EP0844454B1 - Counterflow heat exchanger - Google Patents
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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
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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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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstromwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a counterflow heat exchanger according to the preamble of claim 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.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. In 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.
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. From 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.
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.In this known heat exchanger due to Design of the corrugation of the plates approximately rectangular Fluid channels created, the corners of which are rounded, wherein further four corners exist per fluid channel. To within turbulence phenomena of the individual fluid channels create twisted bands are provided in the fluid channels, the corresponding distractions of the respective Lead flow through the fluid channel.
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.Starting from the prior art described above is the object of the invention, 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.
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.This object is achieved by the features in characterizing part of claim 1 solved. The specific heat exchange surface of the invention Counterflow heat exchanger is compared to the beginning described generic counterflow heat exchanger elevated. Furthermore, the effort for entertainment and Maintenance of the counterflow heat exchanger according to the invention less because of the overall rounded structure the channels carrying the two fluid streams pose a risk of contamination is reduced. By means of the gradual Cross-sectional expansion of the fluid channels taking place steady and trouble-free entry of fluid flows a further equalization is also made in the fluid channels the flow conditions causes, also this configuration with transition sections on the upstream and downstream end of the fluid channels the accumulation of Particles etc. further reduced. By gradual Transition or the gradual expansion of the cross-section Fluid channels and due to the substantially circular The overall configuration of the fluid channels results in Compared to the prior art, more uniform flow conditions, whereby the overall efficiency of a Having countercurrent heat exchanger according to the invention Device is increased. In addition, the mechanical Stability in the case of the embodiment according to the invention Counterflow heat exchanger can be increased.
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.According to
In konstruktiv wenig aufwendiger Weise lassen sich die
Einlaß- und Auslaßabschnitte für die beiden Fluidströme
gemäß Patentanspruch 3 ausgestalten.They can be constructed in a structurally less complex manner
Inlet and outlet sections for the two fluid streams
Develop according to
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 the embodiment according to
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.The separation of the
Inlet section of a gas or fluid stream and
Outlet section of the other gas or fluid flow at both
End sections of the counterflow heat exchanger according to
Realize
Die Strömungsverhältnisse sowohl an den Einlaßabschnitten
als auch an den Auslaßabschnitten des Gegenstromwärmetauschers
lassen sich vorteilhaft gemäß Patentanspruch 6
vergleichmäßigen.The flow conditions at both the inlet sections
as well as at the outlet sections of the counterflow heat exchanger
can be advantageous according to
Der erfindungsgemäße Gegenstromwärmetauscher läßt sich mit
einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand und mit
einer möglichst geringen Anzahl unterschiedlicher Bauteile
gemäß Patentanspruch 7 herstellen.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
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der erfindungsgemäße
Gegenstromwärmetauscher gemäß Patentanspruch 8
im wesentlichen aus lediglich zwei Plattentypen.In an advantageous embodiment, there is the invention
Counterflow heat exchanger according to
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.To ensure a secure seal between the
successive plates is the design according to
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.In the following, the invention is illustrated by an embodiment explained in more detail with reference to the drawing.
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.
- Figure 1
- a cross section through a main or countercurrent section of an embodiment of a countercurrent heat exchanger according to the invention;
- Figure 2
- a plan view of a plate of the countercurrent heat exchanger according to the invention shown in Figure 1;
- Figure 3
- a sectional view through a transition section of the counterflow heat exchanger according to the invention shown in Figure 1;
- Figure 4
- a longitudinal view of the transition section shown in Figure 3 and an inlet or outlet section;
- Figure 5
- an end region of the plate of the countercurrent heat exchanger according to the invention shown in Figure 2;
- Figure 6
- the section A - B in Figure 5;
- Figure 7
- a cross-sectional view of approximately circular fluid channels formed by the plates of the countercurrent heat exchanger according to the invention;
- Figure 8
- the section A - B in Figure 9; and
- Figure 9
- a schematic representation of an end portion of the counterflow heat exchanger according to the invention.
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.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.
In ihren den eigentlichen Gegenstromabschnitt des Gegenstromwärmetauschers
ausbildenden mittleren Abschnitten 2
weisen die Platten 1 einen sinusförmig gewellten Querschnitt
3 auf.In their the actual counterflow section of the counterflow heat exchanger
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.With the
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.Due to the plant between the
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.Because of the routing of the two fluid or gas flows A, B in countercurrent, the heat exchange between the two gas or fluid flows A, B in thermodynamic accomplish favorably.
