Wärmeaustausehei#. Zur Bewerkstelligung der Wärmeüber tragung zwischen zwei unter verschiedenen Drücken und bei verschiedenen Temperatu ren strömenden Arbeitsmitteln sind Wärme austauschvorrichtungen bekannt, welche in einem oder mehreren Bündeln übereinander angeordnete Platten (Bleche) von ungefähr gleicher Gestalt enthalten. In einem Platten bündel sind je zwei aneinandergrenzendePlat- ten an ihrem Umfange miteinander paarweise in dichtender Weise verbunden (z.
B. ver schweisst), so dass der zwischen ihnen auf diese Weise entstehende geschlossene Raum sich zur Leitung des. Arbeitsmittels höheren Druckes eignet. Das Arbeitsmittel von niedri gerem Druck strömt zwischen den aufeinan derfolgenden Plattenpaaren und tritt zu die sem Zwecke bei dem einen Ende der Platten in das das Plattenbündel einhüllende geschlos sene Gehäuse ein bezw. gelangt innerhalb dieses Gehäuses zu dem einen Ende der Plat ten, durchströmt hierauf den Raum zwischen den Plattenpaaren und verlässt schliesslich das Gehäuse an dem gegenüberliegenden Ende der Platten.
Um das Arbeitsmittel von höhe rem Druck in den Innenraum der Platten paare einführen und aus diesem, in bezug auf die Strömung des Arbeitsmittels niedrigeren Druckes, zweckmässig in Gegenstrom, fort leiten zu können, sind bei den einander gegen überliegenden Enden je eines Plattenpaares, zwischen den Platten desselben, am Platten umfang Ein- und Austrittsöffnungen(Spalte) freigelassen, die in je einen gemeinsamen Zuleitungs- bezw. Ableitungskanal münden.
Bei einer derartigen Ausbildung ist aber die Zerlegung der Plattenpaare des Platten- bündels zwecks Reinigung, Ausbesserung usw. wesentlich erschwert; daher sind bereits auch Anordnungen solcher Art bekannt, bei denen zwecks Beseitigung dieser Schwierig keit die Zu- und Ableitung des im Innern der Plattenpaare strömenden Arbeitsmittels quer zur Plattenebene erfolgt. Um dies zu e7.-möglichen, ist in den Innenraum jedes ein zelnen Plattenpaares eine zwischen den Plat- ten irgendwie befestigte, in der Mitte durch brochene Einlage, z.
B. ein Ring, eingebaut, der an seinem Umfange mit für den Durch lass des Arbeitsmittels dienenden, radialen Öffnungen (Bohrungen) versehen ist. Diese Einlagen bezw. Ringe sind zwischen den Platten der aufeina.ndergelegten Plattenpaare übereinander angeordnet und sind senkrecht zu den Platten miteinander und mit den Platten in dichtender Weise zusa.mmenge- presst, wobei die Platten an den Durchbruch stellen der Einlagen in entsprechender Weise ausgeschnitten sind,
so dass auf diese Weise für das Arbeitsmittel höheren Druckes ge meinsame Zu- bezw. Ableitungskanäle ent stehen, die senluecht zu den Platten gerichtet sind und mit den Innenräumen der Platten paare in Verbindung stehen.
Die Wärmeüber tragung zwischen dem über diese Kanäle in den letzteren Raum eintretenden bezw. von hier austretenden Arbeitsmittel höheren Druckes und dem zwischen den Plattenpaaren strömenden Arbeitsmittel niedrigerenDruckes wird durch die Platten des Plattenbündels vermittelt, welche die Hochdruck- und Nie derdruck-Arbeitsräume voneinander abson dern.
Zum besseren Verständnis des Obengesag- ten ist ein Ausführungsbeispiel des in die ser letzteren Weise ausgebildeten, bekannten @#@Tärmeaustauschers in den Fig. 1 bis 3 dargestellt.
In dieser Ausführung, welche hinsichtlich der allgemeinen Anordnung der Plattenpaare, Einsatzringe sowie der Zu und Ableitungskanäle beispielsweise auch für die erfindungsgemässe Ausbildung massgebend sein kann, sind im Niederdruck-Arbeitsraum zwecks Vergrösserung der wärmeübertragen den Oberfläche Einsatzbleche eingesetzt, die in der Richtung der Durehströmung gewellt sind; die Anwendung dieser Einsatzbleche ist jedoch im Falle der Erfindung nicht. unbe dingt erforderlich und deshalb für die Erfin dung nicht kennzeichnend.
