DE1064540B - Heat exchanger block made of elongated, parallel heat exchangers - Google Patents

Heat exchanger block made of elongated, parallel heat exchangers

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DE1064540B
DE1064540B DEL25034A DEL0025034A DE1064540B DE 1064540 B DE1064540 B DE 1064540B DE L25034 A DEL25034 A DE L25034A DE L0025034 A DEL0025034 A DE L0025034A DE 1064540 B DE1064540 B DE 1064540B
Authority
DE
Germany
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exchanger
openings
walls
block
pressure
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Pending
Application number
DEL25034A
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German (de)
Inventor
Friedrich Wilhelm Holler
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Es ist bekannt, mehrere längliche, zueinander parallel liegende und strömungsmäßig hintereinandergeschaltete Wärmetauscher mit stirnseitigen Ein- und Ausströmungsöffnungen für das eine der wärmetauschenden Medien und an den Tauscherseiten liegenden Ein- und Ausströmungsöffnungen für das zweite der Medien in Abständen voneinander anzuordnen, die jeweils etwa so groß sind wie die Quererstreckung der einzelnen Tauscher, wobei zwischen diesen Tauschern Überleitungsrohre für das zweite Medium und Verbindungsteile für die starre Verbindung der Tauscher und stirnseitig Überleitungsrohre für das erste Medium vorgesehen sind. Solche Wärmetauscher lassen sich schwer zu einem Wärmetauscherblock vereinigen, da ihre Seiten oder Wände meist mit Erhebungen, wie Schweißnähten, Nietköpfen, Schraubenköpfen usw., versehen sind. Außerdem fehlen seitliche Anlagewände, die ein leichtes Zusammenfügen der einzelnen Elemente zu einem Block ermöglichen.It is known to have several elongated, mutually parallel and flow-connected one behind the other Heat exchanger with frontal inlet and outlet openings for one of the heat exchangers Media and inlet and outlet openings located on the exchanger sides for the second of the To arrange media at a distance from each other that are each about as large as the transverse extent of the individual exchanger, with transfer pipes for the second medium and connecting parts between these exchangers for the rigid connection of the exchanger and transfer pipes at the front for the first medium are provided. Such heat exchangers are difficult to combine into one heat exchanger block, as their sides or walls usually have elevations, such as weld seams, rivet heads, screw heads, etc., are provided. In addition, there are no lateral system walls that allow easy assembly of the individual Enable elements to form a block.

Zweck der Erfindung ist, einen Wärmetauscherblock zu schaffen, bei dem die einzelnen Tauscher mit stirnseitigen und seitlichen Ein- und Ausströmöffnungen versehen sind, der aber leicht zusammenfügbar ist. Zu diesem Zweck wird jeder Wärmetauscher an beiden Enden im Bereich der stirnseitigen und seitlichen Ein- und Ausströmöffnungen von jeweils einem für sämtliche Tauscher gleichen Anschlußkasten umgeben, wobei jeder Anschlußkasten zwei parallel gegenüberliegende und parallel zur Längsachse der Wärmetauscher verlaufende Anschluß wände sowie jeweils zwei vom Wärmetauscher durchstoßene und parallel gegenüberliegende Stirnwände aufweist.The purpose of the invention is to create a heat exchanger block, in which the individual exchanger with front and side inflow and outflow openings are provided, but which can easily be put together. For this purpose, each heat exchanger is attached at both ends in the area of the front and side Inlet and outflow openings are each surrounded by a connection box that is the same for all exchangers, each junction box having two parallel opposite and parallel to the longitudinal axis of the heat exchanger running connection walls and two parallel and pierced by the heat exchanger having opposite end walls.

Die Anschlußkästen werden zweckmäßigerweise über die Enden der einzelnen Wärmetauscher gestülpt. Es ist ein einfacher harmonischer Aufbau des Blocks gegeben. Der Fertigungs- und Montageaufwand ist wegen der Einfachheit der Anschlußkästen und der schnell durchzuführenden Verbindung der Anschlußkästen untereinander und mit den Zu- und Abströmkästen gering.The junction boxes are expediently slipped over the ends of the individual heat exchangers. There is a simple, harmonious structure of the block. The manufacturing and assembly costs are because of the simplicity of the junction boxes and the quick connection of the junction boxes with each other and with the inflow and outflow boxes.

