DE8006193U1 - Membran-waermetauscher - Google Patents
Membran-waermetauscherInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DIPL-ING. R. LEMCKE
DR.-ING. H. J. BROMMER
AMALIENSTRASSE 28
KARLSRUHE 1
Witzenmann GmbH
Metallschlauch-Fabrik Pforzheim Östliche Karl-Friedrich-Straße 134
7530 Pforzheim
Membran-Wärmetauscher
Die Erfindung bezieht sich auf einen Membran-Wärmetauscher aus zahlreichen übereinander angeordneten,
gleichartigen Membranen, die paarv/eise miteinander verbunden sind und geschlossene Strömungskanäle für
das eine Medium bilden, während das andere, insbesondere gasförmige, Medium durch zwischen den Membranpaaren
durch lokale Ausbeulungen der Membranen erzeugte Spalte strömt.
Bei Wärmetauschern besteht grundsätzlich die Problematik darin, eine große Austauschfläche zwischen den
wärmeübertragenden Medien zur Verfügung zu stellen, eine möglichst flache Spaltströmung zu erzeugen, damit
der Wärmetransport vom Strömungskern zur Grenzschicht keinen hohen Temperaturgradienten erfordert und schließlich
darin, durch eine möglichst turbulente Strömung hohe Warineübergangszahlen zu erreichen. Diese Forderungen
sollen durch Wärmetauscher mit möglichst niedrigen Herstellungskosten erfüllt werden.
Zu diesen vorwiegend thermodynamisch bedingten Zielen
kommt häufig erschwerend hinzu, daß das eine der beiden wärmetauschenden Medien unter einem erheblich höheren
oder niedrigeren Druck als das andere Medium steht. Bei der Auslegung des Wärmetauschers muß in diesem Fall auch
für eine ausreichende Druckfestigkeit seiner Bauteile gesorgt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art dahingehend
zu verbessern, daß er sich bei günstigen Wärmeübertragungseigenschaften durch wirtschaftliche
Herstellungsweise auszeichnet und auch für Medien geeignet ist, die dem Wärmetauscher mit dark unterschiedlichem
Druckniveau zugeführt werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Membranen aus ringförmigen Scheiben bestehen, die quer zu ihrer Umfangsrichtung ein wellenförmiges
Profil aufweisen, daß die Membranen eines jeden Membranpaares sich/ihrer in den Strömungskanal ragenden
und in Umfangsrichtung umlaufenden Wellenscheitel
aneinander abstützen und daß die Wellung benachbarter Membranpaare jeweils um die halbe Wellenlänge
versetzt ist.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die wellenförmig profilierten Membranen
in Ringform ein preisgünstiger Baustein für die Herstellung von Wärmetauschern sind. Zugleich erhält
man für die üblicherweise radial erfolgende Spaltströmung durch das quer angeströmte Wellenprofil
ständig neue thermische Anlaufstrecken mit hoher Wärmeübergangszahl. Weiterhin bieten die erfindungsgemäßen
wellenförmig profilierten Membranscheiben den Vorteil, daß sie aufgrund ihrer durch die Profilierung
erhöhten Formstabilität relati\r dünnwandig ausgeführt
werden können. Sie können daher durch Kaltverformung hergestellt werden und bieten wegen iher geringen Wandstärke
eine hohe Wärmeleitung zwischen den Wärme austauschenden
Medien. Schließlich ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher auch außerordentlich stabil gegenüber
hohen Überdrücken in der Spaltströmung, da sich
die Membranen längs ihrer Wellenscheitel, d.h. über zahlreiche, großflächige Berührungsflächen aneinander
stützen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß die Zu- und die Ablauflei-
tung für die ringförmigen Strömungskanäle in den Membranpaaren durch dichtes Verbinden der den Spalt
begrenzenden Membranwände längs des gewünschten Leitungsumfanges gebildet sind. Man erhält dadurch den
gewünschten Zu- und Ablauf sowie die Verteilung des Strömungsmediums auf die einzelnen übereinander liegenden
ringförmigen Strömungskanäle ohne zusätzliche Bauteile und vor allem führt dies Ausbildung der Zu-
und Rücklaufleitung automatisch zu einem Verbund der Membranpaare untereinander. Besondere Montageteile
zum Zusammenhalten der Merabranpaare erübrigen sich
somit.