In der bekannten Ausführung gemäss Fig. 1 bis 3 sind die Platten 1 und 1' des verwendeten einzigen Plattenbündels mit ihren am Umfang verlaufenden Rändern 2 paarweise so aufeinandergeleg-t, dass zwischen ihnen für die Leitung des Arbeitsmittels höheren Druckes der Spalt 6 freigelassen ist. Zwecks Einführung des Arbeitsmittels in die Spalte 6 und zwecks Abführung desselben aus diesen Spalten sind die Platten mit den Vertiefungen 3 und 3' ausgebildet, in die die Ringe 4 bez-v. 4' eingesetzt sind. Nach Einsetzen der Ringe -erden die Platten an ihren Rändern paarweise, z.
B. mittels Ver- nietens, Verlötens, Vcrsch-,veissens, Aufbör- delns oder in anderer Weise verbunden, so dass die im Vorhergehenden erwähnten, aus ,je zwei Platten bestehenden Plattenpaare ent stehen.
Diese Plattenpaare sind derart an- eina.ndergeleggt, dass die Ringe 4 und 4', die an den Platten gegebenenfalls auch befestigt sein können, sieh mit den zwischen ihnen befindlichen Platten aufeinander abstützen, so da,ss die Öffnungen der Ringe sowie die in den Platten zu diesen konzentrisch ausge- schnittenen, kreisförmigen Öffnungen einan der decken.
Die Ringe 4 und 4' sind mit radialen Bohrungen 5 bezw. 5' versehen, welche zwischen den von den Plattenpaaren umschlossenen Spalten 6 und den aus den Ringen gebildeten Kanälen 7 bezw. 8 Ver- bindunc herstellen. Diese Kanäle sind durch Aneinanderpressen der Plattenpaare von dem zwischen den Platten befindlichen andern Arbeitsraum 16 (vom Niederdruck-Arbeits- raum) abgesperrt.
Das Plattenbündel ist in das Gehäuse 10 eingesetzt, und seine Platten sind zum Zwecke des erwähnten dichtenden Abschlusses aneinandergepresst. Dieses Zu sammenpressen kann z. B. mittels der Schrau benspindel 12 erfolgen, die die Plattenpaare bezw. die Ringe 4 und 4' durch Vermittlung der Versteifungsplatte 9 zusammenpresst und dieselben in einem am Gehäuse 10 sowie an den die Verlängerungen der Kanäle 7-8 bildenden Anschlüssen 13 bezw. 13' befestigt; es ist jedoch auch möglich, das Zusammen pressen der Platten z.
B. auf solche Weise zu bewerkstelligen, dass eine in die Boden platte 14 des Gehänses 10 eingeschraubte Schraube 15 sich auf die Versteifungsplatte 9 (Fig.l rechts) stützt. Zwecks Vergrösserung der \wärmeübertragenden. Oberfläche sind in dem Niederdruck-Arbeitsraum, welcher im Vergleich zum Hochdruck-Arbeitsraum einen grösseren Rauminhalt (grössere Spaltabmes sung) aufweist, sich auf die Platten der Plattenpaare stützende Einlagen angebracht,
die zwischen je zwei Plattenpaaren beispiels- weise aus den gewellten Blechen 17 und 18 und dem zwischen diesen angeordneten, glat ten Blech 19 bestehen.
Derartige Einlagen, die also gleichzeitig auch zur Abstützung zwischen den benachbarten Platten dienen, können sowohl zu diesem Zweck als auch zum Zwecke der Erhöhung der wärmeüber tragenden Oberfläche auch im Hochdruck- Arbeitsraum angebracht werden, und falls die Anwendung solcher Einlagen vermieden werden kann,
können die Platten auch mittels in sie eingepresster Stützrippen unmittelbar i aufeina nder abgestützt werden. Die Einsatz- bleche 17, 18 und 19 sind bei den Ringen 4 und 4' mit das Aufeinanderpressen derselben bezw. der Plattenvertiefungen $ bezw. 3' ermöglichenden, kreisförmigen Ausschnitten versehen.
In Fig. 1 und 3 sind die Durchströ- mungsrichtungen beider Arbeitsmittel (d. h. des Hochdruck- sowie des Niederdruck-Ar- beitsmittels) mit Pfeilen bezeichnet.
