DE4333904A1 - Kanalwärmetauscher - Google Patents
KanalwärmetauscherInfo
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- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
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- F28D9/0025—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 being formed by zig-zag bend plates
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Description
Der Kanalwärmetauscher ist ein kompakter Wärmetauscher mit hoher spezifischer
Wärmetauschfläche, der für die verschiedensten Wärmetauschaufgaben zwischen
- - gasförmigen und/oder
- - flüssigen Medien (auch bei verschmutzten Stoffen) und als
- - Verdampfer
- - Kondensator sowie
- - Strömungsreaktor mit exothermen oder endothermen Prozessen
anwendbar ist.
1. Abwärmenutzung
a) Gase
1. Abwärmenutzung
a) Gase
- - in Gebäuden, Werks- und Lagerhallen (Abwärme aus Fortluft)
- - in Trocknungsanlagen (Vorwärmung der Trockenluft)
- - in Bäckereien (Vorheizen der Verbrennungsluft)
- - in Kraftwerken
- - in Abgasbehandlungsanlagen
- - in Wäschetrocknern (Trocknungsluftvorwärmung oder Umluftkühlung-Kondensation)
- - in Ställen (Viehhaltung)
b) Flüssigkeiten
- - in Waschanlagen
- - in Haushaltsgeräten (Waschmaschinen, Geschirrspülautomaten)
2. Klimatisierung
3. Kühlprozesse (Steuerschrankkühlung, Verdunstungskühlung)
4. Kondensation
5. Verdampfung (Filmverdampfer)
6. Kälteanlagen
7. Gas-Durchlauferhitzer, Heizkessel
8. Umformstationen (Warmwasser, Dampf)
9. Fahrzeugindustrie
PKW, LKW, Busse, Eisenbahn- und Straßenbahnwagen, Schiffe, Flugzeuge:
3. Kühlprozesse (Steuerschrankkühlung, Verdunstungskühlung)
4. Kondensation
5. Verdampfung (Filmverdampfer)
6. Kälteanlagen
7. Gas-Durchlauferhitzer, Heizkessel
8. Umformstationen (Warmwasser, Dampf)
9. Fahrzeugindustrie
PKW, LKW, Busse, Eisenbahn- und Straßenbahnwagen, Schiffe, Flugzeuge:
- - Abwärmenutzung und Aufheizung des Fahrgastraumes
- - Klimaanlagen, Kühlanlagen
- - Waschwasservorwärmung für Scheiben- und Scheinwerferwaschwasser
- - Ladeluftkühlung beim Turbolader-Motor
10. Ölkühler
11. Wärmetauschprozesse in der
11. Wärmetauschprozesse in der
- - chemischen Industrie
- - Textilindustrie
- - Milchindustrie
- - Fruchtsaftindustrie
- - Lebensmittelverarbeitung
- - Bei Einsatz von aggressiven, heißen und schlecht abzudichtenden Medien ist der Wärmetauscher als vollkommen dichtungslose Konstruktion möglich.
- - Wärmedehnungen können innerhalb der Konstruktion gut aufgenommen werden.
- - Auf Grund des wesentlich geringeren Raumbedarfs gegenüber herkömmlichen Wärmetauschern bei gleicher Wärmetauschleistung bietet sich der neuartige Wärmetauscher zum Einsatz bei Wärmetauschaufgaben auf engstem Raum an, z. B. im Fahrzeugbau, Gebäudeheizung oder zum Einbau in vorhandene Anlagen unter beengten Verhältnissen.
- - Eine speziell entwickelte Bauform eignet sich für solche Einsatzzwecke, wo das Wärmetauscherpaket (ähnlich wie eine Kassette) aus dem Gehäuse (z. B. zur Reinigung, Reparatur oder zum Austausch) entnommen werden kann, ohne daß die angeflanschten Rohre/Kanäle demontiert werden müssen.
- - Der Wärmetauscher ist für stark verschmutze Medien geeignet, da auf Grund der glatten
Kanäle (ohne Abstandhalter, Noppen, o. ä.) die Verschmutzungsgefahr sehr gering ist.
Trotzdem ist es gut möglich, auch ohne Ausbau des Wärmetauscherpaketes die
Wärmetauschkanäle
- - von außen mechanisch (z. B. mit Bürsten) manuell zu reinigen oder
- - den Wärmetauscher hydraulisch und/oder durch ein Bürstensystem über eine automatische Steuerung während des laufenden Betriebes zu reinigen, auch dann, wenn beide Medien stark verschmutzt sind.
- - Bei betriebsbedingten Schwankungen der Volumenströme oder Temperaturen kann über ein schiebbares Klappen-Schieber-System während des Betriebes die Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsführung (Gängigkeit) und Wärmetauschfläche so variiert werden, daß bei jedem Betriebszustand optimale Strömungs-und Wärmetauschbedingungen eingestellt werden können.
- - Durch einfaches Umstecken eines speziellen Gehäuses ist der gleiche Wärmetauscher
einsetzbar für:
- - die Umluft-Kühlung z. B. mittels Außenluft und
- - Abwärmenutzung zur Aufwärmung von Frischluft
- - Eine weitere Spezialbauform ist geeignet
- - im Winter die Abluftwärme eines Gebäudes zur Frischluftvorwärmung zu nutzen,
- - und im Sommer die Frischluft über indirekte Verdunstungskühlung (ohne Befeuchtung der Frischluft) abzukühlen.
- - Der Wärmetauscher ist so aufgebaut, daß ein baukastenförmiges Aneinanderfügen derart
möglich ist, daß
- - die einzelnen Elemente an den Stirnseiten reihenweise miteinander verbunden werden oder
- - über Eck oder
- - parallel (nebeneinander) miteinander verkoppelt werden können.
- - Das Baukastenprinzip erlaubt so den Einsatz eines 3. Mediums (Wärmeträger) beim Wärmeaustausch mit unverträglichen, explosiblen, giftigen oder hochreinen Stoffen (Lebensmitteln).
- - Weitere Einsatzmöglichkeiten spezieller Bauformen sind
- - als Naturzug-Kühler (freie Konvektion auf 1 Seite)
- - als Tauchwärmetauscher
- - als Gas-Durchlauferhitzer oder
- - in Heizkesseln
- - Die Ausführung ist möglich in:
- - Aluminium
- - Stahl
- - Edelstahl
- - sonstige Metalle
- - Kunststoffe
Bei Wärmetauschern der üblichen Serienfertigung (Plattenwärmetauscher, Spiralwärmetauscher)
bestehen häufig Abdichtprobleme der aneinandergepreßten Platten bzw. des Deckels am
Spiralwärmetauscher wodurch die Anwendbarkeit und der Gebrauchswert stark verringert sind.
Daher wird bei Plattenwärmetauschern mit erheblichem Aufwand eine Verklebung, Verschweißung
oder Verlötung der Platten vorgenommen, wodurch dann allerdings eine mechanische Reinigung
der Strömungsquerschnitte nicht oder nur bedingt möglich ist.
Bei Plattenwärmetauschern werden zur Abstandshalterung Noppen oder Vorsprünge (EP-PS
0055711) eingesetzt, an denen Verschmutzungsteilchen leicht hängen bleiben und dort wiederum
eine mechanische Reinigung schwer oder überhaupt nicht möglich ist. Werden hier glatte Platten
verwendet, ist einesteils auf Grund der fehlenden Distanzstücke ein Verwölben der Platten (bei
unterschiedlichen Drücken der beiden Medien) möglich und andererseits ergeben glatte Platten nur
einen relativ geringen Wärmeübergang (1-dimensionaler Wärmetransport) und eine relativ geringe
Kompaktheit (Wärmetauschfläche pro Raumeinheit).
