EP0521298B1

EP0521298B1 - Wärmetauscher-Vorrichtung für Kältetrockner an Druckluftanlagen

Info

Publication number: EP0521298B1
Application number: EP92108919A
Authority: EP
Inventors: Werner Brüggemann; Josef Gievers
Original assignee: Autokuehler GmbH and Co KG
Current assignee: Autokuehler GmbH and Co KG
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1999-12-08
Anticipated expiration: 2012-05-27
Also published as: JPH05223474A; EP0521298A3; EP0521298A2; DE9204952U1; DE59209774D1; US5299633A; JP3273633B2; ES2142310T3; ATE187547T1; DK0521298T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscher-Vorrichtung für Kältetrockner an Druckluftanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Druckluftanlagen der hier interessierenden Art dienen dazu, mittels eines Kompressors erzeugte und unter einem Druck von z.B. bis 25 bar stehende Druckluft bereitzustellen. Diese Druckluft besitzt allerdings wie die atmosphärische Luft zumindest in europäischen Bereichen einen hohen Feuchtigkeitsgehalt entsprechend einer relativen Luftfeuchtigkeit bis zu 80 % und mehr. Für viele Anwendungszwecke, z.B. in der Lebensmittel- und Papierindustrie oder im medizinischen Bereich, wird jedoch absolut trockene Luft benötigt. Es ist daher bekannt, die vom Kompressor abgegebene Druckluft durch einen Kältetrockner zu leiten, bevor sie ihrem Gebrauchszweck zugeführt wird, und ihr in diesem Kältetrockner völlig die Feuchtigkeit zu entziehen.

Die Lufttrocknung erfolgt in der Regel in der Weise, daß die vom Kompressor kommende, erhitzte Luft zunächst in einem Nachkühler auf eine Temperatur von z.B. 35 - 55 ° C abgekühlt wird. Danach wird die Luft durch eine Wärmetauscher-Vorrichtung geleitet, die einen Luft/Luft-Wärmetauscher und einen Kältemittel-Luft-Wärmetauscher aufweist.

Der Luft/Luft-Wärmetauscher dient dem Zweck, die auf ca. 35 - 55° C befindliche Druckluft einerseits auf z.B. 20° C abzukühlen und andererseits die im Gegenstrom zuströmende, von einem Wasserabscheider kommende und stark gekühlte Druckluft etwa auf Raumtemperatur zu erwärmen, um zu vermeiden, daß an den Außenseiten der zu kalte Luft führenden Leitungen oder Apparate eine Kältebrücke entsteht.

Dagegen dient der Kältemittel/Luft-Wärmetauscher dem Zweck, die vom Luft/Luft-Wärmetauscher kommende, auf ca. 20° C abgekühlte Druckluft mittels eines Kältemittels, z.B. Frigen, auf ihren Taupunkt abzukühlen, der in der Regel bei 2 - 3 ° C liegt. Dazu wird das Kältemittel in bekannter Weise mittels eines Verdichters und eines Kondensators verflüssigt, dann durch den Kältemittel/Luft-Wärmetauscher hindurch entspannt und dadurch auf eine Temperatur von z.B. - 2° C an dessen Eingang und + 4° C an dessen Ausgang gebracht, und danach wieder dem Verdichter zugeführt. Die dadurch auf ihren Taupunkt abgekühlte Luft wird nach ihrem Durchgang durch den Kältemittel/Luft-Wärmetauscher einem Wasserabscheider zugeführt, in dem ihr die Feuchtigkeit vollkommen entzogen wird, und danach emeut durch den Luft/LuftWärmetauscher geleitet, indem sie unter gleichzeitiger Abkühlung der noch warmen, von der Druckluftanlage kommenden Druckluft etwa auf Raumtemperatur erwärmt wird.

Bei einer bekannten Wärmetauscher-Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung (FR-A-21 55 093) enthält der Kältemittel/Luft-Wärmetauscher schlangenlinien- bzw. mäanderförmig verlegte, von der Luft zu durchströmende Rohre, auf die Leitbleche bzw. Lamellen aufgesteckt sind, und zwischen den Leitblechen verlegte, zur Bildung von Durchgängen für ein Kältemittel bestimmte Platten. Die Rohre sind dabei senkrecht zu den Leitblechen und Platten angeordnet. Dadurch ergibt sich insgesamt ein vergleichsweise geringer Wärmeübergang, und zur Erzielung einer vorgegebenen Leistung ist ein vergleichsweise großes Bauvolumen erforderlich. Die beiden Wärmetauscher weisen außerdem an ihren Enden offene Durchgänge auf und sind mit diesen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das die erforderlichen Umlenkungen für die Luft- bzw. Kältemittelströme bewirkt. Daraus resultieren eine vergleichsweise komplizierte Herstellungsweise und der Nachteil, daß die gegenseitige Abdichtung der verschiedenen Durchgänge problematisch ist und hohe Strömungswiderstände auftreten können, wodurch sich Querschnittsminderungen ergeben, die den Wirkungsgrad herabsetzen.

