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Plattenwärmeaustauscher mit auf jeder Seite in parallelen Reihen angeordneten
Rippen Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmeaustauscher, insbesondere
auf einen gußcisernen Kreuzstrom-Wärmeaustauscher, mit auf jeder Seite der Platten
angeordneten, zur Wärmeübertragung und zur Führung der wärmeaustauschenden Medien
dienenden Rippen, die in senkrecht zur Strömungsrichtung der wärmeaustauschenden
Medien liegenden parallelen Reihen angeordnet sind.
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Bei einem bekannten Wärmeaustauscher dieser Art liegen die beiderseitig
im wesentlichen durch ebene Flächen begrenzten Rippen der in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden
Rippengruppen fluchtend hintereinander, wobei die vorderen und hinteren Rippenenden
aufeinanderfolgender Rippengruppen abwechselnd nach links und nach rechts verhältnismäßig
scharfwinklig abgebogen sind. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß derartige verhältnismäßig
scharfwinklige Abbiegungen an den Rippenenden Wirbelbildungen hinter jeder einzelnen
Rippe auslösen, was höhere Strömungsverluste, geringere Wärmeübertragung und einen
weitgehenden Ausfall des Staubes innerhalb des Wärmeaustauschers zur Folge hat.
Andererseits hat es sich gezeigt, daß Rippen, die als über ihre ganze Länge ebene
und glatte Körper gestaltet und versetzt zueinander angeordnet sind, bei geringem
Strömungswiderstand allzu geringe Leistungen der Wärmeübertragung ergeben. Rippen
wiederum, die derart gestaltet sind, daß sie in Strömungsrichtung plötzliche Querschnittsänderungen
aufweisen, haben den Nachteil starker Wirbelbildung und erheblicher Staubablagerungen
im W ärmeaustauscher.
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Die Erfindung beruht auf der neuen Erkenntnis, daß alle beschriebenen
Nachteile der bekannten Konstruktionen vermieden und Wärmeaustauscher verhältnismäßig
hoher Wärmeübertragungsleistung erhalten werden, wenn die Rippen im zur Grundfläche
der Platte parallelen Längsschnitt der gemäß ihrer Längsmittellinie halbierten strömungstechnischen
Tropfenform entsprechen. Auf diese Weise ergeben , sich Wärmeaustauscher mit hohem
Wärmeübertragungskoeffizienten, hoher Leistung bei kleinstem Raumbedarf, geringem
Zugwiderstand und äußerst geringer Staubablagerung im Wärmeaustauscher. Besonders
günstige Verhältnisse ergeben sich bei Zu- , spitzung der auf der Gas- bzw. Luftzuströmseite
gelegenen Rippenenden, so daß in ihrem Längsschnitt Rippen mit segmentähnlichem
Querschnittsprofil erhalten werden. Dabei ist jeder Gas- bzw. Luftstau vor den Rippen
ausgeschlossen; es ergibt sich der weitere ; Vorteil, daß die mit den Rippen versehenen
Grundplatten in beiderseitiger Strömungsrichtung verlegbar sind und daß bei Reinigung
des Wärmeaustauschers mit dem sogenannten Kugelregenverfahren die kugelförmigen
Reinigungskörper auf den Rippen nicht liegenbleiben können, sondern den Wärmeaustauscher
zuverlässig von oben bis unten reinigend durchwandern.
