DE202008004582U1

DE202008004582U1 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE202008004582U1
Application number: DE202008004582U
Authority: DE
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Generations Group GmbH and Co KG
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2018-04-03

Abstract

Plattenwärmetauscher, umfassend eine Anzahl von miteinander verbundener, stapelartig angeordneter Wärmetauscherplatten (1), die so geformt sind, dass sie mehrere voneinander getrennte, parallel zueinander verlaufende Strömungskanäle (2) für wärmetauschende Fluide bilden, wobei pro Fluid mindestens ein mehrere Wärmetauscherplatten (1) durchdringender Verteilerkanal (3) vorgesehen ist, an den sich jeweils mehrere Strömungskanäle (2) anschließen, wobei in mindestens einem Verteilerkanal (3) ein rohrförmiger Drosseleinsatz (4) mit mindestens einer Austrittsöffnung (5) für das Fluid und im Drosseleinsatz (4) ein hydraulisch mit einem Fluid-Zufuhranschluss (6) verbundener Verteilerkörper (7) mit mindestens einer Durchtrittsöffnung (8) für das Fluid angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchtrittsöffnung (8) des Verteilerkörpers (7) zu der mindestens einen Austrittsöffnung (5) am Drosseleinsatz (4) versetzt angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
Ein Plattenwärmetauscher der eingangs genannten Art ist nach der EP 0 706 633 B1 bekannt. Dieser besteht aus einer Anzahl von miteinander verbundener, stapelartig angeordneter Wärmetauscherplatten, die so geformt sind, dass sie mehrere voneinander getrennte, parallel zueinander verlaufende Strömungskanäle (auch Austauscherkanäle genannt) für wärmetauschende Fluide bilden, wobei pro Fluid mindestens ein mehrere Wärmetauscherplatten senkrecht durchdringender Verteilerkanal vorgesehen ist, an den sich jeweils mehrere Austauscherkanäle anschliessen, wobei in mindestens einem Verteilerkanal ein rohrförmiger Drosseleinsatz mit mehreren Austrittsöffnungen für das Fluid und im Drosseleinsatz ein hydraulisch mit einem Fluid-Zufuhranschluss (auch Kältemitteleinlass genannt) verbundener Verteilerkörper (auch Porenkörper genannt) mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen für das Fluid angeordnet ist.
Derartige Plattenwärmetauscher werden zum Beispiel bei Wärmepumpen oder wandhängenden Heizgeräten verwendet. Der genannte Drosseleinsatz und auch der genannte Porenkörper dienen dazu, das in den Wärmetauscher eintretende Fluid möglichst gleichmäßig auf die Strömungskanäle zu verteilen. Gäbe es zwischen dem Kältemitteleinlass und den Abzweigstellen zu den Austauscherkanälen weder den Drosseleinsatz noch den Porenkörper, würde dies zu einer deutlichen Verschlechterung des Wärmetauscherwirkungsgrades führen.
