DE4009556A1 - Waermeuebertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zum Austausch von Wärme zwischen zwei voneinander getrennt geführten Me­ dien, bestehend aus mindestens einem Wärmeübertragermodul mit Verbindungs- und Anschlußelementen, mit geschichteten Profilelementen in Sandwichbauweise und Zwischenlagenele­ menten zur Trennung der unterschiedlichen Strömungsrich­ tungen, wobei die Seitenwände der Profilelemente und die Zwischenlagenelemente jeweils eine Strömungskammer und gemeinsame Berührungslinien bilden und wobei die Randbe­ reiche durch Abschlußleisten und die Module durch Ab­ schlußbleche abgedichtet sind.

Wärmeübertrager werden beispielsweise zum Austausch von Wärme bei gleichen oder unterschiedlichen Medien benötigt, um eine Wärmerückgewinnung oder Wärmeübertragung durchzu­ führen. Unter heutigen Umweltaspekten gewinnt dieses Ver­ fahren zunehmend an Bedeutung und wird vielfältig in der Industrie benötigt. Hierbei ist es unter Umständen auch notwendig, daß bei aggressiven oder miteinander reagieren­ den Medien größte Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden können.

Aus der CH-PS 1 93 732 ist eine Vorrichtung zum Wärmeaus­ tausch von strömenden Medien bekannt, die eine gekreuzte Sandwichstruktur aus ebenen und gewellten Blättern auf­ weist. Die Zwischenlagenblätter können hierbei durch Ein­ prägungen verstärkt werden und werden mit den gewellten Blättern zusammen durch äußere Randwinkel gehalten.

Aus der DE-PS 12 59 362 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der aus biegsamen Kunststoffolien als Speicherkammern auf­ gebaut ist. Diese sind am Rand verschlossen und werden über entsprechende Anschlußelemente von einem wärme­ tauschenden Medium durchströmt. Diese Kunststoffolien bilden im aufgeblähten Zustand ein flaches hohlplatten­ artiges Element, welches zu mehreren angeordnet von einem weiteren Medium umströmt wird.

Von Nachteil bei diesen beiden Ausführungsarten von Wärme­ übertragern ist die geringe zulässige Druckdifferenz zwi­ schen wärmeabgebendem und -aufnehmendem Medium, deswei­ teren ist der Wirkungsgrad des Wärmeübertragers sehr be­ grenzt und verbesserungswürdig. Durch die einfach ge­ stalteten Trennwände ist die Verwendung mit hohen Sicher­ heitsanforderungen wie z. B. bei toxischen, aggressiven oder teueren Medien ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager zu schaffen, der einen hohen Wirkungsgrad und ein geringes Gewicht aufweist und für hohe Drücke verwendungsfähig ist und ggfs. hohe Sicherheitsanforderun­ gen erfüllt sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die dünnwandigen Profilelemente zickzackförmig gefalzt sind und die Seitenwände benachbarter Strömungskammern der Profil­ elemente und/oder die dünnwandigen Zwischenlagenelemente Wölbungen zu einer oder zwei benachbarten Strömungskam­ mer(n) aufweisen und daß die Profil- und Zwischenlagen­ elemente an ihren jeweiligen Berührungslinien miteinander verbunden sind.

Durch die besondere Formgebung der zickzackförmigen Pro­ filelemente wird eine äußerst stabile Struktur erreicht, wobei die Wände der Profilelemente durch Wölbungen in sich verstärkt werden und eine große Steifigkeit aufweisen, um große Druck- und Knickkräfte aufzunehmen. Die Zwischenla­ genelemente trennen jeweils die verschiedenen Medien von­ einander, die in den gekreuzt angeordneten Profilelementen strömen und sind ebenfalls durch Wölbungen verstärkt aus­ geführt. Durch diese Maßnahmen kann der Wärmeübertrager aus extrem dünnwandigen Blechen hergestellt werden. Des weiteren werden durch die Wölbungen die Wärme- und Über­ tragungsflächen vergrößert und durch die entstehende Verwirbelung in den Profilkammern wird eine Erhöhung der Reynold-Zahl und damit eine Erhöhung des k-Wertes erzielt, so daß der Wärmeübertrager ein großes Verhältnis zwischen Austauschfläche und Raumbedarf aufweist und der Wirkungs­ grad des Wärmeübertragers wesentlich verbessert wird. Dadurch, daß die sich berührenden Flächen und Linien der Profil- und Zwischenlagenelemente miteinander verbunden sind, ist es zudem möglich, eine hohe Druckbelastung durch die Medien zuzulassen, die von den Zwischenlagenelementen getrennt werden. Darüber hinaus werden die erforderlichen Sicherheitsansprüche bei risikobehafteten Medien dadurch erfüllt, daß die Zwischenlagenelemente doppellagig ausge­ führt sind.

