EP1557627A1 - Strömungskanal - Google Patents

Strömungskanal Download PDF

Info

Publication number
EP1557627A1
EP1557627A1 EP04028245A EP04028245A EP1557627A1 EP 1557627 A1 EP1557627 A1 EP 1557627A1 EP 04028245 A EP04028245 A EP 04028245A EP 04028245 A EP04028245 A EP 04028245A EP 1557627 A1 EP1557627 A1 EP 1557627A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
flow channel
heat exchanger
fluid
heat
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Withdrawn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
EP04028245A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Holten
Hans-Georg Schrey
Miroslav Dr. Podhorsky
Wolfgang Schug
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.)
SPX COOLING TECHNOLOGIES GmbH
Original Assignee
SPX Cooling Technologies GmbH Ratingen
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP03027584A external-priority patent/EP1538415A1/de
Application filed by SPX Cooling Technologies GmbH Ratingen filed Critical SPX Cooling Technologies GmbH Ratingen
Priority to EP04028245A priority Critical patent/EP1557627A1/de
Publication of EP1557627A1 publication Critical patent/EP1557627A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/06—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/10—Secondary fins, e.g. projections or recesses on main fins

Definitions

  • the present invention relates to a flow channel, a heat exchanger and an air condenser according to the preambles of independent claims 1, 14 and 17.
  • Heat exchangers usually have at least one flow channel through which a first fluid, here referred to as primary fluid, is performed. Heat is mixed in between via the duct wall of the flow channel exchanged the primary fluid and the environment.
  • the environment can for example a directly adjacent component or a second fluid, here for better distinction as a secondary fluid referred to as.
  • the primary fluid is usually hot water or water vapor and is to avoid mass losses on the primary side, also referred to as steam side the inside, the heat exchanger out.
  • the secondary fluid is mostly air that surrounds or flows around the heat exchanger on its outside, the air or secondary side. The wall of the flow channel is then used in addition to the leadership of the primary fluid and the Heat exchange between primary and secondary fluid.
  • Heat exchangers with generic flow channels are often in the range of power plants Used to a primary fluid, which has undergone a thermal power process, remaining To withdraw energy. So are heat exchangers in air condensers, for example, for recovery the boiler water from the exhaust steam used by turbines. This condenses the steam, after passing the turbine, in the heat exchanger of the air condenser to water, which again is fed to the boiler. Thus, the circulation of the boiler water is closed.
  • the ability of a wall surface to transfer heat is described by the heat transfer coefficient.
  • the heat transfer coefficient alpha ( ⁇ ) indicates what amount of heat, measured in energy unit Ws, is transferred in one second between one square meter of the surface of a component and the adjacent air when the temperature difference between the surface of the component and the air is one Kelvin.
  • Alpha is not a pure material value (such as the thermal conductivity, density or viscosity), it depends on the material properties of the fluid, the roughness of the wall, the temperature field and the flow conditions near the wall.
  • the heat transfer coefficient is on the primary side of a steam condenser with flowing steam at about 3000 W / (m 2 K), while ⁇ on its secondary side to the air out about 50 to 100 times smaller.
  • the known channel arrangements for power plant heat exchangers generally have channel walls with smooth surfaces on the inside, to the primary fluid flowing through it as possible to oppose little resistance. So, the energy required to make the primary fluid to be kept in the flowing state, kept low.
  • On her the secondary fluid facing Outside such heat exchanger tubes usually have ribs to increase the Heat transfer surface on. These ribs are often a few inches high and just a few millimeters thin strips of aluminum sheet, which on the outside of, also called Base tube designated, heat exchanger channels are soldered.
  • the basic pipe then consists of one at least externally coated with an aluminum layer pressure-resistant steel tube.
  • the flows of the primary fluid or of the secondary fluid in or around the flow channel can be laminar or turbulent, wherein the respective flow state depending on Among other things, the average flow velocity, the channel cross-section and the kinematic Viscosity of the fluid in question forms.
  • One Much of the heat capacity of the passing fluid can therefore not or only inefficiently used become.
  • the thickness of this boundary layer is particularly large.
  • Turbulators are strong turbulence generating Structures, such as holes, cutouts of the ribs or flags produced with the Turbulences ensure better mixing of individual flow components. hereby can significantly improve the utilization of the heat capacity of the wall that flows past the wall Fluids are achieved. Nevertheless, this leads to the fluidic resistance considerably is increased. It is therefore a much greater effort to drive to the primary or secondary fluid to put in the flowing state or to keep in this state.
  • the optimal performance of a heat exchanger depends, among other things, on the heat transfer coefficient and from the flow resistance of the heat exchanger channel. This leads to conflicting Requirements for the flow conditions in the heat exchanger. For one thing, one largely laminar flow with as few deflections in the flow channel desired be to obtain only a low flow resistance. On the other hand, but also a turbulent Flow are desirable because they have a large heat transfer coefficient, so improved Heat exchange, allows.
  • Heat exchangers due to their essentially laminar flow or flow around a small Have pressure loss, usually allow only a small heat exchange, so that a Most of the heat energy of the flowing primary or secondary fluid is not or only very slowly is delivered.
  • heat exchanger with installed in the pipe fittings or with externally arranged turbulators essentially a good heat exchange, but require a supply of the fluid under high pressure to those through the internals or To balance turbulators resulting pressure loss. In general, it is then necessary to additional Provide means for pressure increase such as compressors, pumps or the like.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a generic flow channel for a heat exchanger, which allows for low pressure losses a further improved heat exchange between the primary fluid flowing in the channel and the outside of the channel along flowing secondary fluid.
  • a flow channel with a channel wall for guiding proposed a flowing primary fluid, wherein between the primary fluid and the channel wall Heat is exchangeable.
  • the good heat-conducting channel wall has according to the invention at the Secondary fluid facing outside ribs with an additionally textured surface on.
  • the heat exchange between the primary fluid and the channel wall is smoother Inner wall. This leads to low compared to the known flow channels and heat exchangers Pressure losses in the flow of the primary fluid.
  • the associated initially relatively low Heat exchange between the primary fluid and secondary fluid is now according to the invention with a through Turbulence in the secondary fluid enhances heat exchange on the outside of the flow channels balanced and even exceeded in a positive way. So it becomes the heat exchange between primary fluid and secondary fluid increased in that the flow of the secondary fluid between the Ribs with turbulence-generating structures specifically mixed more.
  • the structures preferably have relatively soft rounded shapes with only little sharp edges on. This results in a laminar flow around the flow channel in the secondary fluid only local and limited microturbulences in the area of the wall surface.
  • the global Flow of the secondary fluid thus continues to be laminar, while by the microturbulence a significant reduction in the thickness of the boundary layer on the channel outer wall is achieved.
