DE10218274A1

DE10218274A1 - Pleated plate for cross flow heat exchanger, has pleat profile with steep rising flanks and flatter falling flanks

Info

Publication number: DE10218274A1
Application number: DE2002118274
Authority: DE
Inventors: Alexander Maute
Original assignee: Joma Polytec Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-11-06

Abstract

The pleat profile in the flow direction for a second medium (e.g. cooling air) flowing between two plates (10) at right angles to the first medium (e.g. process air) flowing through the heat exchanger has a steep rising flank (30) followed by a flatter falling flank (34). The plate comprises two spaced apart sections (14, 16) which are joined together along two opposite edges and comprise thermoplastic polymer material or a thermally conducting metal film.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscherplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. The invention relates to a heat exchanger plate with the Features of the preamble of claim 1.

Wärmetauscherplatten dieser Art werden einander im Abstand und zueinander parallel geschichtet zugeordnet und als paketartige Baueinheit in Kreuzstrom-Wärmetauschern eingesetzt (vgl. EP 1 106 729 A1, Fig. 11). Heat exchanger plates of this type are assigned to one another at a distance and in parallel with one another and are used as a package-like structural unit in cross-flow heat exchangers (cf. EP 1 106 729 A1, FIG. 11).

Bei dieser bekannten Ausbildung von Wärmetauscherplatten weisen deren beide Plattenteile jeweils ein sich quer zur Längsrichtung des zwischen diesen vorhandenen Kanals für ein erstes Medium, bspw. Prozessluft, erstreckendes Wellenprofil auf. Zwischen den sich im Abstand voneinander angeordneten Wärmetauscherplatten erstreckt sich außerdem jeweils ein weiterer Kanal, durch den ein zweites Medium, bspw. Kühlluft, quer zur Längsrichtung des ersten Kanals hindurchgeleitet wird. In this known design of heat exchanger plates have their two plate parts each one across Longitudinal direction of the channel between these for a first medium, e.g. process air, extending wave profile on. Between those spaced from each other Heat exchanger plates also extend in each case another channel through which a second medium, e.g. cooling air, passed transversely to the longitudinal direction of the first channel becomes.

Durch die Wellenstruktur der beiden, jeweils eine Wärmetauscherplatte bildenden Plattenteile wird eine entsprechend vergrößerte Kühlfläche geschaffen und somit durch Beaufschlagung der gewellten Innenflächen des Kanals für das erste Medium eine entsprechend intensivierte Kühlleistung erzielt. Due to the wave structure of the two, one each Plate parts forming the heat exchanger plate become one accordingly enlarged cooling area created and thus by Acting on the corrugated inner surfaces of the channel for the first medium a correspondingly intensified cooling capacity achieved.

In diesem Zusammenhang wurde auch vorgeschlagen, das Wellenprofil asymmetrisch dergestalt auszubilden, dass die Anstiegsphase des Wellenprofils in Strömungsrichtung flacher und dessen Abfallphase steiler verläuft. In this context, it was also proposed that To train the wave profile asymmetrically in such a way that the Rise phase of the wave profile flatter in the direction of flow and its fall phase is steeper.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kühlleistung von Wärmetauscherplatten in einer im Oberbegriff des Anspruches 1 erläuterten Art noch weiter zu verbessern. It is an object of the invention, the cooling capacity of Heat exchanger plates in a in the preamble of claim 1 explained type to improve even further.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved.

Bei dieser Konstruktion trifft somit das zwischen erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmetauscherplatten hindurchzuführende Medium in Strömungsrichtung zunächst auf den steilen Wellenanstieg des Wellenprofils auf und wird dadurch in Richtung auf die gegenüberliegende, durch den anderen Plattenteil gebildete Kanalwand abgelenkt und von dort zu einem wesentlichen Teil wieder in Richtung auf den flacher auslaufenden Abfall des Wellenprofils umgelenkt, wonach das Medium erneut wieder auf einen steilen Wellenanstieg aufprallt und wieder dementsprechend umgelenkt wird. With this construction, this applies between Heat exchanger plates designed according to the invention medium to be passed first in the direction of flow the steep wave rise of the wave profile thereby towards the opposite, through which other plate part formed channel wall deflected and from there to a large extent back towards the flatter outgoing drop of the wave profile redirected, after which the Medium hits again on a steep wave rise and is redirected accordingly.

Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, dass bereits durch die Ausstattung nur einer der beiden Plattenteile mit einem solchen speziellen Wellenprofil bei solchen Wärmetauscherplatten eine beachtliche Kühlleistung zustande kommt. Experiments have shown that the equipment of only one of the two plate parts with one such special wave profile in such Heat exchanger plates a remarkable cooling capacity comes.

Ein noch besserer Wärmeübergang ist erzielbar, wenn, gemäß Anspruch 2, beide Plattenteile mit dem erfindungsgemäßen Wellenprofil ausgestattet sind, wobei durch eine gegenseitige Zuordnung beider Wellenprofile an den beiden Plattenteilen gemäß Anspruch 3 eine optimale Kühlleistung zu erreichen ist, da in diesem Falle das den Kanal passierende Medium, bspw. Kühlluft, zwischen den Plattenteilen insgesamt jeweils derart umgelenkt wird, dass sich zwischen ihnen und den strömenden Luftmassen keine isolierend wirkende Grenzschicht ausbilden kann. Dabei kommt durch das profilbedingte, gezielte Ablösen der Luftmassen und deren Ablenken vom einen Plattenteil in Richtung auf den anderen Plattenteil eine intensive Luftdurchmischung zustande, wobei das Aufprallen der Kühlluft auf die gewellten Plattenteile einen innigen Kontakt zwischen diesen und dadurch einen optimalen Wärmeaustausch bewirkt. An even better heat transfer can be achieved if, according to Claim 2, both plate parts with the invention Wave profile are equipped, being by a mutual Allocation of both wave profiles on the two plate parts optimal cooling performance can be achieved according to claim 3, since in this case the medium passing through the channel, e.g. Cooling air, between the plate parts as a whole is redirected that between them and the flowing Air masses do not form an isolating boundary layer can. Here comes through the profile-related, targeted detachment the air masses and their deflection from a plate part in An intense direction towards the other plate part Air mixing occurs, the impact of the cooling air an intimate contact between the corrugated plate parts this and thereby an optimal heat exchange.

Dabei ist es vorteilhaft, die Konstruktion des flacher verlaufenden Wellenabschnittes des Wellenprofils gemäß Anspruch 4 zu gestalten, so dass ein relativ langer Kontakt der Kühlluft gewährleistet ist. Strömungsgünstig wirkt sich außerdem ein gemäß Anspruch 5 gestalteter Wellenscheitelbereich aus. It is advantageous to design the flatter extending wave section according to the wave profile To design claim 4, so that a relatively long contact the cooling air is guaranteed. It has a streamlined effect also a designed according to claim 5 Wave crest area.

In diversen, weiteren Ansprüchen aufgeführte Merkmale der Erfindung sowie aus diesen resultierende Vorteile sind in der sich anschließenden Beschreibung eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigen: Features of the in various other claims Invention and advantages resulting from these are in the subsequent description of one in the drawing shown embodiment of the invention. In the Show drawing:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Pakets von Wärmetauscherplatten für einen Kreuzstrom- Wärmetauscher; Figure 1 is a front view of a package of heat exchanger plates for a cross-flow heat exchanger.

Fig. 2 eine Teilansicht des Paketes gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Fig. 2 is a partial view of the package of FIG. 1 on an enlarged scale.

Das aus einer Vielzahl von Wärmetauscherplatten 10 gebildete Plattenpaket 12 ist für einen Kreuzstrom-Wärmetauscher konzipiert, der bspw. für den Einsatz in Kondensationswäschetrocknern bestimmt ist. The plate pack 12 formed from a multiplicity of heat exchanger plates 10 is designed for a cross-flow heat exchanger, which is intended, for example, for use in condensation tumble dryers.

Jede Wärmetauscherplatte 10 besteht aus zwei Plattenteilen 14 und 16, die an zwei gegenüberliegenden Rändern miteinander verbunden sind. Hierzu weisen sie flache, druckdicht aneinander gehaltene Randteile 18, 20 bzw. 22, 24 auf. Die Plattenteile 14 und 16 sind vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff gefertigt, die randseitig miteinander verschweißt oder in anderer geeigneter Weise verbunden sind. Each heat exchanger plate 10 consists of two plate parts 14 and 16 which are connected to one another at two opposite edges. For this purpose, they have flat edge parts 18 , 20 or 22 , 24 which are held against one another in a pressure-tight manner. The plate parts 14 and 16 are preferably made of thermoplastic, which are welded to one another at the edges or connected in some other suitable manner.