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Erfindungsgemäß werden die aus der halbierten Tropfenform entwickelten
Rippen derart auf ihrer Grundplatte in senkrecht zur Strömungsrichtung liegenden
Reihen angeordnet, daß die in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Reihen abwechselnd
Rippen mit nur nach der einen oder nur nach der anderen Seite konvexer Oberfläche
aufweisen. Dabei können die Rippen jeder Reihe gegenüber den Rippen der in Strömungsrichtung
nächstfolgenden
Reihe in an sich bekannter Weise querversetzt angeordnet
sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden in den senkrecht zur
Strömungsrichtung liegenden Rippenreihen beispielsweise jede sechste Rippe in Strömungsrichtung
um einen halben Abstand der Reihen voneinander versetzt angeordnet, was eine wesentliche
Verbesserung der Festigkeit der Grundplatten zur Folge hat.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Rippen
auf ihrer Grundplatte so angeordnet, daß innerhalb jeder Reihe Rippen mit nach links
und nach rechts gerichteten konvexen Außenflächen abwechseln und daß in hintereinanderliegenden
Reihen die Rippen derart angeordnet sind, daß, in Strömungsrichtung der wärmeaustauschenden
Medien gesehen, zwei mit den konvexen Außenflächen gegenüberliegende Rippen mit
zwei mit den flachen Außenflächen gegenüberliegenden Rippen sich abwechseln, so
daß auf sich verjüngende und wieder erweiternde Kanäle solche gleichbleibenden Querschnitte
folgen. Hierdurch wird der sehr bedeutsame Vorteil erreicht, daß an den Übergangsstellen
der strömenden Medien von einer zur nächstfolgenden Rippenreihe eine Aufspaltung
der aus den sich erweiternden Querschnitten herauskommenden Gassträhnen in drei
Teilsträhnen stattfindet, wodurch die Voraussetzungen für eine besonders intensive
Wärmeübertragung an den Rippenwandungen geschaffen werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Es stellen dar: Fig. 1 die tropfenförmige Grundform, aus der die Rippen erfindungsgemäß
entwickelt sind, Fig. 2 die beiden halbtropfenartigen Grundformen der Rippenlängsschnitte
parallel zu ihrer Grundfläche, Fig.3 die Draufsicht auf einen Ausschnitt der Grundplatte
mit mehreren erfindungsgemäß ausgebildeten Rippen, Fig. 4 einen Querschnitt durch
eine Rippe gemäß Linie IV-IV nach Fig. 3, Fig.5 die Draufsicht auf einen Ausschnitt
der Grundplatte mit versetzter Anordnung gewisser Rippen, Fig.6 die Draufsicht auf
einen Ausschnitt der Grundplatte mit anderer Anordnung der erfindungsgemäßen Rippen
zueinander.
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Fig.1 zeigt die dem grundplattenparallelen Längsschnitt der Rippen
zugrunde liegende Tropfenform, , die bekanntlich strömungstechnisch wegen der geringen
Strömungsverluste besonders günstig ist. Die erfindungsgemäßen Längsschnittprofile
werden aus der Tropfenform 1 dadurch entwickelt, daß der Tropfen entlang seiner
Längsmittellinie 2 auf- ; gespalten wird, so daß zwei Halbtropfen 3 und 4 entstehen,
deren spitze Auslaufenden einen Winkel von etwa ß° bilden, der ein wirbelfreies
Überströmen der Medien von der einen Rippengruppe zur nächstfolgenden ermöglicht.
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In Fig. 2 sind die oberen, stärkerwandigen Querschnittsprofile der
Zuströmrichtung der Gase oder Luft zugekehrt, was bei Reinigung durch sogenanutes
Kugelregenverfahren zur Folge haben kann, daß die Kugeln. auf den oberen Kanten
der zahlreichen c Rippen liegenbleiben. Um dies zu verhüten, wird das auf der Zuströmseite
liegende,Ende der halbtropfenförmigen Rippenlängsschnitte zweckmäßig, wie bei 5
dargestellt, zugespitzt, so daß sich aus den Abschnitten 3 und 5 zusammengesetzte
Gesamtlängsschnitte der Rippen ergeben, die segmentähnliche Gestalt aufweisen.
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> Fig.3 zeigt, wie solche Rippen auf der Grundplatte 6 zweckmäßig
angeordnet werden, indem senkrecht zur Strömungsrichtung Reihen von Rippen 7 mit
rechts liegender konvexer Begrenzungsfläche mit Reihen von Rippen 8 mit links liegender
konvexer Begrenzungsfläche abwechseln. Die Pfeile deuten an, wie die Gassträhnen
bei ihrem Durchgang durch den Wärmeaustauscher beim Übergang von einer Rippenreihe
zur nächstfolgenden aufgespalten werden. Fig. 4 zeigt beispielsweise den Mittelquerschnitt
durch eine der Rippen 7.
