WO1995009338A1 - Kanalwärmetauscher - Google Patents

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WO1995009338A1
WO1995009338A1 PCT/DE1994/001118 DE9401118W WO9509338A1 WO 1995009338 A1 WO1995009338 A1 WO 1995009338A1 DE 9401118 W DE9401118 W DE 9401118W WO 9509338 A1 WO9509338 A1 WO 9509338A1
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    • F28F2275/085—Fastening; Joining by clamping or clipping with snap connection
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    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/02—Removable elements

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for, in particular two, fluids flowing through with parallel flow channels, which is formed in cross-section from sheets lying one above the other with a meandering profile, an overlying sheet covering the flow channels of the underlying sheet and each having laterally adjacent flow channels of different fluids can be flowed through.
  • a heat exchanger has become known from DD 243 088 AI.
  • the heat exchanger which has become known from DD 243 088 AI is also made up of individual s-shaped strips of profile sheet, the profile of which has a meandering cross section.
  • the inner angles of the open trapezoids formed by the meandering profile are, however, greater than 90 °, so that an overlying panel can engage and slide into the underlying panel.
  • the flow cross sections, flow velocities, effective heat exchange surfaces and the static controllability of the overall structure are influenced in an uncontrolled manner.
  • the sliding together of adjacent panels increases the number of panels required for a heat exchanger of a certain effective heat exchange surface and thus the weight of the heat exchanger per unit of space.
  • the invention is based on the object of developing a heat exchanger of the type mentioned at the outset in such a way that the sheets lying one above the other no longer slide into one another, but rather that the sheets can lie one above the other without stabilizing intermediate plates and a stable overall structure is obtained, with under economical use of materials with thin sheets a maximum heat exchange surface is achieved in a small space.
  • This object is achieved in that the internal angles of the open trapezoids formed by the meandering profile are less than 90 °.
  • the heat exchanger according to the invention is thus a compact heat exchanger with a high specific heat exchange surface, which can be used for the most diverse heat exchange tasks between gaseous and / or liquid media and as an evaporator, condenser and flow reactor with exothermic and endothermic processes.
  • the heat exchanger can be used, for example, to utilize waste heat from exhaust air in buildings, factories and warehouses and in combination with extractor hoods.
  • the heat exchanger can be used for preheating dry air in drying systems, for preheating combustion air such as in bakeries, for drying processes or forced-air cooling, for condensation in tumble dryers, for ventilation in livestock husbandry in stables and for heat exchange purposes in power plants. and exhaust gas treatment systems.
  • the heat exchanger can be used in washing systems or in household appliances such as washing machines and dishwashers. Further areas of application are in air conditioning, in cooling processes such as control cabinet cooling or evaporative cooling, condensation, in evaporation technology such as, for example, as a film evaporator, in cooling systems, gas instantaneous water heaters and in heating boilers, forming stations for hot water and steam, and in the vehicle industry, for example for the use of waste heat and heating of the passenger compartment.
  • the heat exchanger can be used excellently in the vehicle industry for preheating wash water for windshield and headlight washer systems and for charge air cooling in the turbocharger engine.
  • the heat exchanger can consist of aluminum, steel, stainless steel, other metals and alloys, or of plastics or paper or other materials.
  • the internal angles of the open trapezoids formed by the meandering profile are preferably greater than 70 °, so that the ratio between the cost of materials and the heat exchange surface of the flow channel is as optimal as possible and the ratio of heat transfer coefficient to weight or price of the heat exchanger is kept as large as possible.
  • all plates of the heat exchanger are formed from a single continuous strip in such a way that the flow channels of the two fluids are completely separated from one another.
  • the continuous profile strip runs, for example, in a serpentine or S-shaped manner or at right angles to the flow direction.
  • the walls of the flow channels are roughened and / or provided with structures which influence the flow of the fluid flowing through.
  • the channel wall roughened and / or structured according to the invention leads as flow-specific baffles within the Flow channel, for example for generating turbulence or spiral flows or double spiral flows, whereby the heat exchange between the fluids is increased or optimized.
  • ever-recurring inflow processes within the flow channels can be generated by passing a sulfur in the flow direction at certain intervals over a short length into a flat section, in particular with a turbulence-producing embossment.
  • the fluid can be deflected and / or deflected into the individual flow channels via inclined surfaces, so that the fluids can be introduced into selected flow channels, for example a flow channel level or only one end half of the heat exchanger.
  • the residence time of the fluids in the heat exchanger and thus the heat transfer coefficient and the flow direction of the fluids can also be adjusted via the number of closed shut-off elements. Hydraulic cleaning is also possible.
  • adjustable flaps can vary the flow guidance and heat exchange performance. These flaps can be drives or move magnets.
  • flow guiding elements are provided in the area of the inlet and outlet openings of the flow ducts, via which the fluids can be introduced into the flow ducts from outside or can be diverted within the heat exchanger, then the inlets and outlets of each fluid can be at any angle in the Introduce and discharge heat exchangers or divert them within the heat exchanger, the flow pressure losses being minimized.
  • seals and filters are provided according to the invention in the housing and on the front, V-shaped sealing element openings.
  • a flow distributor and a flow combiner for a fluid are each designed as a flat channel section that extends in the flow direction over the entire cross section of the flow level (s) without flow channels, and the flow channels of the other fluid in this (n) flow level (n) are closed at their respective ends, in particular with an inclined surface. Then the fluid introduced into the heat exchanger, for example over its entire cross-sectional area, flows into all of the open flow channels without reaching the flow channels of the other fluid.
  • a fluid flowing into the heat exchanger only through an opening cross-section can be distributed to all desired flow channels in the heat exchanger to form a flow cross-section similar to a chessboard, and thus with a low flow pressure loss, since none 90 ° deflection, maximum heat exchange can be achieved.
  • the profile forming the flow channels is compressed into a plane at its respective ends.
  • Profile sheets produced in the deep-drawing process with an acute-angled trapezoidal cross section can be easily pressed together, so that structures which close certain flow channels can also be easily produced with a meandering basic profile.
  • the heat exchanger according to the invention is flowed through diagonally and a flow short circuit is prevented with respect to the heat exchanger.
  • this flow-technically favorable, almost rectilinear flow reduces the pressure loss compared to known countercurrent designs.
  • the panels forming the flow channels can be arranged in a housing, which can preferably also be dismantled, which facilitates the assembly and disassembly as well as the cleaning of the individual parts forming the heat exchanger.
  • a V-shaped sealing element that can be removed from the front
  • the heat exchanger package can also be removed very easily from a one-piece housing.
  • a plurality of heat exchangers can be coupled to one another laterally and / or in the form of a modular system and / or in a corner, so that adaptations to predetermined geometries, for example volume flows and heat exchange rates, are possible.
  • a fin heat exchanger also falls within the scope of the invention, in which a fluid, for example air, flows through parallel flow channels with a rectangular profile, trapezoidal profile or inflated trapezoidal profile or similar profile piece parts.
  • the heat exchange with another fluid, for example with a stechnik remplis ⁇ , is done by the * liquid via pipes surfaces, etc., by the finned heat exchanger through or at itsluster ⁇ is guided along.
