EP0844454B1 - Gegenstromwärmetauscher - Google Patents

Gegenstromwärmetauscher Download PDF

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EP0844454B1
EP0844454B1 EP97115655A EP97115655A EP0844454B1 EP 0844454 B1 EP0844454 B1 EP 0844454B1 EP 97115655 A EP97115655 A EP 97115655A EP 97115655 A EP97115655 A EP 97115655A EP 0844454 B1 EP0844454 B1 EP 0844454B1
Authority
EP
European Patent Office
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plate
heat exchanger
fluid
counterflow heat
section
Prior art date
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Application number
EP97115655A
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English (en)
French (fr)
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EP0844454A1 (de
Inventor
Ralph Berger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Klingenburg GmbH
Original Assignee
Klingenburg GmbH
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Publication date
Application filed by Klingenburg GmbH filed Critical Klingenburg GmbH
Publication of EP0844454A1 publication Critical patent/EP0844454A1/de
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Publication of EP0844454B1 publication Critical patent/EP0844454B1/de
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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
    • 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
    • F28D9/0031—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 paired plates touching each other
    • F28D9/0037—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 paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow

Definitions

  • the invention relates to a counterflow heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • a heat exchanger is known from DE-A-1 501 586, at which the plates in the area of the actual heat exchange sections can be waved sinusoidally.
  • the above Publication is a variety of different fluid channel cross sections suggested by different designed waves of the plates can be achieved.
  • the one over there proposed channel cross sections is common that the Transition between the flat cross section of each Plate and the corrugated cross section of the respective plate is provided abruptly.
  • EP-A-0 732 552 is a counterflow heat exchanger known of a package of stacked plates has spaces that form gaps between them. On their the gaps to the direction of flow of the two alternating and flowing essentially antiparallel Edges parallel to fluid flows are the countercurrent heat exchanger forming plates tightly together connected. Each plate has a corrugated cross section Wave valleys and wave crests, the wave valleys against the wave crests of the plate adjacent on one side and the wave crests against the wave valleys of the other Apply to the adjacent plate.
  • a counterflow heat exchanger the generic described above To create a type whose efficiency is further increased and in which a trouble-free entry of the fluid flows into the approximately circular fluid channels is guaranteed.
  • the counterflow heat exchanger - in Direction of flow or seen in flow directions - both at one end and at the other End each an inlet section and an outlet section form, with a fluid flow through the inlet portion one end and the outlet section at the other end and the other fluid flow through the inlet section at the the other end and the outlet section at one end to be led.
  • the counterflow heat exchanger according to the invention can be used a comparatively low design effort and with the smallest possible number of different components produce according to claim 7.
  • Counterflow heat exchanger according to claim 8 essentially from only two types of plates.
  • a in Figure 1 in cross section of its actual countercurrent section illustrated countercurrent heat exchanger according to the invention is made up of plates 1, one of which Type of construction is shown in Figure 2.
  • the plates 1 In their the actual counterflow section of the counterflow heat exchanger middle sections 2 the plates 1 have a sinusoidally corrugated cross section 3 on.
  • each plate 1 With the troughs 4 of the sinusoidally corrugated cross section 3 lies each plate 1 on the wave crests 5 of sinusoidal corrugated cross section on one side adjacent plate 1; the same applies to the wave crests 5 and the troughs 4 on the other side neighboring plate 1.
  • each fluid channel 7, which flows through the one fluid or gas stream A. is surrounded on all sides by fluid channels 7, which by flow through the other fluid stream B.
  • the Plates 1 bent at right angles on their long sides Edges 8, the dimensions of which are approximately twice the average Distance of the plates 1 corresponds to each other.
  • the Edges 8 can be the plates 1 by welding or connect the adhesive seal.
  • each plate has 1 the middle section 2, in which they are shown in Figure 1 has sinusoidally corrugated cross section 3; on that formed by the sinusoidally corrugated cross section 3 middle section or counterflow section 2 of the Plate 1 closes a transition section on both sides 9 or 10.
