DE3939674A1 - POWDER METALLIC COMPONENTS IN MODULAR DESIGN - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft pulvermetallurgisch gefertigte Bauteile, insbesondere Wärmetauscher, gemäß Anspruch 1.The present invention relates to powder metallurgy manufactured components, especially heat exchangers, according to Claim 1.
Es sind pulvermetallurgisch gefertigte Wärmetauscher bekannt, bei denen die Wärmeleitung bzw. die Wärmeübertragungsleistung zwischen einer Wärme aufnehmenden Seite und einer Wärme abgebenden Seite dadurch verbessert ist, daß durch Sintern oder sinterähnliche Prozesse durchströmbare porige Packungen die aktiven Wärmetauschflächen vergrößert werden. So ist beispielsweise aus der DE-GM 72 27 102 ein Wärmetauscher bekannt, bei dem ein rohrförmiger Strömungskanal mit Sintermetall verfüllt ist und wobei der rohrförmige Strömungskanal mit einem schlauchförmigen Mantel aus Sintermetall umgeben ist, der wiederum von einem Gehäuse umschlossen wird. Eine ähnliche Konstruktion ist aus der DE-OS 14 42 601 sowie der DE-OS 34 35 319 bekannt. Bei der Konstruktion nach der DE-OS 34 35 319 ist zusätzlich noch das Sintermetall auf einer Seite des Wärmetauschers mit einer Katalysatorsubstanz überzogen, so daß katalytische Reaktoren vorliegen.They are heat exchangers manufactured using powder metallurgy known in which the heat conduction or Heat transfer performance between a heat absorbing Side and a heat-emitting side thereby improved is that by sintering or sinter-like processes porous packs through which the active Heat exchange surfaces are enlarged. For example from DE-GM 72 27 102 a heat exchanger known in which a tubular flow channel filled with sintered metal is and wherein the tubular flow channel with a tubular jacket made of sintered metal is surrounded, the is in turn enclosed by a housing. A similar Construction is from DE-OS 14 42 601 and DE-OS 34 35 319 known. In the construction according to DE-OS 34 35 319 is also the sintered metal on one side of the Heat exchanger covered with a catalyst substance, so that catalytic reactors are present.
Aufgrund der großen für den Wärmetausch aktiven Oberfläche des Sintermetalls weisen diese Wärmetauscher sehr hohe α- Werte bezogen auf die Fläche der die beiden Seiten der Wärmetauscher trennenden Rohrwandung auf. Nachteilig bei derartigen Wärmetauschern ist jedoch der vergleichsweise hohe Druckverlust in dem porösen Sintermetall bezogen auf die durchströmte Strecke.Because of the large surface active for heat exchange of sintered metal, these heat exchangers have very high α- Values related to the area of the both sides of the Heat exchanger separating pipe wall. A disadvantage of such heat exchangers is, however, comparatively high pressure loss in the porous sintered metal based on the flowed route.
Um zu hohe Druckverluste zu vermeiden ist es aus der DE-OS 19 02 229 bekannt, anstelle des feinporigen Sintermetalls gröbere Strukturen mit wesentlich größeren Porendurchmessern, insbesondere Kugelmatrix-Anordnungen zu verwenden. Bei diesem bekannten Wärmetauscher ist zwar der Druckverlust geringer als bei den vorstehend beschriebenen jedoch verschlechtert sich dadurch der α-Wert.To avoid excessive pressure drops it is from DE-OS 19 02 229 known, instead of the fine-pored sintered metal coarser structures with much larger ones Pore diameters, in particular spherical matrix arrangements use. In this known heat exchanger is the Pressure loss less than that described above however, the α value deteriorates as a result.
Ein weiterer Nachteil aller vorstehend beschriebenen Strukturen besteht darin, daß jeder der bekannten Wärmetauscher für eine bestimmte Wärmetauscherleistung konzipiert sein muß. Darüber hinaus müssen die bekannten Bauteile ganz speziell auf eine bestimmte Funktion hin, z. B. Rekuperator, Verdampfer etc., ausgelegt sein. Die Herstellungskosten der bekannten Strukturen sind wegen hoher Ausschußraten vergleichsweise hoch, da beim Versintern vorkommende Formveränderungen das gesamte Bauteil unbrachbar machen können.Another disadvantage of all described above Structures is that each of the known Heat exchanger for a specific heat exchanger output must be designed. In addition, the known Components specifically for a certain function, e.g. B. Recuperator, evaporator, etc., be designed. The Manufacturing costs of the known structures are high because of them Rejection rates are comparatively high because of sintering occurring shape changes the entire component unbreakable can do.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein pulvermetallurgisch gefertigte Bauteile, insbesondere Wärmetauscher zu schaffen, die für unterschiedliche Anwendungszwecke und Funktionen preiswert herzustellen sind.The object of the present invention is a components manufactured by powder metallurgy, in particular To create heat exchangers for different Applications and functions are inexpensive to manufacture.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Bauteil gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.This problem is solved by a component according to the features of claim 1.
