EP1538415A1 - Strömungskanal - Google Patents

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Publication number
EP1538415A1
EP1538415A1 EP03027584A EP03027584A EP1538415A1 EP 1538415 A1 EP1538415 A1 EP 1538415A1 EP 03027584 A EP03027584 A EP 03027584A EP 03027584 A EP03027584 A EP 03027584A EP 1538415 A1 EP1538415 A1 EP 1538415A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
channel
flow
heat exchanger
flow channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03027584A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Miroslav Dr. Podhorsky
Wolfgang Schug
Wolfgang Holten
Hans-Georg Schrey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Balcke Duerr GmbH
Original Assignee
Balcke Duerr GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Balcke Duerr GmbH filed Critical Balcke Duerr GmbH
Priority to EP03027584A priority Critical patent/EP1538415A1/de
Priority to EP04028245A priority patent/EP1557627A1/de
Priority to US10/998,828 priority patent/US20050211424A1/en
Priority to CN201010110676A priority patent/CN101846478A/zh
Priority to CN200410096811.2A priority patent/CN1624413A/zh
Publication of EP1538415A1 publication Critical patent/EP1538415A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element

Definitions

  • the present invention relates to a flow channel with a channel wall to Guiding a flowing fluid, and a heat exchanger with such Channel. Furthermore, the invention relates to an air condenser for the condensation of Water vapor, in particular turbine steam of a power plant, wherein condensing steam via a steam supply line and distribution lines the Heat exchangers can be fed, and with lines for condensate removal and Inertgasabtechnisch are provided.
  • fluids are used for storage and storage Transport of heat used.
  • the Fluid heat supplied wherein the fluid via a channel system to another Is promoted where the appropriate thermal output provided shall be.
  • another device that it allows the heat to escape from the fluid.
  • Such devices are as Heating walls, heat exchangers or the like.
  • Such a device usually has a flow channel, which of the fluid can be flowed through. The wall of the channel serves beside the guidance of the flowing one Fluids also for heat exchange with the fluid.
  • Known channel arrangements include, for example, walls with smooth surfaces to oppose as little resistance to the flowing fluid as possible. So can be the energy required to keep the fluid flowing To be kept low. Usually forms at the Channel wall in the flow direction substantially laminar flow, so that a heat exchange between the fluid and the channel wall substantially only with the part of the flow that flows near the channel wall. One Most of the fluid provided by the heat capacity can not be used become.
  • Heat exchangers with generic flow channels are often in Range of power plants used to from a fluid, which a Has undergone thermal power process to recover remaining energy and to make usable. Among other things, it is common and desirable to do this At least partially recycle energy to the process or otherwise to increase the effectiveness of the process. Especially Advantageously, such heat exchangers are used in air condensers, such as For example, to recover the heat energy from a Turbine steam can be used.
  • the optimal performance of a heat exchanger depends not only on the transferable heat output, but also on the power required is to carry out the fluids through the heat exchanger. To this To keep power output as low as possible, is within the channel system of Heat exchanger a largely laminar flow desirable because this too low flow losses can lead. This results in addition, that as few deflections of the fluid should take place. It stands contrary, that a laminar flow considerably less Heat exchange allows as a turbulent flow. The well-known Heat exchangers only partially meet these requirements.
  • Heat exchangers due to their essentially laminar flow have a low pressure drop, usually allow only one low heat exchange, so that much of the energy of the first through flowing fluid is lost.
  • heat exchangers the due to its substantially turbulent flow, a high pressure drop to a supply of the first fluid at a high pressure reliant.
  • it is necessary to have appropriate funds for Provide pressure increase such as compressors, pumps or the like.
  • the present invention is therefore based on the object , a generic flow channel in such a way that at a low pressure drop, a high heat transfer rate is made possible by a fluid to the channel wall.
  • the present invention proposes a flow channel having a channel wall for guiding a flowing fluid, wherein heat is exchangeable between the fluid and the channel wall, and wherein the channel wall has a structured surface at least partially on the side facing the fluid.
  • the structured surface can be achieved that the turbulence of the flow is increased in the region of the channel wall, which allows increased heat transfer.
  • a fluidic Boundary layer can be reduced.
  • the turbulence can be so low be held that thereby the pressure drop at the flow channel not is significantly increased.
