WÄRMETAUSCHER MIT SINTERMETALL

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in Modulbauweise gemäß den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

[0002] Ein Wärmetauscher dieser Art ist durch die US-A-34 93 042 bekanntgeworden. Er besitzt wenigstens eine Wärmetauscherebene, die jeweils ein Modulaufnahmeteil mit einer Mehrzahl von darin eingebauten Wärmetauscher-Grundmodulen aufweist, wobei die einzelnen Wärmetauscher-Grundmodule jeweils eine Begrenzungswand aufweisen, durch die der Wärmeübergang von Wärme abgebender Seite des Wärmetauschers zu Wärme aufnehmender Seite des Wärmetauschers erfolgt, zumindest eine Seite der Begrenzungswand mit einer einen ersten Strömungskanal bildenden Packung aus porösem, durchströmbaren Sintermetall versehen ist und das Modulaufnahmeteil zusammen mit den Grundmodulen einen zweiten Strömungskanal für die Wärme abgebende und/oder Wärme aufnehmende Seite des Wärmetauschers festlegt. Trotz der somit verwirklichten Modulbauweise ist es bei dem bekannten Wärmetauscher dennoch nicht möglich, diesen nach seinem Zusammenbau entsprechend einem Baukastenprinzip zu variieren und abzuändern, bspw. um sich wandelnden Anspruchsprofilen bzw. Leistungsforderungen gerecht zu werden. Denn das setzte bei dem bekannten Wärmetauscher die Zerstörung des die Grundmodule aufnehmenden Wärmetauschergehäuses voraus.

[0003] Bei anderen pulvermetallurgisch gefertigten Wärmetauschern, d.h. Wärmetauschern mit Sintermetall, ist es bekannt, die Wärmeleitung bzw. die Wärmeübertragungsleistung zwischen einer Wärme aufnehmenden Seite und einer Wärme abgebenden Seite dadurch zu verbessern, daß durch Sintern oder sinterähnliche Prozesse erreichte durchströmbare porige Packungen die aktiven Wärmetauschflächen vergrößern. So ist bspw. aus der DE-GM 72 27 102 ein Wärmetauscher bekannt, bei dem ein rohrförmiger Strömungskanal mit Sintermetall verfüllt und der rohrförmige Strömungskanal mit einem schlauchförmigen Mantel aus Sintermetall umgeben ist, der wiederum von einem Gehäuse umschlossen wird. Ähnliche Konstruktionen sind aus der DE 14 42 601 A1, der DE-GM 80 01 502 sowie der DE 34 35 319 A1 bekannt. Bei der Konstruktion nach der DE 34 35 319 A1 ist zusätzlich noch das Sintermetall auf einer Seite des Wärmetauschers mit einer Katalysatorsubstanz überzogen, so daß katalytische Reaktoren vorliegen.

[0004] Aufgrund der großen für den Wärmetausch aktiven inneren Oberfläche des Sintermetalls wiesen diese Wärmetauscher sehr hohe α -Werte bezogen auf die Fläche der die beiden Seiten der Wärmetauscher trennenden Rohrwandung auf. Nachteilig bei derartigen Wärmetauschern ist aber der vergleichsweise hohe Druckverlust in dem porösen Sintermetall bezogen auf die durchströmte Strecke.

[0005] Um zu hohe Druckverluste zu vermeiden ist es aus der DE 19 02 229 A1 bekannt, anstelle des feinporigen Sintermetalls gröbere Strukturen mit wesentlich größeren Porendurchmessern, insbesondere Kugelmatrix-Anordnungen zu verwenden. Bei diesem bekannten Wäretauscher ist, zwar der Druckverlust geringer als bei den vorstehend beschriebenen, jedoch verschlechtert sich dadurch der α -Wert.

[0006] Ein weiterer Nachteil aller vorstehend beschriebenen Strukturen besteht darin, daß jeder der bekannten Wärmetauscher für eine bestimmte Wärmetauscherleistung konzipiert sein muß. Darüberhinaus müssen die bekannten Bauteile ganz speziell auf eine bestimmte Funktion hin, z.B. Rekuperator, Verdampfer etc., ausgelegt sein. Die Herstellungskosten der bekannten Strukturen sind wegen hoher Ausschußraten vergleichsweise hoch, da beim Versintern vorkommende Formveränderungen das gesamte Bauteil unbrauchbar machen können.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit Sintermetall zu schaffen, der für unterschiedliche Anwendungszwecke und Funktionen preiswert herzustellen ist.

