DE3016669A1

DE3016669A1 - Kompakter waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3016669A1
Application number: DE19803016669
Authority: DE
Inventors: Georges Cohen; Alexandre Rojey
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1979-05-02
Filing date: 1980-04-30
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB2055463A; FR2455721A1; US4368779A; IT8021746A0; IT1131130B; JPS55150496A; NL8002513A; FR2455721B1; GB2055463B

Description

£29.April 1980

JR. GERHARD RATZEL _ΑΛ<ί~,*~_Λ ^{6800ΜΑΝΝΗΕΙΜ 1}^

P ATE NTA N WA LT 3 0 1 0 β V " Seckenheimer Str. 36Ta; Tel. (0621) 406315

Postscheckkonto: FrankfurlM Nr. 8293-603 B a η It .· Deutsche Bank Mannheim Nr, 72·'00066

Akte J864 Telegr.-Code : Gsrpal

Telex 463570 Par» D

Institut Francais du Petrole

4, Avenue de Bois-Preau

925o2 Rueil-Malmaison / Frankreich

Kompakter Wärmeaustauscher

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Die Einrichtung von Austauschern von großer Oberfläche und geringem Preis ist wichtig im Hinblick auf die Ersparung von Energie, indem erhöhte Rückgewinnungen von Wärme möglich sind.

Die geläufigsten Austauscher sind die Austauscher mit Röhren und Kalandern. Die eine der Flüssigkeiten, die an dem Austausch teilnehmen, tritt durch die Röhren, die andere Flüssigkeit, die an dem Austausch teilnimmt, tritt um die Röhren in dem Kalander herum. Die Oberfläche des Austauschers pro Volumeneinheit, die sogenannte spezifische Oberfläche, die mit solchen Austauschern erhalten werden kann, ist im allgemeinen begrenzt. Tatsächlich ist es aus Gründen der Verwirklichung schwierig, den Durchmesser der Röhren von dem Abstand zwischen den Röhren unter einen Wert zu bringen, der in der Ordnung von 1 cm liegt.

Die Platten-Austauscher erlauben es, größere spezifische Austauschoberflächen zu erhalten. In diesen Austauschern zirkulieren die Flüssigkeiten, die an dem Austausch teilnehmen beiderseits verschiedener Platten, jedoch ist die spezifische Oberfläche gleichermaßen durch die Notwendigkeit begrenzt, den Abstand zwischen den Platten nicht zu sehr zu verringern. Man kennt weiterhin thermische Austauscher, die von einer Schichtung von durchlöcherten Blättern gebildet werden, die auf eine solche Weise einander gegenüber angeordnet sind, daß durch die Übereinanderordnung der Lochungen Kanäle erhalten

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werden, von denen bestimmte durch eine verhältnismäßig warme Flüssigkeit durchtreten werden können und andere von einer verhältnismäßig kalten Flüssigkeit, wobei der Wärmeaustausch zwischen den Kanälen durch Leitung durch das Material gewährleistet wird, das wenigstens einen Teil der vorgenannten Blätter ausmacht.

Die Erfindung schlägt eine neue, vervollkommnete Vorrichtung zum Wärmeaustausch vor, mit sehr großer spezifischer Oberfläche, die im wesentlichen wie folgt zusammengesetzt ist:

Einer Schichtung von gelochten Blättern, die so angeordnet sind, daß man durch Üb ere inander Ordnung der Löcher kontinuierliche Kanäle erhält, die eine Mehrzahl von Reihen bilden, von denen eine jede eine Mehrzahl von Kanälen beinhaltet, wobei von den vorgenannten Kanälen die einen von einer verhältnismäßig warmen und die anderen von einer verhältnismäßig kalten Flüssigkeit durchlaufen werden können, wobei wenigstens ein Teil der vorgenannten Blätter aus einem Material besteht, daß unter den Betriebsbedingungen wärmeleitend ist, wobei der Wärmeübergang zwischen den Kanälen durch Leitung über das vorgenannte wärmeleitende Material gewährleistet wird, das wenigstens einen Teil der vorgenannten Blätter bildet;

sowie an jedem äußeren Ende einer Verteilungs- und Sammlungsvorrichtung für Flüssigkeiten, die wenigstens von einer 7er-

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teilerplatte gebildet werden und (a) eine Reihe von Rillen beinhalten, von denen eine jede eine Mehrzahl von Kanälen bedeckt, v/obei die vorgenannten Kanäle das eine ihrer äußeren Enden mit einer äußeren Leitung verbinden_} und (b) Durchlässe , die die vorgenannte Platte beiderseits durchtreten und auf der einen Seite der Platte in die Kanäle münden und auf der anderen Seite der Platte in eine äußere Leitungο

Die Vorrichtung zum Wärmeaustausch der Erfindung wird weiter unten in Beziehung zu den Figuren beschrieben werden, in denen die Figuren Ί bis 7 ganz insbesondere die zutreffend gesagten Zone des thermischen Austausches betreffen und die Figuren 8 bis Ίο ganz insbesondere die Vorrichtungen zur Verteilung und Sammlung der Flüssigkeiten betreffen, die am Austausch teilnehmen»

Zunächst beschreibt man die eigentliche Zone des thermischen Austausches in Verbindung mit Figuren ^is 7°

Eine besondere Ausführungsform der Zone des Austausches ist beispielshaft in den Figuren ΊΑ und iB dargestellt.