Zur Erhöhung der Wärmeübergangszahl werden die Wärmetauschplatten unterschiedlich
strukturiert, womit annähernd der Effekt des 2-dimensionalen Wärmetransports erreicht wird,
allerdings mit der Folge, daß auf Grund der hohen Turbulenzen der Druckverlust stark ansteigt.
Eine der Erfindung ähnliche Profilierung (Rechteckprofil) findet man beispielsweise in DE-PS
24 51 225, wo das Profilblech aber als Rippe zwischen 2 Platten liegend benutzt wird
(Rippenwärmetauscher). Beim Übereinanderliegen solcher Rechteckprofilplatten ohne
Zwischenbleche wäre keine gute Auflage an den Profilkanten möglich. Der Materialverbrauch ist bei
solchen Rippenwärmetauschern durch doppelt übereinander liegende Bleche (Zwischenblech +
Rippe) und durch die relativ starkwandigen Zwischenbleche ca. doppelt so hoch wie bei dem
erfindungsgemäßen Kanalwärmetauscher.
In DE-PS 8 54 363 wird eine kanalförmige Strömung zwischen gewellten Profilblechen gezeigt. Die
erfindungsgemäße Profilstruktur ergibt ca. 1/3 mehr Wärmetauschfläche auf gleichem Raum
gegenüber diesem Wellenprofil und 100% mehr Wärmetauschfläche gegenüber herkömmlichen
Plattenwärmetauschern.
Beim Wellenprofil besteht bei größerer Druckdifferenz und bei leichter seitlicher Verschiebung der
einzelnen Platten die Gefahr, daß die Profilbleche teilweise ineinanderrutschen. Die gleiche Gefahr
des Ineinanderrutschens besteht bei dem in DD 2 43 087 dargestellten Trapezprofil, wenn dort bei
dünnen Blechdicken größere Druckdifferenzen auftreten.
Bei einer Kanalströmung vor allem in größer dimensionierten, glatten Kanälen besteht der Nachteil
in einer Verschlechterung des Wärmeübergangs durch die laminare Grenzschicht. Diesem Nachteil
kann erfindungsgemäß durch eine in sich strukturierte Kanalwandung (Turbulenzen,
Spiralströmung) abgeholfen werden.
Das Verschließen der Enden der Strömungskanäle bestehend aus einem hin- und hergewendeten
Blech wird außer in CH-PS 589267 noch in EP-PS 0055711 erwähnt. Dort wird außer dem
Abkanten kein weiterer Hinweis für die konstruktive Ausführung für den Verschluß angegeben. Die
in der dortigen Beschreibung (Anspruch 14) angeführte entgegengesetzte Kantung der beiden
Kanten (20), die sich in 2 Richtungen weg vom Scheitel (18) erstrecken, ergibt mit dem in
Anspruch 12 beschriebenen sägezahnartigen Streifen (Fig. 1) an den Stirnkanten besonders an den
Punkten (16) und (18) keine exakte Abdichtung. Die Ausformung und Abkantung von Stirnseiten-
Streifen wird nirgend erwähnt. In DE-PS 1 11 221 wird ein Verfahren zur Abdichtung der
Stirnseiten beschrieben, wobei die Stirnkanten (dort "Längsränder" genannt) zweier benachbarter
Blechtafeln zueinander gebogen und miteinander verschweißt sind. Das Schweißen aller
Stirnseitenkanten eines Wärmetauschers bei einer Serienfertigung bedeutet einen recht zeit- und
arbeitsaufwendigen oder teuren (Roboter) Arbeitsschritt.
Bei der spitzwinkligen Gestaltung der Stirnseiten erfolgt nach DE-PS 24 51 225 die Einströmung
nicht im rechten Winkel zur Stirnseitenkante, wodurch eine ungleichmäßige Ausbildung der
Strömungsverhältnisse im Strömungsprofil zu befürchten ist. Hier werden erfindungsgemäß
Leitbleche verwendet, die eine gleichmäßige Verteilung des Stoffstromes im Strömungsprofil
gewährleisten.
Die in EP 0040 890 gezeigte Lösung mit Dichtleisten zwischen den Platten bedeutet einen hohen
Aufwand beim Einkleben der Leisten zum stirnseitigen und seitlichen Abdichten.
Zur Abschirmung der beiden Medien im Einströmbereich zwischen Wärmetauscherkern und
Gehäuse wird in DE-PS 1 11 221 eine aufwendige Konstruktion vorgeschlagen, die für
Serienprodukte in der Fertigung keine günstige Lösung bietet. Das Wärmetauscherpaket sollte
durch wenige Handgriffe leicht aus dem Gehäuse herausnehmbar sein, was z. B. für die schnelle
Reinigung (Tauchbad, Dampf- oder Luftstrahl) erforderlich ist. Hier bietet die in DE-PS 24 51 225
angegebene Konstruktion auf Grund der Gestaltung von Rahmenflansch (4, 5, 6) mit Mittelsteg
(13, 14) keine Möglichkeit, das Wärmetauscherpaket bzw. die einzelnen Platten zur Reinigung oder
Reparatur herauszunehmen. Die Gehäusekonstruktion in DE-PS 11 11 221 besteht aus Gehäuse und
Deckel. Günstiger wäre für eine große Serienfertigung, 2 gleichgestaltete Hälften zu verwenden,
woraus eine billige Fertigung des Gehäuses z. B. als Gußteil resultiert.
In EP 0161 396 ist ein Rippenwärmetauscher mit trapezförmigen, ebenen Wärmetauscherplatten
gezeigt (dort Fig. 10). Mit dieser Bauform sind die in der dortigen Fig .9 gezeigten Strömungswege
möglich, die in allen Variationen eine Strömungsumlenkung um 90° darstellen, was sich nachteilig
auf den Druckverlust auswirkt und auch für einen Wärmetausch mit freier Konvektion ungünstig
ist. Zwischen den Platten strömt ein und dasselbe Medium, so daß die Wärmetauschrippen
beidseitig vom gleichen Medium umspült werden. Ein direkter Wärmetausch ist damit nicht
realisierbar, nur ein indirekter Wärmetausch über Wärmeleitung von den Deckplatten her ist
möglich. Um einen guten Kontakt zwischen Deckplatte und Rippe zu erzeugen, ist eine
Fügeverbindung (Schweißen, Löten) erforderlich; Dieser Arbeitsschritt kann beim
Kanalwärmetauscher entfallen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß gegenüber bekannten technischen Lösungen bei dem
erfindungsgemäßen Kanalwärmetauscher die Druckstabilität (Auflage an den Profilkanten), der
Materialaufwand, der Wärmeübergang (in sich strukturierte Wandung), die Strömungsführung, die
mechanische und hydraulische Reinigungsmöglichkeit, die Variation der Strömungsführung
während des Betriebes, die Abdichtung, die Kassettenbauform, die baukastenähnliche
Zusammenschaltung und Variationsbreite zunächst jede für sich als Detaillösung verbessert werden
und durch die Vereinigung all dieser Vorteile in einer Konstruktion ein neues, qualitativ
höherwertiges Produkt entsteht.
Mit der Erfindung der Kanalstruktur, bestehend aus:
- - spitzwinkligen Trapezkegeln und den daraus entwickelten Wärmetauscher-Bauformen werden folgende Vorteile erzielt:
a) gegenüber Plattenwärmetauschern auf das doppelte und
b) gegenüber Wellenprofil auf das 1,3fache.
b) gegenüber Wellenprofil auf das 1,3fache.
2) Reduzierung des Materialverbrauchs gegenüber Rippenwärmetauschern mit Rechteckprofil
um ca. 50%.
