EP0597398A1 - Durchlässige Struktur - Google Patents
Durchlässige StrukturInfo
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- EP0597398A1 EP0597398A1 EP93117978A EP93117978A EP0597398A1 EP 0597398 A1 EP0597398 A1 EP 0597398A1 EP 93117978 A EP93117978 A EP 93117978A EP 93117978 A EP93117978 A EP 93117978A EP 0597398 A1 EP0597398 A1 EP 0597398A1
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- channels
- flow spaces
- cards
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
- F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
Definitions
- the invention relates to a permeable structure which is constructed from cards and in which continuous channels are arranged in rows and flow spaces are formed between the rows of channels and are delimited on opposite sides by cover plates.
- cards made of green ceramic, metal, such as Alloys made of copper, steel, aluminum or plastic can be understood.
- Permeable structures of the type mentioned made of ceramic are known from DE-A 40 226 54. These structures have rows of holes running parallel to one another, between which channels are arranged, which are provided in alternating sequence with uniform and regularly arranged webs. When using the structures as a heat exchanger, the heat exchange takes place via these webs.
- the invention aims inter alia significantly improve the heat transfer and identify means for controlling the heat transfer.
- the invention solves the problem by a permeable structure of the type described in the introduction, in which at least two crosspieces are arranged one behind the other on the same plane in the flow spaces, the crosspieces having different lengths in at least half of the cards, and the channels being essentially perpendicular to one another extend the flow spaces.
- the advantages of the invention can be seen essentially in the fact that the heat exchange and the fluidization in the flow spaces can be influenced by varying the length of the webs.
- the individual cards for constructing the structure can be cut from an endlessly producible card, as a result of which the pattern of the individual cards can be varied, so that at least 3 to 20 different card patterns can be used for its construction within the permeable structure.
- Structures for several media flowing in parallel can also be constructed by designing the cover plates or using blind cards. By deviating the hole centers from the common hole row axis, structures can be built up in which the channels formed by the holes are given a step-like to helical surface.
- the continuous channels 1, which are created by stacking the cards 2, are arranged in rows 3.
- Flow spaces 4 are formed between the channel rows 3 and are delimited on opposite sides by cover plates 5.
- At least two transverse webs 6 are arranged on the same level in the flow spaces 4, the transverse webs 6 having different lengths "B" in at least half of the cards.
- the arrangement of the crosspieces 6 in the flow spaces 4 can be made as desired according to the requirements for heat exchange and media swirling.
- the channels 1 extend essentially perpendicular to the flow spaces 4 and can run in a straight line and parallel to one another. By deviating the holes 7 (hole centers) in the individual cards 2 from the channel axes, step-shaped or helical channel surfaces can be generated.
- the channels 1 can also be arranged in any shape and arrangement with respect to one another.
- the individual channels 1 can have a constant or variable cross section over their length and / or with one another (FIGS. 4 and 5).
- the first channel 1 (hole 7a, FIG. 3) of a row 3 can have a larger cross section than the other channels 1 which form the row 3 and are partially surrounded by the flow spaces 4a.
- the width "A" of the flow spaces 4 can be constant or vary in the flow direction (FIG. 4).
- the flow spaces 4 can also have other obstacles of any design, such as deflection plates, etc. (not shown).
- the transverse webs 6a on the edge can be provided with ribs 8 (FIG. 2).
- the channels 1 of a row 3 can be connected to one another and / or to adjacent channel rows 3 by appropriate design of cavities in the cover plates 5, which can be constructed from any number of cards 2 (not shown). Corresponding connections can also be created by installing special intermediate cards or layers of cards (not shown). The same applies to the flow spaces 4.
- the channels 1 and the flow spaces 4 can be constructed from differently cut maps (FIG. 4).
- FIG. 4 which shows a section of an endlessly producible card band, shows the cut lines for the cards 2a, 2b, 2c, 2d.
- the cover plates can have openings 9 or collecting channels (not shown) for the channels 1 and can be provided with an attached frame 11, which saves the grinding of the entire cover plate surface.
- the wall thicknesses "W" can be varied between the channels 1 and / or the flow spaces 4. Corners and edges can be rounded.
- the crosspieces 6 and walls 10 between the channel rows 3 and the flow spaces 4 can be provided with closed, inaccessible hollow chambers or with cavities that can be flowed through or through one or a few openings (not shown).