Die Anschlußkästen können z. B. quader-, würfelförmig oder prismatisch sein. Ihre Form hängt unter anderem von der Querschnittsform des einzelnen Tauschers und davon ab, ob die Tauscher des Blocks geradlinig oder kurvenförmig nebeneinanderliegen. In jedem Fall liegen aber die Tauscher unter Parallellage von jeweils zwei koordinierenden Tauscheranschlußseitenwänden, auf die längliche Erstreckung der Tauscher bezogen, parallel nebeneinander.The junction boxes can, for. B. cuboid, cube-shaped or prismatic. Their shape hangs below among other things on the cross-sectional shape of the individual exchanger and on whether the exchanger of the block straight or curved side by side. In any case, however, the exchangers are below the parallel position of two coordinating exchanger connection side walls, on the elongated extent of the Exchangers related, parallel to each other.

Zwei koordinierende Wände sind die Anschlußseitenwand des Kastens eines Tauschers und die dieser Seitenwand nach Anschluß des benachbarten Tauschers parallel gegenüberliegende Anschlußseitenwand des benachbarten Tauschers. Diese beiden Seiten-Wärmetauscherblock aus länglichen,
parallel zueinander liegenden
WärmetauschernTwo coordinating walls are the connection side wall of the box of an exchanger and the connection side wall of the adjacent exchanger which is parallel opposite this side wall after the adjacent exchanger has been connected. These two side heat exchanger blocks made of elongated,
lying parallel to each other
Heat exchangers

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent Administration - G. m. B. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Friedrich Wilhelm Holler, Essen-Rüttenscheid,Friedrich Wilhelm Holler, Essen-Rüttenscheid,

ist als Erfinder genannt worden /$£*~F;<>has been named as the inventor / $ £ * ~ F; <>

wände können unmittelbar aneinanderliegen. Es kann sich aber auch zwischen ihnen eine tauscherfremde Wand befinden. Bei Verwendung quader- oder würfelförmiger Anschlußkästen liegen sämtliche Tauscheranschlußseitenwände des Blocks parallel zueinander.walls can be in direct contact with one another. But there can also be a foreign exchange between them Wall. When using cuboid or cube-shaped connection boxes, all exchanger connection side walls are located of the block parallel to each other.

Vorzugsweise werden die Stirnwände der Anschlußkästen mit dem Außenumfang des Tauschers verschweißt. Bei dem Block gemäß der Erfindung sind alle Voraussetzungen für Auswechseln oder Herausnahme der Einzeltauscher (Blockelemente) gegeben. Dies ist z. B. bei Schäden, bei Versuchen und bei Umbau notwendig. Des weiteren ergibt sich durch die jetzt gegebene Möglichkeit der Aufteilung eines großen Wärmetauschers, z. B. eines solchen für Gasturbinenanlagen, in kleine Einheiten gemäß der Erfindung und Zusammenschluß der kastenbehafteten Einheiten zu dem Block gemäß der Erfindung eine leichte Auswechselbarkeit der Tauscher, die Möglichkeit der nachträglichen Vergrößerung des Blocks zur Verminderung der Druckverluste und/oder Vergrößerung des Wärmeaustauschergrads (Parallelschaltung) und eine bedeutende Transporterleichterung. All diese Punkte machten bei bekannten Tauschern erhebliche Schwierigkeiten oder waren überhaupt nicht durchführbar. The end walls of the connection boxes are preferably welded to the outer circumference of the exchanger. In the case of the block according to the invention, all requirements are for replacement or removal the individual exchanger (block elements) given. This is e.g. B. in the event of damage, tests and modifications necessary. Furthermore, there is now a possibility of dividing up a large heat exchanger, e.g. B. one for gas turbine plants, in small units according to the invention and joining together the box-type units to form the block according to the invention easy interchangeability of the exchanger, the possibility of subsequent enlargement of the block for Reduction of the pressure loss and / or increase of the heat exchanger degree (parallel connection) and a significant ease of transport. All these points made significant for known exchangers Difficulties or were not feasible at all.

Ein gefälliges Aussehen erhält der einzelne Tauscher, wenn zwischen den beiden Anschlußkästen ein den Tauscher umschließender, mit den Anschlußkästen mediumdicht verbundener Hohlzylinderkörper, der gegebenenfalls als Druckmantel ausgelegt ist, vorgesehen ist. Dieser Körper kann grundsätzlich jeden brauchbaren Querschnitt aufweisen.The individual exchanger has a pleasing appearance if there is a connection between the two connection boxes Hollow cylindrical body enclosing the exchanger and connected to the junction boxes in a medium-tight manner, the is optionally designed as a pressure jacket, is provided. This body can basically anyone have a useful cross-section.

