Gas/Flüssigkeit- oder Gas/Gas-Wärmeaustauscher

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Gas/Flüssigkeit- oder Gas/ Gas-Wärmeaustauscher, mit Schichten, die jeweils eine Vielzahl zueinander paralleler, einstückiger Wärmeleitlamellen aufweisen, die im Gegenstromverfahren die Wärme von einem Medium zu einem zweiten übertragen. Der Wärmeaustauscher ist in Wärmeaustauscherschichten (2) aufgeteilt, von denen jede einen vollständigen Wärmeaustauscher bildet, der beide Medien führt und eine Gruppe paralleler Wärmeleitlamellen (9) aufweist, die unlösbar fest sind und in derselben Höhe liegen. Jede Schicht (2) ist parallel zu den anderen Schichten (2) mit ihren je zwei Ein- und Auslässen an den Haupteintritts- und Austrittsleitungen des gesamten Wärmeaustauschers (1) separat angeschlossen. Die Schichten (2) sind mit benachbarten Schichten (2) lösbar verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gas/Flüssigkeit- oder Gas/Gas-Wärmeaustauscher mit Schichten, die jeweils eine Vielzahl zueinander paralleler einstückiger Wärmeleitlamellen aufweisen, die im Gegenstromverfahren die Wärme von einem Medium zu einem zweiten übertragen.

[0002] Es sind Luft/Wasser- und Luft/Luft-Wärmeaustauscher verschiedenster Bauarten bekannt. Diese weisen Platten bzw. Lamellen und/oder Rohre auf, wobei die beiden Ströme von Luft und/oder Wasser durch Leitungen bzw. Kanäle geführt werden und währenddessen eines der beiden Medien seine Wärme an das andere Medium abgibt. Der höchste Temperaturaustauschgrad wird bei Gegenstromwärmeaustauschern erzielt.

[0003] All diesen Wärmeaustauschern ist gemeinsam, daß ein hoher Temperaturaustauschgrad nur dann erzielbar ist, wenn der Wärmeaustauscher sehr groß gebaut wird. Solche auf geringste Exergieverluste ausgelegte Wärmeaustauscher führen zu Wärmeaustauscherlängen, welche für die meisten Anwendungsfälle aufgrund der Abmessungen und des Gewichts unpraktikabel sind. Ferner können diese Wärmeaustauscher nur mit erheblichem Aufwand gereinigt werden, und schon bei einem geringen Defekt am Wärmeaustauscher kann eine komplette Erneuerung erforderlich werden.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, der einen sehr hohen Temperaturaustauschgrad besitzt, einfach zu reparieren ist und ohne größeren Arbeitsaufwand montiert und demontiert werden kann.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmeaustauscher in Wärmeaustauscherschichten aufgeteilt ist, von denen jede einen vollständigen Wärmeaustauscher bildet, der beide Medien führt und eine Gruppe paralleler Wärmeleitlamellen aufweist, die unlösbar fest sind und in derselben Höhe liegen, daß jede Schicht parallel zu den anderen Schichten mit ihren je zwei Ein- und Auslässen an den Haupteintritts- und Austrittsleitungen des gesamten Wärmeaustauschers separat angeschlossen ist, und daß die Schichten mit benachbarten Schichten lösbar verbunden sind.

[0006] Ein solcher Wärmeaustauscher ist in einzelne, im Gegenstromprinzip Wärme austauschende und in sich funktionsfähige Schichtmodule unterteilt. Hierdurch kann für jede beliebige Wärmeaustauschaufgabe die erforderliche Wärmeaustauscher länge gewählt, rationell in Modulen gefertigt und vor Ort an der Anwendungsstelle zusammengebaut werden. Antransport und Montage sind extrem einfach und eine Wartung wenig arbeitsaufwendig. Bei einem Defekt braucht nur die betreffende Wärmeaustauscherschicht repariert oder erneuert zu werden.

