EP3959478A1 - Wärmetauscher, verfahren zum herstellen eines wärmetauschers sowie kraftwerk mit einem solchen wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher, verfahren zum herstellen eines wärmetauschers sowie kraftwerk mit einem solchen wärmetauscher

Info

Publication number
EP3959478A1
EP3959478A1 EP20728962.0A EP20728962A EP3959478A1 EP 3959478 A1 EP3959478 A1 EP 3959478A1 EP 20728962 A EP20728962 A EP 20728962A EP 3959478 A1 EP3959478 A1 EP 3959478A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
lamellae
pipelines
cooling
holes
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Withdrawn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
EP20728962.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Girbig
Olaf Michelsson
Olaf Schmidt
Jürgen Voss
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP3959478A1 publication Critical patent/EP3959478A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D7/082—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
    • F28D7/085—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
    • F28D7/087—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions assembled in arrays, each array being arranged in the same plane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/006—Auxiliaries or details not otherwise provided for
    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F28D7/0083—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 a supplementary heat exchange medium, e.g. with interleaved units or with adjacent units arranged in common flow of supplementary heat exchange medium
    • 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
    • F28F1/24—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 and extending transversely
    • F28F1/32—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 and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • 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
    • F28F1/24—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 and extending transversely
    • F28F1/32—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 and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325—Fins with openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/085—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from copper or copper alloys
    • 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
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F28D2021/0031—Radiators for recooling a coolant of cooling systems
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/004—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for engine or machine cooling systems
    • 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
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F28F2009/004—Common frame elements for multiple cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/08—Assemblies of conduits having different features
    • 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
    • F28F2215/04—Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Definitions