[0008] Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 enthaltenen Merkmalen gelöst. Vor allem dadurch, daß das über Zu- bzw. Abströmbereiche an die Strömungskanäle des Wärmetauscher-Grundmoduls angeschlossene Aufnahmeteil zweiteilig, mit gegeneinander abgedichteten halbschalenartigen Gehäuseteilen ausgebildet ist, die sich jederzeit lösen lassen, ergibt sich auf einfache Weise die Möglichkeit, die Module aus den Aufnahmestellen zu entfernen, ohne daß dies eine Zerstörung der Module und/oder des Modulaufnahmeteils bzw. des Wärmetauschergehäuses zur Folge hat. Da sich mehrere Wärmetauscher-Grundmodule mit Sintermetall lösbar in ein Modulaufnahmeteil einsetzen lassen, können auf einfache Art und Weise Wärmetauscher mit unterschiedlichen Leistungsstufen realisiert werden. In ein und dasselbe Modulaufnahmeteil lassen sich eine Mehrzahl von Wärmetauscher-Grundmodulen lösbar einsetzen, d.h. die Wärmetauscher-Grundmodule lassen sich auch nachträglich wieder aus dem bzw. den Modulaufnahmeteilen entfernen, ohne daß dies eine Zerstörung der Module zur Folge hätte. Durch die Lösbarkeit der Wärmetauscher-Grundmodule in den Modulaufnahmeteilen ist gewährleiset, daß ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher in Modulbauweise nachträglich an unterschiedliche Funktionen und/oder Leistungen angepaßt werden kann. Durch das Einsetzen einer unterschiedlichen Zahl von Wärmetauscher-Grundmodulen in ein Modulaufnahmeteil lassen sich Wärmetauscherebenen mit unterschiedlichen Wärmeleistungen realisieren. Durch die Kombination von mehreren Wärmetauscherebenen mit ein und demselben Wärmetauscher-Grundmodul läßt sich die Leistungsbandbreite beliebig erhöhen. Die miteinander zu einem Wärmetauscher kombinierten Wärmetauscherebenen können sich hinsichtlich Leistung, Funktion und Baugröße voneinander unterscheiden.

[0009] Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers wesentlich unter der Herstellungskosten vergleichbarer konventioneller Wärmetauscher liegen. Dies ist auf die Verwendung von standardisierten Bauteilen - Wärmetauscher-Grundmodul und Modulaufnahmeteil - zurückzuführen. Zusätzlich führen bei der Versinterung auftretende Verformungen nicht dazu, daß der gesamte Wärmetauscher Ausschuß ist, sondern lediglich das jeweilige Grundmodul. Die hinsichtlich ihrer Baugröße vergleichsweise kleinen Wärmetauscher-Grundmodule sind fertigungstechnisch leichter beherrschbar als großvolumige Teile, d. h. die Ausschußrate ist kleiner.

[0010] Ausgehend von jeweils vergleichbaren Wärmetauscherleistungen gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher die Herstellungskosten um mindestens 30 % zu senken. Insbesondere bei druckbelasteten Wärmetauschern mit höheren Leistungen können noch höhere Einsparungspotentiale realisiert werden, da sich die kompakte Bauform auf die Größe der druckbelasteten Mantelrohre und Druckdeckel kostengünstig auswirkt.

[0011] Durch die Aufteilung des Massenstroms in viele Teile und deren wärmetechnische Behandlung in den "kurzen" Wärmetauscher-Grundmodulen können die hervorragenden wärmetechnischen Eigenschaften eines versinterten Rohres genutzt werden, ohne daß hierfür vergleichsweise hohe Druckverluste in Kauf genommen werden müssen. Durch den Aufbau eines bestimmten Wärmetauschers aus einer Mehrzahl von Wärmetauscher-Grundmodulen ist es möglich, die bei Wärmetauscher mit Sintermetall auftretenden hohen Druckverluste zu minimieren, da in den Wärmetauscher-Grundmodulen sehr kurze Durchströmstrecken realisiert werden können. Durch parallele Anströmung der Mehrzahl von Wärmetauscher-Grundmodulen lassen sich Druckverluste erreichen, wie sie bei herkömmlichen konventionellen Wärmetauschern, wie z.B. Rohrbündel- oder Plattenwärmetauschern, üblich sind.

