WO2017125490A1 - Neuartiger waermeuebertrager - Google Patents

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WO2017125490A1
WO2017125490A1 PCT/EP2017/051077 EP2017051077W WO2017125490A1 WO 2017125490 A1 WO2017125490 A1 WO 2017125490A1 EP 2017051077 W EP2017051077 W EP 2017051077W WO 2017125490 A1 WO2017125490 A1 WO 2017125490A1
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WO
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heat exchanger
spacers
graphite
medium
heat exchange
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/051077
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Christ
Arash RASHIDI
Bastian Hudler
Martin Kucher
Klaus BALDERMANN
Thomas Koeck
Original Assignee
Sgl Carbon Se
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • 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
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted 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
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite

Definitions

  • the invention relates to a novel heat exchanger and its use.
  • Heat exchangers are used in particular in the field of heating technology, preferably as a gas / liquid heat exchanger. It is known to heat transfer elements of heat exchangers in a variety of materials, such. Metals or plastics. For example, be corrosive media
  • Heat exchanger elements made of phenol resin impregnated graphite used According to the prior art (Chemical Industry, Issue 5, 1993, pp 24-27) is a massive synthetic graphite block is used, is machined mechanically in such a way that channels for a primary and a secondary side arise in which flue gas or Water can be guided. The hot flue gas releases the energy to the water and warms it up.
  • the graphite block acts as a corrosion-resistant heat exchanger in e.g. Heating systems to allow energy-efficient cooling of the flue gas below the dew point.
  • the porous graphite block To exclude leaks between the two sides, the porous graphite block must be impregnated with a phenolic resin and thus made gas- and liquid-tight.
  • a heat exchanger comprising a stack of parallel, plate-shaped heat exchange elements (A), for heat transfer from a first medium to a second medium and at least two spacers (B), characterized in that the heat exchange elements (A) and the at least two spacers (B) consist of graphite foils and / or impregnated graphite foils and the flows of the first medium and the second medium are arranged as a cross-flow.
  • a stack of parallel, plate-shaped heat exchange elements (A) is understood to mean a number of at least two parallel, plate-shaped heat exchange elements (A), wherein the at least two parallel, plate-shaped heat exchange elements (A) can lie in direct contact one above the other.
  • the heat exchanger there is no graphite core of a synthetic graphite block, but a core of individual, stacked graphite foils.
  • the targeted utilization of the high thermal conductivity of the graphite foil in the plane, for example, the heat of a gas stream can be highly effective derived from water as a heat transfer fluid, which can be highly compact designs realized.
  • the graphite foil according to the present invention can be made of either expanded graphite or synthetic graphite.
  • graphite foil expanded graphite is rolled into graphite foils.
  • Graphite sheets are impermeable to gases, vapors, and liquids and are oxidized in oxidizing gases, such as e.g. Air resistant up to about 500 ° C.
  • graphite such as natural graphite is usually mixed with an intercalant such as nitric acid or sulfuric acid and heat-treated at an elevated temperature of, for example, 600 ° -1200 ° C. (DE 10003927A1).
  • an intercalant such as nitric acid or sulfuric acid
  • Expanded graphite represents a graphite that is expanded by a factor of 80 or more, for example, compared to natural graphite in the plane perpendicular to the hexagonal carbon layers. Due to the expansion, expanded graphite is characterized by excellent formability and good intermeshability. Expanded graphite may be used in sheet form, preferably using a graphite foil having a density of 1.3 to 2.0 g / cm 3 . A graphite foil in this density range has thermal conductivities of 300 W / (mK) to 500 W / (mK). The thermal conductivity is determined by the Angstrom method ("Angström's Method of
  • graphite foil can also be produced via a synthetic process route. If, for example, polyimide film is carbonized and subsequently graphitized at up to 3000 ° C., a synthetic graphite film with heat conductivities in the film plane of up to 1500 W / (mK) is obtained.