Daneben sind Wärmetauscher bekannt (US-A-4 966 230), die zwischen parallel zueinander angeordneten Platten abwechselnd von diesen begrenzte Durchgänge für ein erstes Medium und weitere, für den Durchfluß eines zweiten Mediums bestimmte Durchgänge aufweisen, die durch zu den Platten parallel liegende, schlangenlinien- bzw. mäanderförmig verlegte Rohre gebildet sind. Derartige Wärmetauscher werden bisher nicht zur Herstellung von Wärmetauscher-Vorrichtungen der eingangs bezeichneten Gattung verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmetauscher-Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß sie ein vergleichsweise kleines Volumen besitzt, kostengünstig herstellbar ist und wenig zu Verschmutzungen neigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Wärmetauscher-Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 versehen.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß eine Wärmetauscher-Vorrichtung in Kompaktbauweise geschaffen wurde, die es ermöglicht, das für den gesamten Kältetrockner benötigte Bauvolumen bis auf etwa ein Drittel des bisher benötigten Volumens zu verringern. Da die Wärmetauscher der erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Vorrichtung außerdem vorzugsweise aus Aluminium gefertigt werden, führt die Erfindung auch zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung. Schließlich ist die erfindungsgemäße Wärmetauscher-Vorrichtung kostengünstig herstellbar, wodurch sich die Gesamtkosten des Kältetrockners merkbar verringern lassen. Der Rohr/Platten-Wärmetauscher der erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Vorrichtung ist ebenfalls sehr kompakt aufgebaut und ermöglicht einerseits ein geringes Bauvolumen. Andererseits kann er auf der Prozeßluftseite so großflächig ausgebildet werden, daß die Gefahr von ernsthaften Verschmutzungen, insbesondere solchen, die zu merklichen Querschnittsverminderungen führen, gering ist. Schließlich weist der Wärmetauscher auf der Kältemittelseite geschlossene Rohre auf, so daß er im Gegensatz zu in Plattenbauweise hergestellten Wärmeaustauschern eine hohe Druckfestigkeit besitzt.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Vorrichtung;
Fig. 2: die Draufsicht auf die Wärmetauscher-Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3: eine Ansicht auf die Wärmetauscher-Vorrichtung in Richtung eines Pfeils X nach Fig. 1, wobei ein mit einem Einlaßflansch versehener Sammelkasten längs der Linie III-III der Fig. 2 geschnitten dargestellt ist;
Fig. 4: einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3;
Fig. 5: eine Seitenansicht eines Wärmetauscherblocks eines Luft/Luft-Wärmetauschers der Wärmetauscher-Vorrichtung nach Fig. 1 und 2;
Fig. 6: die Draufsicht auf eine Passage für das eine Wärmeaustauschmedium des Wärmetauscherblocks längs der Schnittlinie VI-VI der Fig. 5;
Fig. 7: die Draufsicht auf eine Passage für das andere Wärmeaustauschmedium des Wärmetauscherblocks längs der Schnittlinie VII-VII der Fig. 5;
Fig. 8: eine Seitenansicht eines Wärmetauscherblocks eines Kältemittel/Luft- Wärme tauschers der Wärmetauscher-Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 9: die Draufsicht auf den Wärmetauscherblock längs der Schnittlinie IX-IX der Fig. 8;
Fig. 10: eine Ansicht des Wärmetauscherblocks nach Fig. 8 in Richtung eines Pfeils Y;
Fig. 11: schematisch eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Vorrichtung;
Fig. 12: eine Draufsicht auf die Wärmetauscher-Vorrichtung nach Fig. 10 mit der in Richtung eines Pfeils Z dargestellten Ansicht einer Einzelheit C;
Fig. 13: eine Ansicht der Wärmetauscher-Vorrichtung nach Fig. 11 in Richtung eines Pfeils V und in vergrößertem Maßstab;
Fig. 14: einen Schnitt längs der Linie XIV-XIV der Fig. 12 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 15: eine Seitenansicht eines Wärmetauscherblocks eines kombinierten Luft/Luft- und Kältemittel/Luft-Wärmetauschers der Wärmetauscher-Vorrichtung nach Fig. 11; und
Fig. 16: die Draufsicht auf den Wärmetauscherblock längs der Schnittlinie XVI-XVI der Fig. 15;
Fig. 17: eine Ansicht des Wärmetauscherblocks nach Fig. 15 in Richtung eines Pfeils W;
Fig. 18: die Draufsicht auf den Wärmetauscherblock längs der Schnittlinie XVIII-XVIII der Fig. 15;
Fig. 19: einen Querschnitt durch eine Einheit eines erfindungsgemäßen Kältemittel/Luft-Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 20: eine vergrößerte Einzelheit X der Einheit nach Fig. 19;
Fig. 21: eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauscherblocks, der aus einer Vielzahl von Einheiten nach Fig. 22 zusammengesetzt ist;
Fig. 22: eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Einheiten nach Fig. 19 mit einer durchgehenden Rohrschlange in perspektivischer Darstellung; und
Fig. 23: eine der Fig. 21 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherblocks.

Die Wärmetauscher-Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 enthält einen Luft/Luft-Wärmetauscher 1 und einen Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 2. Beide Wärmetauscher 1 und 2 sind nach Fig. 1 übereinanderliegend angeordnet, wobei der Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 2 unter dem Luft/Luft-Wärmetauscher 1 liegt, obwohl es auch umgekehrt sein könnte.

Der Luft/Luft-Wärmetauscher 1 (Fig. 1) besteht aus einem Plattenwärmetauscher und enthält einen Wärmetauscherblock 3 (Fig. 5 - 7) mit in Plattenbauweise hergestellten Durchgängen 4 und 5, die jeweils in Richtung der eingezeichneten Pfeile, d.h. überwiegend im Gegenstrom, von Luft durchströmt werden. Dabei tritt die Luft, wie Fig. 6 und 7 zeigen, jeweils an einem Ende der Durchgänge 4 und 5 seitlich in diese ein und am gegenüberliegenden Ende in Längsrichtung wieder aus. Die Durchgänge 4 und 5 sind außerdem entsprechend Fig. 4 und 5 jeweils abwechselnd übereinander angeordnet.