Realisierung eines 2-dimensionalen Wärmetransports in einem nahezu quadratischen Kanal,
in dem das eine Medium von allen 4 Seiten von dem zweiten Medium umspült wird; die
Anordnung der Kanäle ergibt im Strömungsquerschnitt ein "Schachbrettmuster".
Erzielung eines hohen Wärmeübergangs innerhalb der nahezu quadratischen Kanäle
- a) mit glatten Wandungen (siehe Pkt. 3)
- b) mit in sich strukturierten Wandungen zur Erzeugung von Turbulenzen (Fig. 3b und 3e) oder Spiralströmungen (einfache Spirale Fig. 3c, doppelte Spiralströmung - Fig. 3d)
Bekanntlich erhöht sich der Wärmeübergang im laminaren Bereich in der Anströmphase -
vorteilhaft ist also eine immer wieder unterbrochene Strömung.
Immer wiederkehrende Anlaufvorgänge im Kanal des Kanalwärmetauschers lassen sich
einfach dadurch erreichen, daß in bestimmten Abständen die Kanalströmung auf einer
kurzen Länge in einen flachen Kanal (64) zwischen 2 ebenen Platten (wie beim
Plattenwärmetauscher) übergeht und von dort die Strömung erneut in die Kanäle verteilt
wird.
6) Minimierung des Druckverlustes insbesondere bei glatten Kanalwandungen bei gleichzeitig
hohem Wärmeübergang durch den 2-dimensionalen Wärmetransport in den glatten Kanälen
ohne Zuhilfenahme turbulenzerzeugender Mittel.
Erreichung eines geringen Druckverlusts durch stirnseitiges Ein- und Ausströmen (44, 45, 46, 47)
beider Medien gegenüber bekannten Bau formen für Plattenwärmetauscher, bei denen der Ein- und
Austritt eines Mediums häufig über Eck (90° Winkel) erfolgt.
Hohe Druckstabilität und Formbeständigkeit der Kanäle
- a) durch das Aufliegen der Trapezkanten (2) auf den Oberseiten der darunterliegenden Trapezkegel und
- b) durch das Umschließen des Wärmetauscherpaketes (relativ dünnwandiges Blech) mit einem druckstabilen Gehäuse (77).
9) Materialeinsparung durch Einsatz dünner Bleche, die auf Grund ihrer Profilform ähnlich der
Sandwichbauweise eine stabile Profilform ergeben.
Das Profil geht an beiden Stirnseiten, also dort wo Ein- und Austritt der Medien erfolgt, in
eine ebene Platte (64) über. Somit wird ein Kanalverteiler gebildet, der das Medium von
einem flachen, ebenen Kanal in die einzelnen Kanäle zweier Strömungsebenen verteilt.
Analog dazu wird am Austritt die Strömung aus den einzelnen Kanälen in einem flachen
ebenen Kanal zusammengeführt.
Das Wärmetauscherpaket kann ähnlich einer Kassette in das druckfeste Gehäuse
eingeschoben und entnommen werden. Die Gehäuseteile können mit wenigen Handgriffen z. B.
mittels eines Kniehebel-Schnellverschlusses (oder auch mit Flanschen) zusammengespannt
werden. Durch die Gestaltung ist ein leichtes Herausnehmen für Reinigung (Spülen oder
Ausblasen), Kontrolle, Reparatur oder Austausch des Paketes möglich.
Das Wärmetauscherpaket kann außerdem durch eine Fügeverbindung (78) (Schweißen,
Löten, Kleben) mit dem Gehäuse fest verbunden werden. Größere Wärmespannungen
können dabei über eine Dehnfalte (53) im Gehäuse abgebaut werden.
Eine sehr gute hydraulische und vor allem mechanische Reinigung ist durch die Gestaltung
der Profilstruktur in Form paraller, glatter Kanäle (ohne Einbauten), die von der Stirnseite
gut erreichbar sind, möglich.
Eine Spezialbauform ermöglicht die mechanische (Bürsten-)Reinigung während des laufenden
Betriebes. Die Bürsten (9) können z. B. über Teleskoparme (10) nacheinander, zeitlich
versetzt ausgefahren werden.
15) Hierbei ist es außerdem möglich, von innen heraus die Bürsten zu reinigen. Weiterhin
besteht die Möglichkeit, über ein teleskopartig herausfahrbares Rohr über Düsen die
Wärmetauscherwandung ähnlich wie bei der Hochdruckreinigung zu säubern, oder über
Rußbläser oder mittels Dampf von den Stirnseiten her die Wärmetauscherwandungen zu
reinigen.
Eignung des Wärmetauschers für verschmutzte Medien (auf beiden Seiten) durch die unter
Pkt. 13 bis 15 beschriebenen mechanischen Reinigungsmethoden, aber auch durch die
Möglichkeit der hydraulischen Reinigung durch die Variationsmöglichkeit der
Strömungsführung durch Absperrarmaturen (Klappen, Schieber, Hähne) (11, 12, 13, 75)
auch während des laufenden Betriebes. Entsprechend den Erfordernissen kann somit die zur
hydraulischen Reinigung erforderliche Strömungsgeschwindigkeit nahezu beliebig erhöht
werden.
Bei betriebsbedingten Schwankungen der Volumenströme oder Temperaturen kann über
Absperrorgane (11, 12, 13, 75) auch während des laufendes Betriebes die Strömungs
geschwindigkeit, Strömungsführung (Gängigkeit, Gegen- oder Gleichstrom) und
Wärmetauschfläche so variiert werden, daß bei jedem Betriebszustand optimale Strömungs-
und Wärmetauschbedingungen eingestellt werden können.
18) Durch das Hin- und Herfalten des Profilblechstreifens und einfaches Abdichten des
formschlüssigen Stirnseitenverschlusses entsteht ein dichtungsloses Wärmetauscherpaket, bei
dem die bei Plattenwärmetauschern aufwendige Abdichtung, Verklebung, Lötung oder
Verschweißung zwischen den Platten wegfällt.
Um eine einfache und kostengünstige Fertigung des Gehäuses z. B. als Gußteil (Kunststoff,
Stahl o. ä.) zu ermöglichen, besteht das Gehäuse aus 1, 2 oder 4 gleichen Teilen. Die
Bauform mit spitzwinkligen Stirnseiten ist in Fig. 6 und 12 und mit rechtwinkligen
Stirnseiten in Fig. 7 dargestellt.
Zur Abdichtung des Gehäuses gegen das Wärmetauscherpaket bei seitlichem Ein- und Austritt
ist das Gehäuse so aufgebaut, daß die Längsseiten und Stirnseiten jeweils zusammengespannt
und abgedichtet werden können.
Zur Gewährleistung einer ungehinderten Wärmedehnung ist das Gehäuse an der
Kontaktfläche mit der Stirnseite des Wärmetauscherpaketes mit einer (Weichstoff)Dichtung
(18, 25, 35) versehen. Für die Bauform mit rechtwinkligen Stirnseiten ist das Gehäuse
außerdem an den Längsseiten (23) abgedichtet, vorrangig jedoch im Bereich der seitlichen
Einströmöffnung (24).
Die dargestellte Bauform kann mit 2 seitlichen Öffnungen ausgeführt werden. Bei einer
Ausführung mit 4 seitlichen Öffnungen ist eine größere Variationsvielfalt (siehe Fig. 7a bis c)
bei der Verschaltung möglich. Nicht benutzte Öffnungen werden mit einem Deckel (26)
verschlossen. Der Verschluß ist so ausgeführt, daß damit gleichzeitig die Gehäuseviertel
zusammengespannt werden können.