Durch die Modulbauweise basierend auf einem Wärmetauscher- Grundmodul mit Sintermetall, das lösbar in ein Modulaufnahmeteil eingesetzt werden kann, lassen sich auf einfache Weise Wärmetauscher mit unterschiedlichen Leistungsstufen realisieren. In ein und dasselbe Modulaufnahmeteil lassen sich eine Mehrzahl von Wärmetauscher-Grundmodulen lösbar einsetzen. Durch die Lösbarkeit der Wärmetauscher-Grundmodule in den Modulaufnahmeteilen ist gewährleistet, daß ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher in Modulbauweise nachträglich an unterschiedliche Funktionen und/oder Leistungen angepaßt werden kann. Durch das Einsetzen einer unterschiedlichen Zahl von Wärmetauscher-Grundmodulen in ein Modulaufnahmeteil lassen sich Wärmetauscherebenen mit unterschiedlichen Wärmeleistungen realisieren. Durch die Kombination von mehreren Wärmetauscherebenen mit ein und demselben Wärmetauscher-Grundmodul läßt sich die Leistungsbandbreite beliebig erhöhen. Die miteinander zu einem Wärmetauscher kombinierten Wärmetauscherebenen können sich hinsichtlich Leistung, Funktion und Baugröße voneinander unterscheiden.Due to the modular design based on a heat exchanger Basic module with sintered metal that can be detached into one Module receiving part can be used, can be simple way heat exchangers with different Realize performance levels. In one and the same Module receiving part can be a plurality of Insert heat exchanger basic modules detachably. Through the Solubility of the basic heat exchanger modules in the Module receiving parts ensures that a Heat exchanger according to the invention in modular design subsequently to different functions and / or Services can be adjusted. By inserting one different number of basic heat exchanger modules in one Module receiving part can be used with heat exchanger levels realize different heat outputs. Through the Combination of several heat exchanger levels with one and the same heat exchanger basic module Increase the performance range as desired. The to each other combined heat exchanger levels performance, function and size differentiate from each other.
Durch Beschichtung einer Sinterpackung mit einer Katalysatorsubstanz (Anspruch 11) lassen sich katalytische Reaktoren für unterschiedliche Zwecke und mit unterschiedlichen Leistungscharakteristika realisieren.By coating a sintered package with a Catalyst substance (claim 11) can be catalytic Reactors for different purposes and with realize different performance characteristics.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers wesentlich unter den Herstellungskosten vergleichbarer konventioneller Wärmetauscher liegen. Dies ist auf die Verwendung von standardisierten Bauteilen - Wärmetauscher- Grundmodul und Modulaufnahmeteil - zurückzuführen. Zusätzlich führen bei der Versinterung auftretende Verformungen nicht dazu, daß der gesamte Wärmetauscher Ausschuß ist, sondern lediglich das jeweilige Grundmodul.A particular advantage is that the Manufacturing costs of the heat exchanger according to the invention much more comparable under manufacturing costs conventional heat exchanger. This is due to the Use of standardized components - heat exchanger Basic module and module receiving part - attributable. In addition, those that occur during sintering Deformations do not affect the entire heat exchanger Committee, but only the respective basic module.
Ausgehend von jeweils vergleichbaren Wärmetauscherleistungen gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher die Herstellungskosten um mindestens 30% zu senken. Insbesondere bei druckbelasteten Wärmetauschern mit höheren Leistungen können noch höhere Einsparungspotentiale realisiert werden, da sich die kompakte Bauform auf die Größe der druckbelasteten Mantelrohre und Druckdeckel kostengünstig auswirkt. Based on comparable heat exchanger performance succeeds with the heat exchanger according to the invention Reduce manufacturing costs by at least 30%. Especially with pressure-loaded heat exchangers with higher ones Services can offer even greater savings potential can be realized because the compact design is based on the Size of the pressure-loaded jacket pipes and pressure cover cost-effective.
