bestandteil und eine Mehrzahl von Prozeßfluiden, dargestellt durch die Buchstaben P1, P2 und P3, unterteilt durch die Unterteilungen 102 und beschrieben zuvor in Fig. 16, sind in Fig. 20 dargestellt, Endplatten 106 sind an jedem angrenzenden Modul angebracht.
Die Bezugszeichen für die jeweiligen Module sind in den Fig. 16 bis 20 der Einfachheit halber weggelassen.
In den Fig. 21 und 22 sind nochmals weitere alternative Strömungswege für das Prozeßfluid P und das Betriebsfluid 0 dargestellt. Die Konstruktion der Wärmetauscher 121 und 122 soll nicht in Einzelheit beschrieben werden, da sie vergleichbar ist mit derjenigen der zuvor beschriebenen mit Bezug auf die Fig. 13 bis 20. Der Strömungsweg für das Betriebsfluid ist in jedem Fall ein einfacher Weg.
In Fig. 23 ist ein Zentraleinheitselement 110 dargestellt, mit Endschlitzen 112, die geeignet sind, ein Abdichtungselement 107 aufzunehmen, das Dichtungsfinger 109 besitzt, die an dem Grundteil 108, das mit den Schlitzen 112 zusammenpaßt, angebracht sind. Wenn es erwünscht ist, können die Dichtungsfinger 109 ein gewelltes Profil haben, wie es bei 109A dargestellt ist, geeignet, um mit einem gewellten Endschlitz 114 zusammenzupassen. Desgleichen sind gewellte Einschübe 114A dargestellt. Die Zentraleinheit 110 weist Längsverstärkungsrippen 113 auf und Umfangsstabilisierer oder ein Verstärkungselement 111. Desgleichen ist ein Modul 115 dargestellt, der eine Unterteilung 117 besitzt, wenn erwünscht, in gestrichelter Darstellung, und einen Flansch 116, um das Dichtelement 107 abzustützen. Der Modul 115 kann eine alternative Gestalt 119 besitzen, die in gestichelter Darstellung gezeigt ist, mit einem Umfangsflansch 118 und Anbringungsöffnungen 120. Der Modul 119 kann Einlaß-Auslaßöffnungen 119A aufweisen.
Fig. 24 zeigt eine Querströmungsanordnung mit einem Betriebsfluid, das durch den Einlaßmodul 123 eintritt, durch das Zentralelemente 125 geht, in der Richtung, die durch die Verstärkungsrippen 131 dargestellt ist, und dann durch das Auslaßmodul 126 austritt. Das Prozeßfluid tritt durch den Einlaßmodul 127 durch die Abdichtung 128 ein, und strömt dann durch das Zentralelement 125, rechtwinklig zu dem Betriebsfluid durch die Verstärkungsrippen 130 und nach außen durch den Auslaßmodul 127A, nachdem es die Abdichtung 128 durchströmt hat. Desgleichen sind Abdichtungen 124 und Unterteilungsaussparungen 129 in den Modulen 127 und 127A dargestellt. Modul 127 besitzt eine Öffnung 127B und Modul 126 eine Öffnung 126A.
Fig. 25 zeigt eine weitere Form von Abdichtungsmitteln für einen Wärmetauscher, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Desgleichen ist eine Zentraleinheit 132 dargestellt, die Verstärkungsrippen 133 und Fingerabdichtungen 134 besitzt, die in den (der Einfachheit halber nicht dargestellten) Aussparungen in jedem Ende des Zentralelementes 132 anzuordnen sind. Bei dieser Ausführung ist jede Rippe 133 unterhalb der Ebene der Zentraleinheit 132 angeordnet, für eine Anpassung an die Abdichtungen 134. Die Modulkomponenten 135, die Fluidzugangsschlitze 136 besitzen, sind an jedem Ende des Zentralelementes 132 vorgesehen und dargestellt. Das Zentralelement 132 besitzt Zugangsschlitze 138, die mit den Öffnungen 136 ausgerichtet sind.
Fig. 26 zeigt eine alternative Abdichtungsanordnung, bei der eine Faltdichtung oder eine Nahtdichtung 136A verwendet werden kann anstelle von Fingerabdichtungen 134.
Als eine spezifische Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 27 einen Wärmetauscher, der für einen Außenbordmotor geeignet ist. Rohwasser oder Seewasser (RW) tritt durch die Öffnung 135A des Einlaßmoduls 135 ein, wie dies durch (nicht dargestellte) Schlitze an der Unterfläche des Zentralelements 137 dargestellt ist, dann tritt es aus durch Schlitze 146 in der oberen Oberfläche des Zentralelements 137 und nach außen durch eine Öffnung 145A des Auslaßmoduls 145. Andererseits tritt Maschinenwasser (EW) in den Einlaßmodul 143 durch die Öffnung 143A ein, geht dann durch die Öffnung 142 der Abdichtung 142 in das Zentralelement 137 durch die Schlitze 138, und tritt aus dem