NL1025958C2

NL1025958C2 - Heat exchanger transmits heat from relatively hot fluid to relatively cold fluid and comprises cylindrical body in which several plates extend

Info

Publication number: NL1025958C2
Application number: NL1025958A
Authority: NL
Inventors: Franciscus Theodorus Lankhorst; Sipco Max Hijenga
Original assignee: Nefit Buderus B V
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-10-18

Abstract

The heat exchanger (1) transmits heat from a relatively hot fluid to a relatively cold fluid and comprises a cylindrical body (2) in which several plates extend together with wall parts which extend between the plates. Two plates and at least one wall part limit a throughflow space for one of the two fluids. This space has an inflow aperture (19) and an outflow aperture (39). Each plate on a first side limits a throughflow space for the relatively cold fluid and on a second side a throughflow space for the relatively hot fluid. The plates are positioned around the center line of the cylindrical body, in the direction of which they extend. All in-and outflow apertures are located at an axial outer end of the heat exchanger.

Description

Korte aanduiding: Warmtewisselaar, plaat, set platen, alsmede combinatie van set platen met kokervormig lichaam voor warmtewisselaar.Brief indication: Heat exchanger, plate, set of plates, as well as combination of set of plates with tubular body for heat exchanger.

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar, voor het overdragen van warmte van een relatief warm fluïdum naar een relatief koud fluïdum, volgens de aanhef van conclusie 1.The invention relates to a heat exchanger, for transferring heat from a relatively warm fluid to a relatively cold fluid, according to the preamble of claim 1.

Een dergelijke warmtewisselaar is bekend uit WO 03/056267 Al.Such a heat exchanger is known from WO 03/056267 A1.

5 Hier wordt een platenwarmtewisselaar geopenbaard, voor het overdragen van warmte tussen gassen en/of vloeistoffen. De warmtewisselaar omvat cirkelvormige platen, die gestapeld opgenomen zijn in een cilindrische behuizing. De platen zijn voorzien van kanaalgaten en van richels. De richels zijn zodanig aangebracht, dat de platen in 10 gestapelde toestand telkens doorvoerruimtes voor een fluïdum vormen en dat deze doorvoerruimtes afwisselend in open verbinding staan met de toe- en afvoer voor een relatief warm fluïdum, en met de toe- en afvoer voor een relatief koud fluïdum. Hiertoe vormen de kanaalgaten drie kanalen door het pakket platen, terwijl een van de twee afvoeren 15 gevormd wordt door de ruimte aan de radiale buitenzijde van het pakket platen.A plate heat exchanger is disclosed here, for transferring heat between gases and / or liquids. The heat exchanger comprises circular plates which are stacked in a cylindrical housing. The plates are provided with channel holes and ridges. The ridges are arranged such that, in the stacked state, the plates in each case form passage spaces for a fluid and that these passage spaces are alternately in open communication with the inlet and outlet for a relatively warm fluid, and with the inlet and outlet for a relatively cold fluid. To this end, the channel holes form three channels through the package of plates, while one of the two drains 15 is formed by the space on the radial outside of the package of plates.

Nadelig bij deze bekende warmtewisselaar, is dat binnen een beperkte maximale doorsnede van de warmtewisselaar, de benodigde ruimte voor de toe- en afvoer van fluïda ten koste gaat van het 20 warmtewisselende oppervlak van de platen. Dit geldt zowel voor de toe- en afvoer door de kanalen die gevormd worden door de kanaalgaten in de platen, als voor de afvoer door de ruimte rond het platenpakket.A disadvantage of this known heat exchanger is that within a limited maximum cross-section of the heat exchanger, the space required for the supply and removal of fluids is at the expense of the heat-exchanging surface of the plates. This applies both to the supply and discharge through the channels formed by the channel holes in the plates, and to the discharge through the space around the package of plates.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een warmtewisselaar 25 te verschaffen, waarbij deze nadelen ten minste gedeeltelijk worden ondervangen, of om een bruikbaar alternatief te verschaffen.The object of the present invention is to provide a heat exchanger 25, wherein these disadvantages are at least partially overcome, or to provide a useful alternative.

In het bijzonder heeft de uitvinding als doel, een warmtewisselaar met een zo groot mogelijk warmtewisselend oppervlak te verschaffen, bij een bepaalde doorsnede van de warmtewisselaar.In particular, the invention has for its object to provide a heat exchanger with as large a heat-exchanging surface as possible, with a specific cross-section of the heat exchanger.

30 Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt door een ' warmtewisselaar volgens conclusie 1. De warmtewisselaar is bestemd 1025958 - 2 - voor het overdragen van warmte van een relatief warm fluïdum naar een relatief koud fluïdum en omvat een kokervormig lichaam, waarbinnen zich meerdere platen uitstrekken. Tevens zijn wanddelen voorzien die zich tussen de platen uitstrekken. Telkens twee platen en ten minste 5 één wanddeel begrenzen een doorstroomruimte voor één van beide fluïda. Oe doorstroomruimte is voorzien van een instroomopening en een uitstróomopening. Elke plaat begrenst aan een eerste zijde een doorstroomruimte voor het relatief koude fluïdum en aan een tweede zijde een doorstroomruimte voor het relatief warme fluïdum. Oe platen 10 zijn rond de hartlijn van het kokervormige lichaam gepositioneerd en strekken zich in hoofdzaak in de richting van deze hartlijn uit.According to the invention this object is achieved by a heat exchanger according to claim 1. The heat exchanger is intended for transferring heat from a relatively warm fluid to a relatively cold fluid and comprises a tubular body within which a plurality of plates extend. . Wall parts are also provided which extend between the plates. Two plates and at least one wall part each bound a flow space for one of the two fluids. The flow-through space is provided with an inflow opening and an outflow opening. Each plate defines on a first side a flow-through space for the relatively cold fluid and on a second side a flow-through space for the relatively warm fluid. The plates 10 are positioned around the axis of the tubular body and extend substantially in the direction of this axis.

