DE7812536U1

DE7812536U1 - Wärmetauschanlage

Info

Publication number: DE7812536U1
Application number: DE7812536U
Authority: DE
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Publication date: 1979-07-26

Description

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Blatt 3 10. Mai 1979

EZDP/Heu/Bü. 78-B-Ol

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauschanlage, bestehend aus einem Gehäuse mit Ein- und Auslassöffnungen für einen Primär- bzw. Sekundärstrom und in
dem Gehäuse angeordneten Kreuzstromwärmetauschereinheiten (Moduln) mit berippten Oberflächen.

Derartige Wärmetauscher finden beispielsweise in der Prozesstechnik für die Wärmerückgewinnung aus Abgasen Anwendung. Will man die Leistung solcher Wärmetauscher erhöhen, kann man z.B. die Wärmaaustauschflache zwischen dem wärmeabgebenden und dein wärmeaufnehmenden
Medium vergrössern, was in der Regel auch zu der Vergrösserung des Wärmetauscherbauvolumens führt. Um diesen Nachteil zu beheben, nimmt man eine den Wärmeübergang steigernde Berippung der Wärmeaustauschflächen vor,
womit allerdings auch eine Erhöhung des Druckverlustes verbunden ist.

Durch die DE-OS 26 15 579 ist eine Anordnung von Wärmetauschereinheiten mit gewellten Rippen bekannt geworden, wobei sogenannte Kerneinheiten in Abständen zueinander angeordnet und in Reihe hintereinander oder auch teilweise parallel durchströmt werden.

Diese Anordnung wurde so gewählt, damit die einzelnen Wärmetauschereinheiten besser zugänglich und damit
leichter zu reinigen sind. Die Anordnung dient nicht der Leistungssteigerung - im Gegenteil, durch die
Hintereinanderschaltung der einzelnen Wärmetauschereinheiten wird die Wärmeleistung der gesamten Anlage verschlechtert.

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Blatt 4 10. Mai 1979

EZDP/Heu/BÜ. 78-B-Ol

So treten wegen der gemischten Anordnung von hintereinander und parallel durchströmten Einheiten unterschiedliche Druckverluste und stark verschiedene Temperaturdifferenzen zwischen Primär- und Sekundärstrom auf. Dies ist auch ein Grund dafür, dass dieses bekai.nte System nicht beliebig vergrösserbar ist. ι

In der CH-PS 588.6 72 ist ebenfalls eine Anordnung von Kreuzstrom-Wärmetauschereinheiten vorgeschlagen worden, wobei die Einheiten einfach oder mehrfach hintereinander in einem Gehäuse angeordnet sind und beidseitig in Reihe durchströmt werden. Dieser Anordnung haftet der schon beschriebene Nachteil der schlechten Wärmeausnutzung infolge sich verringernder mittlerer Temperaturdifferenz an. Zudem ist dieses System wegen zunehmender Druckverluste nicht zu grösseren Baueinheiten ausbaufähig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmetauschanlage in Modulbauweise für die Wärmerückgewinnung, vorzugsweise in der Prozess- und Klimatechnik, zu schaffen, wobei diese Wärmetauschanlage bei hoher Leistung und niedrigen Herstellkosten ein kleines Bauvolumen, ein niedriges Gewicht und einen den Betriebsverhältnissen angepassten Druckverlust besitzen soll. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, dass eine derartige Anlage eine weitgehende Anpassung bezüglich ihrer Zu- und Abströmung an bauliche Gegebenheiten und bezüglich ihrer Baugrösse an die geforderte Leistung erlaubt.

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Blatt 5 10. Mai 1979

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Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäss darin, dass die gesamte Strömungsstrecke des Primär- und Sekundärstromes von der Einlass- bis zur Auslassöffnung jeweils in eine für den intensiven Wärmetausch wirksame erste Teilstrecke und in eine der Zu- und Abströmung dienende zweite Teilstrecke aufgeteilt und dass die erste Teilstrecke nicht grosser als eine Modultiefe "t" ist. Durch dieses Anordnungsprinzip von Wärmetauschereinheiten ergibt sich vor allem der Vorteil, dass eine beliebig hohe Leistung übertragen werden kann, ohne dass der Druckverlust zu hoch wird, da jeweils vom Primär- und vom Sekundärstrom nur ein Modul in seiner Tiefe durchströmt wird. Massgebend für den auftretenden Druckverlust bei diesem System ist also der eines einzelnen Moduls. Dieses Auslegungskriterium kommt insbesondere den Gegebenheiten bei der Wärmerückgewinnung (relativ niedriger Druck und geringere Temperaturdifferenzen zwischen Primär- und Sekundärstrom) entgegen.

Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 sind die Moduln mit ihren Trennwandebenen nebeneinander angeordnet, so dass sie eine Modulreihe mit vergrösserter Wärmeaustauschfläche ergeben. Da sie parallel beaufschlagt werden, entspricht der auftretende Druckverlust wiederum dem einer Modultiefe.