Jeder Durchgang 4 wird von zwei zur Längsrichtung des Wärmetauscherblocks 3 parallelen, an das in Fig. 6 linke Ende des Wärmetauscherblocks 3 grenzenden Leisten 6 und 7 mit im wesentlichen quadratischem oder rechteckigem Querschnitt und zwei oberhalb bzw. unterhalb derselben angeordneten, über die ganze Länge und Breite des Wärmetauscherblocks 3 erstreckten Platten 8 gebildet. Am in Fig. 5 und 6 linken Ende sind die Durchgänge 4 offen. Dagegen sind die Durchgänge 4 an dem in Fig. 5 und 6 rechten Ende durch über die Breite des Wärmetauscherblocks 3 erstreckte Leisten 9 abgeschlossen, während gleichzeitig die Leisten 6 kürzer als die Leisten 7 ausgebildet sind, damit die Durchgänge 4 entsprechend Fig. 6 nicht zum rechten Ende, sondern zur Seite hin geöffnet sind und die Luft in Richtung des eingezeichneten Pfeils von der Seite her einströmen kann. In die Durchgänge 4 sind im übrigen zweckmäßig übliche Lamellen 10 eingelegt, die in Fig. 5 nur teilweise dargestellt sind und deren Passagen entsprechend Fig. 6 längs einer Linie 11 um 90° umgelenkt sind.

Dagegen wird jeder Durchgang 5 nach Fig. 5 und 7 von zwei zur Längsrichtung des Wärmetauscherblocks 3 parallelen, an das in Fig. 7 rechte Ende des Wärmetauscherblocks 3 grenzenden Leisten 14 und 15 mit im wesentlichen quadratischem oder rechteckigem Querschnitt und zwei weiteren, oberhalb bzw. unterhalb derselben angeordneten, über die ganze Länge und Breite des Wärmetauscherblocks 3 erstreckten Platten 8 gebildet. Am in Fig. 5 und 7 rechten Ende sind die Durchgänge 5 offen. Dagegen sind die Durchgänge 5 am in Fig. 5 und 7 linken Ende durch über die Breite des Wärmetauscherblocks 3 erstreckte Leisten 16 abgeschlossen, während gleichzeitig die Leisten 14 kürzer als die Leisten 15 ausgebildet sind, damit die Durchgänge 5 entsprechend Fig. 7 nicht zum linken Ende, sondern zur Seite, zweckmäßig zu derselben Seite wie die Durchgänge 4 hin geöffnet sind und die Luft in Richtung der eingezeichneten Pfeile von der Seite her einströmen kann. In die Durchgänge 5 sind im übrigen zweckmäßig Lamellen 17 eingelegt, die in Fig. 5 nur teilweise sichtbar sind und deren Passagen entsprechend Fig. 7 längs einer Linie 18 um 90° umgelenkt sind.

Die Leisten 6, 7, 9 und 16, die jeweils zwischen ihnen angeordneten Platten 8 sowie die zwischen je zwei Platten 8 angeordneten Lamellen 10 und 17 sind derart übereinandergestapelt, wie es von in Plattenbauweise hergestellten Wärmetauschern an sich bekannt ist, und derart angeordnet, daß abwechselnd ein Durchgang 4 bzw. 5 entsteht und der Wärmetauscherblock 3 nach oben und unten durch je eine Platte 8 abgeschlossen ist. Die Platte 8 und ggfs. auch die Leisten 6, 7, 9 und 16 bestehen vorzugsweise aus mit einem Lot plattierten Aluminium und werden in an sich bekannter Weise zunächst gestapelt und dann in einem Luft- oder Vakuumofen oder auch in einem Flußmittelbad miteinander verlötet.

Die Leisten 6 und 14, die Leisten 7 und 15 sowie die Leisten 9 und 16 sind zweckmäßig identisch ausgebildet, so daß sich entsprechend Fig. 5 und 7 eine symmetrische und besonders kostengünstig herstellbare Ausbildung des Wärmetauscherblocks 3 ergibt. Die Zahl der Durchgänge 4 und 5 richtet sich nach der erforderlichen Leistung des Wärmetauscherblocks 3.

Der Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 2 (Fig. 1) besteht aus einem kombinierten Rohr/Platten-Wärmetauscher und enthält einen Wärmetauscherblock 20 (Fig. 8 bis 10) mit Durchgängen 21 für ein Kältemittel und Durchgängen 22 für die Druckluft, wobei die Durchgänge 21 und 22 jeweils in Richtung der in Fig. 9 eingezeichneten Pfeile, d.h. überwiegend im Gleichstrom, vom Kältemittel bzw. von der Druckluft durchströmt werden.