Dankzij de positionering en de oriëntatie van de platen kunnen de in- en uitstroomopeningen voor de fluïda rechtstreeks aan de kopse einden van twee naast elkaar gelegen platen voorzien worden. Het is 15 niet meer noodzakelijk om kanaalgaten in de platen aan te brengen, die, zoals bij de bekende platenwarmtewisselaar, dienen als kanaal voor het toevoeren en verspreiden, respectievelijk verzamelen en afvoeren, van de fluïda. Zo kan het volledige oppervlak van de platen aangewend worden voor het wisselen van warmte.Thanks to the positioning and orientation of the plates, the inflow and outflow openings for the fluids can be provided directly at the ends with two adjacent plates. It is no longer necessary to provide channel holes in the plates, which, as with the known plate heat exchanger, serve as a channel for supplying and distributing, or collecting and discharging, the fluids. The entire surface of the plates can thus be used for exchanging heat.

20 Verder is het hierdoor mogelijk om de fluïda in de stroomrichting van het kokervormige lichaam de doorstroomruimtes in en uit te laten stromen. Er hoeft geen scherpe hoek meer gemaakt te worden naar, respectievelijk vanuit, de toe-, respectievelijk afvoerkanalen. Dit vermindert het drukverlies bij het in- en 25 uitstromen van de warmtewisselaar.Furthermore, it is hereby possible for the fluids to flow in and out of the flow spaces in the flow direction of the tubular body. It is no longer necessary to make a sharp angle to, respectively, from the supply or discharge channels. This reduces the pressure loss upon entering and leaving the heat exchanger.

In het bijzonder bevinden alle in- en uitstroomopeningen zich aan een axiaal uiteinde van de warmtewisselaar. Hierdoor hoeft er ook geen toe-, of afvoer van fluïdum plaats te vinden langs de radiale buitenzijde van de warmtewisselaar, waardoor de platen een maximale 30 afmeting kunnen krijgen die past binnen het kokervormige lichaam. Dit resulteert in een bijzonder compacte inbouwmogelijkheid van de warmtewisselaar.In particular, all inflow and outflow openings are located at an axial end of the heat exchanger. As a result, there is also no need for supply or removal of fluid along the radial outside of the heat exchanger, as a result of which the plates can be given a maximum dimension that fits within the tubular body. This results in a particularly compact installation option for the heat exchanger.

In een uitvoeringsvorm zijn de instroomopeningen, bestemd voor één van het relatief warme en relatief koude fluïdum en de 35 uitstroomopeningen voor de ander van het relatief warme en relatief koude fluïdum opgenomen aan een eerste axiale uiteinde van de warmtewisselaar. Deze oriëntatie maakt op eenvoudige wijze tegenstroom in de warmtewisselaar mogelijk. Bovendien is het, bij een verticale 1025958 - 3 - oriëntering van de hartlijn van de warmtewisselaar, eenvoudig de warmtewisselaar te ontwateren via de betreffende in- en uitstroom-openingen.In one embodiment the inflow openings intended for one of the relatively warm and relatively cold fluid and the outflow openings for the other of the relatively warm and relatively cold fluid are included at a first axial end of the heat exchanger. This orientation allows countercurrent in the heat exchanger in a simple manner. Moreover, with a vertical orientation of the center line of the heat exchanger, it is easy to drain the heat exchanger via the relevant inflow and outflow openings.

In het bijzonder zijn de overige in- en uitstroomopeningen 5 opgenomen aan een tweede axiale uiteinde van de warmtewisselaar. Dit maakt het mogelijk om twee doorgaande fluïdumstromen te creëren in de richting van de hartlijn van de warmtewisselaar.In particular, the other inflow and outflow openings 5 are included at a second axial end of the heat exchanger. This makes it possible to create two through-going fluid flows in the direction of the center line of the heat exchanger.

Met voordeel bevinden de instroomopeningen aan een axiaal uiteinde van de warmtewisselaar zich radiaal op een andere afstand 10 van de hartlijn dan de uitstroomopeningen aan hetzelfde axiale uiteinde. Dit maakt het mogelijk op eenvoudige wijze de toe- en afvoer van fluïdum te scheiden, bijvoorbeeld door middel van concentrische buizen. Indien een dergelijke warmtewisselaar in meestroom wordt toegepast, bevinden de instroomopeningen voor beide 15 fluïda zich aan één axiaal uiteinde. In dat geval bevinden de instroomopeningen van het eerste fluïdum zich radiaal op een anderé afstand van de hartlijn dan de instroomopeningen aan hetzelfde axiale uiteinde van het tweede fluïdum.Advantageously, the inflow openings at an axial end of the heat exchanger are located radially at a different distance from the center line than the outflow openings at the same axial end. This makes it possible to separate the supply and discharge of fluid in a simple manner, for example by means of concentric tubes. If such a heat exchanger is used in co-current, the inflow openings for both fluids are at one axial end. In that case the inflow openings of the first fluid are located radially at a different distance from the center line than the inflow openings at the same axial end of the second fluid.

In het bijzonder bevindt de instroomopening van ten minste één 20 van de doorstroomruimtes zich op een andere afstand van de hartlijn, dan de uitstroomopening van dezelfde doorstroomruimte. Dit resulteert in een omkering van de oriëntatie van de fluïdumstromen, waarbij een fluïdum zich voordat het de warmtewisselaar instroomt bijvoorbeeld aan de radiale buitenzijde bevindt, en na de warmtewisselaar aan de 25 radiale binnenzijde, of omgekeerd.In particular, the inflow opening of at least one of the flow-through spaces is at a different distance from the center line than the outflow opening of the same flow-through space. This results in a reversal of the orientation of the fluid flows, wherein a fluid is located, for example, on the radial outer side before it enters the heat exchanger, and after the heat exchanger on the radial inner side, or vice versa.

In een uitvoeringsvorm begrenzen twee platen en ten minste één wanddeel een taartpuntvormige doorstroomruimte. Dergelijke taartpuntvormige doorstroomruimtes vullen op een efficiënte en eenvoudige wijze de doorsnede van een kokervormig lichaam.In one embodiment, two plates and at least one wall part define a pie-point-through flow space. Such pie-point-through flow spaces fill the cross-section of a tubular body in an efficient and simple manner.

