EP0844454A1 - Counterflow heat exchanger - Google Patents
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- EP0844454A1 EP0844454A1 EP97115655A EP97115655A EP0844454A1 EP 0844454 A1 EP0844454 A1 EP 0844454A1 EP 97115655 A EP97115655 A EP 97115655A EP 97115655 A EP97115655 A EP 97115655A EP 0844454 A1 EP0844454 A1 EP 0844454A1
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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
- F28D9/0031—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 the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
- F28D9/0037—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 the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
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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
- F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
- F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
- F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow
Definitions
- the invention relates to a counterflow heat exchanger with plates, forming gaps arranged above or below or next to each other and the spaces between them to the direction of flow of the two alternating and essentially anti-parallel flowing fluid flows parallel edges tightly together are connected.
- Such counterflow heat exchangers have thermodynamic favorable properties because the two fluid or Gas flows passed through them antiparallel in countercurrent will. You can, for example, as a recuperative Heat recovery systems for waste heat recovery, for heat recovery in air conditioning Systems and in cooling, especially in application evaporative cooling.
- the invention has for its object the described generic counterflow heat exchanger to develop in such a way that its efficiency increases further is.
- each plate of the counterflow heat exchanger essentially one sinusoidal corrugated cross section with troughs and has wave crests with their wave valleys against the wave crests of those neighboring on one side Plate and with their wave crests against the Wave valleys of the plate adjacent on the other side is present. Due to the sinusoidal structure chosen of the plates forming the countercurrent heat exchanger transversely to the direction of flow of the fluid flows successive fluid channels that are practical on their entire circumferential surface of fluid channels, each of which flow through another gas or fluid stream, are surrounded. This will make the specific heat exchange surface of the counterflow heat exchanger according to the invention compared to conventional counterflow heat exchangers significantly increased. In addition, the effort for entertainment and maintenance of the counterflow heat exchanger according to the invention comparatively low because of the rounded structure of the two fluid flows leading channels the risk of contamination is only slight.
- the maximum possible specific heat exchange area as well one in terms of pollution prevention particularly advantageous structure of the gaps or Channels can be reached if the is essentially sinusoidal corrugated cross section of the plates is designed that the space forming and transverse to the direction of flow the fluid flows successive fluid channels are approximately circular.
- each plate on its two Longitudinal ends at a transition section gradual reduction in the depth of their troughs or the height of their wave crests from their sinusoidally wavy ones merges into a flat cross section.
- each Plate one inlet section and to the other transition section an outlet section connects each plate, both the inlet section and the outlet section a sealing edge on one side of the panel's longitudinal center line the counterflow heat exchanger - seen in flow direction or in flow directions - both at one end and at the other End each an inlet section and an outlet section form, with a fluid flow through the inlet portion at one end and the outlet section at the other end and the other fluid flow through the inlet section at the other end and the outlet section one end is led.
- Inlet and outlet sections for the two fluid streams designed when the inlet portion and the outlet portion each plate from its transition section side Ends towards their free ends about taper triangular, with one leg of the triangular Inlet or outlet section the sealing edge having.
- each plate support elements abutting against an adjacent plate may also have in the inlet and outlet sections of the counterflow heat exchanger created a structure become more neighboring due to mutual support Plates even with large pressure differences between the two flowing through the counterflow heat exchanger Gas or fluid flows are extremely high Stability guaranteed.
- the flow conditions at both the inlet sections as well as at the outlet sections of the counterflow heat exchanger can be advantageously compared if the support elements parallel to the sealing edges of their Extend plates and designed as fluid guide elements are.
- the counterflow heat exchanger according to the invention can be used a comparatively low design effort and with the smallest possible number of different components manufacture when the inlet portion of a plate is the outlet portion the following plate and the outlet section one plate to the inlet section of the following plate are assigned, the sealing edge of the inlet section one plate on one side of the plate longitudinal center line and the sealing edge of the outlet section the following plate on the other side of the Longitudinal plate center line, the sealing edge of the outlet section one plate on the other side of the Longitudinal plate center line and the sealing edge of the inlet section the following plate on one side the plate longitudinal center line are arranged and wherein the fluid guide elements of the inlet and outlet sections one plate perpendicular to the fluid guide elements of the The outlet and inlet sections of the following plate run.
- Counterflow heat exchanger essentially only two plate types, the sealing edges and fluid guide elements of the one plate type perpendicular to the sealing edges and fluid guide elements of the other Plate type are arranged and being on a plate of the one plate type a plate of the other plate type follows.