  • transition sections 9 and 10 goes the plate 1 from the sinusoidally corrugated cross section 3 to a flat cross section 11 about how best to look Figures 3, 4 and 8 results.
  • the inlet section 12 and the outlet section 13 taper triangular from the transition section 9 or 10.
  • One leg 14 or 15 of the triangular inlet section or outlet section has a sealing edge 16 and 17 respectively, which in the case of the inlet section 12 on the left side of one shown in Figure 9 Plate longitudinal center line 18 and in the case of the outlet section 13 on the right side of this longitudinal plate center line 18 is arranged.
  • the gas or fluid flow A, B occurs in the area of the sealing edge free Leg 19 of the inlet portion 12 in the Counterflow heat exchanger enters and occurs in the area of the sealing bend-free Leg 20 of the outlet section 13 on the counterflow heat exchanger.
  • support elements 21 are provided, which are parallel to the sealing edge 16 or 17 of the Extend inlet section 12 or outlet section 13, so that the support elements 21 at the same time as fluid guide elements serve and those passing through the inlet portion 12 Gas or fluid flow A, B in the transition section 9 deflect or exit from the transition section 10 Gas or fluid flow A, B to the leg free of sealing bends Deflect 20 of the outlet portion 13.
  • the support elements 21 correspond in terms of their dimensions in the thickness direction of the plate 1 the plate distance in Area of the two end sections of the countercurrent heat exchanger, so that they rest against the adjacent plate 1. This also results in the area of the two end sections of the counterflow heat exchanger even at strong different pressures of the two gas or fluid flows A, B sufficient stability.
  • the counterflow heat exchanger according to the invention consists of Plates 1 of the type shown in Figure 2 and from plates 1 of the type of construction partially shown in FIG. 9, in which the sealing edges 16 and 17 as well as the support elements 21 perpendicular to the sealing edges 16, 17 and support elements 21 of the type of construction shown in FIG.
  • the depth and number of wave valleys 4 and wave crests 5 of the sinusoidally corrugated cross section 3 in the middle or counterflow section 2 of the counterflow heat exchanger is arbitrary and according to the requirement profiles regarding the pressure loss and the heat recovery suitably selectable.
  • the counterflow heat exchanger according to the invention can be due to the thermodynamic favorable countercurrent flow achieve high heat recovery rates; due to the smooth, almost circular cross-sections of the Fluid channels 7 in the middle or counterflow section 2 the pressure loss is comparatively low, being above in addition, the effort for the removal of dirt or the like. for this reason is significantly reduced.
  • the individual plates 1 of the counterflow heat exchanger according to the invention support each other and a comparative rigid structure of the invention Form countercurrent heat exchanger, there is a Stability, even with large pressure differences between the two gas or fluid streams A, B is sufficient.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstromwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-A-1 501 586 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem die Platten im Bereich der eigentlichen Wärmeaustauschabschnitte sinusförmig gewellt sein können. In der genannten Druckschrift wird eine Vielzahl unterschiedlicher Fluidkanalquerschnitte vorgeschlagen, die durch unterschiedlich ausgestaltete Wellen der Platten erzielt werden. Den dort vorgeschlagenen Kanalquerschnitten ist gemeinsam, daß der Übergang zwischen dem ebenen Querschnitt der jeweiligen Platte und dem gewellten Querschnitt der jeweiligen Platte abrupt vorgesehen ist.
Aus der EP-A-0 732 552 ist ein Gegenstromwärmetauscher bekannt, der ein Paket übereinander angeordneter Platten aufweist, die zwischen sich Zwischenräume ausbilden. An ihren zur Strömungsrichtung der zwei die Zwischenräume alternierend und im wesentlichen antiparallel durchströmenden Fluidströme parallelen Kanten sind diese den Gegenstromwärmetauscher bildenden Platten dicht miteinander verbunden. Jede Platte hat einen gewellten Querschnitt mit Wellentälern und Wellenbergen, wobei die Wellentäler gegen die Wellenberge der an der einen Seite benachbarten Platte und die Wellenberge gegen die Wellentäler der an der anderen Seite benachbarten Platte anliegen.