30 Doelmatig maakt het kokervormig lichaam onderdeel uit van een pijp. Deze pijp dient voor het leiden van ten minste één van de fluïda. Hierdoor is geen afzonderlijke behuizing voor de warmtewisselaar nodig. De platen van de warmtewisselaar worden direct geplaatst in de pijp die voor de toe- en afvoer van een fluïdum 35 dient.The tubular body is expediently part of a pipe. This pipe serves to guide at least one of the fluids. As a result, no separate housing is required for the heat exchanger. The plates of the heat exchanger are placed directly in the pipe that serves for the supply and discharge of a fluid.

In het bijzonder is de pijp een dubbelwandige pijp voor het leiden van beide fluïda. Dit geeft een compacte integratie van· f025958 - 4 - warmtewisselaar, toe- en afvoer van het relatief warme fluïdum, en toe-, en afvoer van het relatief koude fluïdum.In particular, the pipe is a double-walled pipe for guiding both fluids. This provides a compact integration of heat exchanger, supply and discharge of the relatively warm fluid, and supply and discharge of the relatively cold fluid.

De uitvinding heeft verder betrekking op een plaat bestemd voor een warmtewisselaar, volgens conclusie 11. Een dergelijke plaat 5 heeft, gezien zijn afmetingen en de mogelijkheid voor het realiseren van toe- en afvoer van fluïda bij zijn kopse einden, de voordelen van een warmtewisselaar zoals beschreven in relatie tot conclusie 1.The invention further relates to a plate intended for a heat exchanger, according to claim 11. Such a plate 5, in view of its dimensions and the possibility of realizing supply and discharge of fluids at its head ends, has the advantages of a heat exchanger such as described in relation to claim 1.

In het bijzonder is de plaat voorzien van ten minste één van de wanddelen. Dit wanddeel loopt in zijn hoogterichting gezien taps 10 toe. De hoogterichting van een wanddeel wordt gezien in het vlak van de betreffende wand. In gebruik in een warmtewisselaar bevindt de lage kant van dit wanddeel zich aan de zijde van de hartlijn, terwijl de hoge kant voorzien is aan de radiale buitenzijde van de warmtewisselaar. In het vlak van het betreffende wanddeel gezien is 15 dit wanddeel taartpuntvormig, of althans een deel van een taartpuntvorm. Indien een dergelijke plaat met zijn wanddeel op een volgende plaat wordt gestapeld, ontstaat een taartpuntvormige doorstroomruimte.In particular, the plate is provided with at least one of the wall parts. Seen in its height direction, this wall part is tapered. The height direction of a wall part is seen in the plane of the wall in question. In use in a heat exchanger, the low side of this wall part is on the side of the center line, while the high side is provided on the radial outside of the heat exchanger. Viewed in the plane of the relevant wall part, this wall part is pie-shaped, or at least a part of a pie-point shape. If such a plate with its wall part is stacked on a following plate, a pie-point-through flow space is created.

In een uitvoeringsvorm is een plaat voorzien van ten minste 20 één van de wanddelen, dat uit één stuk met de betreffende plaat is gevormd. Door het wanddeel en de plaat uit één stuk te vormen wordt het aantal onderdelen beperkt. Dit leidt tot een goedkopere productie en het vermijden van afdichtingsproblemen tussen de betreffende plaat en het betreffende wanddeel.In one embodiment a plate is provided with at least one of the wall parts, which is formed in one piece with the relevant plate. The number of parts is limited by forming the wall part and the plate in one piece. This leads to a cheaper production and the avoidance of sealing problems between the relevant plate and the relevant wall part.

25 Doelmatig is een plaat voorzien van ten minste één richel. Een dergelijke richel verbetert de warmteoverdracht en kan ook relatief kort zijn, en dan bijvoorbeeld de vorm aannemen van een penvormig uitsteeksel, of pukkel.Advantageously, a plate is provided with at least one ledge. Such a ridge improves the heat transfer and can also be relatively short, and then for example take the form of a pin-shaped protrusion, or pimple.

In het bijzonder heeft de ten minste ene richel in hoofdzaak 30 hetzelfde hoogteverloop als de betreffende wanddelen. Hierdoor wordt een doorstroomkanaal gevormd in de betreffende doorstroomruimte. Een dergelijk doorstroomkanaal is langer dan elk van de afzonderlijke dimensies van de plaat, zodat over een grotere lengte warmte uitgewisseld kan worden.In particular, the at least one ledge has substantially the same gradient of height as the respective wall parts. A flow channel is hereby formed in the relevant flow space. Such a flow channel is longer than each of the individual dimensions of the plate, so that heat can be exchanged over a greater length.

35 De uitvinding heeft eveneens betrekking op een set van twee complementaire platen, volgens conclusie 16, alsmede op een combinatie van een set platen en een kokervormig lichaam, volgens conclusie 17.The invention also relates to a set of two complementary plates, according to claim 16, as well as to a combination of a set of plates and a tubular body, according to claim 17.

1025958 - 5 - ·1025958 - 5 - ·

Verdere voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zijn vastgelegd in de onderconclusies.Further preferred embodiments of the invention are defined in the subclaims.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin: 5 Fig. 1 een cilindrische platenwarmtewisselaar is, volgens de uitvinding;An embodiment of the invention will be further elucidated with reference to the accompanying drawing, in which: 1 is a cylindrical plate heat exchanger according to the invention;

Fig. 2 een set van twee platen is, volgens de uitvinding;FIG. 2 is a set of two plates, according to the invention;

Fig. 3 schematisch een wisseling van stroomoriëntatie toont . bij de uitvoeringsvorm van de uitvinding volgens fig. 2; 10 Fig. 4 schematisch een alternatieve uitvoeringsvorm toont, zonder wisseling van stroomoriëntatie.FIG. 3 schematically shows a change of current orientation. in the embodiment of the invention according to FIG. 2; FIG. 4 schematically shows an alternative embodiment, without changing the current orientation.