Durch die Aufteilung des Massenstroms in viele Teile und deren wärmetechnische Behandlung in den "kurzen" Wärmetauscher-Grundmodulen können die hervorragenden wärmetechnischen Eigenschaften eines versinterten Rohres genutzt werden, ohne daß hierfür vergleichsweise hohe Druckverluste in Kauf genommen werden müssen. Durch den Aufbau eines bestimmten Wärmetauschers aus einer Mehrzahl von Wärmetauscher-Grundmodulen ist es möglich, die bei Wärmetauscher mit Sintermetall auftretenden hohen Druckverluste zu minimieren, da in den Wärmetauscher- Grundmodulen sehr kurze Durchströmstrecken realisiert werden können. Durch parallele Anströmung der Mehrzahl von Wärmetauscher-Grundmodulen lassen sich Druckverluste erreichen, wie sie bei herkömmlichen konventionellen Wärmetauschern, wie z. B. Rohrbündel oder Plattenwärmetauschern, üblich sind.By dividing the mass flow into many parts and their thermal treatment in the "short" Basic heat exchanger modules can be the excellent thermal properties of a sintered pipe can be used without this being comparatively high Pressure losses have to be accepted. By the Structure of a certain heat exchanger from a plurality of heat exchanger basic modules, it is possible to use the Heat exchangers with high sintered metal To minimize pressure losses, as in the heat exchanger Basic modules very short flow paths can be realized can. By parallel flow of the plurality of Heat exchanger basic modules can be pressure losses achieve as with conventional conventional Heat exchangers, such as B. tube bundle or Plate heat exchangers are common.
Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 besteht das Wärmetauscher-Grundmodul aus einem kurzen Rohrstück, daß die Begrenzungswand zwischen der Wärme aufnehmenden und der Wärme abgebenden Seite eines Wärmetauschers bildet.According to the particularly preferred embodiment Claim 2 consists of the basic heat exchanger module short piece of pipe that the boundary wall between the heat absorbing and the heat emitting side of a Forms heat exchanger.
Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist das Rohrinnere und/oder die Außenseite des Rohrstücks mit einer Packung aus porösem, durchströmbaren Sintermetall versehen. Diese Wärmetauscher-Grundmodule in Form von kurzen Rohrstücken mit Sintermetallfüllung und/oder Sintermetallmantel sind vergleichsweise einfach und preiswert herzustellen.According to the preferred embodiment according to claim 3 Pipe inside and / or the outside of the pipe section with a Pack made of porous, flowable sintered metal. These basic heat exchanger modules in the form of short Pipe pieces with sintered metal filling and / or Sintered metal jackets are comparatively simple and inexpensive to manufacture.
Die weiteren Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The further subclaims relate to advantageous ones Embodiments of the invention.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further details, aspects and advantages of the present Invention result from the following description with reference to the drawing.
Es zeigtIt shows
Fig. 1A einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Wärmetauscher-Grundmoduls, Fig. 1A is a section through a first embodiment of a heat exchanger base module,
Fig. 1B eine perspektivische Darstellung des Wärmetauscher-Grundmoduls von Fig. 1A, Fig. 1B is a perspective view of the heat exchanger base module of FIG. 1A,
Fig. 2A eine Ansicht der Innenseite eines Teiles eines zweiteiligen Modul-Aufnahmeteils, Fig. 2A is a view of the inside of a portion of a two-module-receiving part,
Fig. 2B einen Schnitt durch das in Fig. 2A dargestellte Teil entlang der Linie A-A, Fig. 2B shows a section through the in Fig. 2A part shown along line AA,
Fig. 3A eine analoge Ansicht zu Fig. 2A einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 3A is a view similar to Fig. 2A of a second embodiment of the present invention,
Fig. 3B eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Wärmetauscherebene, Fig. 3B is a perspective view of an embodiment of a heat exchanger level,
Fig. 4 in analoger Darstellung zu Fig. 2A eine dritte Ausführungsform, Fig. 4 in a representation analogous to Fig. 2A, a third embodiment,
Fig. 5 in analoger Darstellung zu Fig. 2A eine vierte Ausführungsform, Fig. 5 in a representation analogous to Fig. 2A, a fourth embodiment,
Fig. 6 eine zweite Ausführungsform eines Wärmetauscher- Grundmoduls, Fig. 6 shows a second embodiment of a heat exchanger the basic module,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Modulaufnahmeteils, und Fig. 7 is a sectional view of another embodiment of a module receiving part, and
Fig. 8 in analoger Darstellung zu Fig. 2A eine weitere Ausführungsform einer Hälfte eines Modulaufnahmeteils. FIG. 8 in a representation analogous to FIG. 2A shows a further embodiment of one half of a module receiving part.