Ein wesentlicher Nachteil der soeben be schriebenen Wärmeaustauscher besteht darin, dass der gegenseitige Abstand der einzelnen Platten des Plattenbündels, insbesondere so weit es sich um den Niederdruck-Arbeifs- raum (d. h. gemäss den Fig. 1 bis 3 um den Arbeitsraum 16) handelt, nicht unter einen gewissen Wert, z. B. nicht unter 2 bis 3 mm, herabgesetzt werden kann.
In diesem Falle würde nämlich keine genügende Bauhöhe zur Verfügung stehen, um die zwischen den paar weise dichtend verbundenen Platten befind lichen Ringeinlagen auszubilden, in diesen die zum Durchlass des Arbeitsmittels dienen den Bohrungen anzubringen, ferner um ober- und unterhalb dieser Bohrungen eine dich tende Werkstoffschicht belassen zu können, obwohl es aus andern Gesichtspunkten, unter andern auch, um die in der Ausführung gemäss den Fig. 1 bis 3 verwendeten, gewell- ten Einlagen vermeiden zu können,
oder in je einem Plattenzwischenraum eine je klei nere Anzahl solcher Einlagen übereinander anwenden zu müssen, wünschenswert wäre, den Plattenabstand so weitgehend als möglich zu verringern. Die Erfindung ermöglicht die Beseitigung dieses Nachteils, unter Aufrecht erhaltung der allgemeinen Anordnung der beschriebenen Vorrichtung und des in ihrer Zerlegbarkeit liegenden Vorteils, durch Ver teilung der mit Bohrungen versehenen Ein lagen abwechselnd auf mehrere - wenigstens auf zwei - Zu- und Ableitungskanäle,
bezw. durch abwechselndes Anschliessen der zwi schen den paarweise verbundenen Platten ent standenen Arbeitsraumteile an diese Kanäle grundsätzlich in der Weise, wie dies bei spielsweise aus den in den Fig. 4 bis 14 dar gestellten Konstruktionseinzelheiten und aus der nachfolgenden Beschreibung derselben hervorgeht. Von den eben erwähnten Figuren zeigt Fig. 4 den Einbau der Ringe bezw. der durchbrochenen Einlagen zwischen die Plat ten der Plattenpaare.
In den Fig. 5, 7 und 9 sind von oben gesehen die miteinander ver bundenen Plattenpaare und die Anordnung der durch die Einlage gebildeten Kanäle an den einander gegenüberliegenden Enden der genannten Plattenpaare ersichtlich. Auf den Fig.6, 8 bezw. 10 sind die die einzelnen Platten der Plattenpaare dieser Anordnungen und schliesslich auf den Fig. 11 bis 14 einige zweckmässige Ausführungsvarianten der Ringeinlagen dargestellt.
In der Ausführung gemäss Fig. 5 sind, von der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten An ordnung abweichend, an den Plattenenden je zwei, in der Ausführung gemäss Fig. 9 hin gegen je drei Kanäle senkrecht zur Ebene der Platten ausgebildet.
Wie Fig.5, 7 und 9 zeigen, decken sich die übereinandergeschich- teten, dichtend verbundenen Plattenpaare in der Umgebung der Kanäle 7, 7' und 8, 8' (bezw. 7, 7', 7" und 8, 8', 8") nicht voll kommen, sondern sind von solcher Gestalt und abwechselnd so aneinandergelegt, dass die zur Zu- bezw. Ableitung des Arbeitsmittels dienenden, mit Einsatzring versehenen Teile zweier an ihrem Mittelteil nicht benach barten Plattenpaare miteinander in Berüh rung stehen, da auf einem Plattenpaare,
das zwischen zwei bei ihren Einsatzringen mit einander in Berührung stehenden Platten paaren liegt, der diese Berührung hindernde Teil fortgelassen ist. In der einfachsten Aus führung gemäss Fig. 5 sind sämtliche Plat tenpaare von der gleichen Gestalt, und zwar auf die Mittelebene 22-22 des Platten bündels bezogen, derart asymmetrisch, dass, falls die Plattenpaare I und II abwechselnd in Spiegelbildstellung (bezw. nach Umwen dung jedes zweiten Plattenpaares um die Achse 22-22) aufeinandergelegt werden, ein erfindungsgemässer Wärmeaustauschapparat entsteht.