Nach einer weiteren Ausgestaltung gemäss Anspruch 3 sind die Moduln in den Trennwandebenen bzw. in der x-y-Ebene nebeneinander oder übereinander oder neben- und übereinander angeordnet, so dass sie eine waben-

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artige Anordnung bilden. Die Moduln liegen dabei nicht mit ihren Seitenflächen aneinander, sondern stossen direkt oder indirekt' mit ihren Seitenkanten zusammen. Auch bei dieser Anordnung durchströmen Primär-¹ und Sekundärstrom jeweils nur eine Modultiefe. '

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung gemäss Anspruch 4 weisen die Moduln einen quadratischen Querschnitt auf und sind in einem Gehäuse grösseren Querschnitts derart untergebracht, dass die Seitenflächen der Moduln mit den Gehäuseseitenflächen nicht parallel verlaufen. Hierdurch ergeben sich zwischen Modul-Gehäuse-Seitenflächen Zu- und Abströmkanäle für Primär- und Sekundärstrom. Durch diese Anordnung ist ebenfalls wieder die Möglichkeit der parallelen Beaufschlagung sämtlicher Moduln gegeben, was zu dem erwähnten geringen Druckverlust dieses Systems führt.

Entsprechend einer vorteilhaften Lösung nach Anspruch sind die Moduln nicht direkt mit ihren Seitenkanten verbunden, sondern durch Zwischenschaltung von Distanzstegen. Hierdurch kann der Querschnitt der Zu- und Abströmkanäle entsprechend vergrössert werden.

Nach einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ein- und Austrittsflächen für Primär- und Sekundärstrom auf den Gehäusestirnflächen angeordnet oder zum Teil auf den Gehäusestirnflächen und auf den Gehäuseseitenflächen. Dies bedeutet eine grosse Anzahl von Variationsmöglichkeiten für die Zu- und Abströmrichtungen.

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Blatt 7 ΙΟ. Mai 1979

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Wie bei allen vorherigen Lösungen werden alle Moduln mit dem gleichen Druck beaufschlagt, und die An- bzw. Abströmrichtungen liegen nicht in den Trennwandebenen der Moduln, sondern senkrecht hierzu. '

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:
Es zeigen

Figur 1 eine Kreuzstromwärmetauschereinheit,

einen sogenannten Modul,

Figur 2 eine Modulreihe in einem Gehäuse und Figur 3 mehrere Modulreihen, die wabenartig

in einem Gehäuse angeordnet sind.

Figur 1

zeigt eine an sich bekannte Wärmetauschereinheit 10, die im Kreuzstrom von einem Primär- und einem Sekundärstrom in mehreren Ebenen durchströmt wird. Dieser sogenannte Modul 10 besteht aus in x- und y-Richtung verlaufenden Strömungskanälen 12 und 13, die jeweils durch Trennwand 11, die identisch mit der x-y-Ebene oder parallel zu dieser verlaufen, abgeteilt ist. Schliesslich wird dieser Modul durch die Seitenflächen 16 begrenzt, die ihrerseits die Seitenkanten 14 und Stirnkanten 15 aufweisen. Die z-Achse ist als Senkrechte auf den parallel zueinander verlaufenden Trennwandebenen 11 definiert und durchstösst diese im Schnittpunkt ihrer Diagonalen.

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Figur 2

sind mehrere Moduln in Richtung der z-Achse hintereinander zu einer Modulreihe zusammengefasst,, die mittels Distanzstegen 27 im Gehäuse 20 angeordnet' ist. Die Moduln 10 haben hier einen quadratischen , Querschnitt, ebenso wie das Gehäuse 20, so dass sich durch die um 45° gedrehte Lage beider Quadrate in Verbindung mit den Distanzstegen 27 Strömungskanäle für die Zu- und Abströmung ergeben. Entsprechende öffnungen für den Primärstrom sind auf der Gehäuseseitenfläche 25 als Einlassöffnungen 21 und auf der Gehäusestirnfläche 26 als Auslassöffnungen 22 vorgesehen. Analog enthält die Gehäusestirnfläche 26 eine Einlassöffnung 23 für den Sekundärstrom und auf der Gehäuseseitenfläche 25 entsprechende Auslassöffnungen 24. Diese Anordnung von Ein- und Auslassöffnungen kann natürlich beliebig variiert werden - bei allen Möglichkeiten ist gewährleistet, dass die Moduln jeweils nur einmal in ihrer Tiefenrichtung durchströmt werden. In