  • the graphite foils are impregnated with resin, preferably acrylate resin or furan resin.
  • resin preferably acrylate resin or furan resin.
  • the impregnation allows additional sealing to avoid unwanted contact and thus a reaction of the first medium with the second medium, higher strength of the graphite foils and prevents unwanted media uptake in the graphite foil.
  • the heat exchanger can consist of expanded graphite foils or synthetic graphite foils or a combination thereof.
  • the stack of heat exchange elements (A) may alternately comprise expanded graphite foil and synthetic graphite foil.
  • the streams of the media are guided in such a way that their directions intersect, preferably perpendicular to one another.
  • the flow (S1) of the first medium extends along the parallel, plate-shaped heat exchange elements (A) between spacers (B) (see Figure 4).
  • the flow (S2) of the second medium runs along bores (D) which extend through both the heat exchange elements (A) and spacers (B) (see FIG. 4).
  • these holes (D) are perpendicular to the plane of the parallel, plate-shaped heat exchange elements (A).
  • a preferred embodiment is a meander-shaped deflection of the flow (S2) of the second medium at the bores (D).
  • the heat transfer takes place from the first medium along the parallel stack of graphite foil as heat exchange elements (A) to the second medium, wherein the heat is dissipated outwardly in the plane of the heat exchange elements (A) to the second medium flowing through the bores (D) ,
  • At least two spacers (B) are placed between the individual parallel, plate-shaped heat exchange elements (A), which form a space between the heat exchange elements (A) and thus an intermediate space (E) for the flow of the first medium.
  • These spacers (B) bound laterally the spaces (E) for the flow (S1) of the first medium. This allows a uniform flow rate of the first medium without pressure loss.
  • at least two stacks of spacers (B) are present between the individual parallel, plate-shaped heat exchange elements (A).
  • a stack of spacers (B) means an arrangement of at least two spacers (B) directly above one another.
  • the distance between the heat exchange elements (A) according to the invention is preferably 0.3 mm to 5.0 mm. Particularly preferably, the distance is 0.5 mm to 1, 5 mm. A distance smaller than 0.3 mm does not make sense, because then the graphite foil is too difficult to handle and the pressure loss in the flow (S1) is undesirably high. A distance greater than 5.0 mm is not useful, since a milled heat exchanger made of a graphite block at this size is easier to produce than a heat exchanger according to the invention.
  • at least one bore (D) is mounted, which passes through both the heat exchange elements (A) and the at least two spacers (B) and thus forms one or more channels for the flow (S2) of the second medium.
  • the heat exchange elements (A) and the spacers (B) are in direct contact with the second medium. This allows the heat transfer from the first medium to the second medium.
  • the at least two spacers (B) are arranged on outer edges of the heat exchange elements.
  • the spacers (B) terminate laterally edge to edge with the plate-shaped heat exchange elements (A).
  • the at least two spacers (B) are mounted on two opposite sides between the heat exchange elements (A).
  • the spacers (B) also serve as a seal between the individual heat exchange elements (A), so that no additional seal is required.
  • internal spacers (C) are mounted.
  • internal is meant the area between the at least two spacers (B).
  • the internal spacers (C) can be arranged between the individual heat exchange elements (A).
  • the inner spacers (C) are arranged centrally in this area. This prevents sagging of the heat exchange elements (A) and allows a uniform flow (S1).
  • the inner spacers (C) consist of graphite foils and / or impregnated graphite foils.
  • Heat exchange elements (A) depend on the use.
  • the heat exchanger in the field of heating technology as
  • the geometry of the heat exchanger such as length, width, spaces (E) between the heat exchange elements (A), and number and position of the holes (D) are freely adjustable.
  • the heat exchanger according to the invention has a high flexibility in construction.
  • the heat exchanger according to the invention can be constructed variable and highly compact. It can be used for a diverse range of applications. Because of the high efficiency of the heat exchanger according to the invention is particularly advantageous if the available space does not allow the installation or installation of a large volume heat exchanger.