Fig. 1A und 1B zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines Wärmetauscher-Grundmoduls 1, das Teil des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist. Das Wärmetauscher-Grundmodul 1 weist eine rohrförmige Begrenzungswand 2 auf. Die rohrförmige Begrenzungswand 2 bzw. das Rohrstück 2 ist von einer schlauchförmigen äußeren Packung 4 aus porösem, durchströmbaren Sintermetall umgeben. Die Packung 4 umschließt dabei nicht die gesamte Länge der rohrförmigen Begrenzungswand 2. Das Innere des Rohrstücks 2 ist mit einer inneren Packung 6 aus porösem, durchströmbaren Sintermetall ausgefüllt. Wiederum ist nicht die gesamte Länge des Rohrstücks 2 sondern nur ein Teil davon mit Sintermetall ausgefüllt. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Länge der Ausfüllung bzw. der Umhüllung des Rohrstücks 2 durch die äußere bzw. innere Packung aus Sintermetall gleich. Die von den Packungen 4 bzw. 6 nicht umhüllten bzw. ausgefüllten Teile des Rohrstückes 2 bilden Anschlußstücke 5 bzw. 7. Das Innere des Rohrstücks 2 bildet einen inneren Strömungskanal 8 für die Wärme abgebende bzw. Wärme aufnehmende Seite. Die Lage der äußerne Packung 4 definiert einen äußeren Strömungskanal 9. Fig. 1A and 1B show a preferred embodiment of a heat exchanger base module 1, which is part of the heat exchanger according to the invention described below. The basic heat exchanger module 1 has a tubular boundary wall 2 . The tubular boundary wall 2 or the pipe section 2 is surrounded by a tubular outer packing 4 made of porous, flowable sintered metal. The pack 4 does not enclose the entire length of the tubular boundary wall 2 . The inside of the pipe section 2 is filled with an inner packing 6 made of porous, flowable sintered metal. Again, not the entire length of the pipe section 2 but only part of it is filled with sintered metal. In the embodiment shown in FIG. 1, the length of the filling or the covering of the tube piece 2 by the outer or inner packing made of sintered metal are the same. The parts of the pipe section 2 which are not enveloped or filled by the packs 4 and 6 form connecting pieces 5 and 7 . The inside of the pipe section 2 forms an inner flow channel 8 for the heat-emitting or heat-absorbing side. The position of the outer packing 4 defines an outer flow channel 9 .
Fig. 2A und 2B zeigen eine erste Ausführungsform eines Modulaufnahmeteils eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in Modulbauweise. Fig. 2A zeigt eine Hälfte eines Modulaufnahmeteils 10 von innen und Fig. 2B zeigt das gesamte aus zwei Teilen gemäß Fig. 2A bestehende Modulaufnahmeteil 10 im Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 2A. Das Modulaufnahmeteil 10 weist eine Modulhalterung 12 auf, in die das Wärmetauscher-Grundmodul 1 eingesetzt wird. Aus Fig. 2A sind die verschiedenen Strömungskanäle für das Wärme aufnehmende bzw. Wärme abnehmende Medium zu erkennen. Die Anschlußstücke 5 bzw. 7 des Wärmetauscher- Grundmoduls 1 münden in Bereiche 14 bzw. 15, in die das im inneren Strömungskanal 8 geführte Medium zugeführt wird bzw. aus dem dieses Medium abgeführt wird. In ringförmigen Bereichen 16 bzw. 17 wird das die äußere Packung 4 aus Sintermetall durchströmende Medium zu- bzw. abgeführt. Die beiden Teile des Modulaufnahmeteils 10 werden wie aus Fig. 2B ersichtlich zusammengesetzt und mittels Schrauben 18 verschraubt. Die zwei Teile des Modulaufnahmeteiles 10 bzw. die Strömungskanäle für das Wärme aufnehmende bzw. Wärme abgebende Medium werden durch Dichtungen 19 abgedichtet. Figs. 2A and 2B show a first embodiment of a module receiving part of a heat exchanger according to the invention of modular design. FIG. 2A shows one half of a module receiving part 10 from the inside and FIG. 2B shows the entire module receiving part 10 consisting of two parts according to FIG. 2A in section along the line AA from FIG. 2A. The module receiving part 10 has a module holder 12 into which the basic heat exchanger module 1 is inserted. The various flow channels for the heat-absorbing or heat-absorbing medium can be seen from FIG. 2A. The connecting pieces 5 and 7 of the basic heat exchanger module 1 open into areas 14 and 15 , respectively, into which the medium guided in the inner flow channel 8 is supplied or from which this medium is removed. The medium flowing through the outer packing 4 of sintered metal is supplied or discharged in annular regions 16 and 17 . The two parts of the module receiving part 10 are assembled as shown in FIG. 2B and screwed together by means of screws 18 . The two parts of the module receiving part 10 or the flow channels for the heat-absorbing or heat-dissipating medium are sealed by seals 19 .