  • Fig. Lb schematically shows the distribution of two fluids A and B in the flow channels of Fig. La, as well the indicated two-dimensional heat transfer;
  • FIG. 2a shows a perspective view of the flow channels of FIG. 1b with two fluids A and B flowing through in a countercurrent process
  • 3a shows two flow planes of two fluids in an exploded view with flow dividers closed for the other fluid
  • 3b shows the flow pattern of the two fluids along the plane III-IIIb of FIG. 3a;
  • 3c shows the quasi-flat inflow area generated from the acute-angled trapezoidal profile along the plane IIIc-III3c of FIG. 3a;
  • FIG. 4 shows a perspective view of flow channels with two fluids introduced in countercurrent and in alternating flow planes
  • FIG. 5 shows a perspective view of flow channels with interrupted flow channels and lateral discharge of a fluid
  • FIGS. 6a, b show a perspective view of a heat exchanger with the outer flow channels partially wise closing side walls and with lateral introduction of a fluid
  • FIGS. 6a and b schematically shows the inflow and outflow directions of the two fluids according to FIGS. 6a and b;
  • Fig. 7a-d a heat exchanger with a housing which can be dismantled and with V-shaped end faces of the heat exchanger package and the flow directions of the fluids and furthermore a flexible connecting element;
  • FIG. 8 shows a heat exchanger with a housing that can be dismantled, with right-angled faces of the heat exchanger package and with side openings;
  • FIG. 9 shows a heat exchanger designed analogously to that of FIG. 7a in a one-piece housing
  • FIG. 10 is a perspective partial view of flow channels of a finned heat exchanger with tubes of round cross section passing through at right angles to the air flow direction;
  • Fig. 11 shows the flow channels of Fig. 27 with tubes of elongated cross-section.
  • Fig ' . 13a-c different possible profile shapes of the flow channel cross section for heat exchangers, room radiator and fin heat exchanger.
  • the heat exchanger denoted by 1 in FIG. 1 a has a housing 2, in which flow channels 4 for example for two fluids A, B are formed by means of a continuous sheet metal strip 3.
  • a filled-in arrow denotes fluid A
  • a non-filled-in arrow denotes fluid B.
  • Sheet metal strip 3 has a meandering profile, the inside angles ⁇ of which are smaller than 90 °.
  • the meandering sheet metal strip 3 itself is arranged in a serpentine or S-shaped manner in such a way that parallel flow channel planes are formed.
  • the sheet profile of a flow plane lies on the underlying sheet profile, as is schematically indicated at 5.
  • the two longitudinal edges 6a, b of the sheet metal strip 3 are either leak-free connected to one another or to the housing 2, so that laterally adjacent flow channels 4 are each completely and hermetically flowed through by another fluid separated by sheet metal. As shown in FIG. 1b, the fluids A, B flowing through the flow channels 4 are not mixed. Due to the almost square structure of the flow channels 4, the heat exchange between the two fluids A, B takes place on four sides of a channel 4, as indicated by the double arrows 7. The heat exchange surface can be doubled compared to a heat exchanger consisting only of parallel plates.
  • the two fluids A, B according to FIG. 2a flow through the flow channels 4 in the opposite flow direction.
  • a channel flow especially in larger dimensioned flow channels with smooth walls, as shown in FIG. there is a risk of a deterioration in the heat transfer between the two fluids A, B due to the formation of a laminar boundary layer of the flowing fluid on the smooth wall.
  • the figures 2b to e show flow baffles formed transversely and obliquely to the flow direction of the flow channels 4 in the form of furrows 8a to 8d, via which the flow behavior of the fluids flowing through can be influenced.
  • FIG. 3a shows an exploded view of the otherwise superimposed profile sheets.
  • the illustration shows how the profile merges from the quasi-flat flat plates (see FIG. 3c) into the meandering profile structure, with the transition, for example, from level 9 to the "trapezoidal roof” 10 via the oblique outflow surfaces 10a; the transition to the "Trapez Valley” takes place in the same way.
  • the flow in this transition region can be seen from the sectional view in FIG. 3b, it being clearly recognizable that the entry of the medium A from a flat, flat gap (first flow level) into the channels of two flow levels (partial flows A 'and A''according to FIG. 4), which creates the checkerboard-like flow profile shown in FIG. 4.
  • the elevations 10 On the entry and exit sides of the flow channels, the elevations 10 have an end surface, in the exemplary embodiment a curved inflow surface 10a completed to prevent the entry of the other fluid in the flow direction. In this way, the heat exchange achievable with smooth heat exchangers can be increased.
  • the fluid streams A, B are each divided into two partial streams A ', A 1 ' and B 'B *' by the elevations 10 and are guided parallel to one another in the flow channel or on the elevations 10.
  • the flow channels 4 shown in FIG. 4 differ from those in FIG. 1 a in that diagonally adjacent flow channels 4a, b of a fluid are connected to one another via openings 11 on the outside. This is shown in the rear view of FIG. 4 for the outer flow channels 4a, b.
  • the front part of FIG. 4 shows the separate inflow of the two fluids A, B in adjacent flow levels in the countercurrent process.
  • the introduction of a fluid into the flow channels 4a, 4b is achieved by providing elevations 10 with closed inclined surfaces 10a.
  • the fluid flow A is split over the inclined surface 10a into a first partial flow A 'and a second partial flow A 1 '.
  • the cross sections of the flow channels of the other fluid are completely closed off via inclined surfaces 12.
  • the two fluids A, B can be introduced separately from one another into flow planes 4 A , 4 B that are open to them and distributed into the flow channels of the respective fluid.
  • a flow level can be achieved in that at certain intervals the flow channels 4 pass over a short length into a flat channel 13 between two inclined surfaces 12a, b as in a plate heat exchanger and from there the flow is redistributed into the flow channels 4.
  • 5 also shows that the two fluids A, B flowing through the flow channels 4 in the countercurrent process can be introduced into different flow levels either on the end face (fluid A) or from the side (fluid B).
  • the outward opening of the flow channels 4 is sealed either by a smooth side wall 15a or by a side wall 15b profiled in accordance with the flow planes (FIG. 6a).
  • the introduction of the fluids A, B in this embodiment takes place through side openings 16 in the side walls 15a, b. Since the flow planes of the other fluid are closed with a bending edge resulting from the S-shaped superposition of the profiled sheet metal strip, the fluid can be supplied over the entire open cross section 16 of the side walls 15.
  • the fluids are drained off according to FIG. 6a via the end face of the flow channels 4, so that the inlet and outlet of the two fluids A, B are each at right angles to one another.
  • Fig. 6c again illustrates each Inlet and outlet directions of the fluids A, B in the heat exchanger 1 which run at right angles to one another.
  • FIG. 7a shows a heat exchanger 101 that can be dismantled, which consists of two housing halves 102a, b which can be connected to one another, a profiled sheet 103 which forms flow channels 104, and a cover 117 with flow guide elements 117a.
  • the identically designed housing halves 102a, b have two preferably square openings 118a, b and two side openings 119a, b, into which the covers 117 (with and without flow control elements 117a) can be inserted are.
  • the housing 102, 602, the cover 117, 617, the gap 627 and the connecting rib 6 are preferably made of plastic and can be connected to one another in a detachable and simple manner.
  • the end faces 103 'of the profiled sheet 103 are V-shaped and, when the two housing halves 102a, b are connected, are in a form-fitting manner against likewise V-shaped stops 102' within the respective housing half 102a, b, a seal preferably being inserted for sealing which is adapted to the sealing surface 102.
  • the flow-directing elements 117a consist of parallel guide plates 117a 'spaced apart from one another and one or two cover surface (s) 117b.
  • Both the end angle ⁇ of the V-shaped end face of the profiled plate 103 and the deflection angle of the flow deflecting elements 117 are preferably 45 °, so that the fluids between the guide plates 117a can be introduced or removed via the end sides of the heat exchanger 101 parallel to the flow direction, as in FIGS. 7a, b is shown. If the covers with flow control elements 117a are inserted into the openings at the front, the fluids A, B entering laterally can likewise be introduced into the heat exchanger 101 parallel to the flow direction. be directed.