Der in der EP 0 706 633 B1 genannte Porenkörper besteht aus einem porösen Sinterkörper, also einem Körper mit einer Vielzahl von kleinen, miteinander verbundenen Hohlräumen. Der beschriebene Porenkörper ist als Hohlkörper mit konisch verjüngter Mantelfläche ausgebildet, weist mithin eine kegelförmige Aussenoberfläche auf, aus der das Fluid vollflächig austreten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher der eingangs genannten Art hinsichtlich seines Wirkungsgrades noch weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe ist mit einem Plattenwärmetauscher der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die mindestens eine Durchtrittsöffnungen des Verteilerkörpers zu der mindestens einen Austrittsöffnung am Drosseleinsatz versetzt angeordnet ist. Dabei können auch (was bevorzugt ist und weiter unten noch genauer erläutert wird) mehrere Durchtritts- bzw. Austrittsöffnungen vorgesehen sein; alternativ kommt aber auch eine schlitz- bzw. langlochartige Ausbildung der Durchtritts- und/oder Austrittsöffnung in Betracht.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß dafür gesorgt, dass aus dem Verteilerkörper austretendes Fluid nicht unmittelbar – also im Sinne einer Kurzschlussströmung – zu einer Austrittsöffnung des Drosseleinsatzes gelangen kann (die Austrittsöffnungen sind im Prinzip ebenfalls Durchtrittsöffnungen, werden hier zur besseren Unterscheidbarkeit aber stets Austrittsöffnungen genannt). Durch die versetzte bzw. abge wandte Anordnung der Öffnungen zueinander wird eine weitere Vermischung des regelmäßig zweiphasigen Fluids gewährleistet, d. h. aus dem Verteilerkörper austretendes Fluid muss zunächst eine gewisse Strömungsstrecke, die darüber hinaus typischerweise gekrümmt ausgebildet ist, zurücklegen, bevor es zu den Austrittsöffnungen am Drosseleinsatz gelangt bzw. gelangen kann. Dieser zusätzliche Strömungsweg, der bei der Lösung nach der EP 0 706 633 B1 wegen der Durchtrittsöffnungen auf der gesamten Oberfläche des Porenkörpers nicht gewährleistet ist, führt, wie Versuche gezeigt haben, zur aufgabengemäßen Wirkungsgradsteigerung des Wärmetauschers.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf die Lösungen gemäß der DE 1 952 166 A1 hingewiesen, die ebenfalls einen Plattenwärmetauscher mit einem Drosseleinsatz zeigt, der eine Vielzahl von Austrittsöffnungen aufweist und somit wirkungsgradmäßig gewissermaßen zwischen einer Lösung ohne Drosseleinsatz und Porenkörper und der Lösung gemäß der EP 0 706 633 B1 liegt.
Eine weitere Lösung, deren Wirkungsgrad allerdings nicht bekannt ist, zeigt die DE 30 31 246 A1 , bei der ein speziell geformter Einsatz für eine Verteilung des Fluids im Zuspeisungskanal sorgt.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 perspektivisch einen Plattenwärmetauscher der gattungsgemäßen Art;
2 in Draufsicht den Plattenwärmetauscher mit Zu- und Abfuhranschlüssen für wärmetauschende Fluide;
3 in Seitenansicht einen gattungsgemäßen Plattenwärmetauscher mit Zu- und Abfuhranschlüssen für wärmetauschende Fluide;
4 im Teilschnitt der Drosseleinsatz mit Porenkörper gemäß der EP 0 706 633 B1 ;
5 im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers;
6 als Prinzipskizze eine mögliche Anordnung der Austritts- und Durchtrittsöffnungen zueinander;
7 als Prinzipskizze eine weitere, bevorzugte Anordnung der Austritts- und Durchtrittsöffnungen zueinander;
8 in Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform des Drosseleinsatzes mit linienförmiger Anordnung der Austrittsöffnungen;
9 in Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform des Verteilerkörpers mit linienförmiger Anordnung der Durchtrittsöffnungen;
10 im Schnitt die zusammengesetzte Ausführungsform gemäß den 8 und 9.
Der in 5 dargestellte Plattenwärmetauscher besteht aus einer Anzahl von miteinander verbundenen, stapelartig angeordneten Wärmetauscherplatten 1, die so geformt sind, dass sie mehrere voneinander getrennte, parallel zueinander verlaufende Strömungskanäle 2 für wärmetauschende Fluide bilden, wobei pro Fluid mindestens ein mehrere Wärmetauscherplatten 1 senkrecht durchdringender Verteilerkanal 3 vorgesehen ist, an den sich jeweils mehrere Strömungskanäle 2 anschließen, wobei in mindestens einem Verteilerkanal 3 ein rohrförmiger Drosseleinsatz 4 mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen 5 für das Fluid und im Drosseleinsatz 4 ein hydraulisch mit einem Fluid-Zufuhranschluss 6 verbundener Verteilerkörper 7 mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 8 für das Fluid angeordnet ist. Wie auch bei der Lösung gemäß 4 ist der Verteilerkörper 7 an seinem zum Fluid-Zufuhranschluss 6 abgewandten Ende verschlossen ausgebildet.
