EP2404133A1 - Modular heat exchanger system - Google Patents

Modular heat exchanger system

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Publication number
EP2404133A1
EP2404133A1 EP09753938A EP09753938A EP2404133A1 EP 2404133 A1 EP2404133 A1 EP 2404133A1 EP 09753938 A EP09753938 A EP 09753938A EP 09753938 A EP09753938 A EP 09753938A EP 2404133 A1 EP2404133 A1 EP 2404133A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
units
modular
exchanger system
flow channels
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Withdrawn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
EP09753938A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Walter Kirnich
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.)
"Schilling" Treuhand GmbH
Original Assignee
"Schilling" Treuhand GmbH
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 AT8682008A external-priority patent/AT506703B1/en
Priority claimed from AT0045008U external-priority patent/AT10858U1/en
Application filed by "Schilling" Treuhand GmbH filed Critical "Schilling" Treuhand GmbH
Publication of EP2404133A1 publication Critical patent/EP2404133A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C3/00—Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow
    • F25C3/02—Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow for ice rinks
    • 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
    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0426—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
    • F28D1/0443—Combination of units extending one beside or one above the other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/10—Movable elements, e.g. being pivotable

Definitions

  • the invention relates to a modular heat exchanger system with at least two heat exchanger units, each having a plurality of parallel flow channels, which are flowed through by a medium, wherein at least two heat exchanger units via at least one connecting element with each other at least liquid-tight detachably connectable, and the at least two heat exchanger units in connected state along a common plane, and its use as a cooling system for the construction of an ice surface.
  • Ice skating is a popular winter sport, therefore, especially during the cold period numerous skating rinks are built.
  • the cooling systems for these skating rinks are either integrated into the ground or placed on a subfloor.
  • aluminum or other metal tubes used by a liquid or gaseous refrigerant such as e.g. a glycol-water mixture, to be flowed through, wherein for cooling distribution, the refrigerant medium is connected to a refrigeration unit.
  • the cold distribution can also take place in the so-called direct evaporator mode, wherein the refrigerant flows directly through the flow channels.
  • these aluminum or other metal pipes are connected via flexible hose connections or welded together in permanently installed skating rink fields as iron piping.
  • DE 31 0 386 A1 shows an apparatus for producing an ice skating surface, wherein roll-up or stackable surface elements with liquid channels are arranged adjacent to one another and are in communication with refrigeration and / or heat generating units.
  • a similar device can be found in AT 001.688 Ul, in which a transportable mat for producing a heat exchanger, in particular for skating rinks, is disclosed.
  • AT 001.688 Ul in which a transportable mat for producing a heat exchanger, in particular for skating rinks, is disclosed.
  • the individual fields are connected to each other via flexible hose connections, wherein at the joints due to these flexible connecting elements, a poorer heat transfer takes place.
  • a different height level is often detectable at these junctions, so that the ice is irregular at these points.
  • US 4,979,373 describes an apparatus for constructing and maintaining an ice surface having a plurality of sheet-like flexible plastic heat exchanger modules having a plurality of channels through which a refrigerant is pumped.
  • the individual modules are connected to each other via manifolds.
  • a disadvantage of this device is that on the one hand, the plastic material is susceptible to damage, for example during installation, and also uneven flow conditions are given by the connection of adjacent heat exchanger modules via a collecting tube with a larger diameter. This in turn results in an uneven ice surface.
  • each heat exchanger unit are provided two plate elements which are arranged on the front side of the openings of the flow channels, and when connecting two adjacent heat exchanger units each have a plate member of a first heat exchanger unit to a plate member of a second Heat exchanger unit is arranged so that the respective openings of the flow channels communicate with each other in flow-permeable connection.
  • the heat exchanger units are preferably made predominantly of metal, in particular of aluminum, there is a much better cooling transition between the heat exchanger units and the ice surface than in the known state of the art Technique made of plastic.
  • gaseous refrigerant media improves the ice quality or increases the evaporation point and thus reduces the (electrical) energy required for ice formation, so that the advantages of a metallic heat exchanger unit are further improved.
  • connection of at least two heat exchanger units via a connecting element wherein the connection can be released again after defrosting the ice, allows a simple and rapid transport of the heat exchanger units to different locations.
  • each heat exchanger unit has a multiplicity of flow channels, each of which can be connected to a flow channel of an adjacent heat exchanger unit via the at least one connecting element, at least in a liquid-tight manner.
  • the respective flow channels are directly in communication with each other, without resulting in a cross-sectional constriction or extension.
  • This has the consequence that a particularly uniform ice surface can be produced.
  • This represents a decisive advantage over other aluminum or metal pipe systems, which are connected via flexible hose connections, because they have in the field of flexible hose connection far worse cold transfer capabilities, and the ice quality is therefore significantly worse in this area, or is the effort is significantly higher in (electrical) energy in order to achieve satisfactory ice even at this weak point.
  • each heat exchanger unit is provided with two plate elements, which are arranged on the front side at the openings of the flow channels. These plate elements also serve to fix the flow channels in their position to each other, so that a rigid structure is obtained and the individual heat exchanger units can be transported, for example, stacked.
  • a plate element of a first heat exchanger unit is in each case arranged on a plate element of a second heat exchanger unit when connecting these heat exchanger units, so that the respective openings of the flow channels communicate with each other in flow-permeable connection.
  • a plate element of a heat exchanger unit has recesses for receiving sealing means.
  • the sealing means each surround an opening of a flow channel.
  • the connecting element is designed as a screw connection.
  • the at least one connecting element is designed as a splined connection.
  • a connecting element which is designed as a rigid or resilient clamping element, in particular with a substantially U-shaped cross-section.
  • This design of the connecting element allows a particularly rapid assembly and disassembly of the modular heat exchanger system.
  • the clamping element can be additionally locked by a screw connection.
  • the connecting element is designed as a clamping hook, which is arranged on a first plate element of the first exchanger unit, and engages when connecting two heat exchanger units together in a matching recess on the plate member of the second heat exchanger unit.
  • the clamping hook is in this case pivoted when connecting the plate elements of two adjacent heat exchanger units from a first position in which it is substantially on the plate member to which it is arranged so as not to interfere, for example, during transport of the heat exchanger unit in a position in an engaged position ,
  • the at least two heat exchanger units are pivotable relative to one another via an articulated connecting piece, so that they can be connected to one another at least in a liquid-tight manner.
  • the connection of the individual heat exchanger units with each other again takes place via a rigid metal connection, so that the cold transition between the heat exchanger units and the ice surface is constant and thus places with poor cold transfer can be avoided.
  • at least one arresting bar is provided which is arranged on the flow channels in addition to or as an alternative to the plate elements, whereby the individual flow channels of two adjacent heat exchanger units are preferably connected to each other via individual couplings, thus also providing a rigid structure becomes.
  • the first heat exchanger unit and at least one second heat exchanger unit are arranged parallel to one another and at least one heat exchanger unit can be pivoted into a second position via the articulated connection piece.
  • the two heat exchanger units are arranged in a plane, wherein at least two flow channels of the heat exchanger units can be connected to one another via the articulated connecting piece at least in a liquid-tight manner.
  • the heat exchanger units In the first position, the heat exchanger units stacked one above the other and can be transported so easily and space-saving.
  • the heat exchanger units When constructing a skating rink, the heat exchanger units are laid on, with one heat exchanger unit always being pivoted by 180 °, so that it forms a uniform surface with an adjacent heat exchanger unit.
  • the articulated connector acts as a hinge connection, wherein after the pivoting of the heat exchanger unit, the outputs of the flow channels of the two adjacent heat exchanger units opposite each other and can be connected.
  • the connection is liquid-tight, so that no refrigerant or refrigerant can escape at this junction. If a gaseous refrigerant is used, the seal is designed accordingly.
  • connection of adjacent heat exchanger units is particularly easy to accomplish if the at least two heat exchanger units can be fixed in the second position by means of a lock acting on the articulated connecting piece.
  • the lock which is designed for example as a push-in pin acts on the hinge-like connector and causes the two heat exchanger units remain at their junction in a fixed position.
  • each heat exchanger unit is provided with a plurality of flow channels, wherein in each case a flow channel with a flow channel of an adjacent heat exchanger unit via the articulated connecting piece at least liquid is connected keitsdicht.
  • This multiple junction ensures a particularly uniform heat or cold transition. This makes it possible to achieve a particularly uniform ice thickness.
  • the modular heat exchanger system is preferably formed areally with a manifold as an inlet and a manifold as reflux.