  • This solution has the advantage that even on the secondary side only an extremely small increase in the flow resistance takes place while there the heat transfer coefficient is greatly increased.
  • the secondary flow In other words, it is not disturbed so much that large turbulence fields or one entirely Set turbulent flow in the secondary fluid.
  • microturbulence-generating surface structures can be wholly or partially be arranged on the flow-around surfaces of the ribs of the flow channel. Also is one Overlay two different surface structures advantageous.
  • the structured surface has a macrostructure and a microstructure. This will be First, the microstructure of the plate of the ribs is applied to form the macrostructure and finally the ribs are applied to the base tube.
  • microstructure In the microstructure are formations such as round or angular dents or Bumps, either as elevations or depressions on the outside of the flow channel extend.
  • this special shaping has the advantage of relatively low flow resistance but nevertheless a good reduction of the boundary layer thickness in the secondary fluid cause.
  • the height or depth of the formations is of the undeformed Surface of the fin sheets measured about 0.05 mm to 0.15 mm.
  • the macrostructure is preferably a flow direction elongated shape, which consists in cross section of gentle waves or ripples.
  • the height or Depth of the waves is measured from the undeformed surface of the ribbed plates about 0.3 mm to 1.0 mm.
  • the structured surface may be on the surface of the rib itself, for example be formed by a coating.
  • the rib may have an embossment that the forms a textured surface on both sides of the rib.
  • the channel wall, the rib or the coating thus has a sufficiently high coefficient of friction to the secondary fluid to the required To achieve microturbulence.
  • the structured surface can be achieved that the thickness of the boundary layer through particularly small and limited microturbulences in the flow of secondary fluid in the region of Channel wall is reduced, which allows increased heat transfer.
  • the special position and shape of this turbulence are kept so low that - By the pressure drop in the flow of the secondary fluid is not significantly increased.
  • the properties and the nature of the structured surface are advantageous for the flow through intended fluid tuned to achieve the best possible effect. So can For example, in the case of a highly viscous fluid, a very fine surface structure may be provided, while a coarse surface structure may be provided with a low viscosity fluid. Farther is also the flow rate of the fluid to be considered, which affects the may have a textured surface.
  • the structured surface may be only partially provided on the fluid-facing side be. It is also advantageous if they are doing over the entire channel length and / or over the extends the entire circumference of the flow channel. Advantageously, it is arranged at the locations where it depends on the heat transfer. So the flow channel in an area, which is intended only for the promotion of the fluid, have a smooth surface, whereas in a surface of the invention is provided in a region of the intended heat exchange.
  • the structured Surface formations so surveys has. These forms are advantageous in the Channel wall formed and protrude into the flow of the secondary fluid. This results in more advantageous Also increase the surface of the canal wall.
  • the size, the number and The arrangement of the formations to each other is chosen so that the influence on the pressure drop is largely negligible in the flow of the secondary fluid.
  • the formations effect Turbulence of the fluid flows in the region of the channel wall between the ribs.
  • the textured surface also has indentations having.
  • the wells as well as with the uplifting in the flow formations achieved an increase in the microturbulence of the secondary fluid flow in the region of the channel wall become. This also results in a further enlargement of the surface on the outside - The channel wall whereby the heat exchange with the secondary fluid is further enhanced.
  • a channel wall with external wells very inexpensive to produce.
  • the formations and / or depressions uniform Forming patterns.
  • the formations and / or depressions can be offset be arranged to each other in the flow direction.
  • the shape of the molding and / or depression can be adjusted to achieve optimal heat transfer performance. So the shape formed for example by a ball portion, cone portion, a pyramid or the like be.
  • the deviation of the Forming and / or the recess of a center line of the fluid-facing surface of the Channel wall is a few tenths of a millimeter.
  • the deviation of the molding and / or recess from the centerline of the fluid facing surface is a few hundredths of a millimeter. An increase in the pressure drop can be further reduced. There may also be different deviations from the median line and forms of formations or depressions combined with each other be.
  • the flow channels has a heat-conducting, aligned in the longitudinal direction of the flow channel, Wegströmbare meander structure is arranged, at least partially at its meandering side Turning points with an adjacent cover plate in thermal connection is.
  • meander structure here is a uniform as possible wavy and preferably on the By the entire width and length of the flow channel is meant extending metal strip.
  • Troughs of the metal strip contact lines at which the band with the base tube of the flow channel soldered or glued.
  • the tips of the waves form contact lines with the overlying cover plates.
  • the meander structure also be provided with a textured surface, thereby further increasing the heat transfer performance can be achieved.
  • the thermal connection can be achieved by soldering, Welding, gluing or the like may be formed.
  • the invention further provides a heat exchanger with fluid passages through flow channels proposed, which are in thermal operative connection to each other, wherein at least an inventive flow channel is provided.
  • the heat transfer performance of the heat exchanger according to the invention can be increased without having to increase its design and / or a higher pressure drop is recorded in the flow of the primary fluid. So can advantageously also in one existing system a heat exchanger according to the invention subsequently with a higher heat transfer capacity be retrofitted without requiring a larger space would be required. In addition, a smaller design of the heat exchanger can be achieved with the same heat output, for example, to gain space in an existing facility.
  • the flow channels at least partially a plate-shaped Form channel arrangement.
  • the heat exchanger has a plurality of stacked plate-shaped channel arrangements, wherein adjacent plate-shaped channel arrangements alternately through each of a different fluid can be flowed through. So can with the good adaptability by stacking at the same time a high heat transfer performance of one Fluid to a second fluid, which flow through different channel arrangements achieved become.
  • the invention further provides an air condenser for condensing water vapor, in particular Turbine steam of a power plant, proposed to be condensed vapor over a steam supply line and distributions can be supplied to the heat exchangers, and wherein lines - Are provided for condensate removal and inert gas, wherein the heat exchanger is an inventive Heat exchanger with the advantages described above. Due to the correspondingly increased Heat transfer capacity, the air condenser therefore have a smaller size and be made cheaper.
  • Fig. 1 shows a part of a heat exchanger 1 according to the invention with an inventive Flow channel 2 for guiding a primary fluid.
  • the flow channel 2 has a channel wall 3 with a broad, flat base profile, which consists of two parallel spaced flat plates. 4 and 5, which are laterally connected to semicircular tube profiles 6 and 7.
  • the canal wall 3 of the flow channel 2 here consists of a pressure-resistant, corrosion-resistant and outside with aluminum coated steel.
  • the thermal connection is as an adhesive bond made with a high temperature resistant and thermally conductive adhesive.
  • the Connection can also be designed as a soldered or welded connection.