  • FIG. 7c shows the flow planes 4 A , 4 B which are each open for a fluid and closed by end strips, which correspond to those of FIG. 4 with the exception of the V-shaped end face.
  • the two housing halves 102a, b can be easily connected to or detached from one another by means of fastening means in the form of locking brackets 121 which engage projections 120 on the heat exchanger 101.
  • the covers 117 can also be easily attached or detached via a similar locking mechanism between projections 117c on the covers 117 and locking brackets 121 '.
  • 7d shows the longitudinal section of the assembled heat exchanger 101, a flexible intermediate piece 121 being incorporated here for improved expansion absorption and assembly. This adapter can also be attached to the end of the heat exchanger.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a heat exchanger 201, in which the housing halves 102a, b which are in one piece in FIG. 7a are in turn formed by two housing quarters 202a ', a'',b', b ''.
  • the individual housing quarters 202 as well as the front cover 222 and the side covers 223 covering the side openings 219 are fastened with locking brackets 221, which in turn interact with projections 220 and 217c on the housing quarters 202a, b and on the front side parts 217c.
  • the housing parts pressed against the heat exchanger package in the assembled state of the heat exchanger 201 are each sealed with sealing means 224.
  • the profile plate 203 consists of rectangular end faces 203 'at the ends.
  • FIG. 9 shows a heat exchanger 103 designed analogously to FIG. 7a in a housing 602, which, however, is in one piece.
  • the exploded view shows that the housing 602 consists of a continuous, rectangular channel 602, which can be easily produced as a drawn part. Sealing on the V-shaped end face 103 'takes place via a removable V-shaped sealing element 623, which preferably has square and identically shaped openings 618' on the end face and on the side, which enables inflow and outflow both on the end face and laterally.
  • the V-shaped sealing elements are locked in the housing by inserting a cover 617 or other connecting elements 626, 627 through the lateral housing opening 619 into the lateral opening 619 'of the V-shaped sealing element 623, where the insertion element releasably snaps into place. In this way, maintenance-friendly, multivalent use of the heat exchanger is possible in the component system with simple means.
  • an 8-shaped frame seal 624 is provided for sealing.
  • This seal 624 can be 625 on one side over its entire surface, so that an incoming medium is simultaneously filtered.
  • this material 624, 625 is treated on the active sealing surface on the surface or / and in-walled in such a way that it is impermeable to the flowing medium and thus one good sealing effect is achieved.
  • connection between housings (modular design) and between housings with V-shaped connecting element 625 and connecting elements are preferably realized via a releasable snap connection, which preferably consists of plug-in part 628 and receptacle (socket) part 628 ".
  • the figures 10 and 11 show a finned heat exchanger 701, in which the fins are turned back and forth and have a rectangular structure similar to a profile.
  • a checkerboard-like structure is created with a very high heat exchange surface per unit space.
  • A, in particular gaseous, fluid A such as air flows through the flow channels 704, the heat exchange taking place with a, in particular liquid, fluid B, which flows through the profile sheet 703 in tubes 705, 705 ′ at right angles to the flow channels 704.
  • the tubes 705, 705 ' have either a round (FIG. 10) or an elongated cross section (FIG. 11).
  • the advantages of the fin heat exchanger 701 can be seen in the fact that the heat transfer is intensified on the air side. Due to the fact that in the case of liquid-air heat exchangers only a significantly lower heat transfer is possible due to the media, the heat exchange surface on the air side (heat exchange fins) should be designed in such a way that the largest possible heat exchange surface is accommodated in a narrow space. which, in the best case, should at the same time be structured in itself in order to keep the heat transfer coefficient on the Increase air side. This goal can be achieved with the profiled sheet metal strip 703, the profile shape of which does not produce any parallel ribs, but rather creates a checkerboard-like structure by turning it back and forth and superimposing it.
  • the channel wall is corrugated or structured in another way, so that turbulence or spiral flows arise.
  • the rib profiling increases the rib area actively involved in the heat exchange by approx. 60%.
  • the heat exchange surface and thus the compactness and heat exchange performance can be significantly increased, or while maintaining a required heat exchange surface, the overall finned heat exchanger becomes significantly smaller in its outer dimensions.
  • FIG. 12 Another embodiment of a fin heat exchanger 701 'is shown in FIG. 12, through which two gaseous fluids A, B flow at right angles and in separate flow channels. Due to the large profile surface of the fluid A, the heat exchange with the fluid B can also be increased here.
  • the rib profile can be a rectangular profile, a trapezoidal profile, an elevated trapezoidal profile, the trapezoidal cones being at an acute angle, or similar profiles.

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Abstract

Bei einem Wärmetauscher (1) für zwei durchströmende Fluide (A, B) mit parallelen Strömungskanälen (4), der im Querschnitt aus schichtenweise aufeinanderliegenden Tafeln mit mäanderförmigem Profil ausgebildet ist, wobei eine aufliegende Tafel die Strömungskanäle (4) der darunterliegenden Tafel abdeckt und wobei jeweils seitlich benachbarte Stömungskanäle (4) von unterschiedlichen Fluiden durchströmbar sind, sind die Innenwinkel theta der vom mäanderförmigen Profil gebildeten offenen Trapeze kleiner als 90 DEG . Durch diese kleinen Innenwinkel liegt eine Tafel jeweils auf der benachbarten darunterliegenden Tafel auf, so dass ein Ineinandergreifen benachbarter Tafeln verhindert wird. Dies trägt zu einer Erhöhung der Stabilität bei grösseren Druckunterschieden bei und führt zu einer Gewichtsreduzierung des Wärmetauschers.

Description

Kanalwärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für, insbesondere zwei, durchströmende Fluide mit parallelen Strömungskanälen, der im Querschnitt aus schichtenweise aufeinanderliegenden Tafeln mit mäanderförmigem Profil ausgebildet ist, wobei ei¬ ne aufliegende Tafel die Strömungskanäle der darunterliegen¬ den Tafel abdeckt und wobei jeweils seitlich benachbarte Strömungskanäle von unterschiedlichen Fluiden durchströmbar sind. Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der DD 243 088 AI be¬ kanntgeworden.
Bei Wärmetauschern der üblichen Serienfertigung wie Platten¬ wärmetauschern oder Spiralwärmetauschern bestehen häufig Ab¬ dichtprobleme der aneinander gepreßten Platten bzw. des Deckels am Spiralwärmetauscher, wodurch die Anwendbarkeit und der Gebrauchswert stark verringert sind. Daher wird bei Plattenwärmetauschern mit erheblichem Aufwand eine Verkle¬ bung, Verschweißung oder Verlötung der Platten vorgenommen, wodurch dann allerdings eine mechanische Reinigung der Strö¬ mungsquerschnitte nicht oder nur bedingt möglich ist.
Auch der aus der DD 243 088 AI bekanntgewordene Wärmetau¬ scher ist aus einzelnen einem s-förmig übereinandergelegten Profilblechstreifen aufgebaut, dessen Profil einen mäander- förmigen Querschnitt aufweist. Die Innenwinkel der vom mäan- derförmigen Profil gebildeten offenen Trapeze sind aller¬ dings größer als 90°, so daß eine aufliegende Tafel in die darunterliegende Tafel eingreifen und hineinrutschen kann. Bei höheren Druckdifferenzen zwischen den beiden Wärme¬ tausch-Fluiden besteht eine erhöhte Gefahr, daß die TAfeln in ungewolltem Maße tiefer ineinanderrutschen. Dabei werden die Strömungsquerschnitte, Strömungsgeschwindigkeiten, ef¬ fektiven Wärmetauschflächen und die statische Beherrschbar- keit des Gesamtgefüges in unkontrollierter Weise beeinflußt.