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Fig. 5 läßt erkennen, wie auf der Grundplatte 6 mehrere hintereinanderliegende
Reihen von Rippen 7 und 8 angeordnet sind. Von den benachbarten Rippen 7 und den
ebenfalls benachbarten Rippen 8 wird jeweils etwa die sechste Rippe 7 a,. 8 a in
Strömungsrichtung um den halben Abstand der Rippenreihen voneinander versetzt angeordnet,
und zwar sowohl auf der Gas- als auf der Luftseite, wodurch die mechanische Festigkeit
der Grundplatte bedeutend verstärkt und verhindert wird, daß die Platte in den Zwischenräumen
zwischen den Rippenreihen durchbricht.
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Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf eine andere Grundplatte 6 gemäß der
Erfindung mit paarweise nebeneinandergestellten Rippen 9 a, 9 b, 10 a, 10
b; 9 a, 9 b
usw., so daß in jeder Reihe senkrecht zur Strömungsrichtung die
konvexen Oberflächen der Rippen abwechselnd auf der linken und auf der rechten Seite
der Rippen liegen, während die Rippen in aufeinanderfolgenden Reihen so gestellt
sind, daß, in Strömungsrichtung der wärmeaustauschenden Medien gesehen, auf zwei
mit den konvexen Außenflächen gegenüberliegende Rippen der einen Reihe zwei mit
den flachen Außenflächen gegenüberliegende Rippen der nächsten Reihe folgen, so
daß gleichbleibende Strömungsquerschnitte K2 zwischen zwei Rippen 9 a, 9 b bzw.
10 a, 10 b mit sich verengenden und wieder erweiternden Strömungsquerschnitten
K1 abwechseln. Die erfindungsgemäße Hintereineinanderstellung der Rippen in benachbarten
Reihen ermöglicht die Aufspaltung einzelner Gas- oder Luftsträhnen in drei Teilsträhnen
beim Übergang zur nächstfolgenden Rippenreihe, so daß eine sehr innige und fortwährend
wechselnde wärmeübertragende Berührung unterschiedlicher Teile der Medien mit den
Rippenwandungen erfolgt. Die Ausführungsform nach Fig. 6 ergibt eine gute und gleichmäßig
starke Bespülung der Rippen, verstärkt durch den mitreißenden Mittelkern der Gassträhnen,
wobei abwechselnd die Gase gleichzeitig in die Seitenräume hinausströmen und nach
dem nächsten Rippenpaar wieder zusammenströmen. Da der Querversatz der Rippen in
aufeinanderfolgenden Reihen gemäß Fig. 3 bei der Ausführung nach Fig. 6 entfällt,
ergibt sich nach Fig. 6 bei gleicher Teilung ein größerer freier Zwischenraum zum
Durchstoßen mit einem feilenartigen Flacheisen zwecks Reinigung. Dies ist wichtig,
weil beim Reinigen durch Kugelregen mit Kugeln. von 6 mm Durchmesser und bei Teilung
von Rippenmitte bis Rippenmitte = 15 mm, Wandstärke der Rippen = 3 mm und Verschmutzungsdicke
auf den Rippen = 2 mm die Kugeln bei der Anordnung nach Fig. 3 steckenbleiben, jedoch
bei der Anordnung nach Fig. 6 hindurchgehen
können. Kugeln von
6 mm sind am Wirtschaftlichsten.
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Die Vorteile nach Fig. 6 lassen sich besonders intensiv nutzbar machen,
wenn bei der Reinigung durch Kugelregen, Sandstrahl oder Wasserstrahl der Plattenwerkstoff
eine besonders starke, verschleißfeste Gußhaut hat und das unter dieser Gußhaut
liegende Eisen abgeschreckt ist. Ersteres erzielt man durch Maßnahmen und Zusätze
beim Formen und der Sandaufbereitung, letzteres durch die scharfen Enden, die beim
Gießen erfahrungsgemäß abgeschreckt werden. Die ganzen scharfen Ränder der Rippen
bestehen nunmehr aus fellfestem Gußeisen, wobei die Legierung der Platte selbst
aus relativ elastischem, spannungsfreiem Gußeisen hergestellt werden kann.
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Die Erfindung ist nicht nur für den Wärmeaustausch zwischen zwei gasförmigen
Medien anwendbar, sondern grundsätzlich auch dann, wenn die gasförmigen Medien durch
flüssige ersetzt werden.