  • the ribbed ribbons 8, 9 exist here as well as the cover plates 11, 12 made of aluminum, with other good heat-conducting Materials can be used.
  • the flow channel 2 flows in the cross flow of primary fluid and secondary fluid.
  • the flow channel 2 is thus traversed in the interior of water vapor as the primary fluid, while the Outside flow passages 14 can be traversed by air as the secondary fluid.
  • the Flow channel 2 with its flowed through by the primary fluid channel wall 3 and the flow paths 14th are arranged so separated from each other that the two fluids can not mix.
  • the channel wall 3 of the flow channel 2 shown in FIG. 2 has a rib on its outer side 8 with a textured surface 17 on.
  • the structured surface 17 consists here of a greatly enlarged represented microstructure with in its base square and triangular shaped Structures, wherein in the flow direction of the primary fluid alternately formations 18 and depressions 19 form a uniform pattern.
  • the formations 18 and depressions 19 spaced and offset from each other.
  • the structured surfaces 17 with microstructure shown greatly enlarged in FIG. 3 extend only on the lateral edges of the rib sheets 8 or 9.
  • the one another with a large distance exhibit.
  • the height of the bumps 18 is from the surface of the fin plate 8 measured about 0.07 mm.
  • this can also be made from a macrostructure with roundish Forms 18 and recesses 19 in the ribbed plate 8 exist. These forms can through spherical embossing tools are pressed into the fin sheet 8 before it is compressed into a wave form and is fixed on the channel wall 3. The height or depth of the formations 18 in the ribbed sheet 8 is measured from the surface of the undeformed sheet from about 0.3 mm.
  • FIG. 5 the designated A section of the cross-sectional view of FIG. 4 is strong shown enlarged.
  • the rib is a microstructure 21 of pyramidal knobs on the undulating macrostructure 22 arranged. It is therefore an overlapping arrangement of micro and macrostructure, but also an embodiment in which the microstructure next to the macrostructure is arranged, is advantageous.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strömungskanal zum Führen eines strömenden Primärfluids mit einer wärmeleitenden Kanalwand mit außenliegenden Rippen, deren Außenseite von einem Sekundärfluid zumindest teilweises umströmbar ist, wobei die Kanalwand auf Ihrer Außenseite zusätzlich zu den Rippen eine strukturierte Oberfläche aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher mit erfindungsgemäßem Strömungskanal und einen Luftkondensator, insbesondere einen Naturzug-Kühlturm, mit erfindungsgemäßen Wärmetauschern. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strömungskanal, einen Wärmetauscher und einen Luftkondensator gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1, 14 und 17.
In einer Vielzahl von Anwendungen werden Fluide, also Flüssigkeiten, Gase oder deren Gemische wie zum Beispiel Wasser, Wasserdampf oder Luft, zum Transport von Wärme eingesetzt. Zur Übertragung der Wärme verwendet man Apparate, die auch als Wärmetauscher bezeichnet werden. - Wärmetauscher haben in der Regel wenigstens einen Strömungskanal durch den ein erstes Fluid, hier als Primärfluid bezeichnet, geführt wird. Über die Kanalwand des Strömungskanals wird Wärme zwischen dem Primärfluid und der Umgebung ausgetauscht. Die Umgebung kann zum Bespiel ein direkt angrenzendes Bauteil oder auch ein zweites Fluid sein, das hier zur besseren Unterscheidung als Sekundärfluid bezeichnet wird.
In der Kraftwerkstechnik ist das Primärfluid in der Regel heißes Wasser oder Wasserdampf und wird zur Vermeidung von Massenverlusten auf der auch als Dampfseite bezeichneten Primärseite, also der Innenseite, des Wärmetauschers geführt. Demgegenüber handelt es sich beim Sekundärfluid meist um Luft, die den Wärmetauscher an seiner Außenseite, der Luft- oder Sekundärseite, umgibt oder umströmt. Die Wand des Strömungskanals dient dann neben der Führung des Primärfluids auch dem Wärmeaustausch zwischen Primär- und Sekundärfluid.
Wärmetauscher mit gattungsgemäßen Strömungskanälen werden vielfach im Bereich von Kraftwerken eingesetzt, um einem Primärfluid, welches einen Wärmekraftprozess durchlaufen hat, verbliebene Energie zu entziehen. So werden Wärmetauscher in Luftkondensatoren zum Beispiel zur Rückgewinnung des Kesselwassers aus dem Abdampf von Turbinen verwendet. Dabei kondensiert der Dampf, nachdem er die Turbine passiert hat, im Wärmetauscher des Luftkondensators zu Wasser, welches wieder dem Kessel zugeführt wird. Somit ist der Kreislauf des Kesselwassers geschlossen.
Die Fähigkeit einer Wandfläche Wärme zu übertragen wird mit dem Wärmeübergangskoeffizienten beschrieben. Der Wärmeübergangskoeffizient alpha (α) gibt an, welche Wärmemenge gemessen in der Energieeinheit Ws in einer Sekunde zwischen einem Quadratmeter der Oberfläche eines Bauteils und der angrenzenden Luft übertragen wird, wenn der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche des Bauteils und der Luft ein Kelvin beträgt. Alpha ist kein reiner Stoffwert (wie die Wärmeleitfähigkeit, Dichte oder Viskosität), er ist abhängig von den Stoffeigenschaften des Fluids, der Rauhigkeit der Wand, dem Temperaturfeld und den Strömungsverhältnissen in Wandnähe. Der Wärmeübergangskoeffizient liegt auf der Primärseite eines Dampfkondensators bei strömendem Dampf bei etwa 3000 W/(m2 K), während α auf dessen Sekundärseite zur Luft hin etwa 50 bis 100 mal kleiner ist.
Die bekannten Kanalanordnungen für Kraftwerkswärmetauscher weisen in der Regel Kanalwände mit glatten Oberflächen auf der Innenseite auf, um dem hindurch strömenden Primärfluid möglichst wenig Widerstand entgegenzusetzen. So kann der Energieaufwand, der erforderlich ist, um das Primärfluid im strömenden Zustand zu halten, gering gehalten werden. Auf ihrer dem Sekundärfluid zugewandten Außenseite weisen solche Wärmetauscherrohre in der Regel Rippen zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche auf. Bei diesen Rippen handelt es sich oft um einige Zentimeter hohe und nur wenige Millimeter dünne Streifen aus Aluminiumblech, die auf die Außenseite des, auch als Grundrohr bezeichneten, Wärmetauscherkanals aufgelötet sind. Das Grundrohr besteht dann aus einem zumindest außen mit einer Aluminiumschicht umhüllten druckfesten Stahlrohr.
Die Strömungen des Primärfluids oder auch des Sekundärfluids im oder um den Strömungskanal herum können laminar oder turbulent erfolgen, wobei sich der jeweilige Strömungszustand in Abhängigkeit unter anderem der mittleren Strömungsgeschwindigkeit, dem Kanalquerschnitt und der kinematischen Viskosität des betreffenden Fluids bildet. Dabei entsteht im Bereich der Kanalwände eine Grenzschicht. Aufgrund dieser Grenzschicht erfolgt der Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und der Kanalwand im Wesentlichen nur mit dem Teil der Strömung, der in der Nähe der Kanalwand strömt. Ein Großteil der Wärmekapazität des vorbei strömenden Fluids kann daher nicht oder nur uneffektiv genutzt werden. Bei einer laminaren Strömung ist die Dicke dieser Grenzschicht besonders groß.
Im Stand der Technik ist es daher bekannt, im Inneren des Strömungskanals Einbauteile oder auf dem Strömungskanal sogenannte Turbulatoren vorzusehen. Turbulatoren sind starke Turbulenzen erzeugende Strukturen, wie etwa Löcher, Ausstanzungen der Rippen oder Fähnchen, die mit den erzeugten Turbulenzen für eine bessere Durchmischung einzelner Strömungsanteile sorgen. Hierdurch kann eine deutlich verbesserte Ausnutzung der Wärmekapazität des an der Wand vorbeiströmenden Fluids erreicht werden. Gleichwohl führt dies dazu, dass der strömungstechnische Widerstand erheblich erhöht wird. Es ist daher ein deutlich größerer Aufwand zu treiben, um das Primär- oder Sekundärfluid in den strömenden Zustand zu versetzen oder in diesem Zustand zu halten.
Die optimale Leistungsfähigkeit eines Wärmetauschers hängt also unter anderem vom Wärmeübergangskoeffizienten und vom Strömungswiderstand des Wärmetauscherkanals ab. Dies führt zu gegensätzlichen Anforderungen an die Strömungsverhältnisse im Wärmetauscher. Zum Einen kann eine weitgehend laminare Strömung mit möglichst wenigen Umlenkungen im Strömungskanal erwünscht sein, um nur einen geringen Strömungswiderstand zu erhalten. Zum Anderen kann aber auch eine turbulente Strömung wünschenswert sein, da sie einen großen Wärmeübergangskoeffizienten, also verbesserten Wärmeaustausch, ermöglicht.