In Nähe der Stirnseiten der Gehäusehälften sind Erhebungen (28) oder andere Vorrichtungen
oder funktionale Formen vorgesehen, die ein Zusammenkoppeln zweier Gehäuseteile oder ein
Verkoppeln des Wärmetauschers mit weiteren Wärmetauschern in einer Reihe oder mit
Deckeln, Rohrleitungen oder Übergangsstücken ermöglichen, z. B. mit
Kniehebelverschlüssen oder mit Rahmenflanschen, falls erforderlich mit Faltenbalg (70) (Fig.
6b).
Zur gleichmäßigen Verteilung der Strömung über den gesamten Strömungsquerschnitt wird
der Einströmkanal im rechten Winkel zur Stirnseite, in die das Medium in den
Wärmetauscher eintritt, angeordnet.
Zur gleichmäßigen Verteilung der Strömung über den gesamten Strömungsquerschnitt
werden Leitbleche am Gehäuse in der Nähe des Stoffeintritts angebracht.
Zur Vermeidung von Kurzschlußströmungen wird der Wärmetauscher diagonal durchströmt
(Fig. 6a) bei zwingenden Vorgaben ist aber auch eine einseitige Durchströmung möglich,
wobei dann durch Einbau von Leitblechen ein einseitiger Kurzschluß unterbunden wird.
Eine weitere Bauform zeichnet sich durch eine vorteilhafte Herstellung aus, wobei die
stirnseitigen Streifen vollkommen entfallen können. Die Abdichtung an den Stirnseiten
erfolgt durch angepreßte Deckel (34), die mit einer (Weichstoff)-Dichtung (35) oder einer
weichen (Knet)Masse versehen sind.
Diese Bauform ermöglicht das Herausnehmen des Wärmetauscherpaketes aus dem Gehäuse,
ohne daß Rohrleitungen bzw. Kanäle, die mit dem Wärmetauscher verbunden sind,
demontiert werden müssen.
An der Wärmetauscherbauform mit V-förmiger Stirnseite kann durch einen Deckel (37) mit
V-förmigen Abdichtelementen (38, 39) der gleiche Effekt erreicht werden. Zur
gleichmäßigen Strömungsverteilung und Minderung des Druckverlusts können hier
Leitbleche (42) vorgesehen werden, die samt Deckel (37, 38) abnehmbar sind.
Eine spezielle Bauform ermöglicht durch einfaches Umstecken der Gehäuseteile die
Umwandlung eines Wärmetauschers von z. B.
- a) einem Umluft-Kühler (Umluft wird mit Außenluft gekühlt) in einen
- b) Wärmetauscher zur Abwärmenutzung (Frischluft wird mit warmer Abluft vorgewärmt).
Eine weitere Bauform kann in zweifacher Weise verwendet werden (ohne Umbau-
Maßnahmen):
- a) im Winter wird die Abluftwärme eines Gebäudes zur Frischluftvorwärmung genutzt und
- b) im Sommer wird die warme Frischluft über indirekte Verdunstungskühlung (im Wärmetauscher integriert) abgekühlt, wobei die Kühlwirkung der kühlen Abluft durch eingespritztes Wasser erhöht wird (Wasser verdunstet). Diese Bauform kann auch ausschließlich als Kühler eingesetzt werden.
Bei beidseitigem Verschluß der Stirnseiten (29) für Medium A wird ein Seitenteil (72) mit
einem Zuführkanal (73) und einem Ableitkanal (74) seitlich an das Wärmetauscherpaket
angesetzt. Damit kann Medium B an den Stirnseiten in unveränderter Strömungsrichtung
(wie die Kanalströmung) ein- und austreten.
Diese Bauform eignet sich daher gut für einen Wärmeaustausch mit freier Konvektion für
Medium B, z. B. bei der Kühlung von Steuerschränken durch thermisch aufsteigende
Außenluft oder als Tauchwärmetauscher. Außerdem kann diese Bauform für Gas-
Durchlauferhitzer oder Heizkessel verwendet werden.
Die Veränderung der Strömungsführung (Veränderung der Gangzahl) und der
Strömungsgeschwindigkeit für Medium A ist durch Absperrmittel (13), z. B. Klappen,
Schieber oder Hähne möglich, die im Zuführ- und Ableitkanal angeordnet werden können.
Die Absperrmittel (13, 75) (Fig. 22, 23) können bei laufendem Betrieb mechanisch oder
magnetisch verstellt werden oder in Ruhestellung (am Ende des Zuführ-/Ableitkanals)
gebracht werden.
Auf diese Weise kann über die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Strömungsführung der
Wärmeübergang bei laufendem Betrieb gezielt gesteuert werden oder
Reservewärmetauscherfläche hinzugeschaltet oder abgeriegelt werden.
Es ist außerdem möglich, diese Steuerung für beide Medien anzuwenden (Fig. 22).
33) Außerdem kann über diese Absperrmittel kurzzeitig die Strömungsgeschwindigkeit rapide
gesteigert werden, wodurch eine hydraulische Reinigung ermöglicht wird.
34) Bei Einsatz der im Pkt. 31 beschriebenen Bauform als Naturzug-Kühler, z. B. für
Steuerschränke, kann auf der Kühlluftseite (freie Konvektion) der Ventilator entfallen, der bei
Freiluftaufstellung der Witterung und Verschmutzung ausgesetzt wäre und damit ein
Störungsfaktor für die Steuerschrankkühlung ausgeschaltet wird.
35) Zur Erhöhung der Kühlleistung solcher Steuerschrankkühler kann die Kühlluftseite mit
Wasser (z. B. gespeichertes Regenwasser) bei Bedarf (Temperaturregelung) berieselt werden
(Verdunstungskühlung), ohne daß die Umluftseite befeuchtet wird. Diese Ausführung ist vor
allem bei der Aufstellung im freien Gelände (ohne Wasseranschluß) vorteilhaft.
Diese Figur zeigt verschiedene Kombinationsmöglichkeiten des Wärmetauschers mit
Ventilatoren in 1 Gehäuse.
37) In Fig. 26k ist eine Bauform dargestellt, bei der 2 Ventilator-Räder auf 1 Welle (76)
montiert, von 1 Motor angetrieben sind.
Fig. 15, 16 zeigt Bauformen, bei denen die Medien aus unterschiedlichen Richtungen bei
geringem Druckverlust in den Wärmetauscher ein- und ausströmen können. Es können
Leitelemente (79, 80) vorgesehen werden, die seitlich und stirnseitig wechselweise einsetzbar
sind (Fig. 16i, K).
Zur gleichmäßigen Verteilung der Strömung über das Strömungsprofil können Leitbleche
(40, 42, 51) in das Gehäuse eingefügt werden.
Die Leitbleche (42, 1) können aus dem Gehäuse herausgenommen und wechselseitig je nach
Einströmrichtung wieder in das Gehäuse eingeschoben werden.
Zur praktikablen und einfachen Kopplung der Wärmetauscher in Reihe oder über Eck (Fig.
18) ist ein wechselseitig einsetzbarer Verschlußdeckel (26, 27, 41) oder ein drehbarer
Verschlußdeckel (81) entwickelt worden.
In Fig. 18 werden Möglichkeiten der baukastenförmigen Verschaltung mehrerer
Wärmetauscher gezeigt. Ebenso ist es möglich, die verschiedenen Bauformen (mit
Verstellklappe - Fig. 21, 22, 23; mit Verdunstungskühlung - Fig. 19, 20, mit automatischer
Reinigung - Fig. 24, 25 und mit integriertem Ventilator Fig. 26) miteinander oder
untereinander zu kombinieren.
