DE1451254A1 - Plattenfoermiger Waermetauscher - Google Patents

Description

Patentanwalt

Dipl.·Inn. C-H. HüSS '\/.Ζ_ι'\'?^ΐ:>ί*. Amtl.Aktenzeichen: P 14 51 254.0 Garmisch-Fcrienkirch« Anwaltsakte : M 425 - He.

Bathauatrafe 14 _t Garmisch-Partenkirehen, 26. Juli

Hs-He/mH

CA. Parsons & Company Limited

Heaton Works, Newcastle-upon-Tyne 6, Grossbritannien

Plattenförmiger Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft plattenförmige Wärmetauscher, bei welchen paarweise voneinander in Abstand gehaltene Platten oder Tafeln zwischen sich gewellte Einlagen aufnehmen, wodurch Strömungskanäle für wärmetauschende Medien zwischen jedem Plattenpaar gebildet werden und wobei die Strömungskanäle für ein warmes Medium mit den Strömungskanälen für ein kaltes Medium abwechseln.

Derartige Wärmetauscher können in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden, und zwar (a) in solche, bei welchen die wärmetauschenden Medien durch den den Hauptwärmeübergang bewirkenden Teil der entsprechenden Strömungskanäle in im wesentlichen rechtwinkelig zueinander verlaufenden Strömungsrichtungen fHessen,was man im allgemeinen als "Kreuzstrom·¹

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bezeichnet und (b) solche, bei welchen die Medien durch den in erster linie den Wärmeaustausch bewirkenden Teil der Strömungskanäle in im wesentlichen paralleler Richtung, jedoch gegenläufig strömen und welche als "Gegenstrom"-Wärmetsiuscher bezeichnet werden.

Der Kreuzstromtyp zeichnet sich vom herstellungstechnischen Gesichtspunkt durch seine einfache Konstruktion aus, besonders wenn man ihn rechteckig oder quadratisch ausbildet, da in diesem Fall die Ein- und Auslasssammler für ein bestimmtes Medium an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rechteckes oder Quadrates angeordnet werden können, wälaend die für das andere Medium an den zwei anderen gegenüberliegenden Seiten vorgesehen werden können. Beim Gegenstromtyp ist die Sammleranordnung nicht so einfach. Ausgehend von der rechteckigen oder quadratischen Form, welche von den Gesichtspunkten der einfachen und materialsparenden Herstellung die günstigste ist, müssen die Ein- und Auslassammler an nur zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein.

Der Kreuzstromtyp ist daher einfacher herzustellen, ergibt allerdings keinen so günstigen Wärmeübergang, wie der Gegenstromtyp. Diese Ungleichheit im Wärmeübergang zwischen den beiden Typen kann verringert werden, indem man beim Kreuzstromtyp eines der Medien in einer "Doppelstromanordnung" (double pass arrangement) fliessen lässt, Bei dieser Anordnung sind die Strömungskanäle eines Mediums jeweils in zwei

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getrennte Teilkanäle parallel zur Strömungsrichtung aufgeteilt. Das Medium strömt durch eine Hälfte des Kanals, kehrt seine Strömungsrichtung um und strömt dann durch die -andere Hälfte des Kanals.

Die Anwendung des Doppelstromprinzips kompliziert die Konstruktion des Wärmetauschers,und die Notwendigkeit, die Strömungsrichtung des Mediums umzukelißn, führt zu einem erhöhten Druckabfall, welcher unter Umständen kritisch werden kann, wenn der Wärmetauscher in Verbindung, beispielsweise mit Gasturbinen für Fahrzeuge, Verwendung finden soll.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen plattenförmigen Wärmetauscher des Kreuzstromtyps zu schaffen, bei welchem die Wirkung des Doppelstromprinzips erreicht, aber die Notwendigkeit einer Umkehrung der Strömungsrichtung vermieden wird.