Die bekannten Wärmetauscher werden diesen Anforderungen jeweils nur zum Teil gerecht. Wärmetauscher, die aufgrund ihrer im Wesentlichen laminaren Durch- oder Umströmung einen geringen Druckverlust aufweisen, ermöglichen in der Regel nur einen geringen Wärmeaustausch, so dass ein Großteil der Wärmeenergie des durchströmenden Primär- bzw. Sekundärfluids nicht oder nur sehr langsam abgegeben wird. Dagegen ermöglichen Wärmetauscher mit im Rohr angeordneten Einbauten oder mit außen angeordneten Turbulatoren im Wesentlichen einen guten Wärmeaustausch, benötigen allerdings eine Zuführung des betreffenden Fluids unter hohem Druck, um die durch die Einbauten oder Turbulatoren entstandenen Druckverlust auszugleichen. In der Regel ist es dann notwendig, zusätzliche Mittel zur Druckerhöhung wie Kompressoren, Pumpen oder dergleichen vorzusehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Strömungskanal für einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei geringen Druckverlusten einen weiter verbesserten Wärmeaustausch zwischen dem im Kanal strömenden Primärfluid und dem außen am Kanal entlangströmenden Sekundärfluid ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Strömungskanal gemäß Anspruch 1, einem Wärmetauscher gemäß Anspruch 14 und einem Luftkondensator gemäß Anspruch 17. Bevorzugte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es wird also mit der vorliegenden Erfindung ein Strömungskanal mit einer Kanalwand zum Führen eines strömenden Primärfluids vorgeschlagen, wobei zwischen dem Primärfluid und der Kanalwand Wärme austauschbar ist. Die gut wärmeleitende Kanalwand weist dabei erfindungsgemäß an der dem Sekundärfluid zugewandten Außenseite Rippen mit einer zusätzlich strukturierten Oberfläche auf.
Damit erfolgt der Wärmeaustausch zwischen dem Primärfluid und der Kanalwand bei glatter Innenwandung. Dies führt gegenüber den bekannten Strömungskanälen und Wärmetauschern zu geringen Druckverlusten in der Strömung des Primärfluids. Der damit einhergehende zunächst relativ geringe Wärmeaustausch zwischen Primärfluid und Sekundärfluid wird nun erfindungsgemäß mit einem durch Turbulenzen im Sekundärfluid verstärkten Wärmeaustausch auf der Außenseite der Strömungskanäle ausgeglichen und sogar in positiver Weise übertroffen. Es wird also der Wärmeaustausch zwischen Primärfluid und Sekundärfluid dadurch gesteigert, dass die Strömung des Sekundärfluids zwischen den Rippen mit turbulenzerzeugenden Strukturierungen gezielt stärker vermischt wird.
Die Strukturierungen weisen dabei vorzugsweise relativ weiche abgerundete Formen mit nur wenig scharfen Kanten auf. So entstehen bei einer laminaren Umströmung des Strömungskanals im Sekundärfluid nur lokale und begrenzte Mikroturbulenzen im Bereich der Wandoberfläche. Die globale Strömung des Sekundärfluids erfolgt also weiterhin laminar, während durch die Mikroturbulenzen eine deutliche Verringerung der Dicke der Grenzschicht an der Kanalaußenwand erzielt wird. Diese Lösung hat den Vorteil, dass auch auf der Sekundärseite nur eine äußerst geringe Erhöhung des Strömungswiderstands erfolgt, während dort der Wärmeübergangskoeffizient stark erhöht wird. Die Sekundärströmung wird mit anderen Worten nicht so stark gestört, dass sich große Turbulenzfelder oder eine gänzlich turbulente Strömung im Sekundärfluid einstellen.
Der überraschend positive Effekt dieser Anordnung ist bei Kraftwerkswärmetauschern besonders ausgeprägt, weil dort in der Regel Luft als Sekundärfluid mit gegenüber Wasser geringerer innerer Reibung verwendet wird. Dazu kommt bei Naturzug-Kondensatoren und Industrie-Wärmetauschern, dass die Luft in der Regel eine mit Hilfe physikalischer Effekte quasi selbst erzeugte Strömung aufweist, bei der die Turbulenz erzeugenden Oberflächenstrukturen zu keiner bemerkenswerten Beeinträchtigung der Strömung des Sekundärfluids führen oder eine erhöhte Antriebsleistungen von Förderanlagen benötigen.
Diese Mikroturbulenzen erzeugenden Oberflächenstrukturen können dabei ganz oder nur teilweise auf den umströmten Oberflächen der Rippen des Strömungskanals angeordnet sein. Auch ist eine Überlagerung zweier unterschiedlicher Oberflächenstrukturen vorteilhaft. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die strukturierte Oberfläche eine Makrostruktur und eine Mikrostruktur auf. Dazu wird das Blech der Rippen zunächst mit der Mikrostruktur versehen, dann wird die Makrostruktur geprägt und schließlich werden die Rippen auf das Grundrohr aufgebracht.
Bei der Mikrostruktur handelt es um Ausformungen wie rundliche oder eckige Dellen oder Beulen, die sich entweder als Erhebungen oder Vertiefungen über die Außenseite des Strömungskanals erstrecken. Diese spezielle Formgebung hat wie bereits erwähnt den Vorteil relativ geringe Strömungswiderstände zu erzeugen, gleichwohl aber eine gute Reduzierung der Grenzschichtdicke im Sekundärfluid hervorzurufen. Die Höhe oder Tiefe der Ausformungen beträgt dabei von der unverformten Oberfläche der Rippenbleche gemessen etwa 0,05 mm bis 0,15 mm.
Bei der Makrostruktur handelt es sich vorzugsweise um eine sich in Strömungsrichtung erstreckende längliche Form, die im Querschnitt aus sanften Wellen oder Riffeln besteht. Die Höhe oder Tiefe der Wellen beträgt dabei von der unverformten Oberfläche der Rippenbleche gemessen etwa 0,3 mm bis 1,0 mm.
Die strukturierte Oberfläche kann beispielsweise auf der Rippenoberfläche selbst oder auch durch eine Beschichtung gebildet sein. Zum Beispiel kann die Rippe eine Prägung aufweisen, die die strukturierte Oberfläche auf beiden Rippenseiten bildet. Die Kanalwand, die Rippe oder die Beschichtung weist somit einen genügend hohen Reibungskoeffizienten zum Sekundärfluid auf, um die erforderliche Mikroturbulenz zu erreichen.
Mit der strukturierten Oberfläche kann erreicht werden, dass die Dicke der Grenzschicht durch besonders kleine und begrenzte Mikroturbulenzen in der Strömung des Sekundärfluids im Bereich der Kanalwand reduziert wird, welches eine erhöhte Wärmeübertragung ermöglicht. Zugleich kann aufgrund der besonderen Lage und Formgebung diese Turbulenz jedoch so gering gehalten werden, dass - dadurch der Druckabfall in der Strömung des Sekundärfluids nicht wesentlich erhöht wird.
Erstmals ist es somit möglich, die an einen Wärmeaustausch zwischen strömenden Fluid und einer Kanalwand gestellten entgegengesetzten Anforderungen zu verbessern. Aufgrund der strukturierten Oberfläche ist es nunmehr möglich, die Wärmeübertragungsleistung bei geringem Druckabfall sowohl im Primärfluid wie auch im Sekundärfluid deutlich zu erhöhen.
Die Eigenschaften 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 nur teilweise auf der dem Fluid zugewandten Seite vorgesehen sein. Auch ist es vorteilhaft wenn sie sich dabei über die gesamte Kanallänge und/oder über den gesamten Umfang des Strömungskanals erstreckt. 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.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die strukturierte Oberfläche Ausformungen also Erhebungen aufweist. Diese Ausformungen sind vorteilhaft in der Kanalwand ausgebildet und ragen in die Strömung des Sekundärfluids hinein. Dadurch ergibt sich vorteilhafter Weise auch eine Vergrößerung der Oberfläche der Kanalwand. Die Größe, die Anzahl und auch die Anordnung der Ausformungen zueinander wird so gewählt, dass der Einfluss auf den Druckabfall in der Strömung des Sekundärfluids weitgehend vernachlässigbar ist. Zugleich bewirken die Ausformungen Turbulenzen der Fluidströmungen im Bereich der Kanalwand zwischen den Rippen. Diese Oberfläche ist mit bekannten Mitteln kostengünstig herstellbar.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die strukturierte Oberfläche zusätzlich auch Vertiefungen aufweist. Mit den Vertiefungen kann ebenso wie mit den sich in die Strömung erhebenden Ausformungen eine Erhöhung der Mikroturbulenz der Sekundärfluidströmung im Bereich der Kanalwand erreicht werden. Auch ergibt sich dadurch eine weitere Vergrößerung der Oberfläche an der Außenseite - der Kanalwand wodurch der Wärmeaustausch mit dem Sekundärfluid weiter verstärkt wird. Ferner ist eine Kanalwand mit außenliegenden Vertiefungen sehr kostengünstig herstellbar.