Die Wölbungen der Profilelemente und Zwischenlagenelemente können hierbei quer oder in Strömungsrichtung angeordnet werden, wobei die Wölbungen der Zwischenlagenelemente einseitig oder alternierend zu den Profilelementen ange­ ordnet und die Wölbungen der Profilelemente wellenförmig ausgebildet sind. In besonderen Fällen ist hierbei die Ausbildung von Sicken in den Profilelementwänden vorge­ sehen. Die Ausformungen der Zwischenlagenelemente können länglich, kugel- oder pyramidenförmig gewählt werden. Die Profilelemente sind um jeweils 90 Grad verdreht kreuzweise geschichtet, so daß eine gute Wärmeübertragung als Kreuz­ stromwärmeübertragers erzielt wird.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Strömungskammern der Profilelemente einer Strömungsebene U-förmig abgewinkelt sind, wobei der mitt­ lere Bereich und die abgewinkelten Endbereiche jeweils parallel verlaufend mit den anderen Strömungskammern übereinanderliegend geschichtet sind. Der Verlauf der Strömungsrichtung kann hierbei gleichsinnig oder gegen­ sinnig gewählt werden.

Durch diese Ausbildung und Anordnung der Profilelemente wird im zweiten Fall ein Gegenstromwärmeübertrager geschaffen, der einen nochmals verbesserten Wirkungsgrad besitzt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zwischenlagenelemente doppellagig ausgeführt sind und die Wölbungen ineinanderliegend angeordnet sind.

Durch die doppellagige Ausführung der Zwischenlagenelemente wird den Sicherheitsanforderungen genüge getan. Überall dort, wo bei der Wärmeübertragung toxische, aggressive oder sehr teure Produkte eine erhöhte Sicherheitstechnik erforderlich machen, ist eine aufwendige Konstruktion dieser Art gerechtfertigt. Das Grundmodul mit erhöhter Sicherheitstechnik wird mit den gleichen Konstruktionsele­ menten wie das normale Modul aufgebaut, wobei nur jeweils zwei Zwischenlagenelemente verwendet werden und die Kanten dieser Elemente dicht miteinander verbunden sind. Hier­ durch wird ein Zwischenraum gebildet, der bei eventuellen Undichtigkeiten der einen oder anderen Strömungsebene das Medium auffängt und z. B. über ein Leckanzeigegerät eine entsprechende Warnmeldung erzeugen kann. Zu diesem spe­ ziellen Zweck ist nach einem weiteren Unteranspruch vorge­ sehen, daß die durch die doppellagigen Zwischenlagenele­ mente gebildeten Zwischenräume über Seitenbegrenzungspro­ file, welche mindestens einen Verbindungskanal aufweisen, miteinander verbunden sind.

Durch den Verbindungskanal werden alle oder jeweils ein Teil der Zwischenräume miteinander verbunden, d. h. es besteht die Möglichkeit, durch ein oder mehrere gemeinsame Leckanzeigegeräte die Zwischenräume zu überwachen. Ent­ steht an einem Zwischenlagenelement z. B. eine Undichtig­ keit, so kann das Medium aus den Profilkammern in den Zwischenraum und von dort über den bzw. die Kanäle zum Leckanzeigegerät gelangen. Gegebenenfalls kann an die Kanäle des Seitenbegrenzungsprofil über eine verbundene Rohrleitung der Anschluß an einen Auffangbehälter erfolgen, wobei dieser Behälter mit einer Leckanzeige ausgerüstet ist. Um bei einer Beschädigung das Austreten des Mediums in den Leckanzeigebehälter zu beschleunigen, können der Behälter und das Kanalsystem hierbei unter Vakuum gesetzt werden. Nach Erreichen des Enddruckes wird der Vakuumanschluß verschweißt, so daß der Behälter und die Kanäle somit bis zu einer Beschädigung der Zwischen­ lagenelemente unter Vakuum bleiben. Der Wärmeübergang wird durch die Verbindung der übereinanderliegenden Zwischen­ lagenelemente hierbei aufrechterhalten.