- the Dimension of the parallel to the flow direction of the fluid flows Edges of the panels correspond to twice the panel spacing; so that for example by welding or Glue these angled flat together Edges can be firmly and tightly connected.
- a in Figure 1 in cross section of its actual countercurrent section illustrated countercurrent heat exchanger according to the invention is made up of plates 1, one of which Type of construction is shown in Figure 2.
- the plates 1 In their the actual counterflow section of the counterflow heat exchanger middle sections 2 the plates 1 have a sinusoidally corrugated cross section 3 on.
- each plate 1 With the troughs 4 of the sinusoidally corrugated cross section 3 lies each plate 1 on the wave crests 5 of sinusoidal corrugated cross section on one side adjacent plate 1; the same applies to the wave crests 5 and the troughs 4 on the other side neighboring plate 1.
- each fluid channel 7, which flows through the one fluid or gas stream A. is surrounded on all sides by fluid channels 7, which by flow through the other fluid stream B.
- the Plates 1 bent at right angles on their long sides Edges 8, the dimensions of which are approximately twice the average Distance of the plates 1 corresponds to each other.
- the Edges 8 can be the plates 1 by welding or connect the adhesive seal.
- each plate has 1 the middle section 2 by the one shown in Figure 1 has sinusoidally corrugated cross section 3; on that formed by the sinusoidally corrugated cross section 3 middle section or counterflow section 2 of the Plate 1 closes a transition section on both sides 9 or 10.
- transition sections 9 and 10 goes the plate 1 from the sinusoidally corrugated cross section 3 to a flat cross section 11 about how best to look Figures 3, 4 and 8 results.
- the inlet section 12 and the outlet section 13 taper triangular from the transition section 9 or 10.
- One leg 14 or 15 of the triangular inlet section or outlet section has a sealing edge 16 and 17 respectively, which in the case of the inlet section 12 on the left side of one shown in Figure 9 Plate longitudinal center line 18 and in the case of the outlet section 13 on the right side of this longitudinal plate center line 18 is arranged.
- the gas or fluid flow A, B occurs in the area of the sealing edge free Leg 19 of the inlet portion 12 in the Counterflow heat exchanger enters and occurs in the area of the sealing bend-free Leg 20 of the outlet section 13 on the counterflow heat exchanger.
- support elements 21 are provided, which are parallel to the sealing edge 16 or 17 of the Extend inlet section 12 or outlet section 13, so that the support elements 21 at the same time as fluid guide elements serve and those passing through the inlet portion 12 Gas or fluid flow A, B in the transition section 9 deflect or from the transition section 10th escaping gas or fluid flow A, B for sealing bend-free Deflect leg 20 of outlet section 13.
- the support elements 21 correspond in terms of their dimensions in the thickness direction of the plate 1 the plate distance in Area of the two end sections of the countercurrent heat exchanger, so that they rest against the adjacent plate 1. This also results in the area of the two end sections of the counterflow heat exchanger even at strong different pressures of the two gas or fluid flows A, B sufficient stability.
- the counterflow heat exchanger according to the invention consists of Plates 1 of the type shown in Figure 2 and from plates 1 of the type of construction partially shown in FIG. 9, at which the sealing edges 16 and 17 and the support elements 21 perpendicular to the sealing edges 16, 17 and Support elements 21 of the type shown in Figure 2 run.
- the depth and number of wave valleys 4 and wave crests 5 of the sinusoidally corrugated cross section 3 in the middle or counterflow section 2 of the counterflow heat exchanger is arbitrary and according to the requirement profiles regarding the pressure loss and the heat recovery suitably selectable.
- the counterflow heat exchanger according to the invention can be due to the thermodynamic favorable countercurrent flow high heat recovery achieve; due to the smooth, almost circular cross-sections of the fluid channels 7 in the middle or counterflow section 2 the pressure loss is comparatively low, in addition, the effort for elimination of dirt or the like. for this reason significantly reduced is. Since the individual plates 1 of the invention Countercurrent heat exchanger support each other and a comparatively rigid structure of the invention Form countercurrent heat exchanger, there is a Stability, even with large pressure differences between the two gas or fluid streams A, B is sufficient.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstromwärmetauscher mit Platten, die unter Ausbildung von Zwischenräumen über- bzw. unter- oder nebeneinander angeordnet und an ihren zur Strömungsrichtung der zwei die Zwischenräume alternierend und im wesentlichen antiparallel durchströmenden Fluidströme parallelen Kanten dicht miteinander verbunden sind.The invention relates to a counterflow heat exchanger with plates, forming gaps arranged above or below or next to each other and the spaces between them to the direction of flow of the two alternating and essentially anti-parallel flowing fluid flows parallel edges tightly together are connected.