Die Plattenteile 14, 16 schließen zwischen sich einen stirnseitig offenen Prozessluftkanal 26 der Wärmetauscherplatten 10 ein, die ihrerseits zur Bildung eines Kühlluftkanals 28 im Abstand neben- bzw. übereinander vorgesehen sind. Der Kühlluftkanal 28 erstreckt sich somit quer zum Prozessluftkanal 26. Die Wärmetauscherplatten 10 sind, was nicht dargestellt ist, mit ihren Stirnenden bspw. in jeweils einem Halterahmen fixiert, welche dem Plattenpaket 12 den notwendigen Zusammenhalt geben. The plate parts 14 , 16 enclose between them an open-end process air channel 26 of the heat exchanger plates 10 , which in turn are provided next to or above one another to form a cooling air channel 28 . The cooling air duct 28 thus extends transversely to the process air duct 26 . The end of the heat exchanger plates 10 , which is not shown, is fixed, for example, in a holding frame, respectively, which give the plate pack 12 the necessary cohesion.

Beim vorliegenden, eine zu bevorzugende Ausführungsform der Erfindung darstellenden Ausführungsbeispiel der Wärmetauscherplatten 10 weisen deren beide Plattenteile 14, 16 jeweils ein Wellenprofil auf, das sich quer zur Längsrichtung des Prozessluftkanals 26 erstreckt. In the present exemplary embodiment of the heat exchanger plates 10 , which represents a preferred embodiment of the invention, the two plate parts 14 , 16 each have a wave profile which extends transversely to the longitudinal direction of the process air duct 26 .

Die Wellenprofile beider Plattenteile 14, 16 sind zwar im Wesentlichen formgleich, jedoch um 180° zueinander gewendet und in der durch einen Pfeil A angezeigten Strömungsrichtung der Kühlluft zueinander versetzt vorgesehen, wodurch ein optimaler Wärmeaustausch zwischen beiden Medien gewährleistet ist. Zu diesem Zweck weist hierbei das Wellenprofil des oberen Plattenteils 14 in Strömungsrichtung A des Kühlluftkanals 28 zunächst einen Wellenabschnitt 30 mit einem steilen Wellenanstieg auf, der vorzugsweise in einen gerundeten Wellenscheitel 32 übergeht, an den sich ein Wellenabschnitt 34 mit flachem Wellenabfall anschließt, der wiederum an einem steilen Wellenanstieg 30 der folgenden Profilwelle endet. Das Wellenprofil weist damit die Wellenkontur von Hawaii-Wellen auf. The wave profiles of the two plate parts 14 , 16 are essentially identical in shape, but are turned through 180 ° to one another and are offset from one another in the flow direction of the cooling air indicated by an arrow A, thereby ensuring an optimal heat exchange between the two media. For this purpose, the wave profile of the upper plate part 14 in the flow direction A of the cooling air duct 28 initially has a wave section 30 with a steep wave rise, which preferably merges into a rounded wave apex 32 , which is followed by a wave section 34 with a flat wave drop, which in turn adjoins a steep wave rise 30 of the following profile wave ends. The wave profile thus has the wave contour of Hawaii waves.

Das Wellenprofil des unteren Plattenteils 16 weist hingegen in Strömungsrichtung A der Kühlluft zunächst einen Wellenabschnitt 36 mit einem flacheren Wellenanstieg auf, der an einem, einen steilen Wellenabfall aufweisenden Wellenabschnitt 38 endet, der seinerseits in einen ein gerundetes Wellental bildenden Wellenabschnitt 40 übergeht, an dem sich wieder ein Wellenabschnitt 42 mit flacherem Wellenanstieg anschließt. In contrast, the wave profile of the lower plate part 16 in the direction of flow A of the cooling air initially has a wave section 36 with a flatter wave rise, which ends at a wave section 38 having a steep wave drop, which in turn merges into a wave section 40 forming a rounded wave trough, on which again a wave section 42 with a flatter wave rise connects.