Der Wärmeübertrager bleibt auch bei einer Beschädigung eines Zwischenlagenelementes voll funktionsfähig und durch die Warnung über die Leckanzeige wird auf den Schaden rechtzeitig hingewiesen.

Je nach Verwendungszweck sind zur Steigerung der Verwirbe­ lung in den Profilkammern eingebaute Wirbelatoren vorge­ sehen. Die gekreuzten Profilelemente können hierbei eine unterschiedliche Höhe aufweisen, damit die Wärmeübertra­ germodule neben der Verwendung als Wärmetauscher auch als Wärmespeicher genutzt werden kann. Ein Toleranzausgleich der Profilelemente bzw. der unterschiedlichen Höhen kann hierbei z. B. durch gegeneinanderverschiebbare und verbind­ bare Dreikantleisten erfolgen. Bei einer Verwendung als Wärmespeicher sind die Profilebenen einer Strömungsrich­ tung entsprechend hoch ausgebildet, so daß eine größere Menge von wärmeabsorbierenden Materialien eingebettet werden kann. Durch die Profilebene mit geringer Höhe kann zur Beheizung oder Abkühlung ein flüssiges oder gasförmi­ ges Medium strömen, daß z. B. beim Aufheizen seine Wärme an das Speichermedium abgibt und nach einem Abkühlen des Speichermediums wieder erwärmt wird. Als Speichermedien können z. B. Paraffin oder Glaubersalz verwendet werden.

Zur Vermeidung von Anhaftungen und Ablagerungen bei zäh­ flüssigen, klebrigen oder zum Verkräcken neigenden Produk­ ten können die Flächen, die von diesen Medien berührt werden, elektropoliert werden.

Der Aufbau eines Wärmeübertragers erfolgt durch Module, welche über Rohrsegmente miteinander verbunden werden können. Die Rohrsegmente werden hierbei einerseits als Verbindungselemente zwischen den Profilebenen eingesetzt und weisen Scheiben in den Rohrsegmenten auf, die zur Strömungslenkung dienen und andererseits versteifen bzw. verstärken die Rohrsegmente die gesamte Struktur des Wärmeübertragers. Insbesondere sind weitere aufgesetzte Rohrsegmentviertel und Rippen vorgesehen, die die Gehäuse­ versteifung erhöhen. Desweiteren sind die Rohrsegmente mit abgeflachten Anschlußrohren und Anschlußelementen ver­ sehen, damit ein Strömungskreislauf der Medien realisiert werden kann.

Zur Herstellung der Wärmeübertrager mit Profil- , Zwi­ schenlagenelemente, Abschlußblechen und Dreikantleisten werden vorzugsweise metallische Stoffe verwendet.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach einem oder mehreren der bereits genannten Merkmale sieht vor, daß die Profil-, Zwischenlagenelemente, Abschluß­ bleche und Abschlußleisten sowie Berührungslinien und/oder -flächen der Sandwichstruktur miteinander verschweißt, insbesondere durch verdeckte Nähte volldurch, punktweise oder mit Zwischenabständen verschweißt werden.

Durch die quadratische Rundumverschweißung der einzelnen Profil- und Zwischenlagenelemente mit denen der darüber und darunter befindlichen Elemente entstehen stabile Kon­ figurationen, die zur Übertragung hoher Drücke mit sehr dünnen Wandungen geeignet sind.

Bei der Konstruktion mit doppellagig ausgeführten Zwi­ schenlagenelementen ist hierbei vorgesehen, daß die Zwi­ schenlagenelemente um die Wölbungen herum ebenfalls mit­ einander punktweise verschweißt werden. Ebenso ist vorge­ sehen, daß die dreikantförmigen Abschlußleisten ver­ schweißt werden.