Jedoch erhöht sich bei dem aus der DD 243 088 AI bekannten Wärmetauscher durch das Ineinanderrutschen benachbarter Ta¬ feln die Anzahl der für einen Wärmetauscher einer bestimmten effektiven Wärmetauschfläche erforderlichen Tafeln und damit das Gewicht des Wärmeaustauschers pro Raumeinheit. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art derart weiterzubil¬ den, daß die übereinanderliegenden Tafeln nicht mehr inein¬ ander rutschen, sondern daß die Tafeln ohne stabilisierende Zwischenbleche übereinander liegen können und sich dabei ein stabiles Gesamtgefüge ergibt, wobei unter sparsamem Materi¬ aleinsatz mit dünnen Blechen eine maximale Wärmetauschfläche auf engem Raum erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenwinkel der vom mäanderförmigen Profil gebildeten offe¬ nen Trapeze kleiner als 90° sind.
Durch die erfindungsgemäß kleinen Innenwinkel liegt eine Ta¬ fel jeweils auf der benachbarten darunterliegenden Tafel auf, so daß ein Ineinandergreifen benachbarter Tafeln gerade verhindert wird. Dies trägt zu einer Erhöhung der Stabilität bei größeren Druckunterschieden bei und führt zu einer Ge¬ wichtsreduzierung des Wärmetauschers. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist somit ein kompakter Wärmetauscher mit ho¬ her spezifischer Wärmetauschfläche, der für die verschieden¬ sten Wärmetauschaufgaben zwischen gasförmigen und/oder flüs¬ sigen Medien sowie als Verdampfer, Kondensator und Strö¬ mungsreaktor mit exothermen und endothermen Prozessen an¬ wendbar ist. Als Wärmetauscher zwischen gasförmigen Medien läßt sich der Wärmetauscher beispielsweise zur Abwärmenut¬ zung aus Fortluft in Gebäuden, Werks- und Lagerhallen sowie in Kombination mit Dunstabzugshauben einsetzen. Den Wärme¬ tauscher kann man zur Vorwärmung von Trockenluft in Trock¬ nungsanlagen, für Vorheizen von Verbrennungsluft wie z.B. in Bäckereien, für Trocknungsvorgänge oder Umluftkühlung, für Kondensation in Wäschetrocknern, für Belüftung bei der Vieh¬ haltung in Ställen sowie zu Wärmetauschzwecken in Kraftwer- ken und Abgasbehandlungsanlagen einsetzen. Für flüssige Me¬ dien kann der Wärmetauscher in Waschanlagen oder in Haus¬ haltsgeräten wie Waschmaschinen, Geschirrspülautomaten ver¬ wendet werden. Weitere Anwendungsgebiete sind in der Klima¬ tisierung, bei Kühlprozesse wie beispielsweise Steuer¬ schrankkühlung oder Verdunstungskühlung, Kondensation, in der Verdampfungstechnik wie z.B. als Filmverdampfer, in Käl¬ teanlagen, Gas-Durchlauferhitzern und in Heizkesseln, Um¬ formstationen für Warmwasser und Dampf sowie in der Fahrzeu- gindustrie, beispielsweise für die Abwärmenutzung und Auf- heizung des Fahrgasträumes. Desweiteren kann der Wärmetau¬ scher in der Fahrzeugindustrie aufgrund seiner hohen Kom¬ paktheit und geringen Größe hervorragend eingesetzt werden zur Waschwasservorwärmung für Scheiben- und Scheinwerfer¬ waschanlagen und zur Ladeluftkühlung beim Turbolader-Motor. Der Wärmetauscher kann aus Aluminium, Stahl, Edelstahl, son¬ stigen Metallen und Legierungen, oder aus Kunststoffen oder Papier oder sonstigen Materialien bestehen.
Bevorzugt sind die Innenwinkel der vom mäanderförmigen Pro¬ fil gebildeten offenen Trapeze größer als 70°, damit das Verhältnis zwischen Materialaufwand und Wärmeaustauschfläche des Strömungskanals möglichst optimal ist und das Verhältnis von Wärmeübergangszahl zu Gewicht bzw. Preis des Wärmetau¬ schers möglichst groß gehalten wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung sind alle Tafeln des Wärmetauschers aus einem einzigen fortlaufenden Streifen derart ausgebildet, daß die Strömungskanäle beider Fluide vollständig voneinander getrennt sind. Der fortlau¬ fende Profilstreifen verläuft dazu beispielsweise schlangen- oder S-förmig in oder rechtwinklig zur Durchströmrichtung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Wärmetauschers sind die Wandungen der Strö¬ mungskanäle angerauht und/oder mit die Strömung des durch¬ strömenden Fluids beeinflußenden Strukturen versehen. Da bei einer KanalStrömung, insbesondere in größer dimensionierten glatten Kanälen, die Gefahr einer Verschlechterung des Wär¬ meübergangs durch eine laminare Grenzschicht des durchströ¬ menden Fluids an den Wandungen besteht, führt die erfin¬ dungsgemäß angerauhte und/oder strukturierte Kanalwandung als strömungsspezifische Schikanen innerhalb des Strömungs- kanals z.B. zur Erzeugung von Turbulenzen oder Spiralströ¬ mungen oder Doppelspiralströmungen, wodurch der Wärmeaus¬ tausch zwischen den Fluiden erhöht bzw. optimiert wird.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn immmer wiederkehrende Anströmvorgänge innerhalb der Strömungskanäle dadurch er¬ zeugbar sind, daß eine Tefel in Strömungsrichtung in be¬ stimmten Abständen auf einer kurzen Länge in einen flachen Abschnitt, insbesondere mit einer Turbulenz erzeugenden Ver- prägung, übergeht.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Fluid über schrägflächen in die einzelnen Strömungskanäle ein- und/oder auslenkbar, so daß die Fluide in ausgewählte Strö¬ mungskanäle beispielsweise einer Strömungskanalebene oder nur einer Stirnseitenhälfte des Wärmetauschers eingeleitet werden können. Über die Anzahl der verschlossenen Absperr¬ elemente läßt sich auch die Verweilzeit der Fluide in dem Wärmetauscher und damit die Wärmeübergangszahl einstellen und die Durchströmrichtung der Fluide beeinflussen. Somit ist auch eine hydraulische Reinigung möglich. Insbesondere können verstellbare .Klappen die Strömungsführung und Wärme¬ tauschleistung variieren. Diese Klappen lassen sich über An- triebe oder Magnete bewegen.
Wenn im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen der Strö¬ mungskanäle Strömungsleitelemente vorgesehen sind, über die die Fluide in die Strömungskanäle von außen einleitbar oder innerhalb des Wärmetauschers umleitbar sind, so lassen sich die Zu- und Ableitungen jedes Fluids unter beliebigen Win¬ keln in den Wärmetauscher ein- und ausleiten bzw. innerhalb des Wärmetauschers umleiten, wobei die Strömungs-Druckver¬ luste minimiert werden.
Durch die spitzwinklige Stirnseiten-Bauform läßt sich aber auch ohne diese Strömungsleitelemente die Ein- bzw. Ablei¬ tung des Fluids stirnseitig und auch seitlich, also im 90° -Winkel realisieren. Dazu sind erfindungsgemäß im Gehäuse und an den stirnseitigen, V-förmigen Abdichtelementöffnungen Dichtungen und Filter vorgesehen.