Zentralelement 137 durch die Schlitze 138 aus und durch die Öffnung 141A der Abdichtung 141, dann durch eine (nicht dargestellte) rückwärtige Öffnung des Moduls 140 oberhalb der Unterteilung 146, und dann nach außen durch die Öffnung 140A, weiter durch ein Einwegventil 144, durch eine Öffnung 143B des Moduls 143, durch eine Öffnung 142B der Abdichtung 142, dann durch Schlitze 138 des Zentralelements 137 und schließlich durch eine Öffnung 141B der Abdichtung 141, die sich unterhalb der Unterteilung 146 befindet, und nach außen durch die Auslaßöffnung 140B des Moduls 140. Die Schlitze 148 des Zentralelements 137 sind voneinander getrennt, dadurch daß gesonderte (nicht dargestellte) Strömungswege in dem Zentralelement 137 vorgesehen sind. Desgleichen sind Abdichtungen 136 und 144 einbezogen, wie dargestellt. Die Zirkulation des Maschinenwassers (EW) von der Spitze des Zentralelements 137 zum Boden desselben durch das Einwegventil 144 kommt zustande durch eine Venturiwirkung wie dargestellt, verursacht durch den Druck der Maschinenwasserströmung. Desgleichen sind Wandunterstützungen oder Verstärkungsrippen 139 des Zentralelements 137 einbezogen.
In Fig. 28 ist ein Zentralelement 156 dargestellt, das Eintrittsschlitze 158, Strömungsteilungs- oder Verstärkungsstangen 157 und Umfangsstabilisierer oder -abstützungen 159 besitzt. Die Fingerabdichtungen 152, die einen Querschnitt besitzen, wie in Fig. 28A dargestellt, sind in Aussparungen oben an dem Zentralelement 156 angeordnet, wobei Stangen 157 unterhalb der Endebene des Zentralelements 156 angeordnet sind. Die Platten 153, 154 und 155 dienen als Abdeckplatten und sind auf der Leiste 168 des Leitungssystems 151 abgestützt. Das Leitungssystem 151 ist geeignet für Vielströmungsanwendungen und besitzt in dieser Hinsicht Unterteilungen 161 und 162, und eine Leiste 160, wie dargestellt. Desgleichen sind Eintrittsöffnungen 163, 164 und 165 dargestellt.
Der Einlaß-/Auslaßmodul 147 besitzt eine Eingangsöffnung 148 und Anbringungsöffnungen 150, die an der Endplatte 166 des Leitungssystems 151 angebracht sein können, wie dargestellt. Die Endplatte 166 kann Öffnungen 167 haben, die mit den Öffnungen 150 des Moduls 147 und der Abdichtung 149 für Anbringungszwecke ausgerichtet sein können.
Eine andere Art von Wärmetauscher, aufgebaut in Übereinstimmung mit der Erfindung, ist in Fig. 29 dargestellt. Fingerabdichtungen 169 sind, wie schon zuvor beschrieben, in dem Zentralelement 177 angeordnet. Der Modul 170 besitzt eine Endplatte 171 mit Anbringungsöffnungen 172 und ist mit einem Eintrittsschlitz 184 versehen, und Zugangsöffnungen 173, 174 und 175. Die Unterteilung 176 ist zwischen den Öffnungen 174 und 175 vorgesehen. Das Zentralelement 177 ist mit Längsverstärkungsstangen oder Unterteilern 179 versehen. Desgleichen sind Eintrittsschlitze 178 vorgesehen.
Der Modul 180 besitzt einen Eintrittsschlitz 183 und eine Aussparung 182. Desgleichen ist in gestrichelter Zeichnung eine Endplatte 181 dargestellt. Eine Aussparung 182 besitzt eine Zugangsöffnung 182A.
Eine andere Art von Wärmetauscher ist in Fig. 30 dargestellt, bei der das Leitungssystem 185 einen Eintrittsschlitz 186 besitzt, der Strömungswege 188 aufweist. Das Leitungssystem 185 ist mit einer Aussparung 187 versehen, die keine sonderliche Funktion hat, aber sich in wirtschaftlicher Produktion auswirkt, wegen einer Einsparung von Material, wenn erforderlich. Die Unterteilung 194 ist desgleichen dargestellt. Die Abdichtung 189 ist zwischen den Endplatten 191 und 192 des Zentralelements 190 und dem Leitungssystem 185 angeordnet, wie dargestellt. Das Zentralelement 190 ist mit Verstärkungsstangen oder Strömungsunterteilern 193 versehen.
Fig. 31 zeigt ein Querschnittsprofil der Abdichtung 189 durch A-A in Fig. 30 und Fig. 32 zeigt die Zusammenwirkung des Leitungssystems 185 mit dem Zentralelement 190, mit einer Umfangsdichtung 195, die dazwischen angeordnet ist.
In Fig. 33 ist ein Wärmetauscher 196 dargestellt, der in einer ähnlichen Weise konstruiert ist wie zuvor beschrieben, auf der Strömungswege für das Betriebsfluid (0) und das Prozeßfluid (P) dargestellt sind.