In dieser ersten Ausführungsform ist ein jedes der Blätter, die den Austauscher bilden, von runden Löchern durchsetzt, die regelmäßig verteilt sind_o Wenn die vorgenannten durch-

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löcherten Blätter übereinandergesetzt werden, formt man somit zylindrische Kanäle, sowie dies im vertikalen Schnitt in der Figur 1a dargestellt ist» In der Figur 1a bezeichnet man mit 1a und 1b jeweils das erste und das letzte Blatt der Schichtung. Die Kanäle, die durch die Schichtung der Blätter gebildet sind, werden mit 2a bis 2g gekennzeichnet. Wenn der thermische Austausch zwischen einer warmen Flüssigkeit A und einer kalten Flüssigkeit B durchgeführt wird, läßt man die warme Flüssigkeit und die kalte Flüssigkeit in verschiedenen Kanalgruppen durchlaufen gemäß der Anordnung in der Figur 1B in einer solchen Weise, daß jeder Kanal, der von einer der Flüssigkeiten durchlaufen wird, wenigstens zu einem Kanal benachbart ist, der von der anderen Flüssigkeit durchlaufen wird. Diese Figur stellt die Flächenansicht des Austauschers entlang der Fläche A1-A2, die in der Figur 1A dargestellt ist, dar. Die Figur 1A stellt den Schnitt entlang der Fläche B1-B2, die in der Figur 1B aufgezeigt ist, dar.

Die Kanäle können von den warmen oder kalten Flüssigkeiten durchlaufen werden, die am Austausch teilnehmen, entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom, und es ist möglich, am thermischen Austausch mehr als zwei Flüssigkeiten teilnehmen zu lassen, ixvtLem man in verschiedenen Kanalgruppen verschiedene Flüssigkeiten durchlaufen läßt, die am Austausch teilnehmen.

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Die Flüssigkeiten, die am Austausch teilnehmen, durchlaufen somit Richtungen, die im wesentlichen transversal zu den Blättern liegen, die aneinandergefügt angeordnet sind.

Die durchlöcherten Blätter sind bevorzugterweise metallisch und zum Beispiel aus gewöhnlichem Stahl wie dem Stahl A37 C KFA 362o5 entsprechend der AFNOR-Norm ausgeführt, aus nichtrostendem Stahl wie zum Beispiel Z6 CN 18-1 ο gemäß der AFNOR-Norm, aus Aluminium, aus Kupfer, aus Monelmetall, aus Titan oder jedem anderen wärmeleitenden Material.

Wenn der Wärmeaustausch bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt wird, können die Blätter aus feuerfestem Material, zum Beispiel aus Keramik, sein.

Die Blätter können gehalten und aneinander durch verschiedene bekannte Techniken befestigt sein, um eine geeignete Haftung zwischen den Blättern des gewählten Materiales zu haben. Sie können zum Beispiel durch einen flüssigen Klebstoff, wie zum Beispiel einem Epoxy-Kleber, verklebt sein, oder unter Hitze mit Hilfe eines Überzuges verkittet sein, oder noch hart verlötet.

In zahlreichen Fällen ist es wünschenswert, den Austauscher auseinandernehmen zu können, um ihn reinigen zu können oder eventuell die Teile ersetzen zu können. In diesem Fall

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werden die Blätter untereinander nicht zusammenhaftend gehalten, sondern einfach geschichtet.

Wenn eine erhöhte Dichtigkeit nicht gefordert ist, kann die Abdichtung zwischen den Kanälen durch einfache Pressung der Schichtung der Blätter gesichert werden. Um diese Dichtigkeit zu verbessern, ist es möglich, zwischen den Blättern, die die thermische Leitung gewährleisten, gelochte Blätter einzuschieben, die die Dichtung bilden, und aus einem deformierbareren Material bestehen, wie zum Beispiel Elastomeren von synthetischem Kautschuk, Butyl- oder Mtril- oder Äthylen-Propylen, des Typs Neopren oder Yiton, von Teflon, von Klingerit. Im Falle eines elastischen Materials ist die Größe der Löcher vorzugsweise etwas größer als diejenige der Löcher der Blätter, die die thermische Leitung gewährleisten. Zum Beispiel im Falle von runden Löchern eines Durchmessers von 3 mm für die metallischen Blätter kann man Löcher von einem Durchmesser von 4 mm für die Blätter wählen, die die Dichtung bilden. Die so erhaltene Anordnung ist in der Figur 2 dargestellt, die zeigt, wie die Blätter, die die Dichtung bilden und durch die Pfeile 4- gekennzeichnet sind und von außen betrachtet wurden, zwi sehen den Blättern eingeschoben sind, die die thermische Leitung gewährleisten und durch die Pfeile 3 gekennzeichnet sind.

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- ν.

