DE4306561A1

DE4306561A1 - Cross flow heat exchanger with embossed plates - has protuberances which project from same side of each plate and support adjacent plate

Info

Publication number: DE4306561A1
Application number: DE4306561A
Authority: DE
Inventors: Hans Klingenburg
Original assignee: Klingenburg GmbH
Current assignee: Klingenburg GmbH
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1993-03-03
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: DE9203394U1; DE4306561C2

Abstract

Each plate (1) has protuberances (2) formed on one side by pressing indentations on the opposite side of the plate. These protuberances form stabilising supports (4) for an adjacent plate. Each protuberance consists of two peaks at a short distance from each other and these peaks form the supports for the adjacent plate. Tye plates are made of aluminium and are hardened at the protuberance tips. USE/ADVANTAGE - For use at high pressure. The protuberances prevent distortion of the plates when subjected to high pressures.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreuzstrom-Wärmetau scher mit Platten, die unter Ausbildung eines Spalts zwi schen ihnen über- bzw. unter- oder nebeneinander angeord net sind, wobei jede Platte an ihren Längsseiten mit den Längsseiten der ihr auf einer Seite benachbarten Platte und an ihren Querseiten mit den Querseiten der ihr auf der anderen Seite benachbarten Platte dicht verbunden ist, so daß einander benachbarte Spalte alternierend Längs- und Querstromkanäle ausbilden, und wobei jede Platte Stütz ausprägungen zur Stabilisierung ihrer Lage im Kreuzstrom- Wärmetauscher aufweist.The invention relates to a cross-flow heat rope with plates that form a gap between arranged above or below or next to each other are net, with each plate on the long sides with the Long sides of the plate adjacent to it on one side and on its short sides with the short sides of it on the other side adjacent plate is tightly connected, so that adjacent columns alternate longitudinal and Form cross-flow channels, with each plate supporting Characteristics for stabilizing their position in cross-flow Has heat exchanger.

Bei derartigen regenerativen Wärmetauschern wird durch die Längsstromkanäle ein erstes Medium und durch die Querstrom kanäle ein zweites Medium geleitet. Jedem Längsstromkanal sind beidseitig Querstromkanäle zugeordnet und umgekehrt. Die beiden Medien haben unterschiedliche Temperaturen. Der Wärmeaustausch zwischen dem in den Längsstromkanälen und dem in den Querstromkanälen strömenden Medien findet durch jeweils eine Platte statt. With such regenerative heat exchangers, the Longitudinal flow channels a first medium and through the cross flow channels a second medium. Every longitudinal flow channel cross-flow channels are assigned on both sides and vice versa. The two media have different temperatures. The Heat exchange between the in the longitudinal flow channels and the media flowing in the cross-flow channels takes place one plate each.

Im Zuge der technischen Weiterentwicklung und der immer größeren Anforderungen werden derartige Kreuzstrom-Wärme tauscher mit immer höheren Drücken betrieben. Da während des Betriebs eines Kreuzstrom-Wärmetauschers die die Längs strom- und Querstromkanäle ausbildenden Spalte zwischen den Platten unbedingt geöffnet bleiben müssen, ergaben sich stetig wachsende Ansprüche an die für die Ausbildung der Platten verwendeten Werkstoffe bzw. wurden immer größere Plattendicken benötigt, um zu gewährleisten, daß trotz der mechanischen Beanspruchungen aufgrund von Druckdifferenzen zwischen den beiden Medien kein Verschließen der Stromka nale erfolgte. Qualitativ hochwertigere Werkstoffe resul tierten in entsprechend erhöhten Kosten, eine dickere Aus bildung der Platten ergab ebenfalls eine beträchtliche Kostensteigerung, jedoch darüber hinaus auch eine Herab setzung des Wirkungsgrads des Kreuzstrom-Wärmetauschers.In the course of technical development and always Such cross-flow heat becomes more demanding exchanger operated at ever higher pressures. There during the operation of a cross flow heat exchanger which the longitudinal current and cross flow channels forming column between the It was imperative that plates remain open steadily growing demands on the training of Sheets used materials or became bigger and bigger Sheet thicknesses needed to ensure that despite the mechanical stresses due to pressure differences the Stromka is not closed between the two media nale took place. Higher quality materials at a correspondingly higher cost, a thicker solution Plate formation also resulted in considerable Cost increase, but also a decrease Setting the efficiency of the cross-flow heat exchanger.