  • Heat exchanger method for producing a heat exchanger and power plant with such a heat exchanger
  • the present invention relates to a heat exchanger through which a medium to be cooled flows in one flow direction during its operation.
  • the present invention also relates to a method for producing such a heat exchanger.
  • the invention relates to a power plant with a generator cooled by a generator cooling gas and a heat exchanger cooling the generator cooling gas.
  • Power plants such as gas turbines, steam turbines, combined gas and steam turbines, solar power plants or the like, comprise a large number of components that require cooling in order, on the one hand, to dissipate the resulting heat loss and, on the other hand, to increase the output of the power plant.
  • This also applies to the generator used to generate electricity, which is usually cooled with generator cooling gas that has been recooled via a heat exchanger.
  • the heat exchanger is usually connected to a closed cooling water system of the power plant, via which other heat exchangers are also supplied with cooling water, for example those for lubricating and / or sealing oil cooling, for cooling pumps or the like.
  • the recooling of the cooling water of the cooling water circuit can be done in various ways, for example by means of fresh water flow cooling, circulation cooling using a cooling tower or air-cooled coolers, etc.
  • a possible achievable electrical power on the generator depends on the cold gas temperature of the generator cooling gas given for cooling the generator windings, that is to say the generator cooling gas temperature when entering the generator.
  • the lower the cold gas temperature the more mechanical energy can be converted into electrical energy in the generator.
  • the generator cooling gas is recooled as previously described within a heat exchanger through which cooling water from the cooling water system of the power plant flows.
  • the cold gas temperature of the generator cooling gas is thus coupled to the cooling water temperature of the cooling water flowing through the heat exchanger.
  • the cooling water temperature depends on the re-cooling of the cooling water and consequently cannot be reduced at will. This also places limits on the electrical power that can be achieved at the generator.
  • the present invention creates a heat exchanger comprising a first lamella pack which has a plurality of first lamellae stacked in a stacking direction extending transversely to the flow direction, the first lamellae each being provided with a plurality of first through holes which are stacked direction are aligned with each other, at least one arranged in the flow direction adjacent to the first disk pack further disk pack, which has a plurality of stacked in the stacking direction second lamellae, the second lamellae each with a plurality of second
  • Through holes are provided which are aligned in the stacking direction with each other, first pipes, which lensecs extend through the first through holes of the first lamellae of the first lamellae and are pressed with the first lamellae, second pipes, which extend through the second through holes of the second lamellae extend at least one further lamella set and connect with the second lamellae are pressed, wherein the first pipelines and the second pipelines are not fluidically connected to one another and are provided for the passage of a first and a second cooling medium, the cooling media being different from one another, and at least one connecting the first plate pack and the at least one further plate pack to one another Cover, which is placed in the stacking direction on an outer first lamella of the first lamella set and on the adjacent outer second lamella of the at least one further lamella set and covers these lamellae, where the at least one cover with corresponding to the first through holes of the first lamellae of the first
  • Lamellar set arranged and formed first through openings is provided through which the first Rohrlei lines are guided, and is provided with corresponding to the second through holes of the second lamellae of the at least one further lamella set arranged and formed two th through openings through which the two th pipelines passed are.
  • Such a heat exchanger is advantageous in that it can be operated with two different cooling media.
  • the first cooling medium can, for example, be cooling water.
  • a refrigerant that is recooled in a refrigeration machine can be used as the second cooling medium.
  • the medium to be cooled is generator cooling gas
  • its cold gas temperature when entering the generator is not limited by the degree of re-cooling of the cooling water of the cooling water system of the power plant. Rather, the cold gas temperature of the generator cooling gas can be further reduced by the heat exchange with the refrigerant flowing through the heat exchanger, so that it can be flexibly adapted to the cooling requirements of the generator if, for example, performance-enhancing measures are taken on the turbine.
  • Another advantage of the heat exchanger according to the invention is that, due to the mechanical coupling of the plate packs through which the different cooling media flow, which via the at least At least one cover takes place, both lamella packs are given very good mechanical rigidity with a very inexpensive and small-volume structure at the same time, even if one of the lamella packs, for example, should only have a very low inherent rigidity due to a small overall depth. This is particularly important if an existing heat exchanger, in which the generator cooling gas has previously only been recooled using cooling water, is to be replaced by a heat exchanger according to the invention in order to lower the cold gas temperature of the generator cooling gas by additional cooling using a refrigerant.
  • the first fins have a larger area than the second fins.
  • the dimensions of the lamellae of the respective plate packs are adapted to the respective cooling medium.
  • the formation of the surface of the first lamellae is preferably different from the formation of the surface of the second lamellae. In this way, too, the disk packs can be adapted to the respective cooling medium.
  • the first lamellae and the second lamellae are advantageously made from sheet metal, for example from aluminum, in order to achieve good thermal conductivity.
  • a distance between the first lamellae in the stacking direction is different from the distance between the second lamellae in the stacking direction, preferably greater.
  • the first lamellae and the second lamellae can in accordance with the invention be produced from a sheet metal material that has a coating on one or both sides.
  • the first pipes are preferably connected to one another via U-shaped connecting lines and the first cooling medium flows through them one after the other and / or the second pipes are connected to one another via U-shaped connecting lines and the second cooling medium flows through one after the other.
  • the flow cross section of the first pipelines is different from the flow cross section of the second pipelines, preferably larger.
  • the first pipelines and the second pipelines are made from a metallic material, preferably from copper, as a result of which good thermal conductivity is achieved.
  • the inner surfaces of the first pipelines and / or the inner surfaces of the second pipelines advantageously have a structure in order to enlarge them, which is conducive to better heat transfer.
  • an arrangement pattern of the first through holes differs from the arrangement pattern of the second through holes.
  • the at least one cover is advantageously made from a metallic material, preferably from a metal sheet. This leads to a simple and inexpensive construction of the at least one cover.
  • the at least one cover advantageously grips the first disk pack and the at least one further disk pack opposite sides, whereby the mechanical rigidity of the construction is further increased.
  • the first disk pack and the at least one further disk pack are connected to one another via at least one side part.
  • Such a side part is also very beneficial to the mechanical rigidity of the construction.
  • the present invention provides a method for producing a heat exchanger designed according to the invention, in which the first lamellae and the second lamellae are produced simultaneously on a single lamella pressing device, for example using a lamella pressing tool which has both features of the first lamellae and features of the second lamella defined. In this way a very effective production of the heat exchanger according to the invention is achieved.
  • the first pipelines and the second pipelines are preferably expanded simultaneously in a pipeline expansion machine. Such a simultaneous expansion is also very conducive to effective production of the heat exchanger according to the invention.
  • the present invention creates a power plant with a generator cooled by a generator cooling gas and a heat exchanger according to the invention that cools the generator cooling gas.
  • the first cooling medium flowing through the heat exchanger is cooling water and the second cooling medium flowing through the heat exchanger is a refrigerant, for example tetrafluoroethane (R-134a) or carbon dioxide.