Die Erfindung, wie sie im einzelnen in den Ansprüchen definiert ist, besteht im wesentlichen aus einem plattenförmigen Wärmetauscher mit einer Anzahl von einzelnen plattenförmigen Wärmetauschelementen, von welchen jedes aus paarweise in Abständen voneinander gehaltenen Platten oder Tafeln besteht, wobei zwischen jedem Plattenpaar gewellte Einlagen vorgesehen sind, deren Wellungen zwischen einem Plattenpaar rechtwinklig zu den zwischen den anschliessenden Plattenpaaren verlaufen, wobei Kanäle für ein heisses Medium mit solchen für ein kaltes Medium abwechseln. Dabei sind die

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Elemente erfindungsgemäss ringförmig und so gegeneinander versetzt angeordnet, dass ein Teil jedes Elementes einen Seil des folgernden Elementes überlappt und Einrichtungen vorgesehen sind, die eines der Medien nacheinander durch Teile zweier benachbarter Elemente leiten, wobei das Medium erst einen Seil eines Elementes und danach einen Teil des benachbarten Elementes ohne Richtungsumkehrung durchströmt, während das andere Medium immer nur ein Eleoent durchfliesst und die StrömiHigsrichtung dieses Mediums in benachbarten Elementen im wesentlichen parallel und senkrecht zur Strömungsrichtung des erstgenannten Mediums ist,

Bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen stellen dar:

Pig. 1 eine Aufsicht auf einen Teil eines Wärmetauschers entsprechend finer AusftllarungEforra der vorliegenden Erfindung, wobei die WärmetauEchelemente geschnitten gezeigt sind,

Fig. 2 einen entsprechenden vollständigen Wärmetauscher, jedoch mit geringfügig geänderten Sammlern.

Bei Yervjirklichung der Erfindung, in der anhand eines Beispiels dargestellten Weise unter Bezugnahme zunächst auf Pig. 1, ist jedes Wärnsetauschelement in bekannter Weise unter Verwendung einer Anzahl von in Abständen voneinander angeordneten flachen Platten oder Tafeln hergestellt, wobei

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zwischen jedem Plattenpaar ein Strömungskanal entsteht. Die Platten werden durch gewellte Einlagen 1 im Abstand voneinander gehalten. Die Wellungen in aufeinanderfolgenden Strömungskanälen verlaufen rechtwinklig zueinander. Auf diese Weise entsteht ein Kreuzstromelement, wobei Strömungskanäle für das heisse Medium mit solchen für das kalte Medium abwechseln und die beiden Medien in Richtungen rechtwinklig zueinander fliessen. Die gewellten Einlagen, wie in Fig. 1 dargestellt, weisen an ihren Enden Seitenwände 2 auf, was jedoch nicht wesentlich ist. Das auf diese Weise aufgebaute Element ist ein herkömmliches Kreuzstromelement.

Der gesamte Wärmetauscher setzt sich aus einer Anzahl in der gezeigten Weise ringförmig und gegeneinander versetzt »geordneter Wärmetauschelemente zusammen. In fig. 1 sind vier Elemente 3-6 dargestellt, aber wie in Fig. 2 gezeigt, sind weitere Elemente in ähnlicher Weise zur Vervollständigung eines Ringes von Elementen vorgesehen. Gremäss Fig. 2 erstreckt sich jedes Element in einem Winkel zu einer Radialebene, während die einzelnen Platten in Ebenen senkrecht zu den Radialebenen liegen.

Die Elemente sind geschnitten dargestellt, wobei die Schnitte durch die Elemente 3 und 6 durch die Kanäle für eines der Medien und die durch die Elemente 4 und 5 durch die Kanäle des anderen Mediums verlaufen. Die Elemente sind

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mit Seitenwänden 2 versehen dargestellt, was jedoch, wie oben erwähnt, nicht wesentlich ist. Durch die versetzte Anordnung überlappt ein Seil des Elementes 4 einen Teil des Elementes 3 und ein Teil des Elementes 5 einen Teil dee Elementes 4,oder ein Teil des Elementes 6 überlappt einen Teil des Elementes 5 usw. Auf diese Weise flieset das eine Medium durch zwei aufeinanderfolgende Elemente, während das andere Medium nur ein Element in einer Richtung rechtwinklig zur Strömungsrichtung des erstgenannten Mediums durchströmt.

Es wird daher für eines der Medien das Doppelstromprinzip angewandt, ohne dass man seine Strömungsrichtung umkehren muss.

Das Medium kann durch Wände 7 auf gegenüberliegenden Seiten der Elemente geleitet v/erden. Jede Wand 7 geht von einen Ende des Elementes aus und unterteilt eine Seite des anschliessenden Elementes in der gezeigten Weise zwischen seinen Enden, um Kanäle 8 für den Durchtritt eines Mediums zwischen einem Abschnitt eines Elementes und einem Abschnitt des nächsten Elementes zu bilden.

