DE4009556C2 - Wärmeübertrager - Google Patents
WärmeübertragerInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/005—Arrangements for preventing direct contact between different heat-exchange media
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
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- F28F2215/10—Secondary fins, e.g. projections or recesses on main fins
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zum Austausch
von Wärme zwischen zwei voneinander getrennt geführten Me
dien, bestehend aus mindestens einem Wärmeübertragermodul
mit Verbindungs- und Anschlußelementen, mit geschichteten
Profilelementen in Sandwichbauweise und Zwischenlagenele
menten zur Trennung der unterschiedlichen Strömungsrich
tungen, wobei die Seitenwände der Profilelemente und die
Zwischenlagenelemente jeweils eine Kammer und gemeinsame
Berührungskante bilden und wobei die Randbereiche durch
Abschlußleisten und die Module durch Abschlußbleche
abgedichtet sind.
Wärmeübertrager werden beispielsweise zum Austausch von
Wärme bei gleichen oder unterschiedlichen Medien benötigt,
um eine Wärmerückgewinnung oder Wärmeübertragung durchzu
führen. Unter heutigen Umweltaspekten gewinnt dieses Ver
fahren zunehmend an Bedeutung und wird vielfältig in der
Industrie benötigt. Hierbei ist es unter Umständen auch
notwendig, daß bei aggressiven oder miteinander reagieren
den Medien größte Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden
können.
Aus der CH-PS 193 732 ist eine Vorrichtung zum Wärmeaus
tausch von strömenden Medien bekannt, die eine gekreuzte
Sandwichstruktur aus ebenen und gewellten Blättern auf
weist. Die Zwischenlagenblätter können hierbei durch Ein
prägungen verstärkt werden und werden mit den gewellten
Blättern zusammen durch äußere Randwinkel gehalten.
Aus der DE-PS 12 59 362 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der aus
biegsamen Kunststoffolien als Speicherkammern aufgebaut ist.
Diese sind am Rand verschlossen und werden über entsprechende
Anschlußelemente von einem wärmetauschenden Medium durchströmt.
Diese Kunststoffolien bilden im aufgeblähten Zustand ein flaches
hohlplattenartiges Element, welches zu mehreren angeordnet von
einem weiteren Medium umströmt wird.
Von Nachteil bei den beiden Ausführungsarten von Wärmeübertra
gern ist die geringe zulässige Druckdifferenz zwischen wärmeab
gebendem und -aufnehmendem Medium, desweiteren ist der Wirkungs
grad des Wärmeübertrages sehr begrenzt und verbesserungswürdig.
Durch die einfach gestalteten Trennwände ist die Verwendung mit
hohen Sicherheitsanforderungen wie z. B. bei toxischen, aggressi
ven und teueren Medien ausgeschlossen.
Aus der DE 35 21 914 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem
Kanäle für ein erstes Medium aus gewelltem bzw. zickzackförmigem
Blech in Verbindung mit abdeckenden ebenen Zwischenplatten und
Kanäle für ein zweites Medium aus den genannten ebenen Zwischen
platten und dazwischenliegenden Abstandshaltern, die aus einer
Mittelplatte und davon senkrecht abstehenden Flügeln bestehen,
gebildet werden. Ein derartiger Abstandshalter kann wirtschaft
lich nur als Endlosprofil in einem Fließpreß- oder Stranggußver
fahren mit entsprechendem Werkzeugaufwand hergestellt werden.
Aus der DE 31 06 075 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem
Kanäle für ein erstes Medium ebenso wie Kanäle für ein zweites
Medium aus gewellten bzw. zickzackförmigen Blechen und jeweils
dazwischenliegenden ebenen Blechen gebildet werden. Mittel zur
Erhöhung der Turbulenzen in den strömenden Medien sind nicht
vorgesehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeüber
trager zu schaffen, der einen hohen Wirkungsgrad und ein gerin
ges Gewicht aufweist und für hohe Drücke verwendungsfähig ist und
ggfs. hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt sowie ein Verfahren
zu dessen Herstellung anzugeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die dünnwandigen Profilele
mente zickzackförmig gefalzt sind und die Seitenwände benach
barter Kammern der Profilelemente und/oder die dünnwandigen
Zwischenlagenelemente Wölbungen zu einer oder zwei benachbarten
Kammer(n) aufweisen und daß die Profil- und Zwischenlagenelemen
te an ihren jeweiligen Berührungskanten miteinander verbunden
sind.