  • the manifolds are here preferably via a Tichelmann piping with the refrigeration unit in combination.
  • the medium circulating in the heat exchange units is preferably a cooling liquid, in which case a glycol / water mixture has proven to be particularly suitable.
  • the present invention allows the use of gaseous refrigerants such as CO 2 , which has a reduction of the energy required for ice formation by increasing the evaporation temperature point result.
  • the circulating in the heat exchanger units medium is a cooling liquid, which is suitable for cooling according to the Designverdampferric.
  • the modular heat exchanger system according to the invention is particularly suitable as a cooling system for the construction of an ice surface, in particular a skating rink.
  • the individual heat exchanger units are in this case transported in batches to the installation site and placed in place, wherein the connection of the individual heat exchanger units takes place together in a rapid and simple manner.
  • FIG. 1 is an isometric view of a detail of a heat exchange unit according to the invention
  • FIG. 2 is a second isometric view of the heat exchanger unit of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a view of the heat exchanger unit of FIG. 1 from above,
  • 4A is an isometric view of two interconnected heat exchanger units in a detailed view
  • FIG. 4B shows two heat exchanger units connected to one another via a clamping element
  • FIG. 5 is a sectional view of the interconnected heat exchanger units of FIG. 4B;
  • 6A is a front view of a plate member
  • FIG. 7A is a sectional view of a fastener formed as a screw
  • FIG. 11 is a detailed view of two flow channels of adjacent heat exchanger units, which are connected to each other via a hinge-like connector,
  • FIG. 13 is another view of the flow channels of FIG. 11,
  • Fig. 14 is a view of the two flow channels of FIG. 11 in the connected state
  • Fig. 15 is a front view of a heat exchanger stack.
  • the heat exchanger unit 10 consists of a plurality of flow channels 20, which are made of aluminum and, for example, have a length of 5 m and an inner diameter of 17 mm and a wall thickness of 1 mm.
  • the flow tubes 20 are in this case arranged parallel to one another, their position being fixed to one another via a plate element 30, 30 'arranged at each of their ends.
  • the plate elements 30, 30 ' are in this case positioned at the respective openings 21 of the flow channels 20.
  • the one plate elements 30 'designed on its end face plan, while the end face of the second, to the first plate 30' opposite openings 21 of the flow channels 20th arranged plate member 30 has cutouts 32, which are each arranged around the opening 21 of a flow channel 20, wherein the cutouts 32 serve to receive a sealant, in particular an O-ring.
  • the flow channels 20 protrude beyond the end face of the plate element 30. This facilitates connection to a second heat exchanger element 10 '.
  • the heat exchanger element 10 usually has a considerable length, for example 5 m, at least one, preferably two webs 40 are additionally arranged parallel to the plate elements 30, 30 'for stabilizing the flow tubes, whereby the heat exchanger element 10 has a higher rigidity and thus easier to transport.
  • the connecting element 50 is an elastic metal clamp with a substantially U-shaped cross section, wherein the fixing of the plate elements 30 ', 30' takes place due to the spring force of the metal clamp 50.
  • the two plate members are pressed together via the resilient clamping element 50 flush with each other, wherein in the plate member 30, an O-ring 60 is arranged, which is responsible for the liquid-tight connection of the two heat exchanger elements 10, 10 '.
  • a screw connection 50 as shown in FIG. 4A, is used as the connecting element, it is preferably provided that the upper edge of the plate elements 30 or 30 'recesses 70 are provided for receiving the connecting element 50. Furthermore, the plate elements 30, 30 'have a bore 80 into which the screw 51 can be screwed (FIG. 6A). Likewise, in a further variant of the invention, merely screwing the plate elements 30, 30 'together is provided via a screw 51 without an additional connecting element, such as a clamp (FIG. 7A). In another embodiment, the plate member 30 shown in FIG. 6B, no single O-rings around each opening 21, but a circumferential O-ring seal 61, so that the cost of the required sealing means are reduced.
  • FIG. 7B shows a further variant for connecting two adjacent heat exchanger units 10, 10 ', a wedge connection 53 having a dowel pin 54 inserted in the bore 80 being provided here.
  • FIG. 7C shows a clamping connection 55 with a wedge surface 56 on both sides.
  • the aluminum tubes 20, 20' are glued into the respective plate elements 30, 30 ', and a surface seal 62 for liquid-tight Connection between the plate members 30, 30 'is arranged.
  • the connecting element is not shown in this illustration for the sake of simplicity.
  • the flow tubes 20, 20 ' are each pressed into the plate elements 30, 30' (FIG. 8B). It can also be provided that the tubes 20, 20 'are welded to the plate elements 30, 30' (FIG. 8C). Of course, a design is also provided in which, according to FIG. 8D, an O-ring 60 is arranged in a plate element 30 concentric with the compressed flow tubes 20, 20 '.
  • a heat exchanger unit 10 is shown having a plurality of flow channels 20 which are arranged parallel to each other.
  • the flow channels 20 are fixed in position with the aid of two plate elements 30, 30 ', the plate elements 30, 30' being arranged at the ends of the flow channels 20.
  • Fig. 10 it can be clearly seen how four heat exchanger units 10, 10 'stacked one above the other and are connected to each other via hinge connections 57. This hinge connection 57 is shown enlarged in detail in FIGS. 11 to 14.
  • the plate element 30 ' has, on the side facing away from the flow channel 20', an opening 21 ', the diameter of which is the outer diameter of the flow channel 20 corresponds.
  • a sealing means 60 for example, an O-ring is arranged to ensure a liquid-tight connection of the two flow channels 20, 20 '.
  • FIGS. 12 and 13 show how the flow channel 20 'is pivoted about the axis of the hinge connection 57 by substantially 180 °.
  • the opening 21 'of the plate element 30' encloses the flow channel 20 in the assembled state of the heat exchanger plates 10, 10 ', so that the two longitudinal axes of the flow channels 20, 20' substantially coincide.
  • a locking mechanism is provided which cooperates with a corresponding counterpart on the plate member 30 'of the second heat exchanger unit 10' form-fitting manner (not shown).
  • the position of the two flow channels 20, 20 ' is additionally fixed to one another.
  • Fig. 15 is again schematically a front view of a stack of heat exchangers 10, 10 'is shown, wherein in each case a plate member 30 is arranged with O-ring 60 between two plate members 30' without O-ring.
  • the individual heat exchangers 10, 10 'at one of their ends a plate member 30' without O-rings, while at its other end plate elements 30 is arranged with O-rings.
  • the material of the end plates can be selected accordingly, but preferably aluminum is used.

Abstract

The invention relates to a modular heat exchanger system (10, 10') having at least two heat exchanger units (10, 10') which each have a plurality of flow ducts (20, 20') which are arranged parallel to one another and through which a medium can flow, wherein at least two heat exchanger units (10, 10') can be connected to one another in a disconnectable fashion by means of at least one  connecting element (50, 51, 53, 54, 55) in such a way that they are at least fluidtight, and the at least two heat exchanger units (10, 10') are arranged along a common plane in the connected state, and two plate elements (30, 30', 30'), which are arranged at the end at the openings of the flow ducts (20, 20'), are provided per heat exchanger unit (10, 10'), and during the connection of two adjacent heat exchanger units (10, 10') a plate element (30, 30', 30') of a first heat exchanger unit (10, 10') is respectively arranged on a plate element (30, 30', 30') of a second heat exchanger unit (10, 10'), with the result that the respective openings (21, 21') of the flow ducts (20, 20') are connected to one another in a flow-permeable connection.

Description

Modulares Wärmetauschersystem Modular heat exchanger system
Die Erfindung betrifft ein modulares Wärmetauschersystem mit zumindest zwei Wärmetauschereinheiten, die jeweils eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen aufweisen, die von einem Medium durchströmbar sind, wobei zumindest zwei Wärmetauschereinheiten über zumindest ein Verbindungselement miteinander zumindest flüssigkeitsdicht lösbar verbindbar sind, und die zumindest zwei Wärmetauschereinheiten im verbundenen Zustand entlang einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, sowie dessen Verwendung als Kühlsystem für die Errichtung einer Eisfläche.The invention relates to a modular heat exchanger system with at least two heat exchanger units, each having a plurality of parallel flow channels, which are flowed through by a medium, wherein at least two heat exchanger units via at least one connecting element with each other at least liquid-tight detachably connectable, and the at least two heat exchanger units in connected state along a common plane, and its use as a cooling system for the construction of an ice surface.