- the cards can be connected by lamination with subsequent firing, by soldering, welding, gluing or mechanically (e.g. using tie rods) with the interposition of seals.
- the cards 2 with the openings can be produced by casting, sawing, milling, turning, deep drawing, embossing, lasering, punching or liquid jet cutting.
- heat exchangers for heating devices, in particular for condensing heating devices and waste heat boilers for the heat exchange gas / gas, gas / liquid or liquid / liquid media, as well as for burner designs with gaseous or liquid fuels.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine durchlässige Struktur, die aus Karten aufgebaut ist und bei der durchgehende Kanäle in Reihen angeordnet und zwischen den Kanalreihen Strömungsräume ausgebildet sind, die an gegenüberliegenden Seiten durch Deckplatten begrenzt sind.
- Unter Karten sollen nachfolgend Karten aus grüner Keramik, aus Metall wie z.B. Legierungen aus Kupfer, aus Stahl, aus Aluminium oder aus Kunststoff verstanden werden.
- Durchlässige Strukturen der genannten Art aus Keramik sind aus der DE-A 40 226 54 bekannt. Diese Strukturen weisen parallel zueinander verlaufende Lochreihen auf, zwischen denen Kanäle angeordnet sind, die in wechselnder Folge mit gleichmäßigen und regelmäßig angeordneten Stegen versehen sind. Bei Verwendung der Strukturen als Wärmeaustauscher erfolgt der Wärmetausch über diese Stege. Die Erfindung will u.a. den Wärmeübergang entscheidend verbessern und Mittel zur Steuerung des Wärmeübergangs aufzeigen.
- Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine durchlässige Struktur der eingangs beschriebenen Art, bei der in den Strömungsräumen mindestens zwei Querstege hintereinander auf gleicher Ebene angeordnet sind, wobei die Querstege in mindestens der Hälfte der Karten unterschiedliche Länge aufweisen, und die Kanäle sich im wesentlichen senkrecht zu den Strömungsräumen erstrecken.
- Die Vorteile der Erfindung sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch Variieren der Länge der Stege der Wärmeaustausch sowie die Medienverwirbelung in den Strömungsräumen beeinflußt werden kann. Die einzelnen Karten zum Aufbau der Struktur können aus einer endlos herstellbaren Karte geschnitten werden, wodurch sich das Muster der einzelnen Karten variieren läßt, sodaß innerhalb der durchlässigen Struktur mindestens 3 bis 20 verschiedene Kartenmuster zu dessen Aufbau verwendet werden können. Es lassen sich ferner Strukturen für mehrere parallel strömende Medien durch Gestaltung der Deckplatten bzw. Verwendung von Blindkarten aufbauen. Durch Abweichung der Lochmittelpunkte von der gemeinsamen Lochreihenachse können Strukturen aufgebaut werden, bei denen die durch die Löcher gebildeten Kanäle eine stufen- bis schraubenförmige Oberfläche erhalten.
- Im folgenden wird die Erfindung an Hand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
- Figur 1 die durchlässige Struktur in isometrischer Darstellung teilweise geschnitten,
- Figur 2 eine Variante von Figur 1 in isometrischer Darstellung teilweise geschnitten und
- Figuren 3 bis 5 Kartenvarianten zum Aufbau von Strukturen.