  • the heat exchange elements (A), the spacers (B) and / or the spacers (C) are produced by punching.
  • the heat exchange elements (A), the spacers (B) and / or the spacers (C) can be produced, for example, simply by mechanical punching or by water jet or laser cutting.
  • the heat exchange elements (A), the spacers (B) and / or the spacers (C) of expanded graphite are pressed close to the final contour.
  • Figure 1 shows a single plate-shaped heat exchange element (A) with holes (D).
  • Figure 2 shows a spacer (B) with holes (D).
  • Figure 3 is an exploded view showing the arrangement of heat exchange elements (A) and spacers (B).
  • FIG. 4 shows a heat exchanger according to the invention with parallel, plate-shaped heat exchange elements (A) and spacers (B).
  • FIG. 5 shows a heat exchanger according to the invention with internal spacers (C).
  • FIG. 4 shows a heat exchanger according to the invention with parallel, plate-shaped heat exchange elements (A) and spacers (B).
  • the flow (S1) of the first medium runs along the parallel, plate-shaped heat exchange elements (A) between the spacers (B), the flow (S2) of the second medium perpendicular to the flow (S1) of the first medium through the bores (D) runs.
  • Figure 5 shows a cross section of a heat exchanger according to the invention with parallel, plate-shaped heat exchange elements (A), spacers (B) on the outer edge and inner spacers (C). The inner spacers (C) are arranged centrally.
  • Figure 5 shows how the holes (D) pass through the heat exchange elements (A) and spacers (B) and thereby form the channels for the flow (S2) of the second medium.
  • the spacers (B) and (C) form intermediate spaces (E) for the flow (S1) of the first medium.
  • the parallel plate-shaped heat exchange elements (A) serve to transfer heat from a first medium, not shown, e.g. hot combustion gas, to a second medium, not shown, e.g. Water, which serves as heat carrier for heating systems. Further (not shown) are a bottom and a cover plate and supply and discharge pipe for the first medium and the second medium present.
  • the combustion gas flows through the spaces (E) bounded by the heat exchanging elements (A) and the spacers (B) and releases the heat through the heat exchanging elements (A) to the water passing through the bores (D) Water is in direct contact with the heat exchange elements (A).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen neuartigen Wärmeübertrager und dessen Verwendung.

Description

NEUARTIGER WAERMEUEBERTRAGER
Die Erfindung betrifft einen neuartigen Wärmeübertrager und dessen Verwendung. Wärmeübertrager werden insbesondere im Bereich Heizungstechnik, vorzugsweise als Gas/Flüssig-Wärmeübertrager eingesetzt. Es ist bekannt, Wärmeübertragerelemente von Wärmeübertragern in den verschiedensten Werkstoffen, wie z.B. Metalle oder Kunststoffe, auszuführen. Für beispielsweise korrosive Medien werden
Wärmeübertragerelemente aus mit Phenolharz imprägniertem Graphit benutzt. Gemäß dem Stand der Technik (Chemische Industrie Heft 5, 1993, S. 24-27) wird dazu ein massiver synthetischer Graphitblock verwendet, mechanisch in der Weise bearbeitet wird, dass Kanäle für eine primäre und eine sekundäre Seite entstehen, in denen Rauchgas bzw. Wasser geführt werden kann. Das heiße Rauchgas gibt dabei die Energie an das Wasser ab und wärmt dieses vor. Der Graphitblock agiert dabei als korro- sionsfester Wärmeübertrager in z.B. Heizungsanlagen, um eine energieeffiziente Abkühlung des Rauchgases unterhalb des Taupunktes zu ermöglichen. Um Leckagen zwischen den beiden Seiten auszuschließen, muss der poröse Graphitblock mit einem Phenolharz imprägniert und damit gas- und flüssigkeitsdicht gemacht werden. Durch die relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit des synthetischen Graphits ist die Geometrievariabilität dieses Wärmeübertragers sehr stark begrenzt; schmale Stege und filigrane Strukturen sind ohne additive Fertigung nicht darstellbar. Somit sind kompakte Blockvarianten nicht möglich, obwohl diese u.a. wegen einer größeren Oberfläche sehr vorteilhaft wären.