Durch die besondere Formgebung der zickzackförmigen Profilele
mente wird eine äußerest stabile Struktur ereicht, wobei die
Wände der Profilelemente durch Wölbungen in sich verstärkt wer
den und eine große Steifigkeit aufweisen, um
große Druck- und Knickkräfte aufzunehmen. Die Zwischenla
genelemente trennen jeweils die verschiedenen Medien von
einander, die in den gekreuzt angeordneten Profilelementen
strömen und sind ebenfalls durch Wölbungen verstärkt aus
geführt. Durch diese Maßnahmen kann der Wärmeübertrager
aus extrem dünnwandigen Blechen hergestellt werden. Des
weiteren werden durch die Wölbungen die Wärme- und Über
tragungsflächen vergrößert und durch die entstehende
Verwirbelung in den Profilkammern wird eine Erhöhung der
Reynold-Zahl und damit eine Erhöhung des k-Wertes erzielt,
so daß der Wärmeübertrager ein großes Verhältnis zwischen
Austauschfläche und Raumbedarf aufweist und der Wirkungs
grad des Wärmeübertragers wesentlich verbessert wird.
Dadurch, daß die sich berührenden Flächen und Linien der
Profil- und Zwischenlagenelemente miteinander verbunden
sind, ist es zudem möglich, eine hohe Druckbelastung durch
die Medien zuzulassen, die von den Zwischenlagenelementen
getrennt werden. Darüber hinaus werden die erforderlichen
Sicherheitsansprüche bei risikobehafteten Medien dadurch
erfüllt, daß die Zwischenlagenelemente doppellagig ausge
führt sind.
Die Wölbungen der Profilelemente und Zwischenlagenelemente
können hierbei quer oder in Strömungsrichtung angeordnet
werden, wobei die Wölbungen der Zwischenlagenelemente
einseitig oder alternierend zu den Profilelementen ange
ordnet und die Wölbungen der Profilelemente wellenförmig
ausgebildet sind. In besonderen Fällen ist hierbei die
Ausbildung von Sicken in den Profilelementwänden vorge
sehen. Die Ausformungen der Zwischenlagenelemente können
länglich, kugel- oder pyramidenförmig gewählt werden. Die
Profilelemente sind um jeweils 90 Grad verdreht kreuzweise
geschichtet, so daß eine gute Wärmeübertragung des Kreuz
stromwärmeübertragers erhielt wird.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorge
sehen, daß die Strömungskammern der Profilelemente einer
Strömungsebene U-förmig abgewinkelt sind, wobei der mitt
lere Bereich und die abgewinkelten Endbereiche jeweils
parallel verlaufend mit den anderen Kammern
übereinanderliegend geschichtet sind. Der Verlauf der
Strömungsrichtung kann hierbei gleichsinnig oder gegen
sinnig gewählt werden.
Durch diese Ausbildung und Anordnung der Profilelemente
wird im zweiten Fall ein Gegenstromwärmeübertrager
geschaffen, der einen nochmals verbesserten Wirkungsgrad
besitzt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Zwischenlagenelemente doppellagig ausgeführt sind
und die Wölbungen ineinanderliegend angeordnet sind.
Durch die doppellagige Ausführung der Zwischenlagenelemente
wird den Sicherheitsanforderungen genüge getan. Überall
dort, wo bei der Wärmeübertragung toxische, aggressive
oder sehr teure Produkte eine erhöhte Sicherheitstechnik
erforderlich machen, ist eine aufwendige Konstruktion
dieser Art gerechtfertigt. Das Grundmodul mit erhöhter
Sicherheitstechnik wird mit den gleichen Konstruktionsele
menten wie das normale Modul aufgebaut, wobei nur jeweils
zwei Zwischenlagenelemente verwendet werden und die Kanten
dieser Elemente dicht miteinander verbunden sind. Hier
durch wird ein Zwischenraum gebildet, der bei eventuellen
Undichtigkeiten der einen oder anderen Strömungsebene das
Medium auffängt und z. B. über ein Leckanzeigegerät eine
entsprechende Warnmeldung erzeugen kann. Zu diesem spe
ziellen Zweck ist nach einem weiteren Unteranspruch vorge
sehen, daß die durch die doppellagigen Zwischenlagenele
mente gebildeten Zwischenräume über Seitenbegrenzungspro
file, welche mindestens einen Verbindungskanal aufweisen,
miteinander verbunden sind.