In fig. 1 wordt een cilindrische platenwarmtewisselaar in zijn geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 1. Een kokervormig lichaam, in dit geval een cilindrische behuizing 2, omhult een pakket 15 3 van ongeveer honderd taartpuntachtig gestapelde plaatelementen 4 en 5, die zich rond de hartlijn 6 van het kokervormige lichaam uitstrekken, in de richting van deze hartlijn. De hartlijn 6 strekt zich uit van een eerste axiale uiteinde 7, in dit geval de bovenzijde, naar een tweede axiale uiteinde 8, in dit geval de 20 onderzijde, door de open ruimte die door het kokervormige lichaam wordt begrensd.In Fig. 1, a cylindrical plate heat exchanger is indicated in its entirety by reference numeral 1. A tubular body, in this case a cylindrical housing 2, encloses a package 3 of approximately one hundred cake-point-like plate elements 4 and 5, which are arranged around the axis 6 of the tubular body, in the direction of this center line. The center line 6 extends from a first axial end 7, in this case the top side, to a second axial end 8, in this case the bottom side, through the open space bounded by the tubular body.

De twee plaatelementen 4 en 5 vormen samen een set 9 plaatelementen. Plaatelement 4 omvat een plaat 10 en wanddelen 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18. Deze wanddelen kunnen ook beschouwd 25 worden als een doorlopend wanddeel voorzien van een instroomopening 19 en een uitstroomopening 20. Het plaatelement 4 omvat drie richels 21, 22 en 23, voor de verbetering van de warmteoverdracht.The two plate elements 4 and 5 together form a set of 9 plate elements. Plate element 4 comprises a plate 10 and wall parts 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18. These wall parts can also be considered as a continuous wall part provided with an inflow opening 19 and an outflow opening 20. The plate element 4 comprises three ridges 21, 22 and 23, for improving heat transfer.

Instroomopening 19 grenst aan wanddeel 18. Uitstroomopening 20 is van wanddeel 18 verwijderd door middel van wanddelen 16 en 17.Inflow opening 19 adjoins wall part 18. Outflow opening 20 is removed from wall part 18 by means of wall parts 16 and 17.

30 Hierdoor bevindt de instroomopening 19 zich radiaal verder naar buiten dan de uitstroomopening 20. De oriëntaties van instroomopening 19 en van wanddeel 12 zijn schuin, zodat het tussengelegen wanddeel 11 verhoogd ligt ten opzichte van wanddeel 13. Op vergelijkbare wijze zorgen de oriëntaties van het wanddeel 17 en de uitstroomopening 20 35 ervoor dat wanddeel 16 verlaagd gelegen is ten opzichte van wanddeel 15. Wanddelen 13, 12 en 11 lopen taps toe, in de richting gezien vanaf wanddeel 14 naar wanddeel 18. Op overeenkomstige wijze lopen wanddelen 15, 16 en 17 taps toe vanaf wanddeel 14 in de richting van '10 2 5958 - 6 - wanddeel 18. Dit resulteert erin dat het plaatelement 4 in bovenaanzicht, dat wil zeggen in een richting loodrecht op de hartlijn van de warmtewisselaar 1, een taartpuntvormig aanzicht heeft, met dien verstande dat de taartpunt niet volledig is, 5 aangezien wanddeel 14 een reële hoogte heeft die groter is dan nul.As a result, the inflow opening 19 is located radially farther out than the outflow opening 20. The orientations of inflow opening 19 and of wall part 12 are oblique, so that the intermediate wall part 11 is raised relative to wall part 13. Similarly, the orientations of the wall part 17 and the outflow opening 20 ensure that wall part 16 is lowered with respect to wall part 15. Wall parts 13, 12 and 11 are tapered, viewed in the direction from wall part 14 to wall part 18. Wall parts 15, 16 and 17 run correspondingly tapered from wall part 14 in the direction of wall part 18. This results in the plate element 4 having a top view in plan view, i.e. in a direction perpendicular to the axis of the heat exchanger 1, with provided that the pie tip is not complete, since wall portion 14 has a real height that is greater than zero.

Plaatelement 5 omvat een plaat 30 en wanddelen 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38. Deze wanddelen kunnen ook beschouwd worden als een doorlopend wanddeel voorzien van een uitstroomopening 39 en een instroomopening 40. Het plaatelement 5 omvat eveneens drie richels 10 41, 42 en 43.Plate element 5 comprises a plate 30 and wall parts 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38. These wall parts can also be considered as a continuous wall part provided with an outflow opening 39 and an inflow opening 40. The plate element 5 also comprises three ledges 10 41, 42 and 43.

Uitstroomopening 39 is van wanddeel 38 verwijderd door middel van wandelen 31 en 32. Instroomopening 40 grenst direct aan wanddeel 38. Hierdoor bevindt de instroomopening 40 zich radiaal verder naar buiten dan de uitstroomopening 39. De oriëntaties van 15 uitstroomopening 39 en van wanddeel 31 zijn schuin, zodat het tussengelegen wanddeel 32 verhoogd ligt ten opzichte van wanddeel 33. Op vergelijkbare wijze zorgen de oriëntaties van het wanddeel 36 en de uitstroomopening 40 ervoor dat wanddeel 37 verlaagd gelegen is ten opzichte van wanddeel 35. Wanddelen 33, 32 en 31 lopen taps toe, in 20 de richting gezien vanaf wanddeel 34 naar wanddeel 38. Op overeenkomstige wijze lopen wanddelen 35, 36 en 37 taps toe vanaf wanddeel 34 in de richting van wanddeel 38. Dit resulteert erin dat het plaatelement 5 in bovenaanzicht een gedeeltelijk taartpuntvormig aanzicht heeft.Outflow opening 39 is removed from wall part 38 by means of walkways 31 and 32. Inflow opening 40 borders directly on wall part 38. As a result, the inflow opening 40 is located radially farther out than the outflow opening 39. The orientations of outflow opening 39 and of wall part 31 are oblique so that the intermediate wall part 32 is raised relative to wall part 33. Similarly, the orientations of the wall part 36 and the outflow opening 40 ensure that wall part 37 is lowered relative to wall part 35. Wall parts 33, 32 and 31 are tapered , viewed in the direction from wall part 34 to wall part 38. Similarly, wall parts 35, 36 and 37 are tapered from wall part 34 in the direction of wall part 38. This results in the plate element 5 having a partially pie-shaped view in top view.

