DE9318338U1 - Plate heat exchanger in modular design for recuperative heat exchange in the counterflow principle between gaseous media - Google Patents
Plate heat exchanger in modular design for recuperative heat exchange in the counterflow principle between gaseous mediaInfo
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Description
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Entwicklung und Planung
Möhlenring 53, ^7906 Kempem, Telefon: 02152/53002Development and planning
Möhlenring 53, ^7906 Kempem, Telephone: 02152/53002
Plattenwärmeaustauscher in Modulbauweise zum rekuperativen Wärmeaustausch im Gegenstromprinzip zwischen gasförmigen Medien.Plate heat exchanger in modular design for recuperative heat exchange using the countercurrent principle between gaseous media.
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher in Modulbauweise zum rekuperativen Wärmeaustausch im Gegenstromprinzip zwischen gasförmigen Medien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a plate heat exchanger in modular design for recuperative heat exchange using the countercurrent principle between gaseous media according to the preamble of claim 1.
Nach dem Stand der Technik sind Plattenwärmeaustauscher für gasförmige Medien bekannt, die in der Regel aus vorgefertigten Platten, Profilen und Rahmenbauteile bestehen, welche zum Gesamtplattenwärmeaustauscher verklebt, verpreßt, verschweißt oder verlötet sind. Fertigungs- und Herstellungsmethode ist zwar rationell, hat jedoch den entscheidenen Nachteil, daß diese Plattenwärmeaustauscher zu Reinigungszwecke nicht auseinandernehmbar sind.According to the state of the art, plate heat exchangers for gaseous media are known, which generally consist of prefabricated plates, profiles and frame components which are glued, pressed, welded or soldered to form the entire plate heat exchanger. The manufacturing and production method is efficient, but has the decisive disadvantage that these plate heat exchangers cannot be dismantled for cleaning purposes.
Soll der Plattenwärmeaustauscher im Gegenstromprinzip arbeiten, wird zum Anschluß der bisher bekannten Plattenwärmeaustauscher an das Luftkanalsystem je Medienstrom mindestens eine Luftumlenkung oder für einen Medienstrom mindestens zwei Luftumlenkungen erforderlich.If the plate heat exchanger is to work on the countercurrent principle, to connect the previously known plate heat exchangers to the air duct system, at least one air deflector is required for each media flow or at least two air deflectors for one media flow.
Eine Ausführung ohne Luftumlenkung ist bekannt { Wärmerückgewinnung in lüftungstechnische Anlagen, H.Jüttemann, CF. Müller-Verlag, Karlsruhe, 1977, S. 111).A design without air redirection is known (Heat recovery in ventilation systems, H.Jüttemann, CF. Müller-Verlag, Karlsruhe, 1977, p. 111).
Bei den verwendeten Trennflächenmaterial werden für hohe Austauschgrade im Gegenstromprinzip Reaktionslängen von bis zu 3 m erforderlich. Da die Plattenwärmeaustauscher nicht auseinandernehmbar sind, müßte eine Reinigung von Seiten der Kanalanschlüsse erfolgen. Durch Luftumlenkungen und durch hohe Reaktionslängen wird jedoch eine notwendige Reinigung erschwert, erfolgt nur unzureichend oder ist überhaupt nicht möglich. Bei einer Reaktionslänge von 3 n> ist eine Reinigung auch ohne Luftumlenkung erschwert.With the separating surface material used, reaction lengths of up to 3 m are required for high exchange rates in the countercurrent principle. Since the plate heat exchangers cannot be dismantled, cleaning would have to be carried out from the channel connections. However, air deflections and long reaction lengths make necessary cleaning more difficult, only take place inadequately or are not possible at all. With a reaction length of 3 n>, cleaning is difficult even without air deflection.
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Dadurch ist der Einsatz in Gebäuden mit erhöhten Reinheitsanforderungen
wie z.B.in Krankenhäuser aber auch zur Wohnungsbe- und -entlüftung
hygienisch bedenklich.
Bei betriebsbeeinträchtigenden Verschmutzungen mußte der Wärmeaustauscher bisher komplett erneuert werden.This makes its use in buildings with increased cleanliness requirements, such as hospitals, but also for residential ventilation, hygienically questionable.