Bei einer speziellen Form der baukastenförmigen Zusammenschaltung von Wärmetauschern
kann über ein drittes Medium (Wärmeträger C und D) der Wärmetausch (Kühlung oder
Erwärmung) vorgenommen werden. Dieses Prinzip kann z. B. angewendet werden, wenn der
Wärmetausch zwischen Medien vorgenommen werden soll:
- a) die miteinander nicht verträglich sind, z. B. wenn sich bei evtl. Undichtigkeiten explosible Verbindungen bilden könnten oder
- b) wenn einer der beiden Stoffe giftig oder stark umweltschädigend ist oder
- c) absolute Reinheit gefordert ist, z. B. für Analysen oder in der Lebensmittelbranche.
Bezugszeichenliste
1 Trapezkegel (ϕ = spitzer Winkel am Trapezkegel)
2 Auflagefläche der übereinanderliegenden Trapezkegel-Profile
3 flacher, ebener Kanal → Kanalverteiler
4 Strömungskanal
5 Strömungskanal
6 Strömungskanal
7 Strömungskanal
8 flacher, ebener Kanal → Kanalsammler
9 Bürstenreihe
10 Teleskoparm
11 Absperrarmatur (z. B. Klappe, Schieber, Hahn)
12 Absperrarmatur (z. B. Klappe, Schieber, Hahn)
13 Absperrarmatur (z. B. Klappe, Schieber, Hahn)
14 Wärmetauscher-Paket
15 Gehäusehälfte
16 Gehäusehälfte
17 Kniehebel-Schnellverschluß
18 Abdichtung an den Stirnseiten
19a Gehäuse-Viertel
19b Gehäuse-Viertel
20a Gehäuse-Viertel
20b Gehäuse-Viertel
21 Seitliche Gehäuse-Öffnung
22 Längsteilung einer Gehäusehälfte
23 Abdichtung an den Längsseiten des Gehäuses
24 Abdichtung an der Seitenöffnung
25 Abdichtung an der Stirnseite
26 Seitlicher Deckel
27 Stirnseitiger Deckel
28 Erhebung zum Zusammenkoppeln von Gehäuseteilen und Anschlußstücken
29 Stirnseitenverschluß (Stirnseitenstreifen)
30 Seitenteil mit oder ohne Einströmöffnung(en)
31 Seitenteil mit oder ohne Einströmöffnung(en)
32 stirnseitiger Deckel mit oder ohne Einströmöffnung
33 stirnseitiger Deckel mit oder ohne Einströmöffnung
34 stirnseitiger Deckel
35 großflächige Dichtung am Stirnseitendeckel oder weiche Dichtungsmasse (Kitt)
36 a Seitenteil glatt
36b Seitenteil profiliert
37 stirnseitiger Deckel (oder brillenartiger Rahmen) mit einem V-förmigen Abdichtelement und Leitblechen
38 V-förmiges Abdichtelement
39 (Weich-)Dichtung
40 Leitbleche
41 Verschlußdeckel mit oder ohne Leitblechen (42)
42 Leitbleche
43 gekrümmte Kanäle
44 Eintrittsöffnung
45 Austrittsöffnung
46 Eintrittsöffnung
47 Austrittsöffnung
48 spitze Stirnseite
49 diagonale Durchströmung
50 diagonale Trennwände
51 Leitblech
52 Leitblech
53 Dehnfalte am Gehäuseumfang
54 Kälte- oder Wärmeträgermedium
55 Kälte- oder Wärmeträgermedium
56 zu kühlendes Medium A
57 Kühlgas B mit Flüssigkeits-Eindüsung
58 eingedüste Flüssigkeit
59 Filmströmung
60 Tropfenabscheider
61 Struktur in Kanalwandung zur Turbulenzerzeugung
62 Struktur in Kanalwandung zur Erzeugung einer Spiralströmung
63 Struktur in Kanalwandung zur Erzeugung einer doppelspiraligen Strömung
64 flacher Blechabschnitt
65 Längs zur Strömungsrichtung gefalteter Streifen
66 Öffnungen an den Seitenteilen für seitlich ein- oder austretende Stoffströme
67 teilweise ausgesparte Öffnung am Seitenteil für seitlich ein- oder austretenden Stoffstrom
68 Scharnier
69 glatte Stirnseite
70 Flansch mit Faltenbalg
71 abnehmbares Seitenteil
72 Seitenteil mit Zu- und Ableitkanal
73 Zuleitkanal
74 Ableitkanal
75 Absperrklappe
76 2 Ventilatoren auf 1 gemeinsamen Welle
77 druckstabiles Gehäuse
78 Fügeverbindung
79 Leitelement
80 Leitelement
81 drehbarer Verschlußdeckel
82 seitlicher und höhenmäßiger Versatz im Kanal
A Kühl- oder Heizmedium 1, z. B. Kühlwasser oder Heißwasser (niedriger Temperaturgradient)
B Produkt
C= Kälte- oder Wärmeträgermedium 1
D Kälte- oder Wärmeträgermedium 2
E Kühl- oder Heizmedium 2, z. B. Kühlsole oder Dampf (höherer Temperaturgradient)
→ kühler Volumenstrom
⇒ warmer Volumenstrom
2 Auflagefläche der übereinanderliegenden Trapezkegel-Profile
3 flacher, ebener Kanal → Kanalverteiler
4 Strömungskanal
5 Strömungskanal
6 Strömungskanal
7 Strömungskanal
8 flacher, ebener Kanal → Kanalsammler
9 Bürstenreihe
10 Teleskoparm
11 Absperrarmatur (z. B. Klappe, Schieber, Hahn)
12 Absperrarmatur (z. B. Klappe, Schieber, Hahn)
13 Absperrarmatur (z. B. Klappe, Schieber, Hahn)
14 Wärmetauscher-Paket
15 Gehäusehälfte
16 Gehäusehälfte
17 Kniehebel-Schnellverschluß
18 Abdichtung an den Stirnseiten
19a Gehäuse-Viertel
19b Gehäuse-Viertel
20a Gehäuse-Viertel
20b Gehäuse-Viertel
21 Seitliche Gehäuse-Öffnung
22 Längsteilung einer Gehäusehälfte
23 Abdichtung an den Längsseiten des Gehäuses
24 Abdichtung an der Seitenöffnung
25 Abdichtung an der Stirnseite
26 Seitlicher Deckel
27 Stirnseitiger Deckel
28 Erhebung zum Zusammenkoppeln von Gehäuseteilen und Anschlußstücken
29 Stirnseitenverschluß (Stirnseitenstreifen)
30 Seitenteil mit oder ohne Einströmöffnung(en)
31 Seitenteil mit oder ohne Einströmöffnung(en)
32 stirnseitiger Deckel mit oder ohne Einströmöffnung
33 stirnseitiger Deckel mit oder ohne Einströmöffnung
34 stirnseitiger Deckel
35 großflächige Dichtung am Stirnseitendeckel oder weiche Dichtungsmasse (Kitt)
36 a Seitenteil glatt
36b Seitenteil profiliert
37 stirnseitiger Deckel (oder brillenartiger Rahmen) mit einem V-förmigen Abdichtelement und Leitblechen
38 V-förmiges Abdichtelement
39 (Weich-)Dichtung
40 Leitbleche
41 Verschlußdeckel mit oder ohne Leitblechen (42)
42 Leitbleche
43 gekrümmte Kanäle
44 Eintrittsöffnung
45 Austrittsöffnung
46 Eintrittsöffnung
47 Austrittsöffnung
48 spitze Stirnseite
49 diagonale Durchströmung
50 diagonale Trennwände
51 Leitblech
52 Leitblech
53 Dehnfalte am Gehäuseumfang
54 Kälte- oder Wärmeträgermedium
55 Kälte- oder Wärmeträgermedium
56 zu kühlendes Medium A
57 Kühlgas B mit Flüssigkeits-Eindüsung
58 eingedüste Flüssigkeit
59 Filmströmung
60 Tropfenabscheider
61 Struktur in Kanalwandung zur Turbulenzerzeugung
62 Struktur in Kanalwandung zur Erzeugung einer Spiralströmung
63 Struktur in Kanalwandung zur Erzeugung einer doppelspiraligen Strömung
64 flacher Blechabschnitt
65 Längs zur Strömungsrichtung gefalteter Streifen
66 Öffnungen an den Seitenteilen für seitlich ein- oder austretende Stoffströme
67 teilweise ausgesparte Öffnung am Seitenteil für seitlich ein- oder austretenden Stoffstrom
68 Scharnier
69 glatte Stirnseite
70 Flansch mit Faltenbalg
71 abnehmbares Seitenteil
72 Seitenteil mit Zu- und Ableitkanal
73 Zuleitkanal
74 Ableitkanal
75 Absperrklappe
76 2 Ventilatoren auf 1 gemeinsamen Welle