Bei dem Plattenbündel gemäss Fig. 9, das je drei Zu- und Ableitungskanäle besitzt, sind im Gegensatz hierzu Platten von wenig stens zweierlei Schnittform erforderlich, da, wie dies aus der (drei aufeinanderfolgende Plattenpaare dieser Ausbildung in zerlegtem Zustand darstellenden) Fig. 10 ersichtlich ist, das Plattenpaar I durch seine Wendung um die Achse 22-22 in die Lage II gebracht, und hierdurch für die Plattenpaare I und Il dieselbe Plattenform verwendet werden kann,
während für die Platten III des Platten paares eine neue, zweite Schnittform vor gesehen werden muss. Das Ausschneiden der Platten I, II und III des Plattenbündels kann, in wenigstens zwei Formen, natürlich auch anders bewerkstelligt werden. Die an ein Plattenpaar anschliessenden Zu- oder Ableitungskanäle können in jeder Anordnung auch in anderer Weise geteilt sein. Eine derartige, ebenfalls aus vollkom men identischen Plattenpaaren bestehende, beispielsweise Variante der Anordnung ge mäss den Fig. 5 und 6 ist auf den Fig. 7 und 8 dargestellt.
Fig. 4, die ein am Ende des Plattenbün dels durch einen solchen Kanal gelegter Schnitt ist, zeigt klar, dass jener Teil der Plattenpare 26, 27<B>....</B> der die Berührung der Plattenpaare 23, 24, 25<B>...</B> bei den Ein satzringen hindern würde, fehlt; wenn also der auf Fig. 4 dargestellte Kanalteil im Falle der Ausführung gemäss Fig. 5 z. B. zum Kanal 7 gehört, so schliessen sich die Innen räume der Plattenpaare 26, 27 ... in einer der Fig. 4 entsprechenden Weise an den Kanal 7' an, anderseits sind in der Umgebung dieses letzteren Kanals die die Berührung hindernden Teile der Plattenpaare 23, 24, 25 ... entfernt.
Diese Anordnung ermöglicht es, in der aus Fig. 4 eisichtlichen Weise die Höhe der Einsatzringe von dem Platten- abstand innerhalb gewisser Grenzen unab hängig zu machen, d. h. auch bei baulich befriedigender Ringhöhe geringere Platten spalte als in den Fig. 1 bis 3 anzuwenden.
Während nämlich in der bekannten Anord nung gemäss Fig. 1 bis 3 die Höhe des Ein satzringes im besten Falle dem im Platten bündel gemessenen Teilungsabstand der äusse ren Platten einer aus drei aufeinanderfolgen den Platten bestehenden Plattengruppe an dem mittleren Teil des Bündels gleichkommt, kann dieselbe Abmessung im Falle der An wendung von je zwei Kanälen (F'ig. 5) prak tisch das Doppelte, und im Falle der Anwen dung von je drei Kanälen (Fig. 9) das Drei fache des erwähnten Plattenabstandes betra gen, usw.
Die Verringerung der Höhenabmessung der Einsatzringe unter einen gewissen Grenz wert ist, wie dies dem aus der Fzg. 4 ersicht lichen Ringquerschnitt zu entnehmen ist, liauptsäehlich durch den Umstand gehindert, dass auch der Querschnitt der in den Ringen ausgebildeten Durchlassbohrungen 28 genü gend reichlich sein muss, und dabei oberhalb und unterhalb der Bohrungen noch eine ge nügende Werkstoffschichtenhöhe verbleiben muss,
um die zwischen die Stirnflächen von je zwei benachbarten Ringen fallenden Plat tenteile gegenüber dem im Hochdruck- Arbeitsraum herrschenden Druck durch die Ringe in dichtender Weise gut zusammen pressen zu können. Die auf Fig. 11 ersicht liche Ausführungsvariante des Ringes kann in dieser Hinsicht, insbesondere was das Herausarbeiten der Bohrungen betrifft, in gewissem Masse bereits als zweckmässiger betrachtet werden.
Eine noch zweckmässigere Variante stellen die Fig. 12 und 13 dar, von welchen die F'ig.12 eine Oberansicht der Einlage, die Fig. 13 hingegen ein Zylinder schnitt derselben ist. Gemäss diesen Figuren besteht die Einlage aus drei Ringen, und zwar aus den äussern, ebenen Druckringen 29 und 30 und einem zwischen diesen befind lichen Faltring 31, dessen Falten durch Pressen hergestellt sind.