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass in Strömungsrichtung des Sekundärfluids abwechselnd Ausformungen und Vertiefungen angeordnet sind. Dadurch kann eine besonders günstige Wärmeübertragung bei stark durchmischter Sekundärströmung erreicht werden. Insbesondere wenn die Ausformungen und Vertiefungen unter strömungstechnischen Gesichtspunkten beabstandet zueinander angeordnet sind, kann in Abhängigkeit der Strömungsmechanik des durchströmenden Fluids 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 bevorzugten 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 Abdeckplatte in wärmetechnischer Verbindung steht. Unter Mäanderstruktur ist hierbei ein möglichst gleichmäßig gewelltes und sich vorzugsweise über die gesamte Breite und Länge des Strömungskanals erstreckendes Metallband gemeint. Dabei bilden die Wellentäler des Metallbandes Berührungslinien an denen das Band mit dem Grundrohr des Strömungskanals verlötet oder verklebt ist. Auf der anderen Seite bilden die Spitzen der Wellen Berührungslinien mit den aufliegenden Abdeckplatten. So ergibt sich in der Strömungsrichtung des Sekundärfluids ein geradliniger Strömungsweg durch die Mäanderstruktur, während sich das wellenförmige Rippenband in der Seitenansicht gleichmäßig mäandrierend hin und her windet. 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 dadurch die Wärmeübertragungsleistung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers erhöht werden, ohne dass seine Bauform vergrößert werden muss und/oder ein höherer Druckabfall in der Strömung des Primärfluids zu verzeichnen ist. So kann vorteilhafter Weise auch in einer bestehenden Anlage ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher nachträglich mit einer höheren Wärmeübertragungsleistung nachgerüstet werden, ohne dass dazu ein größerer Raum erforderlich wäre. Daneben kann bei gleicher Wärmeleistung eine kleinere Bauform des Wärmetauschers erreicht werden, um beispielsweise in einer bestehenden Anlage Raum zu gewinnen.
Darüber hinaus kann mittels der strukturierten Oberfläche auch 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 benachbarte 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.
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 mit den zuvor geschilderten Vorzügen ist. Aufgrund der entsprechend gesteigerten Wärmeübergangsleistung kann der Luftkondensator daher eine kleinere Bauform aufweisen und kostengünstiger hergestellt werden.
Wie bereits eingangs erwähnt, handelt es sich in der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftkondensators um einen Naturzug-Kondensator, da hier die zuvor beschriebenen Vorzüge besonders stark hervortreten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin sind im Wesentlichen gleichbleibende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch:
Fig. 1
eine perspektivische Ansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
Fig. 2
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rippe mit einer strukturierten Oberfläche mit Mikrostruktur;
Fig. 3
eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rippe mit einer strukturierten Oberfläche mit Mikrostruktur;
Fig. 4
den in Fig. 2 angedeuteten Schnitt IV-IV einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rippe mit einer strukturierten Oberfläche mit Makrostruktur; und
Fig. 5
den vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 4 angedeuteten Schnittdarstellung, der eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäß strukturierten Oberfläche mit Makro- und Mikrostruktur zeigt.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 mit einem erfindungsgemäßen Strömungskanal 2 zum Führen eines Primärfluids. Der Strömungskanal 2 weist eine Kanalwand 3 mit breitem, flachem Grundprofil auf, die aus zwei parallel beabstandet angeordneten ebenen Platten 4 und 5 besteht, die seitlich mit halbkreisförmigen Rohrprofilen 6 und 7 verbunden sind. Die Kanalwand 3 des Strömungskanals 2 besteht hier aus einem druckfesten, korrosionsbeständigen und außen mit Aluminium beschichteten Stahl.
Auf den flachen Seiten 4, 5 der Kanalwand 3 befinden sich zwei wellenförmige Aluminiumbänder 8 und 9, die die, auch als Kühlrippen bezeichneten, außenliegenden Rippen des Strömungskanals 2 bilden. Auf den außenliegenden Umkehrpunkten 10 der beiden wellenförmigen Rippenbändern 8, 9 sind jeweils zwei Abdeckplatten 11 und 12 angeordnet. Diese Abdeckplatten 11,12 vergrößern die Steifigkeit der Rippenbänder 8 und 9, erhöhen die wärmeaustauschende Oberfläche des Strömungskanals 2 und ermöglichen eine leichtes Stapeln mehrerer Strömungskanäle 2 auf- oder aneinander. So ergeben sich auf einfache Weise Wärmetauscherplatten 1, die in gestapelten Bündeln in Kühltürmen gut ein- und ausgebaut werden können.
An ihren inneren Umkehrpunkten 13 stehen die Wellen- oder Rippenbänder 8 und 9 mit den ebenen Außenseiten 4, 5 der wärmeübertragenden Kanalwand 3 des Strömungskanals 2 in wärmetechnischer Verbindung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die wärmetechnische Verbindung als Klebeverbindung mit einem hochtemperaturbeständigen und wärmeleitenden Klebstoff ausgeführt. Die Verbindung kann daneben auch als Löt- oder Schweißverbindung ausgebildet sein. Die Rippenbänder 8, 9 bestehen hier genau wie die Abdeckplatten 11, 12 aus Aluminium, wobei auch andere gut wärmeleitende Materialien verwendet werden können.
Aufgrund der sich wellenden und außenabgedeckten Rippenbänder 8 und 9 ergeben sich auf dem Grundprofil eine Vielzahl von Strömungsgassen 14 für das Sekundärfluid. In Querschnitt bilden die aneinadergereihten Strömungsgassen 14 zusammen mit den sich hin und her windenden Rippenbänder 8, 9 und den Abdeckplatten 11,12 jeweils zwei Mäanderstrukturen 15 und 16.
Aufgrund der Ausrichtung der Rippenbänder 8, 9 quer zur Strömungsrichtung des Primärfluids ist der Strömungskanal 2 im Kreuzstrom von Primärfluid und Sekundärfluid durchströmt. Der Strömungskanal 2 wird also im Inneren von Wasserdampf als dem Primärfluid durchströmt, während die außenliegenden Strömungsgassen 14 von Luft als dem Sekundärfluid durchströmt werden können. Der Strömungskanal 2 mit seiner vom Primärfluid durchströmten Kanalwand 3 und die Strömungsgassen 14 sind dabei so voneinander getrennt angeordnet, dass sich die beiden Fluide nicht vermischen können.
Die in Fig. 2 gezeigte Kanalwand 3 des Strömungskanals 2 weist auf ihrer Außenseite eine Rippe 8 mit strukturierter Oberfläche 17 auf. Die strukturierte Oberfläche 17 besteht hier aus einer stark vergrößert dargestellten Mikrostruktur mit in ihrer Grundfläche quadratisch und dreieckig geformten Strukturen, wobei in Strömungsrichtung des Primärfluids abwechselnd Ausformungen 18 und Vertiefungen 19 ein gleichmäßiges Muster bilden. Dabei sind die Ausformungen 18 und Vertiefungen 19 beabstandet und versetzt zueinander angeordnet.
Die in Fig. 3 stark vergrößert gezeigten strukturierten Oberflächen 17 mit Mikrostruktur erstrecken sich lediglich auf die seitlichen Randzonen der Rippenbleche 8 oder 9. Hierbei bestehen die strukturierten Oberflächen 17 aus auf die Rippen 8 geklebten Pyramidenstümpfen 20 aus hitzbeständigem Kunststoff mit rechteckiger Grundfläche. In dieser Ausgestaltung sind in Strömungsrichtung jeweils paarweise aufeinanderfolgende Erhebungen 18 vorgesehen, die untereinander einen großen Abstand aufweisen. In diesem Beispiel beträgt die Höhe der Erhebungen 18 von der Oberfläche des Rippenblechs 8 gemessen ca. 0,07 mm.
Wie aus dem in Fig. 4 gezeigten Schnitt durch eine dritte alternative Ausführungsform der strukturierten Oberfläche 17 ersichtlich ist, kann diese auch aus einer Makrostruktur mit rundlichen Ausformungen 18 und Vertiefungen 19 im Rippenblech 8 bestehen. Diese Formen können durch kugelförmige Prägewerkzeuge in das Rippenblech 8 gepresst werden, bevor es zu Wellenform gestaucht und auf der Kanalwand 3 befestigt wird. Die Höhe oder Tiefe der Ausformungen 18 im Rippenblech 8 beträgt von der Oberfläche des unverformten Blechs aus gemessen ca. 0,3 mm.
In Fig. 5 ist der mit A bezeichnete Ausschnitt aus der Querschnittsdarstellung der Fig. 4 stark vergrößert dargestellt. Bei dem hier gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der strukturierten Oberfläche der Rippe ist eine Mikrostruktur 21 aus pyramidenförmigen Noppen auf der wellenförmigen Makrostruktur 22 angeordnet. Es handelt sich also um eine überlappende Anordnung von Mikro- und Makrostruktur, wobei aber auch eine Ausführungsform, bei der die Mikrostruktur neben der Makrostruktur angeordnet ist, vorteilhaft ist.
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.