[0012] Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 besteht das Wärmetauscher-Grundmodul aus einem kurzen Rohrstück, das die Begrenzungswand zwischen der Wärme aufnehmenden und der Wärme abgebenden Seite eines Wärmetauschers bildet. Dies führt einerseits zu einer sehr kompakten Bauform und ist andererseits fertigungstechnisch bzw. sinterungstechnisch gut zu handhaben.

[0013] Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist das Rohrinnere und/oder die Außenseite des Rohrstücks mit einer Packung aus porösem, durchströmbaren Sintermetall versehen. Diese Wärmetauscher-Grundmodule in Form von kurzen Rohrstücken mit Sintermetallfüllung und/oder Sintermetallmantel sind vergleichsweise einfach und preiswert herzustellen.

[0014] Durch Beschichtung einer Sinterpackung mit einer Katalysatorsubstanz (Anspruch 10) lassen sich katalytische Reaktoren für unterschiedliche Zwecke und mit unterschiedlichen Leistungscharakteristika realisieren.

[0015] Die weiteren Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

[0016] Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

[0017] Es zeigt:

Fig. 1A

einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Wärmetauscher-Grundmoduls,

Fig. 1B

eine perspektivische Darstellung des Wärmetauscher-Grundmoduls von Fig. 1A,

Fig. 2A

eine Ansicht der Innenseite eines Teiles eines zweiteiligen Modul-Aufnahmeteils,

Fig. 2B

einen Schnitt durch das in Fig. 2A dargestellte Teil entlang der Linie A-A,

Fig. 3A

eine analoge Ansicht zu Fig. 2A einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3B

eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Wärmetauscherebene,

Fig. 4

in analoger Darstellung zu Fig. 2A eine dritte Ausführungsform,

Fig. 5

in analoger Darstellung zu Fig. 2A eine vierte Ausführungsform,

Fig. 6

eine zweite Ausführungsform eines Wärmetauscher-Grundmoduls,

Fig. 7

eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Modulaufnahmeteils, und

Fig. 8

in analoger Darstellung zu Fig. 2A eine weitere Ausführungsform einer Hälfte eines Modulaufnahmeteils.

[0018] Figs. 1A und 1B zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines Wärmetauscher-Grundmoduls 1, das Teil der nachfolgend beschriebener erfindungsgemäßer Wärmetauscher ist. Das Wärmetauscher-Grundmodul 1 weist eine rohrförmige Begrenzungswand 2 mit kreisförmigem Querschnitt auf. Die rohrförmige Begrenzungswand 2 bzw. das Rohrstück 2 ist von einer schlauchförmigen äußeren Packung 4 aus porösem, durchströmbaren Sintermetall umgeben, das ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Packung 4 umschließt dabei nicht die gesamte Länge der rohrförmigen Begrenzungswand 2. Das Innere des Rohrstücks 2 ist mit einer inneren Packung 6 aus porösem, durchströmbaren Sintermetall ausgefüllt. Wiederum ist nicht die gesamte Länge des Rohrstücks 2 sondern nur ein Teil davon mit Sintermetall ausgefüllt. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Länge der Ausfüllung bzw. der Umhüllung des Rohrstücks 2 durch die äußere bzw. innere Packung aus Sintermetall gleich. Die von den Packungen 4 bzw. 6 nicht umhüllten bzw. ausgefüllten Teile des Rohrstückes 2 bilden Anschlußstücke 5 bzw. 7. Vorzugsweise ist sowohl in dem Rohrstück 2 als auch außen eine Packung 4 bzw. 6 aus Sintermetall vorgesehen, die mit dem Rohrstück bzw. der Begrenzungswand versintert ist. Durch die Versinterung der Packungen 4 bzw. 6 mit der Begrenzungswand bzw. dem Rohrstück 2 wird ein optimaler Wärmeübergang gewährleistet. Das Innere des Rohrstücks 2 bildet einen inneren Strömungskanal 8 für die Wärme abgebende bzw. Wärme aufnehmende Seite. Die Lage der äußerne Packung 4 definiert einen äußeren Strömungskanal 9.

