DE4306561C2 - Cross flow heat exchanger - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreuzstrom-Wärmetau scher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a cross-flow heat rope shear according to the preamble of claim 1.
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. Of 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 näle 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 were always larger Sheet thicknesses needed to ensure that despite the mechanical stresses due to pressure differences the Stromka is not closed between the two media channels 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 und 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 to provide electricity heat exchangers with characteristics which they are in contact with neighboring 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 dimension 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 reduction in efficiency of the cross-flow heat exchanger. Furthermore arises in such cross-flow heat exchangers 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 dense water and the like accumulates what is medium and long term to considerable damage to the cross-flow heat rope schers leads.
Bei einem in der US 3 463 222 gezeigten Wärmetauscher weist jede Platte Stützausprägungen auf, von denen die eine Hälfte in die eine Richtung und die andere Hälfte in die andere Richtung geprägt sind.In a heat exchanger shown in US 3,463,222 each plate supports, one half of which in one direction and the other half in the other Direction.
Aus der DE-OS 22 50 222 ist ein Kreuzstrom-Wärmetauscher bekannt, der Platten hat, die unter Ausbildung von Spalten zwischen ihnen über- bzw. unter- oder nebeneinander angeord net sind. Die Platten sind an ihren Längsseiten mit den Längs seiten der ihnen auf einer Seite benachbarten Platten ver bunden bzw. paarweise einstückig ausgebildet. An ihren Quer seiten sind die Platten mit den Querseiten der ihnen auf der anderen Seite benachbarten Platten mittels einer Außenplatte dicht verbunden. Einander benachbarte Spalten bilden alter nierend Längs- und Querstromkanäle, wobei jede Platte Stütz ausprägungen zur Stabilisierung ihrer Lage im Kreuzstrom-Wärmetauscher aufweist, wobei alle Stützausprägungen in die selbe Richtung in jede Platte eingeprägt sind, so daß sich die von den Stützausprägungen in der Platte ausgebildeten Hohl räume zur selben Seite der entsprechenden Platte hin öffnen. From DE-OS 22 50 222 is a cross-flow heat exchanger known who has plates that are forming columns arranged between them one above the other, one below the other or next to each other are not. The panels are on their long sides with the long sides sides of the plates adjacent to them on one side bundled or formed in one piece in pairs. On their cross sides are the panels with the transverse sides of them on the other adjacent plates by means of an outer plate tightly connected. Adjacent columns form older ones renal longitudinal and cross-flow channels, each plate supporting Characteristics for stabilizing their position in the cross-flow heat exchanger has, with all support characteristics in the are embossed in the same direction in each plate, so that the Hollow formed by the support features in the plate open rooms to the same side of the corresponding panel.
Bei diesem bekannten Kreuzstrom-Wärmetauscher weisen auf einanderfolgende Platten einander entgegengesetzte Stütz ausprägungen auf. Dies führt dazu, daß von zwei aufeinander folgenden Spalten der eine völlig frei von Stützausprägungen ist, während in den anderen die Stützausprägungen zweier Platten hineinragen. Diese Stützausprägungen liegen dort flächig aneinander an. Einerseits entstehen bei einer der artigen Ausgestaltung des Kreuzstrom-Wärmetauschers stütz ausprägungsfreie Spalten, die bei einer entsprechenden Druck beaufschlagung des Kreuzstrom-Wärmetauschers hinsichtlich ihrer Weite schwanken können, was zu Unregelmäßigkeiten im Betrieb des Kreuzstrom-Wärmetauschers führen kann. Des wei teren können in den stützausprägungsfreien Spalten des Kreuz strom-Wärmetauschers leicht laminare Strömungsverhältnisse auftreten, mit der Folge, daß aufgrund dieser laminaren Strö mungsverhältnisse ein nur unvollkommener Wärmetausch zwi schen den beiden unterschiedlichen, einander benachbarte Spalte durchströmenden Medien auftritt. Des weiteren ergibt sich bei dieser bekannten Ausgestaltung eines Kreuzstrom-Wärmetauschers bei übereinander angeordneten Platten dessel ben für die Stützausprägungen jeder zweiten Platte jeweils ein nach oben geöffneter Hohlraum, in dem sich Kondenswasser und dgl. ansammeln kann, was mittel- und langfristig zu einer erheblichen Schädigung des Kreuzstrom-Wärmetauschers führt.In this known cross-flow heat exchanger have successive plates opposite support expressions on. This results in two of each other following columns of a completely free of support characteristics is, while in the others the support forms of two Protrude plates. These support forms are there flat against each other. On the one hand, one of the like design of the cross-flow heat exchanger supports Expression-free columns, with a corresponding pressure Actuation of the cross-flow heat exchanger regarding their width can fluctuate, which leads to irregularities in the Operation of the cross-flow heat exchanger can lead. The white teren can be found in the columns of the cross, which are free of support electricity heat exchanger slightly laminar flow conditions occur, with the result that due to these laminar currents conditions an only imperfect heat exchange between between the two different, neighboring ones Column flowing through