Durch die hohe Restporosität des verwendeten Graphits muss der synthetische Graphit grundsätzlich mit einem Harz nachverdichtet werden, so dass hohe Kosten auftreten. Die DE 24 06 522 U zeigt einen Plattenwärmetauscher mit wärmetauschenden Elementen und Stützen. Die Fertigung eines derartigen Plattenwärmetauschers ist aufwändig und kostenintensiv. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Geometrievariabilität von Wärmeübertragern zu erhöhen, sowie die Herstellungskosten und die Umweltbelastung zu senken.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Wärmeübertrager, umfassend einen Stapel von parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A), zum Wärmeübertrag von einem ersten Medium zu einem zweiten Medium und mindestens zwei Abstandshaltern (B), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschelemente (A) und die mindestens zwei Abstandshalter (B) aus Graphitfolien und/oder imprägnierten Graphitfolien bestehen und die Strömungen des ersten Mediums und des zweiten Mediums als Kreuzströmung angeordnet sind.
Im Rahmen dieser Erfindung wird unter einem Stapel von parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A) eine Anzahl von mindestens zwei parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A) verstanden, wobei die mindestens zwei pa- rallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelemente (A) in direktem Kontakt übereinander liegen können.
Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager gibt es keinen Graphitkern aus einem synthetischen Graphitblock, sondern einen Kern aus einzelnen, gestapelten Graphitfo- lien. Durch die gezielte Ausnutzung der hohen Wärmeleitfähigkeit der Graphitfolie in der Ebene lässt sich beispielsweise die Wärme eines Gasstroms hocheffektiv an Wasser als Wärmeübertragerfluid ableiten, wodurch sich hochkompakte Bauformen realisieren lassen. Die Graphitfolie gemäß der vorliegenden Erfindung kann entweder aus expandiertem Graphit oder synthetischem Graphit hergestellt werden.
Zur Herstellung von Graphitfolie wird expandierter Graphit zu Graphitfolien ausgewalzt. Graphitfolien sind für Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten undurchlässig und in oxidierend wirkenden Gasen wie z.B. Luft bis etwa 500 °C beständig.
Zur Herstellung von expandiertem Graphit mit einer wurmförmigen Struktur wird üblicherweise Graphit, wie Naturgraphit, mit einem Interkalaten wie beispielsweise Salpetersäure oder Schwefelsäure vermischt und bei einer erhöhten Temperatur von bei- spielsweise 600° - 1200°C wärmebehandelt (DE 10003927A1 ).
Expandierter Graphit stellt einen Graphit dar, der im Vergleich zu natürlichem Graphit in der Ebene senkrecht zu den Hexagonalen Kohlenstoffschichten beispielsweise um den Faktor 80 oder mehr expandiert ist. Aufgrund der Expansion zeichnet sich expandierter Graphit durch eine hervorragende Formbarkeit und gute Verzahnbarkeit aus. Expandierter Graphit kann in Folienform verwendet werden, wobei bevorzugt eine Graphitfolie mit einer Dichte von 1 ,3 bis 2,0 g/cm3 verwendet wird. Eine Graphitfolie in diesem Dichtebereich weist Wärmeleitfähigkeiten von 300 W/(m-K) bis 500 W/(m-K) auf. Die Wärmeleitfähigkeit wird mittels der Angström-Methode („Angström's Method of
Measuring Thermal Conductivity"; Amy L. Lytle; Physics Department, The College of Wooster, Theses) bestimmt.