Eislaufen ist eine beliebte Wintersportart, daher werden insbesondere während der Kälteperiode zahlreiche Eislaufplätze errichtet. Die Kältesysteme für diese Eislaufplätze sind entweder in den Boden integriert oder werden auf einen Unterboden gelegt. So werden beispielsweise Aluminium- oder andere Metallrohre eingesetzt, die von einem flüssigen oder gasförmigen Kälteträgermedium, wie z.B. einem Glykol-Wassergemisch, durchströmt werden, wobei zur Kälteverteilung das Kälteträgermedium an ein Kälteaggregat angeschlossen ist.Ice skating is a popular winter sport, therefore, especially during the cold period numerous skating rinks are built. The cooling systems for these skating rinks are either integrated into the ground or placed on a subfloor. For example, aluminum or other metal tubes used by a liquid or gaseous refrigerant such as e.g. a glycol-water mixture, to be flowed through, wherein for cooling distribution, the refrigerant medium is connected to a refrigeration unit.
Alternativ hierzu kann die Kälteverteilung auch im sogenannten Direktverdampfermodus erfolgen, wobei das Kältemittel direkt durch die Strömungskanäle fließt. Bei den üblichen Vorrichtungen werden diese Aluminium- oder andere Metallrohre über flexible Schlauchverbindungen miteinander verbunden oder bei permanent installierten Eislaufplatzfeldern, als Eisenverrohrung miteinander verschweißt.Alternatively, the cold distribution can also take place in the so-called direct evaporator mode, wherein the refrigerant flows directly through the flow channels. In the conventional devices these aluminum or other metal pipes are connected via flexible hose connections or welded together in permanently installed skating rink fields as iron piping.
Der Aufbau eines temporären Eislaufplatzes ist daher mit einem hohen Personal- und Zeitaufwand verbunden. Zudem ist die Verwendung von gasförmigen Kältemitteln wie beispielsweise CO2 bei den letztgenannten Vorrichtungen nicht möglich.The construction of a temporary ice rink is therefore associated with a high staff and time. In addition, the use of gaseous refrigerants such as CO 2 in the latter devices is not possible.
Es wurde daher nach Lösungen gesucht, die diesen Aufwand für die Errichtung eines Eislaufplatzes zu verringern. Die DE 31 OO 386 Al beispielsweise zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Eislauffläche, wobei aufrollbare oder aufstapelbare Flächenelemente mit Flüssigkeitskanälen aneinander grenzbar angeordnet werden und mit kälte- und/oder wärmeerzeugenden Aggregaten in Verbindung stehen. Eine ähnliche Vorrichtung ist der AT 001.688 Ul zu entnehmen, in der eine transportierbare Matte zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere für Eislaufplätze, offenbart ist. Bei diesen Systemen besteht der Nachteil, dass die einzelnen Felder über flexible Schlauchverbindungen miteinander verbunden sind, wobei an den Verbindungsstellen aufgrund dieser flexiblen Verbindungselemente ein schlechterer Wärmeübergang stattfindet. Zusätzlich ist an diesen Verbindungsstellen häufig ein unterschiedliches Höhenniveau feststellbar, so dass das Eis an diesen Stellen unregelmäßig wird.It was therefore sought solutions that reduce this effort for the establishment of a skating rink. DE 31 0 386 A1, for example, shows an apparatus for producing an ice skating surface, wherein roll-up or stackable surface elements with liquid channels are arranged adjacent to one another and are in communication with refrigeration and / or heat generating units. A similar device can be found in AT 001.688 Ul, in which a transportable mat for producing a heat exchanger, in particular for skating rinks, is disclosed. In these systems, there is the disadvantage that the individual fields are connected to each other via flexible hose connections, wherein at the joints due to these flexible connecting elements, a poorer heat transfer takes place. In addition, a different height level is often detectable at these junctions, so that the ice is irregular at these points.
Die US 4,979,373 beschreibt eine Vorrichtung zur Errichtung und Erhaltung eines Eisoberfläche mit einer Vielzahl von flächigen Wärmetauschermodulen aus flexiblem Kunststoff, die über eine Vielzahl von Kanälen verfügen, durch die ein Kältemittel gepumpt wird. Die einzelnen Module sind jeweils über Sammelrohre miteinander verbunden. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass einerseits das Kunststoffmaterial anfällig gegen Beschädigungen, beispielsweise bei der Verlegung ist, und zudem ungleichmäßige Strömungsverhältnisse durch die Verbindung benachbarter Wärmetauschermodule über ein Sammelrohr mit größerem Durchmesser gegeben sind. Daraus resultiert wiederum eine ungleichmäßige Eisfläche.US 4,979,373 describes an apparatus for constructing and maintaining an ice surface having a plurality of sheet-like flexible plastic heat exchanger modules having a plurality of channels through which a refrigerant is pumped. The individual modules are connected to each other via manifolds. A disadvantage of this device is that on the one hand, the plastic material is susceptible to damage, for example during installation, and also uneven flow conditions are given by the connection of adjacent heat exchanger modules via a collecting tube with a larger diameter. This in turn results in an uneven ice surface.
Die US 3,379,031 beschreibt einen modular aufgebauten Eislaufplatz, wobei plattenförmige Wärmetauscherelemente aus Verbundmaterial mit Strömungskanälen versehen sind, die miteinander in Verbindung stehen. Die Herstellung dieser Wärmetauscherelemente ist kostenintensiv, weil entweder die Bildung der Strömungskanäle innerhalb des Moduls durch Einlegen von Schläuchen oder Rohren erfolgt oder aber die Kanäle direkt in das Material eingefräst werden.US 3,379,031 describes a modular skating rink wherein plate-shaped composite heat exchanger elements are provided with flow channels communicating with each other. The production of these heat exchanger elements is costly because either the formation of the flow channels within the module is done by inserting tubes or tubes or the channels are milled directly into the material.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein modulares Wärmetauschersystem bereitzustellen, das auf einfache und kostengünstige Art hergestellt, transportiert und vor Ort verlegt werden kann und des weiteren die Verwendung von gasförmigen Kältemitteln zulässt.It is therefore an object of the invention to overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art and to provide a modular heat exchanger system that can be manufactured in a simple and cost-effective manner, transported and installed on site and further allows the use of gaseous refrigerants.
Diese Aufgabe wird durch ein modulares Wärmetauschersystem der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass je Wärmetauschereinheit zwei Plattenelemente vorgesehen sind, die stirnseitig an den Öffnungen der Strömungskanäle angeordnet sind, und beim Verbinden zweier benachbarter Wärmetauschereinheiten jeweils ein Plattenelement einer ersten Wärmetauschereinheit an ein Plattenelement einer zweiten Wärmetauschereinheit angeordnet ist, sodass die jeweiligen Öffnungen der Strömungskanäle miteinander in strömungsdurchlässiger Verbindung stehen. Da die Wärmetauschereinheiten bevorzugt zum überwiegenden Teil aus Metall, insbesondere aus Aluminium gefertigt sind, erfolgt hier ein wesentlich besserer Kälteübergang zwischen den Wärmetauschereinheiten und der Eisoberfläche als beim bekannten Stand der Technik aus Kunststoff. Zudem ist der üblicherweise eingesetzte Kunststoff, wie beispielsweise EPDM (Ethylen/Propylen-Dien-Polymere), nicht diffusionsdicht, sodass der Einsatz von gasförmigen Kältemitteln nicht möglich ist. Der Einsatz von gasförmigen Kälteträgermedien verbessert jedoch die Eisqualität bzw. erhöht den Verdampfungspunkt und reduziert damit die für die Eisbildung benötigte (elektrische) Energie, sodass die Vorteile einer metallischen Wärmetauschereinheit weiter verbessert werden.This object is achieved by a modular heat exchanger system of the type mentioned in the present invention that each heat exchanger unit are provided two plate elements which are arranged on the front side of the openings of the flow channels, and when connecting two adjacent heat exchanger units each have a plate member of a first heat exchanger unit to a plate member of a second Heat exchanger unit is arranged so that the respective openings of the flow channels communicate with each other in flow-permeable connection. Since the heat exchanger units are preferably made predominantly of metal, in particular of aluminum, there is a much better cooling transition between the heat exchanger units and the ice surface than in the known state of the art Technique made of plastic. In addition, the commonly used plastic, such as EPDM (ethylene / propylene-diene polymers), not diffusion-tight, so that the use of gaseous refrigerants is not possible. However, the use of gaseous refrigerant media improves the ice quality or increases the evaporation point and thus reduces the (electrical) energy required for ice formation, so that the advantages of a metallic heat exchanger unit are further improved.