Der Querschnitt hängt insbesondere von der Tauscherquerschnitts form ab. Der Körper erhält seine besondere Bedeutung, wenn das seitlich ein- und ausströmende Medium gegenüber der AußenatmosphäreThe cross-section depends in particular on the shape of the exchanger cross-section. The body gets its special Significance when the medium flowing in and out from the side compared to the outside atmosphere

S09 610/258S09 610/258

Claims (1)

od. dgl. unter Überdruck steht. Sollen oder dürfen dann die Tauscherseiten bzw. die Tauscherseitenwände, wenn vorhanden, nicht belastet werden, dann wird der Hohlzylinderkörper zweckmäßigerweise als Druckmantel ausgelegt. Handelt es sich um einen Block, bei dem das seitlich einströmende Medium sich unter Überdruck befindet, dann sind gemäß der Erfindung die beiden zwischen den tauscherstirnseitigen Endstirnwänden der Anschlußkästen und dem Tauscher befindlichen Spalte druckdicht verschlossen und ist zwischen den Stellen der medium- und auch druckdichten Druckmantel-Kasten-Verbindung und dem Tauscher freier Durchtritt in den Raum zwischen Druckmantel und Tauscher vorhanden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um schmale Spalte, insbesondere um von z. B. quadratischen Kastenstirnwandöffnungen und dem Tauscher gebildete schmale Spalte, über die die Verbindung mit den Zwischenkanälen erfolgt. Die durch die Spalte strömende kleine Leckmenge wird zur Wärmeisolierung des Druckmantels nach außen ausgenutzt. Die Leckmenge strömt im Raum zwischen Mantel und Tauscher relativ langsam, so daß ein erwünschter schlechter Wärmeübergang vom Tauscher zur Leckmenge gegeben ist. Durch die Wärmeisolierung des Mantels mittels der Leckmenge ist auch eine geringe Wärmelängsdehnung des Mantels gegeben (besserer Einbau der Gesamttauscher). Insbesondere ist ein Block gemäß der Erfindung so beschaffen, daß die Tauscher quadratischen Querschnitt aufweisen, die Anschlußkästen des Blocks würfelförmig sind, in den Würfelwänden des Blocks je eine quadratische, würfelkantenparallele öffnung vorgesehen ist und diese öffnungen gleich groß sind. Somit ist eine weitere Vereinfachung des Blockaufbaues und eine noch kürzere Fertigungszeit gegeben. Vorzugsweise werden auch die seitlichen Ein- und Ausströmöffnungen des eigentlichen Tauschers quadratisch ausgeführt. Ein Verband aus Blöcken gemäß der Erfindung kann so erhalten werden, daß zwei Tauscherreihen, also zwei Tauscherblöcke, unter Nebeneinanderlage entsprechender Anschlußkästen zu einer Doppelreihe zusammengefügt sind, bei der für das seitlich ein- und austretende Medium jeweils zwei an den Außenseiten des Blocks liegende Reihen Durchströmöffnungen vorgesehen sind. Die im allgemeinen senkrecht zu den Tauscheranschlußseitenwänden stehenden, im Verband aneinanderliegenden oder unter Zwischenschalten von tauscherfremden Wänden aneinanderliegenden Kastenseitenwände der beiden Reihen liegen dabei vorzugsweise tauscherparallel, so daß sämtliche Tauscher des \Terbandes tauscherparallel zueinander liegen. Diese Kastenseitenwände sind im Falle der Verbandschaltung also auch Tauscheranschlußseitenwände, sie werden aber der Unterscheidungskraft wegen als Kastenseitenwände bezeichnet. Auch ist es meist notwendig, Wärmedehnungen der Tauscherteile zu berücksichtigen und hierfür erforderliche Maßnahmen zu treffen bzw. Einrichtungen vorzusehen. Gemäß der Erfindung werden daher die zwischen Kastenstirnwänden und Tauscher befindlichen Spalte unter Einbau eines Kompensators, der bei durch Wärmelängsdehnungen auftretenden Relativverschiebungen nachgibt, verschlossen, gegebenenfalls druckdicht verschlossen. Insbesondere sind Tauscher aus dem bzw. in den Block oder Verband aus- bzw. einschiebbar. Dafür oder überhaupt können tauscherfremde Wände zwischen den Tauschern, also zwischen den Kästen der Tauscher, vorgesehen sein. Diese Wände sind aber nicht unbedingt notwendig. Weiterhin ist es zweckmäßig, die Tauscher des Blocks oder des Blockverbandes durch Schrauben oder Anker zusammenzuhalten, speziell dann, wenn keine tauscherfremden Wände zum Ein- und Ausschieben vorgesehen sind. In der Zeichnung ist ein aus zwei Blöcken gemäß der Erfindung bestehender Blockverband als Ausführungsbeispiel dargestellt. Es handelt sich dabei um einen Tauscher für Hochdruckluft, die in dem Tauscher erwärmt wird, und Niederdruckgas, das diese Luft erwärmt. Das Niederdruckgas ist das Abgas einer Gasturbine und die Hochdruckluft die für die Verbrennung des Brennstoffes in der Brennkammer benötigte Luft der Gasturbinenanlage. Gemäß der Zeichnung ist jeder Tauscher im Bereich der