  • a refrigerant for example tetrafluoroethane (R-134a) or carbon dioxide.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a power plant according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of an embodiment
  • Figure 3 is a schematic side view in the direction of
  • Figure 4 is a plan view of a first lamella of a first
  • FIG. 5 shows a top view of a second lamella of a further lamella set of the heat exchanger shown in FIG. 2;
  • FIG. 6 shows a schematic view of a lamella production machine for producing the lamellae shown in FIGS. 4 and 5;
  • Figure 7 is a schematic perspective view of a
  • Lamella pressing tool of the lamella manufacturing machine shown in Figure 6
  • FIG. 8 shows a schematic view of pipeline expansion tools of a pipeline expansion machine.
  • Figure 1 shows a power plant 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the power plant 1 is a gas turbine power plant, which in principle can also be any other type of power plant.
  • the power plant 1 comprises an air compressor 2, a gas turbine 3, a generator 4 and a transformer 5.
  • air compressed by the air compressor 2 is mixed with fuel in a known manner and the fuel-air mixture is ignited.
  • the resulting combustion gas is fed to the gas turbine 3 and expanded there by driving a gas turbine rotor 6.
  • the gas turbine rotor 6 drives the rotor 46 of the generator 4, which converts the kinetic energy into electrical energy.
  • the transformer 5 transforms the electrical energy in such a way that it can be fed to a power supply network.
  • the generator 4 is supplied with direct current during operation via slip rings or a brushless exciter 47.
  • a heat exchanger 8 according to one embodiment of the present invention is provided for recooling the generator cooling gas.
  • the generator cooling gas is cooled on the one hand using cooling water that circulates in a cooling water circuit 9, and on the other hand by a refrigerant that circulates in a refrigerant circuit 10.
  • the cooling water circuit 9 is the so-called intermediate cooling water circuit of the power plant 1, to which further heat exchangers are also connected, via which, for example, lubricating oil, sealing oil, pumps and / or other components of the power plant 1 are cooled.
  • the refrigerant circuit 10 through which the refrigerant flows comprises a refrigeration machine for recooling the refrigerant. Tetrafluoroethane (R-134a) is used here as refrigerant.
  • the generator cools gas from the generator 4, is cooled back in the heat exchanger 8 and then fed back into the generator 4.
  • the heat extracted from the generator cooling gas is transferred on the one hand to the cooling water flowing through the cooling water circuit 9 and on the other hand to the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 10.
  • An essential advantage of the power plant 1 shown in FIG. 1 is that the cooling of the generator cooling gas flowing through the generator cooling gas circuit 7 does not only take place via cooling water, but also via a refrigerant. In this way, the cold gas temperature of the generator cooling gas when it enters the generator 4 can be set or controlled very flexibly and as required.
  • Another advantage is that the generator cooling gas is recooled by the cooling water and the Käl tesch in a single heat exchanger 8, since 8 space is saved by using a single heat exchanger. This is particularly important if an existing heat exchanger of a power plant, in which the re-cooling takes place solely using cooling water, is to be replaced by a heat exchanger according to the invention, since the available space is then defined by the dimensions of the old heat exchanger and is limited accordingly.
  • FIG. 2 shows a possible design of a heat exchanger 8 according to the invention.
  • the heat exchanger 8 which flows through the heat exchanger 8 in a direction of flow marked by the arrows 11, comprises a first lamella pack 12, which has a plurality of plates extending transversely to the flow direction, indicated by the arrow 13 marked stacking direction has stacked first lamellae 14.
  • the first lamellae 14 are each provided with a plurality of first through holes 15 which are aligned with one another in the stacking direction.
  • the heat exchanger 8 comprises at least one in the flow direction adjacent to the first disk pack 12 arranged further disk pack 16, which has a plurality of ge in the stacking direction stacked second lamellae 17, the second lamellae 17 are each provided with a plurality of second through holes 18 which are aligned in the stacking direction with each other.
  • the first lamellae 14 and the second lamellae 17 are each made from sheet metal material, in the present case from aluminum, wherein the first lamellae 14 and / or the second lamellae 17 can be provided with a coating on one or both sides.
  • the first lamellae 14 differ from the second lamellae 17 in that they have a larger area.
  • apart from the first through holes 15, the surfaces of the first lamellae 14 are smooth in the present case, while the surfaces of the second lamellae 17 are structured.
  • the structuring is defined in the illustrated embodiment by upwardly provided, laterally slotted raised areas 19, whereby the surfaces of the second lamellae 17 are enlarged and the flow of the generator cooling gas through the further lamellae pack 16 is influenced.
  • first lamellae 14 and the second lamellae 17 can in principle vary as required. Another difference is that a distance a ⁇ between the first lamellae 14 in the stacking direction is greater than a distance a2 between the second lamellae 17 in the stacking direction.
  • arrangement pattern of the first through holes 15 differ from the arrangement pattern of the second through holes 18 from one another, as can be seen from FIGS. 3 and 4.
  • the heat exchanger 8 further comprises first pipelines 20, which extend through the first through holes 15 of the first lamellas 14 of the first lamella set 12 and are pressed with the first lamellas 14, as well as second Rohrlei lines 21, which extend through the second through holes 18 of the second lamellae 17 of the at least one further lamella set 16 extend and are pressed with the second lamellae 17.
  • the first pipelines are each connected to one another via U-shaped connecting lines 22 and the cooling water flows through one after the other, which enters the first disk pack 12 in the direction of the arrow 23 and exits it in the direction of the arrow 24.
  • the two th pipes 21 are each connected via U-shaped connecting lines 25 and are successively traversed by the refrigerant that enters the further lamella pack 16 in the direction of the arrow 26 and exits it in the direction of the arrow 27.
  • the first pipelines 20 and the second pipelines 21 are each made of a metallic material, in the present case copper, the flow cross section of the first pipelines 20 being greater than the flow cross section of the second pipelines 21.
  • the inner surfaces of the first pipelines 20 and / or the inner surfaces of the second pipelines 21 can have a structure in order to increase their surface area.
  • the heat exchanger 8 also comprises an upper and a lower cover 28, which each connect the first plate pack 12 and the further plate pack 16 to one another.
  • the covers 28 are placed in the stacking direction from below or from above on the outer first lamellae 14 of the first lamella set 12 and on the adjacent outer second lamellae 17 of the further lamella set 16 and cover these lamellae 14 and 17.
  • the covers 28 are arranged and designed to correspond to the first through holes 15 of the first lamellae 14 of the first lamella set 12
  • the covers 28 are made of a metallic material, each in the present case from a metal sheet made of aluminum. On the one hand, they have bevels 31 pointing in the direction of the plate packs 12 and 16, which enclose them on opposite sides, and on the other hand, outward-facing bevels 32 that serve to protect the pipelines 20, 21 or the connecting lines 22, 25 connecting them to one another. From the covers 28 are presently connected to each other via struts 33, which give the heat exchanger a good mechanical stiffness.
  • Figure 6 shows schematically a lamellar manufacturing machine 34 with a sheet metal roll receiving device 36 receiving a sheet metal roll 35, a sheet metal conveying device 37, a lamellar pressing device 38 which has an upper lamellar press tool 39 and a lower lamellar pressing tool 40, a lamellar transport device 41 and a lamellar stacking device 42.
  • both the first lamellae 14 and the second lamellae 17 are formed in that the lamella pressing tools 39 and 40 are moved towards and away from one another.
  • the lamellar pressing tools 39 and 40 have different areas Al, A2, A3, A4, B1, B2, B3 and B4 which form the features of the lamellae 14 and 17.
  • the first lamellae 14 and second lamellae 17 produced in this way in the lamella pressing device 38 are then used the lamella transport device 41 is moved to the Lamellenstapelein direction 42, where the first lamellae 14 and the second lamellae 17 are each stacked one on top of the other.
  • the stacked fins 14 and 17 are then moved to a pipe expansion machine 43. There are the pipes 20 and 21, which meanwhile in the associated through holes 15, 18 of the stacked lamellas

