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Speicherwärmetauscher mit einer Füllmasse, die abwechselnd in einer
Richtung von zu kühlendem und in der anderen Richtung von zu erwärmendem Medium
durchflossen ist Die Erfindung betrifft einen Speicherwärmetauscher mit einer die
Wärme aufnehmenden und die Wärme abgebenden, in einem Gehäuse untergebrachten Füllmasse,
die abwechselnd in einer Richtung von zu kühlendem und in der anderen Richtung von
zu erwärmendem Medium durchflossen ist, der dazu eingerichtet ist, bei verschiedenen
Wasserwertströmen des zu kühlenden und des zu erwärmenden Mediums einen solchen
Teil des Mediums mit dem größeren Wasserwertstrom zurückzuführen, daß die Wasserwertströme
im wesentlichen gleich sind.
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Aus der britischen Patentschrift 727 904 ist es bekannt, bei Speicherwärmetauschern,
die in einer Richtung von einem Medium mit einem höheren Wasserwertstrom als der
des in der anderen Richtung fließenden Mediums durchflossen werden, einen Ausgleich
der Wasserwertströme dadurch herzustellen, daß ein Teil der Mediumströmung mit dem
größeren Wasserwertstrom durch den Wärmetauscher zurückgeführt wird. Dieses zurückfließende
Medium tritt dabei einen Teil der aus dem Speicherwärmetauscher aufgenommenen Wärme
wieder an die Füllmasse ab, oder, wenn das gekühlte Medium teilweise durch die Füllmasse
zurückgeführt wird, es nimmt das zurückfließende Medium einen Teil der an den Wärmetauscher
abgegebenen Wärme wieder auf.
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Unter Wasserwertstrom soll hier das Produkt der auf die Masseneinheit
bezogenen spezifischen Wärme und der Masse des je Zeiteinheit durch den Wärmetauscher
fließenden Mediums verstanden werden.
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Das vorstehend beschriebene Ausgleichen eines Speicherwärmetauschers
ist mit Rücksicht auf die Aufrechterhaltung wenigstens nahezu konstanter Austrittstemperaturen
der abwechselnd durch den Speicherwärmetauscher strömenden Medien von Bedeutung.
Das Ausgleichen ist auch im Hinblick auf die Selbstreinigung des Speicherwärmetauschers
von wesentlicher Bedeutung. Wenn die Mediumströmung der einen Richtung weniger Wärme
aufnehmen kann, als die andere Mediumströmung an die Füllmasse abgegeben hat, ist
diese Mediumströmung nicht imstande, die aus dem anderen Medium ausgeschiedenen
festen Produkte, wie z. B. Eis oder Kohlensäureschnee, wieder vollständig aus der
Füllmasse zu entfernen. Dabei sollen die beiden wärmetauschenden Medien getrennt
bleiben, da eine Mischung des abzukühlenden Mediums, das einer Verarbeitungsstelle,
z. B. einer Gastrennsäule, zugeführt wird, mit dem zu erwärmenden Medium, z. B.
Abgas der Trennsäule, unerwünscht ist. Dies führt zu konstruktiven Schwierigkeiten.
Bei der Vorrichtung nach der genannten britischen Patentschrift ist dieses Problem
dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher mit fünf in getrennten Räumen angeordneten
Füllmassen versehen ist, welche abwechselnd durch abzukühlendes und zu erwärmendes
Medium durchströmt werden.
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Dabei wird eine dieser Füllmassen (A1) in der einen Richtung durch
abzukühlendes Medium durchströmt, ein Teil dieses abgekühlten Mediums wird in entgegengesetzter
Richtung durch eine andere Füllmasse (A5) geleitet und dabei wieder angewärmt (Ausgleichströmung),
und zwei andere Füllmassen (A2, A3) werden durch das zu erwärmende expandierte Medium
durchströmt. Die Ausgleichströmung wird später wieder dem Hauptstrom des abgekühlten
Mediums beigefügt. Da also für dieses im Wechselbetrieb durchgeführte Wärmetauschverfahren
mehr als zwei Füllmassen vorhanden sein müssen, ist diese bekannte Speicherwärmetauscherbauart
verhältnismäßig verwickelt, kostspielig und umfangreich, da viel Raum beansprucht
wird.
