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Wellplatten-Wärmeaustauscher für gasförmige und flüssige Medien mit
vorwiegendem Gegenstrom oder Gleichstrom derselben Bei Plattenwärmeaustauschem,
die aus einer Anzahl von Platten mit parallel zueinander verlaufenden Wellen oder
Rinnen zur Begrenzung der von den beiden Medien durchströmten Querschnitte bestehen,
kann das wirkungsmäßig vorteilhafte Gegenstromprinzip - entsprechendes gilt für
Gleichstrom - bisher in konstruktiver Hinsicht vor allem in den Endbereichen bezüglich
der voneinander getrennten Zu- und Abführung der beiden Medien Schwierigkeiten bereiten.
Man hat sich deshalb vielfach zur Anwendung des Querstromprinzips entschlossen,
das aber schon wegen der vergleichsweise größeren Strömungswiderstände, vor allem
bei Verwendung von Wellplatten od. dgl. zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen,
und der in den Strömungsrichtungen beider Medien ungleichmäßigen Temperaturdifferenzen
zwischen diesen an den verschiedenen Stellen des Austauschers weniger vorteilhaft
ist.
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Ferner gibt es auch schon Konstruktionen, bei denen zwar das Gegenstromprinzip
im wesentlichen durchgeführt ist, die Zu- und Abführung der beiden Austauschmedien
aber in einer ganz bestimmten Weise den jeweils gegebenen Verhältnissen angepaßt
werden mußte. So sind bei einem derartigen, insbesondere für Brennkraftmaschinenanlagen
als Luftvorwärmer bestimmten Austauscher die zur Bildung der Strömungskanäle mit
abwechselnd gegeneinander versetzten Wellen angeordneten gepreßten Bleche an beiden
Enden im Sinne schräg verlaufender Ein- bzw. Austrittsrichtungen gegabelt. Bei einem
anderen Austauscher sind die zwischen Flachblechen in Längsrichtung derselben sich
erstreckenden, aber zugleich auch über deren ganze Breite durchgehenden Kanäle für
jedes Medium am Eintrittsende offen und am Austrittsende geschlossen; dabei ist
außer der entgegengesetzt seitlichen Abführung beider Medien mittels rechtwinklig
angeschlossener kastenförmiger Stutzen für die Zuführung des wärmeabgebenden Mediums
am oberen Ende eine Haube mit einem ebenfalls rechtwinklig angeschlossenen kastenförmigen
Stutzen vorgesehen, um dieses zunächst seitlich einströmende Medium dann im wesentlichen
in Längsrichtung den parallelen Kanälen zuzuleiten.
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Die Erfindung geht von dem eingangs genannten Prinzip eines Wellplatten-Wärmeaustauschers
für gasförnüge und flüssige Medien aus, bei dem durch ein Bündel gewellter Platten
parallele Kanäle in Längsrichtung des Austauschers für einen vorwiegenden Gegenstrom
oder Gleichstrom der beiden Medien gebildet werden. Dabei soll ferner der Eintritt
und Austritt des einen Mediums in Richtung des Gegenstromes oder Gleichstromes an
den beiden Enden des Austauschers, der Eintritt und Austritt des anderen Mediums
quer dazu an der einen bzw. anderen Seite des Austauschers erfolgen.
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Eine solche Bauart übernimmt etwas von jeder der beiden vorerwähnten
bekannten Konstruktionen und verbindet dadurch die wirkungsmäßig vorteilhafte Unterteilung
des ganzen Strömungsquerschnittes jedes Mediums nach zwei Querrichtungen des Austauschers
mit einer zweckmäßigen Zu- und Abführung der beiden Medien an voneinander getrennten
Stellen. In diesem Zusammenhang ist die Erfindung, um sowohl eine einfache Herstellung
des Austauschers als auch eine strömungstechnisch günstige Führung des in Querrichtung
zu- und abgeführten Mediums zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein Teil der Austauscherelemente, die in an sich bekannter Weise aus je zwei sich
spiegelbildlich gegenüberliegenden Wellplatten bestehen, beiderseits einer mittleren
Zone im Bereich von Übergangszonen in Breitenrichtung gekröpfte Wellen hat, wodurch
die Wellen benachbarter Elemente in den beiden Endzonen im Vergleich zur mittleren
Zone gegeneinander versetzt sind, und daß in den dadurch von den übergangszonen
an zwischen benachbarten Elementen über die ganze Breite derselben gebildeten zusammenhängenden
Zwischenräumen an den Enden des Austauschers entsprechend wellplattenförmige Füllstücke
mit einer zur Umlenkung des betreffenden Mediums aus der Querstromrichtung in die
Längsstromrichtung im
Eintrittsbereich bzw. umgekehrt im Austrittsbereich
gekrümmten Innenkante angeordnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung gibt es mehrere Ausführungsmöglichkeiten.
So können alle Plattenelemente in den Endbereichen um eine Viertelteilung, d. h.
ein Viertel einer Wellenlänge, in der Breitenrichtung gekröpfte Wellen haben und
abwechselnd um 180° um ihre Längsachse gedreht sich gegenüberliegen. Statt dessen
kann auch jedes zweite Plattenelement in den Endbereichen um eine halbe Teilung,
d. h. eine halbe Wellenlänge, in der Breitenrichtung gekröpfte Wellen haben.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform
beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein ungekröpftes Wellplattenelement
von der Seite, Fig. 1 a dasselbe in Stirnansicht, Fig. 2 ein gekröpftes Wellplattenelement
von der Seite, Fig.2a und 2b dasselbe in zwei verschiedenen Querschnitten B-B
bzw. A-A der Fig. 2, Fig. 3 ein gekröpftes Wellplattenelement mit flachgedrückten
Längskanten von der Seite, Fig. 3 a dasselbe in Stirnansicht, Fig. 4 ein Füllstück
von der Seite, Fig. 4 a dasselbe in Stirnansicht, Fig. 5 und 6 ein Teil eines aus
mehreren Elementen bestehenden Bündels in zwei verschiedenen, den Schnittlinien
B-B bzw. A-A der Fig. 2 entsprechenden Querschnitten, Fig. 7 eine bestimmte Stelle
eines solchen Bündels in größerem Maßstab und Fig.8 eine schematische Darstellung
der Strömungswege der beiden Medien.