In the past, if contamination affected operation, the heat exchanger had to be completely replaced.
Um gasdichte Plattenwärmeaustauscher zu erhalten, müssen die Trennwände verlötet oder verschweißt werden, was einerseits eine zum Korrosionsschutz aufgebrachte Lackbeschichtung beschädigen kann und andererseits den Herstellungsaufwand erheblich vergrößert.In order to obtain gas-tight plate heat exchangers, the partition walls must be soldered or welded, which on the one hand can damage a paint coating applied for corrosion protection and on the other hand significantly increases the manufacturing effort.
Bei Plattenwärmeaustauschern im Gegenstromprinzip und hohen Temperatur-Austauschgraden
kommt es beim Einsatz als Wärmerückgewinner in Lüftungsanlagen auf der Fortluftseite zur Kondensation der Luftfeuchte.
Bei Außenlufttemperaturen unter O0C besteht dann die Gefahr zur Kon-In the case of plate heat exchangers based on the countercurrent principle and high temperature exchange rates, condensation of the air humidity occurs on the exhaust air side when used as heat recovery units in ventilation systems.
At outside air temperatures below O 0 C there is a risk of condensation.
densatvereisung. Durch diese Vereisung lagert sich das gefrorene Kondensat so lange an die Trennflächen an, bis der Luftspalt "zugewachsen" ist. Als Abhilfe sind vor dem Wärmerückgewinner in der Außenluft Vorerwärmer und teilweise elektrisch beheizte Abtauautomatiken in der Fortluft eingesetzt worden, was einen zusätzlichen energetischen aber auch regelungstechnischen Mehraufwand erfordert. Eine andere Möglichkeit sieht vor, den Temperatur-Austauschgrad zu begrenzen oder einen Teil der Außenluft am Wärmeaustauscher vorbeizuführen, was energetisch dasselbe darstellt. Trotz des nur geringfügig kleineren Strömungsdruckverlustes bleibt der Jahresrückgewinn viel geringer und für die Nacherwärmung muß entweder ein höheres Temperaturniveau oder mehr Wärmeaustauscherfläche angesetzt werden, so daß insgesamt die Effizienz gering bleibt.condensate freezing. Due to this freezing, the frozen condensate builds up on the separating surfaces until the air gap is "closed". To remedy this, preheaters and partially electrically heated automatic defrosting systems in the exhaust air have been installed in front of the heat recovery unit in the outside air, which requires additional energy and control technology. Another possibility provides for limiting the temperature exchange rate or passing part of the outside air past the heat exchanger, which represents the same energy. Despite the only slightly smaller flow pressure loss, the annual recovery remains much lower and either a higher temperature level or more heat exchanger surface must be used for reheating, so that overall efficiency remains low.
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Aus dem Stand der Technik entsteht die Aufgabe, einen hocheffizienten, vereisungssicheren und bei Bedarf z.B. zur Reinigung jederzeit zerlegbar und immer wieder verwendbaren Plattenwärmeaustauscher für gasförmige Medien zu schaffen, der mit einfachen Produktionstechniken herstellbar ist.The state of the art gives rise to the task of creating a highly efficient, freezing-proof plate heat exchanger for gaseous media that can be dismantled at any time (e.g. for cleaning) and reused over and over again and that can be manufactured using simple production techniques.
Der Anschluß des Plattenwärmeaustauschers an das Lüftungskanalsystem soll ohne Luftumlenkungen erfolgen, damit auch im Einbauzustand eine Reinigung erfolgen kann.The plate heat exchanger should be connected to the ventilation duct system without air diversions so that cleaning can be carried out even when installed.
Die Beschaffenheit der Trennflächen sollen nach den Eigenschaften der Medienströme separat ausgewählt und angepaßt werden können. Die Länge des Plattenwärmaustauschers in Luftrichtung und der Abstand der Trennflächen sollte frei wählbar sein, so daß jeder geforderte Temperatur-Austauschgrad bei geringem luftseitigen Druckverlust erreichbar ist.The nature of the separating surfaces should be able to be selected and adapted separately according to the properties of the media flows. The length of the plate heat exchanger in the direction of air and the distance between the separating surfaces should be freely selectable so that any required temperature exchange level can be achieved with a low pressure loss on the air side.