Figur 3

sind mehrere Modulreihen 10 (entsprechend Fig. 2) zu einer wabenartigen Anordnung unter Zwischenschaltung von einzelnen Distanzstegen 37 derart in einem Gehäuse 30 zusammengefasst, dass sich ebenfalls wieder Kanäle für die Zu- und Abströmung des Primär- und Sekundärstromes ergeben. Neu bei dieser Anordnung ist, dass die einzelnen Moduln 10 von innen her in z-Richtung durch einen inneren Kanal angeströmt werden

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können, wonach die Strömung in die Trennwandebenen der einzelnen Moduln umgelenkt wird und nach Austritt aus den Moduln 10 zur Abströmung erneut umgelenkt wird. Hierzu sind die Ein-' und Auslassöffnung 31, 32v für den Priiuärstrom und die Ein- und Auslassöffnungen" 33,34

für den Sekundärstrom sämtlich auf den beiden Gehäusestirnflächen 36 angeordnet. Die Modulreihen 10 sind an ihren Seitenkanten 14 mittels der Distanzstege 37 zur Bildung des inneren Stromungskanales verbunden. Die in Figur 3 gezeigte wabenförmige Anordnung, bestehend aus 4 Modulrelhen, kann beliebig in Richtung der Trennwandebenen, also entweder nach oben oder zur Seite oder nach oben und zur Seite ergänzt bzw. vervielfacht werden, so dass sich grössere Baueinheiten ergeben. Allen ist wiederum gemeinsam, dass der auftretende Druckverlust uem einer einzigen Modultiefe entspricht.

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21.4.78 EZDP/Heu/Bü. 78-B-O1

Bezugszahlenliste

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

Modul (WT-Einheit) Trennwand (x-y)-Ebene Strömungskanal in x-R. Strömungskanal in y-R. M-Seitenkante M-Stirnkante M-Seitenflache

Gehäuse Einlassöffnung f. Auslassöffnung f. Einlassöffnung f. Auslassöffnung f. G-Seitenflache G-Stirnfläche Distanzsteg

Gehäuse Einlassöffnung f. Auslassöffnung f, Einlassöffnung f, Auslassöffnung f. G-Seitenflache G-Stirnfläche Distanzsteg

Primärstrom Primärstrom Sekundärstrom S ekundärs trom

Primärstrom Primärstrom Sekundärs trom Sekundärstrom

Claims

29.3.1079

EZDP/Ileu/Bü.

78-B-Ol

Ansprüche

1^Wärmetauschanlage^bestehend aus einem Gehäuse mit Ein- und Auslassöffnungen für einen Primär- bzw. Sekundärstrom und in dem Gehäuse angeordneten Kreuzstromwärmetauschereinheiten (Moduln) mit berippten Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Strönungsstrecke des Primär- bzw. Sekundärstromes von der Einlassöffnung (21, 31; 23, 33) bis zur Auslassöffnung (22, 32; 24, 34) jeweils in eine für den intensiven Wärmetausch wirksame erste Teilstrecke und in eine der Zu- und Abströmung dienende zweite Teilstrecke aufgeteilt und dass riie erste Teilstrecke nicht grosser als eine Modultiefe L ist .
2. Wärmetauschanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass mehrere Moduln (10) in senkrechter Richtung (z-Achse) zu ihren parallelen Trennwandebenen (11; x-y-Ebene) hintereinander angeordnet und vom Primär- und Sekundärstrom parallel beaufschlagt sind.
3. Wärmetauschanlage nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c ; gekennzeichnet , dass die Moduln (10) in ihren parallelen Trennwandebenen (11; x-y-Ebene) neben- und/oder übereinander (in Richtung der Winkelhalbierenden /.wischen x- und y-Richtunq) angeordnet: und vom Primär- und Sekundärstrom parallel beaufschlagt sind.

.rZr.

-2- 29.3.1979

ÜZDP/Ho 78-B-Ol
4. Wärmetauschanlage nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Moduln (10) in ihren Trennwandebenen (11; x-y-Ebene) quadratischen Querschnitt aufweisen und in einem Gehäuse (20; 30) mit vorzugsweise rechteckigem, aber grösseren Querschnitt in denselben Ebenen derart angeordnet sind, dass die Modulseitenflächen '16) mit den Gehäusereitenflachen (25; 35) oder die Modulseitenflächen (16) sowohl miteinander als auch mit den Gehäuseseitenflächen (25; 35) Zu- bzw. Abströmkanäle bilden.
5. Wärmetauschanlage nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenkanten (14) der einzelnen Moduln (10) bzw. Modulreihen miteinander durch Distanzstege (27; 37) verbunden sind.
6. Wärmetauschanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Ein- und/ oder Auslassöffnungen (22, 23; 31, 32, 33, 34) für den Primär- bzw. Sekundärstrom auf den Gehäusestirnflächen (26; 36) angeordnet sind und dass die Zu- und Abströmrichtung des Primär- bzw. Sekundärstromes senkrecht zu den Trennwandebenen (11) der Moduln (10) (in z-Richtung) verläuft.