25 Dankzij het conische (tapse) verloop van een aantal van de wanddelen, ontstaat bij het telkens afwisselend stapelen van plaatelementen 4 en 5 een cilindrische vorm, die opgebouwd is uit platen, waartussen taartpuntvormige doorstroomruimtes worden begrensd. Deze doorstroomruimtes worden mede begrensd door de 30 wanddelen 11-18 en 31-38, die zich tussen de platen uitstrekken en die in de getoonde uitvoeringsvorm in hoofdzaak loodrecht op de betreffende platen 10 en 30 staan. De wanddelen 11-18 van plaatelement 4 begrenzen samen met de betreffende plaat 10 en met een aangrenzende plaat 30 van een plaatelement 5 een taartpuntvormige 35 doorstroomruimte voor een eerste fluïdum. Op vergelijkbare wijze begrenzen wanddelen 31-38 met de bijbehorende plaat 30 en een aangrenzende plaat 10 een taartpuntvormige doorstroomruimte voor een tweede fluïdum.Thanks to the conical (tapered) course of a number of the wall parts, the stacking of plate elements 4 and 5 in turn results in a cylindrical shape that is built up of plates, between which pie-point-shaped flow-through spaces are limited. These flow-through spaces are also limited by the wall parts 11-18 and 31-38, which extend between the plates and which in the shown embodiment are substantially perpendicular to the respective plates 10 and 30. The wall parts 11-18 of plate element 4 together with the relevant plate 10 and with an adjacent plate 30 of a plate element 5 define a pie-point-shaped flow-through space for a first fluid. Similarly wall parts 31-38 with the associated plate 30 and an adjacent plate 10 define a pie-point-shaped flow-through space for a second fluid.

1025958 - 7 -1025958 - 7 -

De plaatelementen 4 en 5 liggen ieder in een denkbeeldig vlak. Deze denkbeeldige vlakken snijden elkaar in hoofdzaak in de hartlijn van het cirkelvormige pakket 3 van platen.The plate elements 4 and 5 each lie in an imaginary plane. These imaginary planes intersect substantially in the center line of the circular package 3 of plates.

De richels 21, 22 en 23 hebben in hoofdzaak hetzelfde 5 hoogteverloop als de wanddelen 11, 12, 13 en als de wanddelen 17, 16, 15. Hierdoor vormen de richels 21, 22, 23 een doorstroomkanaal in de betreffende doorstroomruimte, dat naast de genoemde richels en wanddelen, tevens begrensd wordt door wanddelen 14 en 18, plaat 10, en plaat 30 van een aanliggend plaatelement 5. Op vergelijkbare wijze 10 vormen de richels 41, 42, 43 een doorstroomkanaal in de betreffende doorstroomruimte.The ridges 21, 22 and 23 have substantially the same height gradient as the wall parts 11, 12, 13 and as the wall parts 17, 16, 15. As a result, the ridges 21, 22, 23 form a flow channel in the respective flow space, which in addition to the said ridges and wall parts is also bounded by wall parts 14 and 18, plate 10, and plate 30 of an adjacent plate element 5. Similarly, the ridges 41, 42, 43 form a flow channel in the respective flow space.

De taartpuntvormige plaatelementen 4 en 5 lopen niet geheel uit tot een dikte 0. Hierdoor blijft in het midden, rond de hartlijn van de cilindrische behuizing 2, een ruimte open, die in gebruik 15 afgesloten wordt door niet nader getoonde middelen, zoals een stop of plug. Tevens kan deze ruimte benut worden voor een eventueel (niet getoond) derde kanaal voor een derde fluïdum.The pie-point-shaped plate elements 4 and 5 do not extend all the way to a thickness 0. As a result, a space remains open in the middle, around the axis of the cylindrical housing 2, which space is closed in use by means (not further shown), such as a stopper or plug. This space can also be used for a possible (not shown) third channel for a third fluid.

Fig. 3 toont een gedeeltelijk doorsnede-aanzicht door een platenwarmtewisselaar 1, zoals beschreven in relatie tot fig. 1 en 20 fig. 2, waarbij tevens schematisch een concentrisch dubbelwandige pijp, of buis 50 is weergegeven. De dubbelwandige buis 50 omvat een binnengelegen cilindrisch wanddeel 51 en een buitengelegen cilindrisch wanddeel 52. De buitengelegen cilindrische wand 52 vormt tevens de kokervormige behuizing 2 voor een pakket plaatelementen 4 25 en 5. De binnengelegen cilindrische wand 51 is onderbroken ter plaatse van de plaatelementen 4 en 5 en sluit hierop aan; aan de bovenzijde op de wanddelen 11 en 32, aan de onderzijde op de wanddelen 16 en 37.FIG. 3 shows a partial cross-sectional view through a plate heat exchanger 1, as described in relation to FIGS. 1 and FIG. 2, also schematically showing a concentric double-walled pipe, or pipe 50. The double-walled tube 50 comprises an inner cylindrical wall part 51 and an outer cylindrical wall part 52. The outer cylindrical wall 52 also forms the tubular housing 2 for a package of plate elements 4 and 5. The inner cylindrical wall 51 is interrupted at the plate elements 4 and 5 and connect to this; at the top on the wall parts 11 and 32, at the bottom on the wall parts 16 and 37.

De cilindrische wanddelen 51 en 52 begrenzen een ringvormig 30 kanaal 53, dat in open verbinding staat met de radiaal naar buiten gelegen instroomopeningen 19 aan de eerste axiale zijde 7 van de warmtewisselaar 1 en met de eveneens radiaal naar buiten gelegen instroomopeningen 40 aan de tweede axiale zijde 8 van de warmtewisselaar 1. Door het ringvormige kanaal 53 wordt een eerste en 35 een tweede fluïdum worden toegevoerd, bijvoorbeeld vanaf de ene zijde van de warmtewisselaar 1 relatief warme lucht en vanaf de andere zijde relatief koude lucht. De afvóer van deze lucht vindt, na uitwisseling van warmte in de warmtewisselaar 1, plaats via radiaal 102 695 8 - 8 - naar binnen gelegen afvoeropeningen 20 en 39 naar de betreffende binnengelegen ruimtes 54 van de dubbelwandige pijp 50.The cylindrical wall parts 51 and 52 define an annular channel 53, which is in open communication with the radially outwardly opening openings 19 on the first axial side 7 of the heat exchanger 1 and with the also opening radially outwardly openings 40 on the second axial side 8 of the heat exchanger 1. A first and a second fluid are supplied through the annular channel 53, for example relatively warm air from one side of the heat exchanger 1 and relatively cold air from the other side. After exchange of heat in the heat exchanger 1, the discharge of this air takes place via radial 102 695 8 - 8 - inwardly located discharge openings 20 and 39 to the relevant inner spaces 54 of the double-walled pipe 50.