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Die Erfindung bezweckt diese Nachteile zu beseitigen und einen Speicherwärmetauscher
zu schaffen, bei welchem die Wasserwertströme der beiden Medien auf einfache Weise
ausgleichbar sind
und welcher bei Verwendung im Wechselbetrieb paarweise
verwendet werden kann, ohne . daß Mischung der Ausgleichströmung und der anderen
Mediumströmung auftritt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Speicherwärmetauscher erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse in guten Wärmekontakt mit der Innenseite
des die Füllmasse umgebenden Gehäuses gebracht ist, welches auf der Außenfläche
mit diese vergrößernden Konstruktionsteilen guter Wärmeleitfähigkeit versehen und
auf Abstand von einem weiteren Gehäuse umgeben ist, und daß der zwischen den Gehäusen
verbleibende Zwischenraum als Rückflußkanal für wenigstens einen Teil des Mediums
mit dem größeren Wasserwertstrom eingerichtet ist.
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Dieser Speicherwärmetauscher hat eine einfache, gedrängte Bauart,
die eine gute Wärmeübertragung zwischen dem durch den Rückflußkanal zwischen den
beiden Gehäusen strömenden Medium und der Füllmasse gewährleistet. Die die Oberfläche
des die Füllmasse umgebenden Gehäuses vergrößernden Konstruktionsteile können durch
Flügel, Rippen oder Stifte gebildet werden. Der Speicherwärmetauscher kann ohne
weiteres beim Wechselbetrieb paarweise verwendet werden, was zu der erwähnten Raum-
und Kostenersparnis führt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieses neuen Speicherwärmetauschers
sind die erwähnten, die Oberfläche vergrößernden Bauteile durch einen schraubenlinienförmig
um das Gehäuse gewickelten, am Gehäuse gut wärmeleitend befestigten Draht guter
Wärmeleitfähigkeit gebildet.
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Das zurückfließende Medium muß Wärme an das die Füllmasse enthaltende
Gehäuse abgeben bzw. diesem entziehen, und die Wärme muß auf die Füllmasse übertragen
bzw. dieser entzogen werden.
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Um dies auf vorteilhafte Weise zu ermöglichen, besteht bei dem neuen
Speicherwärmetauscher die Füllmasse in an sich bekannter Weise aus aufgestapelten
Schichten Metallgaze, welche an der Gehäusewand festgelötet sind.
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Die Verwendung von zwei Gehäusen, von denen eines das andere mit Spielraum
umgibt und das innere Gehäuse die an der Innenwand des Gehäuses festgelötete Füllmasse
enthält, während die Außen-Seite dieses Gehäuses mit einem schraubenlinienförmig
um das Gehäuse gewickelten, festgelöteten Kupferdraht versehen ist, ermöglicht eine
äußerst einfache Bauart eines Wärmetauschers nach der Erfindung.
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Eine mit der Gehäusewand fest verlötete Füllmasse ist an sich bekannt
aus der deutschen Patentschrift 872 350. Auch ein in Wechselbetrieb arbeitender
Speicherwärmetauscher ist bekannt aus der französischen Patentschrift 1069 565.
Dieser enthält zwei Füllmassen, die beide von einem Ringkanal umgeben sind. Dieser
Ringkanal ist aus der konstruktiven überlegung entstanden, daß das die Füllmasse
umgebende Gehäuse und ein um dieses herum angeordnetes Gehäuse verschiedene Temperaturen
aufweisen werden und deshalb auch verschiedene Wärmedehnungen haben. Um diese verschiedenen
Wärmedehnungen zu ermöglichen, ist der Ringkanal angeordnet, der dort also nicht
als Rückflußkanal für eine Ausgleichströmung dient, sondern einen Spülkanal für
die durch das keramische Innengehäuse dringende Leckmenge darstellt. Die Erfindung
wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die nicht maßstäblich ist und als Ausführungsbeispiel
betrachtet werden soll.
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F i g. 1 zeigt einen Wärmetauscher in einem axialen Schnitt, der dazu
geeignet ist, einen Teil des in einer Richtung hindurchfließenden Mediums in entgegengesetzter
Richtung zurückzuführen; F i g. 2 zeigt eine Abart des Wärmetauschers nach F i g.