Nach einem weiteren Verfahrensmerkmal ist vorgesehen, daß das Schweißverfahren durch ein Elektronenstrahl- , Laser- und/oder Plasmaschweißverfahren mit einem geringen Ener­ gieübertrag vorgenommen wird, um die Konstruktion span­ nungsarm, oberflächenglatt und verzugsfrei zu verschweißen.

Zur Vermeidung von interkristalliner Korrosion bei einem chemischen Angriff in der Schweißnahtwärmeeinflußzone erfolgt das Schweißen unter Vakuum oder Inertgasüberlage­ rung.

Um bei Edelstählen eine chemische Beständigkeit der Schweißnähte zu erreichen, werden alle Nähte nach dem Schweißvorgang gebeizt und passiviert. Die Abschlußleisten der Module und die Rohrsegmente des Wärmeübertragers wer­ den hierbei dicht verschweißt, so daß kein strömendes Medium austreten kann. Aus dem gleichen Grund werden die doppelwandigen Zwischenlagenelemente dicht verschweißt.

Die erfindungsgemäße Ausführung des Wärmeübertragers wird anhand von mehreren Figuren dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Wärmetauscher in teilweise geschnittener perspektivischer Darstellung ohne Anschlußrohre und Seitenbleche,

Fig. 2 einen Wärmespeicher in teilweise geschnittener perspektivischer Darstellung ohne Anschlußrohre und Seitenbleche,

Fig. 3 eine Explosionszeichnung eines Wärmetauschers in perspektivischer Darstellung mit U-förmig abgewin­ kelten Profilelementen,

Fig. 4 eine Explosionszeichnung des Wärmetauschers nach Fig. 1,

Fig. 5 eine Explosionszeichnung des Wärmetauschers nach Fig. 1 mit doppellagig ausgeführten Zwischenlagen­ elementen,

Fig. 6 einen Ausschnitt des Wärmeübertragers mit Profil­ und Zwischenlagenelementen,

Fig. 7 einen Ausschnitt gemäß Fig. 5 mit zusätzlichen Wirbulatoren,

Fig. 8 ein Profilelement in einer perspektivischen Drauf­ sicht mit unterschiedlichen Wölbungen,

Fig. 9 ein Zwischenlagenelement in einer perspektivischen Draufsicht mit unterschiedlichen Wölbungen,

Fig. 10 eine verschweißte Profilebene mit Zwischenlagen­ elementen und Abschlußleisten,

Fig. 11 eine Anordnung von Wärmeübertragermodulen mit Rohrsegmenten,

Fig. 12 eine geschnittene Seitenansicht zweier Wärmeüber­ tragermodule mit angeschweißten Rohrsegmenten und Strömungsscheiben,

Fig. 13 eine perspektivische Seitenansicht eines Wärme­ übertragers mit zusätzlichen Gehäuseversteifungen,

Fig. 14 einen vergrößerten Ausschnitt der Rohrsegmente mit Gehäuseversteifungen,

Fig. 15 eine perspektivische Seitenansicht mit verrippten Rohrsegmenten,

Fig. 16 einen Wärmeübertrager mit einem oder mehreren Modulen und unterschiedlichen Anschlußrohrsegmen­ ten.

In Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Modul eines Wärmeübertra­ gers 1 in einer teilweise geschnittenen und perspektivi­ schen Darstellung abgebildet, welches aus kreuzweise ge­ schichteten Profilelementen 2 mit dazwischen angeordneten Zwischenlagenelementen 3 in einer Sandwichbauweise aufge­ baut ist. Die Profilelemente 2 bestehen aus einem zick­ zackförmig gefalzten Blech, welches auf den Seitenwänden 18 mit Wölbungen 4 versehen ist. Die Wölbungen 4 sind bei dieser Ausführungsvariante quer zu Strömungsrichtung A, B angeordnet und bestehen aus wellenförmigen Einprägungen oder Sicken. An den Stirnflächen 5, 6 sind jeweils um 90° versetzt angeordnete Öffnungen der zickzackförmigen Strö­ mungskammern 7 der Profilelemente 2 erkennbar.

