CN102132123A

CN102132123A - 模块式热交换器系统

Info

Publication number: CN102132123A
Application number: CN2009801198515A
Authority: CN
Inventors: 沃尔特·柯尼奇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2011-07-20
Also published as: NL2002947A1; RU2011153611A; NL2002947C2; EP2404133A1; WO2009144283A1

Abstract

本发明涉及一种带有至少两个热交换器单元(10，10′)的模块式热交换器系统(10，10′)，这些热交换器单元分别具有大量彼此平行布置的流体管道(20，20′)，这些流体管道可由一种介质流过，其中至少两个热交换器单元(10，10′)经过至少一个连接元件(50，51，53，54，55)彼此至少液密地可拆卸连接，并且该至少两个热交换器单元(10，10′)在连接状态中是沿着一个共同的平面布置的，每个热交换器单元(10，10′)设置两个板状元件(30，30′，30′)，这些板状元件的端面布置在流体管道(20，20′)的开口处，并且在连接两个相邻的热交换器单元(10，10′)时总是将第一热交换器单元(10)的一个板状元件(30，30′，30′)布置到第二热交换器单元(10′)的一个板状元件(30，30′，30′)旁，以使得流体管道(20，20′)的各个开口(21，21′)彼此处于流体可通过的连接中。

Description

模块式热交换器系统

技术领域

本发明涉及一种带有至少两个热交换器单元的模块式热交换器系统，这些热交换器单元各具有大量彼此平行布置的流体管道，这些流体管道可由一种介质流过，其中至少两个热交换器单元经过至少一个连接元件彼此至少液密地可拆卸连接，并且该至少两个热交换器单元在连接状态中是沿着一个共同的平面布置的，以及本发明还涉及将该模块式热交换器系统用作设立冰面的制冷系统。

背景技术

滑冰是一种受喜爱的冬季运动方式，因此尤其在寒冷季节期间设立大量的滑冰场。这些滑冰场的制冷系统要么纳入到地面中要么放到地板底层上。例如使用铝管或其它的金属管，这些管由液态的或气态的例如乙二醇-水混合物之类的制冷载体介质流过，其中为了低温分布而使载体介质连接到制冷机组上。

替换地，低温分布也可以按所谓的直接汽化器方式进行，其中制冷剂直接流过流体管道。在通常的装置中，这些铝管或其它的金属管经过柔韧的软管连接件彼此连接或在永久性设置的滑冰场情况下作为铁管铺设(Eisenverrohrung)彼此焊接在一起。

因此，临时性滑冰场的建设与高人力和时间消耗联系在一起。此外，在上面最后提到的设施中，应用如CO₂那样的气态制冷剂是不可能的。

因此去寻找解决办法，这些解决办法要减少设立滑冰场的这种消耗。例如DE 31 00 386 A1展示一种制造滑冰面的装置，其中可卷起的和可堆叠的平面元件与液体通道彼此毗邻地布置并与制冷机组和/或制热机组相连接。一个相似的装置可从AT 001.688U1得出，在该文献中公开的是一种用于制造热交换器的可搬运的垫子，其尤其用于滑冰场。

这些系统都有缺点，即各个场是经过柔韧的软管连接件彼此连接的，其中在连接位置处由于这些柔韧的连接元件而发生较差的热传导。此外，在这些连接位置处经常可确定有不同的高度水平，从而使得这些位置上的冰不均匀。

US 4,979,373说明一种用大量由柔韧的塑料制成的平面热交换器模块来构筑和保持冰表面的装置，这些平面热交换器模块具有大量管道，制冷介质通过这些管道泵入。各个模块分别经过集流管彼此连接。这种装置的缺点是，一方面塑料材料无力抵抗例如在铺设时出现的损坏，另一方面通过经由具有较大直径的集流管来连接相邻的热交换器模块会产生不均匀的流动情况。由此又造成不均匀的冰面。

US 3,379,031说明一种模块式结构的滑冰场，其中由复合材料制成的板状热交换器元件设有流体管道，这些流体管道彼此连接。这种热交换器元件的制造成本昂贵，因为要么通过铺设软管或管子来在模块内形成流体管道，要么将管道直接铣削到材料中。