[0007] Da der Wärmeaustauscher in viele Einzelschichten aufgeteilt ist, kann die für den Wärmeaustausch oder für den gewünschten Temperaturaustauschgrad erforderliche Austauscherfläche voreinander - also in Gegenstrom - angeordnet werden. Eine Blockbauweise - wie bisher bekannt - ist herstellbar aber nicht praktikabel. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Höhe jeder Lamelle ein Vielfaches des Abstandes zwischen den Lamellen.beträgt. Dies führt dazu, daß die Wärmeübertragung im wesentlichen über die Lamellen und nicht über die die Mediumkanäle trennenden Wände erfolgt. Die Lamellendicke ist in bezug auf das Lamellenmaterial so dimensioniert, daß eine exergieverlustarme Wärmeleitung entsteht.

[0008] Zwischen den einzelnen Schichten des Wärmeaustauschers kann jeweils eine Trennfläche befestigt sein, die den Mediumstrom einer Schicht von dem Mediumstrom der benachbarten Schicht trennt. Dies führt dazu, daß eine Querverwirbelung verhindert wird und Druckverluste besonders gering sind. Ferner kann das sich in einer Schicht bildende Kondensat nicht in andere Schichten laufen und dort verstärkt Druckverluste erzeugen.

[0009] Insbesondere bei Gas/Gas-Wärmeaustauschern ist es von Vorteil, wenn die Lamellen in beide unterschiedlich warmen Medienwege hineinreichen, da dann insbesondere bei einem engen Lamellenstand sichergestellt ist, daß die Wärmeübertragung im wesentlichen nur über die Lamellen geschieht und damit Exergieverluste besonders gering sind. Hierzu wird auch vorgeschlagen, daß der Wärmestrom von einem Medium zum anderen im wesentlichen nur über die Lamellen erfolgt.

[0010] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gas/Flüssigkeit-Wärmeaustauschers;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Gas/Flüssigkeit-Wärmeaustauschers nach Fig. 1, mit drei Schichten;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Gas/Gas-Wärmeaustauschers;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Gas/Gas-Wärmeaustauschers nach Fig. 3.

[0011] Der in Fig. 1 dargestellte Gas/Flüssigkeit-, insbesondere Luft/Wasser-Wärmeaustauscher wird von rechts nach links von Gas bzw. Luft und im Gegenstrom von Flüssigkeit bzw. Wasser durchströmt. Er ist in fünf Schichten 2 aufgeteilt, die in sich funktionsfähige Module bilden, die jeweils damit einen kompletten Wärmeaustauscher bilden. Jede Schicht 2 ist am Eintritt 3 und Austritt 4 des Gases als auch am Einlaß 5 und Auslaß 6 der Flüssigkeit getrennt angeschlossen, so daß sich der gesamte Gasstrom als auch der gesamte Flüssigkeitsstrom in einzelne Ströme aufteilt, wobei für jede Schicht ein Strom beider Medien vorgesehen ist und hinter dem Wärmeaustauscher diese Ströme wieder jeweils in einen Gesamtstrom zusammengeführt sind. Während die Gasströme 7 die einzelnen Schichten geradlinig durchströmen, fließt die Flüssigkeit in jeder Schicht 2 in einer Rohrschlange 8 hin und her, wobei hierdurch der Flüssigkeitsstrom den Luftstrom kreuzt und ihm entgegenströmt.

[0012] In jeder Schicht 2 sind parallel zum Gasstrom zahlreiche Lamellen 9 an den Rohren 8 befestigt, wobei die Lamellen 9 senkrecht zu den Bereichen der Rohre 8 stehen, die durch die Lamellenschar laufen. Die Lamellendicke ist in bezug auf das Lamellenmaterial so dimensioniert, daß eine exergieverlustarme Wärmeleitung entsteht. Zwischen jeder Schicht 2 ist parallel zu den Rohren 8 und zu jeder Schicht eine Trennfläche 10 befestigt, die die Gaswege jeder Schicht voneinander trennt. Die Rohre jeder Schicht sind am Anfang und Ende der Schicht jeweils über ein Ventil 11 an der Einlaß- 5 bzw. Auslaßleitung 6 angeschlossen, so daß die Schichten bei Erstinbetriebnahme entlüftet werden können und nach Verschließen zweier Ventile 11 jede Schicht leicht außer Betrieb genommen, überprüft, ohne Demontage flüssigkeitsseitig gereinigt oder auch demontiert werden kann.

