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Wärmetauscher für Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher
für Flüssigkeiten in Form eines aus mehreren zylindrischen Scheiben aus Graphit
zusammengesetzten Blocks, bei dem jede Scheibe zwei Gruppen von Durchströmkanälen
für die beiden Wärmetauschflüssigkeiten aufweist und die Durchströmkanäle entlang
mehrerer über den Umfang verteilter in radialer Richtung verlaufender Ebenen so
verteilt sind, daß die in radialer Richtung nebeneinanderliegenden Kanäle zueinander
parallel und zur Längsachse des Wärmetauschers unter einem vorbestimmten Winkel
geneigt verlaufen, der Neigungswinkel in Umfangsrichtung von Ebene zu Ebene wechselt
und an der Kreuzungsstelle in Umfangsrichtung benachbarte Kanäle verschiedenen Gruppen
von Durchströmkanälen angehören.
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Es ist ein Wärmetauscher mit sich kreuzenden Kanälen bekannt, bei
dem jede Graphitscheibe des durch federnde Zuganker zusammengehaltenen Blocks eine
zentrale Umlenkkammer sowie in die Achse des Blocks enthaltenden Ebenen in Umfangsrichtung
abwechselnd axiale Kanäle für das eine und radiale Kanäle für das andere Medium
aufweist. Die radialen Kanäle münden außen in durch ein Gehäuse gebildeten Umlenkkammern,
wobei die zentralen Umlenkkammern durch Trennwände in axialer Richtung abgeschlossen
sind.
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Um ein äußeres Gehäuse entbehrlich zu machen, ist es weiterhin bekannt,
die beiden Gruppen von Durchströmkanälen für die beiden Wärmetauschmedien jeweils
zur Block-Längsachse geneigt verlaufen zu lassen. Zu diesem Zweck weist jede Graphitscheibe
an ihrer Stirnseite eine stumpfkegelige Ausnehmung auf, in welcher die geneigten
Bohrungen jeweils einer Gruppe münden und die als Umlenkkammer dient. Die Neigung
der sich in Umfangsrichtung abwechselnden Gruppen ist entgegengesetzt und wechselt
von Scheibe zu Scheibe. Außen können die Bohrungen in Umlenkbohrungen oder auch
in flachen Ausnehmungen in die Stirnfläche der Scheibe münden. Um mit ringförmigen
Dichtungen arbeiten zu können, liegen die Mündungen aller Bohrungen einer die Achse
enthaltenden Ebene radial innerhalb des Mündungsbereichs aller Bohrungen der benachbarten
Gruppe. Die Zahl der Bohrungen jeder Gruppe richtet sich damit ausschließlich nach
der Zahl der radial innerhalb der die beiden Mündungsbereiche trennenden Ringdichtung
unterzubringenden Bohrungen. Maßgeblich ist dabei praktisch die Zahl der auf dem
innersten Teilkreis anzuordnenden Bohrungen. Um die radial außerhalb der inneren
Ringdichtung liegende größere Fläche besser auszunutzen, hat man bei dieser Anordnung
noch die Anordnung einer dritten Gruppe von Kanälen vorgesehen, die parallel zur
Achse verlaufen. Das System der Anordnung der Bohrungsgruppen ist jedoch außerordentlich
kompliziert und nur unter großem technischem Aufwand zu verwirklichen. Der eigentliche
Wärmeaustausch findet an den Kreuzungsstellen der ersten und zweiten Bohrungsgruppen
statt, während der Beitrag der dritten Bohrungsgruppe zum Wärmeaustausch nur geringfügig
sein kann, da eine der benachbarten ersten und zweiten Bohrungsgruppen immer das
gleiche Wärmetauschmedium in gleicher Richtung führt. -Es ist Aufgabe der Erfindung,
einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art dergestelt weiterzubilden, daß er
bei einfachem und gedrängtem Aufbau eine erhöhte Wärmetauschwirkung zeitigt und
eine gute Ausnutzung des Volumens des Wärmetauschblocks ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mündungen
sämtlicher Durchströmkanäle in an sich bekannter Weise in den Stirnflächen der Graphitscheiben
liegen und mit den entsprechenden Mündungen benachbarter Scheiben fluchten und daß
die in einer radialen Ebene parallel zueinander verlaufenden Durchströmkanäle wechselweise
verschiedenen Gruppen von Durchströmkanälen zugeordnet sind.