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.As can be seen from FIGS. 1, 3, 7 and 8, 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. On this Edges 8 can be the plates 1 by welding or connect the adhesive seal.
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.At the points of contact between the wave crests 5 and
the
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.As can be seen in particular from FIG. 2, each plate has 1
the
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.In the plate 1 shown in Figure 2 is above
or before the
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.The
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.The gas or fluid flow A, B occurs in the area of the sealing edge
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.To equalize the flow conditions are both
in the area of the
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.The
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.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
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.By alternately stacking plates 1 the
Both types of construction are created in the middle or
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.The depth and number of
Claims (9)
- Counterflow heat exchanger having plates (1) that are arranged above or below one another or next to one another with the formation of intermediate spaces (6), are connected to one another in a leakproof manner at their edges (8) which are parallel with the direction of flow of the two fluid streams (A, B) flowing alternately through the intermediate spaces (6) in a substantially anti-parallel manner, have a corrugated cross-section (3) with corrugation troughs (4) and corrugation peaks (5), and, with their corrugation troughs (4), abut the corrugation peaks (5) of the plate (1) that is adjacent on the one side and, with their corrugation peaks (5), abut the corrugation troughs (4) of the plate (1) that is adjacent on the other side, characterised in that the cross-section (3) of each plate (1) is corrugated in a substantially sinusoidal shape so that fluid channels (7) forming an intermediate space (6) and following one another transversely to the direction of flow of the fluid streams (A, B) are approximately circular, and in that each plate (1) makes a transition from its sinusoidally corrugated cross-section (3) into a flat cross-section (11) at its two longitudinal ends at a respective transition portion (9, 10) by a gradual decrease in the depth of its corrugation troughs (4), or in the height of its corrugation peaks (5).
- Counterflow heat exchanger according to claim 1, wherein the one transition portion (9) of each plate (1) is adjoined by an inlet portion (12) and the other transition portion (10) of each plate (1) is adjoined by an outlet portion (13), both the inlet portion (12) and the outlet portion (13) having a sealing edging (16, 17) on one side of the longitudinal central line (18) of the plate.
- Counterflow heat exchanger according to claim 2, wherein the inlet portion (12) and the outlet portion (13) of each plate (1) taper approximately in the shape of a triangle from their ends located on the side where the transition portions are arranged in the direction towards their free ends, one limb (14, 15) of the triangular inlet portion (12) and outlet portion (13) having the sealing edging (16, 17).
- Counterflow heat exchanger according to claim 2 or 3, wherein the inlet portion (12) and the outlet portion (13) of each plate (1) have support elements (21) abutting an adjacent plate (1).
- Counterflow heat exchanger according to any one of claims 2 to 4, wherein the sealing edging (16) of the inlet portion (12) of a plate (1) is arranged on the one and the sealing edging (17) of the outlet portion (13) of that plate (1) is arranged on the other side of the longitudinal central line (18) of the plate.
- Counterflow heat exchanger according to claim 4 or 5, wherein the support elements (21) extend parallel with the sealing edging (16, 17) and are in the form of fluid-conducting elements.
- Counterflow heat exchanger according to any one of claims 2 to 6, wherein the inlet portion (12) of one plate (1) is associated with the outlet portion of the following plate (1) and the outlet portion (13) of the one plate (1) is associated with the inlet portion of the following plate (1), the sealing edging (16) of the inlet portion (12) of the one plate (1) being arranged on the one side of the longitudinal central line (18) of the plate and the sealing edging of the outlet portion of the following plate (1) being arranged on the other side of the longitudinal central line (18) of the plate, the sealing edging (17) of the outlet portion (13) of the one plate (1) being arranged on the other side of the longitudinal central line (18) of the plate and the sealing edging of the inlet portion of the following plate (1) being arranged on the one side of the longitudinal central line (18) of the plate, and the support or fluid-conducting elements (21) of the inlet portion (12) and of the outlet portion (13) of the one plate (1) extending perpendicularly to the fluid-conducting elements of the outlet portion and of the inlet portion of the following plate (1).
- Counterflow heat exchanger according to claim 7, which is manufactured from two types of plate, the sealing edgings (16, 17) and the support and fluid-conducting elements (21) of the one type of plate being arranged perpendicularly to the sealing edgings and fluid-conducting elements of the other type of plate, and a plate (1) of the one plate type being followed by a plate (1) of the other plate type.
- Counterflow heat exchanger according to any one of claims 1 to 8, wherein the dimension of the edges (8) which are parallel with the direction of flow of the fluid streams (A, B) corresponds to double the plate spacing.
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