Die Verbindung von zumindest zwei Wärmetauschereinheiten über ein Verbindungselement, wobei die Verbindung nach dem Abtauen des Eises wieder gelöst werden kann, erlaubt einen einfachen und raschen Transport der Wärmetauschereinheiten an verschiedene Orte.The connection of at least two heat exchanger units via a connecting element, wherein the connection can be released again after defrosting the ice, allows a simple and rapid transport of the heat exchanger units to different locations.
Erfindungsgemäß weist jede Wärmetauschereinheit eine Vielzahl von Strömungskanälen auf, die jeweils mit einem Strömungskanal einer benachbarten Wärmetauschereinheit über das zumindest eine Verbindungselement zumindest flüssigkeitsdicht verbindbar sind. Dadurch stehen die jeweiligen Strömungskanäle direkt miteinander in Verbindung, ohne dass es zu einer Querschnittsverengung oder -erweiterung kommt. Diese hat zur Folge, dass eine besonders gleichmäßige Eisfläche hergestellt werden kann. Dies stellt einen entscheidender Vorteil gegenüber anderen Aluminium- bzw. Metallrohrsystemen, die über flexible Schlauchverbindungen verbunden sind, dar, weil diese im Bereich der flexiblen Schlauchverbindung weit schlechtere Kälteübertragungsfähigkeiten aufweisen, und die Eisqualität folglich in diesem Bereich deutlich schlechter ist, bzw. ist der Aufwand an (elektrischer) Energie deutlich höher ist, um auch an dieser Schwachstelle zufriedenstellendes Eis zu erzielen.According to the invention, each heat exchanger unit has a multiplicity of flow channels, each of which can be connected to a flow channel of an adjacent heat exchanger unit via the at least one connecting element, at least in a liquid-tight manner. As a result, the respective flow channels are directly in communication with each other, without resulting in a cross-sectional constriction or extension. This has the consequence that a particularly uniform ice surface can be produced. This represents a decisive advantage over other aluminum or metal pipe systems, which are connected via flexible hose connections, because they have in the field of flexible hose connection far worse cold transfer capabilities, and the ice quality is therefore significantly worse in this area, or is the effort is significantly higher in (electrical) energy in order to achieve satisfactory ice even at this weak point.
Innerhalb einer Wärmetauschereinheit sind die Strömungskanäle parallel zueinander angeordnet, wobei je Wärmetauschereinheit zwei Plattenelemente vorgesehen sind, die stirnseitig an den Öffnungen der Strömungskanäle angeordnet sind. Diese Plattenelemente dienen zudem der Fixierung der Strömungskanäle in ihrer Position zueinander, so dass ein starrer Aufbau erhalten wird und die einzelnen Wärmetauschereinheiten beispielsweise gestapelt transportiert werden können.Within a heat exchanger unit, the flow channels are arranged parallel to one another, wherein each heat exchanger unit is provided with two plate elements, which are arranged on the front side at the openings of the flow channels. These plate elements also serve to fix the flow channels in their position to each other, so that a rigid structure is obtained and the individual heat exchanger units can be transported, for example, stacked.
Die Verbindung zweier benachbarter Wärmetauschereinheiten erfolgt erfindungsgemäß über ihre Plattenelemente, wobei das Verbindungselement über die Plattenelemente wirkt. Dabei ist beim Verbinden dieser Wärmetauschereinheiten jeweils ein Plattenelement einer ersten Wärmetauschereinheit an ein Plattenelement einer zweiten Wärmetauschereinheit angeordnet, so dass die jeweiligen Öffnungen der Strömungskanäle miteinander in strömungsdurchlässiger Verbindung stehen. Um eine flüssigkeitsdichte Verbindung benachbarter Wärmetauschereinheiten zu gewährleisten, weist jeweils ein Plattenelement einer Wärmetauschereinheit Ausnehmungen zur Aufnahme von Dichtmitteln auf. So werden beispielsweise üblicherweise aus Silikon bestehende Dichtringe , sogenannte O-Ringe, in diese Ausnehmungen eingesetzt, und anschließend die Plattenelemente in der oben beschriebenen Art und Weise miteinander verbunden. Vorzugsweise umgeben hierbei die Dichtmittel jeweils eine Öffnung eines Strömungskanals. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass eine die Öffnungen der Strömungskanäle in ihrer Gesamtheit umlaufende Dichtung vorgesehen ist.The connection of two adjacent heat exchanger units takes place according to the invention via their plate elements, wherein the connecting element acts on the plate elements. In this case, a plate element of a first heat exchanger unit is in each case arranged on a plate element of a second heat exchanger unit when connecting these heat exchanger units, so that the respective openings of the flow channels communicate with each other in flow-permeable connection. In order to ensure a liquid-tight connection of adjacent heat exchanger units, in each case a plate element of a heat exchanger unit has recesses for receiving sealing means. Thus, for example, usually made of silicone sealing rings, so-called O-rings, used in these recesses, and then the plate elements in the manner described above connected to each other. Preferably, the sealing means each surround an opening of a flow channel. Alternatively, it can also be provided that a seal surrounding the openings of the flow channels in their entirety is provided.
Zur flüssigkeitsdichten Verbindung zweier Plattenelemente miteinander können unterschiedliche Verbindungselemente eingesetzt werden. In einer ersten Ausführung ist das Verbindungselement als Schraubverbindung ausgebildet. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das zumindest ein Verbindungselement als Keilverbindung ausgebildet ist.For liquid-tight connection of two plate elements with each other different fasteners can be used. In a first embodiment, the connecting element is designed as a screw connection. Likewise, it can be provided that the at least one connecting element is designed as a splined connection.
Besonders bevorzugt ist ein Verbindungselement, das als starres oder aber federndes Klemmelement, insbesondere mit einem in Wesentlichem U-förmigen Querschnitt ausgebildet ist. Diese Ausführung des Verbindungselementes erlaubt eine besonders rasche Montage und Demontage des modularen Wärmetauschersystems. Das Klemmelement kann zusätzlich über eine Verschraubung stärker arretiert werden.Particularly preferred is a connecting element, which is designed as a rigid or resilient clamping element, in particular with a substantially U-shaped cross-section. This design of the connecting element allows a particularly rapid assembly and disassembly of the modular heat exchanger system. The clamping element can be additionally locked by a screw connection.
Alternativ hierzu ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung das Verbindungselement als Klemmhaken ausgebildet, der an einem ersten Plattenelement der ersten Wäschetauschereinheit angeordnet ist, und beim Verbinden zweier Wärmetauschereinheiten miteinander in eine passende Ausnehmung an dem Plattenelement der zweiten Wärmetauschereinheit eingreift. Der Klemmhaken wird hierbei beim Verbinden der Plattenelemente zweier benachbarter Wärmetauschereinheiten aus einer ersten Position, bei welcher er im Wesentlichen an dem Plattenelement, an dem er angeordnet ist, anliegt, um beispielsweise beim Transport der Wärmetauschereinheit nicht zu stören, in eine Position in eine Eingriffsposition verschwenkt.Alternatively, in a further embodiment of the invention, the connecting element is designed as a clamping hook, which is arranged on a first plate element of the first exchanger unit, and engages when connecting two heat exchanger units together in a matching recess on the plate member of the second heat exchanger unit. The clamping hook is in this case pivoted when connecting the plate elements of two adjacent heat exchanger units from a first position in which it is substantially on the plate member to which it is arranged so as not to interfere, for example, during transport of the heat exchanger unit in a position in an engaged position ,
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung sind die zumindest zwei Wärmetauschereinheiten über ein gelenkiges Verbindungsstück zueinander verschwenkbar, sodass sie miteinander zumindest flüssigkeitsdicht verbindbar sind. Die Verbindung der einzelnen Wärmetauschereinheiten miteinander erfolgt wiederum über eine starre Metallverbindung, so dass der Kälteübergang zwischen den Wärmetauschereinheiten und der Eisoberfläche konstant ist und somit Stellen mit schlechter Kälteübertragung vermieden werden. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung zumindest ein Arretierungsbalken vorgesehen, der zusätzlich oder alternativ zu den Plattenelementen an den Strömungskanälen angeordnet ist, wobei vorzugsweise über Einzelkupplungen die Verbindung der einzelnen Strömungskanäle zweier benachbarter Wärmetauschereinheiten miteinander erfolgt und damit ebenfalls ein starrer Aufbau erhalten wird.In a further embodiment variant of the invention, the at least two heat exchanger units are pivotable relative to one another via an articulated connecting piece, so that they can be connected to one another at least in a liquid-tight manner. The connection of the individual heat exchanger units with each other again takes place via a rigid metal connection, so that the cold transition between the heat exchanger units and the ice surface is constant and thus places with poor cold transfer can be avoided. Additionally or alternatively, in a further embodiment of the invention, at least one arresting bar is provided which is arranged on the flow channels in addition to or as an alternative to the plate elements, whereby the individual flow channels of two adjacent heat exchanger units are preferably connected to each other via individual couplings, thus also providing a rigid structure becomes.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind in einer ersten Position die erste Wärmetauschereinheit und zumindest eine zweite Wärmetauschereinheit parallel zueinander angeordnet und zumindest eine Wärmetauschereinheit über das gelenkige Verbindungsstück in eine zweite Position verschwenkbar. In dieser zweiten Position sind die beiden Wärmetauschereinheiten in einer Ebene angeordnet, wobei zumindest zwei Strömungskanäle der Wärmetauschereinheiten über das gelenkige Verbindungsstück zumindest flüssigkeitsdicht miteinander verbindbar sind.In a preferred embodiment of the invention, in a first position, the first heat exchanger unit and at least one second heat exchanger unit are arranged parallel to one another and at least one heat exchanger unit can be pivoted into a second position via the articulated connection piece. In this second position, the two heat exchanger units are arranged in a plane, wherein at least two flow channels of the heat exchanger units can be connected to one another via the articulated connecting piece at least in a liquid-tight manner.