Fig. 34 zeigt eine schematische Ansicht eines der Strömungswege, die in Fig. 33 dargestellt sind, für ein Neun-Kanal-System, und Fig. 35 ist eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 34 aber mit besonderem Bezug zu einem Vierzehn-Kanal-System,
Die Fig. 36 und 37 zeigen ein Zentralelement 197, das aus miteinander verbundenen Komponenten 198 oder 198A besteht, die geschweißt, gegossen oder lösbar aneinander angebracht sind, Stecker-aufnahmeartig. Desgleichen sind seitliche Eintrittsöffnungen 199 und 200 dargestellt, die eine unterschiedliche Gestalt haben und unterschiedliche Arten zu denen sind, die verwendet werden können. Desgleichen sind Längsplatten 201 dargestellt, die die Anordnung besitzen, wie in Fig. 36 in gestrichelter Linie dargestellt, oder Platten 202, die in vollausgezogenen Linien dargestellt sind, die wiederum alternative Arten sind. Die Platten 201 oder 202 bilden geeignete Strömungsunterteiler, um so Strömungskanäle unterschiedlichen Querschnittes zu bilden, sowie z. B. Strömungskanäle 203, 203A und 204, wie dargestellt.
In Fig. 38 ist eine alternative Art eines Zentralelementes dargestellt, das gewellte Platten 205 und Öffnungen 206 besitzt. Eintrittsöffnungen 207 und 208 sind desgleichen dargestellt. Die Strömungskanäle 209 und 210 sind desgleichen dargestellt, die wiederum alternative Ausgestaltungen gegenüber den Strömungskanälen 211 und 212 aufweisen. Dadurch, daß gewellte Platten vorgesehen sind, ergibt sich eine Strömungsausbildung, wie sie in gestrichelten Linien in Fig. 40 dargestellt ist und es bedeutet, daß die wirksame Innenfläche des Zentralelements bedeutend vergrößert ist, was eine längere Verweilzeit für die Fluide bedeutet, wenn sie das Zentralelement durchsetzen.
In Fig. 41 ist ein Wärmetauscher dargestellt, der ein Zentralelement 213 und Einlaß-/Auslaßkomponenten 214 und 215 besitzt. Jede Komponente 214 und 215 weist Unterteilungen 216 in den Aussparungen 217 auf. Das Zentralelement 213 besitzt Längsverstärkungsstangen 222 und zwei Gruppen von Strömungswegen 219 und 220 ansteigend zunehmender Abmessungen, wie dargestellt. Desgleichen sind Strömungsschlitze 221 dargestellt, die mit den Komponenten 214 zusammenpassen und Strömungsschlitze 223, die mit den Komponenten 215 zusammenpassen, wie dargestellt. Die unterschiedlichen Strömungswege des Betriebs- oder Arbeitsfluids sind durch den Buchstaben 0 und des Prozeßfluids durch den Buchstaben P bezeichnet.
Die Strömungswege 219 und 220 erleichtern dadurch, daß sie zunehmend ansteigende oder abnehmende Abmessungen von einem zum anderen Ende haben, den Wechsel des Zustands des Fluids, beispielsweise von gasförmig zu flüssig, gasförmig zu fest oder flüssig zu fest und umgekehrt.
Wie es deutlich wird aus den vorstehenden Ausführungen, kann die Erfindung unter einem Aspekt auch Wärmetauscher zur Verfügung stellen, die eine größere Fähigkeit haben, Drücken in der Größenordnung von zumindest 2,5 p.s.i. (17,2·10³ N/m²) zu widerstehen, geeigneterweise auch etwa 5 p.s.i. (34,4·10&sup0; N/m²), und am meisten bevorzugt zumindest 10 p.s.i. (68,8·10³ N/m²). Diese Drücke beziehen sich auf den Druck, der im Inneren des Zentralelementes erzeugt wird, wenn das Prozeßfluid und das Betriebs- (oder Arbeits-)fluid dieses durchsetzen.
Die Zentralelemente, wie sie zuvor beschrieben sind, können mit sich längserstreckenden Stäben oder Platten versehen sein, die desgleichen als Strömungsteiler dienen können und eine Mehrzahl von aneinandergrenzenden Strömungskanälen ergeben. Diese sind beschrieben worden mit Bezug zu den oben erwähnten Zeichnungen. Desgleichen können Umfangsabstützungs- oder Stabilisierungselemente vorgesehen sein, die desgleichen mit Bezug zu den vorerwähnten Zeichnungen erwähnt sind.
Es soll desgleichen hervorgehoben werden, daß die Wärmetauscher gemäß der Erfindung mit einer Vielzahl von verschiedenen Betriebs- oder Prozeßfluiden verwendet werden können. Bei dieser Ausführungsform kann der Einlaß-/Auslaßmodul oder der Umkehrmodul, wo er vorgesehen ist, mit geeigneten Unterteilungen vorgesehen sein, um die Module in eine Anzahl von Kammern zu unterteilen, die gleich sind zu der Anzahl der verschiedenen Fluide, die durch den Wärmetauscher erhitzt werden.