Die Durchgänge 21 für das Kältemittel bestehen aus Rohren mit rundem oder vorzugsweise rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, die zwischen je zwei über die Länge und Breite des Wärmetauscherblocks 20 erstreckten Platten 23 angeordnet sind. Jeder Durchgang 21 ist schlangenlinien- bzw. mäanderförmig erstreckt und weist eine Mehrzahl von geraden Abschnitten 24 auf, die im Ausführungsbeispiel parallel zueinander und senkrecht zur Längsachse und mit dichtem Abstand angeordnet sind. Je zwei benachbarte gerade Abschnitte 24 sind entsprechend Fig. 9 durch um 180° gebogene Abschnitte 25 derart verbunden, daß sich ein ununterbrochener Strömungspfad von einem Eingang 26 zu einem Ausgang 27 ergibt. Wie insbesondere Fig. 8 und 10 zeigen, wird jeder Durchgang 22 für die Druckluft aus zwei an den Seitenkanten von zwei parallelen Platten 23 erstreckten und diese auf Abstand haltenden, in Längsrichtung des Wärmetauscherblocks 20 verlaufenden Abstandsstücken 28, z.B. in Form von Leisten, begrenzt. Zwischen den beiden Platten 23 sind Lamellen 29 üblicher Bauweise angeordnet. Die Durchgänge 22 sind daher in Fig. 8 und 9 jeweils am rechten und linken Ende offen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß sich die Durchgänge 21 und 22 im Wärmetauscherblock 20 abwechseln, d.h. daß die Rohre (Durchgänge 21) beidseitig mit Platten 23 belegt und diese zur Bildung der Durchgänge 21 durch die Abstandsstücke 28 auf Abstand gehalten sind. Nach diesem Schema sind in Fig. 8 bis 10 drei Durchgänge 21 und vier Durchgänge 22 gebildet, wobei jeweils ein Durchgang 21 mit den beiden daran angrenzenden Platten 23 eine Einheit bilden kann. Außerdem können zwischen je zwei Platten 23, zwischen denen die die Durchgänge 21 bildenden Rohre angeordnet sind, noch parallel zu den geraden Abschnitten 24 verlaufende, beispielsweise ebenfalls leistenförmige Abschlußelemente 30 und am oberen und unteren Ende je eine Endplatte 31 vorgesehen sein, wobei die Abschlußelemente 30 vor allem dazu dienen, den Raum zwischen den einzelnen Rohrabschnitten vor Verunreinigungen zu schützen.

Die verschiedenen Teile des Wärmetauscherblocks 20 bestehen wie die des Wärmetauscherblocks 3 vorzugsweise aus Aluminium, insbesondere mit einem Lot plattiertem Aluminium, und werden in an sich bekannter Weise zunächst gestapelt und dann miteinander verlötet.

Gemäß Fig. 1 bis 3 sind die Wärmetauscherblöcke 3 und 20 übereinander angeordnet und fest miteinander verbunden, z.B. verlötet. Dabei sind die Durchgänge 5 dort, wo die Luft in sie eintritt (Fig. 7), mit einem seitlich angesetzten und über die Höhe des Wärmetauscherblocks 3 erstreckten Sammelkasten 33 flüssigkeitsdicht verbunden, der mit einem eine Einlaßöffnung aufweisenden Einlaßflansch 34 versehen ist. Dagegen sind die Durchgänge 5 an ihren in Fig. 1 und 2 offenen rechten Enden durch einen über die Breite und Höhe sowohl des Wärmetauscherblocks 3 als auch des Wärmetauscherblocks 20 erstreckten Sammel- bzw. Umlenkkasten 35 mit den ebenfalls offenen rechten Enden der Durchgänge 22 (Fig. 10) des Wärmetauscherblocks 20 flüssigkeitsdicht verbunden. Weiterhin sind die Durchgänge 4 des Wärmetauscherblocks 3 dort, wo die Luft in sie eintritt (Fig. 6), mit einem über die Höhe des Wärmetauscherblocks 3 erstreckten Sammelkasten 36 flüssigkeitsdicht verbunden, der mit einem eine Einlaßöffnung aufweisenden Einlaßflansch 37 versehen ist. Dagegen münden die Durchgänge 4 an ihren in Fig. 1 und 2 offenen linken Ende flüssigkeitsdicht in einem weiteren, über die Höhe und Breite des Wärmetauscherblocks 3 erstreckten Sammelkasten 38, der mit einem eine Auslaßöffnung aufweisenden Auslaßflansch 39 versehen ist. Dieser ist in Fig. 1 durch den Einlaßflansch 34 abgedeckt und daher nur in Fig. 2 sichtbar. Schließlich sind die in Fig. 9 offenen linken Enden der Durchgänge 22 mit einem über die Breite und Höhe des Wärmetauscherblocks 20 erstreckten, flüssigkeitsdichten Sammelkasten 40 versehen, der entsprechend Fig. 2 eine nach der Seite herausragende Verlängerung 41 aufweist, die mit einem eine Auslaßöffnung aufweisenden Anschlußflansch 42 versehen ist, wobei die Strömungsrichtung parallel zu der des Einlaßflansches 34 ist, während dessen Einlaßöffnung entgegengesetzt zur Auslaßöffnung des Auslaßflansches 42 liegt.

Die in Fig. 2 und 10 nur schematisch dargestellten Ein- und Ausgänge 26, 27 der Durchgänge 21 sind entsprechend Fig. 3 und 4 jeweils durch eine hosenrohrartige Konstruktion zusammengefaßt. Da entsprechend Fig. 8 bis 10 insgesamt drei Durchgänge 21 vorgesehen sind, sind die drei daraus resultierenden Ausgänge 27 in der aus Fig. 3 und 4 ersichtlichen Weise durch gebogene Zwischenabschnitte 43 zu einem Flansch 44 mit einer gemeinsamen Austrittsöffnung geführt, der über ein gekrümmtes Rohr 45 flüssigkeitsdicht mit einem Anschlußnippel 46 versehen ist. Die Eingänge 26 sind entsprechend an einen Anschlußnippel 47 (Fig. 1) angeschlossen, was in Fig. 3 nicht sichtbar ist, weil diese Anordnung den Teilen 43 bis 46 entsprechende Teil umfaßt.