Derartige Gegenstromwärmetauscher verfügen über thermodynamisch günstige Eigenschaften, da die beiden Fluid- bzw. Gasströme antiparallel im Gegenstrom durch sie hindurchgeführt werden. Sie können beispielsweise als rekuperative Wärmerückgewinnungssysteme bei der Abwärmenutzung, bei der Wärmerückgewinnung in klimatechnischen Anlagen und bei der Kühlung, insbesondere bei der Anwendung der Verdunstungskühlung, eingesetzt werden.Such counterflow heat exchangers have thermodynamic favorable properties because the two fluid or Gas flows passed through them antiparallel in countercurrent will. You can, for example, as a recuperative Heat recovery systems for waste heat recovery, for heat recovery in air conditioning Systems and in cooling, especially in application evaporative cooling.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs geschilderten gattungsgemäßen Gegenstromwärmetauscher derart weiterzubilden, daß sein Wirkungsgrad weiter erhöht ist.The invention has for its object the described generic counterflow heat exchanger to develop in such a way that its efficiency increases further is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Platte des Gegenstromwärmetauschers einen im wesentlichen sinusförmig gewellten Querschnitt mit Wellentälern und Wellenbergen aufweist, mit ihren Wellentälern gegen die Wellenberge der an der einen Seite benachbarten Platte und mit ihren Wellenbergen gegen die Wellentäler der an der anderen Seite benachbarten Platte anliegt. Aufgrund der sinusförmig gewählten Struktur der den Gegenstromwärmetauscher bildenden Platten ergeben sich quer zur Strömungsrichtung der Fluidströme aufeinanderfolgende Fluidkanäle, die praktisch an ihrer gesamten Umfangsfläche von Fluidkanälen, die von dem jeweils anderen Gas- bzw. Fluidstrom durchströmt werden, umgeben sind. Hierdurch wird die spezifische Wärmeaustauschfläche des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers im Vergleich zu herkömmlichen Gegenstromwärmetauschern erheblich erhöht. Darüber hinaus ist der Aufwand für Unterhaltung und Wartung des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers vergleichsweise gering, da aufgrund der abgerundeten Struktur der die beiden Fluidströme führenden Kanäle die Verschmutzungsgefahr nur gering ist.This object is achieved in that each plate of the counterflow heat exchanger essentially one sinusoidal corrugated cross section with troughs and has wave crests with their wave valleys against the wave crests of those neighboring on one side Plate and with their wave crests against the Wave valleys of the plate adjacent on the other side is present. Due to the sinusoidal structure chosen of the plates forming the countercurrent heat exchanger transversely to the direction of flow of the fluid flows successive fluid channels that are practical on their entire circumferential surface of fluid channels, each of which flow through another gas or fluid stream, are surrounded. This will make the specific heat exchange surface of the counterflow heat exchanger according to the invention compared to conventional counterflow heat exchangers significantly increased. In addition, the effort for entertainment and maintenance of the counterflow heat exchanger according to the invention comparatively low because of the rounded structure of the two fluid flows leading channels the risk of contamination is only slight.
Die maximal mögliche spezifische Wärmeaustauschfläche sowie eine hinsichtlich der Vermeidung von Verschmutzungen besonders vorteilhafte Struktur der Zwischenräume bzw. der Kanäle ist erreichbar, wenn der im wesentlichen sinusförmig gewellte Querschnitt der Platten so ausgebildet ist, daß die den Zwischenraum bildenden und quer zur Strömungsrichtung der Fluidströme aufeinanderfolgenden Fluidkanäle etwa kreisförmig sind.The maximum possible specific heat exchange area as well one in terms of pollution prevention particularly advantageous structure of the gaps or Channels can be reached if the is essentially sinusoidal corrugated cross section of the plates is designed that the space forming and transverse to the direction of flow the fluid flows successive fluid channels are approximately circular.