In der Fig. 1 ist die Höhe der Profilelemente 2 für die Verwendung als Wärmetauscher zwischen zwei unterschiedli­ chen oder gleichen Medien in beiden Strömungsrichtungen A, B gleich ausgebildet und in Fig. 2 ist die Höhe der Pro­ filelemente 2 für die Verwendung als Wärmespeicher zwi­ schen zwei unterschiedlichen Medien in beiden Strömungs­ richtungen A, B unterschiedlich ausgebildet. Die Zwischen­ lagenelemente 3 schließen mit den Profilelementen 2 an den Stirnflächen 5, 6 bündig ab und trennen jeweils die beiden Strömungsrichtungen A, B voneinander. Zur besseren Wärme­ übertragung und Verwirbelung der Medien weisen auch die Zwischenlagenelemente 3 Wölbungen 8 auf, die aus längli­ chen, kugelförmigen oder pyramidenförmigen Einprägungen bestehen. Die Berührungslinien 16 der Profil- 2 und Zwi­ schenlagenelemente 3 werden aus Stabilitätsgründen jeweils miteinander verschweißt.

Der seitliche Abschluß der Profilelemente 2 parallel zur Strömungsrichtung A, B erfolgt durch Abschlußleisten 9, welche einen quadratischen Querschnitt aufweisen und in den Eckpunkten 10 miteinander und mit den Zwischenlagen­ elementen 3 dicht verschweißt sind. Die obere und untere Profilebene wird durch ein dicht verschweißtes Abschluß­ blech 11 abgedichtet, so daß ein Grundmodul entsteht, welches um 90° versetzte Strömungsrichtungen A, B auf­ weist, so daß die Medien durch die Strömungskammern 7 in Richtung A, A′ bzw. B, B′ strömen können. Die vorhandenen Wölbungen 4, 8 sorgen für eine Verwirbelung der Medien und damit zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Wärmeübertra­ gers. In Fig. 2 werden zum Abschluß der höheren Profil­ ebenen hierbei rechteckige Abschlußleisten 9 verwendet.

Fig. 3 zeigt einen Wärmeübertrager 1 in einer Explosions­ darstellung, der gegenüber den Fig. 1 und 2 eine läng­ liche Ausdehnung aufweist und mit Profilelementen 2 ausge­ stattet ist, die U-förmig abgewinkelt sind. Der mittlere Bereich der Profilelemente 2 und die abgewinkelten Endbe­ reiche 12 sind hierbei so geschichtet, daß die Strömungs­ kammern 7 einer jeden Ebene parallel verlaufen, wobei die Strömungskammern 7 der einzelnen Strömungsebenen jeweils entgegengesetzt durchströmt werden, so daß das Prinzip eines Gegenstromwärmeübertragers erzielt wird. Die beiden Öffnungen der abgewinkelten Endbereiche 12 der Strömungs­ richtungen A, A′ bzw. B, B′ weisen jeweils zu einer Längs­ seite des Wärmeübertragers 1 und ermöglichen einen Zu- und Ablauf der beiden Medien.

In Fig. 4 und 5 ist jeweils eine Explosionsdarstellung des Wärmeübertragers 1 abgebildet, aus dem der Aufbau besonders klar ersichtlich wird. Auf das quadratische Abschlußblech 11 wird abwechselnd ein Zwischenlagenelement 3 und ein Profilelement 2 mit seitlichen Abschlußleisten 9 angeordnet, wobei beide Elemente 2, 3 mit Wölbungen 4, 8 in Form von Sicken bzw. länglichen oder kugelförmigen Einprägungen versehen sind. Das Zwischenlagenelement 3 weist in diesem Fall kugelförmige Einprägungen in der Flächenmitte und längliche Einprägungen an den beiden Rändern zur Abschlußleiste 9 hin auf. Die Abschlußleisten 9 bestehen aus zwei Dreikantleisten 20, die gegeneinander verschieblich ausgebildet sind und zum Toleranz- und Hö­ henausgleich der Profilelemente 2 dienen. Alle Bauelemente des Wärmeübertragers 1 werden verschweißt, wobei insbeson­ dere die am Rand befindlichen Berührungslinien 16 und -flächen 19 dicht verschweißt werden.