- Bei der durchlässigen Struktur sind die durchgehenden Kanäle 1, die durch Stapeln der Karten 2 entstehen, in Reihen 3 angeordnet. Zwischen den Kanalreihen 3 sind Strömungsräume 4 ausgebildet, die an gegenüberliegenden Seiten durch (Abdekkungen] Deckplatten 5 begrenzt sind. In den Strömungsräumen 4 sind mindestens 2 Querstege 6 auf gleicher Ebene angeordnet, wobei die Querstege 6 in mindestens der Hälfte der Karten unterschiedliche Länge "B" aufweisen. Die Anordnung der Querstege 6 in den Strömungsräumen 4 kann beliebig entsprechend den Erfordernissen für den Wärmeaustausch und die Medienverwirbelung erfolgen. Die Kanäle 1 erstrecken sich im wesentlichen senkrecht zu den Strömungsräumen 4 und können geradlinig und parallel zueinander verlaufen. Durch Abweichungen der Löcher 7 (Lochmittelpunkte) in den einzelnen Karten 2 von den Kanalachsen, können stufen- oder schraubenförmige Kanaloberflächen erzeugt werden. Die Kanäle 1 können auch in beliebiger Form und beliebiger Anordnung zueinander angeordnet sein. Die einzelnen Kanäle 1 können über ihre Länge und/oder untereinander einen konstanten oder variablen Querschnitt aufweisen (Figuren 4 und 5). Der erste Kanal 1 (Loch 7a, Figur 3) einer Reihe 3 kann einen größeren Querschnitt aufweisen als die übrigen Kanäle 1, die die Reihe 3 bilden und von den Strömungsräumen 4a teilweise umgeben sein. Die Breite "A" der Strömungsräume 4 kann konstant sein oder in Strömungsrichtung variieren (Figur 4). Die Strömungsräume 4 können neben den Querstegen 6 noch weitere, beliebig gestaltete Hindernisse, wie Umlenkbleche etc. (nicht dargestellt) aufweisen. Die randliegenden Querstege 6a können mit Rippen 8 (Figur 2) versehen sein. Die Kanäle 1 einer Reihe 3 können untereinander und/oder mit benachbarten Kanalreihen 3 durch entsprechende Gestaltung von Hohlräumen in den Deckplatten 5, die aus beliebig vielen Karten 2 aufgebaut sein können, verbunden sein (nicht dargestellt). Entsprechende Verbindungen können auch durch den Einbau spezieller Zwischenkarten oder -schichten von Karten geschaffen werden (nicht dargestellt). Das gleiche gilt auch für die Strömungsräume 4. Die Kanäle 1 und die Strömungsräume 4 können aus unterschiedlich geschnittenen Karten (Figur 4) aufgebaut sein. Figur 4, die einen Ausschnitt eines endlos herstellbaren Kartenbandes zeigt, sind die Schnittlinien für die Karten 2a, 2b, 2c, 2d, zu entnehmen. Die Deckplatten können Durchbrüche 9 oder Sammelkanäle (nicht dargestellt) für die Kanäle 1 aufweisen und mit einem aufgesetzten Rahmen 11 versehen sein, der das Schleifen der gesamten Deckplattenfläche erspart. Zwischen den Kanälen 1 und/oder den Strömungsräumen 4 können die Wandstärken "W" variiert werden. Ecken und Kanten können verrundet sein. Um den Wärmeübergang zu steuern und Material zu reduzieren, können die Querstege 6 und Wände 10 zwischen den Kanalreihen 3 und den Strömungsräumen 4 mit geschlossenen, unzugänglichen Hohlkammern bzw. mit über eine oder wenige Öffnungen an- oder durchströmbaren Hohlräumen versehen sein (nicht dargestellt).
- Die Karten können je nach Material durch Laminieren mit anschließendem Brennen, durch Löten, Schweißen, Kleben oder mechanisch (z.B. mittels Zuganker) unter Zwischenlegen von Dichtungen verbunden werden. Die Karten 2 mit den Durchbrüchen können durch Gießen, Sägen, Fräsen, Drehen, Tiefziehen, Prägen, Lasern, Stanzen oder Flüssigkeitsstrahlschneiden hergestellt werden. Durch Einfügen von Karten, die im wesentlichen nur aus Lochreihen ohne verbindende Rippen bestehen, zwischen die beschriebenen Karten in die Struktur kann der geometrische Querschnitt der Strömungsräume nahezu beliebig erweitert werden. Dies ist besonders bei Einsatzzwecken vorteilhaft, bei denen geringer Druckverlust des durch diese Strömungsräume fließenden Mediums erforderlich ist, oder bei schmutzbeladenen Medienströmen, um Verschmutzungen der Struktur zu verhindern. Gleichzeitig gewährleisten größere Querschnitte leichteren Zugang in die Strömungsräume zu Reinigungszwecken.
- Mit der erfindungsgemäßen Struktur lassen sich insbesondere Wärmetauscher, Kondensatoren, Teilkondensatoren, Kühler, Reaktoren, Wärmetauscher für Heizgeräte, insbesondere für Brennwertheizgeräte und Abhitzekessel für den Wärmeaustausch Gas/Gas, Gas/flüssig oder flüssig/flüssig - Medien herstellen, sowie für Brennerkonstuktionen mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen.
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