Durch den Verbindungskanal werden alle oder jeweils ein
Teil der Zwischenräume miteinander verbunden, d. h. es
besteht die Möglichkeit, durch ein oder mehrere gemeinsame
Leckanzeigegeräte die Zwischenräume zu überwachen. Ent
steht an einem Zwischenlagenelement z. B. eine Undichtig
keit, so kann das Medium aus den Profilkammern in den
Zwischenraum und von dort über den bzw. die Kanäle zum
Leckanzeigegerät gelangen. Gegebenenfalls kann an die
Kanäle des Seitenbegrenzungsprofil über eine verbundene
Rohrleitung der Anschluß an einen Auffangbehälter
erfolgen, wobei dieser Behälter mit einer Leckanzeige
ausgerüstet ist. Um bei einer Beschädigung das Austreten
des Mediums in den Leckanzeigebehälter zu beschleunigen,
können der Behälter und das Kanalsystem hierbei unter
Vakuum gesetzt werden. Nach Erreichen des Enddruckes wird
der Vakuumanschluß verschweißt, so daß der Behälter und
die Kanäle somit bis zu einer Beschädigung der Zwischen
lagenelemente unter Vakuum bleiben. Der Wärmeübergang wird
durch die Verbindung der übereinanderliegenden Zwischen
lagenelemente hierbei aufrechterhalten.
Der Wärmeübertrager bleibt auch bei einer Beschädigung
eines Zwischenlagenelementes voll funktionsfähig und durch
die Warnung über die Leckanzeige wird auf den Schaden
rechtzeitig hingewiesen.
Je nach Verwendungszweck sind zur Steigerung der Verwirbe
lung in den Profilkammern eingebaute Wirbelatoren vorge
sehen. Die gekreuzten Profilelemente können hierbei eine
unterschiedliche Höhe aufweisen, damit die Wärmeübertra
germodule neben der Verwendung als Wärmetauscher auch als
Wärmespeicher genutzt werden kann. Ein Toleranzausgleich
der Profilelemente bzw. der unterschiedlichen Höhen kann
hierbei z. B. durch gegeneinanderverschiebbare und verbind
bare Dreikantleisten erfolgen. Bei einer Verwendung als
Wärmespeicher sind die Profilebenen einer Strömungsrich
tung entsprechend hoch ausgebildet, so daß eine größere
Menge von wärmeabsorbierenden Materialien eingebettet
werden kann. Durch die Profilebene mit geringer Höhe kann
zur Beheizung oder Abkühlung ein flüssiges oder gasförmi
ges Medium strömen, daß z. B. beim Aufheizen seine Wärme an
das Speichermedium abgibt und nach einem Abkühlen des
Speichermediums wieder erwärmt wird. Als Speichermedien
können z. B. Paraffin oder Glaubersalz verwendet werden.
Zur Vermeidung von Anhaftungen und Ablagerungen bei zäh
flüssigen, klebrigen oder zum Verkräcken neigenden Produk
ten können die Flächen, die von diesen Medien berührt
werden, elektropoliert werden.
Der Aufbau eines Wärmeübertragers erfolgt durch Module,
welche über Rohrsegmente miteinander verbunden werden
können. Die Rohrsegmente werden hierbei einerseits als
Verbindungselemente zwischen den Profilebenen eingesetzt
und weisen Scheiben in den Rohrsegmenten auf, die zur
Strömungslenkung dienen und andererseits versteifen bzw.
verstärken die Rohrsegmente die gesamte Struktur des
Wärmeübertragers. Insbesondere sind weitere aufgesetzte
Rohrsegmentviertel und Rippen vorgesehen, die die Gehäuse
versteifung erhöhen. Desweiteren sind die Rohrsegmente mit
abgeflachten Anschlußrohren und Anschlußelementen ver
sehen, damit ein Strömungskreislauf der Medien realisiert
werden kann.