Vorteilhafterweise beträgt die Dicke der Graphitfolie aus expandiertem Graphit 100 μηη - 3,0 mm, bevorzugt 0,5 mm - 2,0 mm, besonders bevorzugt 1 ,0 mm - 1 ,5 mm. Weiterhin kann Graphitfolie auch über eine synthetische Prozessroute hergestellt werden. Wird beispielsweise Polyimidfolie carbonisiert und anschließend bei bis zu 3000 °C graphitiert, erhält man eine synthetische Graphitfolie mit Wärmeleitfähigkeiten in der Folienebene von bis zu 1500 W/(m-K). Vorteilhafterweise beträgt die Dicke der Graphitfolie aus synthetischem Graphit 25 μηη - 50 μηη.
Der Vorteil von synthetischem Graphit ist, dass die Herstellung dünnerer Graphitfolien im Vergleich zu expandiertem Graphit möglich ist.
Vorteilhafterweise werden die Graphitfolien mit Harz, bevorzugt Acrylatharz oder Furanharz imprägniert. Die Imprägnierung ermöglicht eine zusätzliche Abdichtung zur Vermeidung von einem unerwünschten Kontakt und somit einer Reaktion des ersten Mediums mit dem zweiten Medium, höhere Festigkeit der Graphitfolien und verhindert eine unerwünschte Medienaufnahme in die Graphitfolie.
Vorteilhafterweise kann der Wärmeübertrager sowohl aus expandierten Graphitfolien oder synthetischen Graphitfolien oder einer Kombination hieraus bestehen. Beispiels- weise kann der Stapel der Wärmeaustauschelemente (A) abwechselnd expandierte Graphitfolie und synthetische Graphitfolie umfassen.
Im Rahmen dieser Erfindung werden bei einer Kreuzströmung die Ströme der Medien so geführt, dass sich ihre Richtungen kreuzen, bevorzugt senkrecht zueinander verlau- fen.
Vorteil der Kreuzströmung ist die optimale Ausnutzung der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der Graphitfolie in paralleler sowie in senkrechter Richtung bei der Wärmeübertragung von einem ersten Medium auf ein zweites Medium. Somit ist eine kom- pakte Bauweise des Wärmeübertragers möglich.
In der vorliegenden Erfindung verläuft die Strömung (S1 ) des ersten Mediums entlang den parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A) zwischen Abstandshalter (B) (siehe Figur 4). Die Strömung (S2) des zweiten Mediums verläuft entlang von Bohrungen (D), die sowohl durch die Wärmeaustauschelemente (A) als auch durch Abstandshalter (B) verlaufen (siehe Figur 4). Vorteilhafterweise verlaufen diese Bohrungen (D) senkrecht zu der Ebene der parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelemente (A).
Eine bevorzugte Ausführungsform ist eine mäanderförmige Umlenkung der Strömung (S2) des zweiten Mediums an den Bohrungen (D). Mithilfe einer mäanderförmigen Um- lenkung der Strömung kann der Druckverlust sowie die Fließgeschwindigkeiten individuell auf die jeweilige Anwendung eingestellt werden und ermöglicht somit eine optimale Dimensionierung des Wärmeübertrager.
Je kleiner die Bohrung (D), desto höher ist der Druckverlust in der Strömung (S2) des zweiten Mediums. Je größer die Bohrung (D), desto größer ist die
Wärmeübertragerfläche.
Die Wärmeübertragung erfolgt von dem ersten Medium entlang der parallel angeordneten Stapel von Graphitfolie als Wärmeaustauschelemente (A) an das zweite Medium, wobei die Wärme nach außen in der Ebene der Wärmaustauschelemente (A) zu dem durch die Bohrungen (D) strömenden zweiten Medium abgeführt wird.
Erfindungsgemäß sind zwischen den einzelnen parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A) mindestens zwei Abstandshalter (B) platziert, die einen Abstand zwischen den Wärmeaustauschelementen (A) und somit einen Zwischenraum (E) für die Strömung des ersten Mediums bilden. Diese Abstandshalter (B) begrenzen seitlich die Zwischenräume (E) für die Strömung (S1 ) des ersten Mediums. Dadurch wird eine gleichförmige Strömungsgeschwindigkeit des ersten Mediums ohne Druckverlust ermöglicht. Vorteilhafterweise sind zwischen den einzelnen parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A) mindestens zwei Stapel aus Abstandshaltern (B) vorhanden.