Bei der gezeigten Ausführung weist jedes Element an jedem Ende angeordnete Sammler 9, 10 für den. Zu- und Abfluss des nur ein Element durchströmenden Mediums auf. Diese Sammler können aus Tafeln hergestellt werden, die zu der gezeigten !Form gebogen und mit dem Element verlötet

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oder anderweitig verbunden sind. Bei einer solchen Anordnung könnte ein kaltes,unter hohem Druck stehendes Medium, beispielsweise durch den Einlaßsammler 9 eintreten durch Strömungskanäle in jedem Element, wie bei den Elementen 3 und 6 dargestellt, fliessen und durch den Auslaßsammler 10 entweichen. Ein heisses unter geringem Druck stehendes Medium könnte durch den Eaum 11 eintreten, von wo aus es durch einen Teil der in den Elementen 4 und 5 geschnitten gezeigten Kanäle strömt und darauf das folgende Element passiert. Auf diese Weise würde das Medium einen Teil des Elementes, in der Zeichnung der untere Teil, verlassen, durch den Kanal 8 strömen, um die Strömungskanäle eines Teiles des Elementes 5 zu durchfliessen, bevor es den Wärmetauscher durch den Auslass verlässt. Auf gleiche Weise flieset ein heisses Medium, das durch den Einlass zwischen den Elementen 5 und 6 strömt , erst durch einen Teil des Elementes 5 und danach durch einen Teil des Elementes 6.

Durch die ringförmige Anordnung der Elemente wird, wie aus Fig. 2 hervorgeht, jedes Element vollkommen ausgenutzt.

Die Zuführung von Reinigungsluft zu den Strömungskanälen durch Leitungen 13, die, wie in Fig. 1 gezeigt, in die Wände 7 münden, kann, wenn erforderlich, vorgesehen sein.

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Die in Pig. 2 gezeigten Elemente sind die gleichen wie in Fig. 1 mit dem Unterschied, dass die Porm der Sammler 9 und 10 etwas anders ist. Dies ist jedoch kein wesentliches Merkmal. Die Sammler 9 können parallel an eine gemeinsame Leitung angeschlossen sein,und in gleicher Weise können auch die Kanäle 10 parallel mit einer gemeinsamen Leitung verbunden sein.

Der Wärmetauscher ist aufgrund seiner ring- bzw. kreisförmigen Porm besonders für die Verwendung bei Gasturbinenanlagen geeignet. Die grundlegende Einfachheit eines Kreuzstronjwärmetauschers bleibt bei der beschriebenen Anordnung erhalten, wobei zusätzlich eine Doppelstroiawirkung ohne Umkehrung der Strömungsrichtung möglich ist.

Die Elemente können unter Verwendung von metallischen oder keramischen Werkstoffen hergestellt werden.

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Claims (1)

Amtl. Aktenzeichen: P 14 51 254.0 Anmelder : O.A.Parsons & Co.Ltd. Anwaltsakte : M 425 - He. 26. Juli 1968 Hs-He/mH (Heuer) Patentanspruch

1. Plattenförmiger Wärmetauscher mit einer Vielzahl getrennter plattenförmiger Wärmetauschelemente, von welchen jedes aus paarweise in Abstand voneinander angeordneten Platten oder Tafeln mit Strömungskanälen !zwischen jedem Plattenpaar besteht, wobei gewellte Einlagen zwischen jedem Plattenpaar vorgesehen sind und die Richtung der Wellungen zwischen einem Plattenpaar rechtwinklig zu der zwischen den angrenzenden Plattenpaaren verläuft und Kanäle für ein heisses Medium mit Kanälen für ein kaltes Medium abwechseln, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elemente ( 3 bis 6 ) ringförmig und so gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass ein Teil jedes Elementes einen Teil des folgenden Elementes überlappt und Einrichtungen vorgesehen sind, die eines der Medien nacheinander durch Teile zweier benachbarter Elemente leiten, wobei das Medium erst einen Teil eines Elementes und danach einen Teil des benachbarten Elementes ohne Richtungsumkehrung durchströmt, während das andere Medium immer nur ein Element durchfliesst und die Strömungsrichtung dieses Mediums in benachbarten Elementen im wesentlichen parallel und senkrecht zur Strömungsrichtung des erstgenannten Mediums ist.

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Neue Unterlagen (Art. 7 § 1 Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Änderungsfles. v. 4.9.1--"<