Dabei ist die gegenseitige Zuordnung beider Wellenprofile in Strömungsrichtung A der Kühlluft bzw. in Längsrichtung des Kühlluftkanals 28 derart getroffen, dass sich der Übergang des flacher ansteigenden Wellenabschnittes 36 des zum Plattenteil 16 gehörenden Wellenprofils in den folgenden Wellenabschnitt 38 gegenüber dem flacher abfallenden Wellenabschnitt 34 des zum Plattenteil 14 gehörenden Wellenprofils befindet. The mutual correlation of the two wave profiles in the flow direction A of the cooling air or in the longitudinal direction of the cooling air channel 28 is such that the transition of the wave section 36, which rises flatter, of the wave profile belonging to the plate part 16 into the following wave section 38 compared to the wave section 34, which falls more flatly Plate part 14 belonging wave profile is located.

Durch diese asymmetrische Zuordnung der einander gegenüberliegenden, den Kühlluftkanal 28 begrenzenden Wellenprofile wird erreicht, dass die einströmenden Kühlluftmassen zu einem wesentlichen Teil zunächst auf den steilen Wellenanstieg 30 des Plattenteils 14 der einen Wärmetauscherplatte 10 auftreffen und dabei in Richtung auf den gegenüberliegenden, flacheren Wellenanstieg 36 des Plattenteils 16 der benachbarten Wärmetauscherplatte 10 abgelenkt werden. Dort prallen sie in relativ steilem Winkel auf den flacheren Wellenanstieg 36 auf und werden dann in Richtung auf den steilen Wellenabfall 38 geleitet, von welchem die Luftmassen wiederum auf den flacheren Wellenabfall 34 des Wellenprofils des Plattenteils 14 umgelenkt werden. This asymmetrical assignment of the opposing wave profiles that delimit the cooling air channel 28 ensures that the inflowing cooling air masses initially strike the steep wave rise 30 of the plate part 14 of the one heat exchanger plate 10 and in the direction of the opposite, flatter wave rise 36 of the Plate part 16 of the adjacent heat exchanger plate 10 are deflected. There they impact at a relatively steep angle on the flatter wave rise 36 and are then directed in the direction of the steep wave fall 38 , from which the air masses are in turn deflected onto the flatter wave fall 34 of the wave profile of the plate part 14 .

Durch das Aufprallen von Luftmassen an den miteinander korrespondierenden Wellenabschnitten 30, 36; 38, 34 von Plattenteilen 14, 16 benachbarter Wärmetauscherplatten 10 wird ein inniger Luftkontakt mit dem jeweiligen Plattenteil 14 bzw. 16 erreicht, wobei sich zwischen diesen keine isolierend wirkende Grenzschicht ausbilden kann. Des Weiteren wird durch das gezielte, wechselweise Ablenken der Luftmassen in Richtung auf den jeweils anderen Plattenteil 14 bzw. 16 eine intensive Luftvermischung erzielt, so dass insgesamt ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet, der insbesondere auch dadurch begünstigt wird, dass die Wellenkontur in etwa derjenigen eines Tragflügels entspricht und dadurch die Luft relativ lange ohne Ausbildung einer Grenzschicht an der Profilfläche entlangströmt. The impact of air masses on the mutually corresponding shaft sections 30 , 36 ; 38 , 34 of plate parts 14 , 16 of adjacent heat exchanger plates 10 an intimate air contact is achieved with the respective plate part 14 or 16 , whereby no isolating boundary layer can form between them. Furthermore, through the targeted, alternate deflection of the air masses in the direction of the respective other plate part 14 or 16, an intensive air mixing is achieved, so that overall an intensive heat exchange takes place, which is also favored in particular by the fact that the wave contour is approximately that of a wing corresponds and thereby the air flows along the profile surface for a relatively long time without forming a boundary layer.

Wie Fig. 2 zeigt, wird der Strömungsquerschnitt des Kühlluftkanals 28 durch die Wellenabschnitte 32, 38 beider Plattenteile 14, 16 ungefähr zur Hälfte verengt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit wird entsprechend erhöht und die Luftmassen dadurch zusätzlich an die Profiloberflächen gepresst werden. As shown in FIG. 2, the flow cross section of the cooling air duct 28 is narrowed approximately in half by the shaft sections 32 , 38 of both plate parts 14 , 16 , as a result of which the flow speed is correspondingly increased and the air masses are additionally pressed against the profile surfaces.