Besonders bevorzugt sind ein StrömungsVerteiler und ein Strömungsvereiniger für ein Fluid jeweils als ein in Durch¬ strömrichtung über den gesamten Querschnitt der Strömungs- ebene (n) sich erstreckender ebener Kanalabschnitt ohne Strö¬ mungskanäle ausgebildet und die Strömungskanäle des anderen Fluids in dieser(n) Strömungsebene (n) an ihren jeweiligen Enden, insbesondere mit einer Schrägfläche, verschlossen sind. Dann strömt das in den Wärmetauscher z.B. über dessen gesamte Querschnittsfläche eingeleitete Fluid in alle geöff¬ neten Strömungskanäle ein, ohne in die Strömungskanäle des anderen Fluids zu gelangen. So kann ein nur über einen Öff¬ nungsquerschnitt in den Wärmetauscher einströmendes Fluid auf alle gewünschten Strömungskanäle im Wärmetauscher zu ei¬ nem Schachbrett ähnlichen Strömungsquerschnitt verteilt wer¬ den und so bei geringem Strömungs-Druckverlust, da keine 90°-Umlenkung, ein maximaler Wärmeaustausch erzielt werden.
Erfindungsgemäß ist das die Strömungskanäle bildende Profil an seinen jeweiligen Enden zu einer Ebene zusammengedrückt. Im Tiefziehverfahren hergestellte Profilbleche mit spitz¬ winkligtrapezförmigem Querschnitt lassen sich leicht zusam¬ mendrücken, so daß sich mit einem mäanderförmigen Grundpro¬ fil auch bestimmte Strömungskanäle verschließende Strukturen leicht herstellen lassen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn zwei benachbarte, jeweils zu einer Ebene zusammengedrückte Profile aus ihrer jeweiligen Ebene zu einer die Strömungsebene verschließenden Stirnwand abknickbar sind.
Wenn die Kanalabschnitte jeweils eine nur für ein Fluid of¬ fene Stirnseitenhälfte aufweisen und diese ein- und aus- trittsseitigen Stirnseitenhälften eines Fluids vorzugsweise diagonal in Durchströmrichtung gegenüberliegen, so wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher diagonal durchströmt und hin¬ sichtlich des Wärmetauschers ein Strömungskurzschluß unter¬ bunden. Außerdem wird mit dieser strömungstechnisch günsti¬ gen, fast geradlinigen Durchströmung der Druckverlust gegen¬ über bekannten Gegenstrom-Bauformen gesenkt.
Besonders bevorzugt sind die die Strömungskanäle bildenden Tafeln in einem, vorzugsweise auch zerlegbaren, Gehäuse an- ordenbar, was den Zusammen- und Auseinanderbau sowie die Reinigung der einzelnen den Wärmetauscher bildenden Teile erleichtert . Bei dem Einsatz eines stirnseitig abnehmbaren V-förmigen Abdichtelementes ist das Wärmetauscherpaket auch aus einem einteiligen Gehäuse sehr leicht herausnehmbar. Ganz besonders bevorzugt sind mehrere Wärmetauscher seitlich und/oder in Form eines Baukastensystems und/oder über Eck aneinander koppelbar, so daß Anpassungen an vorgegebene Geo¬ metrien, z.B. Volumenströme und Wärmetauschleistungen, mög¬ lich sind.
In den Rahmen der Erfindung fällt auch ein Rippenwärmetau¬ scher, bei dem ein Fluid, z.B. Luft, parallele Strömungska¬ näle mit Rechteckprofil, Trapezprofil bzw. überhöhten Tra¬ pezprofil oder ähnlichen Profilstückteilen durchströmt. Der Wärmeaustausch mit einem anderen Fluid, z.B. mit einer Flüs¬ sigkeit, erfolgt, indem* die Flüssigkeit über Rohre etc. durch den Rippenwärmetauscher hindurch oder an seinen Außen¬ flächen entlang geführt wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genann¬ ten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsge¬ mäß jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Reihenfolge miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsfor¬ men sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an¬ hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la schematisch den Querschnitt des erfindungsgemä¬ ßen Wärmetauschers mit parallelen, spitzwink¬ ligtrapezförmigen Strömungskanälen, umgeben von einem Gehäuse;
Fig. lb schematisch die Verteilung zweier Fluide A und B in den Strömungskanälen der Fig. la, sowie den angedeuteten zwei-dimensionalen Wärmetrans¬ port;
Fig. 2a in perspektivischer Ansicht die Strömungskanäle der Fig. lb mit zwei im Gegenstromverfahren durchströmenden Fluiden A und B;
Fign. 2b-e in einer der Fig. 2a entsprechender Ansicht die Strömungskanäle des Wärmetauschers jeweils mit in Durchströmrichtung verschieden strukturier¬ ten Kanalwandungen;
Fig. 3a zwei Strömungsebenen zweier Fluide in Explo¬ sionsdarstellung mit für das andere Fluid ver¬ schlossenen Strömungsteilern;
Fig. 3b den Strömungsverlauf der beiden Fluide entlang der Ebene Illb-IIIb der Fig. 3a;
Fig. 3c den aus dem spitzwinkligen Trapezprofil erzeug¬ ten quasi-ebenen Einströmbereich entlang der Ebene IIIc-III3c der Fig. 3a;
Fig. 4 in perspektivischer Ansicht Strömungskanäle mit zwei im Gegenstrom und in abwechselnde Strö¬ mungsebenen eingeleiteten Fluiden;
Fig. 5 in perspektivischer Ansicht Strömungskanäle mit unterbrochenen Strömungskanälen und seitlicher Ausleitung eines Fluids;
Fign. 6a,b in perspektivischer Ansicht einen Wärmetauscher mit die äußeren Strömungskanäle seitlich teil- weise abschließenden Seitenwänden und mit seit¬ licher Einleitung eines Fluids;
Fig. 6c schematisch die Ein- und Ausflußrichtungen der beiden Fluide gemäß den Fign. 6a und b;
Fign. 7a-d einen Wärmetauscher mit zerlegbarem Gehäuse und mit V-förmigen Stirnseiten des Wärmetauscherpa¬ kets sowie die Durchströmrichtungen der Fluide und desweiteren ein flexibles Verbindungsele¬ ment;
Fig. 8 einen Wärmetauscher mit zerlegbarem Gehäuse, mit rechtwinkligen Stirnseiten des Wärmetau¬ scherpakets und mit seitlichen Öffnungen;
Fig. 9 einen analog zu dem der Fig. 7a gestalteten Wärmetauscher in einem einteiligen Gehäuse;
Fig. 10 in perspektivischer Teilansicht Strömungskanäle eines Rippen-Wärmetauschers mit rechtwinklig zur Luft-Durchströmrichtung hindurchtretenden Rohren runden Querschnitts;
Fig. 11 die Strömungskanäle der Fig. 27 mit Rohren länglichen Querschnitts.
Fig. 12 einen Rippenwärmetauscher für zwei in verschie¬ denen Ebenen getrennt und rechtwinklig zueinan¬ der strömende Fluide; und
Fig'. 13a-c verschiedene mögliche Profilformen des Strö¬ mungskanalquerschnitts für Wärmetauscher, Raum- heizkörper und Rippenwärmetauscher.