Deshalb ist man dazu übergegangen, die Platten von Kreuz strom-Wärmetauschern mit Ausprägungen zu versehen, mit denen sie an benachbarten Platten anliegen und so ein Offen halten der Spalte gewährleisten. Bei diesen bekannten Kreuz strom-Wärmetauschern hat jede Platte Ausprägungen zu beiden Seiten, mit denen sie sich auf den beiden neben ihr ange ordneten Platten abstützt, wobei im wesentlichen sich in Längs- bzw. Querrichtung der Platte nahezu über deren ge samte Längs- bzw. Quererstreckung erstreckende Ausprägun gen vorgesehen sind, die an mehreren Punkten gegen ent sprechende Ausprägungen der benachbarten Platte, wobei bei dieser die Ausprägungen senkrecht zu der der anderen Platte angeordnet sind, anliegen. Somit ergibt sich eine punktförmige Aufeinanderlage der Platten an den Kreuzun gen der Ausprägungen. Infolge von Herstellungstoleranzen kommt es vergleichsweise häufig vor, daß nicht an allen Kreuzungen der länglichen Ausprägungen eine Kontaktanlage erfolgt, was zu Überlastungen einzelner Kontaktpunkte führen kann. Des weiteren hat sich gezeigt, daß in der artigen, mit länglichen Ausprägungen versehenen Stromka nälen sich häufig laminare Strömungsverhältnisse einstel len, die eine erhebliche Erniedrigung des Wirkungsgrades des Kreuzstrom-Wärmetauschers zur Folge haben. Außerdem entsteht bei derartigen Kreuzstrom-Wärmetauschern, deren Platten in Vertikalrichtung übereinander angeordnet sind, leicht das Problem, daß sich in den nach oben offenen Hohlräumen der nach unten gerichteten Ausprägungen Kon denswasser u. dgl. ansammelt, was mittel- und langfristig zu einer erheblichen Schädigung des Kreuzstrom-Wärmetau schers führt.That is why one has gone over to the plates of cross electricity heat exchangers to be provided with which they are in contact with adjacent panels and so an open ensure keeping the column. In this well-known cross electricity heat exchangers each plate has designs for both Pages with which she posted on the two next to her arranged plates supported, being essentially in Longitudinal or transverse direction of the plate almost over its ge Entire longitudinal or transverse extension conditions are provided, which at several points against ent speaking forms of the neighboring plate, whereby in this the expressions perpendicular to that of the other Plate are arranged to rest. This results in a punctiform stacking of the plates at the intersections against the characteristics. Due to manufacturing tolerances it happens comparatively often that not at all Crossings of the elongated forms of a contact system occurs, resulting in overloading individual contact points can lead. Furthermore, it has been shown that in the like, with elongated characteristics Stromka laminar flow conditions often occur len, which has a significant decrease in efficiency of the cross-flow heat exchanger. Furthermore arises in such cross-flow heat exchangers, their Plates are arranged one above the other in the vertical direction, easily the problem that the open to the top Cavities of the downward expressions Kon denswasser u. Like. what accumulates in the medium and long term to considerable damage to the cross-flow heat rope schers leads.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsge mäßen Kreuzstrom-Wärmetauscher derart weiterzubilden, daß die vorstehend aufgeführten Nachteile entfallen.The invention has for its object the genus moderate cross-flow heat exchanger in such a way that the disadvantages listed above are eliminated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle Stützausprägungen einer Platte so in dieselbe Rich tung in die Platte eingeprägt sind, daß von ihnen in der Platte ausgebildete Hohlräume zur selben Seite der Plat te hin offen sind, daß die Stützausprägungen aller Plat ten des Kreuzstrom-Wärmetauschers in dieselbe Richtung eingeprägt sind, daß jede Stützausprägung zumindest zwei einen Abstand zueinander aufweisende Spitzen aufweist, und daß die Stützausprägungen benachbarter Platten so angeordnet sind, daß die Spitzen zumindest einiger Stützausprägungen der einen Platte am die Hohlräume ent sprechender angeordneter Stützausprägungen der benachbar ten Platte umgebenden Randbereich an der benachbarten Plat te anliegen.This object is achieved in that all support characteristics of a plate in the same direction tion are stamped into the plate, that of them in the Plate formed cavities on the same side of the plate te open are that the support characteristics of all plat th of the cross-flow heat exchanger in the same direction are impressed that each support form at least two has points spaced from one another, and that the support features of adjacent plates so are arranged that the tips of at least some Support characteristics of a plate on the cavities speaking arranged support forms of the neighboring edge area surrounding the adjacent plate concerns.