Bei diesem bekannten Wärmetauscher werden aufgrund der Ausgestaltung der Wellung der Platten in etwa rechteckige Fluidkanäle geschaffen, deren Ecken abgerundet sind, wobei des weiteren je Fluidkanal vier Ecken existieren. Um innerhalb der einzelnen Fluidkanäle Turbulenzerscheinungen zu kreieren, sind in den Fluidkanälen verdrillte Bänder vorgesehen, die zu entsprechenden Ablenkungen der den jeweiligen Fluidkanal durchfließenden Strömung führen.
Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gegenstromwärmetauscher der vorstehend geschilderten gattungsgemäßen Art zu schaffen, dessen Wirkungsgrad weiter erhöht ist und bei dem ein störungsfreier Eintritt der Fluidströme in die etwa kreisförmigen Fluidkanäle gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die spezifische Wärmeaustauschfläche des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers ist im Vergleich zu dem eingangs geschilderten gattungsgemäßen Gegenstromwärmetauscher erhöht. Des weiteren ist der Aufwand für Unterhaltung und Wartung des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers geringer, da aufgrund der insgesamt abgerundeten Struktur der die beiden Fluidströme führenden Kanäle die Verschmutzungsgefahr reduziert ist. Durch den mittels der allmählichen Querschnittserweiterung der Fluidkanäle stattfindenden stetigen und störungsfreien Eintritt der Fluidströme in die Fluidkanäle wird darüber hinaus eine weitere Vergleichmäßigung der Strömungsverhältnisse bewirkt, wobei auch diese Ausgestaltung mit Übergangsabschnitten am stromaufund stromabwärtigen Ende der Fluidkanäle die Ansammlung von Partikeln etc. weiter reduziert. Durch den allmählichen Übergang bzw. die allmähliche Querschnittserweiterung der Fluidkanäle und aufgrund der im wesentlichen kreisförmigen Ausgestaltung der Fluidkanäle ergeben sich insgesamt im Vergleich zum Stand der Technik gleichmäßigere Strömungsverhältnisse, wodurch der Gesamtwirkungsgrad einer den erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauscher aufweisenden Vorrichtung erhöht wird. Darüber hinaus kann die mechanische Stabilität im Falle des erfindungsgemäß ausgestalteten Gegenstromwärmetauschers erhöht werden.
Gemäß Patentanspruch 2 kann der Gegenstromwärmetauscher - in Strömungsrichtung bzw. in Strömungsrichtungen gesehen - sowohl an seinem einen Ende als auch an seinem anderen Ende jeweils einen Einlaßabschnitt und einen Auslaßabschnitt bilden, wobei ein Fluidstrom durch den Einlaßabschnitt an dem einen Ende und den Auslaßabschnitt an dem anderen Ende und der andere Fluidstrom durch den Einlaßabschnitt an dem anderen Ende und den Auslaßabschnitt an dem einen Ende geführt wird.
In konstruktiv wenig aufwendiger Weise lassen sich die Einlaß- und Auslaßabschnitte für die beiden Fluidströme gemäß Patentanspruch 3 ausgestalten.
Bei der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 kann auch in den Einlaß- und Auslaßabschnitten des Gegenstromwärmetauschers eine Gefügestruktur geschaffen werden, die aufgrund der gegenseitigen Abstützung benachbarter Platten auch bei großen Druckdifferenzen zwischen den beiden den Gegenstromwärmetauscher durchströmenden Gas- bzw. Fluidströmen eine außerordentlich hohe Stabilität gewährleistet.
In konstruktiv einfacher Weise läßt sich die Trennung des Einlaßabschnitts des einen Gas- bzw. Fluidstroms und des Auslaßabschnitts des anderen Gas- bzw. Fluidstroms an beiden Endabschnitten des Gegenstromwärmetauschers gemäß Patentanspruch 5 verwirklichen.
Die Strömungsverhältnisse sowohl an den Einlaßabschnitten als auch an den Auslaßabschnitten des Gegenstromwärmetauschers lassen sich vorteilhaft gemäß Patentanspruch 6 vergleichmäßigen.