1, auch in einem axialen Schnitt.
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F i g. 1 zeigt eine Füllmasse, die mit 1 bezeichnet ist. Diese
Füllmasse 1 ist in einem Gehäuse 2 untergebracht, das an beiden Enden
durch durchlochte Metallplatten 3 und 4 verschlossen ist. Um die Außenseite
des Gehäuses 2 ist ein schraubenlinienförmig gewickelter Draht 5 aus gut
leitendem Material, z. B. Kupfer, gewickelt und durch eine Lötverbindung mit hoher
Wärmeleitfähigkeit mit dem Gehäuse 2 verbunden. Die Füllmasse 1 besteht aus Metallgazen,
deren Umfang wenigstens nahezu dem Umfang der Innenseite des Gehäuses
2 entspricht und die auch mit guter Wärmeleitfähigkeit auf der Innenseite
des Gehäuses 2 festgelötet sind. Der Wärmetauscher enthält weiter ein zweites Gehäuse
6, das das Gehäuse 2 und den damit verbundenen Draht 5 mit einem Spielraum umgibt,
so daß zwischen diesen beiden Gehäusen ein ringförmiger Kanal gebildet wird. Der
Wärmetauscher ist weiter auf der oberen Seite mit einem Deckel 7 versehen, an den
sich eine Mediumzufuhr bzw. Mediumabfuhrleitung 8 anschließt und der weiter mit
Mediumabfu'hrleitungen 9 für das zwischen den beiden Gehäusen 2 und 6 zurückfließende
Medium versehen ist. Auf der unteren Seite ist der Wärmetauscher mit einem Deckel
10 versehen, der eine Mediumabfuhr-bzw. Mediumzufuhrleitung 11 hat,
wobei zwischen der Leitung 11 und dem Kanal zwischen den Gehäusen 2 und 6
eine Leitung 12 vorhanden ist. Diese Leitung 12 hat ein regelbares Verschlußglied
13. Zwischen den Deckeln 7 und 10
und dem Gehäuse 2 befinden
sich Abdichtungsringe 14 und 15.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Das in Richtung des
Pfeiles A den Wärmetauscher durchströmende wärmere Medium gibt Wärme an die Füllmasse
1 ab. Ein Teil des Mediums wird nach dem Durchgang durch die Füllmasse 1
aus der Leitung 11 über das Verschlußglied 13 und durch die Leitung 12 durch
den Kanal zwischen den Gehäusen 2 und 6 in der der Richtung A entgegengesetzten.
Richtung zurückgeführt. Während dieser Rückfuhr nimmt das Mittel Wärme von dem um
das Gehäuse 2
gewickelten Draht 5 auf, welche Wärme durch das Gehäuse den
damit in Wärmekontakt stehenden Gazen der Füllmasse 1 entzogen wird. Das
zurückgeführte Mittel verläßt den Wärmetauscher durch die Leitungen 9, die
gegebenenfalls wieder in die Mediumabfuhrleitung 11 ausmünden können. Beim
Umschalten des Wärmetauschers durchfließt eine kalte Mediumströmung in Richtung
des Pfeiles B den Wärmetauscher. Es wird dabei vorausgesetzt, daß der Wasserwertstrom
dieses Mediums geringer ist als der des wärmeren Mediums, das den Wärmeaustauscher
in Richtung des Pfeiles A durchströmt. Es ist ersichtlich, daß, wenn das kältere
Medium durch den Wärmetauscher fließt, das Verschlußglied 13 geschlossen
sein muß, so daß kein Medium durch den Kanal zwischen den beiden Gehäusen 2 und
6 strömen kann.