Die Vielzahl der Stützausprägungen verhindert zuverlässig, daß sich im Kreuzstrom-Wärmetauscher laminare Strömungsver hältnisse mit entsprechend negativen Wirkungen auf den Wir kungsgrad einstellen. Des weiteren ergibt sich aufgrund der Vielzahl der Auflagepunkte zwischen benachbarten Platten eine vergleichsweise starre Struktur des Kreuzstrom-Wärme tauschers. Sofern der Kreuzstrom-Wärmetauscher so aufzu stellen ist, daß seine Platten waagerecht angeordnet sind, muß lediglich darauf geachtet werden, daß die Platten mit den Ausprägungen nach oben angeordnet werden. Dann sind sämtliche durch die Stützausprägungen gebildeten Hohlräume nach unten offen, womit verhindert wird, daß sich in ihnen Kondenswasser ansammelt. Mit einem derart gestalteten Kreuzstrom-Wärmetauscher lassen sich Rückgewinnungswir kungsgrade zwischen 60 und 65% erreichen.The multitude of support forms reliably prevents that laminar flow ver. in the cross-flow heat exchanger Relationships with corresponding negative effects on us Set the degree of efficiency. Furthermore, due to the Plenty of support points between adjacent panels a comparatively rigid structure of cross-flow heat exchangers. Provided the cross-flow heat exchanger is so open is that its panels are level, you just have to make sure that the plates with the values are arranged upwards. Than are all cavities formed by the support features open at the bottom, which prevents them from being in them Condensed water collects. With such a design Cross-flow heat exchangers can be recovered achieve degrees of efficiency between 60 and 65%.

Für die Starrheit der Platten des Kreuzstrom-Wärmetauschers als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn jede Stützausprägung aus zwei einander teilweise überlappenden Kreisprägungen besteht, wobei im Überlappungsbereich Rand einschnürungen ausgebildet sind und wobei jede Kreisprä gung eine abgerundete Kuppelspitze aufweist. Eine derar tige Stützausprägung läßt sich zudem in einfacher Weise mittels zweier runder Stempel, die in einer achtförmigen Matrize arbeiten, herstellen.For the rigidity of the plates of the cross-flow heat exchanger It has proven to be particularly advantageous if each Support form of two partially overlapping one another Circular embossing exists, with edge in the overlap area constrictions are formed and each circular pr has a rounded dome tip. A derar term support expression can also be in a simple manner by means of two round stamps in an eight-shaped Working, producing the die.