Es ist möglich, runde Löcher in einer periodischen Anordnung zu verteilen, deren Grundform viereckig ist, wie diejenige , die in der Figur 3a? oder dreiecksförmig, wie diejenige, die in der Figur 3b schematisch dargestellt ist, wobei die Grundformen regelmäßig so wiederholt sind, daß der gelochte Teil der Blätter gleichförmig "bedeckt wird»

Es ist gleichermaßen möglich, Löcher von unterschiedlichen Durchmessern so abwechselnd anzuordnen, daß die Flüssigkeiten, die am Austausch teilnehmen, in Kanälen von verschiedenen Durchmessern durchtreten, um so zum Beispiel einen verminderten Durchsatz-verlust der Flüssigkeit zu erhalten, die in den Kanälen von einem größeren Durchmesser hindurchtritto Es ist gleichermaßen möglich, Löcher zu bilden von verschiedenen Formen, die zum Beispiel kreisförmig oder viereckig oder rechteckig oder hexagonal sein können» Man erhält somit durch Schichten der Blätter Kanäle mit einem kreisförmigen, viereckigen , rechteckigen oder hexagonalen Querschnitt» Die Figuren 3C und 3D zeigen Anordnungsbeispiele, die jeweils mit Löchern von rechtwinkliger oder hexagonaler Form erhalten wurden» Es ist auf diese Weise möglich, sehr große Perforationsanteile zu verwirklichen Zum Beispiel erhält man für viereckige Löcher von 8 mm Seitenlänge, die 1 mm voneinander beabstandet sind, einen Perforationsanteil von 79 %° Man kann somit Austauscher einer sehr großen spezifischen Oberfläche und von sehr ge-

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ringem Gewicht verwirklichen.

Es ist gleichermaßen möglich, ein jedes der Löcher mit einer Reihe von Rippen zu versehen, die nach Innen gerichtet sind. Im Pail von runden Löchern, können die Rippen den Radien des Kreises folgend angeordnet sein, der von dem Umfang des Loches gebildet wird, wie dies zum Beispiel in dem Schema der Figur 3E dargestellt ist.

Jede der Rippen, zum Beispiel die Rippe 8, ist dann durch ihre Höhe und den Winkel im Mittelpunkt der Radien charakterisiert, die sie begrenzen« Wenn zum Beispiel der Kreis 9₅ von dem Umfang des Loches gebildet wird, in gleiche Winkelsektoren aufgeteilt ist, können.die Rippen so angeordnet sein, daß jeder zweite Sektor besetzt isto

Indem die Rippen übereinander gesetzt werden, erhält man Kanäle,die mit longitudinalen Rippen ausgerüstet sind, und wenn die Kanäle, in denen die heiße und kalte Flüssigkeit durchlaufen, die am thermischen Austausch teilnehmen, die gleichen geometrischen Charakteristiken haben, ist die eingesetzte Austauschoberfläche praktisch gleich zu derjenigen, die ein Rohren-Austauscher oder ein Platten-Austauscher zu erhalten erlaubt, deren Austauschoberfläche zu der gesamten inneren Oberfläche der Kanäle gleich ist, die von einer der Flüssigkeiten durchlaufen werden.

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Wenn man als spezifische Austauschoberfläche diese innere Oberfläche pro Volumeneinheit des Austauschers betrachtet, hängt die vorgenannte spezifische Oberfläche von der gelochten Fraktion ab, vom Durchmesser der Löcher, von der Anzahl der Rippen pro Loch und der Höhe der Rippen. Man erhält zum Beispiel für einen gelochten Anteil von 5o $, von Löchern von 8mra Durchmesser und 18 Rippen pro Loch von einer Höhe von 2 mm eine spezifische Oberfläche von

2 "*>
ungefähr 12oo m /m .

Es ist gleichermaßen möglich, nicht kreisförmige Löcher mit Rippen zu versehen.

Die gelochten Blätter, die den Austauscher bilden, können von unterschiedlichen Formen und Abmessungen sein. Sie können zum Beispiel rund oder rechteckig oder viereckig sein.

Wenn die gelochten Blätter übereinandergesetzt sind, kann die Schichtung der Blätter gemäß verschiedenen Anordnungen verwirklicht sein.

Zum Beispiel ist es möglich, wenn die vorgenannten Blätter rund; sind, jedesmal, wenn ein neues Blatt gesetzt wird, es in einer Drehung, die einem konstanten Winkel um die Achse folgt, die durch den Mittelpunkt des Kreises tritt, der von

0 30 0 46 /Q:8;ß$o πα*

- γ-4g'

der Schichtung der Blätter definiert ist, zu verschieben, um somit eine teilweise Abdeckung der Löcher zu erhalten. Man verwirklicht somit schraubenförmige Kanäle, was es erlaubt, die Austauschoberfläche zu vergrößern und mittels der Vorsprünge, die bei jedem Loch frei gelegt sind, eine Turbulenz zu erzeugen, die den Übergang begünstigt.

Eine solche Vorrichtung ist schematisch in den Figuren 4A und 4B dargestellt. Zum Beispiel ist auf der Figur 4A die Vorrichtung schematisch dargestellt, die für einen Kanal erhalten werden kann, der von dem Pfeil 5 gekennzeichnet wird, wenn für einen Austauscher, der von η Blättern gebildet wird, jedesmal, wenn ein neues Blatt gesetzt wird, man dieses um einen Winkel voni36o/ry verschiebt. Die Figur 4B zeigt, wie die Löcher versetzt sind, wenn ein neues Blatt gesetzt wird. Man bezeichnet mit dem Pfeil 6 das Loch, das dem Ausgang des Kanales 5 über dem letzten Blatt der Schichtung entspricht (oberstes Blatt der Schichtung).