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Jedes Element des Wellplatten-Wärmeaustauschers besteht aus zwei sich
spiegelbildlich gegenüberliegenden rechteckigen Platten 1 aus dünnem Blech oder
einem sonstigen für den jeweiligen Verwendungszweck in Betracht kommenden Werkstoff
mit in Längsrichtung verlaufenden Wellen, die durch Linien 3 angedeutet sind. Dadurch
werden in einem derartigen Plattenelement, wie z. B. aus Fig. 1 a ersichtlich, eine
Anzahl paralleler Längskanäle 2 gebildet. Die einander zugekehrten Wellenabschnitte
der beiden Platten können durch Heftschweißung od. dgl. miteinander verbunden sein:
das geschieht aber nur zum Zusammenhalt und zur gegenseitigen Versteifung, während
eine Trennung der vom gleichen Medium durchströmten Kanäle innerhalb eines Elementes
nicht unbedingt erforderlich ist. Infolgedessen kann sich die Verbindung auf einzelne
Punkte beschränken.
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Nach der Herstellung der Elemente aus je zwei Platten erfolgt die
seitliche Kröpfung der Wellen. Dieser Vorgang ist in den Fig. 2, 2a, 2b veranschaulicht.
Die die Wellen andeutenden Linien 3 verlaufen im Mittelbereich a, der sich über
den größten Teil der Gesamtlänge erstreckt, in Längsrichtung, in den beiderseits
davon liegenden Übergangsbereichen b etwas schräg seitlich und in den anschließenden
Endbereichen c wieder in Längsrichtung. Dementsprechend liegen die Kanäle 2 innerhalb
des Elementes, wie die Fig. 2a und 2b erkennen lassen, in den Bereichen a und c
in der Querrichtung versetzt zueinander, und zwar im vorliegenden Falle um eine
Viertelteilung. Nach dem Kröpfen werden die Seitenränder 4 der Elemente gemäß den
Fig. 3 und 3 a auf einer bestimmten Breite flachgedrückt. Wenn nun mehrere derartige
Plattenelemente zur Bildung eines ganzen Plattenbündels so nebeneinander oder übereinander
angeordnet werden, daß die Wellen benachbarter Elemente vom Mittelbereich a aus
zu den Endbereichen c hin nach entgegengesetzten Seiten gekröpft sind - zu diesem
Zweck ist jedes zweite Element um 180° um seine Längsachse zu drehen -, so entstehen,
wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, zwischen den Elementen nur im Mittelbereich
a voneinander getrennte Längskanäle 5, während von den Übergangsbereichen b an über
die ganze Breite der Elemente zusammenhängende, auch nach beiden Seiten offene Zwischenräume
6 gebildet werden.
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Die Zwischenräume sind durch ebenfalls wellplattenartige Füllstücke
7 in Längsrichtung der Elemente nach den Enden hin und in Querrichtung derselben
nach einer Seite hin abgeschlossen. Die dem Zwischenraum zugekehrte Innenkante 8
jedes Füllstückes ist so gekrümmt, daß eine strömungstechnisch vorteilhafte Umlenkung
des einen Mediums aus der Querstromrichtung am Eintritt in die Längsstromrichtung
der aktiven Mittelzone a bzw. aus dieser in die Querstromrichtung am Austritt erfolgt.
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Die flachgedrückten Ränder 4 der Elemente werden mit Zwischenleisten
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geschlossene Wände gebildet, die nur in einem Endbereich c für den Eintritt bzw.
Austritt des einen Mediums unterbrochen sind.
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An den anderen beiden Längsseiten können, falls der Austauscher für
größeren inneren Überdruck bestimmt ist, ebenfalls aussteifende Wände 10 vorgesehen
werden (Fig. 6). Abgesehen davon läßt sich das ganze Wellplattenbündel auch in an
sich bekannter Weise in einem ringsum geschlossenen druckfesten Gehäuse, z. B. einem
Rohr, unterbringen.
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In Fig. 8 ist ganz schematisch der vollkommen gerade Längsstrom M1
des einen Mediums und der S-förmige Quer-Längs-Quer-Strom M2 des anderen Mediums
dargestellt. Statt dessen können die Zu-und Abführung des letzteren auch auf der
gleichen Seite des Austauschers liegen, so daß dieses Strömungsbild U-förmig ist.
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An Stelle einer Viertelkröpfung der Wellen bei allen Elementen gemäß
der vorstehend beschriebenen Ausführung läßt sich der Erfindungsgedanke auch in
der Weise durchführen, daß die halbe Anzahl der Elemente vollkommen gerade in Längsrichtung
durchlaufende Wellen hat und bei der anderen halben Anzahl der Elemente die Wellen
in den betreffenden Bereichen b und c um je eine halbe Teilung in der Breitenrichtung
gekröpft sind. In diesem Falle brauchen nur abwechselnd ein Element ohne Kröpfungen
und ein Element mit Kröpfungen benachbart zu sein, wobei es gleichgültig ist, mit
welcher Seite sie sich gegenüberliegen.
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Im übrigen ist der Erfindungsgedanke nicht auf reine Wellplatten beschränkt,
sondern bezieht sich auch auf Platten mit entsprechenden Rinnen und sogenannte Streifenrohre.