Die beschriebenen, aus zwei fest miteinander verbundenen Wärmetauschern 1 und 2 bestehende Wärmetauscher-Vorrichtung bildet eine kompakte, platzsparende Einheit, die als Ganzes vor allem einem Kältetrockner zugeordnet werden kann, mit dem herkömmliche Druckluftanlagen ausgerüstet werden, wie nachfolgend kurz erläutert wird. Dabei ergibt sich der besondere Vorteil, daß die beiden Wärmetauscher 1 und 2 im wesentlichen dieselbe Breite und Länge aufweisen und zu einem gemeinsamen Block zusammengefaßt werden können.

Von einem vorzugsweise mit einem Nachkühler versehenen Kompressor wird Druckluft geliefert, die sich z.B. auf einer Temperatur von ca. 35 - 55° C befindet. Diese Druckluft wird zunächst mittels des Einlaßflansches 34 dem Sammelkasten 33 zugeführt und strömt von dort in Richtung einer Pfeillinie 49 (Fig. 2 und 7) durch die Durchgänge 5 des Luft/Luft-Wärmetauschers 1 in den Sammel- und Umlenkkasten 35. Von dort gelangt die Druckluft in den Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 2 (Fig. 1) und durchströmt dann in entgegengesetzter Richtung dessen Durchgänge 22 (Fig. 10 und Pfeillinie 50 in Fig. 9). Gleichzeitig wird das Kältemittel in Richtung der in Fig. 9 eingezeichneten Pfeile durch die Durchgänge 21 geführt und dabei entspannt, wobei aufgrund der langen, durch die geraden und gebogenen Rohrabschnitte 24, 25 (Fig. 9) bewirkten Laufzeit im Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 2 trotz seiner vergleichsweise geringen Baulänge ein hohes Maß an Effektivität im Hinblick auf die gewünschte Abkühlung der Druckluft erzielt wird. Im übrigen wird das Kältemittel in an sich bekannter Weise in einem Kältemittelkreislauf geführt, wobei es jeweils am Anschlußnippel 47 zugeführt und am Anschlußnippel 46 abgeführt wird (Fig. 1, 3 und 5).

Die auf den Taupunkt (z.B. ca. 2 - 3° C) abgekühlte Druckluft strömt nach dem Durchgang durch die Durchgänge 22 in den Sammelkasten 40 (Fig. 1), wird in diesem seitlich umgelenkt und tritt über dessen seitliche Verlängerung 41 (Fig. 2) und den Auslaßflansch 42 wieder aus. Danach wird die Druckluft, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, einem Wasserabscheider 51 zugeführt. Die aus diesem austretende, vollkommen getrocknete Druckluft wird schließlich über den Einlaßflansch 37 (Fig. 2) und den Sammelkasten 36 wieder dem Luft/Luft-Wärmetauscher 1 zugeführt, so daß sie dessen Durchgänge 4 in Richtung einer Pfeillinie 52 in Fig. 2 und 6 passieren kann. Dabei wird die Druckluft in Wechselwirkung mit der die Durchgänge 5 passierenden warmen Druckluft bis etwa auf Raumtemperatur aufgewärmt, bevor sie den Sammelkasten 38 (Fig. 2) erreicht und über den Auslaßflansch 39 der Zapfstelle für die Druckluft zugeführt wird. Je nach geforderter Leistung der beiden Wärmetauscher 1 und 2 kann die Zahl ihrer Durchgänge 4 und 5 bzw. 21 und 22 im Prinzip beliebig vergrößert werden, indem eine entsprechende Anzahl weiterer Platten bzw. Rohre übereinandergestapelt wird, ohne daß sich dadurch die Abmessungen in der Höhe und Breite der Wärmetauscher-Vorrichtung verändern.

Eine noch kompaktere und weniger Raum in Anspruch nehmende Wärmetauscher-Vorrichtung, die insbesondere für kleinere Leistungen geeignet ist, ergibt sich aus Fig. 11 bis 17. Sie enthält einen Luft/Luft-Wärmetauscher 56 und einen Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 57. Beide Wärmetauscher 56, 57 sind im Gegensatz zu Fig. 1 bis 10 nicht übereinander, sondern nebeneinander angeordnet und zu einer integralen Baueinheit miteinander verbunden. Zu diesem Zweck werden beide Wärmetauscher 56 und 57 aus einem zusammenhängenden Wärmetauscherblock 58 hergestellt, der in seinem in Fig. 15, 16 und 18 rechten Teil einen für den Wärmeaustausch Luft/Luft verantwortlichen Abschnitt 59 und in seinem in Fig. 15, 16 und 18 linken Teil einen für den Wärmeaustausch Kältemittel/Luft verantwortlichen Abschnitt 60 aufweist. Beide Abschnitte 59, 60 werden durch Platten 61 gebildet, die über die gesamte Breite und Länge des Wärmetauscherblocks 58 erstreckt sind. Dabei ist ein Teil der Platten 61 einerseits durch senkrecht zur Längsrichtung verlaufende, am in Fig. 15 rechten Ende des Wärmetauscherblocks 58 angeordnete Leisten 62 und andererseits durch in Längsrichtung erstreckte und bis zum in Fig. 15, 16 und 18 linken Ende verlaufende, an den Seitenkanten der Platten 61 angeordnete Leisten 63 und 64 auf Abstand gehalten. Dadurch entstehen zwischen den Platten 61 Durchgänge 65, die am in Fig. 18 linken Ende des Wärmetauscherblocks 58 offen sind. Am in Fig. 18 rechten Ende sind die unteren Leisten 64 etwas kürzer, so daß zwischen ihren rechten Enden und den Leisten 62 ein Zwischenraum 66 entsteht, durch den Luft in Richtung des eingezeichneten Pfeils seitlich eintreten kann. Außerdem sind in den Durchgängen 65 übliche Lamellen 67 (Fig. 15 und 17) angeordnet, die entsprechend Fig. 18 so ausgebildet sind, daß die seitlich eintretende Luft längs einer Linie 68 (Fig. 18) umgelenkt wird.