Die Durchlassöff- nungen des Einsatzringes werden in diesem Falle durch die Wellenzwischenräume des Faltringes gebildet. Die äussern Druckschei ben 29 und 30 sind zur Erzielung des erfor derlichen Dichtungsdruckes nötig und können zweckmässigerweise an den Faltring auch an geschweisst werden. Eine weitere Variante ist in Zylinderschnitt auf Fig. 14 dargestellt; in dieser Ausführung besteht die Einlage aus dem gezahnten Ring 32 und der sich auf die Zähne des letzteren stützenden Druck scheibe 33. Die Kanaleinlagen können ausserdem noch sehr verschiedenartig ausgebildet werden. So kann man z.
B. den Falten in der Ausfüh rung gemäss den Fig. 12 und 13 auch einen '-Querschnitt geben, und es können die Ringe im Falle der Ausführung gemäss Fig. 4 sowohl in der Ebene der Bohrungen als, auch senkrecht hierzu geteilt sein; ausserdem kön nen diese in allen Ausführungsfällen an einer Stelle des Umfanges auch aufgeschnit ten sein. Dabei müssen die Einlagen auch nicht unbedingt kreisringförmig sein; sie können vielmehr in der Oberansicht auch eine ovale, viereckige oder vieleckige Form haben.
Zur Sicherung des Abstandes der benach barten Platten können auch bei den beschrie benen Ausführungsformen in die Platten ein gepresste Rippen oder zwischengelegte ge furchte Blecheinlagen dienen, wobei die letz teren mit den wärmeübertragenden Platten zweckmässigerweise auch verschweisst werden können. Die Anwendung derartiger gefurch ter Einsatzbleche ist hauptsächlich dann be- gründet,
wenn in irgendeinem Arbeitsraum (in erster Linie im Arbeitsraum von niedri gerem Drucke und grösserem Rauminhalt) die Vergrösserung der wärmeübertragenden Ober fläche erwünscht ist.
Die Stützrippen bezw. die Furchen der Einsatzbleche müssen selbst verständlich so ausgebildet werden, dass die selben gleichzeitig auch die Strömung führen und die gute Verteilung des strömenden Arbeitsmittels in dem Strömungsraum zwi schen den Platten sichern, Wie die Fig.9 und 10 zeigen, tritt die Notwendigkeit der Befriedigung dieser letzteren Forderung um so mehr in den Vordergrund, je grösser (z. B.
drei gegenüber zwei) die Anzahl der Zu- und Ableitungskanäle ist, da in einem .solchen Falle in erhöhtem Masse möglich ist, dass sich in den zwischen den Platten befindlichen Räumen vom Standpunkte der Strömung iso lierte (tote) Räume bilden. Die Beseitigung dieses Nachteils wird z. B. im Falle der Aus: führung gemäss den Fig. 9 und 10 im erwähn ten Sinne durch in die Bleche eingepresste, strömungsführende und stützende Rippen 34 ermöglicht.
Der Vollständigkeit halber wird bemerkt, dass die aus miteinander dichtend verbunde nen Platten bestehenden Plattenpaare sich auch in ihren wärmeübertragenden, mittleren Teilen nicht unbedingt decken müssen, sondern sie gegeneinander in ihren ' Ebenen in bezug auf die Strömungsrichtung abwechselnd nach rechts und nach links auch verschoben wer den können.
Demzufolge wird zwar die Spalt abmessung im Niederdruck-Arbeitsraum in der Nähe der Seitenkanten der gegeneinander abwechselnd verschobenen Plattenpaare ver grössert; dies verursacht jedoch gewöhnlich keine namhafte Verschlechterung des Wir kungsgrades der Wärmeübertragung; ander seits kann man hierdurch gegebenenfalls eine bessere und leichtere Anordnung der an dem selben Plattenende ausgebildeten Zu- und Ableitungskanäle erhalten, besonders wenn die Plattenbreite im Vergleich zum Kanal durchmesser nicht sehr gross ist.
Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher eignet sich hauptsächlich zur Erwärmung bezw. Abkühlung von gasförmigen Arbeits mitteln im Gegenstrom, was besonders beim Betrieb von Gasturbinen oder andern mit Wärmeaustauschern arbeitenden Wärmekraft- maschinenanlagen hervorragende Wichtigkeit besitzt.
In diesem Falle strömt in den zweckmässig mittels. elektrischer Linien schweissung - dichtend abgeschlossenenPlat- teninnenräumen das Arbeitsmittel von höhe rem Druck und niedrigerer Temperatur, welches bei dem zur Verfügung stehenden Temperaturgefälle die Wärmemenge des im andern Arbeitsraume strömenden Arbeits mittels von niedrigerem Druck und höherer Temperatur übernimmt.