Der erfindungsgemäße Gegenstromwärmetauscher läßt sich mit einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand und mit einer möglichst geringen Anzahl unterschiedlicher Bauteile gemäß Patentanspruch 7 herstellen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der erfindungsgemäße Gegenstromwärmetauscher gemäß Patentanspruch 8 im wesentlichen aus lediglich zwei Plattentypen.
Zur Gewährleistung einer sicheren Abdichtung zwischen den aufeinanderfolgenden Platten ist die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 9 vorteilhaft, wodurch beispielsweise durch Verschweißung oder Verklebung diese flach aneinanderliegenden abgewinkelten Kanten fest und dicht verbunden werden können.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
einen Querschnitt durch einen Haupt- bzw. Gegenstromabschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers;
Figur 2
eine Draufsicht auf eine Platte des in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers;
Figur 3
eine Schnittdarstellung durch einen Übergangsabschnitt des in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers;
Figur 4
eine Längsansicht des in Figur 3 dargestellten Übergangsabschnitts und eines Einlaß- bzw. Auslaßabschnitts;
Figur 5
ein Endbereich der in Figur 2 dargestellten Platte des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers;
Figur 6
den Schnitt A - B in Figur 5;
Figur 7
eine Querschnittsdarstellung von durch die Platten des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers gebildeten annähernd kreisförmigen Fluidkanälen;
Figur 8
den Schnitt A - B in Figur 9; und
Figur 9
eine Prinzipdarstellung eines Endabschnitts des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers.
Ein in Figur 1 im Querschnitt seines eigentlichen Gegenstromabschnitts dargestellter erfindungsgemäßer Gegenstromwärmetauscher ist aus Platten 1 aufgebaut, von denen ein Bautyp in Figur 2 dargestellt ist.
In ihren den eigentlichen Gegenstromabschnitt des Gegenstromwärmetauschers ausbildenden mittleren Abschnitten 2 weisen die Platten 1 einen sinusförmig gewellten Querschnitt 3 auf.
Mit den Wellentälern 4 des sinusförmig gewellten Querschnitts 3 liegt jede Platte 1 an den Wellenbergen 5 des sinusförmig gewellten Querschnitts der an der einen Seite benachbarten Platte 1 an; entsprechendes gilt für die Wellenberge 5 und die Wellentäler 4 der an der anderen Seite benachbarten Platte 1.
Aufgrund der Anlage zwischen den Wellentälern 4 und den Wellenbergen 5 der Platten 1 ergibt sich eine stabile Gefügestruktur des Gegenstromwärmetauschers, wobei die zwischen den Platten 1 ausgebildeten Zwischenräume 6 aus einer Vielzahl von nahezu kreisförmigen Fluidkanälen 7 bestehen. Hierbei ist, wie sich aus Figur 1 ergibt, jeder Fluidkanal 7, der von dem einen Fluid- bzw. Gasstrom A durchströmt wird, quasi allseitig von Fluidkanälen 7 umgeben, die von dem anderen Fluidstrom B durchströmt werden. Hierdurch ergibt sich eine besonders hohe spezifische Wärmeaustauschfläche des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers. Aufgrund der etwa kreisförmigen Ausgestaltung des Querschnitts der Fluidkanäle 7 ist die Verschmutzungsgefahr innerhalb des in Figur 1 im Querschnitt dargestellten Gegenstromabschnitts des Gegenstromwärmetauschers äußerst gering.
Aufgrund der Führung der beiden Fluid- bzw. Gasströme A, B im Gegenstrom läßt sich der Wärmeaustausch zwischen den beiden Gas- bzw. Fluidströmen A, B in thermodynamisch günstiger Weise bewerkstelligen.
Wie aus den Figuren 1, 3, 7 und 8 hervorgeht, weisen die Platten 1 an ihren Längsseiten rechtwinklig abgeknickte Kanten 8 auf, deren Abmessung etwa dem doppelten mittleren Abstand der Platten 1 voneinander entspricht. An diesen Kanten 8 lassen sich die Platten 1 mittels Verschweißung oder Verklebung abdichtend miteinander verbinden.