seitlichen Ein- und Ausströmöffnungen 10 und 11, die im Gebiet der Tauscherstirnenden 24 und 25 Hegen, von für sämtliche Tauscher gleichen würfelförmigen Anschlußkästen 12 (Einströmkästen) und 13 (Ausströmkästen) umgeben. Jeder Anschlußkasten 12, 13 weist zwei parallel gegenüberliegende, parallel zur Tauscherlängsrichtung 14 liegende Tauscheranschlußseitenwände 15 und 16 und vom Tauscher durchstoßene Stirnwände 17, 18, 19 und 20 auf. Die den Öffnungen 10 und 11 gegenüberliegenden Kastenseitenwände 21 liegen im Falle des Ausführungsbeispiels senkrecht zu den Wänden 15 und 16, da es sich bei den Anschlußkästen um Würfel handelt. Die Wände 21 sind mit Durchströmöffnungen 22 für das seitlich ein- und ausströmende Medium versehen. 15 und 16' sind zwei koordinierende Tauscheranschlußseitenwände. Der Druckmantel ist mit 23 bezeichnet. Dieser Mantel ist mit den Anschlußkästen 12 und 13 verschweißt. Zwischen den Schweißstellen und dem Tauscher ist freier Luftdurchtritt in den Raum zwischen Mantel 23 und Tauscher vorhanden. Die Spalte 27 sind druckdicht verschweißt, und die Spalte 26 sind unter Einbau des obengenannten Kompensators druckdicht verschlossen. In sämtlichen Würfelwänden des Blockverbandes sind quadratische, würfelkantenparallele Öffnungen 22, 28 usw. vorgesehen, und sämtliche Würfelwandöffnungen sind gleich groß. Lediglich die Öffnungen 38 werden nachträglich, z. B. durch Platten, verschlossen. Der Verband ist somit äußerst billig herstellbar. Der Block- oder Verbandaufbau bietet den Vorteil, daß ein oder zwei Reihen nebeneinanderliegender Durchströmöffnungen mit dem Hohlraum eines diese Öffnungen umschließenden Zu- bzw. Abströmkastens in Verbindung stehen. Es handelt sich um die Durchströmöffnungen 22 und 30. Die letzten sind für das stirnseitig ein- und austretende Medium vorgesehen. Die Zu- und Abströmkästen sind aus der Zeichnung ersichtlich. Zum Beispiel ist der Abgasabströmkasten mit 29 und ein Luftzuströmkasten mit 31 bezeichnet. Sämtliche genannten mediumdichten Verbindungen So sind bei Verwendung von unter Überdruck stehenden Medien druckdichte Verbindungen. Patentansprüche:or the like. Is under overpressure. If the exchanger sides or the exchanger side walls, if any, are not to or may not be loaded, then the hollow cylinder body is expediently designed as a pressure jacket. If it is a block in which the medium flowing in from the side is under overpressure, then, according to the invention, the two gaps located between the end walls of the connection boxes and the exchanger are closed pressure-tight and between the points of the medium- and pressure-tight pressure jacket -Box connection and the exchanger free passage into the space between the pressure jacket and exchanger. These are preferably narrow gaps, in particular from z. B. square box end wall openings and the exchanger formed narrow gaps through which the connection with the intermediate channels takes place. The small amount of leakage flowing through the gap is used to insulate the pressure jacket from the outside. The amount of leakage flows relatively slowly in the space between the jacket and exchanger, so that there is a desired poor heat transfer from the exchanger to the amount of leakage. The thermal insulation of the jacket by means of the leakage also results in a low thermal elongation of the jacket (better installation of the overall exchanger). In particular, a block according to the invention is such that the exchangers have a square cross-section, the junction boxes of the block are cube-shaped, a square opening parallel to the cube edge is provided in each of the cube walls of the block and these openings are the same size. This results in a further simplification of the block structure and an even shorter production time. The lateral inflow and outflow openings of the actual exchanger are also preferably designed to be square. An association of blocks according to the invention can be obtained in such a way that two rows of exchangers, i.e. two exchanger blocks, are joined together with corresponding junction boxes to form a double row, with two rows of flow openings on the outside of the block for the medium entering and exiting from the side are provided. The box side walls of the two rows, which are generally perpendicular to the exchanger connection side walls, are juxtaposed in association or adjoin one another with the interposition of non-exchanger walls, are preferably parallel to the exchanger, so that all the exchangers of the band are parallel to each other. In the case of the connection circuit, these