Wenn die Platten aus Aluminium sind, das im Bereich der Kuppelspitzen bei dem bei der Prägung durchgeführten Preßvorgang ausgehärtet ist, läßt sich einerseits die günstige Eigenschaft des Aluminiums für die Wärmeüber tragung nutzen, wobei andererseits die bei der Pressung vom Aluminium erfolgende Verhärtung dieses Werkstoffs zur Herstellung besonders harter Anlagepunkte zwischen den Platten nutzbar ist.If the plates are made of aluminum, that in the area of Dome tips in the case of the embossing Pressing process is cured, the one hand favorable property of aluminum for heat transfer Use wear, on the other hand, the pressing aluminum hardening of this material for the production of particularly hard contact points between the plates can be used.

Wenn die Längsrichtungen der Stützausprägungen benachbar ter Platten aufeinander senkrecht stehen, so daß die bei den Spitzen einer Stützausprägung, die einer Stützausprä gung der benachbarten Platte zugeordnet ist, an die Rand einschnürungen der Stützausprägung der benachbarten Plat te anliegen, läßt sich erreichen, daß die gehärteten Kup pelspitzen der Stützausprägung der einen Platte gegen den ebenfalls vergleichsweise starren Bereich der Randein schnürungen der Stützausprägung der benachbarten Platte anliegt. Hierdurch wird die Starrheit des erfindungsge mäßen Kreuzstrom-Wärmetauschers weiter erhöht.If the longitudinal directions of the supports are adjacent ter plates are perpendicular to each other, so that at the tips of a support expression, that of a support expression the neighboring plate is assigned to the edge constrictions of the support characteristics of the neighboring plat te concern, can be achieved that the hardened cup the tips of one plate against the other also comparatively rigid area of the margins lacing of the support form of the neighboring plate is present. As a result, the rigidity of the fiction moderate cross-flow heat exchanger further increased.

Zur einfachen baulichen Gestaltung des Kreuzstrom-Wärme tauschers ist es vorteilhaft, wenn die Länge der Quersei ten der Platten der der Längsseiten entspricht, wobei es zur Erzielung einer möglichst großen Starrheit besonders zweckmäßig ist, wenn alle in ein- und derselben Reihe mit fluchtender Längsmittellinie angeordneten Stützausprägun gen entweder sämtlich Stützausprägungen der benachbarten Platte zugeordnet sind oder nicht, wobei jeweils auf eine Reihe mit zugeordneten Stützausprägungen eine Reihe mit nicht zugeordneten Stützausprägungen folgt.For simple structural design of cross-flow heat It is advantageous if the length of the crossbar ten of the plates corresponds to that of the long sides, it being especially to achieve the greatest possible rigidity is useful if all in the same row with aligned longitudinal center line arranged support either all the support features of the neighboring ones Plate are assigned or not, each one Row with assigned support characteristics a row with not assigned support characteristics follows.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu tert. Es zeigtIn the following the invention is based on an embodiment example with reference to the drawing, in more detail tert. It shows

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Platte des erfindungsgemäßen Kreuzstrom-Wärmetau schers; und Figure 1 is a perspective view of a plate of the cross-flow heat exchanger according to the invention. and

Fig. 2 einen teilweisen Schnitt durch zwei benach barte Platten gemäß Fig. 1, wobei die untere Platte einen Teil des Schnitts B-B und die obere Platte einen Teil des Schnitts A-A in Fig. 1 darstellt. Fig. 2 is a partial section through two neigh disclosed plates according to FIG. 1, the lower plate is part of the section BB and the upper plate is part of the section AA in Fig. 1.

Eine in Fig. 1 perspektivisch dargestellte Platte 1 eines in der Zeichnung insgesamt nicht dargestellten Kreuzstrom- Wärmetauschers hat zwei Längs- und zwei Querseiten, wobei die Längsseiten senkrecht zu den Querseiten angeordnet sind. Die Platte 1 besteht aus Aluminium.A plate 1 shown in perspective in FIG. 1 of a cross-flow heat exchanger, not shown in the drawing as a whole, has two longitudinal and two transverse sides, the longitudinal sides being arranged perpendicular to the transverse sides. The plate 1 is made of aluminum.