发明内容

因此，本发明的任务是，消除上述现有技术的缺点和提供一种模块式热交换器系统，该系统可以按简单和成本低廉的方式制造、运输和现场敷设并允许应用气态制冷剂。

按照本发明，这个任务是通过开头部分所提及类型的模块式热交换器系统来解决的，即每个热交换器单元设置两个板状元件，这些板状元件的端面布置在流体管道的开口处，并且在连接两个相邻的热交换器单元时总是将第一热交换器单元的一个板状元件布置到第二热交换器单元的一个板状元件旁，以使得流体管道的各个开口彼此处于流体可通过的连接中。因为热交换器单元优选大部分是由金属，尤其是由铝制成的，所以与由塑料制成的现有技术相比，这里在热交换器单元与冰表面之间实现显著更好的低温传导。此外，通常使用的例如EPDM(乙烯/丙烯-二烯-聚合物)之类的塑料是扩散不渗透的，从而不可能使用气态制冷剂。然而，使用气态制冷载体介质改善了冰质量或提高了汽化点并且因此减少了为形成冰所需要的(电)能量，从而使金属热交换器单元的优点进一步得到改善。

至少两个热交换器单元通过连接元件的连接(其中在冰溶化之后又可以将该连接松开)使热交换器单元可以容易和快捷地运送到不同的地点。

按照本发明，每个热交换器单元具有大量流体管道，这些流体管道可通过该至少一个连接元件至少液密地分别与相邻热交换器单元的一个流体管道相连接。以这种方式，各个流体管道直接相互处于连接中，而不会发生横截面变窄或扩大。这造成的结果是，可以制成特别均匀的冰面。与经过柔韧的软管连接件来连接的其它铝管或金属管系统相比，这是一个决定性的优点，因为这些铝管或金属管系统在柔韧的软管连接件的区域中具有差得多的低温传导性并且冰质量因此在此区域中显著更差，或者为了也要在这个薄弱位置处得到令人满意的冰，(电)能量的消耗显著较高。

在热交换器单元的内部，流体管道是彼此平行布置的，其中每个热交换器单元设置两个板状元件，这些板状元件的端面布置在流体管道的开口处。此外，这些板状元件用于将流体管道彼此固定在它们的位置中，从而得到刚性的结构并且各个热交换器单元例如可以堆叠起来运输。

按照本发明，两个相邻热交换器单元的连接是通过它们的板状元件来实现的，其中连接元件通过板状元件起作用。在这种情况下，在连接这些热交换器单元时总是将第一热交换器单元的一个板状元件布置到第二热交换器单元的一个板状元件旁，以使得流体管道的各个开口彼此处于流体可通过的连接中。

为了确保相邻热交换器单元液密的连接，各热交换器单元的板状元件具有用于容纳密封件的空隙。这样，将例如通常由硅制成的密封环(所谓的O形环)置入到这些空隙中，并且随后以上述方式将板状元件彼此连接起来。优选的是，密封件在这种情况下总是围绕流体管道的一个开口。替换地，还可以设置在其整体上环绕流体管道开口的密封件。

为了两个板状元件彼此液密的连接，可以使用各种连接元件。在第一实施方式中，连接元件被构造为螺纹连接件。同样可以设置的是，至少一个连接元件被构造为楔形连接件。

特别优选的是被构造为刚性或弹性的尤其带有基本上U形的横截面的夹紧元件的连接元件。连接元件的这种实施方式可以使模块式热交换器系统特别快的装配和拆卸。夹紧元件还可以通过螺栓固紧来更有力地锁住。

替换地，在本发明的另一个实施方式中，连接元件被构造为夹紧钩，该夹紧钩布置在第一热交换器单元的第一板状元件处，并且在将两个热交换器单元彼此连接时嵌入到第二热交换器单元的板状元件上相配的空隙中。在这种情况下，夹紧钩在连接两个相邻热交换器单元的板状元件时从第一位置转到嵌入位置中的位置，夹紧钩在该第一位置中基本上紧贴着在其上布置该夹紧钩的板状元件，以便例如在运输热交换器单元时不受干扰。

在本发明的另一个实施方案中，至少两个热交换器单元可通过铰接式连接件彼此转动，以使得它们彼此可至少液密地连接。各个热交换器单元彼此的连接同样通过刚性的金属连接进行，以使得热交换器单元与冰表面之间的低温传导是恒定的并且因此避免不良低温传导的地方。

附加地或替换地，在本发明的另一个实施方式中设置至少一个止动横梁，该止动横梁作为板状元件的补充或替换被布置在流体管道旁，其中优选的是通过诸单独联接进行两个相邻热交换器单元的各个流体管道的彼此连接并且因此同样得到刚性的结构。