  • the structured surface for example, by the Channel wall itself or be formed by a coating.
  • the channel wall may have an embossing that defines the textured surface forms.
  • the channel wall or a coating of the channel wall can one high coefficient of friction to the fluid to the required turbulence to reach.
  • the characteristics of the canal wall and the type of structured Surface are advantageous to the fluid provided for the flow coordinated to achieve the best possible effect. So can For example, in a highly viscous fluid, a very fine surface structure be provided, while in a low-viscosity fluid a coarse Surface structure may be provided. Furthermore, the Flow rate of the fluid to take into account the influence on the may have a textured surface.
  • the structured surface may be partially be provided on the fluid side facing. But you can also over the entire channel length and / or over the entire circumference of the channel Flow channel may be provided. Advantageously, it is arranged in the places where the heat transfer is particularly important. So can the Flow channel in an area intended only to convey the fluid is, have a smooth surface, whereas in an area of provided heat exchange provided a surface according to the invention is. Unwanted heat losses can be kept low.
  • the textured surface has moldings. These formations are advantageously formed in the channel wall and protrude into the flow channel. An enlargement of the surface of the channel wall can be achieved. The Size, the number and also the arrangement of the formations to each other so be chosen that the influence on the pressure drop in this flow channel is largely negligible. At the same time, the formations effect Turbulence of the fluid flows in the region of the channel wall. This surface is inexpensive to produce by known means.
  • the structured surface depressions having.
  • the wells can as well as with the formations a Increasing the turbulence of the fluid flow achieved in the region of the channel wall become. Further enlargement of the surface can be achieved.
  • a channel wall with wells very inexpensive to produce by this For example, by a corresponding embossing tool, which on the Channel wall runs, is produced.
  • the formations and / or depressions to form a uniform pattern.
  • the formations and / or recesses offset from one another in the flow direction.
  • the shape of the molding and / or depression can be used to achieve a optimal heat transfer performance can be adjusted. So the shape For example, by a ball section, cone section, a pyramid or be formed.
  • the Deviation of the formation and / or depression from a centerline of the Fluid facing surface of the channel wall is a few tenths of a millimeter.
  • an increase in the pressure drop can be further reduced.
  • thermotechnical connection in at least one of the flow channels thermally conductive, aligned in the longitudinal direction of the flow channel, flowed through meandering structure, which is at least partially at their meandering turning points with an adjacent plate in thermotechnical connection stands.
  • an increase in the heat transferring surface can be achieved.
  • the Meander structure also be provided with a structured surface, whereby a further increase of the heat transfer performance can be achieved can.
  • the thermal connection can be achieved by soldering, welding, gluing or the like may be formed.
  • the invention further provides a heat exchanger with fluids through which it is possible to flow Flow channels proposed to each other in thermo-technical Active compound, wherein at least one flow channel according to the invention is provided.
  • the heat transfer performance of a Heat exchanger can be increased without significantly increasing its design must be and / or a higher pressure drop is recorded. So can advantageous also subsequently in an existing plant an inventive Heat exchanger with a higher heat transfer capacity retrofitted without requiring a larger space.
  • a smaller design of the heat exchanger to gain space in an existing facility for example. Due to the substantially same pressure drop can be achieved that In terms of equipment, further measures can be avoided, such as for example, providing an additional compressor or the like.
  • by means of the structured surface not only the rigidity be increased hereby provided flow channel, but also the entire heat exchanger. This can thus be an enlarged mechanical Withstand stress.
  • the flow channels at least partially a form plate-shaped channel arrangement.
  • the heat exchanger a Having a plurality of stacked plate-shaped channel arrangements, wherein neighboring plate-shaped channel arrangements alternately from one different fluid can be flowed through. So can with the good adaptability Stacking at the same time a high heat transfer performance of a fluid to a second fluid, which flow through different channel arrangements, be achieved.
  • the first fluid is formed by air. Air is inexpensive and easily deployable by known means.
  • the second fluid by water vapor is formed.
  • Water vapor contains a lot of energy, caused by cooling and Condensation can be recovered. A high energy yield can be achieved.