Um sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßbreite des Gegenstromwärmetauschers für die beiden Fluidströme zu gestalten, ist es zweckmäßig, wenn jede Platte an ihren beiden Längsenden an jeweils einem Übergangsabschnitt durch allmähliche Verkleinerung der Tiefe ihrer Wellentäler bzw. der Höhe ihrer Wellenberge von ihren sinusförmig gewellten in einen ebenen Querschnitt übergeht. Mittels eines derartigen Übergangsabschnitts am für den Fluidstrom vorgesehenen Eingangsabschnitt des Gegenstromwärmetauschers kann der Fluidstrom in wenig störanfälliger Weise in die die Zwischenräume ausbildenden, nebeneinander angeordneten Fluidkanäle eingeleitet werden. Für den für diesen Fluidstrom vorgesehenen Ausgangsabschnitt des Gegenstromwärmetauschers gilt entsprechend, daß der jeweilige Fluidstrom möglichst störungsfrei aus den nebeneinander angeordneten runden Fluidkanälen in einen einzigen aufgrund der ebenen Ausgestaltung der Platten mehr oder weniger spaltförmigen Strömungsquerschnitt übergehen kann.Around both the inlet and outlet widths of the counterflow heat exchanger for the two fluid flows, it is appropriate if each plate on its two Longitudinal ends at a transition section gradual reduction in the depth of their troughs or the height of their wave crests from their sinusoidally wavy ones merges into a flat cross section. By means of such a Transitional section on the fluid flow Input section of the counterflow heat exchanger can the fluid flow in a way that is less susceptible to interference Interspaces forming, arranged side by side Fluid channels are introduced. For that for this fluid flow provided output section of the counterflow heat exchanger applies accordingly that the respective fluid flow from the side-by-side arrangement as trouble-free as possible round fluid channels in a single due to the flat Design of the plates more or less gap-shaped Flow cross section can pass.
Dadurch, daß sich an den einen Übergangsabschnitt jeder Platte ein Einlaßabschnitt und an den anderen Übergangsabschnitt jeder Platte ein Auslaßabschnitt anschließt, wobei sowohl der Einlaßabschnitt als auch der Auslaßabschnitt einseitig der Plattenlängsmittellinie eine Abdichtkantung aufweisen, kann der Gegenstromwärmetauscher - in Strömungsrichtung bzw. in Strömungsrichtungen gesehen - sowohl an seinem einen Ende als auch an seinem anderen Ende jeweils einen Einlaßabschnitt und einen Auslaßabschnitt bilden, wobei ein Fluidstrom durch den Einlaßabschnitt an dem einen Ende und den Auslaßabschnitt an dem anderen Ende und der andere Fluidstrom durch den Einlaßabschnitt an dem anderen Ende und den Auslaßabschnitt an dem einen Ende geführt wird.The fact that at the one transition section each Plate one inlet section and to the other transition section an outlet section connects each plate, both the inlet section and the outlet section a sealing edge on one side of the panel's longitudinal center line the counterflow heat exchanger - seen in flow direction or in flow directions - both at one end and at the other End each an inlet section and an outlet section form, with a fluid flow through the inlet portion at one end and the outlet section at the other end and the other fluid flow through the inlet section at the other end and the outlet section one end is led.
In konstruktiv wenig aufwendiger Weise lassen sich die Einlaß- und Auslaßabschnitte für die beiden Fluidströme ausgestalten, wenn sich der Einlaßabschnitt und der Auslaßabschnitt jeder Platte von ihren übergangsabschnittseitigen Enden in Richtung auf ihre freien Enden etwa dreieckförmig verjüngen, wobei ein Schenkel des dreieckförmigen Einlaß- bzw. Auslaßabschnitts die Abdichtkantung aufweist.They can be constructed in a structurally less complex manner Inlet and outlet sections for the two fluid streams designed when the inlet portion and the outlet portion each plate from its transition section side Ends towards their free ends about taper triangular, with one leg of the triangular Inlet or outlet section the sealing edge having.
Sofern der Einlaß- und der Auslaßabschnitt jeder Platte gegen eine benachbarte Platte anliegende Stützelemente aufweisen, kann auch in den Einlaß- und Auslaßabschnitten des Gegenstromwärmetauschers eine Gefügestruktur geschaffen werden, die aufgrund der gegenseitigen Abstützung benachbarter Platten auch bei großen Druckdifferenzen zwischen den beiden den Gegenstromwärmetauscher durchströmenden Gas- bzw. Fluidströmen eine außerordentlich hohe Stabilität gewährleistet.Provided the inlet and outlet sections of each plate support elements abutting against an adjacent plate may also have in the inlet and outlet sections of the counterflow heat exchanger created a structure become more neighboring due to mutual support Plates even with large pressure differences between the two flowing through the counterflow heat exchanger Gas or fluid flows are extremely high Stability guaranteed.