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- 11

Der Pfeil 7 bezeichnet die Lage, die von dem Loch eingenommen wird, das demjenigen des vorletzten Blattes der Schichtung entspricht , und zeigt die Verschiebung₅ die verwirktlicht ist«, in dem die beiden Blätter aufeinanderfolgend plaziert sindo

Wenn jedes Loch mit Rippen versehen ist, erlaubt es diese Vorrichtung gleichermaßenj die Rippen jedes Mal dann, wenn ein neues Blatt gesetzt wird, zu verschieben und somit Nutzen aus einer spezifischen Austauschoberfläche zu ziehen, die noch erhöht isto

Es ist gleichermaßen möglich. Blätter abwechselnd anzuordnen, deren Löcher in ihrer Form oder Abmessung unterschiedlich sind oder die in einer Art angeordnet sind, die verschieden von der Art ist, sich im Augenblick der ÜbereinanderOrdnung der Blätter verschoben zu finden_ö

Es ist Z₀B₀ möglich. Blätter übereinander-zu^ordnen, deren Löcher mit Rippen versehen sind, die verschoben sind, wie dies in der Figur 5A schematisch dargestellt ist_o Die von den Rippen des einen, beliebigen Blattes freigelassenen Sektoren, die in der Figur 5A mit den Zeilen 2o bis 28 gekennzeichnet sind, lassen es zu, die Rippen, die in der Figur 5A von den Pfeilen 1o bis 18 gekennzeichnet sind, des Blattes bedeckt zu halten₉ das in der Schichtung darunter angeordnet isto Der Austauscher ist somit von zwei Blattarten gebildet_s die durch eine verschiedene Anordnung der Rippen und alternierend gekennzeichnet

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-W-

sind. Auf diese V/eise ist"jeder Kanal, der durch die Übereinandersetzung von Blättern auf seiner gesamten inneren Oberfläche mit Rippen ausgerüstet ist, wobei jede Rippe vollständig
von der Flüssigkeit umgeben wird, die in dem vorgenannten Kanal zirkuliert, was es erlaubt, eine spezifische Austausch-Oberfläche zu verwirklichen, die sehr groß ist, und die thermischen Übergangskoeffizienten in den Flüssigkeiten zu erhöhen, die am Austausch teilnehmen. Die spezifische Austausch-Oberfläche, die somit erhalten wurde, ist um so größer, als die Blätter dünn sind, und das Verhältnis des Durchmessers der Löcher zur Dicke der Blätter wird vorzugsweise größer als 5 gewählt.

Es ist gleichermaßen möglich, Blätter, deren Löcher nicht mit Rippen ausgerüstet sind, mit Blättern,deren Löcher mit Rippen ausgerüstet sind,abzuwechseln oder auch Blätter, deren Löcher mit verschobenen Rippen versehen sind, abzuwechseln, in dem
zwischen die Blätter, deren Löcher mit verschobenen Rippen
ausgerüstet sind, Blätter geschoben werden, deren Löcher nicht mit Rippen ausgerüstet sind.

Es ist offensichtlich, daß zahlreiche Kombinationen, die Rippen von verschiedenen Formen oder Abmessungen einbringen, oder auf verschiedene Weise verschoben sind, gemäß dem allgemeineren Erfindungsgedanken möglich sind.

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Es ist gleichermaßen möglich, Blätter, die mit Löchern von unterschiedlicher Abmessung ausgerüstet sind, abwechseln zu lassen, wie dies z.B. in der Figur 5B im Falle von runden Löchern dargestellt ist. In dem Fall der Figur 5B, bezeichnet die Bezugsziffer 32 den Umfang eines Loches mit großem Durchmesser, das über einem Loch eines kleineren Durchmessers angeordnet ist, dessen Umfang von der Bezugsziffer 31 gekennzeichnet ist. Der Kanal, der durch die Übereinanderanordnung von Blättern erhalten wurde, in dem Blätter mit Löchern von einem kleinen Durchmesser und Blätter mit löchern von großem Durchmesser abwechselnd angeordnet sind, wobei der Abstand der Löcher für alle Blätter konstant gehalten wird, ist somit mit runden Rippen ausgerüstet, wie dies durch die Bezugsziffer 3o im Schema der Figur ^B dargestellt ist.

Der Austauscher gemäß der Erfindung besitzt gleichermaßen den Vorteil, daß er sich für bequeme Verwirklichungs- und Montagearten verwenden läßt.

Die Blätter, die den Austauscher bilden, können nach verschiedenen Methoden gelocht v/erden: Mechanischen, chemischen oder elektrochemischen. Die Lochung der Blätter, z.B. durch Stanzen, ist umso leichter zu verwirklichen, als diese Blätter dünn sind, und sie eignet sich für eine fortgeschrittene Automatisation.

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Wenn die Blätter, die den Austauscher bilden, nicht untereinander befestigt sind, sondern einfach übereinander gesetzt und zusammengedrückt, können die verschiedenen Arten zum Zusammendrücken, die bekannt sind, verwendet werden. Man kann z.B. dieses Zusammendrücken durch Stifte verwirklichen, die an ihrem Ende mit einem Schraubgewinde versehen sind und verschraubt sind, wie dies schematisch in den Figuren 6a und 6B dargestellt ist. In der Figur 6B, die den Schnitt entlang der Ebene A1o A11 darstellt,sind die mit Schraubgewinden versehenen Stifte durch die Bezugsziffern 4-0,4-1,42 und 4-3 gekennzeichnet. Die Figur 6A stellt den Schnitt entlang der Ebene B10 - B11 .dar. Man kann gleichermaßen, wie dies in den Figuren 7-k und 7B dargestellt ist, die Blätter, die den Austauscher bilden, in ein Gehäuse setzen, wie z.B. in das zylindrische Gehäuse 4-6, das durch das verschraubte Teil 4-5 geschlossen ist. Das Stück 4-7 ist ein deformierbares Stück, das einen Bereich bildet, der jedes Mal, wenn die Blätter, die den Austauscher bilden, sowie das Gefäß bedeutenden, diffenziellen, thermischen Verschiebungen unterworfen werden, überstrichen werden muß. Die Figur 7B stellt den Schnitt entlang der Ebene A2o - A21 dar und die Figur 7-A- den Schnitt entlang der Ebene B 2o - B21.