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Bei dem neuen Wärmetauscher findet zunächst wie bei den bekannten
Wärmetauschern der obenerwähnten Bauart ein intensiver Wärmetausch an den Kreuzungspunkten
von in Umfangsrichtung benachbarten Kanälen statt. Darüber hinaus findet aber ein
zusätzlicher intensiver Wärmetausch zwischen in einer Ebene in radialer Richtung
benachbarten Kanälen statt, da diese parallellaufenden Kanäle ebenfalls abwechselnd
verschiedenen
Gruppen angehören. Da die Parallelität sich über die ganze Länge des Wärmetauschblocks
fortsetzt, findet also im ganzen Volumen des Blocks zwischen den in kleinen Abständen
voneinander angeordneten Kanälen der Wärmetausch statt.
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Durch die wechselnde Zugehörigkeit der in radialer Richtung in einer
Ebene liegenden Kanäle zu verschiedenen Gruppen wird weiterhin ermöglicht, die Mündungen
sämtlicher Kanäle, die jeweils zu einer Gruppe gehören, an den Stirnflächen der
unter sich gleichen Graphitscheiben in Ringbereichen zusammenzuziehen, wobei auf
dem gleichen Ring liegende Mündungen der gleichen Gruppe von Kanälen angehören.
Abgesehen davon, daß man diese Bereiche durch einfache Ringdichtungen voneinander
trennen kann, kann man die Zahl der Durchströmkanäle innerhalb der Ringbereiche,
die nach außen im Umfang zunehmen, soweit erhöhen, wie es durch Mindestabstand von
Kanal zu Kanal materialbedingt vorgegeben ist. Durch diese Anordnung wird der gesamte
Querschnitt des Blockes optimal mit der größtmöglichen Anzahl von sich abwechselnden
Kanälen versehen und die Anordnung zusätzlicher Gruppen von Kanälen überflüssig.
Die bessere Querschnittsausnutzung für die Unterbringung der Kanäle für die beiden
Wärmetauschflüssigkeiten in Verbindung mit dem intensiven Wärmetausch zwischen den
parallel verlaufenden Kanälen haben zur Folge, daß der aus den Scheiben aufgebaute
Graphitblock in allen Bereichen seiner axialen und radialen Ausdehnung nahezu homogen
an dem Wärmetausch teilhat.
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Die Zusammenfassung der Mündungen der einer Gruppe angehörenden Kanäle
in Ringbereichen gestattet es, zur Zu- oder Abführung der Flüssigkeiten in den an
den Stirnseiten des Blocks vorgesehenen Endplatten Ringkanäle vorzusehen, die über
Verbindungsbohrungen wechselweise mit einer von zwei Ausnehmungen der Endplatte
verbunden sind, die ihrerseits an den Zu- bzw. Abführungsstutzen anschließen.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmetauschers
ist in der Zeichnung wiedergegeben.
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F i g. 1 zeigt einen Mittellängsschnitt durch den Tauscher; F i g.
2 gibt in vergrößerter Darstellung einen Teil des Schnittes nach F i g. 1 wieder.
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In der F i g. 1 sind die gleichartig ausgebildeten Graphitscheiben
des Wärmetauschers mit 1 bis 4 bezeichnet. Die einzelnen Scheiben
weisen geneigt zur Längsachse des Blocks angeordnete Durchströmkanäle auf. Diese
Kanäle sind so angeordnet, daß sich jeweils in Achsrichtung durchgehende, nach einer
Zickzacklinie verlaufende Strömungswege ergeben, die, sowohl in Umfangsrichtung
als auch in radialer Richtung des Blocks gesehen, wechselweise von der wärmeabgebenden
und der wärmeaufnehmenden Flüssigkeit durchflossen sind. In der linken Hälfte der
Figur sind die zur Führung der wärmeabgebenden Flüssigkeit dienenden, in der Schnittebene
der F i g. 1 liegenden Durchströmkanäle mit 5, die zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden
Flüssigkeit vorgesehenen Durchströmkanäle mit 6 bezeichnet. Die mit 7 gekennzeichneten
Pfeile geben dabei die Strömungsrichtung der wärmeabgebenden Flüssigkeit an, während
die Pfeile 8 die Bewegungsrichtung der wärmeaufnehmenden Flüssigkeit kennzeichnen.