Im Rahmen dieser Erfindung wird unter einem Stapel von Abstandshaltern (B) eine An- Ordnung von mindestens zwei Abstandshaltern (B) direkt übereinander verstanden.
Der erfindungsgemäße Abstand zwischen den Wärmeaustauschelementen (A) beträgt bevorzugt 0,3 mm bis 5,0 mm. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand 0,5 mm bis 1 ,5 mm. Ein Abstand kleiner 0,3 mm ist nicht sinnvoll, da dann die Graphitfolie zu schwer handhabbar und der Druckverlust in der Strömung (S1 ) unerwünscht hoch ist. Ein Abstand von größer 5,0 mm ist nicht sinnvoll, da ein gefräster Wärmeübertrager aus einem Graphitblock bei dieser Größe einfacher herzustellen ist als ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager. Erfindungsgemäß ist mindestens eine Bohrung (D) angebracht, die sowohl die Wärmeaustauschelemente (A) als auch die mindestens zwei Abstandshalter (B) durchläuft und somit einen oder mehrere Kanäle für die Strömung (S2) des zweiten Mediums bildet. Durch die erfindungsgemäße mindestens eine Bohrung (D) stehen die Wärmeaustauschelemente (A) und die Abstandshalter (B) in direktem Kontakt zu dem zweiten Medium. Dies ermöglicht den Wärmeübertrag von dem ersten Medium auf das zweite Medium.
Vorteilhafterweise sind die mindestens zwei Abstandshalter (B) an äußeren Rändern der Wärmeaustauschelemente angeordnet. Entsprechend der vorliegenden Erfindung schließen die Abstandshalter (B) seitlich Kante an Kante mit den plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A) ab. Die mindestens zwei Abstandshalter (B) sind an zwei gegenüberliegenenden Seiten zwischen den Wärmeaustauschelementen (A) angebracht.
Die Abstandshalter (B) dienen zudem als Abdichtung zwischen den einzelnen Wärme- austauschelementen (A), wodurch keine zusätzliche Dichtung erforderlich ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind innenliegende Abstandshalter (C) angebracht. Unter innenliegend wird der Bereich zwischen den mindestens zwei Abstandshaltern (B) verstanden. Die innenliegenden Abstandshalter (C) können zwischen den einzelnen Wärmeaustauschelementen (A) angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind die innenliegenden Abstandshalter (C) mittig in diesem Bereich angeordnet. Dadurch wird ein Durchhängen der Wärmeaustauschelemente (A) verhindert und eine gleichmäßige Strömung (S1 ) ermöglicht. Vorteilhafterweise bestehen die innenliegenden Abstandshalter (C) aus Graphitfolien und/oder imprägnierten Graphitfolien.
Die Anzahl an Bohrungen (D), Abstandshaltern (B), Abstandshaltern (C) und
Wärmeauschtauschelementen (A) hängen von der Verwendung ab.
Vorteilhafterweise wird der Wärmeübertrager im Bereich Heizungstechnik als
Gas/Flüssig-Wärmeübertrager eingesetzt.
Die Geometrie des Wärmeübertragers, wie Länge, Breite, Zwischenräume (E) zwischen den Wäremaustauschelementen (A), sowie Anzahl und Position der Bohrungen (D) sind frei anpassbar. Somit weist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager eine hohe Flexibilität im Aufbau auf.