In der ersten Position sind die Wärmetauschereinheiten stapelweise übereinander aufgeschichtet und können so einfach und platzsparend transportiert werden. Bei der Errichtung eines Eislaufplatzes werden die Wärmetauschereinheiten aufgelegt, wobei immer eine Wärmetauschereinheit um für gewöhnlich 180° verschwenkt wird, so dass sie mit einer benachbarten Wärmetauschereinheit eine einheitliche Fläche bildet. Das gelenkige Verbindungsstück fungiert hierbei als Scharnierverbindung, wobei nach dem Verschwenken der Wärmetauschereinheit die Ausgänge der Strömungskanäle der beiden benachbarten Wärmetauschereinheiten einander gegenüberliegen und verbunden werden können. Die Verbindung erfolgt hierbei flüssigkeitsdicht, damit kein Kältemittel oder Kälteträgermittel an dieser Verbindungsstelle austreten kann. Wird ein gasförmiges Kältemittel verwendet, so ist die Dichtung entsprechend ausgelegt.In the first position, the heat exchanger units stacked one above the other and can be transported so easily and space-saving. When constructing a skating rink, the heat exchanger units are laid on, with one heat exchanger unit always being pivoted by 180 °, so that it forms a uniform surface with an adjacent heat exchanger unit. The articulated connector acts as a hinge connection, wherein after the pivoting of the heat exchanger unit, the outputs of the flow channels of the two adjacent heat exchanger units opposite each other and can be connected. The connection is liquid-tight, so that no refrigerant or refrigerant can escape at this junction. If a gaseous refrigerant is used, the seal is designed accordingly.
Die Verbindung benachbarter Wärmetauschereinheiten ist dann besonders einfach zu bewerkstelligen, wenn die zumindest zwei Wärmetauschereinheiten mittels einer auf das gelenkige Verbindungsstück wirkenden Arretierung in der zweiten Position fixierbar sind. Hierbei wirkt die Arretierung, die beispielsweise als Einschubstift ausgebildet ist, auf das scharnierartige Verbindungsstück und bewirkt, dass die zwei Wärmetauschereinheiten an ihrer Verbindungsstelle in einer fixierten Position verbleiben.The connection of adjacent heat exchanger units is particularly easy to accomplish if the at least two heat exchanger units can be fixed in the second position by means of a lock acting on the articulated connecting piece. Here, the lock, which is designed for example as a push-in pin acts on the hinge-like connector and causes the two heat exchanger units remain at their junction in a fixed position.
Bei dem erfindungsgemäßen modularen Wärmetauschersystem können Wärmetauschereinheiten unterschiedlichster Art eingesetzt werden. Vorzugsweise ist jede Wärmetauschereinheit mit einer Vielzahl von Strömungskanälen versehen, wobei jeweils ein Strömungskanal mit einem Strömungskanal einer benachbarten Wärmetauschereinheit über das gelenkige Verbindungsstück zumindest flüssig- keitsdicht verbunden ist. Durch diese multiple Verbindungsstelle wird ein besonders einheitlicher Wärme- bzw. Kälteübergang gewährleistet. Damit lässt sich eine besonders gleichmäßige Eisdicke erzielen.In the modular heat exchanger system according to the invention heat exchanger units of various types can be used. Preferably, each heat exchanger unit is provided with a plurality of flow channels, wherein in each case a flow channel with a flow channel of an adjacent heat exchanger unit via the articulated connecting piece at least liquid is connected keitsdicht. This multiple junction ensures a particularly uniform heat or cold transition. This makes it possible to achieve a particularly uniform ice thickness.
Um eine besonders einheitliche Eisfläche und damit gleichmäßige Eisdicke zu erzielen, ist bevorzugterweise das modulare Wärmetauschersystem flächenartig mit einer Sammelleitung als Zulauf und einer Sammelleitung als Rücklauf ausgebildet. Die Sammelleitungen stehen hierbei bevorzugt über eine Tichelmann- Verrohrung mit dem Kälteaggregat in Verbindung.In order to achieve a particularly uniform ice surface and thus uniform thickness of ice, the modular heat exchanger system is preferably formed areally with a manifold as an inlet and a manifold as reflux. The manifolds are here preferably via a Tichelmann piping with the refrigeration unit in combination.
Das in den Wärmetauscheinheiten zirkulierende Medium ist bevorzugter Weise eine Kühlflüssigkeit, wobei sich hierbei ein Glykol-Wassergemisch als besonders geeignet erwiesen hat. Ebenso erlaubt die vorliegende Erfindung den Einsatz von gasförmigen Kältemitteln wie beispielsweise CO2, was eine Reduktion der für die Eisbildung benötigten Energie durch die Erhöhung des Verdampfungstemperaturpunktes zur Folge hat.The medium circulating in the heat exchange units is preferably a cooling liquid, in which case a glycol / water mixture has proven to be particularly suitable. Likewise, the present invention allows the use of gaseous refrigerants such as CO 2 , which has a reduction of the energy required for ice formation by increasing the evaporation temperature point result.
Alternativ hierzu ist das in den Wärmetauschereinheiten zirkulierende Medium eine Kühlflüssigkeit, die für eine Kühlung nach dem Direktverdampferprinzip geeignet ist.Alternatively, the circulating in the heat exchanger units medium is a cooling liquid, which is suitable for cooling according to the Direktverdampferprinzip.
Das erfindungsgemäße modulare Wärmetauschersystem ist besonders als Kühlsystem für die Errichtung einer Eisfläche, insbesondere eines Eislaufplatzes geeignet. Die einzelnen Wärmetauschereinheiten werden hierbei stapelweise an den Aufstellungsplatz transportiert und an Ort und Stelle aufgelegt, wobei die Verbindung der einzelnen Wärmetauschereinheiten miteinander auf rasche und einfache Weise erfolgt.The modular heat exchanger system according to the invention is particularly suitable as a cooling system for the construction of an ice surface, in particular a skating rink. The individual heat exchanger units are in this case transported in batches to the installation site and placed in place, wherein the connection of the individual heat exchanger units takes place together in a rapid and simple manner.
Im Folgenden wird anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen :The invention is explained in more detail below with reference to non-limiting exemplary embodiments with associated figures. Show:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Wärmetauscheinheit,1 is an isometric view of a detail of a heat exchange unit according to the invention,
Fig. 2 eine zweite isometrische Ansicht der Wärmetauschereinheit aus Fig. 1,FIG. 2 is a second isometric view of the heat exchanger unit of FIG. 1; FIG.
Fig. 3 eine Ansicht der Wärmetauschereinheit aus Fig. 1 von oben,3 is a view of the heat exchanger unit of FIG. 1 from above,
Fig. 4A eine isometrische Ansicht zweier miteinander verbundener Wärmetauschereinheiten in einer Detailansicht,4A is an isometric view of two interconnected heat exchanger units in a detailed view,
Fig. 4B zwei miteinander über ein Klemmelement verbundene Wärmetauschereinheiten, Fig. 5 eine Schnittansicht der miteinander verbundenen Wärmetauschereinheiten aus Fig. 4B,4B shows two heat exchanger units connected to one another via a clamping element, FIG. 5 is a sectional view of the interconnected heat exchanger units of FIG. 4B; FIG.