De warme lucht treedt binnen door de openingen 19 van plaatelementen 4, zoals schematisch aangegeven met pijl 55 in fig. 2, 5 doorloopt het hierboven beschreven doorstroomkanaal, en verlaat de warmtewisselaar 1 via openingen 20, zoals schematisch weergegeven met pijl 56. De in- en uitstroom van de warme lucht wordt in fig. 3 met een pijl 57 schematisch weergegeven. Uit deze figuur blijkt dat de warme lucht de warmtewisselaar 1 verlaat aan de andere zijde van de 10 binnengelegen cilindrische wand 51 en daarmee dus van het buitengelegen kanaal 53 verplaatst is naar het radiaal naar binnen gelegen kanaal 54.The hot air enters through the openings 19 of plate elements 4, as schematically indicated with arrow 55 in Figs. 2, 5, passes through the flow channel described above, and leaves the heat exchanger 1 via openings 20, as schematically indicated with arrow 56. The inlet and outflow of the hot air is schematically shown in Fig. 3 with an arrow 57. This figure shows that the hot air leaves the heat exchanger 1 on the other side of the inner cylindrical wall 51 and is thus moved from the outer channel 53 to the radially inward channel 54.

De koude lucht treedt de warmtewisselaar 1 binnen via de openingen 40, zoals getoond met pijl 60. Deze koude lucht doorloopt 15 een doorstroomkanaal dat gevormd wordt door de elementen van plaatelement 5, in combinatie met een aanliggende plaat 10. De koude lucht verlaat de platenwisselaar 1 door openingen 39, schematisch aangegeven met pijl 61. Zoals pijl 63 in fig. 3 aangeeft, is de koude lucht daarbij van de concentrisch buitengelegen ruimte 53 verplaatst 20 naar de radiaal naar binnen gelegen cilindrische ruimte 54. Aldus zijn de warme en koude lucht van kanaal gewisseld, dankzij de warmtewisselaar volgens de uitvinding.The cold air enters the heat exchanger 1 through the openings 40, as shown with arrow 60. This cold air passes through a flow channel formed by the elements of plate element 5, in combination with an adjacent plate 10. The cold air leaves the plate exchanger 1 through openings 39, schematically indicated by arrow 61. As arrow 63 in Fig. 3 indicates, the cold air has thereby been moved from the concentrically outer space 53 to the radially inwardly located cylindrical space 54. Thus, the hot and cold air are changed channels, thanks to the heat exchanger according to the invention.

Bij de doorstroming door de warmtewisselaar 1 geeft de warme lucht warmte af door de plaatwanden 10 en 30 aan de door de naburige 25 doorstroomruimtes doorstromende koude lucht. De warme en koude lucht doorlopen daarbij in tegenstroom hun betreffende doorstroomkanalen.During the flow through the heat exchanger 1, the warm air supplies heat through the plate walls 10 and 30 to the cold air flowing through the neighboring flow spaces. The hot and cold air pass through their respective flow channels in counterflow.

Uiteraard kunnen de stroomrichtingen eveneens omgedraaid worden, hetgeen erin resulteert dat zowel de relatief warme, als de koude lucht door het binnengelegen cilindrische deel 54 van de 30 dubbelwandige pijp 50 worden aangevoerd, en via de buitengelegen ruimte 53 de warmtewisselaar 1 verlaten. Ook kan slechts één stroomrichting omgedraaid worden, waardoor de instroomopeningen van één doorstroomruimte feitelijk als uitstroomopening fungeert, vice versa. De warmtewisselaar werkt dan in mee-stroom.Of course, the flow directions can also be reversed, which results in that both the relatively warm and the cold air are supplied through the inner cylindrical part 54 of the double-walled pipe 50, and leave the heat exchanger 1 via the outer space 53. Only one flow direction can also be reversed, as a result of which the inflow openings of one flow space actually acts as an outflow opening, vice versa. The heat exchanger then works in co-flow.

35 De instroomopeningen 19 voor de warme lucht en de uitstroomopeningen 39 voor de koude lucht bevinden zich aan een eerste axiale uiteinde van het pakket 3 plaatelementen. Dit eerste axiale uiteinde is een denkbeeldig vlak dat in hoofdzaak loodrecht 1025958 - 9 - staat op de hartlijn van de warmtewisselaar 1 en van de pijp 50. De instroomopeningen 40 voor de koude lucht en de uitstroomopeningen 20 voor de warme lucht bevinden zich aan een tweede axiale uiteinde van de warmtewisselaar 1. Dit tweede axiale uiteinde ligt in een 5 denkbeeldig vlak dat eveneens loodrecht staat op de hartlijn van de warmtewisselaar 1 en van de buis 50.The inlet openings 19 for the hot air and the outlet openings 39 for the cold air are located at a first axial end of the package 3 of plate elements. This first axial end is an imaginary plane substantially perpendicular to the axis of the heat exchanger 1 and of the pipe 50. The cold air inlet openings 40 and the hot air outlet openings 20 are located on a second axial end of the heat exchanger 1. This second axial end lies in an imaginary plane which is also perpendicular to the axis of the heat exchanger 1 and of the tube 50.

De drukval^ veroorzaakt door warmtewisselaar, is relatief klein ten opzichte van die bij de stand van de techniek. Dit komt in de eerste plaats, doordat de gezamenlijke in- en uitstroomopeningen 10 van de plaatelementen 4 en 5 een relatief groot oppervlak hebben, ten opzichte van die volgens de stand van de techniek. In de tweede plaats hoeven de fluïda bij het in- en uittreden van de warmtewisselaar geen hoek te maken ten opzichte van hun aanstroomrichting.The pressure drop caused by heat exchanger is relatively small compared to the prior art. This is primarily due to the fact that the joint inflow and outflow openings 10 of the plate elements 4 and 5 have a relatively large surface area compared to that according to the prior art. Secondly, when entering and leaving the heat exchanger, the fluids do not have to make an angle with respect to their inflow direction.