Der in Fig. la mit 1 bezeichnete Wärmetauscher weist ein Ge¬ häuse 2 auf, in welchem mittels eines fortlaufenden Blech¬ streifens 3 Strömungskanäle 4 für beispielsweise zwei Fluide A, B ausgebildet sind. In der Zeichnung bezeichnet jeweils ein ausgefüllter Pfeil das Fluid A, ein nicht-ausgefüllter Pfeil das Fluid B. Der Blechstreifen 3 weist ein mäanderför- miges Profil auf, dessen offene Innenwinkel θ kleiner als 90° sind. Innerhalb des Gehäuses 2 ist der mäanderförmige Blechstreifen 3 selbst derart schlangen- oder S-förmig ange¬ ordnet, daß parallele Strömungskanalebenen ausgebildet wer¬ den. Dabei liegt das Blechprofil einer Strömungsebene auf dem darunterliegenden Blechprofil auf, wie es bei 5 schema¬ tisch angedeutet ist. Die beiden Längskanten 6a, b des Blechstreifens 3 sind entweder miteinander oder mit dem Ge¬ häuse 2 leckagefrei verbunden, so daß seitlich benachbarte Strömungskanäle 4 jeweils von einem anderen Fluid vollstän¬ dig und hermetisch durch Blech voneinander getrennt durch¬ strömt werden. Wie in Fig. lb gezeigt ist, findet eine Dur¬ chmischung der die Strömungskanäle 4 durchströmenden Fluide A, B nicht statt. Durch die nahezu quadratische Struktur der Strömungskanäle 4 erfolgt der Wärmetausch zwischen den bei¬ den Fluiden A, B jeweils an vier Seiten eines Kanals 4, wie es durch die Doppelpfeile 7 angedeutet ist. Die Wärmeaus¬ tauschfläche läßt sich gegenüber einem lediglich aus paral¬ lelen Platten bestehenden Wärmetauscher verdoppeln.
Um den Wärmeaustausch weiter zu erhöhen, durchströmen die beiden Fluide A, B nach Fig. 2a die Strömungskanäle 4 in entgegengesetzter Strömungsrichtung. Bei einer Kanalströ¬ mung, vor allem in größer dimensionierten Strömungskanälen mit glatten Wandungen, wie es in Fig. 2a gezeigt ist, be- steht die Gefahr einer Verschlechterung des Wärmeübergangs zwischen den beiden Fluide A, B durch die Ausbildung jeweils einer laminaren Grenzschicht des durchströmenden Fluids an der glatten Wandung. Die Fign. 2b bis e zeigen quer und schräg zur Durchströmrichtung der Strömungskanäle 4 ausge¬ bildete Strömungsschikanen in Form von Furchen 8a bis 8d, über die sich das Strömungsverhalten der durchströmenden Fluide beeinflussen läßt. So führen die rechtwinklig zur Durchströmrichtung der Fluide verlaufenden Furchen 8a, d zu Turbulenzen, während die schräg zur Durchströmrichtung ver¬ laufenden Furchen 8b zu einer einfachen Spiralströmung 8b'und die V-förmigen oder fischgräten-ähnlichen Furchen 8c zu einer doppelten SpiralStrömung 8c" führen. Diese struktu¬ rierten Kanalwandungen verhindern eine laminare Grenzschicht und verbessern den Wärmeaustausch zwischen beiden Fluiden A, B.
Fig. 3a zeigt eine Explosionsdarstellung der ansonsten über- einanderliegenden Profilbleche. Die Darstellung zeigt, wie das Profil von der quasi-ebenen flachen Platten (siehe Fig. 3c) in die mäanderförmige Profilstruktur übergeht, wobei der Übergang z.B. von der Ebene 9 zum "Trapez-Dach" 10 über die schräge Auströmflachen 10a erfolgt; analog dazu erfolgt der Übergang zum "Trapez-Tal". Der Strömungsverlauf in diesem Übergangsbereich (Kanalverteiler) ist aus der Schnittdar¬ stellung Fig. 3b ersichtlich, wobei deutlich erkennbar ist, daß der Eintritt des Mediums A von einem ebenen, flachen Spalt (erste Strömungsebene) in die Kanäle zweier Strömungs- ebenen (Teilströme A' und A' ' gemäß Fig. 4) erfolgt, wodurch das in Fig. 4 gut dargestellte schachbrettartige Strömungs- profil entsteht. Eintritts- und austrittsseitig der Strö¬ mungskanäle sind die Erhebungen 10 mit einer Abschlußfläche, im Ausführungsbeispiel mit einer gewölbten Anströmfläche 10a abgeschlossen, um den Eintritt des anderen Fluids in Durch¬ strömrichtung zu verhindern. Auf diese Weise läßt sich der bei glatten Wärmetauschern erreichbare Wärmeaustausch stei¬ gern. Wie Fig. 3b zeigt, werden durch die Erhebungen 10 die Fluidströme A, B jeweils in zwei Teilströme A' , A1 ' bzw. B' B* ' geteilt und parallel zueinander im Strömungskanal zwi¬ schen bzw. auf den Erhebungen 10 geführt.
Die in Fig. 4 gezeigten Strömungskanäle 4 unterscheiden sich von denen der Fig. la dadurch, daß an der Außenseite diago¬ nal benachbarte Strömungskanäle 4a, b eines Fluids miteinan¬ der über Öffnungen 11 verbunden sind. Dies ist in der hinte¬ ren Ansicht der Fig. 4 für die äußeren Strömungskanäle 4a, b dargestellt. Der vordere Teil der Fig. 4 zeigt das getrennte Einströmen der beiden Fluide A, B in benachbarten Strömungs¬ ebenen im Gegenstromverfahren. Wie in den Fign. 3a und b ge¬ zeigt, wird das Einleiten eines Fluids in die Strömungs¬ kanäle 4a, 4b dadurch erreicht, daß Erhebungen 10 mit ver¬ schlossenen Schrägeflächen 10a vorgesehen sind. Der Fluid- strom A wird über die Schrägfläche 10a in einen ersten Teil- strom A' und einen zweiten Teilstrom A1 ' aufgespalten. In der für das eine Fluid offenen Strömungsebene sind die Quer¬ schnitte der Strömungskanäle des anderen Fluids über Schräg¬ flächen 12 ganz verschlossen. Auf diese Weise können die beiden Fluide A, B getrennt voneinander in für sie jeweils offene Strömungsebenen 4A, 4B eingeleitet und in die vorge¬ sehenen Strömungskanäle des jeweiligen Fluids verteilt wer¬ den.
Da sich der Wärmeaustausch im laminaren Bereich in der An¬ strömphase erhöht, ist eine immer wieder unterbrochene Strö¬ mung von Vorteil. Dieses kann durch immer wiederkehrende An¬ laufvorgänge im Strömungskanal 4 oder, wie Fig. 5 zeigt, in einer Strömungsebene dadurch erreicht werden, daß in be¬ stimmten Abständen die Strömungskanäle 4 auf einer kurzen Länge in einen flachen Kanal 13 zwischen zwei Schrägflächen 12a, b wie bei einem Plattenwärmetauscher übergehen und von dort die Strömung erneut in die Strömungskanäle 4 verteilt wird. Fig. 5 zeigt außerdem, daß die beiden im Gegenstrom- verfahren die Strömungskanäle 4 durchströmenden Fluide A, B entweder stirnseitig (Fluid A) oder von der Seite (Fluid B) in verschiedene Strömungsebenen eingeleitet werden können. Durch den allen Strömungskanälen 4 einer Strömungsebene vor¬ an gestellten gemeinsamen Kanalabschnitt 14 sind alle Strö¬ mungskanäle 4 eines Fluids in dieser Strömungsebene mitein¬ ander verbunden. Das in diese Strömungsebene eingeleitete Fluid verteilt sich gleichmäßig auf die einzelnen Strömungs- kanäle 4.