In konstruktiv einfacher Weise läßt sich die Trennung des Einlaßabschnitts des einen Gas- bzw. Fluidstroms und des Auslaßabschnitts des anderen Gas- bzw. Fluidstroms an beiden Endabschnitten des Gegenstromwärmetauschers verwirklichen, wenn die Abdichtkantung des Einlaßabschnitts einer Platte auf der einen und die Abdichtkantung des Auslaßabschnitts dieser Platte auf der anderen Seite der Plattenlängslinie angeordnet sind.The separation of the Inlet section of a gas or fluid stream and Outlet section of the other gas or fluid flow at both Realize end sections of the counterflow heat exchanger, if the sealing edge of the inlet section is one Plate on one and the sealing edge of the outlet section this plate on the other side of the plate longitudinal line are arranged.
Die Strömungsverhältnisse sowohl an den Einlaßabschnitten als auch an den Auslaßabschnitten des Gegenstromwärmetauschers lassen sich vorteilhaft vergleichmäßigen, wenn sich die Stützelemente parallel zu den Abdichtkantungen ihrer Platten erstrecken und als Fluidleitelemente ausgebildet sind.The flow conditions at both the inlet sections as well as at the outlet sections of the counterflow heat exchanger can be advantageously compared if the support elements parallel to the sealing edges of their Extend plates and designed as fluid guide elements are.
Der erfindungsgemäße Gegenstromwärmetauscher läßt sich mit einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand und mit einer möglichst geringen Anzahl unterschiedlicher Bauteile herstellen, wenn der Einlaßabschnitt einer Platte dem Auslaßabschnitt der folgenden Platte und der Auslaßabschnitt der einen Platte dem Einlaßabschnitt der folgenden Platte zugeordnet sind, wobei die Abdichtkantung des Einlaßabschnitts der einen Platte auf der einen Seite der Plattenlängsmittellinie und die Abdichtkantung des Auslaßabschnitts der folgenden Platte auf der anderen Seite der Plattenlängsmittellinie, die Abdichtkantung des Auslaßabschnitts der einen Platte auf der anderen Seite der Plattenlängsmittellinie und die Abdichtkantung des Einlaßabschnitts der folgenden Platte auf der einen Seite der Plattenlängsmittellinie angeordnet sind und wobei die Fluidleitelemente des Einlaß- und des Auslaßabschnitts der einen Platte senkrecht zu den Fluidleitelementen des Auslaß- und des Einlaßabschnitts der folgenden Platte verlaufen.The counterflow heat exchanger according to the invention can be used a comparatively low design effort and with the smallest possible number of different components manufacture when the inlet portion of a plate is the outlet portion the following plate and the outlet section one plate to the inlet section of the following plate are assigned, the sealing edge of the inlet section one plate on one side of the plate longitudinal center line and the sealing edge of the outlet section the following plate on the other side of the Longitudinal plate center line, the sealing edge of the outlet section one plate on the other side of the Longitudinal plate center line and the sealing edge of the inlet section the following plate on one side the plate longitudinal center line are arranged and wherein the fluid guide elements of the inlet and outlet sections one plate perpendicular to the fluid guide elements of the The outlet and inlet sections of the following plate run.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der erfindungsgemäße Gegenstromwärmetauscher im wesentlichen aus lediglich zwei Plattentypen, wobei die Abdichtkantungen und Fluidleitelemente des einen Plattentyps senkrecht zu den Abdichtkantungen und Fluidleitelementen des anderen Plattentyps angeordnet sind und wobei auf eine Platte des einen Plattentyps eine Platte des anderen Plattentyps folgt.In an advantageous embodiment, there is the invention Counterflow heat exchanger essentially only two plate types, the sealing edges and fluid guide elements of the one plate type perpendicular to the sealing edges and fluid guide elements of the other Plate type are arranged and being on a plate of the one plate type a plate of the other plate type follows.
Zur Gewährleistung einer sicheren Abdichtung zwischen den aufeinanderfolgenden Platten ist es vorteilhaft, wenn die Abmessung der zur Strömungsrichtung der Fluidströme parallelen Kanten der Platten dem doppelten Plattenabstand entspricht; so daß beispielsweise durch Verschweißung oder Verklebung diese flach aneinanderliegenden abgewinkelten Kanten fest und dicht verbunden werden können.To ensure a secure seal between the successive plates, it is advantageous if the Dimension of the parallel to the flow direction of the fluid flows Edges of the panels correspond to twice the panel spacing; so that for example by welding or Glue these angled flat together Edges can be firmly and tightly connected.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.In the following, the invention is illustrated by an embodiment explained in more detail with reference to the drawing.