77 druckstabiles Gehäuse
78 Fügeverbindung
79 Leitelement
80 Leitelement
81 drehbarer Verschlußdeckel
82 seitlicher und höhenmäßiger Versatz im Kanal
A Kühl- oder Heizmedium 1, z. B. Kühlwasser oder Heißwasser (niedriger Temperaturgradient)
B Produkt
C= Kälte- oder Wärmeträgermedium 1
D Kälte- oder Wärmeträgermedium 2
E Kühl- oder Heizmedium 2, z. B. Kühlsole oder Dampf (höherer Temperaturgradient)
→ kühler Volumenstrom
⇒ warmer Volumenstrom
Claims (31)
1. Wärmetauscher aus Blech (Aluminium, Stahl, Edelstahl, o. ä.) oder Kunststoff, bestehend aus
einzelnen Profil-Tafeln oder vorzugsweise aus einem quer zur Strömungsrichtung, hin- und
hergewendeten und s-förmig übereinander gelegten Profilstreifen mit Trapezprofil, wobei die
Strömung längs der Profilierung parallel zu den Profilkanten in den Kanälen geführt wird,
gekennzeichnet durch das Profil, bestehend aus Trapezkegeln (1) mit spitzem Winkel ϕ
(überhöhtes Trapezprofil), wobei beim Übereinanderliegen solcher Trapezprofilplatten die
untenliegenden beiden Kanten eines jeden Trapezkegels sich auf der Oberseite des
darunterliegenden Trapezkegels derart abstützen, daß die Druckkräfte an den Auflageflächen
(2) aufgenommen werden und somit eine druckstabile Konstruktion entsteht, wobei sich die
Druckkräfte auf diese Auflagefläche längs über die gesamte Profillänge verteilen, wodurch
stabile Strömungskanäle mit einem definierten Strömungsquerschnitt entstehen und für
derartige Profil-Konstruktionen vorteilhafterweise dünne Bleche in Anlehnung an
Sandwichbauformen verwendet werden können, woraus ein geringer Materialverbrauch und
guter Wärmedurchgang resultieren.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwandungen des
Trapezprofils in sich derart strukturiert (61 bis 63) sind, daß
- a) Turbulenzen und/oder
- b) eine spiralförmige oder doppelspiralige Strömung erzeugt werden oder
- c) durch seitliche und/oder höhenmäßige Versetzungen (82) im Kanal Turbulenzen entstehen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil an beiden
Stirnseiten in eine ebene Platte übergeht, wodurch ein Kanalverteiler gebildet wird, der das
Medium von einem flachen, ebenen Kanal (3) in die einzelnen Kanäle (4 und 5) zweier
Strömungsebenen verteilt.
Analog dazu wird am Austritt die Strömung aus den einzelnen Kanälen (6 und 7) in einem flachen, ebenen Kanal (8) zusammengeführt.
Analog dazu wird am Austritt die Strömung aus den einzelnen Kanälen (6 und 7) in einem flachen, ebenen Kanal (8) zusammengeführt.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß immer wiederkehrende
Anströmvorgänge in die Kanäle dadurch erzeugt werden, indem das Profilblech in
bestimmten Abständen in Strömungsrichtung gesehen auf einer kurzen Länge in eine ebene
Platte (64) übergeht, wobei dieser flache Abschnitt eine turbulenzerzeugende Verprägung
erhalten kann.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, oder aus glatten Tafeln, oder aus strukturierten oder
profilierten Tafeln bestehend, wobei die Tafeln aus einem s-förmigen übereinandergelegten
fortlaufenden (Profil-)Streifen entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß der fortlaufende
Streifen in Strömungsrichtung s-förmig übereinander gelegt (65) ist, also längs der
Strömungsrichtung gefaltet wird.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 5 oder Plattenwärmetauscher, bestehend aus einem s-
förmig hin- und hergewendeten Streifen, dadurch gekennzeichnet, daß an das
Wärmetauscherpaket (14) zur zusätzlichen seitlichen Abdichtung an einer oder beiden Seiten
ein Seitenteil (36) angebracht und dicht angefügt wird, das glatt (36a) oder vorrangig
profiliert (36b) ist, so daß es in die seitlich offenen Kanäle etwas eingeschoben werden kann,
wodurch gleichzeitig eine stabilisierende Wirkung des Wärmetauscherpaketes erreicht wird,
wobei die Seitenteile an einem oder an beiden Enden ausgesparte Öffnungen (66, 67) für
seitlich ein- oder austretende Stoffströme haben können.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 6 mit glatten (69) oder spitzen (V-förmigen) (48)
Stirnseiten, dadurch gekennzeichnet, daß die parallen, glatten oder leicht strukturierten
Kanäle von mindestens 1 Stirnseite aus mit einer mechanischen oder hydraulischen Methode,
z. B. durch Bürsten oder durch einen Dampf-, oder Wasser-, oder Luftstrahl gereinigt werden
können, wozu die Kanäle von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite glatt durchlaufen und die
Stirnseiten mit einem Gehäusedeckel verschließbar sind, wobei bei der Bauform mit spitzen
Stirnseiten (48) und diagonaler Durchströmung (49) die Reinigung der Kanäle jeweils von
der Eintrittsseite und Austrittsseite erfolgt, so daß jeweils die eine Hälfte aller Kanäle von der
Seite der Eintrittsöffnungen (44, 46) aus und die restliche Hälfte der Kanäle von der Seite der
Austrittsöffnungen (45, 47) aus erreichbar ist.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 7 oder Plattenwärmetauscher mit ebenen oder leicht
strukturierten Wandungen, jeweils mit glatten (69) oder spitzen (V-förmigen) (48)
Stirnseiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher auf einer (oder zwei)
Medienseite(n) mit einer mechanischen Reinigungsmethode (z. B. Bürsten) während des
laufenden Betriebes gesäubert werden kann, wozu die Bürstenreihen (9) bevorzugt zeitlich
versetzt arbeiten und ein gesamter Reinigungszyklus z. B. über eine Druckdifferenz- oder
Temperaturmessung angesteuert werden kann, wobei die Bürsten aus Platzgründen
vorteilhafterweise über einen Teleskoparm (10) ausgefahren werden, in den ein ausfahrbares
Spülrohr, mit Düsen oder anderen Wasseraustrittsöffnungen versehen, integriert sein kann,
wodurch zusätzlich eine hydraulische Reinigung der Borsten und der Wärmetauscher-
Wandung möglich ist oder eine Abreinigung allein durch den Wasserstrahl erreicht wird
(ohne Borsten), wobei das Wärmetauscherpaket aus dem Gehäuse ohne Demotage von An
schlußrohren oder Bürstensystem über ein abnehmbares Seitenteil (71) entnommen werden
kann.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 7 und als Möglichkeit auch gemäß Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß eine hydraulische Reinigung separat oder im Zusammenwirken mit einer
mechanischen Reinigung so bewirkt wird, in dem über Absperrarmaturen (11 und 12) (z. B.