Die paarweise dichte Verbindung der Membranen an ihrem inneren und äußeren Umfang erfolgt zweckmäßigerweise
längs der aneinander liegenden Wellenscheitel, so daß man keine zusätzlichen Verformungen oder Verbindungsteile
benötigt. Die Verbindung kann durch Löten oder Schweißen erfolgen. Kommt es hingegen darauf
an, daß alle Membranpaare den gleichen Innen- oder Außendurchmesser aufweisen, so können gegebenenfalls
die Enden der Membranen abgewinkelt werden, so daß sie sich gegenseitig überlappen und eine zylindrische
Ringfläche bilden, längs derer die Verschweißung stattfindet.
Die Zu- und Ablaufleitungen können die koaxial übereinander
liegenden Strörnungskanale in den Mebranpaaren
durchgehend im rechten Winkel durchqueren. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Öffnungen in den einzel-
nen Membranpaaren in Umfangsrichtung jeweils ein Stück zu versetzen. Durch einen solchen Versatz
kann die Aufteilung der des in Querrichtung zugefünrten Ströniungsmediums auf die einzelnen Strömungskanäle
vergleichmäßigt v/erden, d.h. , daß die der Zulauföffnung benachbarten Membranpaare etwa
von derselben Menge durchströmt v/erden, wie die Membranpaare
am anderen Ende des Wärmetauschers,
Um das Verlöten oder Verschweißen der den Spalt begrenzenden Membranwände längs des gewünschten Leitungs
umfanges der Zu- bzw. Ablaufleitung zu erleichtern, empfiehlt es sich, die Membranen in diesem Bereich
flach zu drücken, so daß man eine ebene Verbindungsstelle erhält.
Die lokalen Ausbeulungen, die die benachbarten Membranpaare auf einer für die Spa-ttströmung ausreichenden
Distanz halten, sind zweckmäßigerweise auf den Wellenbergen der Membranen angeordnet. Dadurch können
alle Membranen in gleicher Form ausgebildet sein, denn durch den Versatz benachbarter Lamellenpaare um eine
halbe Wellenlänge ist sichergestellt, daß die Ausbeulu gen immer an der richtigen Stelle liegen. Werden die
Membranen nicht in gleicher Form hergestellt, ist es gleichwohl zweckmäßig, daß jede Membran etwa gleichviel
Ausbeulungen aufv/eist, d.h., daß jede Membran etwa 50% der Stützstellen zwischen benachbarten Membranpaaren
zur Verfügung stellt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen; Dabei zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgeraäßen Wärmetauscher, teilweise
geschnitten;
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch einige übereinander angeordnete Membranpaare;
Fig. 3 einen entsprechenden Querschnitt wie Fig- 2j jedoch mit anderer Endverbindung
der Membranen;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung einiger Membranpaare im Durchquerungsbereich
einer Zulaufleitung.
Wie Fig. 1 zeigt, besteht der erfindungsgemäße Wärmetauscher aus einer Vielzahl übereinander angeordneter,
ringförmiger Membranen. Die Membranen haben im Prinzip allesamt denselben Aufbau, d.h., sie sind quer zur Umfangsrichtung
mit einer wellenförmigen Profilierung versehen. Diese Profilierung entspricht etwa einer Sinuslinie.
Zur Verdeutlichung der Membranenanordnung sei auf Fig. 2 verwiesen. Dort sind einige gleichartige Membranen
mit den Bezugszeichen 1 bis 8 versehen. Zu ihrer paar-
weisen Verbindung sind sie jeweils spiegelbildich aufeinander gelegt und an ihrem inneren und äußeren
Umfang dicht miteinander verbunden, vorzugsweise durch Schweißen. Dadurch entstehen in jedem Membranpaar
(beispielsweise gebildet durch die Membranen
I und 2) zahlreiche konzentrische, in Umfangsrichtung
umlaufende Strömungskanäle (beispielsweise 12a, 12b und 12c).
Das darunter befindliche Membranpaar, bestehend aus den Membranen 3 und 4, ist gleichermaßen aus spiegelbildlichen
Membranen zusammengesetzt und längs des äußeren und inneren Umfanges durch Verschweißen abgedichtet.