Das seitliche Abdichten der nach außen offenen Strömungska¬ näle 4 erfolgt entweder durch eine glatte Seitenwand 15a oder durch eine entsprechend den Strömungsebenen profilierte Seitenwand 15b (Fig. 6a) . Die Einleitung der Fluide A, B in dieser Ausführungsform erfolgt durch seitliche Öffnungen 16 in den Seitenwänden 15a, b. Da die Strömungsebenen des ande¬ ren Fluids mit einer aus der S-förmigen Übereinanderlegung des Profilblechstreifens resultierenden Biegekante ver¬ schlossen sind, kann das Fluid über den gesamten offenen Querschnitt 16 der Seitenwände 15 zugeleitet werden. Die Ab¬ leitung der Fluide erfolgt gemäß Fig. 6a über die Stirnseite der Strömungskanäle 4, so daß die Ein- und Ausleitung der beiden Fluide A, B jeweils rechtwinklig zueinander verlau¬ fen. Bei einem in Strömungsrichtung S-förmig übereinanderge- legten Profilblechstreifen, wie in Fig. 6b dargestellt, sind die profilierten Seitenteile 15b mit entsprechenden Ausspa¬ rungen versehen. Fig. 6c verdeutlicht nochmals die jeweils rechtwinklig zueinander verlaufenden Ein- und Austrittsrich¬ tungen der Fluide A, B im Wärmetauscher 1.
In Fig. 7a ist ein zerlegbarer Wärmetauscher 101 gezeigt, der aus zwei miteinander verbindbaren Gehäusehälften 102a, b, einem Strömungskanäle 104 bildenden Profilblech 103 sowie Deckel 117 mit Strömungslenkelementen 117a besteht. An ihren ein- bzw. austrittsseitigen Enden weisen die identisch aus¬ gebildeten Gehäusehälften 102a, b zwei vorzugsweise quadra¬ tische Öffnung 118a, b sowie zwei Seitenöffnungen 119a, b auf, in die die Deckel 117 (mit und ohne Strömungslenkele- mente 117a) einsetzbar sind. Vorzugsweise sind das Gehäuse 102, 602, die Deckel 117, 617, die Lücke 627 sowie Verbin¬ dungsrippe 6 aus Kunststoff und über eine Schnappverbindung lösbar und einfach miteinander zu verbinden. Die Stirnseiten 103' des Profilbleches 103 sind V-förmig ausgebildet und liegen im verbundenen Zustand der beiden Gehäusehälften 102a, b formschlüssig an ebenfalls V-förmigen Anschlägen 102' innerhalb der jeweiligen Gehäusehälfte 102a, b an, wo¬ bei zur Abdichtung vorzugsweise eine Dichtung eingelegt wird, die der Abdichtfläche 102 angepaßt ist. Die Strömungs¬ lenkelemente 117a bestehen aus im Abstand voneinander ange¬ ordneten parallelen Leitblechen 117a' und einer oder zwei Abdeckfläche(n) 117b. Vorzugsweise betragen sowohl der Stirnwinkel ß der V-förmigen Stirnseite des Profilbleches 103 und der Ablenkwinkel der Strömungslenkelemente 117 45°, so daß die Fluide zwischen den Leitblechen 117a über die Stirnseiten des Wärmetauschers 101 parallel zur Durchström- richtung ein- bzw. herausgeleitet werden können, wie in den Fign. 7a, b gezeigt ist. Werden die Deckel mit Strömungslei¬ telementen 117a in die stirnseitigen Öffnungen eingesetzt, können die seitlich eintretenden Fluide A, B ebenfalls par¬ allel zur Durchströmrichtung in den Wärmetauscher 101 einge- leitet werden. Fig. 7c zeigt die für ein Fluid jeweils ge¬ öffneten und durch Stirnseitenstreifen verschlossenen Strö¬ mungsebenen 4A, 4B, die denen der Fig. 4 mit Ausnahme der V-förmigen Stirnseite entsprechen. Über Befestigungsmittel in Form von mit Vorsprüngen 120 am Wärmetauscher 101 angrei¬ fenden Feststellbügeln 121 können die beiden Gehäusehälften 102a, b leicht miteinander verbunden bzw. gelöst werden. Über einen ähnlichen Feststellmechanismus zwischen Vorsprün¬ gen 117c an den Deckeln 117 und Feststellbügel 121' lassen sich auch die Deckel 117 leicht befestigen bzw. lösen. Den Längsschnitt des zusammengebauten Wärmetauschers 101 zeigt Fig. 7d, wobei hier ein flexibles Zwischenstück 121 zur ver¬ besserten Dehnungsaufnahme und Montage eingebaut ist. Dieses Zwischenstück kann ebenso am Wärmetauscher-Ende angebracht werden.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform eines Wärmetau¬ schers 201 gezeigt, bei der die in Fig. 7a einteiligen Ge¬ häusehälften 102a, b ihrerseits durch zwei Gehäuseviertel 202a', a' ', b', b' ' ausgebildet sind. Die einzelnen Gehäuse¬ viertel 202 sowie die stirnseitige Abdeckung 222 und die die seitlichen Öffnungen 219 abdeckenden Seitenabdeckungen 223 werden mit' Feststellbügeln 221 befestigt, die ihrerseits mit Vorsprüngen 220 bzw. 217c an den Gehäusevierteln 202a, b und an den Stirnseitenteilen 217c zusammenwirken. Die im zusam¬ mengebauten Zustand des Wärmetauschers 201 an das Wärmetau¬ scherpaket gepreßten Gehäuseteile sind jeweils mit Dich¬ tungsmitteln 224 abgedichtet. Das Profilblech 203 besteht an den Enden aus rechtwinkligen Stirnseiten 203' . Die stirnsei¬ tigen Abdeckungen 222 mit Vorsprüngen 217c werden mittels Dichtung 224 und Spannmitteln dicht mit dem Gehäuse verbun¬ den. Fig. 9 zeigt einen analog zu Fig. 7a gestalteten Wärmetau¬ scher 103 in einem Gehäuse 602, welches allerdings einteilig ist. Die Explosionsdarstellung zeigt, daß das Gehäuse 602 aus einem durchgängigen, rechteckigen Kanal 602 besteht, der einfach als Ziehteil herstellbar ist. Die Abdichtung an der V-förmigen Stirnseite 103 ' erfolgt über ein herausnehmbares V-förmiges Abdichtelement 623, das stirnseitig und seitlich vorzugsweise quadratische und gleichgestaltete Öffnungen 618' aufweist, die das Ein- bzw. Ausströmen sowohl stirnsei¬ tig als auch seitlich ermöglicht. Die Arretierung der V-för¬ migen Abdichtelemente im Gehäuse erfolgt durch das Ein¬ stecken eines Deckels 617 oder sonstigen Verbindungselemen¬ tes 626, 627 durch die seitliche Gehäuseöffnung 619 in die seitliche Öffnung 619' des V-förmigen Abdichtelementes 623 hinein, wo das Einsteckelement lösbar einschnappt. Auf diese Weise ist im Bauteilsystems mit einfachen Mitteln ein war¬ tungsfreundlicher, multivalenter Einsatz des Wärmetauschers möglich.
Zwischen der Dichtfläche 602' des V-förmigen Abdichtelements 623 und der V-förmigen Stirnseite 103 ' des Wärmetauschers ist zur Abdichtung eine 8-förmige Rahmendichtung 624 vorge¬ sehen. Diese Dichtung 624 kann einseitig vollflächig 625 sein, so daß ein eintretendes Medium gleichzeitig gefiltert wird.