Es zeigen:
- Figur 1
- einen Querschnitt durch einen Haupt- bzw. Gegenstromabschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers;
Figur 2- eine Draufsicht auf eine Platte des in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers;
Figur 3- eine Schnittdarstellung durch einen Übergangsabschnitt des in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers;
Figur 4- eine Längsansicht des in
Figur 3 dargestellten Übergangsabschnitts und eines Einlaß- bzw. Auslaßabschnitts; Figur 5- ein Endbereich der in
Figur 2 dargestellten Platte des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers; Figur 6- den Schnitt A - B in
Figur 5; Figur 7- eine Querschnittsdarstellung von durch die Platten des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers gebildeten annähernd kreisförmigen Fluidkanälen;
Figur 8- den Schnitt A - B in
Figur 9; und Figur 9- eine Prinzipdarstellung eines Endabschnitts des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers.
- Figure 1
- a cross section through a main or countercurrent section of an embodiment of a countercurrent heat exchanger according to the invention;
- Figure 2
- a plan view of a plate of the countercurrent heat exchanger according to the invention shown in Figure 1;
- Figure 3
- a sectional view through a transition section of the counterflow heat exchanger according to the invention shown in Figure 1;
- Figure 4
- a longitudinal view of the transition section shown in Figure 3 and an inlet or outlet section;
- Figure 5
- an end region of the plate of the countercurrent heat exchanger according to the invention shown in Figure 2;
- Figure 6
- the section A - B in Figure 5;
- Figure 7
- a cross-sectional view of approximately circular fluid channels formed by the plates of the countercurrent heat exchanger according to the invention;
- Figure 8
- the section A - B in Figure 9; and
- Figure 9
- a schematic representation of an end portion of the counterflow heat exchanger according to the invention.
Ein in Figur 1 im Querschnitt seines eigentlichen Gegenstromabschnitts dargestellter erfindungsgemäßer Gegenstromwärmetauscher ist aus Platten 1 aufgebaut, von denen ein Bautyp in Figur 2 dargestellt ist.A in Figure 1 in cross section of its actual countercurrent section illustrated countercurrent heat exchanger according to the invention is made up of plates 1, one of which Type of construction is shown in Figure 2.
In ihren den eigentlichen Gegenstromabschnitt des Gegenstromwärmetauschers
ausbildenden mittleren Abschnitten 2
weisen die Platten 1 einen sinusförmig gewellten Querschnitt
3 auf.In their the actual counterflow section of the counterflow heat
Mit den Wellentälern 4 des sinusförmig gewellten Querschnitts
3 liegt jede Platte 1 an den Wellenbergen 5 des
sinusförmig gewellten Querschnitts der an der einen Seite
benachbarten Platte 1 an; entsprechendes gilt für die Wellenberge
5 und die Wellentäler 4 der an der anderen Seite
benachbarten Platte 1.With the
Aufgrund der Anlage zwischen den Wellentälern 4 und den
Wellenbergen 5 der Platten 1 ergibt sich eine stabile Gefügestruktur
des Gegenstromwärmetauschers, wobei die zwischen
den Platten 1 ausgebildeten Zwischenräume 6 aus einer
Vielzahl von nahezu kreisförmigen Fluidkanälen 7 bestehen.
Hierbei ist, wie sich aus Figur 1 ergibt, jeder Fluidkanal
7, der von dem einen Fluid- bzw. Gasstrom A durchströmt
wird, quasi allseitig von Fluidkanälen 7 umgeben, die von
dem anderen Fluidstrom B durchströmt werden. Hierdurch ergibt
sich eine besonders hohe spezifische Wärmeaustauschfläche
des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers. Aufgrund
der etwa kreisförmigen Ausgestaltung des Querschnitts
der Fluidkanäle 7 ist die Verschmutzungsgefahr innerhalb
des in Figur 1 im Querschnitt dargestellten Gegenstromabschnitts
des Gegenstromwärmetauschers äußerst gering.Due to the plant between the
Aufgrund der Führung der beiden Fluid- bzw. Gasströme A, B im Gegenstrom läßt sich der Wärmeaustausch zwischen den beiden Gas- bzw. Fluidströmen A, B in thermodynamisch günstiger Weise bewerkstelligen.Because of the routing of the two fluid or gas flows A, B in countercurrent, the heat exchange between the two gas or fluid flows A, B in thermodynamic accomplish favorably.