15 In fig. 4 is schematisch weergegeven dat het ook mogelijk is een platenwarmtewisselaar volgens de uitvinding uit te voeren, waarbij geen verandering van de stroomoriëntatie plaatsvindt. Daartoe bestaat een platenwarmtewisselaar 101 telkens uit een set plaatelementen 104 en 105. Plaatelement 104 heeft zijn in- en 20 uitstroomopeningen 119, 120 op een radiaal meer naar binnen gelegen positie dan de in- en uitstroomopeningen 139, 140 van plaatelementen 105. Hierdoor blijft een eerste fluïdum in de concentrisch buitengelegen cirkelvormige ruimte 153, zoals getoond door pijl 163. Een tweede fluïdum blijft in de binnengelegen cilindrische ruimte 154 25 van dezelfde dubbelwandige pijp 150, zoals getoond door pijl 157.Fig. 4 schematically shows that it is also possible to design a plate heat exchanger according to the invention, wherein no change in the flow orientation takes place. To this end, a plate heat exchanger 101 consists of a set of plate elements 104 and 105. Plate element 104 has its inflow and outflow openings 119, 120 at a radially more inward position than the inflow and outflow openings 139, 140 of plate elements 105. As a result, a first fluid in the concentrically outer circular space 153, as shown by arrow 163. A second fluid remains in the inner cylindrical space 154 of the same double-walled pipe 150, as shown by arrow 157.

Voor het overige kan de platenwarmtewisselaar 101 vergelijkbaar zijn met de platenwarmtewisselaar 1, zoals hierboven beschreven.For the rest, the plate heat exchanger 101 can be comparable to the plate heat exchanger 1, as described above.

De warmtewisselaar is door zijn compacte en ronde vorm makkelijk in te bouwen in ronde kanalen en drukvaten. Voordelige 30 toepassingen zijn bij warmtepompen, bij warmte-terugwininstallaties en als warmtewisselaar in concentrische leidingen, bijvoorbeeld bij muurdoorvoeren.Due to its compact and round shape, the heat exchanger can easily be installed in round channels and pressure vessels. Advantageous applications are with heat pumps, with heat recovery installations and as a heat exchanger in concentric pipes, for example with wall ducts.

Naast de getoonde uitvoeringsvormen zijn vele varianten mogelijk. Zo kan de warmtewisselaar opgenomen zijn in een kokervormig 35 lichaam, dat niet rond, maar bijvoorbeeld elliptisch, vierkant, of veelhoekig in doorsnede is. Ook een doorsnedevorm die samengesteld is uit bijvoorbeeld delen van cirkels en rechte lijnen is mogelijk. De hartlijn van de warmtewisselaar kan door het midden van het 10 2 59 5 8 - 10 - kokervormige lichaam lopen, maar kan zich ook a-centrisch door de open ruimte die door het kokervormige lichaam begrensd wordt uitstrekken.In addition to the embodiments shown, many variants are possible. The heat exchanger can for instance be accommodated in a tubular body, which is not round, but for example elliptical, square or polygonal in cross-section. A cross-sectional shape composed of, for example, parts of circles and straight lines is also possible. The center line of the heat exchanger can run through the center of the tubular body, but can also extend a-centrically through the open space bounded by the tubular body.

Het kokervormige lichaam kan deel uit maken van een 5 (dubbelwandige) pijp, zoals hierboven beschreven, maar kan eveneens een los element zijn dat op een gebruikelijke wijze wordt aangesloten op een externe pijp voor de toe- en afvoer van de fluïda. Ook kan het kokervormige lichaam gevormd worden door wanddelen die aan de radiaal buitengelegen zijde van de platen zijn voorzien, waarbij deze 10 wanddelen onderling afsluitend zijn verbonden, bijvoorbeeld door solderen, lassen, of lijmen. In dat geval is een apart onderdeel, zoals een buis of pijp, niet meer nodig om de platen bij elkaar te houden.The tubular body can form part of a (double-walled) pipe, as described above, but can also be a separate element that is connected in an usual manner to an external pipe for the supply and discharge of the fluids. The tubular body can also be formed by wall parts which are provided on the radially outer side of the plates, wherein these wall parts are mutually sealingly connected, for example by soldering, welding, or gluing. In that case, a separate component, such as a tube or pipe, is no longer needed to hold the plates together.

De warmtewisselaar is niet alleen geschikt voor lucht, maar 15 eveneens voor andere gassen en vloeistoffen, waaronder water, of vaste stoffen, bijvoorbeeld in poedervorm of korrelvormig. De plaatelementen zijn bij voorkeur vlak, zoals getoond, maar kunnen eveneens in één of twee richtingen gekromd zijn. De plaatelementen kunnen allemaal een gelijke taartpuntvorm hebben, zoals getoond, maar 20 zouden bijvoorbeeld ook afwisselend parallelle en taartpuntvormige doorstroomruimtes kunnen begrenzen. Eén van de platen zou ook de hartlijn van het kokervormige lichaam kunnen doorsnijden, bijvoorbeeld indien een dubbele plaat zich aan beide zijden van de hartlijn uitstrekt om aan beide zijden de functie van een 25 enkelvoudige plaat te vervullen.The heat exchanger is not only suitable for air, but also for other gases and liquids, including water, or solids, for example in powder form or granular. The plate elements are preferably flat, as shown, but can also be curved in one or two directions. The plate elements can all have the same pie-tip shape, as shown, but could, for example, alternatively limit parallel and pie-point-through flow spaces. One of the plates could also cut the axis of the tubular body, for example if a double plate extends on both sides of the axis to perform the function of a single plate on both sides.

In een verdere variant zou een warmtewisselaar volgens de uitvinding geschikt kunnen zijn voor drie of meer verschillende fluïdumstromen. Zo zou een derde stroom water kunnen betreffen, die in de warmtewisselaar verdampt wordt. In een dergelijke geval kan een 30 plaatelement een semi-permeabel materiaal omvatten, voor het doorlaten van één van de fluïda. Ook condenswater kan eventueel afzonderlijk worden afgevoerd.In a further variant, a heat exchanger according to the invention could be suitable for three or more different fluid flows. For example, a third stream could be water, which is evaporated in the heat exchanger. In such a case, a plate element may comprise a semi-permeable material for passing one of the fluids. Condensed water can also be drained separately if required.