In den beiderseits der Graphitscheiben 1 bis 4 angeordneten Endplatten 9 sind Ringkanäle
15 angeordnet, in die die Durchströmkanäle 5 bzw. 6 ausmünden. Die Endplatten 9
sind mit Ausnehmungen 10,11 versehen, von denen die Ausnehmung 10 mit dem
Zuführungsstutzen 12 und die Ausnehmung 11 mit dem Abführungsstutzen
13 in offener Verbindung stehen. Man erkennt aus der Figur, daß mit der Ausnehmung
10 über Verbindungsbohrungen 14 diejenigen Ringkanäle 15 in Verbindung stehen, in
welche die Durchströmkanäle 5 ausmünden, während die durch die Durchströmkanäle
6 fließende wärmeaufnehmende Flüssigkeit über die zugehörigen Ringkanäle 15 durch
die Verbindungsbohrungen 16 in die Ausnehmung 11 und von dort in den Abführungsstutzen
13 gelangt. In gleicher Weise erfolgt die Verteilung der Flüssigkeiten im unteren
Teil des Wärmetauschers über die dort in der Endplatte 9 vorgesehenen korrespondierenden
Ringkanäle und Verbindungsbohrungen auf die Zuführungs- und Abfiihrungsstutzen 17
und 18. Die Verbindungsbohrungen 14,16 sind abgestuft ausgebildet, wobei die unmittelbar
dem Zuführungs- bzw. Abführungsstutzen gegenüberliegenden Verbindungsbohrungen einen
kleineren Durchmesser aufweisen als die im Bereich außerhalb der Stutzen vorgesehenen
weiteren Verbindungsbohrungen, um eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Ringkanäle
15 sowie flüssigkeitsführenden Durchströmkanäle 5 und 6 zu erreichen.
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Es ist weiterhin aus den Figuren ersichtlich, daß die von den Ringkanälen
15 ausgehenden Durchströmkanäle 5, 6 in der benachbarten radialen Ebene einen umgekehrten
Neigungssinn in den einzelnen Graphitscheiben 1 bis 4 aufweisen als
die in ausgezogenen Linien in der Schnittebene wiedergegebenen Durchströmkanäle,
so daß sich eine X-Führung der wärmeaustauschenden Flüssigkeiten ergibt, welche
zur besseren Verdeutlichung in der F i g. 2 durch Eintragung entsprechender Pfeile
veranschaulicht ist.
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Die den Wärmetauscherblock bildenden Graphitscheiben 1 bis 4 sowie
die zugehörigen Endplatten 9, sind unter Zwischenanordnung eines Dichtwerkstoffes
zusammengefügt und mittels der Druckplatten 19, 20,
welche zugleich die Zuführungs-
und Abführungsstutzen 12, 13 bzw. 17,18 tragen, sowie mittels Zuganker
21 zusammengepreßt, wobei die Zuganker sich über Federn 22 auf einer der
Druckplatten 19, 20 abstützen.
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Die Endplatten 9 bestehen wie die Graphitscheiben 1 bis 4 aus Graphit,
und die Zuführungs- und Abführungsstutzen sind je nach Art der Austauschflüssigkeiten
entweder mit Graphit oder anderen korrosionsbeständigen Werkstoffen ausgekleidet.
Die Zuführungs- und Abführungsstutzen bilden zugleich endseitige Verbindungsflansche,
so daß der Wärmetauscher in zugehörige Leitungszüge eingebaut werden kann.