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (8), der während seines Betriebs in einer Strömungsrichtung von einem zu kühlenden Medium sowie von zwei unterschiedlichen Kühlmedien durchströmt wird. Ferner betrifft die vorliegend Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Wärmetauschers (8). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftwerk (1) mit einem über einen Generatorkühlgas gekühlten Generator (4) und einem das Generatorkühlgas kühlenden Wärmetauscher (8).

Description

Wärmetauscher, Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers sowie Kraftwerk mit einem solchen Wärmetauscher
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der während seines Betriebs in einer Strömungsrichtung von einem zu kühlenden Medium durchströmt wird. Ferner betrifft die vorliegend Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines sol chen Wärmetauschers. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftwerk mit einem über einen Generatorkühlgas gekühlten Generator und einem das Generatorkühlgas kühlenden Wärmetau scher .
Kraftwerke, wie beispielsweise Gasturbinen-, Dampfturbinen-, kombinierte Gas- und Dampfturbinen-, Solarkraftwerke oder dergleichen, umfassen eine Vielzahl von Komponenten, die einer Kühlung bedürfen, um zum einen die anfallende Verlust wärme abzuführen und zum anderen die Leistung des Kraftwerks zu steigern. Dies gilt auch für den zur Stromerzeugung einge setzten Generator, der in der Regel mit über einen Wärmetau scher rückgekühltem Generatorkühlgas gekühlt wird. Der Wärme tauscher ist meist an ein geschlossenes Kühlwassersystem des Kraftwerks angeschlossen, über das auch weitere Wärmetauscher mit Kühlwasser versorgt werden, beispielsweise solche zur Schmier- und/oder Dichtölkühlung, zur Kühlung von Pumpen oder dergleichen. Die Rückkühlung des Kühlwassers des Kühlwasser kreislaufs kann auf verschiedene Arten erfolgen, beispiels weise mittels Frischwasserdurchlaufkühlung, Umlaufkühlung unter Einsatz eines Kühlturms oder von luftgekühlten Kühlern, etc .
Eine mögliche erzielbare elektrische Leistung am Generator ist abhängig von der zur Kühlung der Generatorwicklungen vor gegebenen Kaltgastemperatur des Generatorkühlgases, also der Generatorkühlgastemperatur bei Eintritt in den Generator. Je niedriger die Kaltgastemperatur ist, desto mehr mechanische Energie kann im Generator in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Rückkühlung des Generatorkühlgases erfolgt wie zuvor beschrieben innerhalb eines Wärmetauschers, der von Kühlwasser des Kühlwassersystems des Kraftwerks durchströmt wird. Damit ist die Kaltgastemperatur des Generatorkühlgases an die Kühlwassertemperatur des den Wärmetauscher durchströ menden Kühlwassers gekoppelt. Die Kühlwassertemperatur ist wiederum abhängig von der Rückkühlung des Kühlwassers und kann folglich nicht beliebig gesenkt werden. Damit sind auch der am Generator erzielbaren elektrischen Leistung Grenzen gesetzt .
Kommt es durch leistungssteigernde Maßnahmen an der Turbine des Kraftwerks zu einem Anstieg der mechanischen Leistung an der Generatorwelle, wäre es wünschenswert, für den Generator eine verbesserte Kühlung bereitzustellen, um mit diesem mehr Leistung in elektrische Energie umwandeln zu können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kühlung bereit zustellen, insbesondere eine verbesserte Generatorkühlung .
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher umfassend ein erstes Lamellenpaket, das eine Vielzahl von in einer sich quer zur Strömungsrichtung erstreckenden Stapelrichtung gestapelten ersten Lamellen auf weist, wobei die ersten Lamellen jeweils mit einer Vielzahl von ersten Durchgangslöchern versehen sind, die in Stapel richtung miteinander fluchten, zumindest ein in Strömungs richtung benachbart zum ersten Lamellenpaket angeordnetes weiteres Lamellenpaket, das eine Vielzahl von in der Stapel richtung gestapelten zweiten Lamellen aufweist, wobei die zweiten Lamellen jeweils mit einer Vielzahl von zweiten
Durchgangslöchern versehen sind, die in Stapelrichtung mit einander fluchten, erste Rohrleitungen, die sich durch die ersten Durchgangslöcher der ersten Lamellen des ersten Lamel lenpakets erstrecken und mit den ersten Lamellen verpresst sind, zweite Rohrleitungen, die sich durch die zweiten Durch gangslöcher der zweiten Lamellen des zumindest einen weiteren Lamellenpakets erstrecken und mit den zweiten Lamellen ver- presst sind, wobei die ersten Rohrleitungen und die zweiten Rohrleitungen strömungstechnisch nicht miteinander verbunden und zum Hindurchleiten eines ersten und eines zweiten Kühl mediums vorgesehen sind, wobei die Kühlmedien voneinander verschieden sind, und zumindest eine das erste Lamellenpaket und das zumindest eine weitere Lamellenpaket miteinander ver bindende Abdeckung, die in Stapelrichtung auf eine äußeren erste Lamelle des ersten Lamellenpakets und auf die benach barte äußere zweite Lamelle des zumindest einen weiteren Lamellenpakets aufgesetzt ist und diese Lamellen abdeckt, wo bei die zumindest eine Abdeckung mit korrespondierend zu den ersten Durchgangslöchern der ersten Lamellen des ersten
Lamellenpakets angeordneten und ausgebildeten ersten Durch gangsöffnungen versehen ist, durch welche die ersten Rohrlei tungen geführt sind, und mit korrespondierend zu den zweiten Durchgangslöchern der zweiten Lamellen des zumindest einen weiteren Lamellenpakets angeordneten und ausgebildeten zwei ten Durchgangsöffnungen versehen ist, durch welche die zwei ten Rohrleitungen geführt sind.
Ein derartiger Wärmetauscher ist dahingehend von Vorteil, dass er mit zwei unterschiedlichen Kühlmedien betrieben wer den kann. Bei dem ersten Kühlmedium kann es sich beispiels weise um Kühlwasser handeln. Als zweites Kühlmedium kann bei spielsweise ein Kältemittel eingesetzt werden, das in einer Kältemaschine rückgekühlt wird. Handelt es sich bei dem zu kühlenden Medium um Generatorkühlgas, so ist dessen Kaltgas temperatur bei Eintritt in den Generator nicht durch das Maß der Rückkühlung des Kühlwassers des Kühlwassersystems des Kraftwerks begrenzt. Vielmehr lässt sich die Kaltgastempera- tur des Generatorkühlgases durch den Wärmetausch mit dem den Wärmetauscher durchströmenden Kältemittel weiter senken, so dass sich diese flexibel an den Kühlungsbedarf des Generators anpassen lässt, wenn beispielsweise leistungssteigernde Maß nahmen an der Turbine vorgenommen werden. Ein weiterer Vor teil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers besteht darin, dass durch die mechanische Kopplung der von den unterschiedlichen Kühlmedien durchströmten Lamellenpakete, die über die zumin- dest eine Abdeckung erfolgt, beiden Lamellenpaketen eine sehr gute mechanische Steifigkeit bei gleichzeitig sehr kosten günstigem und kleinvolumigem Aufbau verliehen wird, selbst wenn eines der Lamellenpakete für sich gesehen beispielsweise aufgrund einer geringen Bautiefe nur eine sehr geringe Eigen steifigkeit aufweisen sollte. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn ein bestehender Wärmetauscher, in dem das Ge neratorkühlgas bislang nur über Kühlwasser rückgekühlt wurde, durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher ersetzt werden soll, um die Kaltgastemperatur des Generatorkühlgases durch zusätzliche Kühlung über ein Kältemittel zu senken. In sol chen Fällen ist der zur Verfügung stehende Bauraum durch die Abmessungen des alten Wärmetauschers vorgegeben und sehr be grenzt. Entsprechend steht für ein von einem zweiten Kühl medium durchströmtes Lamellenpaket kaum Platz zur Verfügung, weshalb dieses zweite Lamellenpaket häufig nur mit einer sehr geringen Bautiefe ausgeführt werden kann, was zu einer gerin gen Eigensteifigkeit führt.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetau schers weisen die ersten Lamellen eine größere Fläche als die zweiten Lamellen auf. Mit anderen Worten sind die Abmessungen der Lamellen der jeweiligen Lamellenpakete an das jeweilige Kühlmedium angepasst.