Wenn es in dieser Weise modifiziert ist und wenn ein Zentralelement verwendet wird, wie es zuvor mit Bezug zu Fig. 2 beschrieben ist, kann ein Wärmetauscher in Übereinstimmung mit der Erfindung in einem Einlaß- oder Auslaßleitungssystem eines Autos oder eines Motors angeordnet werden, oder in einem Heizkörperbehältnis sowohl für industrielle Motoren wie auch für Automobilmotoren, um sowohl Durchgangsöl wie auch Motorenöl zu kühlen, die als zwei verschiedene Prozeßfluide verstanden werden können. In diesem Fall kann das Betriebsfluid Wasser sein.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, wie sie zuvor beschrieben ist, können Abdichtungsmittel vorgesehen sein, die jedem Ende eines Zentralelements eines Fluidströmungsgerätes, das in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut ist, zugeordnet sind, wobei jedes Ende eines Zentralelements eine Mehrzahl von langgestreckten Schlitzen aufweisen kann, und wobei jeder Schlitz in einem jeweiligen Strömungsweg in dem Zentralelement auslaufen kann, das Strömungswege für das Betriebs- wie das Prozeßfluid aufweisen kann.
Bei dieser Ausführungsform können Abdichtungselemente vorgesehen sein, die eine Mehrzahl von Fingern aufweisen, wobei jeder Finger in einen jeweiligen langgestreckten Schlitz eingreifen kann, in einer Weise, um den Durchgang von Prozeß- und/oder Betriebsfluid von einem Strömungsweg zu einem angrenzenden Strömungsweg in dem Zentralelement zu ermöglichen.
Vorzugsweise weist jedes der Abdichtungselemente einen Grundbereich auf, von dem die Finger sich nach außen erstrecken können. Ein geeignetes Zentralelement für eine Verwendung in diesem Zusammenhang gemäß der Erfindung kann das sein, das zuvor in Bezug auf Fig. 2 beschrieben ist. Jedes Ende des Zentralelements kann mit einer Mehrzahl von im wesentlichen U-förmigen Schlitzen vorgesehen sein, wobei jeder Schlitz an einem Längsende abgedichtet ist und an dem anderen offen ist. Bei dieser Anordnung können die jeweiligen Finger von einem oder einem Paar der gegenüberliegenden Dichtungselemente, wie zuvor beschrieben, in die zusammenpassende Gruppe von Schlitzen durch die jeweiligen offenen Enden derselben eingeführt sein. Jeder Finger kann von dem Grundteil seines U-förmigen Schlitzes, in den er eingreift, beabstandet sein, um so einen Abstand für das Betriebsfluid von einem Strömungsweg in dem Zentralelement zu einem angrenzenden Strömungsweg zu ergeben.
Bei dieser Anordnung kann genau so ein Paar von gegenüberliegenden Leitungssystemen vorgesehen sein, die lösbar aneinander gesichert sind und die zuvor erwähnten Dichtelemente in ihrer Stellung zurückhalten. Geeigneterweise ist desgleichen eine Abdeckplatte vorgesehen, die lösbar an einem Paar von Leitungssystemkomponenten angebracht ist und wahlweise eine Abdichtung, die zwischen einem Ende des Zentralelementes und der Abdeckplatte zwischengeschaltet ist.
In Bezug auf die Wärmetauscher, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, soll betont werden, daß für N Wege für das Prozeßfluid durch das Zentralelement N + 1 (Wege für das Betriebsfluid) vorgesehen sind oder umgekehrt.
Beispiele für die Prozeßfluide, die in dem Wärmetauscher gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind Flüssigkeiten wie etwa Motorenöl, Transmissionsöl und Gase sowie beispielsweise Luft. Ein geeignetes Betriebsfluid ist Wasser.
Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung hat sich als vorteilhaft für Anwendungen in der Marine herausgestellt, für industrielle Anwendungen und für Behandlungen von Abfall- oder Prozeßfluiden, sowie etwa der Rückgewinnung von Fetten.
Indem eine maximale Übertragung von Wärmeenergie möglich gemacht wird, indem aus der verfügbaren Arbeitsfläche des Gerätes maximaler Nutzen gezogen wird, wird man in die Lage versetzt, eine wirksamere Steuerung der anderen Fluidparameter zu erhalten, wie z. B. der Strömungsgeschwindigkeit, der Strömungsverteilung und des Temperaturgradienten.