Fig. 3A und 3B zeigen eine zweite und eine dritte Ausführungsform einer Wärmetauscherebene gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3A zeigt in analoger Darstellung zu Fig. 2A eine Hälfte 20a eines Modulaufnahmeteils 20 für neun speichenförmig angeordnete Wärmetauscher-Grundmodule 1, wobei lediglich ein Wärmetauscher-Grundmodul 1 eingezeichnet ist. Fig. 3B zeigt eine perspektivische Darstellung einer auseinandergenommenen Wärmetauscherebene mit den zwei Hälften 20a und 20b eines Modulaufnahmeteils 20 in der sich acht Wärmetauscher- Grundmodule 1 nach Art der Speichen eines Rades in Modulhalterungen 22 einlegen lassen. Das Modulaufnahmeteil 20 weist in zusammengesetztem Zustand eine ringzylindrische Form mit einer inneren Zylinderwand 24 und einer äußeren Zylinderwand 25 auf. Die Anschlußstücke 5 bzw. 7 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 durchsetzen die innere Zylinderwand 24 bzw. die äußere Zylinderwand 25. Das in den inneren Strömungskanälen 8 strömende Wärmetransportmedium wird im Bereich der inneren Zylinderwand 24 zugeführt und strömt über die Anschlußstücke 5 in die inneren Strömungskanäle 8. Über die Anschlußstücke 7 strömt das Wärmetransportmedium aus der Wärmetauscherebene wieder heraus. Das die äußere Packung 4 aus Sintermetall durchströmende Wärmetransportmedium wird in Bereichen 26 bzw. 27 zugeführt bzw. abgeführt. Die Ausführungsformen der Wärmetauscherebenen gemäß Fig. 3A bzw. 3B sind besonders vorteilhaft einzusetzen, wenn ein besonders guter Druckabgleich zwischen den einzelnen Modulen gewünscht wird, da die Anströmstrecken der einzelnen Wärmetauscher- Grundmodule völlig identisch sind. Wie in Fig. 3A angedeutet läßt sich die Wärmetauscherebene in einen rohrförmigen bzw. zylindrischen Druckmantel 28 einsetzen. Fig. 3A and 3B show a second and a third embodiment of a heat exchanger level according to the present invention. FIG. 3A shows, in an analogous representation to FIG. 2A, a half 20 a of a module receiving part 20 for nine basic heat exchanger modules 1 arranged in the form of a spoke, only one basic heat exchanger module 1 being shown. Fig. 3B shows a perspective view of a disassembled heat exchanger level with the two halves 20 a and 20 b of a module receiving part 20 in which eight heat exchanger basic modules 1 can be inserted into module brackets 22 in the manner of the spokes of a wheel. In the assembled state, the module receiving part 20 has an annular cylindrical shape with an inner cylinder wall 24 and an outer cylinder wall 25 . The connecting pieces 5 and 7 of the heat exchanger basic modules 1 penetrate the inner cylinder wall 24 and the outer cylinder wall 25 . The heat transport medium flowing in the inner flow channels 8 is supplied in the region of the inner cylinder wall 24 and flows via the connection pieces 5 into the inner flow channels 8 . The heat transfer medium flows out of the heat exchanger level again via the connecting pieces 7 . The heat transport medium flowing through the outer packing 4 of sintered metal is supplied or discharged in regions 26 and 27 . The embodiments of the heat exchange layers as shown in FIG. 3A and 3B are especially advantageous to use when it is desired, a particularly good pressure balance between the individual modules, since the Anströmstrecken of the individual heat exchanger base modules are completely identical. As indicated in FIG. 3A, the heat exchanger level can be inserted into a tubular or cylindrical pressure jacket 28 .