Bevorzugt ist die Ausbildung der Oberfläche der ersten Lamel len von der Ausbildung der Oberfläche der zweiten Lamellen verschieden. Auch auf diese Weise kann eine Anpassung der Lamellenpakete an das jeweilige Kühlmedium erfolgen.
Vorteilhaft sind die ersten Lamellen und die zweiten Lamellen aus Blechmaterial hergestellt, beispielsweise aus Aluminium, um eine gute Wärmeleitfähigkeit zu erzielen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetau schers ist ein Abstand der ersten Lamellen in Stapelrichtung von dem Abstand der zweiten Lamellen in Stapelrichtung ver schieden, bevorzugt größer. Die ersten Lamellen und die zweiten Lamellen können erfin dungsgemäß aus einem Blechmaterial hergestellt sein, das eine einseitige oder beidseitige Beschichtung aufweist.
Bevorzugt sind die ersten Rohrleitungen jeweils über U-för mige Verbindungsleitungen miteinander verbunden und werden nacheinander von dem ersten Kühlmedium durchströmt und/oder die zweiten Rohrleitungen sind jeweils über U-förmige Verbin dungsleitungen miteinander verbunden und werden nacheinander von dem zweiten Kühlmedium durchströmt.
Der Strömungsquerschnitt der ersten Rohrleitungen ist vor teilhaft von dem Strömungsquerschnitt der zweiten Rohrleitun gen verschieden, bevorzugt größer.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die ersten Rohrleitungen und die zweiten Rohrleitungen aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, bevorzugt aus Kupfer, wodurch eine gute Wärmeleitfähigkeit erzielt wird.
Vorteilhaft weisen die Innenflächen der ersten Rohrleitungen und/oder die Innenflächen der zweiten Rohrleitungen eine Strukturierung auf, um diese zu vergrößern, was einem besse ren Wärmeübergang zuträglich ist.
Bevorzugt unterscheidet sich ein Anordnungsmuster der ersten Durchgangslöcher von dem Anordnungsmuster der zweiten Durch gangslöcher .
Die zumindest eine Abdeckung ist vorteilhaft aus einem metal lischen Werkstoff hergestellt, bevorzugt aus einem Metall blech. Dies führt zu einem einfachen und preiswerten Aufbau der zumindest einen Abdeckung.
Vorteilhaft fasst die zumindest eine Abdeckung das erste Lamellenpaket und das zumindest eine weitere Lamellenpaket an gegenüberliegenden Seiten ein, wodurch die mechanische Stei figkeit der Konstruktion weiter erhöht wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind das erste Lamellenpaket und das zumindest eine weitere Lamellen paket über zumindest ein Seitenteil miteinander verbunden. Auch ein solches Seitenteil ist der mechanischen Steifigkeit der Konstruktion sehr zuträglich.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmetau schers, bei dem die ersten Lamellen und die zweiten Lamellen zeitgleich auf einer einzelnen Lamellenpresseinrichtung her gestellt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Lamel lenpresswerkzeugs, das sowohl Merkmale der ersten Lamellen als auch Merkmale der zweiten Lamellen definiert. Auf diese Weise wird eine sehr effektive Fertigung des erfindungsgemä ßen Wärmetauschers erzielt.
Bevorzugt werden die ersten Rohrleitungen und die zweiten Rohrleitungen in einer Rohrleitungaufweitungsmaschine zeit gleich aufgeweitet. Auch eine solche zeitgleiche Aufweitung ist einer effektiven Fertigung des erfindungsgemäßen Wärme tauschers sehr zuträglich.
Zudem schafft die vorliegende Erfindung ein Kraftwerk mit einem über ein Generatorkühlgas gekühltem Generator und einem das Generatorkühlgas kühlenden erfindungsgemäßen Wärmetau scher .
Vorteilhaft ist das erste den Wärmetauscher durchströmende Kühlmedium Kühlwasser und das zweite den Wärmetauscher durch strömende Kühlmedium ein Kältemittel, beispielsweise Tetra fluorethan (R-134a) oder Kohlendioxid.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Kraftwerks gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer Aus führungs form
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers des in Figur 1 dargestellten Kraftwerks;
Figur 3 eine schematische Seitenansicht in Richtung des
Pfeils III in Figur 2, die ein erstes Lamellenpaket und ein zweites Lamellenpaket des Wärmetauschers zeigt, wobei Verstrebungen und eine obere und eine untere Abdeckung zu Darstellungszwecken weggelassen sind;
Figur 4 eine Draufsicht einer ersten Lamelle eines ersten
Lamellenpakets des in Figur 2 dargestellten Wärme tauschers ;
Figur 5 eine Draufsicht einer zweiten Lamelle eines weite ren Lamellenpakets des in Figur 2 dargestellten Wärmetauschers ;
Figur 6 eine schematische Ansicht einer Lamellenherstel lungsmaschine zur Herstellung der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Lamellen;
Figur 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Lamellenpresswerkzeugs der in Figur 6 dargestellten Lamellenherstellungsmaschine ; und
Figur 8 eine schematische Ansicht von Rohrleitungaufwei tungswerkzeugen einer Rohrleitungaufweitungsmaschi- ne . Figur 1 zeigt ein Kraftwerk 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem Kraftwerk 1 handelt es sich vorliegend um ein Gasturbinenkraftwerk, wobei es sich grund sätzlich ebenso um jeden anderen Kraftwerktyp handeln kann. Das Kraftwerk 1 umfasst einen Luftverdichter 2, eine Gastur bine 3, einen Generator 4 und einen Transformator 5. Während des Betriebs des Kraftwerks 1 wird durch den Luftverdichter 2 verdichtete Luft in bekannter Weise mit Brennstoff gemischt und das Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet. Das dabei entste hende Verbrennungsgas wird der Gasturbine 3 zugeführt und dort unter Antreiben eines Gasturbinenrotors 6 entspannt. Der Gasturbinenrotor 6 treibt den Läufer 46 des Generators 4 an, der die Bewegungsenergie in elektrische Energie wandelt. Der Transformator 5 transformiert die elektrische Energie derart, dass sie einem Stromversorgungsnetz zugeführt werden kann.
Die Gleichstromversorgung des Generators 4 erfolgt im Betrieb über Schleifringe oder einen bürstenlosen Erreger 47.
Zur Kühlung des Generators 4 wird Generatorkühlgas genutzt, das mit nicht näher dargestellten Mitteln durch einen Genera torkühlgaskreislauf 7 zirkuliert wird. Zur Rückkühlung des Generatorkühlgases ist ein Wärmetauscher 8 gemäß einer Aus führungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen. In dem Wärmetauscher 8 wird das Generatorkühlgas einerseits unter Einsatz von Kühlwasser gekühlt, das in einem Kühlwasserkreis lauf 9 zirkuliert, und andererseits durch ein Kältemittel, das in einem Kältemittelkreislauf 10 zirkuliert. Bei dem Kühlwasserkreislauf 9 handelt es sich vorliegend um den so genannten Zwischenkühlwasserkreislauf des Kraftwerks 1, an den auch weitere Wärmetauscher angeschlossen sind, über die beispielsweise Schmieröl, Dichtöl, Pumpen und/oder andere Komponenten des Kraftwerks 1 gekühlt werden. Der von dem Käl temittel durchströmte Kältemittelkreislauf 10 umfasst eine Kältemaschine zur Rückkühlung des Kältemittels. Als Kältemit tel wird vorliegend Tetrafluorethan (R-134a) eingesetzt.
Alternativ kann aber auch ein anderes Kältemittel wie Kohlen dioxid eingesetzt werden, um nur ein Beispiel zu nennen. Während des Betriebs des Kraftwerks 1 entzieht das Generator kühlgas dem Generator 4 Wärme, wird in dem Wärmetauscher 8 rückgekühlt und dann erneut in den Generator 4 geleitet. Im Wärmetauscher 8 wird die dem Generatorkühlgas entzogene Wärme einerseits auf das den Kühlwasserkreislauf 9 durchströmende Kühlwasser und andererseits auf das den Kältemittelkreislauf 10 durchströmende Kältemittel übertragen.