Dieses Membranpaar ist jedoch gegenüber dem Membranpaar 1, 2 um eine halbe Wellenlänge versetzt,
so daß die Wellen der benachbarten Membranen 2 und 3 ineinander zu liegen kommen. Dabei ist aber durch lokale
Ausbeulungen 9 und 10 auf den Wellenbergen dieser benachbarten Membranen 2 und. 3 dafür gesorgt, daß
zwischen diesen Membranen ein Spalt frei bleibt. Dieser Spalt 11 bildet den Ströraungsweg für das andere
Wärmetauschermedium. Während also in den konzentrischen Strömungskanälen 12a, 12b, 12c und in den versetzten
Strömungskanälen 13a, 13b usw. vorzugsweise
Flüssigkeit jeweils in Umfangsrichtung den Wärmetauscher durchströmt, strömt in den dazwischen liegenden Spalten
II bzw. 14 vorzugsweise ein gasförmiges Medium, und zwar
quer zur Flüssigkeit, also radial durch den Wärmetauscher hindurch.
Die darunter befindlichen Membranpaare sind in entsprechender V/eise aufgebaut bzw. angeordnet, so daß
eine Vielzahl übereinander befindlicher Strömungswege für die Flüssigkeit bzw. für das Gas entstehen.
Die Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene Möglichkeiten für die endständige dichte Verbindung zusammengehöriger
Membranen. In Fig. 2 sind dabei die Enden jedes zweiten Membranpaares (1, 2; 5, 6) abgewinkelt, so daß sie
sich gegenseitig überlappen und eine zylindrische Ringfläche bilden, längs derer die Verschweißung stattfindet.
Kann das radiale Vorstehen jedes zweiten Membranpaares in Kauf genommen werden, so empfiehlt sich die Verbindung
der Membranpaare gemäß Fig. 3, wo sämtliche Membranpaare an ihren aneinanderliegenden Wellenscheiteln
verschweißt sind. Zusätzliche Verformungen der Membrannen entfallen hier. Selbstverständlich besteht aber auch
bei entsprechenden Bedarfsfällen die Möglichkeit, Membranpaare am äußeren oder inneren Umfang des Wärmetauschers
durch eingeschweißte, zylindrische Abschlußringe zu verschließen.
In Fig. >f ist die Ausbildung einer Zulauf leitung 15
zu den ringförmigen Strömungskanälen 12a, 12b, 12c und 13a, 13b, 13c dargestellt. Man erkennt, daß die
Membranen im Bereich der Zulaufleitung, also praktisch über ihre gesamte Breite flachgedrückt sind; im Gegensatz
zu dem strichpunktiert eingezeichneten wellenförmigen Verlauf außerhalb der Zulaufleitung. Dieses
Flachdrücken erfolgt etwa auf einem Niveau zwischen
Wellental und Wellenberg. Dadurch wird für die Strömungskanäle in übereinanderliegenden Membranpaaren
stets etwa der gleiche Verbindungsquerschnitt zwischer den einzelnen Strömungskanälen und der Zulaufleitung
erzeugt.
Aus Fig. 4 wird ferner deutlich, daß in dem flachgedrückten Bereich der Membranen der zwischen benachbarten
Membranpaaren befindliche Spalt 11, 14 lokal verschwindet, da die benachbarten Membranen, beispiels
weise 2 und 3, in dem flachgedrückten Bereich dicht aneinander liegen.
Daher genügt es zur Bildung der Zulaufleitung 15 die Membranen im Bereich der gewünschten Zulaufleitung in
der beschriebenen Weise flach zu drücken, sie sodann mit einem etwas geringeren Durchmesser als es dem flach
gedrückten Bereich entspricht, durchzubohren und schließlich die aneinander- liegenden Membranen längs
des BohrungsumfangRs zu verschweißen. Die ringförmigen
Schweißnähte sind mit den Bezugszeichen 17, 18 und 19 bezeichnet.
Die Ablaufleitung 16 wird in gleicher Weise gebildet.
Sie ist zv/eckmäßig an der gegenüberliegenden Seite des Wäreratauschers angeordnet, wie in Fig. 1 dargestellt,
sofern man aus baulichen Gründen nicht gezwungen ist, die Anschlußleitungen nebeneinander zu legen, mit dem
Erforderniss einer vertikalen Trennwand in den Strömungskanälen.
Der Aufbau des Menbranwärmctauschers gemäß den Fig. 1 ■]
bis 3 ist speziell für solche Verhältnisse geeignet. jy
bei denen die Spaltströmung einen Überdruck aufweist. %
Ist hingegen mit Überdruck in den ringförmigen Strij- |]
mungskanälen zu rechnen, so empfiehlt sich eine äußere '4,
Abstützung der übereinander angeordneten Membranpaare. Eine solche äußere Abstützung kann beispielsweise mit
Hilfe vor. ringförmigen Flanschen erfolgen, die an der
Ober- und an der Unterseite der aufeinandergestapelten '■
Membranpaare angeordnet und durch Verbindungsschrauben mehr oder weniger stark gegeneinander verspannt werden.