In F i g. 2 ist mit 21 eine Füllmasse bezeichnet,
die ähnlich der Füllmasse 1 nach F i g. 1 zusammengesetzt ist. Die Füllmasse 21
ist in dem Gehäuse 22 untergebracht und an dessen Innenseite festgelötet, welches
Gehäuse 22 an seinen beiden Enden durch durchlochte Platten 23 und 24 verschlossen
wird. Die Außenseite des Gehäuses 22 wird schraubenlinienförmig von einem Kupferdraht
25 umgeben, der am Gehäuse festgelötet ist. Der Wärmetauscher enthält weiter ein
Gehäuse 26, das das Gehäuse 22 mit einem Spielraum umgibt, so daß zwischen diesen
beiden Gehäusen wieder ein Rückflußkanal gebildet wird. Auf der oberen Seite wird
der Wärmetauscher von einem Deckel 27 abgeschlossen, an den sich eine Mediumabfuhr-
bzw. zufuhrleitung 28 anschließt, während außerdem eine Anzahl Leitungen 29 an diesen
Deckel angeschlossen sind, durch welche Leitungen das durch den Kanal zwischen den
Gehäusen 22 und 26 zurückgeführte Medium abgeführt werden kann. Auf der unteren
Seite wird der Wärmetauscher durch einen Deckel 30 abgeschlossen, an den
sich eine Mediumzufuhr- bzw. abfuhrleitung 31 anschließt. Die Leitungen 29
sind in offener Verbindung mit der Leitung 31. Das Gehäuse 22 ist
mit dem Deckel 27 fest verbunden, und zwischen diesen zwei Teilen ist eine
Abdichtung 34 vorgesehen.
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Aus der Zeichnung geht hervor, daß bei dieser Ausführungsform der
Rückflußkanal zwischen den Gehäusen 22 und 26 in offener Verbindung mit der Mediumabfuhrleitung
31 steht. Wenn Medium in Richtung A den Wärmetauscher durchfließt, so kann ein Teil
dieses Mediums durch den Kanal zwischen den Gehäusen 22 und 26 und längs der Rückschlagventile
35 in die Leitungen 29 fließen und durch diese nach der Mediumabfuhrleitung 31 zurückgeführt
werden. Wenn jedoch Medium in Richtung des Pfeiles B den Wärmetauscher durchfließt,
schließt sich das Rückschlagventil 35, so daß kein Medium durch den Kanal zwischen
den Gehäusen 22 und 26 strömen kann. Es ist ersichtlich, daß in diesem Fall in der
Leitung 31 ein Regelglied vorgesehen werden muß, das die Größe der Mediumströmung
durch die Leitungen 29 regeln kann. einem Gehäuse untergebrachten Füllmasse, die
abwechselnd in einer Richtung von zu kühlendem und in der anderen Richtung von zu
erwärmendem Medium durchflossen ist, der dazu eingerichtet ist, bei verschiedenen
Wasserwertströmen des zu kühlenden und des zu erwärmenden Mediums einen solchen
Teil des Mediums mit dem größeren Wasserwertstrom zurückzuführen, daß die Wasserwertströme
im wesentlichen gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllnasse (1, 21) in
guten Wärmekontakt mit der Innenseite des die Füllmasse umgebenden Gehäuses (2,
22) gebracht ist, welches auf der Außenfläche mit diese vergrößernden Konstruktionsteilen
(5, 25) guter Wärmeleitfähigkeit versehen und auf Abstand von einem weiteren Gehäuse
(6, 26) umgeben ist, und daß der zwischen den Gehäusen (2, 6; 22, 26) verbleibende
Zwischenraum als Rückflußkanal für wenigstens einen Teil des Mediums mit dem größeren
Wasserwertstrom eingerichtet ist.
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2. Speicherwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die auf der Außenfläche des die Füllmasse enthaltenden Gehäuses (2, 22) vorgesehenen,
die Oberfläche vergrößernden Konstruktionsteile (5, 25) durch einen schraubenlinienförmig
um das Gehäuse gewickelten, an dem Gehäuse gut wärmeleitend befestigten Draht guter
Wärmeleitfähigkeit gebildet sind.
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3. Speicherwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Füllmasse (1, 21) aus aufgestapelten Schichten Metallgaze besteht, die an
der Gehäusewand (2, 22) festgelötet ist.
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4. Speicherwärmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden im Wärmetauscher
vorhandenen Gehäusen (6, 26) vorhandene Rückflußkanal auf einer Seite in Verbindung
(29) mit der Abfuhrleitung (31) für das Medium mit dem größeren Wasserwertstrom
steht, wobei die Verbindung (29) mit einem Rückschlagventil (35) versehen ist.