[0019] Fig. 2A und 2B zeigen eine erste Ausführungsform eines Modulaufnahmeteils eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in Modulbauweise. Fig. 2A zeigt eine Hälfte eines Modulaufnahmeteils 10 von innen und Fig. 2B zeigt das gesamte aus zwei Teilen gemäß Fig. 2A bestehende Modulaufnahmeteil 10 im Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 2A. Das Modulaufnahmeteil 10 weist eine Modulhalterung 12 auf, in die beispielsweise zwei Wärmetauscher-Grundmodule 1 lösbar eingesetzt werden, die hintereinanderliegend mit aneinanderliegenden Anschlußstücken 5 bzw. 7 in das Modulaufnahmeteil eingelegt werden. Die beiden Grundmodule sind so gegeneinander abgedichtet bzw. verschweißt, daß das Innere der Rohrstücke 2 zusammen einen durchgehenden Strömungskanal bilden. Aus Fig. 2A sind die verschiedenen Strömungskanäle für das Wärme aufnehmende bzw. Wärme abnehmende Medium zu erkennen. Die Anschlußstücke 5 bzw. 7 des Wärmetauscher-Grundmoduls 1 münden in Bereiche 14 bzw. 15, in die das im inneren Strömungskanal 8 geführte Medium zugeführt wird bzw. aus dem dieses Medium abgeführt wird. In ringförmigen Bereichen 16 bzw. 17 wird das die äußere Packung 4 aus Sintermetall durchströmende Medium zu- bzw. abgeführt. Die zwei Grundmodule 1 werden in eine Hälfte des Modulaufnahmeteils 10 eingelegt und die beiden Teile bzw. Hälften des Modulaufnahmeteils 10 werden wie aus Fig. 2B ersichtlich zusammengesetzt und mittels Schrauben 18 verschraubt. Die zwei Teile des Modulaufnahmeteiles 10 bzw. die Strömungskanäle für das Wärme aufnehmende bzw. Wärme abgebende Medium werden durch Dichtungen 19 abgedichtet. Alternativ können bei besonderen Anforderungen hinsichtlich Dichtheit die beiden Teile auch verschweißt werden.

[0020] Fig. 3A und 3B zeigen eine zweite und eine dritte Ausführungsform einer Wärmetauscherebene gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3A zeigt in analoger Darstellung zu Fig. 2A eine Hälfte 20a eines Modulaufnahmeteils 20 für neun speichenförmig angeordneten Wärmetauscher-Grundmodulen 1, wobei lediglich ein Wärmetauscher-Grundmodul 1 eingezeichnet ist. Fig. 3B zeigt eine perspektivische Darstellung einer auseinandergenommenen Wärmetauscherebene mit den zwei Hälften 20a und 20b eines Modulaufnahmeteils 20 in der sich acht Wärmetauscher-Grundmodule 1 nach Art der Speichen eines Rades in Modulhalterungen 22 einlegen lassen. Das Modulaufnahmeteil 20 weist in zusammengesetztem Zustand eine ringzylindrische Form mit einer inneren Zylinderwand 24 und einer äußeren Zylinderwand 25 auf. Die Anschlußstücke 5 bzw. 7 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 durchsetzen die innere Zylinderwand 24 bzw. die äußere Zylinderwand 25. Das in den inneren Strömungskanälen 8 strömende Wärmetransportmedium wird im Bereich der inneren Zylinderwand 24 zugeführt und strömt über die Anschlußstücke 5 in die inneren Strömungskanäle 8. Über die Anschlußstücke 7 strömt das Wärmetransportmedium aus der Wärmetauscherebene wieder heraus. Das die äußere Packung 4 aus Sintermetall durchströmende Wärmetransportmedium wird in Bereichen 26 bzw. 27 zugeführt bzw. abgeführt. Die Ausführungsformen der Wärmetauscherebenen gemäß Fig. 3A bzw. 3B sind besonders vorteilhaft einzusetzen, wenn ein besonders guter Druckabgleich zwischen den einzelnen Modulen gewünscht wird, da die Anströmstrecken der einzelnen Wärmetauscher-Grundmodule völlig identisch sind. Wie in Fig. 3A angedeutet läßt sich die Wärmetauscherebene in einen rohrförmigen bzw. zylindrischen Druckmantel 28 einsetzen.