  • the invention further provides an air condenser for the condensation of Steam, in particular turbine steam of a power plant, proposed, wherein steam to be condensed via a steam supply line and distributions the heat exchangers can be supplied, and wherein lines for condensate removal and Inertgasabtechnisch are provided, wherein the heat exchanger a inventive heat exchanger.
  • an air condenser for the condensation of Steam, in particular turbine steam of a power plant, proposed, wherein steam to be condensed via a steam supply line and distributions the heat exchangers can be supplied, and wherein lines for condensate removal and Inertgasabtechnisch are provided, wherein the heat exchanger a inventive heat exchanger.
  • a high Heat transfer performance can be achieved.
  • the air condenser can therefore a have smaller design and are produced more cheaply.
  • the air condenser Nature train cooling tower is.
  • the cooling tower can turn out smaller, thereby the intervention in the environment can be reduced.
  • Fig. 1 shows a heat exchanger 10 according to the invention with a channel 14 and Flow channels 12, which can be flowed through in crossflow.
  • the flow channel 14 is traversed by water vapor, while the flow channels 12 of air be flowed through.
  • Flow channels 12 and 14 are separated from each other arranged.
  • Flow channel 14 is formed as a wide, shallow channel consisting of two parallel spaced planes arranged for Formation of the closed channel 14 laterally connected to semicircular profiles are.
  • the flow channels 12, 14 form a plate-shaped channel arrangement 16.
  • Several such heat exchangers 10 can form a stack one above the other be arranged.
  • Such heat exchanger plate stacks can be stored in a cooling tower, in particular a natural draft cooling tower, be arranged.
  • thermo-technical Connection executed as an adhesive connection.
  • the thermal connection may also be formed as a solder or welded connection.
  • the Metal band is made of stainless steel.
  • the channel wall 18 of the flow channel 14 has on its inside a structured surface 20, as shown in Fig. 2.
  • the structured Surface 20 is provided with formations 22 and recesses 24, which are the Having a shape of a spherical section.
  • Formations 22 and recesses 24 are arranged, which has a uniform pattern form. Shapes 22 and recesses 24 are spaced and offset arranged to each other.
  • FIG. 4 shows the arrangement on the channel wall 18 in section along a line IV - IV in Fig. 2.
  • the deviation from the center line 28 is in the present example about 0.3 mm.
  • FIG. In this Design are in the flow direction in pairs successive Formations 22 and recesses 24 are provided, the one another have a large distance.
  • the basic form is by a truncated pyramid in the formed substantially rectangular base.
  • the deviation from the centerline is about 0.07 mm.

Landscapes

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strömungskanal (14) mit einer Kanalwand (18) zum Führen eines strömenden Fluids, sowie einen Wärmetauscher (10) mit einem solchen Kanal (14). Ferner betrifft die Erfindung einen Luftkondensator zur Kondensation von Wasserdampf, insbesondere Turbinendampf eines Kraftwerks, wobei zu kondensierender Dampf über eine Dampfzufuhrleitung und Verteilleitungen den Wärmetauschern (10) zuführbar ist, und wobei Leitungen zur Kondensatabfuhr und Inertgasableitung vorgesehen sind. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Strömungskanal (14) derart weiterzubilden, daß bei einem geringen Druckabfall eine hohe Wärmetransferrate von einem Fluid zur Kanalwand (18) ermöglicht wird. Als Lösung wird mit der vorliegenden Erfindung ein Strömungskanal (14) mit einer Kanalwand (18) zum Führen eines strömenden Fluids vorgeschlagen, wobei zwischen dem Fluid und der Kanalwand (18) Wärme austauschbar ist, und wobei die Kanalwand (18) zumindest teilweise an der dem Fluid zugewandten Seite eine strukturierte Oberfläche aufweist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strömungskanal mit einer Kanalwand zum Führen eines strömenden Fluids, sowie einen Wärmetauscher mit einem solchen Kanal. Ferner betrifft die Erfindung einen Luftkondensator zur Kondensation von Wasserdampf, insbesondere Turbinendampf eines Kraftwerks, wobei zu kondensierender Dampf über eine Dampfzufuhrleitung und Verteilleitungen den Wärmetauschern zuführbar ist, und wobei Leitungen zur Kondensatabfuhr und Inertgasableitung vorgesehen sind.