Die Platte 1 ist mit Stützausprägungen 2 versehen. Bei die sen Stützausprägungen 2 handelt es sich um aufwärts gerich tete Ausprägungen, wobei die durch die Stützausprägungen 2 geschaffenen, in der Platte 1 entstehenden Hohlräume 3 nach unten offen sind, wie in Fig. 2 dargestellt ist.The plate 1 is provided with support features 2 . These support forms 2 are upward-directed forms, the cavities 3 created by the support forms 2 and formed in the plate 1 being open at the bottom, as shown in FIG. 2.

Jede Stützausprägung 2 hat zwei abgerundete Kuppelspitzen 4, in deren Bereich das Aluminiummaterial verstärkt ist. Jede Stützausprägung 2 besteht aus zwei Kreisprägungen 5, wo bei im Mittelpunkt einer jeden Kreisausprägung 5 die je weilige Kuppelspitze 4 angeordnet ist. Da die beiden Kreis prägungen 5 einer Stützausprägung 2 einander überlappen, ergeben sich im Überlappungsbereich beidseitig jeweils eine Randeinschnürung 6, wobei an diesen Randeinschnürungen 6 der Werkstoff der Platte 1 aufgrund der Kantenwirkung eben falls erstarrt ist.Each support shape 2 has two rounded dome tips 4 , in the area of which the aluminum material is reinforced. Each support shape 2 consists of two circular embossments 5 , where the respective dome tip 4 is arranged at the center of each circular shape 5 . Since the two circular embossments 5 of a support configuration 2 overlap one another, there is an edge constriction 6 on both sides in the overlap region, the material of the plate 1 being solidified due to the edge effect at these edge constrictions 6 .

Die in Fig. 1 dargestellte Platte 1 hat fünfzehn Stütz ausprägungen, die in fünf zueinander parallelen Reihen zu jeweils drei Stützausprägungen mit miteinander fluchtenden Längsmittellinien angeordnet sind. Die Anzahl der Stütz ausprägungen 2 ist jedoch nur beispielhaft gewählt. Tat sächlich kann eine derartige Platte 1 eine beliebige Anzahl von Stützausprägungen 2 aufweisen.The plate 1 shown in Fig. 1 has characteristics fifteen support which are arranged in five parallel rows of three support occurrences with aligned longitudinal centerlines. The number of support versions 2 is chosen only as an example. Actually such a plate 1 can have any number of support features 2 .

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind benachbarte Platten 1a, 1b so angeordnet, daß die Längsmittellinien ihrer Stütz ausprägungen 2 zueinander senkrecht verlaufen. In Fig. 2 ist die untere Platte 1a als Teilschnitt der Linie B-B in Fig. 1 dargestellt, während die in Fig. 2 obere Plat te 1b als Teilschnitt der Linie A-A in Fig. 1 dargestellt ist. Ein zwischen den Platten 1a, 1b ausgebildeter Spalt 7 bleibt in seiner Breitenrichtung weitestgehend konstant, da die Kuppelspitzen 4 der Stützausprägungen 2 der unteren Platte 1a an den Randeinschnürungen 6 jeder zweiten Stütz ausprägung 2 der oberen Platte 1b, deren Stützausprägungen 2 mit ihrer Mittellängslinie senkrecht zu der der Stütz ausprägungen 2 der unteren Platte 1a verlaufen, anliegen. Hierbei ist zu beachten, daß bei dieser Anordnung nur je de zweite Stützausprägung 2 der auf der Schnittlinie A-A befindlichen Stützausprägungen 2 einer Stützausprägung 2 der unteren Platte 1a zugeordnet ist. In der in Fig. 2 dargestellten Weise sind eine beliebige Anzahl von Platten 1 übereinander angeordnet, wobei jeweils alternierend eine Reihe mit mit ihren Längsmittellinien fluchtenden Stütz ausprägungen 2 Stützausprägungen der nächst oberen Platte 1 zugeordnet sind bzw. nicht.As shown in Fig. 2, adjacent plates 1 a, 1 b are arranged so that the longitudinal center lines of their support forms 2 are perpendicular to each other. In Fig. 2, the lower plate 1 a is shown as a partial section of the line BB in Fig. 1, while the upper plate in Fig. 2 te 1 b is shown as a partial section of the line AA in Fig. 1. A between the plates 1 a, 1 b formed gap 7 remains largely constant in its width direction, since the dome tips 4 of the support features 2 of the lower plate 1 a at the edge constrictions 6 of every second support feature 2 of the upper plate 1 b, the support features 2 with their central longitudinal line perpendicular to that of the support forms 2 of the lower plate 1 a, lie. Here, it should be noted that only in this arrangement depending de second support expression of the support 2 forms 2 located on the section line AA of a support expression 2 of the lower plate 1 is assigned to a. In the embodiment shown in Fig. 2 includes any number of plates are arranged one above the other, wherein each alternating one row with aligned with their longitudinal center lines of the support forms support 2 forms the next upper plate 1 are assigned or not.