Mit dem Plattenwärmeaustauscher soll Wärme auch zwischen Medienströmen unterschiedlicher Betriebsdrücke übertragen werden können.The plate heat exchanger should also be able to transfer heat between media flows with different operating pressures.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen der Schutzansprüche vorgeschlagenen Merkmale gelöst.The object is achieved according to the invention by the features proposed in the characterising part of the protection claims.
Durch die Aufteilung des Plattenwärmeaustauschers (Fig. 5.6) in stapelbare, zerlegbare und wieder zusammenfügbare Trennflächenmodule (Fig. 1,2,3) kann der Plattenwärmeaustauscher zu Reinigungszwecken jederzeit auseinandergenommen werden. Nach Lösen der Verpressung können die Abschlußplatten (6) abgenommen werden und der Plattenwärmeaustauscher kann zerlegt werden. Mit geeigneten Mitteln und Verfahren können die Trennflächenmodule (Fig. 1,2,3) komplett gereinigt werden. Danach können die Trennflächenmodule wieder gestapelt und verpresst werden und sind dadurch immer wieder verwendbar.By dividing the plate heat exchanger (Fig. 5.6) into stackable, dismantable and reassemblable interface modules (Fig. 1, 2, 3), the plate heat exchanger can be dismantled for cleaning purposes at any time. After releasing the pressing, the end plates (6) can be removed and the plate heat exchanger can be dismantled. The interface modules (Fig. 1, 2, 3) can be completely cleaned using suitable means and methods. The interface modules can then be stacked and pressed together again and can therefore be used again and again.
Durch den entgegengesetzten Anschluß der Medienströme (8a, 8b, 8c) an den Plattenwärmeaustauschers an wird eine Gegenstromführung ermöglicht.The opposite connection of the media flows (8a, 8b, 8c) to the plate heat exchanger enables countercurrent flow.
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Durch die Möglichkeit, den Plattenwärmeaustauscher jederzeit zu zerlegen und wieder zusammenzufügen, kann die Länge der Trennflächenmodule freigewählt werden, so daß durch das Verhältnis von Länge zu Breite der Wärmeaustausch im Gegenstrom erfolgt. Der damit erreichbare hohe Temperatur-Austauschgrad hat Auswirkungen auf die Effizienz.Because the plate heat exchanger can be dismantled and reassembled at any time, the length of the interface modules can be freely selected, so that the ratio of length to width means that the heat exchange takes place in countercurrent. The high degree of temperature exchange that can be achieved in this way has an impact on efficiency.
Durch die Anordnung der Dichtflächen (2) im Randbereich und durch das wechselweise Stapeln der Normal- (1) und der Spiegelausführungen (5) der Trennflächenmodule (Fig. 1,3) bilden sich automatisch die An-(3a) und Abströmöffnungen (3b) der Medienströme aus. Der Plattenwärmeaustauscher kann nun ohne Luftumlenkung mittels üblicher Flansche (9) an das Lüftungskanalsystem angeschlossen werden. Werden vor und hinter dem Plattenwärmeaustauscher Revisionsöffnungen vorgesehen, kann entgegen der Luftrichtung mit Druckluft oder Dampfstrahl der Plattenwärmeaustauscher gereinigt werden. Sollte diese Art der Reinigung nicht mehr ausreichen, z.B. bei Ablagerungen, kann der Plattenwärmeaustauscher in die einzelnen Trennflächenmodule zerlegt werden und dann gereinigt werden. Einzelne, nicht mehr reinigungsfähige oder defekte Trennflächenmodule können auf einfache Art preiswert ersetzt werden.By arranging the sealing surfaces (2) in the edge area and by stacking the normal (1) and mirror versions (5) of the separating surface modules (Fig. 1,3) alternately, the inflow (3a) and outflow openings (3b) of the media flows are automatically formed. The plate heat exchanger can now be connected to the ventilation duct system without air diversion using standard flanges (9). If inspection openings are provided in front of and behind the plate heat exchanger, the plate heat exchanger can be cleaned against the direction of the air using compressed air or a steam jet. If this type of cleaning is no longer sufficient, e.g. in the case of deposits, the plate heat exchanger can be dismantled into the individual separating surface modules and then cleaned. Individual separating surface modules that can no longer be cleaned or are defective can be easily and inexpensively replaced.