In einer Vielzahl von Anwendungen werden Fluide zum Speichern und zum Transport von Wärme eingesetzt. Beispielsweise wird in einer Vorrichtung dem Fluid Wärme zugeführt, wobei das Fluid über ein Kanalsystem zu einer weiteren Stelle gefördert wird, an der die entsprechende Wärmeleistung bereitgestellt werden soll. An dieser Stelle ist eine weitere Vorrichtung vorhanden, die es ermöglicht, dem Fluid die Wärme zu entziehen. Derartige Vorrichtungen sind als Heizwände, Wärmetauscher oder dergleichen bekannt. Eine solche Vorrichtung weist in der Regel einen Strömungskanal auf, welcher von dem Fluid durchströmbar ist. Die Wand des Kanals dient neben der Führung des strömenden Fluids auch zum Wärmeaustausch mit dem Fluid.
Bekannte Kanalanordnunen weisen beispielsweise Wände mit glatten Oberflächen auf, um dem strömenden Fluid möglichst wenig Widerstand entgegenzusetzen. So kann der Energieaufwand, der erforderlich ist, um das Fluid im strömenden Zustand zu halten, gering gehalten werden. Üblicherweise bildet sich an der Kanalwand eine in Strömungsrichtung im wesentlichen laminare Strömung aus, so daß ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und der Kanalwand im wesentlichen nur mit dem Teil der Strömung erfolgt, der in der Nähe der Kanalwand strömt. Ein Großteil der vom Fluid bereitgestellten Wärmekapazität kann somit nicht genutzt werden.
Im Stand der Technik ist es daher bekannt, im Kanal Hindernisse vorzusehen, um die laminare Strömung zu stören und eine turbulente Strömung zu erreichen. Hierdurch kann eine deutliche Verbesserung der Ausnutzung der Wärmekapazität des Fluids erreicht werden. Gleichwohl führt dies dazu, daß der strömungstechnische Widerstand des Kanals erheblich erhöht wird. Es ist daher ein deutlich größerer Aufwand zu treiben, um das Fluid in den strömenden Zustand zu versetzen bzw. in diesem Zustand zu erhalten. Besonders wirkt sich dies bei Heizspiralen und Wärmetauschern aus.
Wärmetauscher mit gatttungsgemäßen Strömungskanälen werden vielfach im Bereich von Kraftwerken eingesetzt, um aus einem Fluid, welches einen Wärmekraftprozeß durchlaufen hat, verbliebene Energie zurückzugewinnen und nutzbar zu machen. Unter anderem ist es üblich und wünschenswert, diese Energie zumindest teilweise dem Prozeß wieder zuzuführen oder anderweitig nutzbar zu machen, um die Wirksamkeit des Prozesses zu erhöhen. Besonders vorteilhaft werden derartige Wärmetauscher in Luftkondensatoren verwendet, wie sie beispielsweise zur Rückgewinnung der Wärmeenergie aus einem Turbinenabdampf verwendet werden.
Die optimale Leistungsfähigkeit eines Wärmetauschers hängt nicht nur von der übertragbaren Wärmeleistung ab, sondern auch von der Leistung, die erforderlich ist, um die Fluide durch den Wärmetauscher durchzuführen. Um diesen Leistungsaufwand möglichst gering zu halten, ist innerhalb des Kanalsystems des Wärmetauschers eine weitgehend laminare Strömung erwünscht, weil diese zu geringen Strömungsverlusten führen kann. Dadurch ergibt sich darüber hinaus, daß möglichst wenige Umlenkungen des Fluids erfolgen sollten. Dem steht entgegen, daß eine laminare Strömung einen erheblich geringeren Wärmeaustausch zuläßt als eine turbulente Strömung. Die bekannten Wärmetauscher werden diesen Anforderungen nur zum Teil gerecht.
Wärmetauscher, die aufgrund ihrer im wesentlichen laminaren Durchströmung einen geringen Druckverlust aufweisen, ermöglichen in der Regel nur einen geringen Wärmeaustausch, so daß ein Großteil der Energie des ersten durchströmenden Fluids verloren geht. Dagegen sind Wärmetauscher, die aufgrund ihrer im wesentlichen turbulenten Strömung einen hohen Druckverlust aufweisen, auf eine Zuführung des ersten Fluids mit einem hohen Druck angewiesen. In der Regel ist es notwendig, entsprechende Mittel zur Druckerhöhung wie Kompressoren, Pumpen oder dergleichen vorzusehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Strömungskanal derart weiterzubilden, daß bei einem geringen Druckabfall eine hohe Wärmetransferrate von einem Fluid zur Kanalwand ermöglicht wird.