Dadurch wird der in den ringförmigen Strömungskanälen auftretende Druck von den Flanschen und den
Veruindungsschrauben aufgenommen. In Fig. 4 ist beispielhaft
ein solcher Flansch 20 dargestellt, der am oberen Ende der Membranpaare angeordnet und mittels :
mehrerer, über den Umfang verteilter Verbindungsschrau- I ben 21 mit einem entsprechenden, an der Unterseite ;>']
des Wärmetauschers angeordneten, nicht näher dargestellten
Flansch verbunden ist. Man erkennt dabei in Fig. h, daß der Flansch 20 auch die Anschlußbohrungen ;
für die Zulauf- und Ablaufleitungen des Wärmetauschers enthält.
Der Hauptvortuil des beschriebenen ''Wärmetauschers
besteht zusammenfassend darin, daß er aus einfach herzustellenden, gleichartigen Membranen besteht,
daß diese Membranen dünnwandig und trotzdem formstabil sowie fügegerecht ausführbar sind, daß man durch die
Spaltströmung in Verbindung mit den ständigen Umlenkungen hohe Wärmeübergangszahlen erzielt und daß der
Wärmetauscher schließlich auch für hohe Drücke der wärmetauschenden Medien geeignet ist.
Claims (7)
1. Membran-Wärmetauscher aus zahlreichen übereinander
angeordneten, gleichartigen Membranen, die paarweise miteinander verbunden sind und geschlossene
Strömungskanäle für das eine Medium einschließen, während das andere, insbesondere
gasförmige, Medium durch zwischen den Membranpaaren durch lokale Ausbeulungen der Membranen
erzeugte Spalte strömt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranen aus ringsförmigen Scheiben (1 bis 8) bestehen, die quer zu ihrer Umfangsrichtung ein
wellenförmiges Profil aufweisen, daß die Membranen eines jeden Membranpaares sich längs ihrer in den
Strömungskanal (12a, 12b, 12c) ragenden und in Umfangsrichtung
umlaufenden Wellenscheitel aneinander abstützen und daß die Wellung benachbarter Membranpaare
jeweils um die halbe Wellenlänge versetzt ist.
2. Membran-Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch
gekennzeichnet, daß die Zu- und die Ablaufleitung 05, 16) für die ringförmigen Strömungskanäle (12a,
12b, 12c) in den Membranpaaren durch dichtes Verbin-
den der den Spalt (11, 14) begrenzenden Membranwände längs des gewünschten Leitungsumfanges gebildet
sind.
3. Membran-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise Verbindung
der Membranen am inneren und äußeren Umfang jeweils längs aneinanderliegender Wellenscheitel
erfolgt.
4. Membran-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu-
bzw. Ablaufleitungen (15, 16) die ringförmigen Strömungskanäle stufenförmig unter jeweiligenm Versatz
in Umfangsrichtung durchqueren.
5. Membran-Wäremtauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen im Bereich ihrer Verbindung für die Bildung
der Zu- bzw. Ablaufleitungen (15, 16) flachgedrückt sind.
6. Membran-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lokalen
Ausbeulungen (9, 10) jeweils auf den Wellegenbergen der Membranen angeordnet sind.
7. Membran-Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Membran etwa gleichviel Ausbeulungen aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19808006193 DE8006193U1 (de) | 1980-03-07 | 1980-03-07 | Membran-waermetauscher |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19808006193 DE8006193U1 (de) | 1980-03-07 | 1980-03-07 | Membran-waermetauscher |
Publications (1)
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DE8006193U1 true DE8006193U1 (de) | 1980-07-03 |
Family
ID=6713516
Family Applications (1)
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DE19808006193 Expired DE8006193U1 (de) | 1980-03-07 | 1980-03-07 | Membran-waermetauscher |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8006193U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006032258A1 (de) * | 2004-09-23 | 2006-03-30 | Josef Bachmaier | Wärmetauscher |
-
1980
- 1980-03-07 DE DE19808006193 patent/DE8006193U1/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2006032258A1 (de) * | 2004-09-23 | 2006-03-30 | Josef Bachmaier | Wärmetauscher |
DE102004046587B4 (de) * | 2004-09-23 | 2007-02-22 | Josef Bachmaier | Wärmetauscher |
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