Claims (18)

  1. Strömungskanal (2) zum Führen eines strömenden Primärfluids mit einer wärmeleitenden Kanalwand (3) mit außenliegenden Rippen (8, 9), deren Außenseite von einem Sekundärfluid zumindest teilweises umströmbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8, 9) zumindest teilweise eine strukturierte Oberfläche (17) aufweisen.
  2. Strömungskanal gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8, 9) eine vollständig strukturierte Oberfläche (17) aufweisen.
  3. Strömungskanal gemäß Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (17) Ausformungen (18) aufweist.
  4. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (17) Vertiefungen (19) aufweist.
  5. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (17) an einer Strömungsrichtung des Sekundärfluids so ausgerichtet ist, dass in der Strömungsrichtung abwechselnd Ausformungen (18) und Vertiefungen (19) angeordnet sind.
  6. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformungen (18) und/oder Vertiefungen (19) ein gleichmäßiges Muster bilden.
  7. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (17) eine Mikrostruktur (21) und/oder eine Makrostruktur (22) aufweist.
  8. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Ausformung (18) und/oder der Vertiefung (19) der Makrostruktur (22) in Richtung der Strömung des Sekundärfluids wenige Zehntel Millimeter, insbesondere 0,30 mm bis 1,00 mm beträgt.
  9. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Ausformung (18) und/oder der Vertiefung (19) der Mikrostruktur (21) in Richtung der Strömung des Sekundärfluids wenige Hundertstel Millimeter, insbesondere 0,05 mm bis 0,15 mm, beträgt.
  10. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rippen durch ein gewelltes Rippenband (8, 9) gebildet werden.
  11. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich das gewellte Rippenband (8, 9) in Längsrichtung des Strömungskanals (2) erstreckt.
  12. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Rippenband (8, 9) an seiner der Kanalwand (3) abgewandten Seite mit einer Platte (11, 12) abgedeckt ist und eine vom Sekundärfluid durchströmbare Mäanderstruktur (15,16) bildet.
  13. Strömungskanal gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Rippenband (8, 9) an seinen Umkehrpunkten (10, 13) mit der Kanalwand (3) und der Platte (11,12) wärmeleitend verlötet und/oder verklebt ist.
  14. Wärmetauscher (1) mit wenigstens einem Strömungskanal (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
  15. Wärmetauscher gemäß Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass er einen Strömungskanal (2) mit durchströmbarer Mäanderstruktur (15, 16) mit außenliegenden Abdeckplatten (11,12) aufweist, die eine stapelbare Kanalanordnung bilden.
  16. Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere gestapelte plattenförmige Kanalanordnungen aufweist, wobei benachbarte plattenförmige Kanalanordnungen wechselnd jeweils von unterschiedlichen Fluiden durchströmbar sind.
  17. Luftkondensator zur Kondensation von Wasserdampf, insbesondere Turbinenabdampf eines Kraftwerks, wobei zu kondensierender Dampf über eine Dampfzufuhrleitung und Verteilungen Wärmetauschern (1) zuführbar ist, und wobei Leitungen zur Kondensatabfuhr und Inertgasableitung vorgesehen sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmetauscher (1) ein Wärmetauscher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16 ist.
  18. Luftkondensator gemäß Anspruch 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkondensator ein Naturzug-Kondensator ist.
EP04028245A 2003-12-01 2004-11-29 Strömungskanal Withdrawn EP1557627A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04028245A EP1557627A1 (de) 2003-12-01 2004-11-29 Strömungskanal