Als Lösung wird mit der vorliegenden Erfindung ein Strömungskanal mit einer Kanalwand zum Führen eines strömenden Fluids vorgeschlagen, wobei zwischen dem Fluid und der Kanalwand Wärme austauschbar ist, und wobei die Kanalwand zumindest teilweise an der dem Fluid zugewandten Seite eine strukturierte Oberfläche aufweist.
Erstmals ist es somit möglich, die an einen Wärmeaustausch zwischen einem strömenden Fluid und einer Kanalwand gestellten, entgegengesetzten Anforderungen zu verbessern. Aufgrund der strukturierten Oberfläche ist es nunmehr möglich, die Wärmeübertragungsleistung bei geringem Druckabfall am Kanal deutlich zu erhöhen. Mit der strukturierten Oberfläche kann erreicht werden, daß die Turbulenz der Strömung im Bereich der Kanalwand erhöht wird, welches eine erhöhte Wärmeübertragung ermöglicht. Eine strömungstechnische Grenzschicht kann reduziert werden. Zugleich kann die Turbulenz jedoch so gering gehalten werden, daß dadurch der Druckabfall am Strömungskanal nicht wesentlich erhöht wird. Die strukturierte Oberfläche kann beispielsweise durch die Kanalwand selbst oder auch durch eine Beschichtung gebildet sein. Zum Beispiel kann die Kanalwand eine Prägung aufweisen, die die strukturierte Oberfläche bildet. Die Kanalwand oder auch eine Beschichtung der Kanalwand kann einen hohen Reibungskoeffizienten zum Fluid aufweisen, um die erforderliche Turbulenz zu erreichen. Die Eigenschaften der Kanalwand und die Art der strukturierten Oberfläche sind vorteilhaft auf das zur Durchströmung vorgesehene Fluid abgestimmt, um eine möglichst optimale Wirkung zu erreichen. So kann beispielsweise bei einem hochviskosen Fluid eine sehr feine Oberflächenstruktur vorgesehen sein, während bei einem niederviskosen Fluid eine grobe Oberflächenstruktur vorgesehen sein kann. Weiterhin ist auch die Durchströmungsgeschwindigkeit des Fluids zu berücksichtigen, die Einfluß auf die strukturierte Oberfläche haben kann. Die strukturierte Oberfläche kann teilweise auf der dem Fluid zugewandten Seite vorgesehen sein. Sie kann aber auch über die gesamte Kanallänge und/oder über den gesamten Umfang des Strömungskanals vorgesehen sein. Vorteilhaft ist sie an den Stellen angeordnet, bei denen es auf die Wärmeübertragung besonders ankommt. So kann der Strömungskanal in einem Bereich, der nur zur Förderung des Fluids vorgesehen ist, eine glatte Oberfläche aufweisen, wohingegen in einem Bereich des vorgesehenen Wärmeaustauschs eine erfindungsgemäße Oberfläche vorgesehen ist. Unerwünschte Wärmeverluste können gering gehalten werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die strukturierte Oberfläche Ausformungen aufweist. Diese Ausformungen sind vorteilhaft in der Kanalwand ausgebildet und ragen in den Strömungskanal hinein. Eine Vergrößerung der Oberfläche der Kanalwand kann erreicht werden. Die Größe, die Anzahl und auch die Anordnung der Ausformungen zueinander kann so gewählt werden, daß der Einfluß auf den Druckabfall in diesem Strömungskanal weitgehend vernachlässigbar ist. Zugleich bewirken die Ausformungen Turbulenzen der Fluidströmungen im Bereich der Kanalwand. Diese Oberfläche ist mit bekannten Mitteln kostengünstig herstellbar.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß die strukturierte Oberfläche Vertiefungen aufweist. Mit den Vertiefungen kann ebenso wie mit den Ausformungen eine Erhöhung der Turbulenz der Fluidströmung im Bereich der Kanalwand erreicht werden. Eine weitere Vergrößerung der Oberfläche kann erreicht werden. Ferner ist eine Kanalwand mit Vertiefungen sehr kostengünstig herstellbar, indem diese beispielsweise durch ein entsprechendes Prägewerkzeug, welches auf der Kanalwand abläuft, hergestellt wird.