Fig. 6A eine Vorderansicht eines Plattenelementes,6A is a front view of a plate member,
Fig. 6B eine weitere Ausführung eines Plattenelementes,6B shows a further embodiment of a plate element,
Fig. 7A eine Schnittansicht eines als Schraubverbindung ausgebildeten Verbindungselementes,7A is a sectional view of a fastener formed as a screw,
Fig. 7B eine als Keilverbindung ausgebildetes Verbindungselement,7B a connecting element designed as a splined connection,
Fig. 7C eines als Klemmverbindung ausgebildetes Verbindungselement, dieFig. 7C of a trained as a clamping connection connecting element, the
Fig. 8A bis 8D Varianten für die Einpassung der Strömungskanäle in die Plattenelemente mit unterschiedlichen Dichtungen,8A to 8D variants for the fitting of the flow channels in the plate elements with different seals,
Fig. 9 eine Wärmetauschereinheit in einer Ansicht von oben,9 shows a heat exchanger unit in a view from above,
Fig. 10 einen Stapel von Wärmetauschereinheiten in einer Schrägansicht,10 shows a stack of heat exchanger units in an oblique view,
Fig. 11 eine Detailansicht zweier Strömungskanäle von benachbarten Wärmetauschereinheiten, die über ein scharnierartiges Verbindungsstück miteinander verbunden sind,11 is a detailed view of two flow channels of adjacent heat exchanger units, which are connected to each other via a hinge-like connector,
Fig. 12 die Strömungskanäle aus Fig. 11 in einer zueinander verschwenkten Position,12 the flow channels of FIG. 11 in a mutually pivoted position,
Fig. 13 eine weitere Ansicht der Strömungskanäle aus Fig. 11,13 is another view of the flow channels of FIG. 11,
Fig. 14 eine Ansicht der beiden Strömungskanäle aus Fig. 11 in verbundenem Zustand undFig. 14 is a view of the two flow channels of FIG. 11 in the connected state and
Fig. 15 eine Frontansicht eines Wärmetauscherstapels.Fig. 15 is a front view of a heat exchanger stack.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, besteht die erfindungsgemäße Wärmetauschereinheit 10 aus einer Vielzahl von Strömungskanälen 20, die aus Aluminium gefertigt sind und beispielsweise eine Länge von 5 m sowie einen Innendurchmesser von 17 mm und eine Wandstärke von 1 mm aufweisen. Die Strömungsrohre 20 sind hierbei parallel zueinander angeordnet, wobei ihre Position zueinander über ein an jeweils einem ihrer Enden angeordnetes Plattenelement 30, 30' fixiert ist. Die Plattenelement 30, 30' sind hierbei an den jeweiligen Öffnungen 21 der Strömungskanäle 20 positioniert. Hierbei ist das eine Plattenelemente 30' an seiner Stirnfläche plan ausgeführt, während die Stirnfläche des zweiten, an den der ersten Platte 30' gegenüberliegenden Öffnungen 21 der Strömungskanäle 20 angeordnete Plattenelement 30 Ausfräsungen 32 aufweist, die jeweils um die Öffnung 21 eines Strömungskanals 20 angeordnet sind, wobei die Ausfräsungen 32 der Aufnahme eines Dichtmittels, insbesondere eines O-Ringes dienen. Wie auch in Fig. 3 gezeigt, ragen bei diesem Plattenelement 30 die Strömungskanäle 20 über die Stirnfläche des Plattenelementes 30 hervor. Dies erleichtert die Verbindung mit einem zweiten Wärmetauscherelement 10'. Da das Wärmetauscherelement 10 für gewöhnlich über eine beträchtliche Länge, z.B. 5 m, verfügt, wird zur Stabilisierung der Strömungsrohre noch zusätzlich zumindest ein, bevorzugterweise zwei Stege 40 parallel zu den Plattenelementen 30, 30' angeordnet, wodurch das Wärmetauscherelement 10 eine höhere Steifigkeit und damit leichtere Transportierbarkeit erhält.As shown in FIGS. 1 and 2, the heat exchanger unit 10 according to the invention consists of a plurality of flow channels 20, which are made of aluminum and, for example, have a length of 5 m and an inner diameter of 17 mm and a wall thickness of 1 mm. The flow tubes 20 are in this case arranged parallel to one another, their position being fixed to one another via a plate element 30, 30 'arranged at each of their ends. The plate elements 30, 30 'are in this case positioned at the respective openings 21 of the flow channels 20. Here, the one plate elements 30 'designed on its end face plan, while the end face of the second, to the first plate 30' opposite openings 21 of the flow channels 20th arranged plate member 30 has cutouts 32, which are each arranged around the opening 21 of a flow channel 20, wherein the cutouts 32 serve to receive a sealant, in particular an O-ring. As also shown in FIG. 3, in this plate element 30, the flow channels 20 protrude beyond the end face of the plate element 30. This facilitates connection to a second heat exchanger element 10 '. Since the heat exchanger element 10 usually has a considerable length, for example 5 m, at least one, preferably two webs 40 are additionally arranged parallel to the plate elements 30, 30 'for stabilizing the flow tubes, whereby the heat exchanger element 10 has a higher rigidity and thus easier to transport.
In Fig. 4A bzw. 4B ist die Verbindung zweier Wärmetauscherelemente 10, 10' gezeigt, wobei jeweils ein Plattenelement 30 der einen Wärmetauschereinheit 10 stirnseitig an ein Plattenelement 30' eines zweiten Wärmetauschermoduls 10' angeordnet ist. Hierbei sind die jeweiligen Öffnungen 21 der Strömungskanäle 20, 20' entlang einer Achse A angeordnet, so dass der Strömungsquerschnitt auch im Verbindungsbereich der beiden Plattenelemente 30, 30' nicht verändert wird, und damit die Strömung eines in den Strömungskanälen 20, 20' befindlichen Kältemittels gleichmäßig und unverändert bleibt. Die Fixierung der beiden Plattenelemente 30, 30' erfolgt in der Fig. 4A über ein Verbindungselement 50, das einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und über eine Schraube 51 die beiden Plattenelemente 30, 30' miteinander verschraubt und verpresst. Bei der in der Fig. 4B dargestellten Ausführung ist das Verbindungselement 50 eine elastische Metallklammer mit im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt, wobei die Fixierung der Plattenelemente 30', 30' aufgrund der Federkraft der Metallklammer 50 erfolgt.4A and 4B, the connection of two heat exchanger elements 10, 10 'is shown, wherein in each case a plate member 30 of a heat exchanger unit 10 is frontally disposed on a plate member 30' of a second heat exchanger module 10 '. In this case, the respective openings 21 of the flow channels 20, 20 'are arranged along an axis A, so that the flow cross section is not changed even in the connecting region of the two plate elements 30, 30', and thus the flow of a refrigerant located in the flow channels 20, 20 ' even and unchanged. The fixation of the two plate elements 30, 30 'takes place in FIG. 4A via a connecting element 50, which has a substantially U-shaped cross-section and screwed by a screw 51, the two plate members 30, 30' together and pressed. In the embodiment illustrated in FIG. 4B, the connecting element 50 is an elastic metal clamp with a substantially U-shaped cross section, wherein the fixing of the plate elements 30 ', 30' takes place due to the spring force of the metal clamp 50.
Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die beiden Plattenelemente über das federnde Klemmelement 50 bündig miteinander verpresst, wobei in dem Plattenelement 30 ein O-Ring 60 angeordnet ist, der für die flüssigkeitsdichte Verbindung der beiden Wärmetauscherelemente 10, 10'verantwortlich ist.As shown in Fig. 5, the two plate members are pressed together via the resilient clamping element 50 flush with each other, wherein in the plate member 30, an O-ring 60 is arranged, which is responsible for the liquid-tight connection of the two heat exchanger elements 10, 10 '.