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03027584A EP1538415A1 (de) 2003-12-01 2003-12-01 Strömungskanal
EP03027584 2003-12-01
EP04028245A EP1557627A1 (de) 2003-12-01 2004-11-29 Strömungskanal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1557627A1 true EP1557627A1 (de) 2005-07-27

Family

ID=34635338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04028245A Withdrawn EP1557627A1 (de) 2003-12-01 2004-11-29 Strömungskanal

Country Status (1)

Country Link
EP (1) EP1557627A1 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006047211A1 (en) * 2004-10-21 2006-05-04 Gea Power Cooling Systems, Inc. Fin tube assembly for air-cooled condensing system and method of making same
EP1939574A1 (de) * 2006-12-27 2008-07-02 LG Electronics Inc. Belüftungsvorrichtung, Wärmetauschvorrichtung und Wärmetauschelement sowie Rippe dafür
EP2053334A1 (de) 2007-10-26 2009-04-29 General Electric Company System für erhöhte Wärmeübertragung und Verfahren zur Herstellung einer Wärmeübertragungsvorrichtung
DE102008032431A1 (de) * 2008-07-10 2010-01-14 Behr Gmbh & Co. Kg Kondensator, Verfahren zum Herstellen eines Kondensators sowie Verfahren zum Vorbereiten eines Betriebs eines Kondensators
DE102010049637A1 (de) * 2010-10-28 2012-05-03 Benteler Automobiltechnik Gmbh Wärmetauscher mit Wärmetauscherrohr
US8356658B2 (en) 2006-07-27 2013-01-22 General Electric Company Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device
DE102011120255A1 (de) * 2011-12-02 2013-06-06 Wickeder Westfalenstahl Gmbh Wärmetauscher
WO2013153157A1 (de) * 2012-04-11 2013-10-17 Behr Gmbh & Co. Kg Wellrippe und verfahren zu deren herstellung
EP3394407A1 (de) * 2015-12-25 2018-10-31 Kale Oto Radyator Sanayi Ve Ticaret Anonim Sirketi Turbulator mit dreieckigen schaufeln zur steigerung der leistung von motorladeluftkühlern
FR3075341A1 (fr) * 2017-12-19 2019-06-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur avec elements intercalaires a texturation de surface