In Fig. 5 sind die Zwischenlagenelemente 3 doppellagig und mit den Wölbungen 8 zueinander ausgerichtet geschich­ tet, damit ein hoher Sicherheitsstandard erzielt wird.

Durch die Wölbung 8 Zwischenlagenelemente 3 werden Zwi­ schenräume 15 gebildet, die durch Bohrungen 14 in den Eckpunkten 13 der Abschlußleisten 9 und des Abschlußble­ ches 11 miteinander verbunden sind, so daß die Zwischen­ räume 15 mit einem nicht dargestellten Auffangbehälter für die Medien und/oder einem Leckanzeigegerät verbunden wer­ den können.

In Fig. 6 und 7 sind in einer vergrößerten und teilweise durchbrochenen Darstellung drei Zwischenlagenelemente 3 und zwei Profilelemente 2 abgebildet. Hierbei sind die kugelförmigen Einprägungen in den Zwischenlagenelementen 3 und die wellenförmigen Einprägungen bzw. die Sicken in den Wänden 18 der Profilelemente 2 sehr gut zu erkennen. Die Berührungslinien 16 der einzelnen Elemente 2, 3 werden punktweise oder voll durch verschweißt.

In der Fig. 7 sind in den Strömungskammern 7 zusätzliche wellenförmige Wirbulatoren 17 eingeschweißt, die zu einer weiteren Verwirbelung der Medien und damit zu einer wei­ teren Verbesserung des Wirkungsgrades führen. Die Wirbula­ toren 17 sind punktweise mit dem gefalzten Profilelement 2 im Falz verschweißt und ragen in die Strömungskammer 7 hinein, wobei die Wirbulatoren 17 ebenfalls gewellt ausge­ führt sind.

In Fig. 8 ist ein einzelnes Profilelement 2 abgebildet, welches zickzackförmig gefalzt ist und längliche Sicken an den Wänden 18 aufweist.

In Fig. 9 ist ein Zwischenlagenelement 3 abgebildet, welches alternative Ausführungsformen der Wölbungen 8 in Form von länglichen, kugelförmigen und pyramidenförmigen Einprägungen aufweist. Diese Einprägungen können hierbei alternierend zu beiden benachbarten Profilelementen 2 ausgerichtet sein.

In Fig. 10 sind drei Abschlußleisten 9 mit zwei Zwischen­ lagenelementen 3 und einem Profilelement 2 dargestellt, welche an den gestrichelt gekennzeichneten Berührungsli­ nien 16 und -flächen 19 verschweißt sind, wobei die mitt­ lere Abschlußleiste 9 aus zwei Dreikantleisten 20 besteht, die ebenfalls miteinander verschweißt sind.

Fig. 11 zeigt drei Module des Wärmeübertragers 1, die nebeneinanderliegend angeordnet sind und mit einem Rohr­ segment 21 verbunden sind, welches halbrund mit der fla­ chen offenen Seite 22 an den Modulen anliegt und mit die­ sen verschweißt ist. Das Rohrsegment 21 ist hierbei mit einem Endstück 23 abgeschlossen.

Fig. 12 zeigt drei Module des Wärmeübertragers 1 in einer geschnittenen Seitenansicht mit zwei Rohrsegmenten 21, welche mit ihren flachen offenen Seiten 22 an den Stirn­ flächen 5, 6 des Wärmeübertragers 1 anliegen. Die Rohrseg­ mente 21 dienen als Zu- und Ablaufrohre 28 und weisen an ihren Enden Anschlußflansche 24 auf, die zum Anschluß der Zu- und Ablaufleitungen dienen. In den Rohrsegmenten 21 sind Scheiben 25 angeordnet, welche zur Strömungslenkung des Mediums genutzt werden.

In der Fig. 13 ist ein kompakter und vollständiger Wärme­ übertrager 1 mit jeweils zwei Zulauf- und Ablaufrohrseg­ menten 21 abgebildet, wobei jedes Rohrsegment 21 flächig mit dem Modul verbunden ist und jeweils einen Anschluß­ flansch 24 aufweist. Die Strömungsrichtungen sind durch A, A′ bzw. B, B′ gekennzeichnet. Die Rohrsegmente 21 sind hierbei durch weitere Rohrsegmentviertel 26 miteinander verschweißt und verstärken und versteifen den Wärmeüber­ trager 1.