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß in Strömungsrichtung des Fluids abwechselnd Ausformungen und Vertiefungen angeordnet sind. Eine besonders günstige Wärmeübertragung kann erreicht werden. Insbesondere wenn die Ausformungen und Vertiefungen strömungstechnisch beabstandet zueinander angeordnet sind, kann in Abhängigkeit vom durchströmenden Fluid die Wärmeübertragungsleistung weiter erhöht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß die Ausformungen und/oder Vertiefungen ein gleichmäßiges Muster bilden. So können beispielsweise die Ausformungen und/oder Vertiefungen versetzt zueinander in Strömungsrichtung angeordnet sein. Auch die Form der Ausformung und/oder Vertiefung kann zur Erreichung einer optimalen Wärmeübertragungsleistung angepaßt werden. So kann die Form beispielsweise durch einen Kugelabschnitt, Kegelabschnitt, eine Pyramide oder dergleichen gebildet sein.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Abweichung der Ausformung und/oder der Vertiefung von einer Mittellinie der dem Fluid zugewandten Oberfläche der Kanalwand wenige Zehntel Millimeter beträgt. So kann eine Erhöhung des Druckabfalls weiter reduziert werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß die Abweichung der Ausformung und/oder der Vertiefung von der Mittellinie der dem Fluid zugewandten Oberfläche wenige Hundertstel Millimeter beträgt. Eine Erhöhung des Druckabfalls kann weiter reduziert werden. Es können auch verschiedene Abweichungen von der Mittellinie und Formen der Ausformungen oder Vertiefungen miteinander kombiniert sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß in wenigstens einem der Strömungskanäle eine wärmeleitende, in Längsrichtung des Strömungskanals ausgerichtete, durchströmbare Mäanderstruktur angeordnet ist, die zumindest teilweise an ihren mäanderseitigen Umkehrpunkten mit einer benachbarten Platte in wärmetechnischer Verbindung steht. Vorteilhaft kann eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche erreicht werden. Darüber hinaus kann die Mäanderstruktur ebenfalls mit einer strukturierten Oberfläche versehen sein, wodurch eine weitere Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung erreicht werden kann. Die wärmetechnische Verbindung kann durch Löten, Schweißen, Kleben oder dergleichen gebildet sein.
Mit der Erfindung wird ferner ein Wärmetauscher mit von Fluiden durchströmbaren Strömungskanälen vorgeschlagen, die zueinander in wärmetechnischer Wirkverbindung stehen, wobei wenigstens ein erfindungsgemäßer Strömungskanal vorgesehen ist. Vorteilhaft kann die Wärmeübertragungsleistung eines Wärmetauschers erhöht werden, ohne daß seine Bauform deutlich vergrößert werden muß und/oder ein höherer Druckabfall zu verzeichnen ist. So kann vorteilhaft auch nachträglich in einer bestehenden Anlage ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher mit einer höheren Wärmeübertragungsleistung nachgerüstet werden, ohne daß dazu ein größerer Raum erforderlich wäre. Daneben kann auch bei gleicher Wärmeleistung eine kleinere Bauform des Wärmetauschers erreicht werden, um so beispielsweise in einer bestehenden Anlage Raum zu gewinnen. Durch den im wesentlichen gleichen Druckabfall kann erreicht werden, daß anlagentechnisch weitere Maßnahmen vermieden werden können, wie beispielsweise Vorsehen eines zusätzlichen Kompressors oder dergleichen. Darüber hinaus kann mittels der strukturierten Oberfläche nicht nur die Steifigkeit des hiermit versehenen Strömungskanals erhöht werden, sondern auch die des gesamten Wärmetauschers. Dieser kann somit einer vergrößerten mechanischen Beanspruchung standhalten.