[0021] Fig. 4 zeigt eine eine vierte Ausführungsform einer Wärmetauscherebene mit einem Modulaufnahmeteil 30 bestehend aus zwei Hälften 30a und 30b. Bei dieser Wärmetauscherebene sind in das Modulaufnahmeteil 30 vier Wärmetauscher-Grundmodule 1 in Modulhalterungen 32 eingesetzt. Die Achsen der inneren Strömungskanäle 8 der einzelnen Wärmetauscher-Grundmodule 1 liegen in dem Modulaufnahmeteil 30 mit kreisförmigem Querschnitt parallel zu den Seiten eines einbeschriebenen Quadrats. Die Anschlußstücke 5 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 münden in einen Bereich 33a eines ersten Einlaßkanales und in einen Bereich 35a eines zweiten Einlaßkanales für das im inneren Strömungskanal 8 strömenden Wärmetransportmedium. Die Anschlußstücke 7 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 münden in einen Bereich 33b eines ersten Auslaßkanales und in einen Bereich 35b eines zweiten Auslaßkanales. Das in dem äußeren Strömungskanal 9 strömende Wärmetransportmedium wird in einem Bereich 36 bzw. 37 zugeführt und aus einem Sammelbereich 38 wieder dem Wärmetauscher bzw. der Wärmetauscherebene entzogen. Das Wärmetransportmedium wird dabei in den Wärmetauscher-Grundmodulen 1 im Gegenstrom geführt.

[0022] Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Hälfte 40a eines Modulaufnahmeteils 40 einer Wärmetauscherebene, die wie die Wärmetauscherebene von Fig. 3B Platz für acht Wärmetauscher-Grundmodule 1 bietet. Der Außendurchmesser des Modulaufnahmeteils 20 ist jedoch dabei kleiner als der Außendurchmesser des Modulaufnahmeteils 20. Die Anschlußstücke 5 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 münden in einen Bereich 42, über den das im inneren Strömungskanal 8 fließende Wärmetransportmedium zugeführt wird. Die Anschlußstücke 7 der Wärmetauscher-Grundmodule 1 münden in einem Bereich 44 bzw. 45 aus denen das im inneren Strömungskanal 8 strömende Wärmetransportmedium abgezogen wird. Das im äußeren Strömungskanal 9 strömende Wärmetransportmedium wird in einem Bereich 46 zugeführt und aus Bereichen 48 bzw. 49 abgezogen.

[0023] Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein Wärmetauscher-Grundmodul 50 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Wärmetauscher-Grundmodul 50 weist eine rohrförmige Begrenzungswand 52 auf. Die rohrförmige Begrenzungswand 52 bzw. das Rohrstück 52 ist von einer schlauchförmigen äußeren Packung 54 aus porösem, durchströmbaren Sintermetall umgeben, die leicht konisch geformt ist. Die Packung 54 umschließt dabei nicht die gesamte Länge der rohrförmigen Begrenzungswand 52. Das Innere des Rohrstücks 52 ist mit einer inneren Packung 56 aus porösem, durchströmbaren Sintermetall ausgefüllt. Die Packungen 54 und 56 sind mit der Begrenzungswand bzw. dem Rohrstück 52 versintert, um wie bei dem Grundmodul 1 einen optimalen Wärmeübergang zwischen den beiden Packungen 54 und 56 aus prösem Sintermetall über die Begrenzungswand 52 zu ermöglichen. Die von den Packungen 54 bzw. 56 nicht umhüllten bzw. ausgefüllten Teile des Rohrstückes 52 bilden Anschlußstücke 55 bzw. 57. Das Innere des Rohrstücks 52 bildet einen inneren Strömungskanal 58 für die Wärme abgebende bzw. Wärme aufnehmende Seite. Die Lage der äußeren Packung 54 definiert einen äußeren Strömungskanal 59. Abgesehen von der konisch geformten äußeren Sinterpackung 54 stimmt das Wärmetauscher-Grundmodul 50 mit dem Grundmodul 1 überein.

[0024] Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Wärmetauscherebene bestehend aus einem einteiligen Modulaufnahmeteil 60 in das ein konisch geformtes Wärmetauscher-Grundmodul 50 eingesetzt werden kann. Die Wärmetransportmedien werden im Gegenstrom oder im Gleichstrom durch die Strömungskanälen 58 bzw. 59 geführt.

[0025] Werden mehrere unterschiedliche Wärmetauscherebenen mit unterschiedlichen Funktionen miteinander verbunden, kann es unter Umständen notwendig sein, ein oder mehrere Ebenen blind zu schalten. Zu diesem.Zweck sind Strömungskanäle 62 vorgesehen.