Wird als Verbindungselement eine Schraubverbindung 50, wie in Fig. 4A gezeigt, eingesetzt, so ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Oberkante der Plattenelemente 30 bzw. 30' Ausnehmungen 70 für die Aufnahme des Verbindungselementes 50 vorgesehen sind. Des weiteren weisen die Plattenelemente 30, 30' eine Bohrung 80 auf, in die die Schraube 51 einschraubbar ist (Fig. 6A). Ebenso ist in einer weiteren Variante der Erfindung lediglich ein Verschrauben der Plattenelemente 30, 30' miteinander über eine Schraube 51 ohne zusätzliches Verbindungselement, wie beispielsweise eine Klammer vorgesehen (Fig. 7A). In einer anderen Ausführung weist das Plattenelement 30 gemäß Fig. 6B keine einzelnen O-Ringe um jede Öffnung 21 auf, sondern eine umlaufende O-Ring- dichtung 61, so dass die Kosten für die erforderlichen Dichtmittel reduziert sind.If a screw connection 50, as shown in FIG. 4A, is used as the connecting element, it is preferably provided that the upper edge of the plate elements 30 or 30 'recesses 70 are provided for receiving the connecting element 50. Furthermore, the plate elements 30, 30 'have a bore 80 into which the screw 51 can be screwed (FIG. 6A). Likewise, in a further variant of the invention, merely screwing the plate elements 30, 30 'together is provided via a screw 51 without an additional connecting element, such as a clamp (FIG. 7A). In another embodiment, the plate member 30 shown in FIG. 6B, no single O-rings around each opening 21, but a circumferential O-ring seal 61, so that the cost of the required sealing means are reduced.
In der Fig. 7B ist eine weitere Variante zur Verbindung zweier benachbarter Wärmetauschereinheiten 10, 10' dargestellt, wobei hier eine Keilverbindung 53 mit einem in die Bohrung 80 eingesteckten Passstift 54 vorgesehen ist.FIG. 7B shows a further variant for connecting two adjacent heat exchanger units 10, 10 ', a wedge connection 53 having a dowel pin 54 inserted in the bore 80 being provided here.
In Fig. 7C schließlich ist eine Klemmverbindung 55 mit beidseitiger Keilfläche 56 dargestellt.Finally, FIG. 7C shows a clamping connection 55 with a wedge surface 56 on both sides.
Um die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinheit 10, 10' weiter zu reduzieren, ist in einer besonders einfachen Variante gemäß Fig. 8A vorgesehen, dass die Aluminiumrohre 20, 20' in die jeweiligen Plattenelemente 30, 30' eingeklebt sind, und eine Flächendichtung 62 zur flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen den Plattenelementen 30, 30' angeordnet ist. Das Verbindungselement ist in dieser Darstellung der Einfachheit halber nicht dargestellt.In order to further reduce the production costs of the heat exchanger unit 10, 10 'according to the invention, it is provided in a particularly simple variant according to FIG. 8A that the aluminum tubes 20, 20' are glued into the respective plate elements 30, 30 ', and a surface seal 62 for liquid-tight Connection between the plate members 30, 30 'is arranged. The connecting element is not shown in this illustration for the sake of simplicity.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die Strömungsrohre 20, 20' jeweils in die Plattenelemente 30, 30' verpresst (Fig. 8B). Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Rohre 20, 20' mit den Plattenelementen 30, 30' verschweißt sind (Fig. 8C). Selbstverständlich ist auch eine Ausführung vorgesehen, bei der gemäß Fig. 8D ein O-Ring 60 in ein Plattenelement 30 konzentrisch zu den ver- pressten Strömungsrohren 20, 20' angeordnet ist.In a further embodiment of the invention, the flow tubes 20, 20 'are each pressed into the plate elements 30, 30' (FIG. 8B). It can also be provided that the tubes 20, 20 'are welded to the plate elements 30, 30' (FIG. 8C). Of course, a design is also provided in which, according to FIG. 8D, an O-ring 60 is arranged in a plate element 30 concentric with the compressed flow tubes 20, 20 '.
In Fig. 9 ist wiederum eine Wärmetauschereinheit 10 gezeigt, die eine Vielzahl von Strömungskanälen 20 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Strömungskanäle 20 werden mit Hilfe zweier Plattenelemente 30, 30' in ihrer Position fixiert, wobei die Plattenelemente 30, 30' an den Enden der Strömungskanäle 20 angeordnet sind. Aus Fig. 10 ist deutlich ersichtlich, wie vier Wärmetauschereinheiten 10, 10' stapelweise übereinander gelegt und über Scharnierverbindungen 57 miteinander verbunden sind. Diese Scharnierverbindung 57 ist in den Fig. 11 bis 14 vergrößert im Detail dargestellt.In Fig. 9, in turn, a heat exchanger unit 10 is shown having a plurality of flow channels 20 which are arranged parallel to each other. The flow channels 20 are fixed in position with the aid of two plate elements 30, 30 ', the plate elements 30, 30' being arranged at the ends of the flow channels 20. From Fig. 10 it can be clearly seen how four heat exchanger units 10, 10 'stacked one above the other and are connected to each other via hinge connections 57. This hinge connection 57 is shown enlarged in detail in FIGS. 11 to 14.
In einer ersten Position sind, wie in Figs. 10 und 11 gezeigt, die Strömungskanäle 20, 20' parallel zueinander angeordnet. Hierbei sind die Plattenelemente 30, 30' gelenkig über eine scharnierartige Verbindung miteinander verbunden, wobei diese um eine Achse der Scharnierverbindung 57 zueinander verschwenkt werden können.In a first position, as shown in Figs. 10 and 11, the flow channels 20, 20 'arranged parallel to each other. Here, the plate elements 30, 30 'articulated via a hinge-like connection with each other, which can be pivoted about an axis of the hinge connection 57 to each other.
Das Plattenelement 30' weist hierbei auf der dem Strömungskanal 20' abgewandten Seite eine Öffnung 21' auf, deren Durchmesser dem Außendurchmesser des Strömungskanals 20 entspricht. An dem Plattenelement 30 ist ein Dichtungsmittel 60, beispielsweise ein O-Ring angeordnet, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung der beiden Strömungskanäle 20, 20' zu gewährleisten.In this case, the plate element 30 'has, on the side facing away from the flow channel 20', an opening 21 ', the diameter of which is the outer diameter of the flow channel 20 corresponds. On the plate member 30, a sealing means 60, for example, an O-ring is arranged to ensure a liquid-tight connection of the two flow channels 20, 20 '.
Die Fig. 12 und 13 zeigen, wie der Strömungskanal 20' um die Achse der Scharnierverbindung 57 im Wesentlichen um 180° verschwenkt wird. Wie in Fig. 14 gezeigt, umschließt hierbei die Öffnung 21' des Plattenelements 30' den Strömungskanal 20 im zusammengesteckten Zustand der Wärmetauscherplatten 10, 10', so dass die beiden Längsachsen der Strömungskanäle 20, 20' im Wesentlichen zusammenfallen.FIGS. 12 and 13 show how the flow channel 20 'is pivoted about the axis of the hinge connection 57 by substantially 180 °. As shown in FIG. 14, in this case the opening 21 'of the plate element 30' encloses the flow channel 20 in the assembled state of the heat exchanger plates 10, 10 ', so that the two longitudinal axes of the flow channels 20, 20' substantially coincide.
Bevorzugterweise ist beispielsweise auf dem Plattenelement 30 des Strömungsrohres 20 ein Arretierungsmechanismus vorgesehen, der mit einem entsprechenden Gegenstück auf dem Plattenelement 30' der zweiten Wärmetauschereinheit 10' formschlüssig zusammenwirkt (nicht gezeigt). Dadurch wird die Lage der beiden Strömungskanäle 20, 20' zueinander zusätzlich fixiert.Preferably, for example, on the plate member 30 of the flow tube 20, a locking mechanism is provided which cooperates with a corresponding counterpart on the plate member 30 'of the second heat exchanger unit 10' form-fitting manner (not shown). As a result, the position of the two flow channels 20, 20 'is additionally fixed to one another.
In Fig. 15 ist nochmals schematisch eine Frontansicht eines Stapels von Wärmetauschern 10, 10' dargestellt, wobei jeweils ein Plattenelement 30 mit O-Ring 60 zwischen zwei Plattenelemente 30' ohne O-Ring angeordnet ist.In Fig. 15 is again schematically a front view of a stack of heat exchangers 10, 10 'is shown, wherein in each case a plate member 30 is arranged with O-ring 60 between two plate members 30' without O-ring.