Der andere Teil der Platten 61 ist gemäß Fig. 15 und 16 in dem den Abschnitt 59 bildenden Teil durch parallel zur Längsrichtung verlaufende, an den Seitenkanten der Platten 61 angeordnete und bis zum in Fig. 15 und 16 rechten Ende des Wärmetauscherblocks 58 erstreckte Leisten 69 und 70 und eine quer dazu verlaufende, an das linke Ende des Abschnitts 59 bildende Abschlußleiste 71 abgeschlossen. Dadurch entsteht zwischen zwei Platten 61 ein weiterer Durchgang 72, der am in Fig. 16 rechten Ende des Wärmetauscherblocks 58 offen ist. Auf der Seite der Abschlußleiste 71 ist die in Fig. 16 obere Leiste 69 etwas kürzer, so daß zwischen beiden ein Zwischenraum 73 entsteht, der im Vergleich zum Zwischenraum 66 auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauscherblocks 58 liegt, so daß hier Luft seitlich eintreten und in Richtung der eingezeichneten Zeile (Fig. 16) umgelenkt werden kann. Die Umlenkung wird analog zu Fig. 18 vorzugsweise mit entsprechend ausgebildeten Lamellen 74 bewirkt.

In dem Abschnitt 60 werden dieselben Platten 61 dagegen durch einen schlangenlinien- bzw. mäanderförmig angeordneten Durchgang 76 auf Abstand gehalten, der gerade und gebogene Abschnitte 77, 78 aufweist und im wesentlichen genauso wie die Durchgänge 21 nach Fig. 8 bis 10 ausgebildet und angeordnet ist. Der Durchgang 76 erstreckt sich von der Abschlußleiste 71 zu einer am in Fig. 17 linken Ende des Wärmetauscherblocks 58 angeordneten Abschlußleiste 79.

Im übrigen ist die Anordnung so getroffen, daß in einem mittleren Teil des Wärmetauscherblocks 58 die Durchgänge 72 und 76 angeordnet sind, an die sich nach oben und unten je ein Durchgang 65 (Fig. 15) anschließt.

Je ein Eingang 81 und Ausgang 82 (Fig. 16) des Durchgangs 76 sind nach Fig. 11 bis 14 und analog zu Fig. 1 bis 4 über gekrümmte Rohrabschnitte 83 mit je einem Anschlußnippel 84, 85 versehen, von denen in Fig. 13 nur der Anschlußnippel 85 sichtbar ist. Weiterhin sind die in Fig. 15, 16 und 18 rechten Enden der Durchgänge 65 mit einem Sammelkasten 86 und einem eine Einlaßöffnung aufweisenden Einlaßflansch oder Einlaßnippel 87 flüssigkeitsdicht verbunden, während die in Fig. 15, 16 und 18 linken Enden der Durchgänge 65 mit einem Sammelkasten 88 flüssigkeitsdicht verbunden sind, der ähnlich wie der Sammelkasten 40 nach Fig. 1 und 2 eine seitliche Verlängerung 89 aufweist, die mit einem eine Auslaßöffnung 90 aufweisenden Anschlußflansch 91 versehen ist. Schließlich ist die seitliche Öffnung des Durchgangs 72 (Fig. 16) mit einem Sammelkasten 92 und einem eine Einlaßöffnung aufweisenden Einlaßflansch oder Einlaßnippel 93 flüssigkeitsdicht verbunden, während das in Fig. 11 und 12 rechte Ende des Durchgangs 72 mit einem Sammelkasten 94 und einem eine Auslaßöffnung aufweisenden Auslaßflansch oder Auslaßnippel 95 flüssigkeitsdicht verbunden ist.

Analog zur Ausführungsform nach Fig. 1 bis 10 wird die von der Druckluftanlage kommende, auf z.B. ca. 35 - 55° C erwärmte Druckluft über den Einlaßflansch 87 dem Sammelkasten 86 zugeführt, so daß sie die Durchgänge 65 in Richtung einer Pfeillinie 96 (Fig. 18) durchströmt. Dabei wird die Druckluft zunächst im Wärmetauscher 56 durch die im Gegenstrom über den Einlaßflansch 93 bzw. den Sammelkasten 92 zugeführte, von einem nicht dargestellten Wasserabscheider kommende kalte Druckluft auf eine Temperatur von ca. 20° C abgekühlt. Auf ihrem weiteren Weg durch die Durchgänge 65 wird die Druckluft dann allmählich im Wärmetauscher 57 auf den Taupunkt abgekühlt, da sie hier mit dem Kältemittel wechselwirkt, das den Durchgang 76 in Richtung der Pfeile (Fig. 16) durchströmt. Die Druckluft wird dann über den Sammelkasten 88 und den Auslaßflansch 91 dem Wasserabscheider und von dort dem Einlaßflansch 93 zugeführt, so daß sie am Auslaßnippel 95, der als Zapfstelle für die Druckluft dient, wieder annähernd auf Raumtemperatur erwärmt ist.

Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 10 kann die Leistung der Wärmetauscher-Vorrichtung dadurch verändert werden, daß bei gleichbleibender Länge und Breite des Wärmetauscherblocks 58 die Zahl der Durchgänge 65, 72 und 76 entsprechend verändert wird.