Wesentlich für den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher ist nun, dass die Durchtrittsöffnungen 8 des Verteilerkörpers 7 zu den Austrittsöffnungen 5 am Drosseleinsatz 4 versetzt angeordnet sind. Dabei ist der Verteilerkörper 7 rohrförmig bzw. zylindrisch und innen hohl ausgebildet, d. h. der Verteilerkörper 7 und der Drosseleinsatz 4 bilden zusammen eine konzentrische Rohranordnung mit gezielt ausgerichteten Fluidströmungsöffnungen.
Mit anderen Worten ausgedrückt, sind die Durchtrittsöffnungen 8 des Verteilerkörpers 7 abgewandt zu den Austrittsöffnungen 5 des Drosseleinsatzes 4 angeordnet, und zwar, um, wie erläutert, zu verhindern, dass aus den Durchtrittsöffnungen 8 des Verteilerkörpers 7 ausströmendes Fluid direkt und dementsprechend schlecht bzw. unvermischt zu den Austrittsöffnungen 5 des Drosseleinsatzes 4 gelangen kann. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Umlenkung des Fluids, die sich besonders anschaulich aus den 6 und 7 ergibt (siehe die dort eingezeichneten Strömungspfeile), kommt es zu einer Vergleichmässigung der Zuströmung zu den Strömungskanälen 2 und damit ins gesamt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Plattenwärmetauschers.
Gemäß der Ausführungsform gemäß 6 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Durchtrittsöffnungen 8 bezogen auf die Querschnittsfläche des Verteilerkörpers 7 innerhalb eines etwa 90° umfassenden Winkelbereichs α und die Austrittsöffnungen 5 ebenfalls bezogen auf die Querschnittsfläche des Drosseleinsatzes 4 innerhalb eines etwa 90° umfassenden Winkelbereichs φ angeordnet sind, wobei die beiden Winkelbereiche α, φ voneinander abgewandt angeordnet sind.
Zur Gewährleistung der erfindungsgemäß vorgesehenen, verbesserten Fluidvermischung können die Winkelbereiche letztlich auch bis zu 180° aufweisen; wesentlich ist, wie erläutert, die Unterbindung einer Kurzschlussströmung. – Wie bereits erwähnt (nicht extra dargestellt), kann dazu beispielsweise auch eine langlochartige bzw. schlitzartige Durchtritts- und/oder Austrittsöffnung vorgesehen sein.
In diesem Zusammenhang kann gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 5, 7 bis 10 dargestellt ist, vorgesehen sein, dass die Austrittsöffnungen 5 und die Durchtrittsöffnungen 8 in Längserstreckungsrichtung (also parallel zur Längsachse 9) des Verteilerkörpers 7 bzw. des Drosseleinsatzes 4 linienförmig angeordnet sind, wobei die Austritts- 5 und Durchtrittsöffnungen 8 bezogen auf die Längsachse 9 des Drosseleinsatzes 4 um 180° zueinander versetzt angeordnet sind.
Mit Verweis auf 5 ist zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades des Plattenwärmetauschers vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen 5 des Drosseleinsatzes 4 abgewandt von den durch die Wärmetauscherplatten 1 definierten Strömungskanälen 2 angeordnet sind, d. h. es kommt zwischen dem Austrittsöffnungen 5 und dem Eintritt in die Strömungskanäle 2 zu einer weiter Vermischung des Fluids. Diese Maßgabe ist insbesondere dann gut zu realisieren, wenn der Verteilerkanal 3 in an sich bekannter Weise an einem Randbereich der Wärmetauscherplatten 1 angeordnet ist.