Ein besonders wichtiges Merkmal des Austauschers der E_rfindung besteht in der Verteilungs- und Sammlungsvorrichtung für die Flüssigkeiten, die am Austausch teilnehmen. Der Austauscher der Erfindung erlaubt es in der Tat eine sehr große spezifische Oberfläche zu verwirklichen unter der Bedingung, daß sie eine

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große Anzahl von Kanälen beinhaltet. Es ist wichtig, jede der Flüssigkeiten, die in den Kanälen umläuft und am thermischen Austausch teilnimmt, auf gleichförmige Weise und unter Begrenzung von Füllungsverlusten verteilen und sammeln zu können. Dies ist insbesondere im Fall von Gas-Gas-Austauschen wichtig.

Gemäß der Erfindung können die Verteilungs- und Sammlungsvorrichtung der Flüssigkeiten, die am thermischen Austausch teilnehmen und die auf jedes Ende der genau bezeichneten Austauschzone angepasst sind, in einer allgemeinen V/eise durch die Tatsache definiert v/erden, daß sie von wenigstens einer Verteilerplatte gebildet v/erden, die beinhaltet

(a) eine Reihe von Rillen, deren jede eine Mehrzahl von Kanälen bedeckt, wobei die vorgenannten Rillen an dem einen ihrer äußeren Enden mit einer äußeren Leitung in Verbindung stehen,

und
Durchlässe

(b) , die die vorgenannte Platte beiderseits durchtreten und auf der einen Seite der Platte in die Kanäle und auf der anderen Seite der Platte in eine äußere Leitung münden.

Eine solche Verteilungsvorrichtung ist insbesondere im Falle von Gas-Gas-Austauschen von Interesse. Im Falle solcher Austausche muß die Vorrichtung zur Verteilung und Sammlung das Ankommen und Abgehen der Flüssigkeiten erlauben, die am Austausch teilnehmen, durch Leitungen, die einen verhältnismäßig großen Querschnitt im Vergleich zum totalen Querschnitt des Austausches besitzen, und sie muß andererseits erlauben,

Q 3 Q (H ß / 0 8 Q 7

die Füllungsverluste klein zu halten.

Eine besondere Ausführungsform der Verteiluhgs- und Saiflmlungsvorrichtung für Flüssigkeiten gemäß der Erfindung ist.in den Figuren 8A und8B dargestellt. Die Figur 8B stellt den Schnitt entlang der Ebene A4-0 - A41 und die Figur 8A den Schnitt entlang der Ebene B4o - B4-1.

Das Teil 60 ist eine Platte, die von Löchern durchsetzt ist, die die Kanäle, über die die eine der Flüssigkeiten läuft, die am Austausch teilnehmen, mit der Kammer 62, die in dem .Teil 61 angeordnet ist, in Verbindung setzen, wobei die vorgenannte Kammer mit der Leitung 63 in. Verbindung steht. Das Teil 60 ist gerillt, wobei die Rillen die Kanäle, über die die zweite Flüssigkeit fließt, die am Austausch teilnimmt,-mit der Kammer 64-in Verbindung setzen, die in dem Teil 60 angeordnet ist, wobei die vorgenannte Kammer mit der Leitung 75 in Verbindung steht. Die Flüssigkeiten, die am Austausch teilnehmen, können somit durch die Leitungen 63 und 75 ein- oder austreten, in^-dem sie die Kanäle passieren, die für sie bestimmt sind. Die^selbe Vorrichtung kann am anderen äußeren Ende des Austauschers angeordnet sein.

Die^-selbe Vorrichtung kann an Austausche zwischen mehreren Flüssigkeiten angepasst sein. In der Tat ist es möglich zwischen dem Teil 61 und dem Teil 60 eine Zwischenplatte des selben Typs wie die Platte 60 anzupassen^ die es erlaubt, einen Teil der

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Kanäle mit der Kammer 62 in Verbindung zu setzen und einen anderen Teil der Kanäle mit einer Kammer, die in der vorgenannten Zwischenplatte angeordnet ist, in Verbindung mit einer dritten, äußeren Leitung.

Die Figuren 8A und 8B sind als Beispiele gegeben, und die Zahl, die Dimension und relative Anordnung der verschiedenen Teile sowie der Löcher und Rillen kann offensichtlich sehr unterschiedlich sein.