Durch die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit der Graphitfolien (basierend auf expandiertem Graphit bis zu 500 W/m-K, synthetische Graphitfolien bis zu 1500 W/m-K) lässt sich der erfindungsgemäße Wärmeübertrager variabel und höchstkompakt konstruieren. Er kann für ein vielfältiges Anwendungsspektrum eingesetzt werden. Wegen des großen Wirkungsgrades ist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager insbesondere dann von Vorteil, wenn der verfügbare Raum die Aufstellung oder den Einbau eines großvolumigen Wärmeübertragers nicht zulässt. Vorteilhafterweise werden die Wärmeaustauschelemente (A), die Abstandshalter (B) und/oder die Abstandshalter (C) durch Stanzen hergestellt. Die Wärmeaustauschelemente (A), die Abstandshalter (B) und/oder die Abstandshalter (C) lassen sich bei- spielsweise einfach durch mechanisches Ausstanzen oder durch Wasserstrahl- oder Laserschneiden herstellen. Alternativ werden die Wärmeaustauschelemente (A), die Abstandshalter (B) und/oder die Abstandshalter (C) aus expandiertem Graphit end- konturnah gepresst.
Bezugszeichenliste
A Wärmeaustauschelement
B Abstandshalter (am äußeren Rand)
C Abstandshalter (innenliegend)
D Bohrung
E Zwischenraum
51 Strömungsrichtung des ersten Mediums
52 Strömungsrichtung des zweiten Mediums
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung wird durch die Figuren nicht beschränkt. Figur 1 zeigt ein einzelnes plattenförmiges Wärmeaustauschelement (A) mit Bohrungen (D).
Figur 2 zeigt einen Abstandshalter (B) mit Bohrungen (D).
Figur 3 ist eine Explosionszeichnung, die die Anordnung von Wärmeaustauschelementen (A) und Abstandshaltern (B) zeigt.
Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit parallelen, plattenförmi- gen Wärmeaustauschelementen (A) und Abstandshaltern (B).
Figur 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit innenliegenden Abstandshaltern (C). Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit parallelen, plattenförmi- gen Wärmeaustauschelementen (A) und Abstandshaltern (B). Die Strömung (S1 ) des ersten Mediums verläuft entlang den parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A), zwischen den Abstandshaltern (B), wobei die Strömung (S2) des zweiten Mediums senkrecht zur Strömung (S1 ) des ersten Mediums durch die Bohrungen (D) verläuft. Figur 5 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit parallelen, plattenformigen Wärmeaustauschelementen (A), Abstandshaltern (B) am äußeren Rand und innenliegenden Abstandshaltern (C). Die innenliegenden Abstandshalter (C) sind mittig angeordnet. Weiterhin zeigt Figur 5 wie die Bohrungen (D) durch die Wärmeaustauschelemente (A) und Abstandshalter (B) verlaufen und dadurch die Kanäle für die Strömung (S2) des zweiten Mediums bilden. Durch die Abstandshalter (B) und (C) werden Zwischenräume (E) für die Strömung (S1 ) des ersten Mediums gebildet.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei das Ausführungsbeispiel keine Einschränkung der Erfindung darstellt.
Es werden 22 plattenförmige Wärmeaustauschelemente (A) mit jeweils 32 Bohrungen (D) und 40 Abstandshalter (B) mit jeweils 16 Bohrungen (D) bereitgestellt. Zwischen jedem Wärmeaustauschelement (A) sind zwei Abstandshalter (B) am äußeren Rand angeordnet und bilden Zwischenräume (E).