Die Dichtflächen (2) können auch so aufgebracht werden, daß sich durch das wechselweise Stapeln für einen beliebigen oder aber auch für beide Medienströme (8a, 8b) Zwischenabzweige (3c) zur Aus- und Einspeisung von Teilströmen (8c) ergeben (siehe Fig. 7)· Wird ein solcher Zwischenabzweig für den Außenluftstrom hergestellt, kann ein Teil der schon erwärmten Luft wieder vor den Plattenwärmeaustauscher geführt und mit der nichterwärmten Außenluft gemischt werden. Wird eine bestimmte Menge an der richtigen Stelle abgezweigt, nimmt die gemischte Außenluft vor dem Plattenwärmeaustauscher eine Temperatur an, bei der eine Vereisungsgefahr des Kondensats ausgeschlossen werden kann.The sealing surfaces (2) can also be applied in such a way that, by stacking them alternately, intermediate branches (3c) are created for feeding and discharging partial flows (8c) for any one or both media flows (8a, 8b) (see Fig. 7). If such an intermediate branch is created for the outside air flow, part of the already heated air can be fed back in front of the plate heat exchanger and mixed with the unheated outside air. If a certain amount is branched off at the right place, the mixed outside air in front of the plate heat exchanger reaches a temperature at which the risk of condensate freezing can be ruled out.
Die Berechnungen erfolgen nach den Regeln der Thermodynamik,The calculations are carried out according to the rules of thermodynamics,
Die Gasdichtheit wird durch mehr oder weniger starke Verpressen der gestapelten Trennflächenmodule (Fig. 6,7).(1,5) zwischen den biegesteifen Abschlußplatten (6) erreicht. Durch die aufgebrachten Dichtflächen dichten sich die Medienströme nach außen und zwischen den wärmeaustau-The gas tightness is achieved by more or less strong pressing of the stacked interface modules (Fig. 6,7) (1,5) between the rigid end plates (6). The applied sealing surfaces seal the media flows to the outside and between the heat-exchanging
sehenden Medien selbst ab. Über den Preßdruck und der Dichtflächenbreite kann der Plattenwärmeaustauscher an den jeweiligen Betriebsdruck angepaßt werden.The plate heat exchanger can be adapted to the respective operating pressure using the pressure and the sealing surface width.
Da die Reaktionslänge frei wählbar ist, kann jeder gewünschte Temperatur-Austauschgrad erreicht werden. Hohe Austauschgrade bedingen jedoch große Reaktionslängen, so daß das Verhältnis zwischen Länge und Abstand der Trennflächenmodule zu einem hohen Druckverlust führt. Dies kann erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß der auch der Abstand zwischen den Trennflächen frei wählbar ist. Dies wird auslegungstechnisch durch die Dicke der druckfesten, inneren der Dichtflächenkomponente berücksichtigt. Since the reaction length can be freely selected, any desired temperature exchange degree can be achieved. However, high exchange degrees require long reaction lengths, so that the ratio between the length and distance of the separating surface modules leads to a high pressure loss. This can be solved according to the invention by also allowing the distance between the separating surfaces to be freely selected. This is taken into account in the design by the thickness of the pressure-resistant, inner sealing surface component.
