DE2818041A1

DE2818041A1 - Anordnung von kreuzstromwaermetauschereinheiten

Info

Publication number: DE2818041A1
Application number: DE19782818041
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Koetz; Herbert Dr Muellejans
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1978-04-25
Filing date: 1978-04-25
Publication date: 1979-10-31
Also published as: DE2818041C2; US4327803A; SE7903442L; FR2424503B1; FR2424503A1

Description

21.4.78 EZDP/Heu/Bü. _ 78-B-Ol

Süddeutsche Kühlerfabrik
Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG 7ooo Stuttgart 30

Anordnung von Kreuzstromwärmetauschereinheiten

9098U/0369

21.4.78 EZDP/Heu/Bü· 78-B-Ol

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von Kreuzstrom" Wärmetauschereinheiten, sogenannten Moduln, mit berippten Oberflächen in einem Gehäuse mit Ein- und Auslassöffnungen für einen Primär- bzw. Sekundärstrom.

Derartige Wärmetauscher finden beispielsweise in der Prozesstechnik für die Wärmerückgewinnung aus Abgasen Anwendung. Will man die Leistung solcher Wärmetauscher erhöhen, kann man z.B. die Wärmeaustauschfläche zwischen dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Medium vergrössern, was in der Regel auch zu der Vergrösserung des Wärmetauscherbauvolumens führt. Um diesen Nachteil zu beheben, nimmt man eine den Wärmeübergang steigernde Berippung der Wärmeaustauschflächen vor, womit allerdings auch eine Erhöhung des Druckverlustes verbunden ist.

Durch die DE-OS 26 15 579 ist eine Anordnung von Wärmetauschereinheiten mit gewellten Rippen bekannt geworden, wobei sog. Kerneinheiten in Abständen zueinander angeordnet und in Reihe hintereinander oder auch teilweise parallel durchströmt werden.

Diese Anordnung wurde so gewählt, damit die einzelnen Wärmetauschereinheiten besser zugänglich und damit leichter zu reinigen sind. Die Anordnung dient nicht der Leistungssteigerung im Gegenteil durch die Hintereinanderschaltung der einzelnen Wärmetauschereinheiten wird die Wärmeleistung der gesamten Anlage verschlechtert. So treten wegen der gemischten Anordnung von hintereinander und parallel durchströmten Einheiten unterschiedliche Druckverluste und stark verschiedene Temperaturdifferenzen zwischen Primär- und Sekundärstrom auf. Dies ist auch ein Grund dafür, dass dieses bekannte System nicht beliebig vergrösserbar ist.

909844/0369

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-X- ?1,<±.78

EZDP/Heu/Bü. _ 78-B-Ol

In der CH-PS 588.672 ist ebenfalls eine Anordnung von Kreuzstrom-Wärmetauschereinheiten vorgeschlagen worden, wobei die Einheiten einfach oder mehrfach hintereinander in einem Gehäuse angeordnet sind und beidseitig in Reihe durchströmt werden. Dieser Anordnung haftet der schon beschriebene Nachteil der schlechten Wärmeausnutzung infolge sich verringernder mittlerer Temperaturdifferenz an. Zudem ist dieses System wegen zunehmender Druckverluste nicht zu grösseren Baueinheiten ausbaufähig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung von Wärmetauschern in Modulbauweise für die Wärmerückgewinnung, vorzugsweise in der Prozess- und Klimatechnik, zu schaffen, wobei diese Anordnung bei hoher Leistung und niedrigen Herstellkosten ein kleines Bauvolumen, ein niedriges Gewicht und einen den Betriebsverhältnissen angepassten Druckverlust besitzen soll. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, dass eine derartige Anordnung eine weitgehende Anpassung bezüglich ihrer Zu- und Abströmung an bauliche Gegebenheiten und bezüglich ihrer Baugrösse an die geforderte Leistung erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäss darin, dass die gesamte Strömungsstrecke des Primär- und Sekundärstromes von der Einlass- bis zur Auslassöffnung jeweils in eine für den intensiven Wärmetausch wirksame erste Teilstrecke und in eine der Zu- und Abströmung dienende zweite Teilstrecke aufgeteilt und dass die erste Teilstrecke nicht grosser als eine Modultiefe "t" ist. Durch dieses Anordnungsprinzip von Wärmetauschereinheiten ergibt sich vor allem der Vorteil, dass eine beliebig hohe Leistung übertragen v/erden kann, ohne dass der Druckverlust zu hoch wird, da jeweils vom Primär- und vom Sekundärstrom nur ein Modul in seiner Tiefe durchströmt wird. Massgebend für den auftretenden Druckverlust bei diesem System ist also der eines einzelnen Moduls. Dieses Auslequngskriterium kommt insbesondere den Gegebenheiten bei der Wärmerückgewinnung (relativ niedriger Druck und geringere Temperaturdifferenzen zwischen Primär- und Sekundärstrom) entgegen.