Aus der Fig. 14 ist die Anbringung der aufgesetzten Rohr­ segmentviertel 26 an den Rohrsegmenten 21 nochmals in einer geschnittenen Zeichnung dargestellt.

Fig. 15 zeigt zwei Module mit einem Rohrsegment 21 und einem Anschlußflansch 24, wobei eine zusätzliche Verstär­ kung der Konstruktion durch Rippen 27 herbeigeführt wird.

Die Fig. 16 a-d zeigen jeweils einen Wärmeübertrager 1, der aus einem oder mehreren Modulen mit Anschlußele­ menten in Form von Rohrsegmenten 21 und Anschlußflanschen 24 aufgebaut ist. Während die Fig. 16a von einem Modul ausgeht, sind in der Fig. 16b drei nebeneinanderliegend angeordnete Module und in der Fig. 16c sechs Module, hiervon drei nebeneinander und jeweils zwei übereinander­ liegend angeordnet. Die Fig. 16d zeigt zwölf Module die zu jeweils drei hintereinanderliegenden in einem Viererpa­ ket angeordnet sind und mit doppelten Anschlußsegmenten 21 und Anschlußflanschen 24 ausgestattet sind.

Bezugszeichenliste

 1 Wärmeübertrager/-modul
 2 Profilelement
 3 Zwischenlagenelement
 4 Wölbung der Profilelemente
 5, 6 Stirnflächen
 7 Strömungskammer
 8 Wölbung der Zwischenlagenelemente
 9 Abschlußleisten/Seitenbegrenzungsprofil
10 Eckpunkt
11 Abschlußblech
12 Endbereich
13 Eckpunkt
14 Bohrung/Verbindungskanal
15 Zwischenraum
16 Berührungslinie
17 Wirbulator
18 Seitenwand des Profilelementes
19 Berührungsfläche
20 Dreikantleiste
21 Rohrsegment
22 Seite
23 Endstück
24 Anschlußflansch
25 Scheibe
26 Rohrsegmentviertel
27 Rippe
28 Zu- und Ablaufrohr

Claims (37)

1. Wärmeübertrager (1) zum Austausch von Wärme zwischen zwei voneinander getrennt geführten Medien, bestehend aus mindestens einem Wärmeübertragermodul mit Verbin­ dungs- und Anschlußelementen, mit geschichteten Pro­ filelementen (2) in Sandwichbauweise- und Zwischen­ lagenelementen (3) zur Trennung der unterschiedlichen Strömungsrichtungen (A, B), wobei die Seitenwände (18) der Profilelemente (2) und die Zwischenlagenelemente (3) jeweils eine Strömungskammer (7) und gemeinsame Berührungslinien (16) bilden und wobei die Randbe­ reiche durch Abschlußleisten (9) und die Module (1) durch Abschlußbleche (11) abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandigen Profilelemente (2) zickzackförmig gefalzt sind und die Seitenwände (18) benachbarter Strömungskammern (7) der Profilelemente (2) und/oder die dünnwandigen Zwischenlagenelemente (3) Wölbungen (4, 8) zu einer oder zwei benachbarten Strömungskam­ mer(n) aufweisen und daß die Profil- (2) und Zwischen­ lagenelemente (3) an ihren jeweiligen Berührungslinien (16) miteinander verbunden sind.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (4, 8) quer zur Strömungsrichtung angeordnet sind.

3. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (4, 8) in Strömungsrichtung angeord­ net sind.

4. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (8) der Zwischenlagenelemente (3) einseitig zu einem Profilelement (2) angeordnet sind.

5. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (8) der Zwischenlagenelemente (3) zu zwei Profilelementen (2) alternierend angeordnet sind.

6. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (4) der Profilelemente (2) wellen­ förmig ausgebildet sind.

7. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (4) der Profilelemente (2) aus ein­ geprägten Sicken bestehen.

8. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (8) der Zwischenlagenelemente (3) aus länglichen Einprägungen gebildet sind.

9. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (8) der Zwischenlagenelemente (3) aus kugelförmigen Einprägungen gebildet sind.

10. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (8) der Zwischenlagenelemente (3) aus pyramidenförmigen Einprägungen gebildet sind.

11. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilelemente (2) um jeweils 90° verdreht kreuzweise geschichtet sind.

12. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskammern (7) der Profilelemente (2) einer Strömungsebene U-förmig abgewinkelt sind, wobei der mittlere Bereich und die abgewinkelten Endbereiche (12) jeweils parallel verlaufend mit den anderen Strömungskammern (7) übereinanderliegend geschichtet sind.

13. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagenelemente (3) doppellagig ausge­ führt und die Wölbungen ineinanderliegend angeordnet sind.

14. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die doppellagigen Zwischenlagenelemente (3) Zwischenräume (15) bilden, die über Seitenbegren­ zungsprofile (9) mit mindestens einem Verbindungs­ kanal (14) miteinander verbunden sind.

15. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume (15) mit einem Auffangbehälter und einem Leckanzeigegerät verbunden sind.

16. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in die Profilelemente (2) zusätzliche Wirbelatoren (17) eingebaut sind.

17. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der gekreuzten Profilelemente (2) unter­ schiedlich ausgebildet ist.

18. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußleisten (9) zum Höhenausgleich der Profilelemente (2) aus gegeneinander verschiebbaren Dreikantleisten (20) bestehen, welche miteinander verbunden sind.

19. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der Profil- (2) und Zwischenlagenele­ mente (3) elektropoliert sind.

20. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente aus Rohrsegmenten (21) bestehen und die Strömungskammern (7) und Module (1) hierdurch untereinander verbunden sind.

21. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente aus Zu- und Ablaufrohren (28) bestehen.

22. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Module (1) weitere in Längs­ richtung der Rohrsegmente (21) angeordnete Rohrseg­ mentviertel (26) vorgesehen sind.

23. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rohrsegmenten (21) Scheiben (25) zur Strö­ mungslenkung des Mediums angeordnet sind.

24. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsegmente (21) mit abgeflachten Zu- und Ablaufrohren (28) verlängert sind und Anschlußflansche (24) aufweisen.

25. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeflachten Zu- und Ablaufrohren (28) und Abschlußbleche (11) der Module (1) durch Rippen (27) verstärkt sind.

26. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß alle Profil- (2), Zwischenlagenelemente (3), An­ schlußbleche (11) und Dreikantleisten (20) aus dünn­ wandigen metallischen Stoffen hergestellt sind.

27. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragermodule (1) als Wärmetauscher einsetzbar sind.

28. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragermodule (1) als Wärmespeicher einsetzbar und die Strömungskammern (7) einer Richtung mit einem Speichermedium gefüllt sind.

29. Wärmeübertrager nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium Paraffin oder Glaubersalz ein­ setzbar ist.

30. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil- (2), Zwischenlagenelemente (3), Ab­ schlußbleche (11) und Abschlußleisten (9) sowie Berüh­ rungslinien (16) und /oder -flächen (19) der Sandwich­ struktur miteinander verschweißt, insbesondere durch verdeckte Nähte volldurch, punktweise oder mit Zwischenabständen verschweißt werden.

31. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die doppellagigen Zwischenlagenelemente (3) um die Wölbungen (8) herum punktweise verschweißt werden.

32. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren dreikantförmigen Abschlußlei­ sten (20) miteinander verschweißt werden.

33. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißverfahren durch ein Elektronstrahl-, Laser- und/oder Plasmaschweißverfahren mit einem geringen Energieübertrag durchgeführt wird.

34. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißverfahren unter Vakuum durchgeführt wird.

35. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißverfahren unter einer Inertgasüberlage­ rung durchgeführt wird.

36. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte nach dem Schweißverfahren gebeizt und passiviert werden.

37. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußleisten (9) der Module (1) und die Rohrsegmente (21) sowie die doppellagigen Zwischen­ lagenelemente (3) rundherum dicht verschweißt werden.