Claims

1. Cross-flow heat exchanger with plates ( 1 ), which are arranged with the formation of columns ( 7 ) between them above or below or next to each other, each plate ( 1 ) on its long sides with the long sides of the one adjacent to it on one side Plate ( 1 ) and on its transverse sides is tightly connected to the transverse sides of the plate ( 1 ) adjacent to it on the other side, so that adjacent columns ( 7 ) alternately form longitudinal and transverse flow channels, each plate ( 1 ) supporting features ( 2 ) to stabilize their position in the cross-flow heat exchanger, characterized in that all the support features ( 2 ) of a plate ( 1 ) are embossed in the same direction into the plate ( 1 ) in such a way that they form cavities in the plate ( 1 ) ( 3 ) to the sel ben side of the plate ( 1 ) are open that the support embossings ( 2 ) of all plates ( 1 ) of the cross-flow heat exchanger are stamped in the same direction that j Each support shape ( 2 ) has at least two spaced tips ( 4 ), and that the support features ( 2 ) of adjacent plates ( 1 ) are arranged so that the tips ( 4 ) of at least some support features ( 2 ) of one Plates ( 1 a) on the cavities accordingly arranged support features ( 2 ) of the adjacent plate ( 1 b) surrounding edge area ( 6 ) on the adjacent plate ( 1 ) be applied.

2. cross-flow heat exchanger according to claim 1, in which each support form ( 2 ) consists of two partially overlap each other, the circular embossments ( 5 ), wherein in the overlap rich constrictions ( 6 ) are formed and wherein each circular embossment ( 5 ) has a rounded dome tip ( 4th ) having.

3. cross-flow heat exchanger according to claim 2, wherein the plates ( 1 ) are made of aluminum, the tips in the region of the dome ( 4 ) is hardened.

4. cross-flow heat exchanger according to claim 2 or 3, wherein the longitudinal directions of the support features ( 2 ) adjacent ter plates ( 1 a, 1 b) are perpendicular to each other, so that the two tips ( 4 ) of a support feature ( 2 ), one Support expression ( 2 ) of the adjacent plate ( 1 b) is net, on the edge constrictions ( 6 ) of the support expression ( 2 ) of the adjacent plate ( 1 b).

5. cross-flow heat exchanger according to one of claims 2 to 4, in which the length of the transverse sides of the plates ( 1 ) corresponds to that of the long sides, in which all in one and the same row with aligned longitudinal center line angeord designated support features ( 2 ) either all support Embossments ( 2 ) are assigned to the adjacent plate ( 1 b) or not, with a row with unassigned support features ( 2 ) each following a row with associated support features ( 2 ).