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-f- 7.1.4,78 '

EZDP/Heu/Bü. r 78-B-Ol

Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 sind die Moduln mit ihren Trennwandebenen nebeneinander angeordnet, so dass sie eine Modulreihe mit vergrösserter Wärmeaustauschfläche ergeben. Da sie parallel beaufschlagt werden, entspricht der auftretende Druckverlust wiederum dem einer Modultiefe.

Nach einer weiteren Ausgestaltung gemäss Anspruch 3 sind die Moduln in den Trennwandebenen bzw. in der x-y-Ebene nebeneinander oder übereinander oder neben- und übereinander angeordnet, so dass sie eine wabenartige Anordnung bilden. Die Moduln liegen dabei nicht mit ihren Seitenflächen aneinander, sondern stossen direkt oder indirekt mit ihren Seitenkanten zusammen. Auch bei dieser Anordnung durchströmen Primär- und Sekundärstrom jeweils nur eine Modultiefe.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung gemäss Anspruch weisen die Moduln einen quadratischen Querschnitt auf und sind in einem Gehäuse grösseren Querschnitts derart untergebracht, dass die Seitenflächen der Moduln mit den Gehäuseseitenflächen nicht parallel verlaufen. Hierdurch ergeben sich zwischen Modul-Gehäuse-Seitenflachen Zu- und Abströmkanäle für Primär- und Sekundärstrom. Durch diese Anordnung ist ebenfalls wieder die Möglichkeit der parallelen Beaufschlagung sämtlicher Moduln gegeben, was zu dem erwähnten geringen Druckverlust dieses Systems führt.

Entsprechend einer vorteilhaften Lösung nach Anspruch 5 sind die Moduln nicht direkt mit ihren Seitenkanten verbunden, sondern durch Zwischenschaltung von Distanzstegen. Hierdurch kann der Querschnitt der Zu- und Abströmkanäle entsprechend vergrössert werden.

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21.4.7C

EZDP/Heu/Bü.

78-B-Ol

Nach einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ein- und Austrittsflächen für Primär- und Sekundärstrom auf den Gehäusestirnflächen angeordnet oder zum Teil auf den Gehäusestirnflächen und auf den Gehäuseseitenflächen. Dies bedeutet eine grosse Anzahl von Variationsmoglichkeiten für die Zu- und Abströmrichtungen. Wie bei allen vorherigen Lösungen werden alle Moduln mit dem gleichen Druck beaufschlagt, und die An- bzw. Abströmrichtungen liegen nicht in den Trennwandebenen der Moduln, sondern senkrecht hierzu.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert: Es zeigen Figur 1 eine Kreuzstromwärmetauscherexnheit, einen sogenannten Modul, Figur 2 eine Modulreihe in einem Gehäuse und Figur 3 mehrere Modulreihen, die wabenartig in einem Gehäuse angeord-¹ net sind.

Figur 1 zeigt eine an sich bekannte Wärmetauschereinheit 10, die im Kreuzstrom von einem Primär- und einem Sekundärstrom in mehreren Ebenen durchströmt wird. Dieser sogenannte Modul 10 besteht aus in x- und y-Richtung verlaufenden Strömungskanälen 12 und 13, die jeweils durch Trennwand 11, die identisch mit der x-y-Ebene oder parallel zu dieser verlaufen, abgeteilt ist. Schliesslich wird dieser Modul durch die Seitenflächen begrenzt, die ihrerseits die Seitenkanten 14 und Stirnkanten 15 aufweisen. Die z-Achse ist als Senkrechte auf den parallel zueinander verlaufenden Trennwandebenen 11 definiert und durchstösst diese im Schnittpunkt ihrer Diagonalen.

In Figur 2 sind mehrere Moduln in Richtung der z-Achse hintereinander zu einer Modulreihe zusammengefasst, die mittels Distanzstegen 27 im Gehäuse 20 angeordnet ist.