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1952840U (de) * 1963-03-30 1967-01-05 Siemens Ag Waermetauscher, insbesondere fuer luftkondensationsanlagen von dampfkraftmaschinen.
FR1479551A (fr) * 1966-03-25 1967-05-05 Const Mecaniques Et Aeronautiq Elément échangeur, dispositif pour sa fabrication en continu et échangeur en résultant
US5377746A (en) * 1993-04-26 1995-01-03 Fintube Limited Partnership Texturized fin
EP1202018A2 (de) * 2000-10-27 2002-05-02 Alcoa Inc. Mikrotexturierte Wärmetauschoberfläche
CA2330084A1 (en) * 2001-01-03 2002-07-03 Midwest Research Institute Heat exchanger with transpired, highly porous fins

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1952840U (de) * 1963-03-30 1967-01-05 Siemens Ag Waermetauscher, insbesondere fuer luftkondensationsanlagen von dampfkraftmaschinen.
FR1479551A (fr) * 1966-03-25 1967-05-05 Const Mecaniques Et Aeronautiq Elément échangeur, dispositif pour sa fabrication en continu et échangeur en résultant
US5377746A (en) * 1993-04-26 1995-01-03 Fintube Limited Partnership Texturized fin
EP1202018A2 (de) * 2000-10-27 2002-05-02 Alcoa Inc. Mikrotexturierte Wärmetauschoberfläche
CA2330084A1 (en) * 2001-01-03 2002-07-03 Midwest Research Institute Heat exchanger with transpired, highly porous fins

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7243712B2 (en) 2004-10-21 2007-07-17 Fay H Peter Fin tube assembly for air-cooled condensing system and method of making same
WO2006047211A1 (en) * 2004-10-21 2006-05-04 Gea Power Cooling Systems, Inc. Fin tube assembly for air-cooled condensing system and method of making same
US8356658B2 (en) 2006-07-27 2013-01-22 General Electric Company Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device
EP1939574A1 (de) * 2006-12-27 2008-07-02 LG Electronics Inc. Belüftungsvorrichtung, Wärmetauschvorrichtung und Wärmetauschelement sowie Rippe dafür
EP2053334A1 (de) 2007-10-26 2009-04-29 General Electric Company System für erhöhte Wärmeübertragung und Verfahren zur Herstellung einer Wärmeübertragungsvorrichtung
DE102008032431A1 (de) * 2008-07-10 2010-01-14 Behr Gmbh & Co. Kg Kondensator, Verfahren zum Herstellen eines Kondensators sowie Verfahren zum Vorbereiten eines Betriebs eines Kondensators
DE102010049637A1 (de) * 2010-10-28 2012-05-03 Benteler Automobiltechnik Gmbh Wärmetauscher mit Wärmetauscherrohr
DE102011120255A1 (de) * 2011-12-02 2013-06-06 Wickeder Westfalenstahl Gmbh Wärmetauscher
WO2013153157A1 (de) * 2012-04-11 2013-10-17 Behr Gmbh & Co. Kg Wellrippe und verfahren zu deren herstellung
CN104520664A (zh) * 2012-04-11 2015-04-15 贝洱两合公司 波状散热片及其制造方法
US10126073B2 (en) 2012-04-11 2018-11-13 Mahle International Gmbh Corrugated fin and method for producing it
EP3394407A1 (de) * 2015-12-25 2018-10-31 Kale Oto Radyator Sanayi Ve Ticaret Anonim Sirketi Turbulator mit dreieckigen schaufeln zur steigerung der leistung von motorladeluftkühlern
FR3075341A1 (fr) * 2017-12-19 2019-06-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur avec elements intercalaires a texturation de surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2267393B1 (de) Strömungskanal für einen wärmeübertrager
EP1654508B1 (de) Wärmeübertrager sowie verfahren zu dessen herstellung
DE2442420C3 (de) Desublimator für die Gewinnung von Sublimationsprodukten, insbesondere von Phthalsäureanhydrid, aus Reaktionsgasen
EP1739378A1 (de) Wärmeaustauschelement und damit hergestellter Wärmeaustauscher
EP0839308B1 (de) Plattenwärmetauscher
DE102009015849A1 (de) Wärmetauscher
DE2343007B2 (de) Plattenwaermetauscher
DE102012013755B4 (de) Wärmetauscherplatteneinheit, Wärmetauscher und Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers
DE10235772A1 (de) Wärmetauscher
EP0201665B1 (de) Wärmeübertrager mit mehreren parallelen Rohren und auf diesen angebrachten Rippen
DE3134465C2 (de) Röhrenplattenwärmetauscher
WO2006032258A1 (de) Wärmetauscher
EP3491323B1 (de) Wärmetauscher mit mikrokanal-struktur oder flügelrohr-struktur
EP1557627A1 (de) Strömungskanal
EP0268831B1 (de) Lamelle
EP3800418B1 (de) Wärmeübertrager, kälte- oder wärmeanlage mit einem solchen wärmeübertrager
WO2010017853A1 (de) Rohrbündelwärmetauscher mit veränderlich gewähltem rohrabastand
DE202008016603U1 (de) Wellrippe für Wärmeaustauscher
EP1538415A1 (de) Strömungskanal
EP3850293A1 (de) Wärmeübertrager mit oberflächenelementen mit konvexen aussparungen und integrierten materialaufdickungen
DE8628175U1 (de) Lamelle
DE10213136A1 (de) Rippe, Rohr und Wärmtauscher
DE102020213172A1 (de) Stapelscheibe für einen Stapelscheibenwärmeübertrager und zugehöriger Stapelscheibenwärmeübertrager
DE20100210U1 (de) Wärmetauscher mit transpirierenden, hochporösen Rippen
CH532236A (de) Wärmeaustauscher

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL HR LT LV MK YU

17P Request for examination filed

Effective date: 20050901

AKX Designation fees paid

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

APBK Appeal reference recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNREFNE

APBN Date of receipt of notice of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA2E

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SPX COOLING TECHNOLOGIES GMBH

APBR Date of receipt of statement of grounds of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA3E

APAF Appeal reference modified

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSCREFNE

19A Proceedings stayed before grant

Effective date: 20120301

APBT Appeal procedure closed

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA9E

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140603