在本发明的一个优选的实施方式中，在第一位置中彼此平行地布置第一热交换器单元和至少一个第二热交换器单元并且至少一个热交换器单元可通过铰接式连接件转到第二位置中。在该第二位置中，这两个热交换器单元是布置在一个平面中的，其中热交换器单元的至少两个流体管道可通过铰接式连接件至少液密地彼此连接。

在第一位置中，热交换器单元是以堆叠方式彼此层叠的并且可以容易地且节省空间地运输。在建立滑冰场时，将热交换器单元铺设上，其中始终将一个热交换器单元通常转动180°，以使得它与相邻的热交换器单元形成一个统一的平面。在这种情况下，铰接式连接件是作为铰接连接件起作用的，其中在转动热交换器单元之后可以彼此相对地放置并连接两个相邻热交换器单元的流体管道的出口。在这种情况下，连接是以液密的方式进行的，因而在此连接处没有制冷剂或制冷载体介质可以溢出。如果应用气态制冷剂，则相应地设计密封。

如果能够借助于对铰接式连接件起作用的止动装置将至少两个热交换器单元定位在第二位置中，那么相邻热交换器单元的连接就特别容易实现。此时，例如被构造为插入销钉的止动装置对铰接类型的连接件起作用并且导致这两个热交换器单元保留在它们所定位位置中的连接位置上。

在本发明的模块式热交换器系统中，可以使用不同类型的热交换器单元。优选的是，每个热交换器单元配备大量流体管道，其中各个流体管道通过铰接式连接件至少液密地与相邻热交换器的一个流体管道相连接。通过该多个连接位置，确保了特别统一的热传导或低温传导。因此，可以达成特别均匀的冰层厚度。

为了达成特别统一的冰面并且因而均匀的冰层厚度，优选平面式地用一个集流管作为进口和一个集流管作为回流的方式来构造模块式热交换器系统。集流管此时优选的是经过一个梯谢曼尔-铺设管(Tichelmann-Verrohrung)与制冷机组连接。

在热交换器单元中循环的介质优选是一种制冷液体，其中在此情况下乙二醇-水混合物被证明是特别适合的。同样，本发明允许使用如CO₂那样的气态制冷剂，这有通过提高汽化温度点来减少为形成冰所需能量的效果。

替换地，在热交换器单元中循环的介质是一种适合于按照直接汽化器原理来制冷的制冷液体。

按照本发明的模块式热交换器系统特别适合于作为设立冰面的制冷系统，尤其是适合于作为设立滑冰场的制冷系统。各个热交换器单元在此情况下以堆叠方式运到装配位置并就地敷设，其中各个热交换器单元彼此的连接以快捷和简单的方式进行。

附图说明

下面用带有附图的不局限于此的实施例来详细说明本发明。其中：

图1本发明热交换器单元的断面的等比例视图，

图2图1的热交换器单元的第二等比例视图，

图3图1的热交换器单元的俯视图，

图4A两个彼此连接的热交换器单元的细节的等比例视图，

图4B两个彼此通过夹紧元件连接的热交换器单元，

图5图4B的彼此连接的热交换器单元的剖视图，

图6A板状元件的前视图，

图6B板状元件的另一个实施方式，

图7A构造为螺纹连接件的连接元件的剖视图，

图7B构造为楔形连接件的连接元件，

图7C构造为夹紧连接件的连接元件，

图8A至8D将流体管道装入带有不同密封件的板状元件中的各种方案，

图9热交换器单元的俯视图，

图10一摞热交换器单元的斜视图，

图11相邻热交换器单元的两个流体管道的细节视图，这些热交换器单元是通过铰接类型的连接件彼此连接的，

图12图11中的流体管道在彼此转动的位置中，

图13图11中的流体管道的另一个视图，

图14图11中的两个流体管道在连接状态中的视图，以及

图15热交换器单元堆叠的前视图。

具体实施方式

如在图1和2中示出的那样，本发明的热交换器单元10包括大量流体管道20，这些流体管道是由铝制成的并且例如具有5m的长度以及17mm的内径和1mm的壁厚。在这里，流体管道20是彼此平行布置的，其中它们的位置是彼此经过布置在它们各一个末端上的板状元件30，30′来固定的。板状元件30，30′在此情况下定位在流体管道20的各个开口21处。在这种情况下，板状元件30′在它的端面处被实施成是平坦的，而布置在流体管道20的与第一板30′相对的开口21处的板状元件30的端面具有铣孔32，这些铣孔是分别环绕流体管道20的开口21布置的，其中铣孔32用于容纳密封件，尤其是容纳O形环。也如在图3中示出的那样，在板状元件30处，流体管道20经过板状元件30的端面伸出。这使与第二热交换器元件10′的连接变得容易。因为热交换器元件10通常具有相当大的长度，例如5m的长度，所以为了稳定流体管还附加布置一个、优选两个平行于板状元件30，30′的隔片40，由此热交换器元件10获得较高的刚性并且因而可较容易的运输。