[0026] Fig. 8 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Wärmetauscherebene mit einem aus zwei Hälften 70a und 70b bestehenden Modulaufnahmeteil 70, bei der sieben Wärmetauscher-Grundmodule 50 senkrecht in Modulhalterungen 72 angeordnet sind. D. h. die Achsen der inneren Strömungskanäle sind senkrecht zu der Ebene angeordnet, in der die beiden Hälften 70a und 70b der Modulaufnahme 70 zusammengeklappt werden. Das Wärmetransportmedium durchströmt den äußeren Strömungskanal der Wärmetauscher-Grundmodule 50 und wird im Bereich 52 gesammelt und können einem nicht dargestellten Abscheidemechanismus zugeführt werden. Das im inneren Strömungskanal strömende Wärmetransportmedium kann auch durch Kanäle 74 und 75 geführt werden. Im Randbereich des Modulaufnahmeteils 70 sind umlaufenden Strömungskanäle vorgesehen, die in ihrer Funktion den Kanälen 62 entsprechen. Ein senkrechter Schnitt durch die Modulhalterungen 72 entspricht der Schnittdarstellung gemäß Fig. 7.

[0027] Die Ausführungsformen gemäß Fig. 8 ist besonders für Kaltverdampfer geeignet. Es konnte empirisch ermittelt werden, daß ein ansonsten unverändertes Wärmetausscher-Grundmodul 50 zur Kaltverdampfung von R12 für die Kühlung von Druckluft etwa 20 % höhere K-Werte erbrachte, wenn es gemäß der Ausführungsform von Figs. 7A, 7B und 8 senkrecht mit einer Dampfführung von unten nach oben angeordnet wurde und nicht waagrecht. Gleichzeitig konnte der Dampf hierbei bis zu 5°C überhitzt werden, ohne daß hieraus eine meßbare Verschlechterung der Luftaustrittstemperatur resultierte.

[0028] Mit den vorstehend beschriebenen Wärmetauschern gelang es beispielsweise, Module zur Drucklufttrocknung zu konzipieren, die im Rekuperationsteil bei einer Durchströmlänge von 65 mm eine Temperaturabsenkung von 18,5°C bei einer Eintrittstemperatur von 35°C bewältigen und im Kaltverdampfer eine Verdampfungstemperatur von 0°C bei einer Durchströmstrecke von lediglich 45 mm zeigten. Bei gleichen Randparametern beträgt die abgewickelte Länge eines Koaxialwärmetauschers (Rekuperator + Kaltverdampfer) ca. 6 m. Beide Wärmetauscher erfüllen das Kriterium, eine Gesamtdruckdifferenz von ca. 160 mbar nicht zu überschreiten.

[0029] Aus diesem Beispiel kann abgeleitet werden, daß die Durchströmstrecken von Wärmetauschern in Modulbausweise gemäß der vorliegenden Erfindung mit Sintermetall größenordnungsgemäß bei 2 % konventioneller Systeme liegen. Die K-Werte können unabhängig von Stoff und Phase um den Faktor 10 verbessert werden, so daß größenordnungsmäßig etwa 10 % der Rohrwandfläche eines konventionellen Wärmetauschers benötigt werden.

Ansprüche

1. Wärmetauscher in Modulbauweise mit wenigstens einer Wärmetauscherebene, die jeweils ein Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) mit darin eingebauten Wärmetauscher-Grundmodulen (1; 50) aufweist, wobei die Wärmetauscher-Grundmodule (1; 50) eine Begrenzungswand (2; 52) aufweisen, durch die der Wärmeübergang von Wärme abgebender Seite des Wärmetauschers zu Wärme aufnehmender Seite des Wärmetauschers erfolgt, zumindest eine Seite der Begrenzungswand (2; 52) mit einer einen ersten Strömungskanal (9) bildenden Packung (4,6; 54, 56) aus porösem, durchströmbaren Sintermetall versehen ist, und das Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) zusammen mit den Grundmodulen (1; 50) einen zweiten Strömungskanal (8) für die Wärme abgebende und/oder Wärme aufnehmende Seite des Wärmetauschers festlegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) zweiteilig ist und die Wärmetauscher-Grundmodule nach Art von zwei Halbschalen einschließt, die gegeneinander abgedichtet sind und Zu- bzw. Abströmbereiche (14, 15,bzw. 16, 17) für das in dem ersten und dem zweiten Strömungskanal (8 bzw.9) geführte Medium aufweisen, in die Anschlußstücke (5, 7) der Wärmetauscher-Grundmodule (1; 50) münden.