Zur Herstellung der Wärmeübertrager mit Profil-, Zwi
schenlagenelemente, Abschlußblechen und Dreikantleisten
werden vorzugsweise metallische Stoffe verwendet.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der bereits genannten Merkmale sieht
vor, daß die Profil- , Zwischenlagenelemente, Abschluß
bleche und Abschlußleisten sowie Berührungskante und/oder
-flächen der Sandwichstruktur miteinander verschweißt,
insbesondere durch verdeckte Nähte voll durch, punktweise
oder mit Zwischenabständen verschweißt werden.
Durch die quadratische Rundumverschweißung der einzelnen
Profil- und Zwischenlagenelemente mit denen der darüber
und darunter befindlichen Elemente entstehen stabile Kon
figurationen, die zur Übertragung hoher Drücke mit sehr
dünnen Wandungen geeignet sind.
Bei der Konstruktion mit doppellagig ausgeführten Zwi
schenlagenelementen ist hierbei vorgesehen, daß die Zwi
schenlagenelemente um die Wölbungen herum ebenfalls mit
einander punktweise verschweißt werden. Ebenso ist vorge
sehen, daß die dreikantförmigen Abschlußleisten ver
schweißt werden.
Nach einem weiteren Verfahrensmerkmal ist vorgesehen, daß
das Schweißverfahren durch ein Elektronenstrahl- , Laser-
und/oder Plasmaschweißverfahren mit einem geringen Ener
gieübertrag vorgenommen wird, um die Konstruktion span
nungsarm, oberflächenglatt und verzugsfrei zu verschweißen.
Zur Vermeidung von interkristalliner Korrosion bei einem
chemischen Angriff in der Schweißnahtwärmeeinflußzone
erfolgt das Schweißen unter Vakuum oder Inertgasüberlage
rung.
Um bei Edelstählen eine chemische Beständigkeit der
Schweißnähte zu erreichen, werden alle Nähte nach dem
Schweißvorgang gebeizt und passiviert. Die Abschlußleisten
der Module und die Rohrsegmente des Wärmeübertragers wer
den hierbei dicht verschweißt, so daß kein strömendes
Medium austreten kann. Aus dem gleichen Grund werden die
doppelwandigen Zwischenlagenelemente dicht verschweißt.
Die erfindungsgemäße Ausführung des Wärmeübertragers wird
anhand von mehreren Figuren dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 einen Wärmetauscher in teilweise geschnittener
perspektivischer Darstellung ohne Anschlußrohre
und Seitenbleche,
Fig. 2 einen Wärmespeicher in teilweise geschnittener
perspektivischer Darstellung ohne Anschlußrohre
und Seitenbleche,
Fig. 3 eine Explosionszeichnung eines Wärmetauschers in
perspektivischer Darstellung mit U-förmig abgewin
kelten Profilelementen,
Fig. 4 eine Explosionszeichnung des Wärmetauschers nach
Fig. 1,
Fig. 5 eine Explosionszeichnung des Wärmetauschers nach
Fig. 1 mit doppellagig ausgeführten Zwischenlagen
elementen,
Fig. 6 einen Ausschnitt des Wärmeübertragers mit Profil-
und Zwischenlagenelementen,
Fig. 7 einen Ausschnitt gemäß Fig. 5 mit zusätzlichen
Blechelementen,
Fig. 8 ein Profilelement in einer perspektivischen Drauf
sicht mit unterschiedlichen Wölbungen,
Fig. 9 ein Zwischenlagenelement in einer perspektivischen
Draufsicht mit unterschiedlichen Wölbungen,
Fig. 10 eine verschweißte Profilebene mit Zwischenlagen
elementen und Abschlußleisten,
Fig. 11 eine Anordnung von Wärmeübertragermodulen mit
Rohrsegmenten,
Fig. 12 eine geschnittene Seitenansicht zweier Wärmeüber
tragermodule mit angeschweißten Rohrsegmenten und
Strömungsscheiben,
Fig. 13 eine perspektivische Seitenansicht eines Wärme
übertragers mit zusätzlichen Gehäuseversteifungen,
Fig. 14 einen vergrößerten Ausschnitt der Rohrsegmente mit
Gehäuseversteifungen,
Fig. 15 eine perspektivische Seitenansicht mit verrippten
Rohrsegmenten,
Fig. 16 einen Wärmeübertrager mit einem oder mehreren
Modulen und unterschiedlichen Anschlußrohrsegmen
ten.
In Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Modul eines Wärmeübertra
gers 1 in einer teilweise geschnittenen und perspektivi
schen Darstellung abgebildet, welches aus kreuzweise ge
schichteten Profilelementen 2 mit dazwischen angeordneten
Zwischenlagenelementen 3 in einer Sandwichbauweise aufge
baut ist. Die Profilelemente 2 bestehen aus einem zick
zackförmig gefalzten Blech, welches auf den Seitenwänden
18 mit Wölbungen 4 versehen ist. Die Wölbungen 4 sind bei
dieser Ausführungsvariante quer zu Strömungsrichtung A, B
angeordnet und bestehen aus wellenförmigen Einprägungen
oder Sicken. An den Stirnflächen 5, 6 sind jeweils um 90°
versetzt angeordnete Öffnungen der zickzackförmigen Strö
mungskammern 7 der Profilelemente 2 erkennbar.
In der Fig. 1 ist die Höhe der Profilelemente 2 für die
Verwendung als Wärmetauscher zwischen zwei unterschiedli
chen oder gleichen Medien in beiden Strömungsrichtungen A,
B gleich ausgebildet und in Fig. 2 ist die Höhe der Pro
filelemente 2 für die Verwendung als Wärmespeicher zwi
schen zwei unterschiedlichen Medien in beiden Strömungs
richtungen A, B unterschiedlich ausgebildet. Die Zwischen
lagenelemente 3 schließen mit den Profilelementen 2 an den
Stirnflächen 5, 6 bündig ab und trennen jeweils die beiden
Strömungsrichtungen A, B voneinander. Zur besseren Wärme
übertragung und Verwirbelung der Medien weisen auch die
Zwischenlagenelemente 3 Wölbungen 8 auf, die aus längli
chen, kugelförmigen oder pyramidenförmigen Einprägungen
bestehen. Die Berührungskante 16 der Profil- 2 und Zwi
schenlagenelemente 3 werden aus Stabilitätsgründen jeweils
miteinander verschweißt.
Der seitliche Abschluß der Profilelemente 2 parallel zur
Strömungsrichtung A, B erfolgt durch Abschlußleisten 9,
welche einen quadratischen Querschnitt aufweisen und in
den Eckpunkten 10 miteinander und mit den Zwischenlagen
elementen 3 dicht verschweißt sind. Die obere und untere
Profilebene wird durch ein dicht verschweißtes Abschluß
blech 11 abgedichtet, so daß ein Grundmodul entsteht,
welches um 90° versetzte Strömungsrichtungen A, B auf
weist, so daß die Medien durch die Strömungskammern 7 in
Richtung A, A′ bzw. B, B′ strömen können. Die vorhandenen
Wölbungen 4, 8 sorgen für eine Verwirbelung der Medien und
damit zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Wärmeübertra
gers. In Fig. 2 werden zum Abschluß der höheren Profil
ebenen hierbei rechteckige Abschlußleisten 9 verwendet.
Fig. 3 zeigt einen Wärmeübertrager 1 in einer Explosions
darstellung, der gegenüber den Fig. 1 und 2 eine läng
liche Ausdehnung aufweist und mit Profilelementen 2 ausge
stattet ist, die U-förmig abgewinkelt sind. Der mittlere
Bereich der Profilelememte 2 und die abgewinkelten Endbe
reiche 12 sind hierbei so geschichtet, daß die Strömungs
kammern 7 einer jeden Ebene parallel verlaufen, wobei die
Kammern 7 der einzelnen Strömungsebenen jeweils
entgegengesetzt durchströmt werden, so daß das Prinzip
eines Gegenstromwärmeübertragers erzielt wird. Die beiden
Öffnungen der abgewinkelten Endbereiche 12 der Strömungs
richtungen A, A′ bzw. B, B′ weisen jeweils zu einer Längs
seite des Wärmeübertragers 1 und ermöglichen einen Zu- und
Ablauf der beiden Medien.