在图4A或图4B中示出的是两个热交换器元件10，10′的连接，其中总是热交换器单元10的一个板状元件30在端面处布置在第二热交换器模块10′的一个板状元件30′旁。此时，流体管道20，20′的各个开口21是沿着轴A布置的，以使得流体横截面在这两个板状元件30，30′的连接区域中也不改变，并且因此位于流体管道20，20′中的制冷剂的流动保持均匀和不改变。在图4A中，两个板状元件30，30′的固定是通过连接元件50实现的，该连接元件50具有基本上U形的横截面并且通过螺栓51将这两个板状元件30，30′彼此旋紧或压紧。在图4B中示出的实施方式中，连接元件50是具有基本上U形的横截面的弹性金属夹，其中板状元件30，30′的固定基于金属夹50的弹力实现。

如在图5中示出的那样，两个板状元件通过弹性的夹紧元件50齐平地彼此压紧，其中在板状元件30中布置的是一个O形环60，该O形环60用于液密地连接这两个热交换器元件10，10′。

如果如在图4A中所示的那样将螺纹连接50用作连接元件，那么优选地提出，在板状元件30或30′的上边缘处设置用于容纳连接元件50的空隙70。此外，板状元件30，30′具有钻孔80，螺栓51可旋入到该钻孔中(见图6A)。同样，在本发明的另一个方案中只设置通过螺栓51将板状元件30，30′彼此旋紧，而没有设置诸如夹子那样的附加连接元件(见图7A)。

在另一个实施方式中，按照图6B的板状元件30不具有单个的环绕每个开口21的O形环，而是具有环状的O形环密封件61，从而使需要的密封件的成本下降。

在图7B中示出的是用于连接两个相邻热交换器单元10，10′的另一个方案，其中在此设置的是带有插入到钻孔80中的固定销54的楔形连接件53。

最后在图7C中示出的是带有两侧楔形面56的夹紧连接件55。

为了进一步降低本发明的热交换器单元10，10′的制造成本，在按照图8A的一个特别简单的方案中提出，使铝管20，20′粘到各个板状元件30，30′中，并且布置一个用于板状元件30，30′之间的液密连接的平面密封件62。出于简化原因而未在该图中示出连接元件。

在本发明的另一个实施方式中，流体管道20，20′总是被压到板状元件30，30′中(见图8B)。同样可以提出，将管20，20′与板状元件30，30′焊接在一起(见图8C)。当然还可设置一种实施方式，其中按照图8D在板状元件30中与被挤压的流体管道20，20′同心地布置O形环62。

在图9中示出的是另一个热交换器单元10，该热交换器单元10具有大量彼此平行布置的流体管道20。借助于两个板状元件30，30′将流体管道20固定在其位置中，其中板状元件30，30′布置在流体管道20的末端处。从图10明显地看出，四个热交换器单元10，10′是如何彼此堆叠放置的并且是如何通过铰接连接件57彼此连接的。此铰接连接件57在图11至14中放大详细示出。

如在图10和11中示出的那样，在第一位置中，流体管道20，20′是彼此平行布置的。在这种情况下，板状元件30，30′铰接式地通过铰接类型的连接件彼此连接，其中这些板状元件可以围绕铰接连接件57的轴彼此转动。

在这种情况下，板状元件30′在远离流体管道20′一侧具有开口21′，该开口的直径与流体管道20的外径一致。在板状元件30处布置例如O形环之类的密封件60，以便确保这两个流体管道20，20′的液密的连接。

图12和13示出流体管道20′如何围绕铰接连接件57的轴基本上转动180°。如在图14中示出的那样，此时板状元件30′的开口21′在热交换器板10，10′插在一起的状态下围住流体管道20，以使得流体管道20，20′的两个纵轴基本上重合。