2. Wärmetauscher in Modulbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswand (2; 52) des Wärmetauscher-Grundmoduis einen rohrförmigen Strömungskanal, insbesondere mit kreisförmigem Querschnitt, für die Wärme abgebende oder Wärme aufnehmende Seite festlegt.

3. Wärmetauscher in Modulbauweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung (4, 6; 54, 56) aus porösem, durchströmbaren Sintermetall einen Teil der Längenerstreckung des rohrförmigen Strömungskanals schlauchartig umschließt und/oder im Inneren des rohrförmigen Strömungskanales über einen Teil seiner Längenerstreckung den Querschnitt vollständig ausfüllt.

4. Wärmtauscher in Modulbauweise nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wärmetauscher-Grundmodule nach Art eines Rohrbündelwärmetauschers senkrecht nebeneinander in dem Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) angeordnet sind.

5. Wärmetauscher in Modulbauweise nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmodule konkav geformt sind.

6. Wärmetauscher in Modulbauweise nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Grundmodule in einer Ebene nebeneinander liegend in dem Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) angeordnet sind.

7. Wärmetauscher in Modulbauweise nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmodule nach Art der Speichen eines Rades in dem Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) angeordnet sind.

8. Wärmetauscher in Modulbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswand (2; 52) aus Aluminium besteht und die Packung (4, 6; 54, 56) bzw. die Packungen aus Sintermetall aus porös gesintertem Aluminiumpulver oder -granulat besteht bzw. bestehen.

9. Wärmetauscher in Modulbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulaufnahmeteil (10; 20; 30; 40; 60) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

10. Wärmetauscher in Modulbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungen aus Sintermetall mit einer Katalysatorsubstanz beschichtet sind.

11. Wärmetauscher in Modulbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wärmetauscherebenen hinsichtlich Aufbau und Leistungscharakteristik unterschiedliche sind.

12. Wärmetauscher in Modulbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wärmetauscherebenen innerhalb eines gemeinsamen Druckmantels angeordnet sind.

Claims

1. Heat exchanger of modular design comprising one or more heat exchanger planes each provided with a module receiving means (10; 20; 30; 40; 60) with heat exchanger base modules (1; 50) mounted therein, said heat exchanger base modules (1; 50) including a partition wall (2; 52) through which the heat transfer from the heat emitting side of the heat exchanger to the heat absorbing side of the heat exchanger takes place, there being provided on at least one side of said partition wall (2; 52) a packing (4,6; 54, 56) made of porous, permeable sintered metal which defines a first flow channel (9), while said module receiving means (10; 20; 30; 40; 60), together with said base modules (1; 50), defines a second flow channel (8) for the heat emitting and/or heat absorbing side of the heat exchanger, characterized in that the module receiving means (10, 20, 30, 40, 60) is in two parts and encloses the heat exchanger base modules in the manner of two half shells which are sealed off against each other and comprise inflow and outflow areas (14,15 and 16,17, respectively) for the fluid carried in said first and second flow channel (8 and 9, respectively), with connecting pieces (5,7) of the heat exchanger base modules (1; 50) terminating in said areas.

2. Heat exchanger of modular design as set forth in claim 1, characterized in that the partition wall (2; 52) of the heat exchanger base module defines a tubular flow channel, and specifically one of circular cross-section, for the heat emitting or heat absorbing side.

3. Heat exchanger of modular design as set forth in claim 2, characterized in that the packing (4, 6; 54, 56) of porous, permeable sintered metal encloses a portion of the longitudinal extension of the tubular flow channel in a tubelike manner and/or completely fills up the interior cross-section of the tubular flow channel over a portion of its longitudinal extension.

4. Heat exchanger of modular design as set forth in any of claims 2 and 3, characterized in that the individual heat exchanger base modules are arranged vertically alongside each other in the module receiving means (10; 20; 30; 40; 60) in the manner of a shell-and-tube heat exchanger.

5. Heat exchanger of modular design as set forth in claim 4, characterized in that the base modules are concave in shape.

6. Heat exchanger of modular design as set forth in any of claims 2 and 3, characterized in that the individual base modules are arranged horizontally in one plane alongside each other in the module receiving means (10; 20; 30; 40; 60).

7. Heat exchanger of modular design as set forth in claim 6, characterized in that the base modules are arranged like the spokes of a wheel in the module receiving means (10; 20; 30; 40; 60).