Die parallelen, plattenformigen Wärmeaustauschelemente (A) dienen zum Wärmeüber- trag von einem ersten Medium, nicht gezeigt, z.B. heißes Verbrennungsgas, zu einem zweiten Medium, nicht gezeigt, z.B. Wasser, das als Wärmeträger für Heizungssysteme dient. Ferner (nicht gezeigt) sind eine Boden- und eine Deckplatte sowie Zu- und Ableitungsstutzen für das erste Medium und das zweite Medium vorhanden. Das Verbrennungsgas strömt durch die Zwischenräume (E), die durch die Wärmeaustauschelemente (A) und die Abstandshalter (B) begrenzt sind, und gibt die Wärme über die Wärmemaustauschelemente (A) an das durch die Bohrungen (D) strömende Wasser ab, da das Wasser in direktem Kontakt zu den Wärmeaustauschelementen (A) steht.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmeübertrager, umfassend einen Stapel von parallelen, plattenförmigen Wärmeaustauschelementen (A), zum Wärmeübertrag von einem ersten Medium zu einem zweiten Medium und mindestens zwei Abstandshaltern (B), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschelemente (A) und die mindestens zwei Abstandshalter (B) aus Graphitfolien und/oder imprägnierten Graphitfolien bestehen und die Strömungen des ersten Mediums und des zweiten Mediums als Kreuzströmung angeordnet sind.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschelemente (A) und die mindestens zwei Abstandshalter (B) durch mindestens eine Bohrung (D) in direktem Kontakt zum zweiten Medium stehen.
3 . Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die min- destens zwei Abstandshalter (B) an äußeren Rändern der Wärmeaustauschelemente (A) angeordnet sind.
4. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager innenliegende Abstandshalter (C) aufweist.
5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegenden Abstandshalter (C) aus Graphitfolien und/oder imprägnierten Graphitfolien bestehen .
6. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphitfolie aus expandiertem oder synthetischem Graphit besteht.
7. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager aus expandierten Graphitfolien oder synthetischen Graphitfolien oder einer Kombination hieraus besteht.
8. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschelemente (A),die Abstandshalter (B) und/oder die Abstandshalter (C) durch Stanzen hergestellt werden.
9. Verwendung eines Wärmeübtertragers nach einem der vorangehenden Ansprüche im Bereich Heizungstechnik.
10. Verwendung eines Wärmeübertragers nach Anspruch 9 als Gas/Flüssig- Wärmeübertrager.
PCT/EP2017/051077 2016-01-20 2017-01-19 Neuartiger waermeuebertrager WO2017125490A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108050878A (zh) * 2017-11-27 2018-05-18 浙江兴益风机电器有限公司 一种以石墨烯为基质的热交换器芯片的成份组方及制造工艺

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3208566B1 (de) * 2016-02-22 2019-05-29 Vaillant GmbH Primärwärmetauscher

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3231015A (en) * 1963-05-01 1966-01-25 Babcock & Wilcox Co Graphite-plate heat exchange apparatus
US3363681A (en) * 1967-01-24 1968-01-16 Union Carbide Corp Heat exchanger
DE2406522A1 (de) * 1974-02-12 1975-08-14 Sigri Elektrographit Gmbh Plattenwaermeaustauscher
JPS57155087A (en) * 1981-03-20 1982-09-25 Hitachi Ltd Manufacture of aluminum heat exchanger
US5628363A (en) * 1995-04-13 1997-05-13 Alliedsignal Inc. Composite continuous sheet fin heat exchanger
WO2000031485A1 (en) * 1998-11-25 2000-06-02 Alliedsignal Inc. Counter-flow heat exchanger with integral manifolds and passage

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3231015A (en) * 1963-05-01 1966-01-25 Babcock & Wilcox Co Graphite-plate heat exchange apparatus
US3363681A (en) * 1967-01-24 1968-01-16 Union Carbide Corp Heat exchanger
DE2406522A1 (de) * 1974-02-12 1975-08-14 Sigri Elektrographit Gmbh Plattenwaermeaustauscher
JPS57155087A (en) * 1981-03-20 1982-09-25 Hitachi Ltd Manufacture of aluminum heat exchanger
US5628363A (en) * 1995-04-13 1997-05-13 Alliedsignal Inc. Composite continuous sheet fin heat exchanger
WO2000031485A1 (en) * 1998-11-25 2000-06-02 Alliedsignal Inc. Counter-flow heat exchanger with integral manifolds and passage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108050878A (zh) * 2017-11-27 2018-05-18 浙江兴益风机电器有限公司 一种以石墨烯为基质的热交换器芯片的成份组方及制造工艺

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