Üblicherweisen die einzelnen Wärmetauscher 10, 10' an einem ihrer Enden ein Plattenelement 30' ohne O-Ringe auf, während an ihrem anderen Ende Plattenelemente 30 mit O-Ringe angeordnet ist. Die Strömungskanäle 20, 20' können hierbei aus Metall, EPDM-Mischungen oder auch Kunststoffen, wie Polyethylen, Propylen, etc. hergestellt sein. Ebenso kann das Material der Stirnplatten entsprechend ausgewählt sein, bevorzugt kommt jedoch Aluminium zum Einsatz. Usually, the individual heat exchangers 10, 10 'at one of their ends a plate member 30' without O-rings, while at its other end plate elements 30 is arranged with O-rings. The flow channels 20, 20 'can here be made of metal, EPDM mixtures or plastics, such as polyethylene, propylene, etc. Likewise, the material of the end plates can be selected accordingly, but preferably aluminum is used.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Modulares Wärmetauschersystem (10, 10') mit zumindest zwei Wärmetauschereinheiten (10, 10'), die jeweils eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen (20, 20') aufweisen, die von einem Medium durchströmbar sind, wobei zumindest zwei Wärmetauschereinheiten (10, 10') über zumindest ein Verbindungselement (50, 51, 53, 54, 55, 57) miteinander zumindest flüssigkeitsdicht lösbar verbindbar sind, und die zumindest zwei Wärmetauschereinheiten (10, 10') im verbundenen Zustand entlang einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass je Wärmetauschereinheit (10, 10') zwei Plattenelemente (30, 30') vorgesehen sind, die stirnseitig an den Öffnungen der Strömungskanäle (20, 20') angeordnet sind, und beim Verbinden zweier benachbarter Wärmetauschereinheiten (10, 10') jeweils ein Plattenelement (30, 30') einer ersten Wärmetauschereinheit (10) an ein Plattenelement (30, 30') einer zweiten Wärmetauschereinheit (10') angeordnet ist, sodass die jeweiligen Öffnungen (21, 21') der Strömungskanäle (20, 20') miteinander in strömungsdurchlässiger Verbindung stehen.1. Modular heat exchanger system (10, 10 ') with at least two heat exchanger units (10, 10'), each having a plurality of mutually parallel flow channels (20, 20 '), which are flowed through by a medium, wherein at least two heat exchanger units ( 10, 10 ') via at least one connecting element (50, 51, 53, 54, 55, 57) with each other at least liquid-tight detachably connectable, and the at least two heat exchanger units (10, 10') are arranged in the connected state along a common plane, characterized in that each heat exchanger unit (10, 10 ') has two plate elements (30, 30') which are arranged on the front side at the openings of the flow channels (20, 20 '), and when connecting two adjacent heat exchanger units (10, 10'). ) a respective plate element (30, 30 ') of a first heat exchanger unit (10) is arranged on a plate element (30, 30') of a second heat exchanger unit (10 '), so that d The respective openings (21, 21 ') of the flow channels (20, 20') are in fluid-permeable connection with one another.
2. Modulares Wärmetauschersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (50, 51, 53, 54, 55, 57) über die Plattenelemente (30, 30') zweier zueinander angeordneter Wärmetauschereinheiten (10, 10') wirkt.2. Modular heat exchanger system according to claim 1, characterized in that the connecting element (50, 51, 53, 54, 55, 57) via the plate elements (30, 30 ') of two mutually arranged heat exchanger units (10, 10') acts.
3. Modulares Wärmetauschersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Plattenelement (30) einer Wärmetauschereinheit (10, 10') Ausnehmungen (32) zur Aufnahme von Dichtmitteln (60, 61, 62) aufweist.3. Modular heat exchanger system according to claim 1 or 2, characterized in that a plate element (30) of a heat exchanger unit (10, 10 ') has recesses (32) for receiving sealing means (60, 61, 62).
4. Modulares Wärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (50, 51, 53, 54, 55, 57) als Schraubverbindung ausgebildet ist.4. Modular heat exchanger system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one connecting element (50, 51, 53, 54, 55, 57) is designed as a screw connection.
5. Modulares Wärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (50, 51, 53, 54, 55, 57) als Keilverbindung ausgebildet ist.5. Modular heat exchanger system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one connecting element (50, 51, 53, 54, 55, 57) is designed as a spline connection.
6. Modulares Wärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (50, 51, 53, 54, 55, 57) als starres oder federndes Klemmelement ausgebildet ist. 6. Modular heat exchanger system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one connecting element (50, 51, 53, 54, 55, 57) is designed as a rigid or resilient clamping element.
7. Modulares Wärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Wärmetauschereinheiten (10, 10') über ein gelenkiges Verbindungsstück (57) zueinander verschwenkbar sind, sodass sie miteinander zumindest flüssigkeitsdicht verbindbar sind.7. Modular heat exchanger system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least two heat exchanger units (10, 10 ') via an articulated connecting piece (57) are mutually pivotable, so that they are at least fluid-tightly connected to each other.
8. Modulares Wärmetauschersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Position die erste Wärmetauschereinheit (10) und zumindest die zweite Wärmetauschereinheit (10') parallel zu einander angeordnet sind, und zumindest eine Wärmetauschereinheit (10, 10') über das gelenkige Verbindungsstück (57) in eine zweite Position verschwenkbar ist, in der die zumindest zwei Wärmetauschereinheiten (10, 10') in einer Ebene angeordnet sind, wobei zumindest zwei Strömungskanäle (20, 20') der Wärmetauschereinheiten (10, 10') über das gelenkige Verbindungsstück (57) zumindest flüssigkeitsdicht miteinander verbindbar sind.8. Modular heat exchanger system according to claim 7, characterized in that in a first position, the first heat exchanger unit (10) and at least the second heat exchanger unit (10 ') are arranged parallel to each other, and at least one heat exchanger unit (10, 10') via the articulated Connecting piece (57) is pivotable in a second position in which the at least two heat exchanger units (10, 10 ') are arranged in a plane, wherein at least two flow channels (20, 20') of the heat exchanger units (10, 10 ') via the articulated Connecting piece (57) are at least fluid-tight connected to each other.
9. Modulares Wärmetauschersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Wärmetauschereinheiten (10, 10') mittels einer auf das gelenkige Verbindungsstück (57) wirkenden Arretierung in der zweiten Position fixierbar sind.9. Modular heat exchanger system according to claim 8, characterized in that the at least two heat exchanger units (10, 10 ') can be fixed in the second position by means of a lock acting on the articulated connecting piece (57).
10. Modulares Wärmetauschersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung als Einschubstift ausgebildet ist.10. Modular heat exchanger system according to claim 9, characterized in that the lock is designed as a push-in pin.
11. Modulares Wärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheiten (10, 10') jeweils als Platten mit einer Sammelleitung als Zulauf und einer Sammelleitung als Rücklauf ausgebildet sind, wobei die Platten über das gelenkige Verbindungsteil (57) verschwenkbar und miteinander verbindbar sind.11. Modular heat exchanger system according to one of claims 7 to 10, characterized in that the heat exchanger units (10, 10 ') are each formed as plates with a manifold as an inlet and a manifold as a return, wherein the plates on the articulated connection part (57). pivotable and connectable to each other.
12. Modulares Wärmetauschersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Arretierungselement, das bevorzugt als Arretierungsquerbalken ausgebildet ist, an den Strömungskanälen (20, 20') angeordnet ist.12. Modular heat exchanger system according to claim 7, characterized in that at least one locking element, which is preferably designed as Arretierungsquerbalken, on the flow channels (20, 20 ') is arranged.
13. Modulares Wärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es flächenartig mit einer Sammelleitung als Zulauf und einer Sammelleitung als Rücklauf ausgebildet sind. 13. Modular heat exchanger system according to one of claims 1 to 11, characterized in that it is formed like a sheet with a manifold as an inlet and a manifold as reflux.
14. Modulares Wärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Wärmetauschereinheiten (10, 10') zirkulierende Medium eine Kühlflüssigkeit, vorzugsweise ein Glykol-Wasser- gemisch oder ein gasförmiges Medium, insbesondere CO2, oder eine für eine Kühlung nach dem Direktverdampferprinzip geeignete Kühlflüssigkeit ist.14. Modular heat exchanger system according to one of claims 1 to 13, characterized in that in the heat exchanger units (10, 10 ') circulating medium, a cooling liquid, preferably a glycol-water mixture or a gaseous medium, in particular CO 2 , or a for cooling according to the direct evaporator principle is suitable cooling fluid.
15. Verwendung des modularen Wärmetauschersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Kühlsystem für die Errichtung einer Eisfläche, insbesondere eines Eislaufplatzes. 15. Use of the modular heat exchanger system according to one of claims 1 to 14 as a cooling system for the construction of an ice surface, in particular a skating rink.
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