An den Berührungspunkten zwischen den Wellenbergen 5 und den Wellentälern 4 ist keinerlei Befestigung zwischen den Platten 1 vorgesehen, da die etwaig durch Spalte an den genannten Berührungsstellen miteinander in Verbindung tretenden Fluidkanäle 7 sämtlich von demselben Gas- bzw. Fluidstrom A oder B durchströmt werden.
Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, hat jede Platte 1 den mittleren Abschnitt 2, in dem sie den in Figur 1 dargestellten sinusförmig gewellten Querschnitt 3 aufweist; an den durch den sinusförmig gewellten Querschnitt 3 gebildeten mittleren Abschnitt bzw. Gegenstromabschnitt 2 der Platte 1 schließt sich beidseitig ein Übergangsabschnitt 9 bzw. 10 an. In den Übergangsabschnitten 9 und 10 geht die Platte 1 vom sinusförmig gewellten Querschnitt 3 zu einem ebenen Querschnitt 11 über, wie sich am besten aus den Figuren 3, 4 und 8 ergibt.
Bei der in Figur 2 dargestellten Platte 1 ist oberhalb bzw. vor dem Übergangsabschnitt 9 ein Einlaßabschnitt 12 ausgebildet, wohingegen unterhalb bzw. hinter dem Übergangsabschnitt 10 ein Auslaßabschnitt 13 folgt. Einer der beiden Gas- bzw. Fluidströme A, B tritt durch den Einlaßabschnitt 12 und den Übergangsabschnitt 9 in den mittleren Abschnitt 2 der Platte 1 bzw. des Gegenstromwärmetauschers ein; nach dem Durchströmen des mittleren bzw. Gegenstromabschnitts 2 tritt dieser Gas- bzw. Fluidstrom A oder B durch den Übergangsabschnitt 10 und den Auslaßabschnitt 13 aus dem Gegenstromwärmetauscher aus.
Der Einlaßabschnitt 12 sowie der Auslaßabschnitt 13 verjüngen sich vom Übergangsabschnitt 9 bzw. 10 aus dreieckförmig. Ein Schenkel 14 bzw. 15 des dreieckförmigen Einlaßabschnitts bzw. Auslaßabschnitts weist eine Abdichtkantung 16 bzw. 17 auf, die im Falle des Einlaßabschnitts 12 auf der linken Seite einer in Figur 9 dargestellten Plattenlängsmittellinie 18 und im Falle des Auslaßabschnitts 13 auf der rechten Seite dieser Plattenlängsmittellinie 18 angeordnet ist.
Der Gas- bzw. Fluidstrom A, B tritt im Bereich des abdichtkantungsfreien Schenkels 19 des Einlaßabschnitts 12 in den Gegenstromwärmetauscher ein und tritt im Bereich des abdichtkantungsfreien Schenkels 20 des Auslaßabschnitts 13 auf dem Gegenstromwärmetauscher aus.
Zur Vergleichmäßigung der Strömungsverhältnisse sind sowohl im Bereich des Einlaßabschnitts 12 als auch im Bereich des Auslaßabschnitts 13 Stützelemente 21 vorgesehen, welche sich parallel zur Abdichtkantung 16 bzw. 17 des Einlaßabschnitts 12 bzw. Auslaßabschnitts 13 erstrecken, so daß die Stützelemente 21 zugleich als Fluidleitelemente dienen und den durch den Einlaßabschnitt 12 hindurchtretenden Gas- bzw. Fluidstrom A, B in den Übergangsabschnitt 9 umlenken bzw. den aus dem Übergangsabschnitt 10 austretenden Gas- bzw. Fluidstrom A, B zum abdichtkantungsfreien Schenkel 20 des Auslaßabschnitts 13 hin umlenken.
Die Stützelemente 21 entsprechen hinsichtlich ihrer Abmessung in Dickenrichtung der Platte 1 dem Plattenabstand im Bereich der beiden Endabschnitte des Gegenstromwärmetauschers, so daß sie gegen die benachbarte Platte 1 anliegen. Hierdurch ergibt sich auch im Bereich der beiden Endabschnitte des Gegenstromwärmetauschers eine auch bei stark unterschiedlichen Drücken der beiden Gas- bzw. Fluidströme A, B ausreichende Stabilität.