Es ist z.B. möglich, die Vorrichtungen, die in den Figuren 8A und 8B dargestellt sind, an rechteckige Platten anzupassen, in-dem die Löcher und Rillen in Verbindung mit rechteckigen und nicht mehr runden Kammern gesetzt werden. Es ist gleichermaßen möglich, diese Vorrichtungen an Löcher von einer Form, z.B., rechteckig oder hexagonal, anzupassen. Auf allgemeine Weise ist jede Vorrichtung, die es erlaubt, die Kanäle, in denen eine gegebene Flüssigkeit umläuft mit einer Kammer in Verbindung zu setzen, die mit einer Zufluß- oder Abfluß-Leitung in Verbindung steht geeignet.

Eine besonders wichtige Anwendung ist durch die Wiedergewinnung von Wärme aus den Dämpfen eines Herdes oder einer Heizung zur Vorwärmung von Luft gegeben.

Ein Beispiel der Vorrichtung, die in diesem Fall eingesetzt werden kann ist in den Figuren 9A, 9B und 9C dargestellt. Die Figur 9B stellt den Schnitt entlang der Ebene A5o - A51 und die Figur 9A den Schnitt entlang der Ebene Bj?o - B51 dar.

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Die Verteilungsvorrichtung beinhaltet in dem Fall, der in den Schemas 9A und 9B dargestellt ist, 12 Platten an jedem äußeren Ende. Die Platten 71 bis 79 besitzen zum einen Perforationen, die durch Übereinandersetzen die Verwirklichung von Kanälen erlauben, die in Verbindung mit den Kanälen stehen, die von derfrischen Luft durchlaufen werden, die durch die Leitung 81 ankommt. Die Schlitze der Platten 71 bis 79 setzen sich bis zum Rand an der Ankunftsseite der frischen Luft fort und stehen mit dieser Luft in Verbindung, die durch die Leitung 81 zugeführt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite enden die Ritzen vor der Kante der Platte, so daß auf diese Weise die Dichtheit des Austauschers gewährleistet wird. Die Platte 8o beinhaltet Perforationen, die den Dämpfen erlaubt, direkt in die Kaminleitung überzutreten.

Der Austauscher beinhaltet einesymmetrische Vorrichtung am anderen äußeren Ende des Austauschers. Die allgemeine Vorrichtung ist in der Figur 9C schematisch dargestellt. Die Dämpfe kommen aus der Konvektionszone des Herdes F an und durchtreten direkt die vertikalen Kanäle der Verteilungszone 92, sodann die Kanäle, die der Passage der Dämpfe in der Austauschzone 91 entsprechen und schließlich die Kanäle der Verteilungszone 9o. ·

Die frische Luft kommt durch die Leitung 81 an, wird, durch die Rillen der Verteilungszone 9o verteilt, durchtritt die

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Kanäle, die zu ihr in der Austauschzone 91 gehören, durchtritt die Rillen der Austauschzone 92 und tritt dann durch die Leitung 83 auf der zu dem Eintritt der Leitung 81 gegenüberliegenden Seite aus. Die Platte 8o beinhaltet keine Öffnung über den Ritzen der Platte 79· Die Übereinandersetzung der Platte 8o und der Platten 71 bis 79 erlaubt somit die Verwirklichung von Rillen, durch die sich das .Seitliche Eintreten der frischen Luft abspielt.

Die Verteilungszone 92 beinhaltet wie die Verteilungszone 9o Kanäle, die dem Durchtritt der Dämpfe und der Rillen entsprechen, die die seitliche Entleerung der vorgewärmten Luft erlauben, wobei diese Rillen jedoch auf der zu der Ankunft der frischen Luft gegenüberliegenden Seite offen sind, während die Rillen der Zone 9o notwendigerweise zu der Seite der Ankunft der Luft offen sind.

Wenn man die frische Luft aus der zu der Ankunft gegenüberliegenden Seite austreten läßt, ist es möglich, die Füllungsverluste auszugleichen und die frische Luft in allen Kanälen gleichförmig zu verteilen.

Die Vorrichtung, die in den Figuren 9A, 9B und 9C dargestellt ist, erlaubt es, die Füllungsverluste der Dämpfe maximal zu verringern und das Verrussen zu begrenzen, indem tote Zonen vermieden werden. Andererseits erlaubt sie

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eine leichtere Unterhaltung und Reinigung. Es ist insbesondere möglich, eine Reinigungsrampe, wie zum Beispiel' die Rampe 931 die schematisch in der Figur 9A dargestellt ist, vorzusehen, die es erlaubt, periodisch Wasserstrahlen durch die Kanäle, die von den Dämpfen durchlaufen werden, während Zeiten zum Anhalten und zur Unterhaltung zu schicken. Es ist gleichermaßen möglich, um die Verrussung zu reduzieren, Luft zu blasen, die durch den Austauscher unter einem Druck läuft, der höher ist als derjenige der Dämpfe, und einen geringen Luftaustritt zwischen den Platten zuzulassen, möglicherweise indem auf den Platten Rillen zu diesem Zwecke vorgesehen werden, so daß die Teilchen, die die Neigung haben sich dort niederzuschlagen, von den Wänden vertrieben werden.

Ein anderes Beispiel der bevorzugten Vorrichtung zu Verteilung und Sammlung ist in den Figuren 1oA und loB dargestellt. Die Figur 1oB stellt den Schnitt entlang der Ebene A6o - A61 dar und die Figur ToA den Schnitt entlang der Ebene B6o — B61.

Eine solche Vorrichtung kann insbesondere für Luft-Luft-Austausche angewandt werden und insbesondere im Falle einer Lüftung, um die Wiedergewinnung von Wärme aus der Luft zu gewährleisten, die einer belüfteten Räumlichkeit entnommen wird.