8. Heat exchanger of modular design as set forth in any of the preceding claims, characterized in that the partition wall (2; 52) is made of aluminium and the sintered metal packing or packings (4, 6; 54, 56) is/are are made of porous sintered aluminium powder or granules.

9. Heat exchanger of modular design as set forth in any of the preceding claims, characterized in that the module receiving means (10; 20; 30; 40; 60) is of circular cross-section.

10. Heat exchanger of modular design as set forth in any of the preceding claims, characterized in that the sintered metal packings are coated with a catalyst material.

11. Heat exchanger of modular design as set forth in any of the preceding claims, characterized in that the individual heat exchanger planes differ in terms of their structure and performance characteristics.

12. Heat exchanger of modular design as set forth in any of the preceding claims, characterized in that the individual heat exchanger planes are arranged inside a common pressurized shell.

Revendications

1. Echangeur de chaleur à construction modulaire avec au moins un plan d'échangeur de chaleur qui présente respectivement une pièce réceptrice de modules (10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60) avec des modules de base d'échangeurs de chaleur (1 ; 50) montés dedans, les modules de base d'échangeurs de chaleur (1 ; 50) présentant une paroi de limitation (2 ; 52) à travers lequel se produit la transmission thermique depuis la face de l'échangeur de chaleur émettant de la chaleur jusqu'à la face de l'échangeur de chaleur recevant de la chaleur, au moins une face de la paroi de limitation (2 ; 52) étant munie d'une garniture (4, 6 ; 54, 56) en materiau fritté poreux pouvant être traversé formant un premier canal d'écoulement (9) et la pièce réceptrice de modules (10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60) determinant avec les modules de base (1 ; 50) un second canal d'écoulement (8) pour les faces de l'échangeur de chaleur émettant de la chaleur et/ou recevant de la chaleur,
caractérisé en ce que la pièce réceptrice de modules (10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60) est en deux parties et enferme les modules de base de l'échangeur de chaleur à la manière de deux demi-coquilles, qui sont rendues étanches l'une par rapport à l'autre et présentent des zones d'arrivée ou respectivement de départ d'écoulement (14, 15 ou respectivement 16, 17) pour le milieu guidé dans les premier et second canaux d'écoulement (8 ou respectivement 9), dans lesquelles débouchent des pièces de raccordement (5, 7) des modules de base d'échangeurs de chaleur (1 50).

2. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la paroi de limitation (2 ; 52) du module de base d'échangeur de chaleur détermine un canal d'écoulement tubulaire, en particulier à section circulaire, pour la face émettant de la chaleur ou recevant de la chaleur.

3. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon la revendication 2,
caractérisé en ce que la garniture (4, 6 ; 54, 56) en matériau fritté poreux pouvant être traversé entoure à la manière d'un tuyau une partie de l'étendue longitudinale du canal d'écoulement tubulaire et/ou remplit complètement la section transversale à l'intérieur du canal d'écoulement tubulaire sur une partie de son étendue longitudinale.

4. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon l'une des revendications 2 et 3,
caractérisé en ce que les modules de base d'échangeurs de chaleur individuels sont disposés verticalement côte à côte dans la pièce réceptrice de modules (10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60) à la manière d'un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire.

5. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon la revendication 4,
caractérisé en ce que les modules de base sont formes concaves.

6. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon l'une des revendications 2 et 3,
caractérisé en ce que les modules de base individuels sont disposés côte à côte dans un plan dans la pièce réceptrice de modules (10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60).

7. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon la revendication 6,
caractérisé en ce que les modules de base sont disposés dans la pièce réceptrice de modules (10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60) à la manière des rayons d'une roue.

8. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la paroi de limitation (2 ; 52) est constituée en aluminium et la garniture (4, 6 ; 54, 56) ou respectivement les garnitures en métal fritté est constituée ou respectivement sont constituées de poudre ou de granulat d'aluminium fritté poreux.

9. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la pièce réceptrice de modules (10 ; 20 ; 30 ; 40 ; 60) présente une section transversale circulaire.

10. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que les garnitures en metal fritté sont recouvertes d'une substance catalytique.

11. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que les plans d'échangeurs de chaleur individuels sont différents en ce qui concerne la structure et la caractéristique de puissance.

12. Echangeur de chaleur à construction modulaire selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que les plans d'échangeurs de chaleur individuels sont disposés à l'intérieur d'un blindage commun.

Zeichnung