Wie aus den Figuren 1, 3, 7 und 8 hervorgeht, weisen die Platten 1 an ihren Längsseiten rechtwinklig abgeknickte Kanten 8 auf, deren Abmessung etwa dem doppelten mittleren Abstand der Platten 1 voneinander entspricht. An diesen Kanten 8 lassen sich die Platten 1 mittels Verschweißung oder Verklebung abdichtend miteinander verbinden.As can be seen from FIGS. 1, 3, 7 and 8, the Plates 1 bent at right angles on their long sides Edges 8, the dimensions of which are approximately twice the average Distance of the plates 1 corresponds to each other. On this Edges 8 can be the plates 1 by welding or connect the adhesive seal.
An den Berührungspunkten zwischen den Wellenbergen 5 und
den Wellentälern 4 ist keinerlei Befestigung zwischen den
Platten 1 vorgesehen, da die etwaig durch Spalte an den
genannten Berührungsstellen miteinander in Verbindung tretenden
Fluidkanäle 7 sämtlich von demselben Gas- bzw. Fluidstrom
A oder B durchströmt werden.At the points of contact between the wave crests 5 and
the
Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, hat jede Platte 1
den mittleren Abschnitt 2, indem sie den in Figur 1 dargestellten
sinusförmig gewellten Querschnitt 3 aufweist; an
den durch den sinusförmig gewellten Querschnitt 3 gebildeten
mittleren Abschnitt bzw. Gegenstromabschnitt 2 der
Platte 1 schließt sich beidseitig ein Übergangsabschnitt
9 bzw. 10 an. In den Übergangsabschnitten 9 und 10 geht
die Platte 1 vom sinusförmig gewellten Querschnitt 3 zu
einem ebenen Querschnitt 11 über, wie sich am besten aus
den Figuren 3, 4 und 8 ergibt.As can be seen in particular from FIG. 2, each plate has 1
the
Bei der in Figur 2 dargestellten Platte 1 ist oberhalb
bzw. vor dem Übergangsabschnitt 9 ein Einlaßabschnitt 12
ausgebildet, wohingegen unterhalb bzw. hinter dem Übergangsabschnitt
10 ein Auslaßabschnitt 13 folgt. Einer der
beiden Gas- bzw. Fluidströme A, B tritt durch den Einlaßabschnitt
12 und den Übergangsabschnitt 9 in den mittleren
Abschnitt 2 der Platte 1 bzw. des Gegenstromwärmetauschers
ein; nach dem Durchströmen des mittleren bzw. Gegenstromabschnitts
2 tritt dieser Gas- bzw. Fluidstrom A oder B
durch den Übergangsabschnitt 10 und den Auslaßabschnitt
13 aus dem Gegenstromwärmetauscher aus.In the plate 1 shown in Figure 2 is above
or before the
Der Einlaßabschnitt 12 sowie der Auslaßabschnitt 13 verjüngen
sich vom Übergangsabschnitt 9 bzw. 10 aus dreieckförmig.
Ein Schenkel 14 bzw. 15 des dreieckförmigen Einlaßabschnitts
bzw. Auslaßabschnitts weist eine Abdichtkantung
16 bzw. 17 auf, die im Falle des Einlaßabschnitts
12 auf der linken Seite einer in Figur 9 dargestellten
Plattenlängsmittellinie 18 und im Falle des Auslaßabschnitts
13 auf der rechten Seite dieser Plattenlängsmittellinie
18 angeordnet ist.The
Der Gas- bzw. Fluidstrom A, B tritt im Bereich des abdichtkantungsfreien
Schenkels 19 des Einlaßabschnitts 12 in den
Gegenstromwärmetauscher ein und tritt im Bereich des abdichtkantungsfreien
Schenkels 20 des Auslaßabschnitts 13
auf dem Gegenstromwärmetauscher aus. The gas or fluid flow A, B occurs in the area of the sealing edge
Zur Vergleichmäßigung der Strömungsverhältnisse sind sowohl
im Bereich des Einlaßabschnitts 12 als auch im Bereich
des Auslaßabschnitts 13 Stützelemente 21 vorgesehen,
welche sich parallel zur Abdichtkantung 16 bzw. 17 des
Einlaßabschnitts 12 bzw. Auslaßabschnitts 13 erstrecken,
so daß die Stützelemente 21 zugleich als Fluidleitelemente
dienen und den durch den Einlaßabschnitt 12 hindurchtretenden
Gas- bzw. Fluidstrom A, B in den Übergangsabschnitt
9 umlenken bzw. den aus dem Übergangsabschnitt 10
austretenden Gas- bzw. Fluidstrom A, B zum abdichtkantungsfreien
Schenkel 20 des Auslaßabschnitts 13 hin umlenken.To equalize the flow conditions are both
in the area of the
Die Stützelemente 21 entsprechen hinsichtlich ihrer Abmessung
in Dickenrichtung der Platte 1 dem Plattenabstand im
Bereich der beiden Endabschnitte des Gegenstromwärmetauschers,
so daß sie gegen die benachbarte Platte 1 anliegen.