[0013] Der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Gas/Gas-, insbesondere Luft/Luft-Wärmeaustauscher kann von links nach rechts von Abluft- (Abgas) bzw. Außenluft 12 und von rechts nach links von einem zweiten Gasstrom 13 durchströmt werden. Der Wärmeaustauscher ist in fünf einzelne, in sich funktionsfähige Schichtmodule 2 aufgeteilt, wobei jedes Modul berippte Wärmeleitflächen aufweist, um den im Gegenstrom strömenden Gasmengen Wärme zu entziehen und zu übertragen. Jede Schicht 2 weist mittig eine Trennebene 14 auf, an der Lamellen 9 rechtwinklig und zueinander parallel befestigt sind. Die beiden Gasströme werden durch diese Ebenen 14 voneinander getrennt, so daß bis auf die Außenbereiche, d.h. in Fig. 4 der obere und untere Bereich, die Gasströme jeweils durch zwei benachbarte Schichten 2 strömen.

[0014] Jede Schicht 2 ist getrennt von den anderen Schichten an den Einlaß und Auslaß beider Gasströme angeschlossen, so daß, wie schon im ersten Ausführungsbeispiel, beide Medienströme aufgeteilt werden und jeweils mit Teilströmen jede Schicht durchströmen und danach zu den beiden Auslässen geführt werden, ohne zu einer nächsten Schicht zu gelangen. Die Lamellen 9 reichen somit jeweils in die Wege zweier unterschiedlicher Medien hinein, und die Lamellen 9 stehen so nah beieinander, daß ein Wärmestrom im wesentlichen nur über die Lamellen erfolgt. Die Höhe der Lamellen H beträgt ein Vielfaches des Abstandes A voneinander. Die Lamellendicke ist in bezug auf das Lamellenmaterial so dimensioniert, daß eine exergieverlustarme Wärmeleitung entsteht.

[0015] Zwischen den einzelnen Modulschichten 2 des Wärmeaustauschers sind parallele Trennflächen 10 angeordnet, die jeweils beidseitig vom selben Mediumstrom umströmt werden.

[0016] Bei beiden Ausführungsbeispielen ist jede Schicht 2 lösbar an der oder den benachbarten Schichten befestigt, so daß sie leicht auswechselbar und montierbar als auch demontierbar sind. Beide Wärmeaustauscher lassen sich nicht nur in der in den Figuren dargestellten waagerechten Lage, sondern auch in anderen Lagen, insbesondere einer senkrechten, verwenden. Der Temperaturaustauschgrad beträgt 75 bis 90%.

Ansprüche

1. Gas/Flüssigkeit- oder Gas/Gas-Wärmeäustauscher, mit Schichten, die jeweils eine Vielzahl zueinander paralleler, einstückiger Wärmeleitlamellen aufweisen, die im Gegenstromverfahren die Wärme von einem Medium zu einem zweiten übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß er in Wärmeaustauscherschichten (2) aufgeteilt ist, von denen jede einen vollständigen Wärmeaustauscher bildet, der beide Medien führt und eine Gruppe paralleler Wärmeleitlamellen (9) aufweist, die unlösbar fest sind und in derselben Höhe liegen, daß jede Schicht (2) parallel zu den anderen Schichten (2) mit ihren je zwei Ein- und Auslässen an den Haupteintritts- und Austrittsleitungen des gesamten Wärmeaustauschers (1) separat angeschlossen ist, und daß die Schichten (2) mit benachbarten Schichten (2) lösbar verbunden sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe (H) jeder Lamelle (9) ein Vielfaches des Abstandes (A) zwischen den Lamellen beträgt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Schichten (2) jeweils eine Trennfläche (10) angeordnet ist, die den Mediumstrom einer Schicht von dem Mediumstrom der benachbarten Schicht trennt.

4. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Lamellen (9) in beide unterschiedlich warmen Medienwege hineinreichen.

5. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmestrom von einem Medium zum anderen im wesentlichen nur über die Lamellen (9) erfolgt.

6. Wärmeaustauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die zu jeder Schicht (2) führenden Leitungen getrennt von den anderen Schichten durch Ventile absperrbar sind.

Zeichnung