Ein wesentlicher Vorteil des in Figur 1 dargestellten Kraft werks 1 besteht darin, dass die Rückkühlung des den Genera torkühlgaskreislauf 7 durchströmenden Generatorkühlgases nicht allein über Kühlwasser, sondern zusätzlich über ein Kältemittel erfolgt. Auf diese Weise ist die Kaltgastempera- tur des Generatorkühlgases beim Eintritt in den Generator 4 sehr flexibel und bedarfsgerecht einstell- bzw. steuerbar.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Rückkühlung des Generatorkühlgases durch das Kühlwasser sowie durch das Käl temittel in einem einzelnen Wärmetauscher 8 erfolgt, da durch den Einsatz eines einzelnen Wärmetauschers 8 Bauraum einge spart wird. Dies ist insbesondere dann von besonderer Bedeu tung, wenn ein bestehender Wärmetauscher eines Kraftwerks, bei dem die Rückkühlung allein unter Einsatz von Kühlwasser erfolgt, durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher ersetzt werden soll, da dann der zur Verfügung stehende Bauraum durch die Abmessungen des alten Wärmetauschers definiert wird und entsprechend begrenzt ist.
Figur 2 zeigt eine mögliche Bauform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 8. Der in einer durch die Pfeile 11 gekenn zeichneten Strömungsrichtung von dem Generatorkühlgas durch strömte Wärmetauscher 8 umfasst ein erstes Lamellenpaket 12, das eine Vielzahl von in einer sich quer zur Strömungsrich tung erstreckenden, durch den Pfeil 13 gekennzeichneten Sta pelrichtung gestapelten ersten Lamellen 14 aufweist. Die ers ten Lamellen 14 sind, wie es in Figur 4 gezeigt ist, jeweils mit einer Vielzahl von ersten Durchgangslöchern 15 versehen, die in Stapelrichtung miteinander fluchten. Ferner umfasst der Wärmetauscher 8 zumindest einen in Strömungsrichtung be- nachbart zum ersten Lamellenpaket 12 angeordnetes weiteres Lamellenpaket 16, das eine Vielzahl von in Stapelrichtung ge stapelten zweiten Lamellen 17 aufweist, wobei die zweiten Lamellen 17 jeweils mit einer Vielzahl von zweiten Durch gangslöchern 18 versehen sind, die in Stapelrichtung mit einander fluchten.
Die ersten Lamellen 14 und die zweiten Lamellen 17 sind je weils aus Blechmaterial hergestellt, vorliegend aus Alumini um, wobei die ersten Lamellen 14 und/oder die zweiten Lamel len 17 ein- oder beidseitig mit einer Beschichtung versehen sein können. Die ersten Lamellen 14 unterscheiden sich zum einen dahingehend von den zweiten Lamellen 17, dass sie eine größere Fläche aufweisen. Zum anderen sind die Oberflächen der ersten Lamellen 14 abgesehen von den ersten Durchgangs löchern 15 vorliegend glatt ausgebildet, während die Oberflä chen der zweiten Lamellen 17 strukturiert sind. Die Struktu rierung wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch auf wärts vorgesehene, seitlich geschlitzte erhabene Bereiche 19 definiert, wodurch die Oberflächen der zweiten Lamellen 17 vergrößert und die Strömung des Generatorkühlgases durch das weitere Lamellenpaket 16 beeinflusst wird. Es sei aber darauf hingewiesen, dass die Ausbildung der Oberflächen sowohl der ersten Lamellen 14 als auch der zweiten Lamellen 17 grund sätzlich bedarfsgerecht variieren kann. Ein weiterer Unter schied besteht darin, dass ein Abstand a± zwischen den ersten Lamellen 14 in Stapelrichtung größer als ein Abstand a2 der zweiten Lamellen 17 in Stapelrichtung ist. Darüber hinaus unterscheiden sich die Anordnungsmuster der ersten Durch gangslöcher 15 von dem Anordnungsmuster der zweiten Durch gangslöcher 18 voneinander, wie es anhand der Figuren 3 und 4 hervorgeht .
Der Wärmetauscher 8 umfasst ferner erste Rohrleitungen 20, die sich durch die ersten Durchgangslöcher 15 der ersten Lamellen 14 des ersten Lamellenpakets 12 erstrecken und mit den ersten Lamellen 14 verpresst sind, sowie zweite Rohrlei tungen 21, die sich durch die zweiten Durchgangslöcher 18 der zweiten Lamellen 17 des zumindest einen weiteren Lamellen pakets 16 erstrecken und mit den zweiten Lamellen 17 ver- presst sind. Die ersten Rohrleitungen sind jeweils über U- förmige Verbindungsleitungen 22 miteinander verbunden und werden nacheinander von dem Kühlwasser durchströmt, das in Richtung des Pfeils 23 in das erste Lamellenpaket 12 eintritt und in Richtung des Pfeils 24 aus diesem austritt. Die zwei ten Rohrleitungen 21 sind jeweils über U-förmige Verbindungs leitungen 25 miteinander verbunden sind und werden nacheinan der von dem Kältemittel durchströmt, das in Richtung des Pfeils 26 in das weitere Lamellenpaket 16 eintritt und in Richtung des Pfeils 27 aus diesem austritt. Die ersten Rohr leitungen 20 und die zweiten Rohrleitungen 21 sind jeweils aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, vorliegend aus Kupfer, wobei der Strömungsquerschnitt der ersten Rohrleitun gen 20 größer als der Strömungsquerschnitt der zweiten Rohr leitungen 21 ist. Die Innenflächen der ersten Rohrleitungen 20 und/oder die Innenflächen der zweiten Rohrleitungen 21 können eine Strukturierung aufweisen, um deren Oberfläche zu vergrößern .
Der Wärmetauscher 8 umfasst zudem eine obere und eine untere Abdeckung 28, die jeweils das erste Lamellenpaket 12 und das weitere Lamellenpaket 16 miteinander verbinden. Die Abdeckun gen 28 sind in Stapelrichtung von unten bzw. von oben auf die äußeren ersten Lamellen 14 des ersten Lamellenpakets 12 und auf die benachbarten äußeren zweiten Lamellen 17 des Weiteren Lamellenpakets 16 aufgesetzt und decken diese Lamellen 14 und 17 ab. Die Abdeckungen 28 sind mit korrespondierend zu den ersten Durchgangslöchern 15 der ersten Lamellen 14 des ersten Lamellenpakets 12 angeordneten und ausgebildeten ersten
Durchgangsöffnungen 29, durch welche die ersten Rohrleitungen 20 geführt sind, und mit korrespondierend zu den zweiten Durchgangslöchern 18 der zweiten Lamellen 17 des weiteren Lamellenpakets 16 angeordneten und ausgebildeten zweiten Durchgangsöffnungen 30 versehen, durch welche die zweiten Rohrleitungen 21 geführt sind. Die Abdeckungen 28 sind aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, vorliegend jeweils aus einem Metallblech aus Aluminium. Sie weisen einerseits in Richtung der Lamellenpakete 12 und 16 weisende Abkantungen 31, welche diese an gegenüberliegenden Seiten einfassen, und andererseits auswärts weisende Abkantungen 32 auf, die zum Schutz der Rohrleitungen 20, 21 bzw. der diese miteinander verbindenden Verbindungsleitungen 22, 25 dienen. Die Ab deckungen 28 sind vorliegend über Streben 33 miteinander ver bunden, die dem Wärmetauscher eine gute mechanische Steifig keit verleihen.
Figur 6 zeigt schematisch eine Lamellenherstellungsmaschine 34 mit einer eine Blechrolle 35 aufnehmenden Blechrollenauf nahmeeinrichtung 36, einer Blechfördereinrichtung 37, einer Lamellenpresseinrichtung 38, die ein oberes Lamellenpress werkzeug 39 und ein unteres Lamellenpresswerkzeug 40 auf weist, einer Lamellentransporteinrichtung 41 und einer Lamel lenstapeleinrichtung 42.