Claims

1. Wärmetauscher, aufweisend ein Zentralelement (10, 10A, 38, 51, 62, 66, 104, 110, 121, 122, 125, 132, 137, 156, 177, 190, 197, 213), mit einer Vielzahl von im wesentlichen parallelen Platten (11, 11A, 74, 74A, 205), in aufgestellter Beziehung, um so eine Vielzahl von Strömungswegen (17, 25, 44, 209, 211, 219) für ein Arbeitsfluid zu bilden, abwechselnd mit einer Vielzahl von Strömungswegen (16, 26, 45, 210, 212, 220) für ein Prozeßfluid, wobei weiter die Anordnung so getroffen ist, daß, im Gebrauch, ein Fluid zumindest zwei Wege durch das Zentralelement in unterschiedlichen Strömungswegen nacheinander macht, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid von jedem Weg außerhalb des Zentralelements austreten kann, und zumindest ein Umlenkungselement (13, 14, 15, 29, 30, 33, 37, 39, 40, 41, 52, 53, 55A, 64, 67, 79, 80A, 80B, 81, 92, 95, 95A, 95B, 95C, 96, 96A, 96B, 96C, 127, 127A, 135, 140, 143, 151, 170, 180, 185, 214, 215) an dem Zentralelement angebracht ist, angrenzend an eine Gruppe von Öffnungen entsprechend zu dem Prozeßfluid oder dem Arbeitsfluid, so daß, bei Verwendung, das Fluid zurückgeleitet wird durch das Zentralelement, um so zumindest zwei Wege durch dieses in unterschiedlichen Strömungswegen, seriell, zu ergeben, wobei die spezifische Nebeneinanderanordnung des Zentralelementes und des zumindest einen Umlenkungselementes gesondert die Richtung des Prozeßfluids oder des Arbeitsfluids steuert, das durch den Wärmetauscher strömt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei jeder Strömungsweg ein Paar von entgegengesetzten Seiten und ein Paar von entgegengesetzten Enden besitzt, wobei die entgegengesetzten Enden und Seiten durch den Umfang des Zentralelementes gebildet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei die spezifische Nebeneinanderanordnung des Zentralelements (121, 122, 125, 137) und des zumindest einen Umlenkungselements (127, 127A, 140, 143) so getroffen ist, daß eines der Fluide, des Prozeßfluids oder des Arbeitsfluids, zumindest zwei Wege durch das Zentralelement durch verschiedene Strömungswege macht und das andere der beiden Fluide, des Prozeßfluids und des Arbeitsfluids, lediglich einen Weg durch das Zentralelement durch verschiedene Strömungswege macht.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zumindest ein Umkehrelement vorgesehen ist, das eine Einlaßkomponente (14, 33, 37, 52, 64, 80A, 92, 96, 127, 143, 170, 180, 214) aufweist und/oder eine Auslaßkomponente (15, 30, 39, 54, 67, 80B, 96, 96B, 127A, 140, 170, 180)