In Fig. 4 und 5 ist jeweils eine Explosionsdarstellung
des Wärmeübertragers 1 abgebildet, aus dem der Aufbau
besonders klar ersichtlich wird. Auf das quadratische
Abschlußblech 11 wird abwechselnd ein Zwischenlagenelement
3 und ein Profilelement 2 mit seitlichen Abschlußleisten 9
angeordnet, wobei beide Elemente 2, 3 mit Wölbungen 4, 8
in Form von Sicken bzw. länglichen oder kugelförmigen
Einprägungen versehen sind. Das Zwischenlagenelement 3
weist in diesem Fall kugelförmige Einprägungen in der
Flächenmitte und längliche Einprägungen an den beiden
Rändern zur Abschlußleiste 9 hin auf. Die Abschlußleisten
9 bestehen aus zwei Dreikantleisten 20, die gegeneinander
verschieblich ausgebildet sind und zum Toleranz- und Hö
henausgleich der Profilelemente 2 dienen. Alle Bauelemente
des Wärmeübertragers 1 werden verschweißt, wobei insbeson
dere die am Rand befindlichen Berührungskante 16
und -flächen 19 dicht verschweißt werden.
In Fig. 5 sind die Zwischenlagenelemente 3 doppellagig
und mit den Wölbungen 8 zueinander ausgerichtet geschich
tet, damit ein hoher Sicherheitsstandard erzielt wird.
Durch die Wölbung 8 Zwischenlagenelemente 3 werden Zwi
schenräume 15 gebildet, die durch Bohrungen 14 in den
Eckpunkten 13 der Abschlußleisten 9 und des Abschlußble
ches 11 miteinander verbunden sind, so daß die Zwischen
räume 15 mit einem nicht dargestellten Auffangbehälter für
die Medien und/oder einem Leckanzeigegerät verbunden wer
den können.
In Fig. 6 und 7 sind in einer vergrößerten und teilweise
durchbrochenen Darstellung drei Zwischenlagenelemente 3
und zwei Profileleinente 2 abgebildet. Hierbei sind die
kugelförmigen Einprägungen in den Zwischenlagenelementen 3
und die wellenförmigen Einprägungen bzw. die Sicken in den
Wänden 18 der Profilelemente 2 sehr gut zu erkennen. Die
Berührungskante 16 der einzelnen Elemente 2, 3 werden
punktweise oder voll durch verschweißt.
In der Fig. 7 sind in den Kammern 7 zusätzliche
wellenförmige Blechelementen 17 eingeschweißt, die zu
einer weiteren Verwirbelung der Medien und damit zu einer
weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades führen. Die
Wirbulatoren 17 sind punktweise mit dem gefalzten
Profilelement 2 im Falz verschweißt und ragen in die
Kammer 7 hinein, wobei die Blechelemente 17 ebenfalls
gewellt ausgeführt sind.
In Fig. 8 ist ein einzelnes Profilelement 2 abgebildet,
welches zickzackförmig gefalzt ist und längliche Sicken an
den Wänden 18 aufweist.
In Fig. 9 ist ein Zwischenlagenelement 3 abgebildet,
welches alternative Ausführungsformen der Wölbungen 8 in
Form von länglichen, kugelförmigen und pyramidenförmigen
Einprägungen aufweist. Diese Einprägungen können hierbei
alternierend zu beiden benachbarten Profilelementen 2
ausgerichtet sein.
In Fig. 10 sind drei Abschlußleisten 9 mit zwei Zwischen
lagenelementen 3 und einem Profilelement 2 dargestellt,
welche an den gestrichelt gekennzeichneten Berührungsli
nien 16 und -flächen 19 verschweißt sind, wobei die mitt
lere Abschlußleiste 9 aus zwei Dreikantleisten 20 besteht,
die ebenfalls miteinander verschweißt sind.
Fig. 11 zeigt drei Module des Wärmeübertragers 1, die
nebeneinanderliegend angeordnet sind und mit einem Rohr
segment 21 verbunden sind, welches halbrund mit der fla
chen offenen Seite 22 an den Modulen anliegt und mit die
sen verschweißt ist. Das Rohrsegment 21 ist hierbei mit
einem Endstück 23 abgeschlossen.
Fig. 12 zeigt drei Module des Wärmeübertragers 1 in einer
geschnittenen Seitenansicht mit zwei Rohrsegmenten 21,
welche mit ihren flachen offenen Seiten 22 an den Stirn
flächen 5, 6 des Wärmeübertragers 1 anliegen. Die Rohrseg
mente 21 dienen als Zu- und Ablaufrohre 28 und weisen an
ihren Enden Anschlußflansche 24 auf, die zum Anschluß der
Zu- und Ablaufleitungen dienen. In den Rohrsegmenten 21
sind Scheiben 25 angeordnet, welche zur Strömungslenkung
des Mediums genutzt werden.