Es wird ferner vorgeschlagen, daß die Strömungskanäle zumindest teilweise eine plattenförmige Kanalanordnung bilden. Durch Stapelung von plattenförmigen Kanalanordnungen kann eine einfach anpaßbare Bauform des Wärmetauschers erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der Wärmetauscher eine Vielzahl von gestapelten plattenförmigen Kanalanordnungen aufweist, wobei benachbartige plattenförmige Kanalanordnungen abwechselnd jeweils von einem unterschiedlichen Fluid durchströmbar sind. So kann mit der guten Anpaßbarkeit durch Stapelung zugleich eine hohe Wärmeübertragungsleistung von einem Fluid zu einem zweiten Fluid, welche unterschiedliche Kanalanordnungen durchströmen, erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, daß das erste Fluid durch Luft gebildet ist. Luft ist kostengünstig und mit einfachen bekannten Mitteln bereitstellbar.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß das zweite Fluid durch Wasserdampf gebildet ist. Wasserdampf enthält sehr viel Energie, die durch Abkühlung und Kondensation zurückgewonnen werden kann. Eine hohe Energieausbeute kann erreicht werden.
Mit der Erfindung wird ferner ein Luftkondensator zur Kondensation von Wasserdampf, insbesondere Turbinenabdampf eines Kraftwerks, vorgeschlagen, wobei zu kondensierender Dampf über eine Dampfzufuhrleitung und Verteilungen den Wärmetauschern zuführbar ist, und wobei Leitungen zur Kondensatabfuhr und Inertgasableitung vorgesehen sind, wobei der Wärmetauscher ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher ist. Vorteilhaft kann eine hohe Wärmeübergangsleistung erreicht werden. Der Luftkondensator kann daher eine kleinere Bauform aufweisen und kostengünstiger hergestellt werden.
Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, daß der Luftkondensator ein Naturzug-Kühlturm ist. Somit kann auch der Kühlturm kleiner ausfallen, wodurch der Eingriff in die Umgebung reduziert werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner wird bezüglich gleicher Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 verwiesen. Die Zeichnungen sind Schemazeichnungen und dienen nur der Erläuterung der folgenden Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
Fig. 1
eine schematisch perspektivische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
Fig. 2
schematisch eine erste Ausgestaltung einer Oberflächenstruktur in einer Kanalwand,
Fig.3
schematisch eine zweite Ausgestaltung einer strukturierten Oberfläche in einer Kanalwand und
Fig. 4
einen Schnitt entlang einer Linie IV ― IV in Fig. 2.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 10 mit einem Kanal 14 und Strömungskanälen 12, die im Kreuzstrom durchströmbar sind. Der Strömungskanal 14 wird von Wasserdampf durchströmt, während die Strömungskanäle 12 von Luft durchströmt werden. Strömungskanäle 12 und 14 sind voneinander getrennt angeordnet. Strömungskanal 14 ist als breiter, flacher Kanal ausgebildet bestehend aus zwei parallel beabstandet angeordneten Ebenen, die zur Ausbildung des geschlossenen Kanals 14 seitlich mit Halbkreisprofilen verbunden sind. Die Strömungskanäle 12, 14 bilden eine plattenförmige Kanalanordnung 16. Mehrere derartige Wärmetauscher 10 können einen Stapel bildend übereinander angeordnet sein. Solche Wärmetauscherplattenstapel können in einem Kühlturm, insbesondere einem Naturzug-Kühlturm, angeordnet sein.
In den Strömungskanälen 12 ist in Strömungsrichtung ein mäanderförmiges Metallband angeordnet, welches an seinen Umkehrpunkten 34 mit den ebenen Außenseiten der Kanalwand 18 des Strömungskanals 14 in wärmetechnischer Verbindung steht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die wärmetechnische Verbindung als Klebeverbindung ausgeführt. Die wärmetechnische Verbindung kann daneben auch als Löt- oder Schweißverbindung ausgebildet sein. Das Metallband ist aus Edelstahl gebildet.
Die Kanalwand 18 des Strömungskanals 14 weist auf ihrer Innenseite eine strukturierte Oberfläche 20 auf, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die strukturierte Oberfläche 20 ist mit Ausformungen 22 und Vertiefungen 24 versehen, die die Form eines Kugelabschnitts aufweisen. In Strömungsrichtung 26 sind abwechselnd Ausformungen 22 und Vertiefungen 24 angeordnet, die ein gleichmäßiges Muster bilden. Ausformungen 22 und Vertiefungen 24 sind beabstandet und versetzt zueinander angeordnet.