Der anhand der Fig. 8 bis 10 bzw. 15 bis 18 beschriebene Kältemittel/Luft-Wärmetauscher kann auch durch eine Mehrzahl der aus Fig. 19 und 20 ersichtlichen Einheiten 140 zusammengesetzt werden, die eine entsprechend Fig. 9 ausgebildete, mäanderförmig gewundene Rohrschlange 141 enthält, an deren beiden Breitseiten je eine Platte 142 bzw. 143 befestigt ist. Dabei kann die Rohrschlange 141 in an sich bekannter Weise z.B. entweder durch Weichlöten oder durch Kleben mit den Platten 142,143 verbunden werden, wie in Fig. 20 durch das Bezugszeichen angedeutet ist.

Der gesamte Wärmetauscherblock besteht zweckmäßig aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten Einheiten 140 (Fig. 21), die durch Abstandsstücke 145, z.B. Leisten, auf Abstand gehalten sind. Entsprechend Fig. 22 sind dabei alle Rohrschlangen 141 aus einem einzigen, durchlaufenden Rohr gebildet. Zur Vereinfachung der Herstellung des Wärmetauscherblocks wird dabei zunächst entsprechend Fig. 22 eine Mehrzahl von aneinander gekoppelten Einheiten 140 hergestellt, deren Rohrschlangen 141 durch je einen S- bzw. Z-förmigen Rohrabschnitt 146 miteinander verbunden sind. Dabei können die Einheiten 140 entsprechend Fig. 22 hintereinander, aber auch nebeneinander, sternförmig, dreieckförmig, kreisförmig od. dgl. angeordnet sein. Danach werden die einzelnen Einheiten 140 der Reihe nach übereinandergelegt, wobei die Rohrabschnitte 146 einfach entsprechend Fig. 21 umgefaltet werden und daher außerhalb des Voder- bzw. Hinterendes des eigentlichen Wärmetauscherblocks zu liegen kommen.

Im Gegensatz zu Fig. 8 bis 10 durchströmt das Kältemittel die verschiedenen Einheiten 140 nicht parallel, sondern hintereinander. Dabei können die Anschlüsse für die Druckluft und das Kältemittel analog zu Fig. 1 bis 18 erfolgen.

Die zwischen den Platten 142,143 befindlichen, die Rohrschlange 141 aufnehmenden Hohlräume sind zweckmäßig analog zu Fig. 8 bis 10 durch leistenförmige Abschlußelemente 149 verschlossen, die aus U-Profilen bestehen können, vorzugsweise aber aus an den Platten 142,143 angebrachten Abkantungen bestehen, wie insbesondere Fig. 19 zeigt.

Die geraden Abschnitte der Rohrschlange 141 verlaufen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8 bis 10 vorzugsweise senkrecht zu den Leisten 145, so daß auch die Druckluft- bzw. Kältemittelströme überwiegend senkrecht zueinander gerichtet sind.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Alternativ zu Fig. 8 bis 10, 15 bis 18 und 19 bis 21 wäre es beispielsweise möglich, die Abstandsstücke 28 und die jeweils angrenzenden Platten 23 bzw. die Abstandsstücke 145 und die beiden benachbarten Platten 142 und 143 als z.B. gefalzte Rohre 150 (Fig. 23) mit flachovalem bzw. rechteckigem Querschnitt auszubilden und die Rohrschlange 21 bzw. 141 jeweils zwischen zwei solchen Rohren zu befestigen, wobei die Achsen dieser Rohre zweckmäßig senkrecht zu den geraden Abschnitten der Rohrschlange angeordnet sind.

Weiter wäre es möglich, die Durchgänge 21, 76 und 141 nicht aus einem durchgehenden Rohr, sondern aus mehreren parallel verlaufenden Rohren oder aus in üblicher Plattenbauweise hergestellten Rohrabschnitten zusammenzusetzen, wobei die den geraden Abschnitten entsprechenden Abschnitte durch quer zur Längsrichtung des Wärmetauscherblocks 20 bzw. 58 verlaufende Leisten und die den gebogenen Abschnitten entsprechenden Abschnitte ebenfalls durch gerade, jedoch in Längsrichtung verlaufende Abschnitte gebildet werden, indem beispielsweise die genannten Leisten abwechselnd vor der einen oder anderen Längskante des jeweiligen Wärmetauscherblocks enden und dadurch das Kältemittel um 180° umlenkende Umlenkabschnitte freilassen.