In der Fig. 13 ist ein kompakter und vollständiger Wärme
übertrager 1 mit jeweils zwei Zulauf- und Ablaufrohrseg
menten 21 abgebildet, wobei jedes Rohrsegment 21 flächig
mit dem Modul verbunden ist und jeweils einen Anschluß
flansch 24 aufweist. Die Strömungsrichtungen sind durch A,
A′ bzw. B, B′ gekennzeichnet. Die Rohrsegmente 21 sind
hierbei durch weitere Rohrsegmentviertel 26 miteinander
verschweißt und verstärken und versteifen den Wärmeüber
trager 1.
Aus der Fig. 14 ist die Anbringung der aufgesetzten Rohr
segmentviertel 26 an den Rohrsegmenten 21 nochmals in
einer geschnittenen Zeichnung dargestellt.
Fig. 15 zeigt zwei Module mit einem Rohrsegment 21 und
einem Anschlußflansch 24, wobei eine zusätzliche Verstär
kung der Konstruktion durch Rippen 27 herbeigeführt wird.
Die Fig. 16 a-d zeigen jeweils einen Wärmeübertrager
1, der aus einem oder mehreren Modulen mit Anschlußele
menten in Form von Rohrsegmenten 21 und Anschlußflanschen
24 aufgebaut ist. Während die Fig. 16a von einem Modul
ausgeht, sind in der Fig. 16b drei nebeneinanderliegend
angeordnete Module und in der Fig. 16c sechs Module,
hiervon drei nebeneinander und jeweils zwei übereinander
liegend angeordnet. Die Fig. 16d zeigt zwölf Module die
zu jeweils drei hintereinanderliegenden in einem Viererpa
ket angeordnet sind und mit doppelten Anschlußsegmenten 21
und Anschlußflanschen 24 ausgestattet sind.
Bezugszeichenliste
1 Wärmeüberträger/-modul
2 Profilelement
3 Zwischenlagenelement
4 Wölbung der Profilelemente
5, 6 Stirnflächen
7 Strömungskammer
8 Wölbung der Zwischenlagenelemente
9 Abschlußleisten/Seitenbegrenzungsprofil
10 Eckpunkt
11 Abschlußblech
12 Endbereich
13 Eckpunkt
14 Bohrung/Verbindungskanal
15 Zwischenraum
16 Berührungskante
17 Blechelement
18 Seitenwand des Profilelementes
19 Berührungsfläche
20 Dreikantleiste
21 Rohrsegment
22 Seite
23 Endstück
24 Anschlußflansch
25 Scheibe
26 Rohrsegmentviertel
27 Rippe
28 Zu- und Ablaufrohr
2 Profilelement
3 Zwischenlagenelement
4 Wölbung der Profilelemente
5, 6 Stirnflächen
7 Strömungskammer
8 Wölbung der Zwischenlagenelemente
9 Abschlußleisten/Seitenbegrenzungsprofil
10 Eckpunkt
11 Abschlußblech
12 Endbereich
13 Eckpunkt
14 Bohrung/Verbindungskanal
15 Zwischenraum
16 Berührungskante
17 Blechelement
18 Seitenwand des Profilelementes
19 Berührungsfläche
20 Dreikantleiste
21 Rohrsegment
22 Seite
23 Endstück
24 Anschlußflansch
25 Scheibe
26 Rohrsegmentviertel
27 Rippe
28 Zu- und Ablaufrohr
Claims (23)
1. Wärmeübertrager (1) zum Austausch von Wärme zwischen
zwei voneinander getrennt gehaltenen Medien, bestehend
aus mindestens einem Wärmeübertragermodul (1) in Sand
wichbauweise mit Verbindungs- und Anschlußelementen,
mit abwechselnd geschichteten Profilelementen (2) und
mit Ausprägungen versehenen Zwischenlagenelementen (3)
zur Trennung der unterschiedlichen Medien, wobei die
Seitenwände (18) der Profilelemente (2) und die
Zwischenlagenelemente (3) jeweils eine Kammer und ge
meinsame Berührungskanten (16) bilden und wobei die
Randbereiche durch Abschlußleisten (9) und die ein
zelnen Wärmeübertragermodule (1) durch Abschlußbleche
(11) abgedichtet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dünnwandigen Profilelemente (2) zickzackförmig
gefalzt sind und Seitenwände (18) zu den nebeneinander
angeordneten Kammern (7) bilden, die zusätzlich hin
tereinanderliegende und quer zur Axialrichtung der
Kammern (7) ausgebildete Sicken (4) aufweisen und daß
die dünnwandigen Zwischenlagenelemente (3) einzeln
ausgeprägte Wölbungen (8) aufweisen, die zumindestens
zu einem geschichteten Profilelement (3) ausgerichtet
sind und daß die Profil- (2) und Zwischenlagenelemente
(3) entlang ihrer jeweiligen Berührungskanten (16)
miteinander verschweißt sind.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aus den Profil- (2) und Zwischenlagenelemen
ten (3) gebildeten Kammern (7) zumindest eines Mediums
als Strömungskammer ausgebildet sind.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wölbungen (8) der Zwischenlagenelemente (3)
einseitig zu einem Profilelement (2) oder alternierend
zu zwei Profilelementen angeordnet sind.
4. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sicken (4) einzeln oder wellenförmig zusammen
hängend ausgebildet sind.
5. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wölbungen (8) der Zwischenlagenelemente (3)
aus länglichen, kugelförmigen oder pyramidenförmigen
Einprägungen bestehen.
6. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Profilelemente (2) um jeweils 90° verdreht
kreuzweise geschichtet sind.
7. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungskammern (7) der Profilelemente (2)
einer Strömungsebene U-förmig abgewinkelt sind, wobei
der mittlere Bereich und die abgewinkelten Endbereiche
(12) jeweils parallel verlaufend mit den anderen
Strömungskammern (7) übereinanderliegend geschichtet
sind.
8. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenlagenelemente (3) doppellagig ausge
führt und die Wölbungen ineinanderliegend angeordnet
sind.
9. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die doppellagigen Zwischenlagenelemente (3)
Zwischenräume (15) bilden, die über Seitenbegren
zungsprofile (9) mit mindestens einem Verbindungs
kanal (14) miteinander verbunden sind.
10. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenräume (15) mit einem Auffangbehälter
und einem Leckanzeigegerät verbunden sind.
11. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Profilelemente (2) gewellte, gerippte oder
verdrehte Blechelemente (17) zusätzlich eingeschweißt
sind.
12. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschlußleisten (9) zum Höhenausgleich der
Profilelemente (2) aus gegeneinander verschiebbaren
Dreikantleisten (20) bestehen, welche miteinander
verschweißt sind.
13. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flächen der Profil- (2) und Zwischenlagenele
mente (3) elektropoliert sind.
14. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeübertragermodule (1) als Wärmespeicher
einsetzbar und die Kammern (7) einer Richtung mit
einem Speichermedium gefüllt sind.
15. Wärmeübertrager nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Speichermedium Paraffin oder Glaubersalz ein
setzbar ist.
16. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Profil- (2), Zwischenlagenelemente (3), Ab
schlußbleche (11) und Abschlußleisten (9) entlang der
Berührungskanten (16) und/oder Berührungsflächen (19)
der Sandwichstruktur miteinander durch verdeckte Nähte
voll durch, punktweise oder mit Zwischenabständen ver
schweißt werden.
17. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die doppellagigen Zwischenlagenelemente (3) um die
Wölbungen (8) herum punktweise verschweißt werden.
18. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verschiebbaren dreikantförmigen Abschlußlei
sten (20) miteinander verschweißt werden.
19. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schweißverfahren durch ein Elektronstrahl-,
Laser- und/oder Plasmaschweißverfahren mit einem
geringen Energieübertrag durchgeführt wird.
20. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schweißverfahren unter Vakuum durchgeführt
wird.
21. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schweißverfahren unter einer Inertgasüberlage
rung durchgeführt wird.
22. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schweißnähte nach dem Schweißverfahren gebeizt
und passiviert werden.
23. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschlußleisten (9) der Module (1) und die
Rohrsegmente (21) sowie die doppellagigen Zwischen
lagenelemente (3) rundherum dicht verschweißt werden.
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