Hierdurch ergibt sich auch im Bereich der beiden Endabschnitte
des Gegenstromwärmetauschers eine auch bei stark
unterschiedlichen Drücken der beiden Gas- bzw. Fluidströme
A, B ausreichende Stabilität. The
Der erfindungsgemäße Gegenstromwärmetauscher besteht aus
Platten 1 des in Figur 2 gezeigten Bautyps sowie aus Platten
1 des teilweise in Figur 9 dargestellten Bautyps, bei
denen die Abdichtkantungen 16 bzw. 17 sowie die Stützelemente
21 senkrecht zu den Abdichtkantungen 16, 17 und
Stützelementen 21 des in Figur 2 dargestellten Bautyps
verlaufen.The counterflow heat exchanger according to the invention consists of
Plates 1 of the type shown in Figure 2 and from plates
1 of the type of construction partially shown in FIG. 9, at
which the sealing edges 16 and 17 and the
Durch wechselweises Aufeinanderschichten von Platten 1
der beiden genannten Bautypen entsteht im mittleren bzw.
Gegenstromabschnitt 2 das in Figur 1 dargestellte Querschnittsbild,
wobei in den beiden Endabschnitten des Gegenstromwärmetauschers
Einlaßabschnitte 12 für den einen
Gas- bzw. Fluidstrom A bzw. B mit Auslaßabschnitten für
den anderen Gas- bzw. Fluidstrom B bzw. A wechseln. Da
die Einlaßabschnitte 12 bzw. die Auslaßabschnitte 13 einer
Platte 1 - bei beiden Bautypen der Platten 1 - auf jeweils
unterschiedlichen Seiten der Plattenlängsmittellinie 18
angeordnet sind, sind die abdichtkantungsfreien Schenkel
20 der Auslaßabschnitte 13 um ca. 90 Grad versetzt zu den
abdichtkantungsfreien Schenkeln der die Auslaßabschnitte 13
überlagernden Einlaßabschnitte, wie dies am besten aus Figur
9 hervorgeht. Der Strömungspfad sowohl des einen Fluid- bzw.
Gasstroms A als auch des entgegengesetzten Fluid- bzw.
Gasstroms B ist somit Z-förmig, wobei die beiden Gas- bzw.
Fluidströme A, B im mittleren bzw. Gegenstromabschnitt 2
des Gegenstromwärmetauschers antiparallel aneinander vorbeifließen.By alternately stacking plates 1
of the two construction types mentioned arises in the middle or
Die Tiefe und die Anzahl der Wellentäler 4 und Wellenberge
5 des sinusförmig gewellten Querschnitts 3 im mittleren
bzw. Gegenstromabschnitt 2 des Gegenstromwärmetauschers
ist beliebig und entsprechend den gestellten Anforderungsprofilen
hinsichtlich des Druckverlusts und der Rückwärmezahl
geeignet wählbar. Mit dem erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauscher
lassen sich aufgrund der thermodynamisch
günstigen Gegenstromführung hohe Rückwärmezahlen
erzielen; aufgrund der glatten, nahezu kreisförmigen Querschnitte
der Fluidkanäle 7 im mittleren bzw. Gegenstromabschnitt
2 ist der Druckverlust vergleichsweise gering,
wobei darüber hinaus auch der Aufwand für die Beseitigung
von Verschmutzungen od.dgl. aus diesem Grund erheblich reduziert
ist. Da sich die einzelnen Platten 1 des erfindungsgemäßen
Gegenstromwärmetauschers gegenseitig abstützen und
eine vergleichsweise starre Gefügestruktur des erfindungsgemäßen
Gegenstromwärmetauschers ausbilden, ergibt sich eine
Stabilität, die auch bei großen Druckdifferenzen zwischen
den beiden Gas- bzw. Fluidströmen A, B ausreichend ist.The depth and number of
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