Der erfindungsgemäße Gegenstromwärmetauscher besteht aus Platten 1 des in Figur 2 gezeigten Bautyps sowie aus Platten 1 des teilweise in Figur 9 dargestellten Bautyps, bei denen die Abdichtkantungen 16 bzw. 17 sowie die Stützelemente 21 senkrecht zu den Abdichtkantungen 16, 17 und Stützelementen 21 des in Figur 2 dargestellten Bautyps verlaufen.
Durch wechselweises Aufeinanderschichten von Platten 1 der beiden genannten Bautypen entsteht im mittleren bzw. Gegenstromabschnitt 2 das in Figur 1 dargestellte Querschnittsbild, wobei in den beiden Endabschnitten des Gegenstromwärmetauschers Einlaßabschnitte 12 für den einen Gas- bzw. Fluidstrom A bzw. B mit Auslaßabschnitten für den anderen Gas- bzw. Fluidstrom B bzw. A wechseln. Da die Einlaßabschnitte 12 bzw. die Auslaßabschnitte 13 einer Platte 1 - bei beiden Bautypen der Platten 1 - auf jeweils unterschiedlichen Seiten der Plattenlängsmittellinie 18 angeordnet sind, sind die abdichtkantungsfreien Schenkel 20 der Auslaßabschnitte 13 um ca. 90 Grad versetzt zu den abdichtkantungsfreien Schenkeln der die Auslaßabschnitte 13 überlagernden Einlaßabschnitte, wie dies am besten aus Figur 9 hervorgeht. Der Strömungspfad sowohl des einen Fluid- bzw. Gasstroms A als auch des entgegengesetzten Fluid- bzw. Gasstroms B ist somit Z-förmig, wobei die beiden Gas- bzw. Fluidströme A, B im mittleren bzw. Gegenstromabschnitt 2 des Gegenstromwärmetauschers antiparallel aneinander vorbeifließen.
Die Tiefe und die Anzahl der Wellentäler 4 und Wellenberge 5 des sinusförmig gewellten Querschnitts 3 im mittleren bzw. Gegenstromabschnitt 2 des Gegenstromwärmetauschers ist beliebig und entsprechend den gestellten Anforderungsprofilen hinsichtlich des Druckverlusts und der Rückwärmezahl geeignet wählbar. Mit dem erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauscher lassen sich aufgrund der thermodynamisch günstigen Gegenstromführung hohe Rückwärmezahlen erzielen; aufgrund der glatten, nahezu kreisförmigen Querschnitte der Fluidkanäle 7 im mittleren bzw. Gegenstromabschnitt 2 ist der Druckverlust vergleichsweise gering, wobei darüber hinaus auch der Aufwand für die Beseitigung von Verschmutzungen od.dgl. aus diesem Grund erheblich reduziert ist. Da sich die einzelnen Platten 1 des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers gegenseitig abstützen und eine vergleichsweise starre Gefügestruktur des erfindungsgemäßen Gegenstromwärmetauschers ausbilden, ergibt sich eine Stabilität, die auch bei großen Druckdifferenzen zwischen den beiden Gas- bzw. Fluidströmen A, B ausreichend ist.

Claims (9)

  1. Gegenstromwärmetauscher mit Platten (1), die unter Ausbildung von Zwischenräumen (6) über- bzw. unter- oder nebeneinander angeordnet sind, an ihren zur Strömungsrichtung der zwei die Zwischenräume (6) alternierend und im wesentlichen antiparallel durchströmenden Fluidströme (A, B) parallelen Kanten (8) dicht miteinander verbunden sind, einen gewellten Querschnitt (3) mit Wellentälern (4) und Wellenbergen (5) aufweisen, und mit ihren Wellentälern (4) gegen die Wellenberge (5) der an der einen Seite benachbarten Platte (1) und mit ihren Wellenbergen (5) gegen die Wellentäler (4) der an der anderen Seite benachbarten Platte (1) anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (3) jeder Platte (1) im wesentlichen sinusförmig gewellt ist, so daß einen Zwischenraum (6) bildende und quer zur Strömungsrichtung der Fluidströme (A, B) aufeinanderfolgende Fluidkanäle (7) etwa kreisförmig sind, und daß jede Platte (1) an ihren beiden Längsenden an jeweils einem Übergangsabschnitt (9, 10) durch allmähliche Verkleinerung der Tiefe ihrer Wellentäler (4) bzw. der Höhe ihrer Wellenberge (5) von ihrem sinusförmig gewellten Querschnitt (3) in einen ebenen Querschnitt (11) übergeht.