Durch die gewählte Profilierung ergeben sich sehr wenig Totzonen, in denen sich Luftwirbel ausbilden können. Dementsprechend konnte auch der Druckverlust entlang der Kühlluftkanäle 28 sehr gering gehalten werden. The chosen profiling results in very few dead zones in which air vortices can form. Accordingly, the pressure loss along the cooling air channels 28 could also be kept very low.

Um insbesondere bei einer Ausbildung der Plattenteile 14, 16 aus thermoplastischer Kunststofffolie sicherzustellen, dass die aus relativ dünner Folie bestehenden Plattenteile unter herrschenden Druckverhältnissen zueinander eine relativ stabile Lage beibehalten, sind aus Wellentälern der Wellenprofile vorzugsweise die Form einer Halbkugelschale aufweisende Distanznocken 44 ausgeformt, die sich jeweils an einem Plattenteil der gleichen Wärmetauscherplatte 10 bzw. an einem Plattenteil einer benachbarten Wärmetauscherplatte abstützen. In order to ensure, in particular when the plate parts 14 , 16 are made of thermoplastic plastic film, that the plate parts made of relatively thin film maintain a relatively stable position under the prevailing pressure conditions, the troughs of the wave profiles are preferably shaped in the form of a hemispherical spacer cams 44 which are formed support each on a plate part of the same heat exchanger plate 10 or on a plate part of an adjacent heat exchanger plate.

Innerhalb des Kühlluftkanals 28 sind die Distanznocken 44 in Strömungsrichtung vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen voneinander vorgesehen, während sie in Kanallängsrichtung bevorzugt in einer Reihe hintereinander platziert sind (siehe Fig. 1). Within the cooling air duct 28 , the spacer cams 44 are preferably provided at regular intervals from one another in the flow direction, while they are preferably placed in a row one behind the other in the duct longitudinal direction (see FIG. 1).

Claims

1. Heat exchanger plate for a cross-flow heat exchanger, which is formed from two spaced apart, along two mutually opposite edge parts tightly connected plate parts ( 14 , 16 ), which are made of thermoplastic material or a film made of thermally conductive metal and the Define a flow channel ( 26 ) for a first medium, e.g. process air, to be passed through the cross-flow heat exchanger, at least one plate part ( 14 ) each having a wave profile extending transversely to the channel longitudinal direction, characterized in that the wave profile in the flow direction has an intermediate has two heat exchanger plates ( 10 ), for example cooling air, flowing transversely to the first medium, a steep wave rise ( 30 ) and a shallow wave fall ( 34 ).

2. Heat exchanger plate according to claim 1, characterized in that the other plate part ( 16 ) of the heat exchanger plate ( 10 ) has a wave profile which has a flatter wave rise ( 36 ) and a steeper wave fall ( 38 ) in the flow direction of the second medium.

3. Heat exchanger plate according to claim 2, characterized in that the wave apex of the flat rising shaft section ( 36 ) of the wave profile of the one plate part ( 16 ) in the flow direction of the second medium with respect to the flat falling shaft section ( 34 ) of the wave plate belonging to the other plate part ( 14 ) is provided.

4. Heat exchanger plate according to one of the preceding Claims, characterized in that the wave profile Has wing contour.

5. Heat exchanger plate according to one of the preceding claims, characterized in that the steeper and flatter shaft sections ( 30 , 34 or 38 , 42 ) have a rounded transition in the apex region.

6. Heat exchanger plate according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that the wave profile of both plate parts ( 14 , 16 ) is of the same shape.

7. Heat exchanger plate according to any one of the preceding claims, characterized in that the depth of the mutually aligned shaft portions of both plate parts (14, 16) about half of the mutual distance of the two plate parts (14, 16).

8. Heat exchanger plate according to one of the preceding claims, characterized in that from the troughs of the wave profile of a plate part ( 14 ) or both plate parts ( 14 , 16 ) are formed on the opposite plate part and on a plate part of an adjacent heat exchanger plate ( 10 ) supporting distance cams ( 44 ) are.

9. Heat exchanger plate according to claim 8, characterized in that the spacer cams ( 44 ) are hemispherical and hollow.

10. Heat exchanger plate according to claim 8, characterized characterized in that the distance cams are frustoconical are trained.

11. Heat exchanger plate according to one of the preceding claims 8-10, characterized in that the distance cams ( 44 ) are provided in the flow direction of the second medium at a distance from one another and in the channel longitudinal direction in a row or offset one behind the other.