De drie of meer stromen kunnen in de warmtewisselaar worden samengevoegd in de doorstroomruimtes voor het eerste en/of tweede 35 fluïdum. In dat geval heeft ten minste één van de doorstroomruimtes een extra in- en/of uitstroomopening. Bij voorkeur bevindt deze extra opening zich op een radiaal afwijkende afstand van de andere openingen aan dezelfde axiale zijde van de warmtewisselaar, zodat de 10 2 5958 - 11 - fluïdumstroom van en/of naar deze extra opening eenvoudig gescheiden kan worden van de andere stromen.The three or more streams can be combined in the heat exchanger in the flow spaces for the first and / or second fluid. In that case at least one of the flow-through spaces has an additional inflow and / or outflow opening. This additional opening is preferably located at a radially different distance from the other openings on the same axial side of the heat exchanger, so that the fluid flow from and / or to this extra opening can be easily separated from the other flows.

Ook is het mogelijke afzonderlijke doorstroomruimtes te creëren voor de derde en de eventuele meerdere fluïdumstromen, zodat 5 deze stromen ook in de warmtewisselaar gescheiden blijven van 'de andere fluïdumstromen. Ook in dit geval is het voordelig de in- en/of uitstroomopeningen op een radiaal afwijkende afstand van de andere openingen aan dezelfde axiale zijde van de warmtewisselaar aan te brengen. Dankzij de oriëntatie van de platen volgens de uitvinding, 10 gaan de in- en uitstroomopeningen van de derde en eventuele meerdere fluïda niet ten koste van het warmtewisselend oppervlak.It is also possible to create separate flow-through spaces for the third and possibly multiple fluid flows, so that these flows also remain separate from the other fluid flows in the heat exchanger. Also in this case it is advantageous to arrange the inflow and / or outflow openings at a radially deviating distance from the other openings on the same axial side of the heat exchanger. Thanks to the orientation of the plates according to the invention, the inflow and outflow openings of the third and any multiple fluids are not at the expense of the heat-exchanging surface.

In een variant met meer dan twee verschillende fluïdumstromen is het mogelijk om een meerwandige, bijvoorbeeld een drie-, of vierdubbelwandige, pijp toe te passen voor de toe- en afvoer.In a variant with more than two different fluid flows, it is possible to use a multi-walled, for example a triple-walled or four-walled, pipe for the supply and discharge.

15 Aldus verschaft de uitvinding een warmtewisselaar die compact ingebouwd kan worden in leidingen, en die daarbij een relatief lage drukval veroorzaakt bij een relatief groot warmte wisselend vermogen. Eveneens maakt de warmtewisselaar volgens de uitvinding het mogelijk om de stromen in concentrische kanalen op eenvoudige wijze van kanaal 20 te wisselen. Bij verticale plaatsing laat de warmtewisselaar een goede ontwatering toe, bijvoorbeeld in geval van condenserende gassen.The invention thus provides a heat exchanger that can be built-in compactly into pipes, and which thereby causes a relatively low pressure drop with a relatively large heat-exchanging capacity. The heat exchanger according to the invention also makes it possible to switch channels 20 in a simple manner in concentric channels. With vertical placement, the heat exchanger allows good dewatering, for example in the case of condensing gases.

1Ó759B81759B8

Claims

A heat exchanger (1), for transferring heat from a relatively warm fluid to a relatively cold fluid, comprising a tubular body (2) within which a plurality of plates (4, 5) extend, as well as wall parts (11-18; 31) -38) extending between the plates (4, 5), wherein in each case two plates (4, 5) and at least one wall part (11-18; 31-38) define a flow space for one of the two fluids, which flow space is provided with an inflow opening (19, 40) and an outflow opening (20, 39), and each plate (4,5) on a first side a flow-through space for the relatively cold fluid and on a second side a flow-through space for the relatively warm fluid bounded, characterized in that the plates (4, 5) are positioned around the axis of the tubular body (2), and extend substantially in the direction of the axis.

A heat exchanger (1) according to claim 1, wherein all inflow and outflow openings (19, 20, 39, 40) are arranged at an axial end of the heat exchanger (1).

3. A heat exchanger (1) according to claim 1 or 2, wherein the inflow openings (19) intended for one of the relatively warm and relatively cold fluid and the outflow openings (39) for the other of the relatively warm and relatively cold fluid on a first axial end of the heat exchanger (1).

The heat exchanger (1) according to claim 3, wherein the remaining inflow and outflow openings (20, 40) are arranged at a second axial end of the heat exchanger (1).

A heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein the inflow openings (19, 40) at an axial end of the heat exchanger (1) are located radially at a different distance from the center line than the outflow openings ( 20, 39) at the same axial end.

A heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein the inflow opening (19) of at least one of the flow-through spaces is at a different distance from the center line than the outflow opening (20) of the same flow-through space.

A heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein two plates (4, 5) and at least one wall part (11-18; 31-38) bound a pie-point-shaped flow-through space.

8. A heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein the tubular body (2) defines a substantially round cross-section.

A heat exchanger (1) according to any one of the preceding claims, wherein the tubular body (2) forms part of a pipe (50), for guiding at least one of the fluid. 20

The heat exchanger (1) according to claim 9, wherein the pipe (50) is a double-walled pipe for guiding both fluid.

11. Plate (4, 5) intended for a heat exchanger (1) according to one of the preceding claims.

A plate (4, 5) according to claim 11, which is provided with at least one of the wall parts (11-13; 15-17; 31-33; 35-37), which wall part tapers in its height direction. 30

A plate (4, 5) as claimed in claim 11 or 12, which is provided with at least one of the wall parts (11-18; 31-38), which wall part is in one piece with the relevant plate (4, 5) formed.

A plate (4, 5) according to any one of claims 11-13, provided with at least one ledge (21-23). 1 25258 i - 14 -

The plate (4, 5) according to claim 14, wherein the at least one ledge (21-23) has substantially the same gradient as the respective wall parts (11-13; 15-17; 31-33; 35-37), whereby a flow channel is formed in the relevant flow space. 5

A set of two complementary plates (9) according to any one of claims 11-15.

Combination of at least one set of plates (9) according to claims 10 and a tubular body (2). 10 2 59 5 8