Fig. 4 zeigt die Anordnung an der Kanalwand 18 im Schnitt entlang einer Linie IV - IV in Fig. 2. Die Abweichung von der Mittellinie 28 beträgt im vorliegenden Beispiel ca. 0,3 mm.
Eine alternative strukturierte Oberfläche ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Ausgestaltung sind in Strömungsrichtung jeweils paarweise aufeinanderfolgende Ausformungen 22 und Vertiefungen 24 vorgesehen, die untereinander einen großen Abstand aufweisen. Die Grundform ist durch einen Pyramidenstumpf mit im wesentlichen rechteckiger Grundfläche gebildet. Im vorliegenden Beispiel ist auch das Metallband 32 mit einer erfindungsgemäßen, strukturierten Oberfläche versehen. In diesem Beispiel beträgt die Abweichung von der Mittellinie ca. 0,07 mm.
Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. So können insbesondere die Form der Ausprägungen als auch deren Anordnung im Kanal variieren.
Bezugszeichenliste
10
Wärmetauscher
12
Strömungskanal
14
Strömungskanal
16
Platte
18
Kanalwand
20
Strukturierte Oberfläche
22
Ausformung
24
Vertiefung
26
Strömungsrichtung
28
Mittellinie
30
Oberfläche
32
Mäanderförmiges Metallband
34
Umkehrpunkt

Claims (16)

  1. Strömungskanal (14) mit einer Kanalwand (18) zum Führen eines strömenden Fluids, wobei zwischen dem Fluid und der Kanalwand (18) Wärme austauschbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwand (18) zumindest teilweise an der dem Fluid zugewandten Seite eine strukturierte Oberfläche (20) aufweist.
  2. Strömungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Oberfläche (20) Ausformungen (22) aufweist.
  3. Strömungskanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Oberfläche (20) Vertiefungen (24) aufweist.
  4. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung (26) des Fluids abwechselnd Ausformungen (22) und Vertiefungen (24) angeordnet sind.
  5. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformungen (22) und/oder Vertiefungen (24) ein gleichmäßiges Muster bilden.
  6. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Ausformung (22) und/oder der Vertiefung (24) von einer Mittellinie (28) der dem Fluid zugewandten Oberfläche (30) der Kanalwand (18) wenige Zehntel Millimeter beträgt.
  7. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Ausformung (22) und/oder der Vertiefung (24) von der Mittellinie (28) der dem Fluid zugewandten Oberfläche (30) der Kanalwand (18) wenige Hundertstel Millimeter beträgt.
  8. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal eine wärmeleitende, in Längsrichtung des Kanals (12) ausgerichtete, durchströmbare Mäanderstruktur (32) angeordnet ist, die zumindest teilweise an ihren mäanderseitigen Umkehrpunkten (34) mit einer benachbarten Platte (16) in wärmetechnischer Verbindung steht.
  9. Strömungskanal nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mäanderstruktur (32) zumindest teilweise eine strukturierte Oberfläche aufweist.
  10. Wärmetauscher (10) mit von Fluiden durchströmbaren Strömungskanälen (12, 14), die zueinander in wärmetechnischer Wirkverbindung stehen, gekennzeichnet durch wenigstens einen Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (12, 14) zumindest teilweise eine plattenförmige Kanalanordnung (16) bilden.
  12. Wärmetauscher nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von gestapelten plattenförmigen Kanalanordnungen (16), wobei benachbarte plattenförmige Kanalanordnungen (16) abwechselnd jeweils von einem unterschiedlichen Fluid durchströmbar sind.
  13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Fluid durch Luft gebildet ist.
  14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Fluid durch Wasserdampf gebildet ist.
  15. Luftkondensator zur Kondensation von Wasserdampf, insbesondere Turbinenabdampf eines Kraftwerks, wobei zu kondensierender Dampf über eine Dampfzufuhrleitung und Verteilungen Wärmetauschern zuführbar ist, und wobei Leitungen zur Kondensatabfuhr und Inertgasableitung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmetauscher ein Wärmetauscher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14 ist.
  16. Luftkondensator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkondensator ein Naturzug-Kühlturm ist.
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