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Eine erste Flüssigkeit, die am Austausch teilnimmt, kommt durch die Leitung 1oo an. Sie wird durch die Vorrichtung verteilt, die von den Platten 1o1 bis 1o5 gebildet wird. Die Platte Ιοί beinhaltet, wie es die Figur Ι0Β zeigt, ei ne Reihe von Rippen, die die Flüssigkeit, die durch die Leitung I00 ankommt, mit den entsprechenden Kanälen verbindet. Diese Rippen setzen sich in Rillen fort, die es zulassen, die Flüssigkeit, die durch die Leitung I00 ankommt, in die Kanäle zu verteilen, die gegenüber der Entnahmeleitung 11 ο der zweiten Flüssigkeit, die an dem Austausch teilnimmt, gelegen sind, wobei die vorgenannten Ka näle dieser zweiten Flüssigkeit isoliert sind.

Die anderen Platten der Verteilungszone sind alternierend mit Ritzen und Perforationen versehen. Die Platten, die mit Perforationen versehen sind, haben zum Zweck, zum einen die Verteilung der Flüssigkeiten über die verschiedenen Kanäle zu verbessern und die Austauschoberfläche in der Verteilungszone zu erhöhen.

Die Platte I00 beinhaltet zum anderen eine Reihe von Ritzen, die die Flüssigkeit, die durch die Leitung 11 ο entnommen wird, mit den entsprechenden Kanälen in Verbindung zu setzen. Diese Ritzen setzen sich in Rillen fort, die es erlauben, die Flüssigkeit, die über die Leitung 11 ο entnommen wird, in den Kanälen zu sammeln, die

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gegenüber der Leitimg 1oo angeordnet sind.

Eine jede der Flüssigkeiten durchtritt den zentralen Teil des Austauschers in den Reihen der Kanäle, die zu ihr gehören. Die Flüssigkeit, die durch die Leitung 1oo ankommt, wird durch die Leitung 12o entnommen, und die Flüssigkeit, die durch die Leitung 11 ο entnommen wird, kommt durch die Leitung 121 an. Die Verteilungsvorrichtung, die von den Platten. 131 bis 135 gebildet wird, ist das symmetrische Gegenstück zu der Verteilungsvorrichtung, die von den Platten 1o1 bis 1o5 gebildet wird.

Der Austauscher gemäß der Erfindung kann in sehr unterschiedlichen Abmessungen verwirklicht werden, die zum Beispiel von einigen Zig-Zentimetern bis mehreren Metern reichen. Die Blätter, die den Austauscher bilden,haben eine Dicke, die zwischen zum Beispiel 5o u und 5 ^min liegt. Die Abmessung der Löcher, definiert als der größte Abstand zwischen zwei Punkten, die auf den Umfang eines Loches liegen, beträgt zum Beispiel zwischen o,5 und 5o mm, und die gelochte Fraktion beträgt zum Beispiel zwischen Ko und 95 #·' ■

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum thermischen Austausch bei großer spezifischer Oberfläche,
dadurch gekennzeichnet,

daß sie von einer Schichtung von gelochten Blättern gebildet wird, die so angeordnet sind, daß man durch die Übereinanderanordnung der Löcher zusammenhängende Kanäle erhält, die eine Vielfalt von Reihen bilden, von denen eine jede eine Mehrzahl von Kanälen beinhaltet , wobei von den vorgenannten Kanälen die einen von einer verhältnismäßig warmen Flüssigkeit, die anderen von einer verhältnismäßig kalten Flüssigkeit durchlaufen werden können, wobei mindestens ein Teil der vorgenannten Blätter aus einem Material besteht, das ein Wärmeleiter unter den Betriebsbedingungen ist, wobei die thermische Übertragung zwischen den Kanälen durch Leitung durch das vorgenannte Wärmeleitmaterial gewährleistet wird, das mindestens einen Teil der vorgenannten Blätter bildet, und daß die vorgenannte Vorrichtung, die an jedem äußeren Ende eine Verteilervorrichtung beinhaltet, die von wenigstens einer Verteilerplatte gebildet wird und beinhaltet (a) eine Reihe von Rillen, deren jede eine Mehrzahl von Kanälen erreicht, wobei die vorgenannten Rinnen an dem einen ihrer Enden mit einer äußeren Leitung in Verbindung stehen, und (b)

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Durchlässe, die die vorgenannte Platte völlig durchtreten und auf der einen Seite dieser Platte in die Kanäle münden und auf der anderen Seite der Platte in eine äußere Zuleitung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,.
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schichtung der Blätter alleine durch ein Klemmmittel aufrecht erhalten wird.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen Λ und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß gelochte Blätter, die eine Dichtung bilden, zwischen den Blättern, die die ¥ärmeleitung gewährleisten, eingeschoben sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,

daß die gelochten Blätter, diedie Wärmeleitung gewährleisten, untereinander durch ein Material verbunden gehalten werden, das ihre gegenseitige Haftung gewährleistet.

5· Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet,
daß die Löcher der Blätter, die den Austauscher bilden,

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_ 3 -rund sind»

Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß wenigstens ein Teil der Löcher der Blätter, die den Austauscher bilden, mit Rippen versehen sind, die in einer Reihe von vollen Sektoren bestehen, die von dem selben Material gebildet werden wie die Blätter des Austauschers und die mit den leeren Sektoren im Inneren des äußeren Umfanges einer jeden der Durchbohrungen abwechseln und es erlaubenden Kontaktumfang mit den Flüssigkeiten, die am Austausch teilnehmen, zu vergrößern.

7« Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß jedes Blatt rotationsmäßig um eine Achse, die senkrecht zu den Blättern steht, bezüglich dem vorangegangenen Blatt so verschoben ist, daß eine teilweise Abdeckung der Löcher erhalten v/ird.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet.,

daß Blätter, die Löcher von unterschiedlicher Geometrie beinhalten, einander abwechseln.

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9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß sie gelochte Blätter beinhaltet, die mit Bippen versehen sind, die einander abwechselnd angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß sie aufeinander abwechselnd Blätter beinhaltet, deren Löcher mit Rippen versehen sind, und Blätter, deren Löcher keine Rippen besitzen.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet,

daß sie an jedem äußeren Ende eine Verteilungsvorrichtung aufweist, die von mehreren Blättern gebildet wird, die Lochungen besitzen die durch Übereinanderanordnung Kanäle bilden, die eine erste Flüssigkeit, die an dem Austausch in Verbindung mit den korrespondierenden Kanälen des Aus-

die

tauschers teilnimmt, übertragen,und^vSchlitze beinhalten, so daß wenigstens ein Blatt an jedem äußeren Ende gegenüber den vorgenannten Schlitzen geschlossen und gegenüber den Kanälen perforiert ist, wobei die Gesamtheit

von dem vorgenannten Blatt und den anderen Blättern ■ des Verteilungssystems gebildet wird,, wobei Rillen gebildet werden, die eine zweite Flüssigkeit :

die am Austausch '■ · —-—— teil—

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nimmt, mit den Kanälen, die dem Austauscher entsprechen, in Verbindung gebracht wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß in ihr die erste Flüssigkeit, die an dem Austausch teilnimmt, von den Dämpfen eines Ofens gebildet wird, direkt über die Kanäle der beiden Verteilungsvorrichtungen tritt und die zweite Flüssigkeit, die an dem Austausch teilnimmt, von frischer Luft gebildet wird, durch die Rillen der Verteilervorrichtung ankommt, die am Eingang, die für diese Flüssigkeit vorgesehen ist, angeordnet ist, und durch die Rillen des Verteilungssystems austritt, das an dem vorgesehenen Ausgang für diese Flüssigkeit angeordnet ist, wobei die Rillen den vorgenannten Verteilungsvorrichtungen gegenüber der einander gegenüberstehenden Stirnseiten des Austauschers offen sind.

13· Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kanäle, die von wenigstens einer der FlüssigMten, die am Austausch teilnehmen, durchtreten werden, periodisch von einer Beregnungsrampe gereinigt werden.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

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daß sie an dem einen äußeren Ende ein erstes Verteilungssystem beinhaltet, das von mehreren Blättern gebildet wird, die eine erste Schlitzreihe beinhaltet, die eine erste Flüssigkeit, die am Austausch teilnimmt, mit den korrespondierenden Kanälen in Verbindung setzt, und eine zweite Schlitzreihe, die eine zweite Flüssigkeit, die am Austausch teilnimmt, mit den entsprechenden Kanälen in Verbindung setzt, und mindestens ein Blatt, das gegenüber der ersten Schlitzreihe geschlossen ist und gegenüber der zweiten Reihe von Schlitzen über dem halben Querschnitt, der dem Durchtritt der zweiten Flüssigkeit entspricht, geöffnet ist, sowie geöffnet gegenüber der ersten Schlitzreihe und geschlossen gegenüber der zweiten Schlitzreihe über dem halben Querschnitt, der dem Durchtritt der ersten Flüssigkeit entspricht, wobei die Gesamtheit, die von dem vorgenannten Blatt und den anderen Blättern der Verteilungsvorrichtung gebildet ist, Rillen über jedem halben Querschnitt bildet, und sie an dem anderen äußeren Ende eine zweite, analoge Verteilungsvorrichtung aufweist, wobei der halbe Querschnitt des zweiten Verteilungssystems, das dem halben Querschnitt in Verbindung mit der ersten Flüssigkeit gegenübersteht, die mit der zweiten Flüssigkeit in Verbindung steht, und wobei der halbe Querschnitt der zweiten Verteilungsvorrichtung, die dem halben Querschnitt in Verbindung mit der zweiten Flüssigkeit gegenübersteht,

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mit der ersten Flüssigkeit in Verbindung steht.

15° Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verteilungsvorrichtung von mindestens einem Teil von Blättern, die einheitlich durchlocht sind, gebildet wird, von denen jedes zwischen zwei Blättern angeordnet ist, die sowohl mit Schlitzen als auch mit Lochungen ausgerüstet sind«,

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet,

daß die Blätter, die den Austauscher bilden, eine Dicke zwischen 5o ρ- und. 5 nun besitzen.

17» Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,

daß der größte Abstand zwischen zwei Punkten, die auf dem Umfang eines Loches gelegt sind, zwischen o,5 und 5o mm beträgt.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis I7, dadurch.gekennzeichnet,

daß der gelochte Anteil eines jeden Blattes, das den Austauscher bildet, zwischen 4-0 und 95 % beträgt.

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