Während des Betriebs der Lamellenherstellungsmaschine 34 wird Metallblech, aus dem die ersten Lamellen 14 und die zweiten Lamellen 17 gefertigt werden sollen, über die Blechförderein richtung 37 von der an der Blechrollenaufnahmeeinrichtung 36 gehaltenen Blechrolle 35 abgewickelt und der Lamellenpress einrichtung 38 zugeführt. In dieser werden sowohl die ersten Lamellen 14 als auch die zweiten Lamellen 17 ausgebildet, in dem die Lamellenpresswerkzeuge 39 und 40 aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden. Wie es in Figur 7 gezeigt ist, weisen die Lamellenpresswerkzeuge 39 und 40 verschiedene Be reiche Al, A2, A3, A4, Bl, B2, B3 und B4 auf, die Merkmale der Lamellen 14 und 17 ausbilden. Die mit A gekennzeichneten Bereiche bilden dabei Merkmale der ersten Lamelle 14 und die mit B gekennzeichneten Bereiche Merkmale der zweiten Lamelle 17 aus. Die mit der Ziffer 1 gekennzeichnet Bereiche schlit zen das Blech, die mit der Ziffer 2 gekennzeichneten Bereiche weiten geschlitzte Bereiche auf, die mit der Ziffer 3 gekenn zeichneten Bereiche ziehen das Blech tief. Die auf diese Wei se in der Lamellenpresseinrichtung 38 gefertigten ersten Lamellen 14 und zweiten Lamellen 17 werden dann unter Einsatz der Lamellentransporteinrichtung 41 zur Lamellenstapelein richtung 42 bewegt, wo die ersten Lamellen 14 und die zweiten Lamellen 17 jeweils übereinandergestapelt werden. Die gestapelten Lamellen 14 und 17 werden anschließend zu einer Rohrleitungaufweitungsmaschine 43 bewegt. Dort werden die Rohrleitungen 20 und 21, die zwischenzeitlich in die zu gehörigen Durchgangslöcher 15, 18 der gestapelten Lamellen
14, 17 eingeführt wurden, unter Einsatz geeignet geformter Rohrleitungaufweitungswerkzeuge 44 zeitgleich aufgeweitet, indem die Rohrleitungaufweitungswerkzeuge 44 in Richtung der Pfeile 45 von oben durch die Rohrleitungen 20, 21 gedrückt werden . In weiteren Schritten werden die Abdeckungen 28, die Streben 33 und die Verbindungsleitungen 22, 25 montiert.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher (8),
der während seines Betriebs in einer Strömungsrichtung von einem zu kühlenden Medium durchströmt wird, umfassend
ein erstes Lamellenpaket (12), das eine Vielzahl von in einer sich quer zur Strömungsrichtung erstreckenden Sta pelrichtung gestapelten ersten Lamellen (14) aufweist, wobei die ersten Lamellen (14) jeweils mit einer Viel zahl von ersten Durchgangslöchern (15) versehen sind, die in Stapelrichtung miteinander fluchten,
zumindest ein in Strömungsrichtung benachbart zum ersten Lamellenpaket (12) angeordnetes weiteres Lamellenpaket (16), das eine Vielzahl von in der Stapelrichtung gesta pelten zweiten Lamellen (17) aufweist, wobei die zweiten Lamellen (17) jeweils mit einer Vielzahl von zweiten Durchgangslöchern (18) versehen sind, die in Stapelrich tung miteinander fluchten,
erste Rohrleitungen (20), die sich durch die ersten Durchgangslöcher (15) der ersten Lamellen (14) des ers ten Lamellenpakets (12) erstrecken und mit den ersten Lamellen (14) verpresst sind,
zweite Rohrleitungen (21), die sich durch die zweiten Durchgangslöcher (18) der zweiten Lamellen (17) des zu mindest einen weiteren Lamellenpakets (16) erstrecken und mit den zweiten Lamellen (17) verpresst sind, wobei die ersten Rohrleitungen (20) und die zweiten Rohrlei tungen (21) strömungstechnisch nicht miteinander verbun den und zum Hindurchleiten eines ersten und eines zwei ten Kühlmediums vorgesehen sind, wobei die Kühlmedien voneinander verschieden sind, und
zumindest eine das erste Lamellenpaket (12) und das zu mindest eine weitere Lamellenpaket (16) miteinander ver bindende Abdeckung (28), die in Stapelrichtung auf eine äußeren erste Lamelle (14) des ersten Lamellenpakets (12) und auf die benachbarte äußere zweite Lamelle (17) des zumindest einen weiteren Lamellenpakets (16) aufge- setzt ist und diese Lamellen (14, 17) abdeckt, wobei die zumindest eine Abdeckung (28) mit korrespondierend zu den ersten Durchgangslöchern (15) der ersten Lamellen (14) des ersten Lamellenpakets (12) angeordneten und ausgebildeten ersten Durchgangsöffnungen (29) versehen ist, durch welche die ersten Rohrleitungen (20) geführt sind, und mit korrespondierend zu den zweiten Durch gangslöchern (18) der zweiten Lamellen (17) des zumin dest einen weiteren Lamellenpakets (16) angeordneten und ausgebildeten zweiten Durchgangsöffnungen (30) versehen ist, durch welche die zweiten Rohrleitungen (21) geführt sind .
2. Wärmetauscher (8) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Lamellen (14) eine größere Fläche als die zwei ten Lamellen (17) aufweisen.
3. Wärmetauscher (8) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausbildung der Oberfläche der ersten Lamellen (14) von der Ausbildung der Oberfläche der zweiten Lamellen (17) verschieden ist.
4. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Lamellen (14) und die zweiten Lamellen (17) aus Blechmaterial hergestellt sind.
5. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abstand (ai) der ersten Lamellen (14) in Stapelrichtung von dem Abstand (a2) der zweiten Lamellen (17) in Stapel richtung verschieden ist,
bevorzugt größer.
6. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Lamellen (14) und die zweiten Lamellen (17) aus einem Blechmaterial hergestellt sind, das eine einseitige oder beidseitige Beschichtung aufweist.
7. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Rohrleitungen (20) jeweils über U-förmige Ver bindungsleitungen (22) miteinander verbunden sind und nach einander von dem ersten Kühlmedium durchströmt werden und/oder
dass die zweiten Rohrleitungen (21) jeweils über U-förmige Verbindungsleitungen (25) miteinander verbunden sind und nacheinander von dem zweiten Kühlmedium durchströmt werden.
8. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Strömungsquerschnitt der ersten Rohrleitungen (20) von dem Strömungsquerschnitt der zweiten Rohrleitungen (21) verschieden ist, bevorzugt größer.
9. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Rohrleitungen (20) und die zweiten Rohrleitungen (21) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sind, bevorzugt aus Kupfer.
10. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenflächen der ersten Rohrleitungen (20) und/oder die Innenflächen der zweiten Rohrleitungen (21) eine Struktu rierung aufweisen.
11. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich ein Anordnungsmuster der ersten Durchgangslöcher (15) von dem Anordnungsmuster der zweiten Durchgangslöcher (18) unterscheidet .
12. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Abdeckung (28) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, bevorzugt aus einem Metallblech.
13. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Abdeckung (28) das erste Lamellenpaket (12) und das zumindest eine weitere Lamellenpaket (16) an gegenüberliegenden Seiten einfasst.
14. Wärmetauscher (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü che,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Lamellenpaket (12) und das zumindest eine weitere Lamellenpaket (16) über zumindest eine Strebe (33) mit einander verbunden sind.
15. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Lamellen (14) und die zweiten Lamellen (17) zeitgleich auf einer einzelnen Lamellenpresseinrichtung (38) hergestellt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Rohrleitungen (20) und die zweiten Rohrleitungen (21) in einer Rohrleitungaufweitungsmaschine (43) zeit- gleich aufgeweitet werden.
17. Kraftwerk (1)
mit einem über ein Generatorkühlgas gekühltem Generator (4) und einem das Generatorkühlgas kühlenden Wärmetauscher (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
18. Kraftwerk nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste den Wärmetauscher (8) durchströmende Kühlmedium Kühlwasser und das zweite den Wärmetauscher durchströmende Kühlmedium ein Kältemittel ist.
EP20728962.0A 2019-06-13 2020-05-12 Wärmetauscher, verfahren zum herstellen eines wärmetauschers sowie kraftwerk mit einem solchen wärmetauscher Withdrawn EP3959478A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019208619.5A DE102019208619A1 (de) 2019-06-13 2019-06-13 Wärmetauscher, Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers sowie Kraftwerk mit einem solchen Wärmetauscher
PCT/EP2020/063124 WO2020249340A1 (de) 2019-06-13 2020-05-12 Wärmetauscher, verfahren zum herstellen eines wärmetauschers sowie kraftwerk mit einem solchen wärmetauscher