5. Wärmetausche nach Anspruch 4, wobei die Einlaßkomponente und/oder die Auslaßkomponente eine oder mehrere Unterteilungsaussparungen (6, 7, 8, 19, 20, 31, 31A, 31B, 32, 32A, 32B, 34A, 34B, 36, 36B, 36C, 48, 49, 129, 182, 217) aufweist, um den Wechsel in der Strömungsrichtung des Prozeßfluids und/oder des Arbeitsfluids zu bewirken.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4, wobei die Einlaßkomponente und/oder die Auslaßkomponente Umkehrströmungswege aufweist (55B, 59A) um die Strömung des Verfahrens- und/oder Arbeitsfluids durch das Zentralelement umzukehren nach einem Durchgang durch dasselbe.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die Umkehrwege (55B, 59A) einen gebogenen Bereich einschließen und ein Ende besitzen, das mit einem ersten Strömungsweg in dem Zentralelement ausgerichtet ist, und ein anderes Ende besitzen, das mit einem zweiten Strömungsweg in dem Zentralelement ausgerichtet ist.

8. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strömungsrichtungen durch das Zentralelement des Arbeitsfluids und des Prozeßfluids im wesentlichen parallel sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Strömungsrichtungen durch das Zentralelement des Arbeitsfluids und des Prozeßfluids senkrecht zueinander sind.

10. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Zentralelement (197) eine Mehrzahl von Zentralelementmodulen (198, 198A) aufweist, die in der Lage sind, miteinander verbunden zu werden, in einer Anordnung horizontal oder vertikal aufgestellt.

11. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Zentralelement mit Unterteilungsmitteln (97, 102) versehen ist, so daß eine Mehrzahl von verschiedenen Arbeitsfluiden oder Prozeßfluiden dieses durchsetzen kann.

12. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwei Strömungswege (219, 220) des Zentralelements progressiv ansteigende Querschnittsflächen haben, um so für einen Zustandswechsel der Fluide, die diese durchsetzen, Vorsorge zu treffen.

13. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einlaßkomponenten und/oder die Auslaßkomponenten des Wärmetauschers Komponentenmodule aufweisen, die lösbar aneinander angebracht sind.

14. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, gebildet durch vertikales oder horizontales Aufstellen aneinander angrenzender Einlaßkomponenten und aneinander angrenzender Auslaßkomponenten.

15. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Zentralelement mit sich längs erstreckenden Stangen oder Platten (73, 82, 113, 130, 131, 133, 157, 179, 193, 201, 202, 222) versehen ist, die als Strömungsunterteiler wirken und eine Mehrzahl von aneinander grenzenden Strömungswegen ergeben.

16. Wärmetauscher nach Anspruch 15, weiter aufweisend umfangsmäßige Abstützungs- oder Verstärkungselemente (68, 76, 111, 159).

17. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, einschließlich Abdichtungsmitteln (107), die einem angrenzenden Ende des Zentralelements zugeordnet sind, das eine Mehrzahl von langgestreckten Schlitzen (112, 114) besitzt, wobei jeder Schlitz einen jeweiligen Strömungsweg in dem Zentralelement begrenzt.

18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, wobei die Abdichtungsmittel eine Mehrzahl von Fingerelementen (109, 109A, 134, 152, 169) aufweisen, und jedes Fingerelement mit einem jeweiligen langgestreckten Schlitz zusammenwirken kann.