Fig. 4 zeigt eine eine vierte Ausführungsform einer Wärmetauscherebene mit einem Modulaufnahmeteil 30 bestehend aus zwei Hälften 30a und 30b. Bei dieser Wärmetauscherebene sind in das Modulaufnahmeteil 30 vier Wärmetauscher- Grundmodule 1 in Modulhalterungen 32 eingesetzt. Die Achsen der inneren Strömungskanäle 8 der einzelnen Wärmetauscher- Grundmodule 1 liegen in dem Modulaufnahmeteil 30 mit kreisförmigem Querschnitt parallel zu den Seiten eines einbeschriebenen Quadrats. Die Anschlußstücke 5 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 münden in einen Bereich 33a eines ersten Einlaßkanales und in einen Bereich 35a eines zweiten Einlaßkanales für das im inneren Strömungskanal 8 strömenden Wärmetransportmedium. Die Anschlußstücke 7 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 münden in einen Bereich 33b eines ersten Auslaßkanales und in einen Bereich 35b eines zweiten Auslaßkanales. Das in dem äußeren Strömungskanal 9 strömende Wärmetransportmedium wird in einem Bereich 36 bzw. 37 zugeführt und aus einem Sammelbereich 38 wieder dem Wärmetauscher bzw. der Wärmetauscherebene entzogen. Das Wärmetransportmedium wird dabei in den Wärmetauscher- Grundmodulen 1 im Gegenstrom geführt. Fig. 4 shows a fourth embodiment of a heat exchanger level with a module receiving part 30 consisting of two halves 30 a and 30 b. At this heat exchanger level, four basic heat exchanger modules 1 are inserted into module holders 32 in the module receiving part 30 . The axes of the inner flow channels 8 of the individual heat exchanger basic modules 1 lie in the module receiving part 30 with a circular cross section parallel to the sides of an inscribed square. The connecting pieces 5 of the heat exchanger basic modules 1 open into an area 33 a of a first inlet channel and into an area 35 a of a second inlet channel for the heat transport medium flowing in the inner flow channel 8 . The connectors 7 of the heat exchanger basic modules 1 open into an area 33 b of a first outlet channel and into an area 35 b of a second outlet channel. The heat transport medium flowing in the outer flow channel 9 is supplied in a region 36 or 37 and withdrawn again from a collecting region 38 from the heat exchanger or the heat exchanger level. The heat transfer medium is guided in the heat exchanger basic modules 1 in countercurrent.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Hälfte 40a eines Modulaufnahmeteils 40 einer Wärmetauscherebene, die wie die Wärmetauscherebene von Fig. 3B Platz für acht Wärmetauscher-Grundmodule 1 bietet. Der Außendurchmesser des Modulaufnahmeteils 20 ist jedoch dabei kleiner als der Außendurchmesser des Modulaufnahmeteils 20. Die Anschlußstücke 5 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 münden in einen Bereich 42, über den das im inneren Strömungskanal 8 fließende Wärmetransportmedium zugeführt wird. Die Anschlußstücke 7 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 münden in einem Bereich 44 bzw. 45 aus denen das im inneren Strömungskanal 8 strömende Wärmetransportmedium abgezogen wird. Das im äußeren Strömungskanal 9 strömende Wärmetransportmedium wird in einem Bereich 46 zugeführt und aus Bereichen 48 bzw. 49 abgezogen. FIG. 5 shows a further embodiment of a half 40 a of a module receiving part 40 of a heat exchanger level, which like the heat exchanger level of FIG. 3B offers space for eight basic heat exchanger modules 1 . However, the outer diameter of the module receiving part 20 is smaller than the outer diameter of the module receiving part 20 . The connecting pieces 5 of the heat exchanger basic modules 1 open into an area 42 via which the heat transport medium flowing in the inner flow channel 8 is supplied. The connecting pieces 7 of the heat exchanger basic modules 1 open into an area 44 or 45 from which the heat transport medium flowing in the inner flow channel 8 is drawn off. The heat transport medium flowing in the outer flow channel 9 is supplied in an area 46 and drawn off from areas 48 and 49, respectively.