box side walls are also exchanger connection side walls, but they are referred to as box side walls for the sake of distinctive character. It is also usually necessary to take into account thermal expansion of the exchanger parts and to take the necessary measures or to provide facilities for this. According to the invention, the gaps located between the box end walls and the exchanger are therefore closed, optionally closed in a pressure-tight manner, with the installation of a compensator which yields in the event of relative displacements occurring due to longitudinal thermal expansion. In particular, exchangers can be removed from or inserted into the block or assembly. For this or at all, non-exchanger walls can be provided between the exchangers, that is to say between the boxes of the exchangers. However, these walls are not absolutely necessary. Furthermore, it is useful to hold the exchangers of the block or the block association together with screws or anchors, especially when no non-exchanger walls are provided for pushing in and out. In the drawing, a block association consisting of two blocks according to the invention is shown as an exemplary embodiment. It is an exchanger for high-pressure air, which is heated in the exchanger, and low-pressure gas, which heats this air. The low-pressure gas is the exhaust gas of a gas turbine and the high-pressure air is the air of the gas turbine system required for the combustion of the fuel in the combustion chamber. According to the drawing, each exchanger in the area of the lateral inflow and outflow openings 10 and 11, which in the area of the exchanger front ends 24 and 25, is surrounded by cube-shaped connection boxes 12 (inflow boxes) and 13 (outflow boxes) that are the same for all exchangers. Each connection box 12, 13 has two exchanger connection side walls 15 and 16 lying parallel to the longitudinal direction 14 and lying parallel to one another and end walls 17, 18, 19 and 20 pierced by the exchanger. The box side walls 21 opposite the openings 10 and 11 are perpendicular to the walls 15 and 16 in the case of the exemplary embodiment, since the connection boxes are cubes. The walls 21 are provided with throughflow openings 22 for the medium flowing in and out from the side. 15 and 16 'are two coordinating exchanger connection side walls. The pressure jacket is denoted by 23. This jacket is welded to the junction boxes 12 and 13. There is free passage of air into the space between the jacket 23 and the exchanger between the welds and the exchanger. The gaps 27 are welded in a pressure-tight manner, and the gaps 26 are closed in a pressure-tight manner with the installation of the above-mentioned compensator. In all of the cube walls of the block association, square openings 22, 28 etc. parallel to the cube edges are provided, and all of the cube wall openings are of the same size. Only the openings 38 are subsequently, for. B. closed by plates. The association is therefore extremely inexpensive to manufacture. The block or bandage structure offers the advantage that one or two rows of adjacent throughflow openings are connected to the cavity of an inlet or outlet box surrounding these openings. These are the throughflow openings 22 and 30. The last ones are provided for the medium entering and exiting at the front. The inlet and outlet boxes can be seen in the drawing. For example, the exhaust gas outflow box is denoted by 29 and an air inflow box is denoted by 31. All of the above-mentioned medium-tight connections are pressure-tight connections when media under overpressure are used. Patent claims: 1. Wärmetauscherblock aus länglichen, parallel zueinander liegenden Wärmetauschern mit stirnseitigen Ein- und Ausströmöffnungen für das eine der wärmetauschenden Medien und an den Wärmetauscherseiten liegenden Ein- und Ausströmöffnungen für das zweite der Medien, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmetauscher an jedem Ende 1. Heat exchanger block made of elongated, parallel heat exchangers with frontal inlet and outlet openings for one of the heat exchanging media and inlet and outlet openings on the heat exchanger sides for the second of the media, characterized in that each heat exchanger at each end
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1578830A (en) * 1921-08-12 1926-03-30 Griscom Russell Co Heat exchanger
DE699810C (en) * 1938-05-20 1940-12-06 Buckau R Wolf Akt Ges Maschf and gaseous steam or broth

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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