优选的是，例如在流体管道20的板状元件30上设置止动机构，该止动机构与第二热交换器单元10′的板状元件30′上的相应配合件形状吻合地共同作用(未示出)。以这种方式，附加地彼此固定这两个流体管道20，20′的位置。

在图15中再次示意性地示出一摞热交换器10，10′的前视图，其中总是一个带有O形环60的板状元件30布置在两个不带O形环的板状元件30′之间。

通常，各个热交换器10，10′在它们的一个末端处具有不带O形环的板状元件30′，而在它们的另一末端处布置带O形环的板状元件30。流体管道20，20′在这种情况下可以由金属、EPDM混合物制成或者也可以由例如聚乙烯、丙烯等塑料制成。端面板的材料同样是可以相应选择的，但是优选是铝。

Claims

1.一种带有至少两个热交换器单元(10，10′)的模块式热交换器系统(10，10′)，所述热交换器单元分别具有大量彼此平行布置的流体管道(20，20′)，所述流体管道可由介质流过，其中至少两个热交换器单元(10，10′)经过至少一个连接元件(50，51，53，54，55，57)彼此至少液密地可拆卸连接，并且所述至少两个热交换器单元(10，10′)在连接状态中是沿着一个共同的平面布置的，其特征在于，每个热交换器单元(10，10′)设置两个板状元件(30，30′)，所述板状元件的端面布置在所述流体管道(20，20′)的开口处，并且在连接两个相邻的热交换器单元(10，10′)时总是将第一热交换器单元(10)的一个板状元件(30，30′)布置到第二热交换器单元(10′)的一个板状元件(30，30′)旁，以使得所述流体管道(20，20′)的各个开口(21，21′)彼此处于流体可通过的连接中。

2.如权利要求1所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述连接元件(50，51，53，54，55，57)通过两个彼此布置的热交换器单元(10，10′)的板状元件(30，30′)起作用。

3.如权利要求1或2所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述热交换器单元(10，10′)的板状元件(30)具有用于容纳密封件(60，61，62)的空隙(32)。

4.如权利要求1至3中任一项所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述至少一个连接元件(50，51，53，54，55，57)被构造为螺纹连接件。

5.如权利要求1至3中任一项所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述至少一个连接元件(50，51，53，54，55，57)被构造为楔形连接件。

6.如权利要求1至3中任一项所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述至少一个连接元件(50，51，53，54，55，57)被构造为刚性或弹性的夹紧元件。

7.如权利要求1至3中任一项所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述至少两个热交换器单元(10，10′)能够通过铰接式连接件(57)彼此转动，以使得所述至少两个热交换器单元(10，10′)能够彼此至少液密地连接。

8.如权利要求7所述的模块式热交换器系统，其特征在于，在第一位置中，所述第一热交换器单元(10)和至少所述第二热交换器单元(10′)是彼此平行布置的，并且至少一个热交换器单元(10，10′)能够通过铰接式连接件(57)转到第二位置中，在所述第二位置中，所述至少两个热交换器单元(10，10′)布置在一个平面中，其中所述热交换器单元(10，10′)的至少两个流体管道(20，20′)能够通过所述铰接式连接件(57)至少液密地彼此连接。

9.如权利要求8所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述至少两个热交换器单元(10，10′)能够借助于对所述铰接式连接件(57)起作用的止动装置而被固定在所述第二位置中。

10.如权利要求9所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述止动装置被构造为插入销钉。

11.如权利要求7至10中任一项所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述热交换器单元(10，10′)分别被构造为具有作为进口的集流管和作为回流的集流管的板，其中所述板能够通过所述铰接式连接件(57)转动和彼此连接。

12.如权利要求7所述的模块式热交换器系统，其特征在于，至少一个优选被构造为止动横梁的止动元件被布置在所述流体管道(20，20′)处。

13.如权利要求1至11中任一项所述的模块式热交换器系统，其特征在于，所述模块式热交换器系统是平面式地用一个集流管作为进口和一个集流管作为回流来构造的。

14.如权利要求1至13中任一项所述的模块式热交换器系统，其特征在于，在所述热交换器单元(10，10′)中循环的介质是一种制冷液体，优选是乙二醇-水混合物，或是一种气态介质，尤其是CO₂，或是一种适合于按照直接汽化器原理来制冷的制冷液体。

15.如权利要求1至14中任一项所述的模块式热交换器系统的应用，其特征在于，将所述模块式热交换器系统用作设立冰面、尤其是设立滑冰场的制冷系统。