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein Wärmetauscher- Grundmodul 50 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Wärmetauscher-Grundmodul 50 weist eine rohrförmige Begrenzungswand 52 auf. Die rohrförmige Begrenzungswand 52 bzw. das Rohrstück 52 ist von einer schlauchförmigen äußeren Packung 54 aus porösem, durchströmbaren Sintermetall umgeben, die leicht konisch geformt ist. Die Packung 54 umschließt dabei nicht die gesamte Länge der rohrförmigen Begrenzungswand 52. Das Innere des Rohrstücks 52 ist mit einer inneren Packung 56 aus porösem, durchströmbaren Sintermetall ausgefüllt. Die von den Packungen 54 bzw. 56 nicht umhüllten bzw. ausgefüllten Teile des Rohrstückes 52 bilden Anschlußstücke 55 bzw. 57. Das Innere des Rohrstücks 52 bildet einen inneren Strömungskanal 58 für die Wärme abgebende bzw. Wärme aufnehmende Seite. Die Lage der äußeren Packung 54 definiert einen äußeren Strömungskanal 59. Abgesehen von der konisch geformten äußeren Sinterpackung 54 stimmt das Wärmetauscher-Grundmodul 50 mit dem Grundmodul 1 überein. Fig. 6 shows a section through a heat exchanger base module 50 according to a second embodiment. The basic heat exchanger module 50 has a tubular boundary wall 52 . The tubular boundary wall 52 or the tube piece 52 is surrounded by a tubular outer packing 54 made of porous, flowable sintered metal, which is slightly conical in shape. The pack 54 does not enclose the entire length of the tubular boundary wall 52 . The inside of the pipe section 52 is filled with an inner packing 56 made of porous, flowable sintered metal. The parts of the pipe section 52 that are not enveloped or filled by the packs 54 and 56 form connecting pieces 55 and 57 . The inside of the pipe section 52 forms an inner flow channel 58 for the heat-emitting or heat-absorbing side. The location of the outer packing 54 defines an outer flow channel 59 . Apart from the conically shaped outer sintered packing 54 , the basic heat exchanger module 50 corresponds to the basic module 1 .
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Wärmetauscherebene bestehend aus einem einteiligen Modulaufnahmeteil 60 in das ein konisch geformtes Wärmetauscher-Grundmodul 50 eingesetzt werden kann. Die Wärmetransportmedien werden im Gegenstrom oder im Gleichstrom durch die Strömungskanäle 58 bzw. 59 geführt. Werden mehrere unterschiedliche Wärmetauscherebenen mit unterschiedlichen Funktionen miteinander verbunden, kann es unter Umständen notwendig sein, ein oder mehrere Ebenen blind zu schalten. Zu diesem Zweck sind Strömungskanäle 62 vorgesehen. FIG. 7 shows a section through a further embodiment of a heat exchanger level consisting of a one-piece module receiving part 60 into which a conically shaped basic heat exchanger module 50 can be inserted. The heat transport media are conducted in countercurrent or cocurrent through the flow channels 58 and 59 , respectively. If several different heat exchanger levels with different functions are connected to each other, it may be necessary to blind one or more levels. Flow channels 62 are provided for this purpose.
Fig. 8 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Wärmetauscherebene mit einem aus zwei Hälften 70a und 70b bestehenden Modulaufnahmeteil 70, bei der sieben Wärmetauscher-Grundmodule 50 senkrecht in Modulhalterungen 72 angeordnet sind. D. h. die Achsen der inneren Strömungskanäle sind senkrecht zu der Ebene angeordnet, in der die beiden Hälften 70a und 70b der Modulaufnahme 70 zusammengeklappt werden. Das Wärmetransportmedium durchströmt den äußeren Strömungskanal der Wärmetauscher- Grundmodule 50 und wird im Bereich 52 gesammelt und können einem nicht dargestellten Abscheidemechanismus zugeführt werden. Das im inneren Strömungskanal strömende Wärmetransportmedium kann auch durch Kanäle 74 und 75 geführt werden. Im Randbereich des Modulaufnahmeteils 70 sind umlaufende Strömungskanäle vorgesehen, die in ihrer Funktion den Kanälen 62 entsprechen. Ein senkrechter Schnitt durch die Modulhalterungen 72 entspricht der Schnittdarstellung gemäß Fig. 7. Fig. 8 shows schematically another embodiment of a heat exchanger level with a module receiving part 70 consisting of two halves 70 a and 70 b, in which seven heat exchanger basic modules 50 are arranged vertically in module holders 72 . That is, the axes of the inner flow channels are arranged perpendicular to the plane in which the two halves 70 a and 70 b of the module receptacle 70 are folded together. The heat transport medium flows through the outer flow channel of the heat exchanger basic modules 50 and is collected in the area 52 and can be fed to a separation mechanism, not shown. The heat transport medium flowing in the inner flow channel can also be passed through channels 74 and 75 . Circulating flow channels are provided in the edge area of the module receiving part 70 , which function correspond to the channels 62 . A vertical section through the module holders 72 corresponds to the sectional illustration according to FIG. 7.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist besonders für Kaltverdampfer geeignet. Es konnte empirisch ermittelt werden, daß ein ansonsten unverändertes Wärmetausscher- Grundmodul 50 zur Kaltverdampfung von R12 für die Kühlung von Druckluft etwa 20% höhere K-Werte erbrachte, wenn es gemäß der Ausführungsform von Fig. 7A, 7B und 8 senkrecht mit einer Dampfführung von unten nach oben angeordnet wurde und nicht waagrecht. Gleichzeitig konnte der Dampf hierbei bis zu 5°C überhitzt werden, ohne daß hieraus eine meßbare Verschlechterung der Luftaustrittstemperatur resultierte.The embodiment according to FIG. 8 is particularly suitable for cold evaporators. It could be empirically determined that an otherwise unchanged basic heat exchanger module 50 for cold evaporation of R12 for the cooling of compressed air yielded approximately 20% higher K values if, according to the embodiment of FIGS. 7A, 7B and 8, it was vertical with a steam guide of was arranged at the bottom and not horizontally. At the same time, the steam could be overheated up to 5 ° C without resulting in a measurable deterioration in the air outlet temperature.