Weiter ist es möglich, die dargestellten Anschlüsse (Einlaß- und Auslaßflansche und -nippel) an andere Stellen zu verlegen, falls sich dies als zweckmäßig erweisen sollte, wobei auch die durch Pfeile angedeuteten Strömungsrichtungen für die Luft und das Kältemittel nur Beispiele darstellen. Weiter wäre es möglich, die beschriebenen Wärmetauscher aus anderen Materialien als aus Aluminium herzustellen und/oder für andere Zwecke als den beschriebenen Zweck zu verwenden. Insbesondere sind beispielsweise die beschriebenen Kältemittel/Luft-Wärmetauscher auch ausgezeichnet für in neuerer Zeit bekannt gewordene, Wärmepumpen aufweisende Wäschetrockner geeignet, bei denen die aus dem Wäschetrockner kommende, warme und feuchte Luft in einem als Verdampfer für ein Kältemittel wirksamen Kältemittel/Luft-Wärmetauscher zunächst abgekühlt wird, um das Wasser abzuscheiden, und dann wieder vorgewärmt wird. Während herkömmliche Kältemittel/Luft-Wärmetauscher einer großen Verschmutzung unterliegen, können die erfindungsgemäßen Wärmetauscher ohne weiteres so ausgebildet werden, daß z.B. die Durchgänge 22 nach Fig. 8 bis 10 von nach innen ragenden Vorsprüngen, Kanten od. dgl., insbesondere auch von den sonst üblichen Lamellen od. dgl., völlig frei sind. Weil in diesem Fall auf der Luftseite nur große, glatte Oberflächen vorhanden sind, wäre die Gefahr von Verschmutzungen, insbesondere solchen, die im Laufe der Zeit zu merklichen Querschnittsverminderungen führen, vergleichsweise gering. Dennoch könnte ein solcher Wärmetauscher auf der Kältemittelseite mit hoher Druckfestigkeit ausgebildet und insgesamt mit kleinen Abmessungen hergestellt werden. Weiterhin können die einzelnen Elemente der beschriebenen Wärmetauscher in anderen als den dargestellten Kombinationen verwendet werden. Anstelle der Abstandsstücke 28 bzw. 145 könnten genutete Platten od. dgl. vorgesehen sein, die sich über die ganze Höhe und Tiefe der Wärmetauscherblöcke 20 bzw. 140 erstrecken und mit ihren Nuten die Platten 23,142 bzw. 143 aufnehmen. Diese genuteten Platten könnten außerdem Löcher aufweisen, durch welche die Rohrabschnitte 146 bzw. die Enden 147 nach außen geführt werden. Schließlich können die Ströme des Kältemittels und der Luft auch anders als im Kreuzstrom, insbesondere auch im Gleich- oder Gegenstrom oder in jeder beliebigen, anderen, vom jeweiligen Einzelfall abhängigen Richtung strömen, wozu die Leisten, Rohrschlangen od. dgl. lediglich eine andere Ausrichtung im jeweiligen Wärmetauscherblock 20 bzw. 140 erhalten brauchen. So ist ohne weiteres ersichtlich, daß die leistenförmigen Abstandsstücke 145 in Fig. 21 auch an den dort freien Seiten der Platten 142 bzw. 143, d.h. parallel zu den geraden Abschnitten der Rohrschlange 141, angeordnet sein könnten.

Claims

Wärmetauscher-Vorrichtung für Kältetrockner an Druckluftanlagen, bestehend aus einem als Plattenwärmetauscher ausgebildeten Luft/Luft-Wärmetauscher, der erste Durchgänge (4,65) und davon getrennte zweite Durchgänge (5,72) aufweist, und einem als kombinierter Rohr/Platten-Wärmetauscher ausgebildeten Kältemittel/Luft-Wärmetauscher (2,57), der wenigstens einen durch Platten (8,61) gebildeten dritten Durchgang (22,65) und wenigstens einen davon getrennten vierten, schlangen- bzw. mäanderförmigen Durchgang (21,76) aufweist, wobei die beiden Wärmetauscher (1,56 bzw. 2,57) zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind und wobei die Ausgänge der ersten Durchgänge (4,65) an den Eingang des dritten Durchgangs (22,65) und der Ausgang des dritten Durchgangs (4,65) an die Eingänge der zweiten Durchgänge (5,72) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Durchgang (22,65) für die Durchströmung von Luft eingerichtet und aus Platten (23,61) und zwischen diesen angeordneten Abstandstücken (28,62-64) gebildet ist, während der vierte Durchgang (21,76) zur Durchströmung des Kältemittels eingerichtet und ebenfalls zwischen den Platten (23,61) angeordnet ist, und daß die Baueinheit entweder zwei durch einen gemeinsamen Sammel- und Umlenkkasten (35) miteinander verbundene, je einen der Wärmetauscher (1,2) bildende Wärmetauscherblöcke (3,20) oder einen einzigen Wärmetauscherblock (58) enthält, der zwei je einen der Wärmetauscher (56,57) bildende Wärmetauscherabschnitte (59,60) aufweist.
Wärmetauscher-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei übereinanderliegend angeordnete, durch den Sammel- und Umlenkkasten (35) verbundene Wärmetauscherblöcke (3,4) aufweist.
Wärmetauscher-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei nebeneinanderliegend angeordnete, in einem zusammenhängenden Wärmetauscherblock (58) ausgebildete Abschnitte (59,60) aufweist.
Wärmetauscher-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Durchgang (22,65) für die Luft mit Lamellen (29,67) versehen ist.
Wärmetauscher-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Durchgang (21,76) für das Kältemittel aus einem durchgehenden, mäanderförmig verlegten Rohr mit parallel zueinander angeordneten geraden Abschnitten (24,77) und diese verbindenden, um 180° umlenkenden Abschnitten (25,78) besteht.
Wärmetauscher-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Abschnitte (24,77) senkrecht zur Strömungsrichtung in den die Lamellen (29,67) aufweisenden Durchgängen (22,65) angeordnet sind.
Wärmetauscher-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherblock (58) aus übereinandergestapelten Platten (61) und diese auf Abstand haltenden Leisten (62,63,64,69,70,71,79) gebildet ist, wobei zwischen den Platten (61) die Bestandteile des Luft/Luft-Wärmetauschers (56) bildenden zweiten Durchgänge (72) und in Längsrichtung daneben der einen Bestandteil des Kältemittel/Luft-Wärmetauschers (57) bildende, vierte Durchgang (76) angeordnet sind.
Wärmetauscher-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wärmetauscher (1,2 bzw. 56,57) als Aluminium hergestellt sind.