Das in den Plattenwärmetauscher einströmende Fluid gelangt somit über den Fluid-Zufuhranschluss 6 in den Verteilerkörper 7 und kann diesen über die Durchtrittsöffnungen 8 verlassen. Das Fluid gelangt daraufhin in den konzentrischen Ringspalt zwischen dem Verteilerkörper 7 und dem Drosseleinsatz 4, den es – nach entsprechender Umlenkung und Vermischung – über die auf der gegenüber zu den Durchtrittsöffnungen 8 angeordneten Austrittsöffnungen 5 verlässt. Da diese wiederum den Zuströmungöffnungen der Strömungskanäle 2 gegenüberliegend angeordnet sind, wird das Fluid ein weiteres Mal umgelenkt und dabei wiederum vermischt, bevor es dann schlussendlich zu den Strömungskanälen 2 gelangt. – Diese gezielte Strömungsführung führt zur aufgabengemäß geforderten Verbesserung des Wirkungsgrades des Plattenwärmetauschers insbesondere auch gegenüber der Lösung gemäß der EP 0 706 633 B1 .

1: Wärmetauscherplatte
2: Strömungskanal
3: Verteilerkanal
4: Drosseleinsatz
5: Austrittsöffnung
6: Fluid-Zufuhranschluss
7: Verteilerkörper
8: Durchtrittsöffnung
9: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0706633 B1 [0002, 0004, 0008, 0010, 0017, 0031]
- DE 1952166 A1 [0010]
- DE 3031246 A1 [0011]

Claims

Plattenwärmetauscher, umfassend eine Anzahl von miteinander verbundener, stapelartig angeordneter Wärmetauscherplatten (1), die so geformt sind, dass sie mehrere voneinander getrennte, parallel zueinander verlaufende Strömungskanäle (2) für wärmetauschende Fluide bilden, wobei pro Fluid mindestens ein mehrere Wärmetauscherplatten (1) durchdringender Verteilerkanal (3) vorgesehen ist, an den sich jeweils mehrere Strömungskanäle (2) anschließen, wobei in mindestens einem Verteilerkanal (3) ein rohrförmiger Drosseleinsatz (4) mit mindestens einer Austrittsöffnung (5) für das Fluid und im Drosseleinsatz (4) ein hydraulisch mit einem Fluid-Zufuhranschluss (6) verbundener Verteilerkörper (7) mit mindestens einer Durchtrittsöffnung (8) für das Fluid angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchtrittsöffnung (8) des Verteilerkörpers (7) zu der mindestens einen Austrittsöffnung (5) am Drosseleinsatz (4) versetzt angeordnet ist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchtrittsöffnung (8) bezogen auf die Querschnittsfläche des Verteilerkörpers (7) innerhalb eines maximal 180°, vorzugsweise 90°, besonders bevorzugt 45°, umfassenden Winkelbereichs (α) angeordnet ist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Austrittsöffnung (5) bezogen auf die Querschnittsfläche des Drosseleinsatzes (4) innerhalb eines maximal 180°, vorzugsweise 90°, besonders bevorzugt 45°, umfassenden Winkelbereichs (φ) angeordnet ist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Winkelbereiche (α, φ) voneinander abgewandt angeordnet sind.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Durchtrittsöffnungen (8) in Längserstreckungsrichtung des Verteilerkörpers (7) linienförmig angeordnet sind.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Austrittsöffnungen (5) in Längserstreckungsrichtung des Drosseleinsatzes (4) linienförmig angeordnet sind.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austritts- (5) und Durchtrittsöffnungen (8) bezogen auf die Längsachse des Drosseleinsatzes (4) um mindestens 90°, vorzugsweise 180°, zueinander versetzt angeordnet sind.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Austrittsöffnung (5) des Drosseleinsatzes (4) abgewandt von den durch die Wärmetauscherplatten (1) definierten Strömungskanälen (2) angeordnet ist.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanal (3) an einem Randbereich der Wärmetauscherplatten (1) angeordnet ist.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkörper (7) rohrförmig und innen hohl ausgebildet ist.