Um zwei unterschiedliche Wirkweisen (Dichten und Filtern) mit einem Material realisieren zu können, wird dieses mate- rial 624, 625 an der aktiven Abdichtfläche an der Oberfläche oder/und inwandig derart behandelt, daß eine Undurchlässig- keit für das vorbeiströmende Medium und damit eine gute Ab¬ dichtwirkung erreicht wird. Die Verbindung zwischen Gehäusen (Baukastenform) und zwi¬ schen Gehäuse mit V-förmigem Verbindungselement 625 und Ver¬ bindungselementen (wie beispielsweise Verbindungsnippel, flexible Verbindungselemente 651, Bogenstücke 626, Über¬ gangsstücke 627 von rund auf eckig-symmetrisch oder asymme¬ trisch) , Lüftungsgitter an den Öffnungen, Kondensat-Abführ¬ elemente, Decke (617 usw.) wird vorzugsweise über eine lös¬ bare SchnappVerbindung realisiert, die vorzugsweise aus Steck-Teil 628 und Aufnahme- (Buchsen-)Teil 628" besteht.
Die Fign. 10 und 11 zeigen einen Rippenwärmetauscher 701, bei dem die Rippen hin- und hergewendet sind und eine recht¬ eckähnliche Profilstruktur besitzen. Beim Hin- und Herwenden und somit beim Übereinanderlegen des profilierten Blech¬ streifens 703 entsteht eine schachbrettähnliche Struktur mit sehr hoher Wärmetauschfläche pro Raumeinheit. Die Strömungs- kanäle 704 werden von einem, insbesondere gasförmigen, Fluid A wie Luft durchströmt, wobei der Wärmeaustausch mit einem, insbesondere flüssigen Fluid B stattfindet, das in Rohren 705, 705' rechtwinklig zu den Strömungskanälen 704 das Pro¬ filblech 703 hindurchströmt. Die Rohre 705, 705' haben ent¬ weder einen runden (Fig. 10) oder einen länglichen Quer¬ schnitt (Fig. 11) .
Die Vorzüge des Rippenwärmetauscher 701 sind darin zu sehen, daß auf der Luftseite der Wärmeübergang intensiviert wird. Bedingt dadurch, daß bei Flüssig-Luft-Wärmetauschern auf der Luftseite medienbedingt nur ein wesentlich geringerer Wärme¬ übergang möglich ist, sollte die Wärmetauschfläche auf der Luftseite (Wärmetauschrippen) so gestaltet werden, daß auf engem Raum eine möglichst große Wärmetauschfläche unterge¬ bracht wird, die im günstigsten Fall gleichzeitig in sich strukturiert sein sollte, um die Wärmeübergangszahl auf der Luftseite zu erhöhen. Dieses Ziel läßt sich mit dem profi¬ lierten Blechstreifen 703 erzeugen, bei dessen Profilform keine parallelen Rippen entstehen, sondern durch das Hin- und Herwenden und Übereinanderlegen eine schachbrettähnliche Struktur entsteht. Durch eine zusätzliche Strukturierung ist die Kanalwandung gewellt oder andersartig strukturiert, da¬ mit Turbulenzen oder Spiralströmungen entstehen. Durch die Rippenprofilierung wird die am Wärmetausch aktiv beteiligte Rippenfläche um ca. 60% erhöht. Damit kann bei gleichen äußeren Abmessungen eines Rippenwärmetauschers die Wärme¬ tauschfläche und damit die Kompaktheit und Wärmetauschlei¬ stung wesentlich erhöht werden, oder bei Beibehaltung einer geforderten Wärmetauschfläche wird der gesamte Rippenwärme¬ tauscher in seinen äußeren Abmessungen wesentlich kleiner.
In Fig. 12 ist eine andere Ausführung eines Rippenwärmetau¬ schers 701' gezeigt, der von zwei gasförmigen Fluiden A, B rechtwinklig und in voneinander getrennten Strömungskanälen durchströmt wird. Durch die große Profilfläche des Fluid A läßt sich auch hier der Wärmeaustausch mit dem Fluid B stei¬ gern.
Wie die Fign. 13a bis 13c zeigen, kann das Rippenprofil ein Rechteckprofil, ein Trapezprofil, ein überhöhtes Trapezpro¬ fil, wobei die Trapezkegel spitzwinklig sind, oder ähnliche Profile sein.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher (1) für, insbesondere zwei, durchströmen¬ de Fluide (A, B) mit parallelen Strömungskanälen (4) , der im Querschnitt aus schichtenweise aufeinanderlie- genden Tafeln mit mäanderförmigem Profil ausgebildet ist, wobei eine aufliegende Tafel die Strömungskanäle (4) der darunterliegenden Tafel abdeckt und wobei je¬ weils seitlich benachbarte Strömungskanäle (4) von un¬ terschiedlichen Fluiden durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwinkel θ der vom mäanderförmigen Profil gebildeten offenen Trapeze kleiner als 90° sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwinkel θ größer als 70° sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß alle Tafeln des Wärmetauschers (1) aus einem einzigen fortlaufenden Streifen (3) derart ausge¬ bildet sind, daß die Strömungskanäle (4) beider Fluide
(A, B) vollständig voneinander getrennt sind.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Strö¬ mungskanäle (4) angerauht sind und/oder mit die Strö¬ mung des durchströmenden Fluids (A, B) beeinflußenden Strukturen (8a, 8b, 8c, 8d) versehen sind.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß immer wiederkehrende An¬ strömvorgänge innerhalb der Strömungskanäle (4) dadurch erzeugbar sind, daß eine Tafel in Strömungsrichtung in bestimmten Abständen auf einer kurzen Länge in einen flachen Abschnitt (13) , insbesondere mit einer Turbu¬ lenz erzeugenden Verprägung, übergeht.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fluid über Schrägflä¬ chen (12a, b) in die einzelnen Strömungskanäle (4) ein- und/oder auslenkbar ist.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen der Strömungskanäle (4) Strömungs- leitelemente (117a) vorgesehen sind, über die die Flui¬ de (A, B) in die Strömungskanäle (4) von außen einleit- bar oder innerhalb des Wärmetauschers (101) umleitbar sind.
8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsverteiler und ein Strömungsvereiniger für ein Fluid jeweils als ein in Durchströmrichtung über den gesamten Querschnitt der Strömungsebene (n) sich erstreckender ebener Kanalab¬ schnitt (14; 114)) ohne Strömungskanäle ausgebildet sind und daß die Strömungskanäle (4; 104) des anderen Fluids in dieser(n) Strömungsebene (n) an ihren jeweili¬ gen Enden, insbesondere mit einer Schrägfläche (12a) , verschlossen sind.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Strömungskanäle (4) bildende Profil an seinen jeweiligen Enden zu einer Ebene (9) zusammengedrückt ist.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte, jeweils zu einer Ebene (9) zusam¬ mengedrückte Profile aus ihrer jeweiligen Ebene zu ei¬ ner die Strömungsebene verschließenden Stirnwand (16b) abknickbar sind.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalabschnitte (114) jeweils eine nur für ein Fluid offene, vorzugsweise V-förmige, Stirnseitenhälfte (103 ' ) aufweisen und daß diese ein- und austrittseiti- gen Stirnseitenhälten (103') vorzugsweise diagonal in Durchströmrichtung gegenüberliegen.
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strömungskanäle (4) bildenden Tafeln in einem, vorzugsweise zerlegbaren, Gehäuse (2; 102; 602) anordnenbar sind.
13. Bausatz aus Wärmetauschern nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmetau¬ scher seitlich und/oder hintereinander und/oder über Eck aneinander koppelbar sind.
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