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3959478A1 true EP3959478A1 (de) 2022-03-02

Family

ID=70918384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20728962.0A Withdrawn EP3959478A1 (de) 2019-06-13 2020-05-12 Wärmetauscher, verfahren zum herstellen eines wärmetauschers sowie kraftwerk mit einem solchen wärmetauscher

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220228809A1 (de)
EP (1) EP3959478A1 (de)
DE (1) DE102019208619A1 (de)
WO (1) WO2020249340A1 (de)

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4411309A (en) * 1981-03-16 1983-10-25 Ex-Cell-O Corporation Heat exchanger assembly
JP2002130743A (ja) * 2000-10-30 2002-05-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 室外熱交換器ユニット構造、室外機ユニット及びガスヒートポンプ式空気調和機
DE102004006276A1 (de) * 2004-02-09 2005-08-25 Linde Kältetechnik GmbH & Co. KG Teilstrukturierte Wärmetauscherlamellen
JP3807410B2 (ja) * 2004-04-28 2006-08-09 ダイキン工業株式会社 吸着熱交換器
JP4991904B2 (ja) * 2010-04-26 2012-08-08 シャープ株式会社 熱交換装置
KR20140106493A (ko) * 2011-12-09 2014-09-03 파나소닉 주식회사 공기 조화기
DE102012007063B4 (de) * 2012-04-03 2020-07-09 Technische Universität Ilmenau Lamellen-Rohr-Wärmetauscher mit verbesserter Wärmeübertragung
WO2014130281A1 (en) * 2013-02-21 2014-08-28 Carrier Corporation Tube structures for heat exchanger
US10337799B2 (en) * 2013-11-25 2019-07-02 Carrier Corporation Dual duty microchannel heat exchanger
DE102014212085A1 (de) * 2014-06-24 2015-12-24 BSH Hausgeräte GmbH Wärmetauscher für ein Haushaltsgerät, Verfahren zum Herstellen eines solchen sowie Haushaltsgerät mit einem solchen
KR101619135B1 (ko) * 2015-05-08 2016-05-11 한국에너지기술연구원 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템
DE102015210398A1 (de) * 2015-06-05 2016-12-08 Bombardier Transportation Gmbh Thermoelektrischer Generator zur Umwandlung von Wärme eines heißen Gasstroms in elektrische Energie
DE102015120334A1 (de) * 2015-11-24 2017-05-24 Valeo Klimasysteme Gmbh Wärmetauscher
CN106091742A (zh) * 2016-06-21 2016-11-09 四川长虹空调有限公司 变管径热交换装置及管路系统
US10165668B2 (en) * 2017-02-16 2018-12-25 Dell Products, Lp Heat exchanger for an information handling system

Also Published As

Publication number Publication date
US20220228809A1 (en) 2022-07-21
DE102019208619A1 (de) 2020-12-17
WO2020249340A1 (de) 2020-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69511875T2 (de) Mikrokomponentenplattenarchitektur
DE102014004322B4 (de) Wärmerückgewinnungssystem und Plattenwärmetauscher
EP2161525B1 (de) Wärmetauscher in Modulbauweise
DE102014000450B4 (de) Einlasskrümmer mit Ladeluftkühler
EP2110634B1 (de) Abgasverdampfer eines Kraftfahrzeuges
DE2946804C2 (de)
EP2825832B1 (de) Wärmeübertrager
DE112008000114T5 (de) Wärmetauscher und Verfahren
DE102009015849A1 (de) Wärmetauscher
DE3433598A1 (de) Verfahren zur praktischen anwendung des gegenstromprinzips fuer waermeaustauscher, luft/wasser, luft/luft oder sinngemaess fuer andere medien
EP1447899A1 (de) Dynamoelektrische Maschine
EP4193450A1 (de) Windkraftanlage mit zumindest einer dynamoelektrischen maschine
DE102004050414A1 (de) Lötverfahren
DE102017127005A1 (de) Einfachdurchgang-Kreuzstromwärmetauscher
DE2145748A1 (de) Generator-Ventilationsaufsatz und Kühlgehäuseaufbau
DE102019000723A1 (de) Kühler
WO2014005910A2 (de) Elektromaschine mit einem mit wirbelgeneratoren versehenen stator-lamellenpaket für eine integrierte kühlanordnung
EP2710318A1 (de) Lamellenwärmeübertrager
DE2413165B2 (de) Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2549359A1 (de) Kuehlturm
DE69521843T2 (de) Wärmetauscher, insbesondere für die Kühlung eines Luftstromes mit hoher Temperatur
EP3959478A1 (de) Wärmetauscher, verfahren zum herstellen eines wärmetauschers sowie kraftwerk mit einem solchen wärmetauscher
DE102016223703A1 (de) Wärmetauscher, insbesondere Abgaswärmetauscher, für ein Kraftfahrzeug
DE602006000675T2 (de) Wellrippe für integralgefertigten Wärmetäuscher
DE3011011A1 (de) Plattenwaermetauscher

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211123

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20230503

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: 20230914