Durch die Kombinationsmöglichkeit des Gegenstromprinzipes mit frei wählbaren Reaktionslängen, Trennflächenabständen und der Rückluftbypassmöglichkeit wird ein hoher Austauschgrad bei geringem Druckverlust, also geringer Ventilatorarbeit, und ohne Vereisungsgefahr gewährleistet. Als Ventilatorarbeit wird elektrischer Energie benötigt, die wiederum in Kraftwerken mit einem bestimmten Wirkungsgrad aus Wärme erzeugt wird. Bei einem Kraftwerkwirkungsgrad im Mittel von etwa 0.33 und weiteren Verlusten bei Leerlauf, In- und Außerbetriebnahme und Verteilung wird für eine Einheit Strom vier Einheiten Wärme benötigt. Wenn das Verhältnis von Wärmerückgewinn und Ventilatorarbeit höher als vier wird, kann der Wärmeaustausch als effizient betrachtet werden. Ein Verhältnis von über 10 kann als hocheffizient bezeichnet werden. Mit dem vorgeschlagenen Merkmalen kann ein Plattenwärmeaustauscher gebaut werden, der durch seine Auslegung die Bedingung hocheffizient erfüllt.The possibility of combining the countercurrent principle with freely selectable reaction lengths, separation surface distances and the possibility of return air bypass ensures a high degree of exchange with low pressure loss, i.e. low fan work, and without the risk of icing. The fan work requires electrical energy, which in turn is generated from heat in power plants with a certain efficiency. With an average power plant efficiency of around 0.33 and further losses during idle operation, starting and shutting down and distribution, four units of heat are required for one unit of electricity. If the ratio of heat recovery to fan work is higher than four, the heat exchange can be considered efficient. A ratio of over 10 can be described as highly efficient. With the proposed features, a plate heat exchanger can be built whose design meets the condition of being highly efficient.
Zur einfachen Montage weisen die Trennflächenmodule Vorrichtungen wie z.B. Abkantungen (4a), Kerben (4b), Zentriernippel oder Farbmarkierungen auf. Die Trennflächenmodule {Fig. 1,2,3) haben jeweils an einer Seite Abkantungen (4a) oder Kerben (4b), welche verschieden breit sein können und in verschiedenen Abständen vom Rand angebracht sind. Das stapelnächste Trennflächenmodul (Fig. 5. Pos. 1) besitzt dort, wo das stapeltiefere Trennflächenmodul (Fig. 5. Pos. 5) eine Abkantung hat eine Kerbe auf oder umgekehrt.To make assembly easier, the separating surface modules have features such as bevels (4a), notches (4b), centering nipples or color markings. The separating surface modules (Fig. 1,2,3) each have bevels (4a) or notches (4b) on one side, which can be of different widths and are located at different distances from the edge. The separating surface module closest to the stack (Fig. 5. Pos. 1) has a notch where the separating surface module deeper in the stack (Fig. 5. Pos. 5) has a bevel, or vice versa.
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Sind an einer Flanke die Kerben und Abkantungen breiter oder schmäler oder mehr oder weniger vom Rand entfernt als auf der gegenüberliegenden Seite, ist eine seitenrichtige Montage der abwechselnd in Normal- (1) und Spiegelbildausführung (5) gestapelten Trennflächenmodule gewährleistet. Desweitern wird dadurch gewährleistet, daß die Trennflächenmodule genau deckungsgleich übereinander gestapelt sind. Für eine seitenrichtige Montage genügt auch eine Farbmarkierung.If the notches and edges on one side are wider or narrower or further or closer to the edge than on the opposite side, the correct assembly of the separating surface modules, which are stacked alternately in normal (1) and mirror image (5) versions, is guaranteed. This also ensures that the separating surface modules are stacked exactly on top of each other. A color marking is also sufficient for correct assembly.
Ein Wärmeaustausch zwischen Medien mit unterschiedlichen Betriebsdrücken kann ohne Ausbeulen der Trennflächen zur druckniederen Seite dadurch bewältigt werden, daß auf den Trennflächenmodulen {Fig. 1,2,3) kleine, kurze Stücke (10) der Dichtflächen (2) oder aus adäquaten Materialien bestehend aufgebracht sind.Heat exchange between media with different operating pressures can be achieved without bulging of the separating surfaces towards the lower pressure side by applying small, short pieces (10) of the sealing surfaces (2) or made of suitable materials to the separating surface modules {Fig. 1,2,3).
Claims (1)
Möhlenring 53, 47906 Kempein, Telefon: 02152/53002Development and planning
Möhlenring 53, 47906 Kempein, Telephone: 02152/53002
dadurch gekennzeichnet, daß2. Plate heat exchanger according to claim 1
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, daß3· Plate heat exchanger according to claims 1 and 2
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dadurch gekennzeichnet, daß h. Plate heat exchanger according to claims 1 to 3
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