Mit den vorstehend beschriebenen Wärmetauschern gelang es beispielsweise, Module zur Drucklufttrocknung zu konzipieren, die im Rekuperationsteil bei einer Durchströmlänge von 65 mm eine Temperaturabsenkung von 18,5°C bei einer Eintrittstemperatur von 35°C bewältigen und im Kaltverdampfer eine Verdampfungstemperatur von 0°C bei einer Durchströmstrecke von lediglich 45 mm zeigten. Bei gleichen Randparametern beträgt die abgewickelte Länge eines Koaxialwärmetauschers (Rekuperator + Kaltverdampfer) ca. 6 m. Beide Wärmetauscher erfüllen das Kriterium, ein gesamt p von ca. 160 mbar nicht zu überschreiten.With the heat exchangers described above it succeeded For example, modules for drying compressed air design that in the recuperation section at a Flow length of 65 mm a temperature reduction of Cope with 18.5 ° C at an inlet temperature of 35 ° C and in the cold evaporator at an evaporation temperature of 0 ° C showed a flow path of only 45 mm. At the developed length is the same length parameters Coaxial heat exchanger (recuperator + cold evaporator) approx. 6 m. Both heat exchangers meet the criterion, a total p not to exceed about 160 mbar.
Aus diesem Beispiel kann abgeleitet werden, daß die Durchströmstrecken von Wärmetauschern in Modulbauweise gemäß der vorliegenden Erfindung mit Sintermetall größenordnungsgemäß bei 2% konventioneller Systeme liegen. Die K-Werte können unabhängig von Stoff und Phase um den Faktor 10 verbessert werden, so daß größenordnungsmäßig etwa 10% der Rohrwandfläche eines konventionellen Wärmetauschers benötigt werden.From this example it can be deduced that the Flow through heat exchangers in modular design according to the present invention with sintered metal are of the order of 2% of conventional systems. The K values can be independent of the substance and phase Factor 10 can be improved, so that on the order of magnitude 10% of the tube wall area of a conventional heat exchanger are needed.
Claims (13)
wenigstens einer Wärmetauscherebene, die jeweils ein Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) mit wenigstens einem darin lösbar eingebauten Wärmetauscher-Grundmodul (1; 50) aufweist,
wobei das wenigstens eine Wärmetauscher-Grundmodul (1; 50) eine Begrenzungswand (2; 52) aufweist, durch die der Wärmeübergang von Wärme abgebender Seite des Wärmetauschers zu Wärme aufnehmender Seite des Wärmetauschers erfolgt,
wobei auf zumindest einer Seite der Begrenzungswand (2; 52) eine Packung (4, 6; 54, 56) aus porösem, durchströmbaren Sintermetall vorgesehen ist, und
wobei das Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) zusammen mit dem wenigstens einen Grundmodul (1; 50) einen Strömungskanal für die Wärme abgebende und/oder Wärme aufnehmende Seite des Wärmetauschers festlegt.1. Modular heat exchanger with
at least one heat exchanger level, each of which has a module receiving part ( 10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60 ) with at least one basic heat exchanger module ( 1 ; 50 ) detachably installed therein,
wherein the at least one heat exchanger basic module ( 1 ; 50 ) has a boundary wall ( 2 ; 52 ) through which the heat transfer takes place from the heat-emitting side of the heat exchanger to the heat-absorbing side of the heat exchanger,
wherein a packing ( 4 , 6 ; 54 , 56 ) made of porous, flowable sintered metal is provided on at least one side of the boundary wall ( 2 ; 52 ), and
wherein the module receiving part ( 10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60 ) together with the at least one basic module ( 1 ; 50 ) defines a flow channel for the heat-emitting and / or heat-absorbing side of the heat exchanger.
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