  2. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem sich an den einen Übergangsabschnitt (9) jeder Platte (1) ein Einlaßabschnitt (12) und an den anderen Übergangsabschnitt (10) jeder Platte (1) ein Auslaßabschnitt (13) anschließt, wobei sowohl der Einlaßabschnitt (12) als auch der Auslaßabschnitt (13) einseitig der Plattenlängsmittellinie (18) eine Abdichtkantung (16, 17) aufweisen.
  3. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 2, bei dem sich der Einlaßabschnitt (12) und der Auslaßabschnitt (13) jede Platte (1) von ihren übergangsabschnittseitigen Enden in Richtung auf ihre freien Enden etwa dreieckförmig verjüngen, wobei ein Schenkel (14, 15) des dreieckförmigen Einlaß- (12) bzw. Auslaßabschnitts (13) die Abdichtkantung (16, 17) aufweist.
  4. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Einlaß- (12) und der Auslaßabschnitt (13) jeder Platte (1) gegen eine benachbarte Platte (1) anliegende Stützelemente (21) aufweisen.
  5. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Abdichtkantung (16) des Einlaßabschnitts (12) einer Platte (1) auf der einen und die Abdichtkantung (17) des Auslaßabschnitts (13) dieser Platte (1) auf der anderen Seite der Plattenlängsmittellinie (18) angeordnet sind.
  6. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, bei dem sich die Stützelemente (21) parallel zu den Abdichtkantungen (16, 17) erstrecken und als Fluidleitelemente ausgebildet sind.
  7. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem der Einlaßabschnitt (12) einer Platte (1) dem Auslaßabschnitt der folgenden Platte (1) und der Auslaßabschnitt (13) der einen Platte (1) dem Einlaßabschnitt der folgenden Platte (1) zugeordnet sind, wobei die Abdichtkantung (16) des Einlaßabschnitts (12) der einen Platte (1) auf der einen Seite der Plattenlängsmittellinie (18) und die Abdichtkantung des Auslaßabschnitts der folgenden Platte (1) auf der anderen Seite der Plattenlängsmittellinie (18), die Abdichtkantung (17) des Auslaßabschnitts (13) der einen Platte (1) auf der anderen Seite der Plattenlängsmittellinie (18) und die Abdichtkantung des Einlaßabschnitts der folgenden Platte (1) auf der einen Seite der Plattenlängsmittellinie (18) angeordnet sind und wobei die Stütz- bzw. Fluidleitelemente (21) des Einlaß- (12) und des Auslaßabschnitts (13) der einen Platte (1) senkrecht zu den Fluidleitelementen des Auslaß- und des Einlaßabschnitts der folgenden Platte (1) verlaufen.
  8. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 7, der aus zwei Plattentypen hergestellt ist, wobei die Abdichtkantungen (16, 17) und die Stütz- und Fluidleitelemente (21) des einen Plattentyps senkrecht zu den Abdichtkantungen und Fluidleitelementen des anderen Plattentyps angeordnet sind und wobei auf eine Platte (1) des einen Plattentyps eine Platte (1) des anderen Plattentyps folgt.
  9. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Abmessung der zur Strömungsrichtung der Fluidströme (A, B) parallelen Kanten (8) dem doppelten Plattenabstand entspricht.
EP97115655A 1996-11-21 1997-09-10 Gegenstromwärmetauscher Expired - Lifetime EP0844454B1 (de)

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