Klappen, Schieber oder Hähne) durch Umlenkung der Strömung die
Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird und damit Schmutzteilchen abgespült werden oder
eine hydraulische Abreinigung bei der mechanischen Reinigung allein schon dadurch
entsteht, in dem Kanäle während des Bürstens nicht durchströmt werden und der umgelenkte
Volumenstrom durch die freibleibenden Kanäle schießt.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Plattenenden
an den Stirnseiten entweder einen glatten (69) oder spitzen (V-förmigen) (48) Abschluß
finden und dabei an den Stirnseiten Stirnseitenstreifen (29) abgewinkelt werden, an nur 1
Stoßkante abgedichtet werden und so zwischen jeweils 2 benachbarten Platten eine
stirnseitige Abdichtung erfolgt und daß das Wärmetauscherpaket (14) ähnlich einer Kassette
in ein Gehäuse (15, 16 oder 19, 20) eingeschoben und wieder entnommen werden kann,
wobei beide Gehäuseteile vorrangig gleichgestaltet und spiegelbildlich zueinander derart
angeordnet sind, daß die am Umfang der Ein- und Ausströmöffnungen befestigten (Weich-)
Dichtungen (18, 25) beim Zusammenspannen der Gehäuseteile (15, 16, bzw. 19, 20) gegen
die Stirnseitenkanten (48, 29) und gegebenenfalls gegen die Dichtungen (23, 24) der
Seitenteile des Wärmetauscherpakets gepreßt werden und somit eine Abdichtung zwischen
Gehäuse und Wärmetauscherpaket für beide Medien erreicht wird, wobei (falls erforderlich)
zwischen die beiden Gehäusehälften ein elastischer Faltenbalg (70) zwischengespannt werden kann.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 9 mit glatten (69) oder spitzen (V-förmigen) (48)
Stirnseiten und Gehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusehälfte
(19, 20 und 15, 16) jeweils in Längsrichtung (Strömungsrichtung) nochmals geteilt ist, so
daß 4 gleichgestaltete Gehäuse-Viertel (19a, 19b, 20a, 20b und analog dazu 15, 16)
entstehen, wobei beim Zusammenspannen aller Teile eine Abdichtung zwischen
Wärmetauscherpaket und Gehäuse sowohl an den Stirnseiten (18 + 48, 25 + 29) als auch den
den Längsseiten (23) erfolgt, wobei an den Längsseiten vorrangig die seitlichen
Einströmöffnungen (24) abgedichtet werden.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 9 und Gehäuse nach Anspruch 10 und 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehause mit 6 oder 8 Öffnungen vielfältige Anschluß-Varianten
ermöglicht und daß die schaltungsmäßig nicht benutzten stirnseitigen oder seitlichen
Öffnungen mit Deckeln (26, 27, 41) verschlossen werden, wobei der Deckel vorrangig über
Spannelemente (z. B. Kniehebelverschluß (17) oder Flansch) beim Zusammenspannen zweier
Gehäuseteile (z. B. 19a und 19b) vorteilhafterweise gleichzeitig das Gehäuse angepreßt
wird.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 9 und Gehäusedeckel nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile über Scharniere (68) aneinandergeklappt und so
mittels Spannelementen (z. B. Kniehebelverschluß (17) oder Flansch)
zusammengespannt werden, daß die Seitenteile (30, 31) und die stirnseitigen
Deckel (32, 33) gegen das Wärmetauscherpaket (14) insbesondere an den Kanten der Ein-
und Ausströmöffnung (24, 25) eine Abdichtung ergeben, wozu am Rahmen der stirnseitigen
Deckel (25) sowie an den Seitenteilen (24) flächig oder am Umfang eine (Weich-)Dichtung
angebracht wird.
14. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, 6 bis 7 und Gehäuse nach Anspruch 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Deckel (34) flächig mit einer (Weich-)
Dichtung oder Dichtungsmasse (Kitt) (35) versehen sind und beim Anpressen gegen die
Stirnseiten des Wärmetauscherpaketes (14) eine derartige Abdichtung ergeben, daß der
Stirnseitenverschluß (29) am Wärmetauscher entfallen kann und damit ein Wärmetauscher
ohne jegliche Fügeverbindung ermöglicht wird.
15. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 7 und Gehäuse nach Anspruch 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß stirnseitige Deckel (34) mit einer flächigen (Weich-)Dichtung oder
Dichtungsmasse (Kitt) (35) oder Deckel (37) mit V-förmigen Abdichtelementen (38) mit
einer (Weich-)Dichtung oder Dichtungsmasse (Kitt) (39) das Gehäuse (mit seitlich benutzten
Ein- und Austrittsöffnungen) so abdichten, daß das Wärmetauscherpaket (14) entnommen
werden kann, ohne eine Demontage von Rohren bzw. Kanälen, die mit dem Wärmetauscher
verbunden sind.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, 6 bis 7 und Gehäusedeckel nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den V-förmigen Abdichtelementen (38) Leitbleche
(40) derart angebracht sind, daß beim Ein- und Ausströmen der Druckverlust minimiert wird
und gleichzeitig das einströmende Medium gleichmäßig verteilt den Strömungskanälen
zugeführt wird.
17. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, 6 bis 7 und Gehäuse nach Anspruch 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (41) mit den Leitblechen (42) eine Einheit
bildet, so daß beim Anbringen des Verschlußdeckels gleichzeitig die Leitbleche eingeschoben
werden, wobei Deckel, Leitbleche und Gehäuseöffnungen derart gestaltet sind, daß mit dem
gleichen Deckel sowohl eine seitliche als auch eine stirnseitige Öffnung verschlossen werden
kann und die Leitbleche jeweils für die nicht verschlossene Öffnung das Medium bei
geringem Druckverlust gleichmäßig verteilt den Strömungskanälen zuführen.
18. Wärmetauscher mit V-förmiger Stirnseite nach Anspruch 1 bis 4, 6 bis 7 und Gehäuse nach
Anspruch 10, 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffströme jeweils im rechten
Winkel zur Stirnkante in den Wärmetauscher ein- und austreten, womit eine gleichmäßige
Verteilung der Strömung über den Strömungsquerschnitt erreicht wird, wobei die am
Wärmetauscher anmontierten Anschlußelemente gekrümmte Kanäle (43) sein können, die je
nach Einbausituation des Wärmetauschers wechselseitig - parallel oder quer zur
Strömungsrichtung im Wärmetauscher - am Wärmetauscher angeschlossen werden können,
wobei in die (gekrümmten) Anschlußkanäle zusätzlich noch Leitbleche (40) eingebaut sein
können.
19. Wärmetauscher mit V-förmiger Stirnseite nach Anspruch 1 bis 4, 6 bis 7 und Gehäuse nach
Anspruch 10 bis 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten die Ein- und
Ausströmbereiche der beiden Medien durch diagonal angeordnete Trennwände (50)
voneinander abgeschirmt sind, wobei in den Einströmkammern Leitbleche (51; 52) zur
gleichmäßigen Strömungsverteilung und Druckverlustreduzierung vorgesehen werden
können, wobei die Leitelemente (79, 80) so gestaltet sind, daß sie im Baukastensystem an verschiedenen
Stellen (stirnseitiger und seitlicher Eintritt) für die jeweils erforderlichen Anschluß- und
Einbaubedingungen einsetzbar sind.
20. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4 und 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ein-
und Austrittsöffnungen die Dichtungen (18, 24, 25) entfallen und an deren Stelle über eine
Fügeverbindung (78) (Schweißen, Löten, Kleben) eine Abdichtung zwischen Wärmetau
scherpaket und Gehäuse erreicht wird und damit ein vollkommen dichtungsloser
Wärmetauscher hergestellt werden kann, der über die Ein- und Austrittsöffnungen
mechanisch reinigbar ist, wobei eine Dehnfalte oder ein Faltenbalg am Gehäuseumfang (53) eine thermisch
bedingte Materialdehnung aufnehmen kann.
21. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 9 und 19, 20 und Gehäuse nach Anspruch 10 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß auf Grund der Gestaltung der Gehäusebauform für
Wärmetauscher mit glatter (69) und spitzer (V-förmiger) (48) Stirnseite ein
baukastenförmiges Aneinanderfügen der Wärmetauscher
- - nebeneinander
- - hintereinander
- - über Eck
- - hochkant über Eck
- - halbseitig mit den Stirnseiten aneinanderstoßend oder
- - als Block zusammengeschaltet
möglich ist und mit den gleichen Spannmitteln (z. B. Kniehebelverschluß (17) verschiedene
Anbauteile (z. B. Rohre, Kanäle, Übergangsstücke, Umlenkelemente) baukastenmäßig
angeschlossen werden können.
22. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 7 und 19, 20 und Gehäuse nach Anspruch 10 bis 18
sowie Wärmetauscherverschaltung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer
baukastenartigen Nebeneinander-Anordnung von mindestens 2 Wärmetauschern ein Block
entsteht, in dem ein Produktstrom B indirekt über mindestens ein Kälte- oder
Wärmeträgermedium C, D (54, 55) gekühlt oder geheizt wird, ohne daß er direkt mit dem
Kühl- oder Heizmedium A, E in Berührung kommt, wodurch es unmöglich ist, daß bei einer
eventuellen Undichtigkeit Produkt B in das Kühl- oder Heizmedium A, E gelangt oder
umgedreht.
23. Wärmetauscher und Gehäuse nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur
indirekten Kühlung eines Mediums A (56) in das gasförmige Medium B (57) eine Flüssigkeit (58)
fein verteilt eingedüst wird und durch den Verdunstungs-Kühleffekt an der großen Oberfläche der
kanalförmigen Wandungen eine starke Abkühlung des Mediums A (56) erfolgt und außerdem bei
Ausbildung einer Filmströmung (59) an den Wandungen ein weiterer Kühleffekt entsteht, wobei
zur Zurückhaltung von Tropfen vor der Austrittsöffnung des Kühlgases B eine Beruhigungszone mit
deutlich geringerer Geschwindigkeit und falls erforderlich ein Tropfenabscheider (60) eingebaut
wird.
24. Wärmetauscher und Gehäuse nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß im Sommer
eine Luftkühlung insbesondere durch den Verdunstungskühleffekt erreicht wird und mit dem
gleichen Apparate (ohne Flüssigkeits-Eindüsung) im Winter eine Wärmerückgewinnung z. B.
aus warmer Abluft B (57) zur Erwärmung von kühler Frischluft A (56) möglich ist, ohne daß
zwischen Sommer- und Winterbetrieb eine Änderung der Rohrleitungsverschaltung oder ein
Austausch des Wärmetauschapparats erforderlich ist.
25. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2, 4, 7 und möglicherweise auch 3, 5 und 6, dadurch
gekennzeichnet, daß für ein Medium A beide Stirnseiten mit Stirnseitenstreifen (29)
verschlossen sind und ein Seitenteil (72) mit einem Zuführkanal (73) und einem Ableitkanal
(74) für Medium A seitlich an das Wärmetauscherpaket angesetzt ist und somit das Medium
B ohne Richtungsänderung das Wärmetauscherpaket durchströmt, wodurch für Medium B
eine freie Konvektion in der Flüssigphase (Tauchwärmetauscher) oder Gasphase (z. B.
Luftkühlung u. a. für Steuerschrankkühlung) möglich ist, wobei zur Erhöhung der
Kühlleistung auf der Gasseite bei der freien Konvektion eine Berieselung mit Wasser
(Verdunstungs-Kühlung) erfolgen kann, wozu bei Freiluftaufstellung aufgefangenes und
gespeichertes Regenwasser verwendet werden kann, das bei erhöhtem Kühlbedarf über ein
Thermostatventil den Kühlflächen zugeleitet wird.
26. Wärmetauscher nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuführ- und/oder
Ableitkanal verstellbare Absperrmittel (z. B. Klappen, Schieber oder Hähne) (13) vorgesehen sind,
wodurch für einen Tauchwärmetauscher der Ein-und Austritt des Mediums A am oberen
Ende möglich ist und zudem eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit durch mehrfache
Umlenkung ermöglicht wird, wodurch eine gezielte Erhöhung der Wärmeübertragung und
eine hydraulische Reinigung möglich sind.
27. Wärmetauscher nach Anspruch 26, bei dem im Zuführ- und Ableitkanal für Medium A oder
außerdem auch für Medium B verstellbare Absperrmittel (zur Strömungsumlenkung während des
laufenden Betriebes) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrmittel aus einer
speziellen, um 180°C schwenkbaren Klappe (13) besteht, die durch das Schwenken sowohl die beiden
benachbarten Kanalreihen abdecken als auch den Zuführ-(Ableit)-Kanal absperren kann und damit
die Strömung umgelenkt wird, wobei im Zuführ-(Ableit)-Kanal auch mehrere solcher
Umlenkklappen untergebracht sein können.
28. Wärmetauscher mit Umlenkklappe(n) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die
Umlenkklappen (13) verfahrbar sind und so an der gewünschten Stelle positioniert werden
können, wobei die Verstellung beispielsweise über elektro-mechanische Antriebsmittel
erfolgen kann, so daß neben einer manuellen auch eine automatische Verstellung möglich ist,
die über ein Meß- und Regelsystem angesteuert werden kann, wobei sich unbenutzte Klappen
am Kanalende in Wartestellung befinden.
29. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, 6 bis 13, 15, 17 und 20 bis 25 oder
Plattenwärmetauscher, jeweils mit spitzen Stirnseiten (48), dadurch gekennzeichnet, daß in
den Ein- und Ausströmbereichen verstellbare Absperrmittel (75) vorgesehen sind, die in den
spitzen Winkel zwischen Wärmetauscherpaket und Gehäuse hineinragen.
30. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 7, 9 bis 13 und 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß
am Wärmetauschergehäuse bevorzugt im Baukastensystem verschiedene Ventilator-Bautypen
angebaut werden können, wobei es auch möglich ist, auf 1 gemeinsamen Welle (76) 2
Ventilatoren anzuordnen.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934333904 DE4333904C2 (de) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | Kanalwärmetauscher |
AU77384/94A AU7738494A (en) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Channel heat exchanger |
AT94928255T ATE162616T1 (de) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Kanalwärmetauscher |
EP94928255A EP0720720B1 (de) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Kanalwärmetauscher |
DE9490288U DE9490288U1 (de) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Kanalwärmetauscher |
PCT/DE1994/001118 WO1995009338A1 (de) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Kanalwärmetauscher |
DK94928255T DK0720720T3 (da) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Kanalvarmeveksler |
Applications Claiming Priority (1)
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