media occurs. Furthermore results in this known embodiment of a cross-flow heat exchanger in the case of plates arranged one above the other ben for the support characteristics of every second plate a cavity open to the top, in which there is condensation and the like can accumulate, which in the medium and long term becomes one leads to considerable damage to the cross-flow heat exchanger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik einen Kreuzstrom- Wärmetauscher zu schaffen, der einerseits mechanisch bzw. statisch stabiler ist und bei dem andererseits keine nach oben offenen, durch Stützausprägungen gebildete Hohlräume vorhanden sind.The invention is based, based on the task Prior art described above a cross-flow To create heat exchangers that on the one hand mechanically or is statically more stable and on the other hand there is no upward open cavities formed by support features are.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff dadurch gelöst, daß die Stützausprägungen aller Platten des Kreuzstrom-Wärmetauschers in dieselbe Richtung eingeprägt sind, daß jede Stützausprä gung zumindest zwei einen Abstand zueinander aufweisende Spitzen aufweist und daß die Stützausprägungen benachbarter Platten so angeordnet sind, daß die Stützen zumindest eini ger Stützausprägungen der einen Platte am die Hohlräume ent sprechend angeordneter Stützausprägungen der benachbarten Platte umgebenden Randbereich der benachbarten Platte an liegen.This object is achieved in connection with the preamble solved in that the Support versions of all plates of the cross-flow heat exchanger are impressed in the same direction that each support expression at least two spaced apart Has peaks and that the support characteristics of neighboring Panels are arranged so that the supports at least one ger support characteristics of a plate on the cavities speaking support features of the neighboring Plate surrounding edge area of the adjacent plate lie.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kreuz strom-Wärme tauschers, bei der die Stützausprägungen sämtlicher Platten des Kreuzstrom-Wärmetauschers in dieselbe Richtung einge prägt sind, ist es möglich, ausschließlich solche durch Stützeinprägungen gebildete Hohlräume vorzusehen, die sich nach unten öffnen, in denen sich somit kein Kondenswasser ansammeln kann. Aufgrund der Vielzahl von Stützausprägungen, die in jeden der im Kreuzstrom-Wärmetauscher vorhandenen Spalte hineinragen, wird zuverlässig verhindert, daß sich im Kreuzstrom-Wärmetauscher laminare Strömungsverhältnisse mit entsprechend negativen Wirkungen auf den Wirkungsgrad einstellen. Da in jedem Spalt Stützausprägungen vorhanden sind, ergibt sich eine höhere statische Stabilität des Kreuz strom-Wärmetauschers. Diese wird weiter dadurch erhöht, daß die Spitzen der Stützausprägungen an die Randbereiche der durch andere Stützausprägungen gebildeten Hohlräume anliegen. Des weiteren ergibt sich aufgrund der Vielzahl der Auflage punkte zwischen benachbarten Platten eine vergleichsweise starre Struktur des Kreuzstrom-Wärmetauschers. Sofern der Kreuzstrom-Wärmetauscher so aufzustellen ist, daß seine Platten waagerecht angeordnet sind, muß lediglich darauf geachtet werden, daß die Platten mit den Ausprägungen nach oben angeordnet werden. Mit einem derart gestalteten Kreuz strom-Wärmetauscher lassen sich Rückgewinnungswirkungsgrade zwischen 60 und 65% erreichen.In the embodiment of the cross current heat according to the invention exchanger, in which the support characteristics of all plates of the cross-flow heat exchanger in the same direction are characterized, it is possible to exclusively by such To provide support embossed cavities open downwards, so there is no condensation can accumulate. Due to the large number of supports, those in each of the cross-flow heat exchangers Protrude into the column, is reliably prevented laminar flow conditions in the cross-flow heat exchanger with corresponding negative effects on efficiency to adjust. There are support features in every gap there is a higher static stability of the cross electricity heat exchanger. This is further increased by the fact that the tips of the support features on the edge areas of the cavities formed by other support forms. Furthermore, due to the large number of copies points between neighboring plates a comparatively rigid structure of the cross-flow heat exchanger. If the Cross-flow heat exchanger must be set up so that its Panels are arranged horizontally, only needs to be on it care is taken that the plates with the characteristics according to can be arranged at the top. With such a cross electricity heat exchangers can be recovery efficiencies achieve 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 Work, produce, 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 the support, while 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 support forms 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 to exchange the length of the cross 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 of the support features of the neighboring ones Plate are assigned or not, each one Row with assigned support characteristics a row with unassigned support characteristics follows.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu tert.In the following the invention is based on an embodiment example with reference to the drawing, in more detail tert.
Es zeigen:Show it:
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, which are created 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, with 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.
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