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-•ή- 21. λ. 78

EZDP/Heu/Bü. O. 78-B-Ol

Die Moduln 10 haben hier einen quadratischen Querschnitt, ebenso wie das Gehäuse 20, so dass sich durch die um 45 gedrehte Lage beider Quadrate in Verbindung mit den Distanzstegen 27 Strömungskanäle für die Zu- und Abströmung ergeben. Entsprechende öffnungen für den Primärstrom sind auf der Gehäuseseitenfläche 25 als Einlassöffnungen 21 und auf der Gehäusestirnfläche 26 als Auslassöffnungen 22 vorgesehen. Analog enthält die Gehäusestirnfläche 26 eine Einlassöffnung 23 für den Sekundärstrom und auf der Gehäuseseitenfläche 25 entsprechende Auslassöffnungen 24. Diese Anordnung von Ein- und Auslassöffnungen kann natürlich beliebig variiert werden - bei allen Möglichkeiten ist gewährleistet, dass die Moduln jeweils nur einmal in ihrer Tiefenrichtung durchströmt werden.

In Figur 3 sind mehrere Modulreihen 10 (entsprechend Fig. 2) zu einer wabenartigen Anordnung unter Zwischenschaltung von einzelnen Distanzstegen 37 derart in einem Gehäuse 30 zusammengefasst, dass sich ebenfalls wieder Kanäle für die Zu- und Abströmung des Primär- und Sekundärstromes ergeben. Neu bei dieser Anordnung ist, dass die einzelnen Moduln 10 von innen her in z-Richtung durch einen inneren Kanal angeströmt werden können, wonach die Strömung in die Trennwandebenen der einzelnen Moduln umgelenkt wird und nach Austritt aus den Moduln 10 zur Abströmung erneut umgelenkt wird. Hierzu sind die Ein- und Auslassöffnung 31, 32 für den Primärstrom und die Ein- und Auslassöffnungen 33, 34 für den Sekundärstrom sämtlich auf den beiden Gehäusestirnflächen angeordnet. Die Modulreihen 10 sind an ihren Seitenkanten mittels der Distanzstege 37 zur Bildung des inneren Strömungskanales verbunden. Die in Fig. 3 gezeigte wabenförmige Anordnung,bestehend aus 4 Modulreihen,kann beliebig in Richtung der Trennwandebenen, also entweder nach oben oder zur Seite oder nach oben und zur Seite ergänzt bzw. vervielfacht werden, so dass sich grössere Baueinheiten ergeben. Allen ist wiederum gemeinsam, dass der auftretende Druckverlust dem einer einzigen Modultiefe entspricht.

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Claims

-A-

21.λ 78 , EZDP/Heu/Bu.

78-B-Ol

^{η s Ρ r ü c h e} 2818041

Anordnung von Kreuzstromwärmetauschereinheiten (Moduln) mit berippten Oberflächen in einem Gehäuse mit Ein- und Auslassöffnungen für einen Primär- bzw. Sekundärstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Strömungsstrecke des Primär- bzw. Sekundärstromes von der Einlassöffnung (21, 31; 23, 33) bis zur Auslassöffnung (22, 32; 24, 34) jeweils in eine für den intensiven Wärmetausch wirksame erste Teilstrecke und in eine der Zu- und Abströmung dienende zweite Teilstrecke aufgeteilt und dass die erste Teilstrecke nicht grosser als eine Modultiefe t ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Moduln (10) in senkrechter Richtung (z-Achse) zu ihren parallelen Trennwandebenen (11; x-y-Ebene) hintereinander angeordnet und vom Primär- und Sekundärstrom parallel beaufschlagt sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Moduln (10) in ihren parallelen Trennwandebenen (11; x-y-Ebene) neben- und/oder übereinander (in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen x- und y-Richtung) angeordnet und vom Primär- und Sekundärstrom parallel beaufschlagt sind.

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—2 —

-ή- 21.4.78

EZDP/Heu/Bü. α 78-B-Ol
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Moduln (10) in ihren Trennwandebenen (11; x-y-Ebene) quadratischen Querschnitt aufweisen und in einem Gehäuse (20; 30) mit vorzugsweise rechteckigem, aber grösseren Querschnitt in denselben Ebenen derart angeordnet sind, dass die Modulseitenflächen (16) mit den Gehäuseseitenflächen (25; 3 5) oder die Modulseitenflächen (16) sowohl miteinander als auch mit den Gehäuseseitenflachen (25; 35) Zu- bzw. Abströmkanäle bilden.
5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenkanten (14) der einzelnen Moduln (10) bzw. Modulreihen miteinander durch Distanzstege (27; 37) verbunden sind.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Ein- und/oder Auslassöffnungen (22, 23; 31, 32, 33, 34) für den Primärbzw. Sekundärstrom auf den Gehäusestirnflächen (26; 36) angeordnet sind und dass die Zu- und Abströmrichtung des Primär- bzw. Sekundärstromes senkrecht zu den Trennwandebenen (11) der Moduln (10) (in z-Richtung) verläuft.

-3-

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