DE1501586B2 - Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, insbesondere zur Luftvorwärmung für Gasturbinen kleinerer Leistung, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

In der Fahrzeugtechnik ist man bereits seit langem bemüht, Gasturbinen zu konstruieren, die für Landfahrzeuge, z. B. auch für Traktoren, verwendet werden können. Einen wesentlichen Teil dieser Aufgabe macht die Schaffung eines geeigneten Wärmeaustauschers aus. Hierzu besteht die technische Aufgabe, einen im wesentlichen nur aus gleichen, als Primär-Austauschelemente dienenden Platten zusammengesetzten Wärmeaustauscher zu schaffen, der trotz leichter Ausführung ausreichend stabil und widerstandsfähig gegen Druckstöße ist. '

ίο Aus dem sehr umfangreichen Stand der Technik ist die CH-PS 3 24 839 zur Bildung des Oberbegriffes herangezogen worden. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Wärmeaustauscher ist nur jede zweite Platte gewellt und wird auf beiden Seiten von glatten Platten !5 abgestützt, so daß diese bekannte Einrichtung nur zur Hälfte aus gewellten Primär-Austauschelementen besteht. In der Vorveröffentlichung fehlen Hinweise, die glatten Platten durch ebenfalls gewellte zu ersetzen.und dabei trotzdem die Stabilität der Anordnung bei Druckschwankungen zu erhalten.

In den DE-PS 11 79 231 und 42 359 werden Wärmeaustauscher beschrieben, die, siehe z. B. die DT-PS 11 79 231, aus glatten Blechen zusammengesetzt sind, die durch Randleisten aneinander abgestützt sind. Zwischen den glatten Flächen sind Wellblecheinsätze angeordnet. Bei der DE-PS 11 79 231 ist der im Umriß sechskantige Austauschbereich zwischen zwei ebenen Platten durch je ein rechteckiges und zwei dreieckige Wellblechstücke ausgefüllt, von denen die letzteren aber im Hinblick auf die sehr massiven Randleisten und die Randanordnungen keinerlei Stützaufgaben haben. Die Wellblecheinsätze dienen nur als sekundäre Elemente, die aufgrund der besseren Wärmeleistung des Bleches zusätzlich Wärme an den Berührungsstellen auf die glatten Bleche übertragen. Ähnliches gilt für den Austauscher nach der DE-PS 8 42 359.

Nach US-PS 23 61 691 oder 23 21 110 können Platten als Wärmeaustauscherelemente mit Prägungen versehen werden, die für das hindurchströmende Medium Leitvorrichtungen bilden. Diese Leitvorrichtungen können, s. Figur 1 US-PS 23 21 110, auch gekrümmte Bahnen begrenzen.

Die DE-AS 1115 751 zeigt einen aus gewellten Platten aufgebauten Wärmeaustauscher, bei dem zur Stabilisierung und Begrenzung der Strömungswege an den Enden massive Füllstücke in Form gewellter starker Bleche vorgesehen sind. Außerdem wird zur Verbesserung des Zusammenhalts und zur Montage als eine mögliche zusätzliche Maßnahme die Heftschweißung aneinandergrenzender Wellplatten erwähnt. Die Fertigung der Füllkörper und die Montage der Teile dieses Austauschers ist demnach verhältnismäßig kompliziert. Die Füllkörper erhöhen das Gewicht, ohne in dem Bereich ihrer Anordnung zum Wärmeaustausch beizutragen. Dieser Bereich bleibt für Austauschzwecke praktisch ungenutzt.

Aus der FR-PS 13 96 037 ist bekannt, die Wellungen im mittleren Austauschbereich durch entsprechende Übergangsstücke in den Zu- und Abflußbereich eines fto Wärmeaustauschers fortzusetzen.

Aus der US-PS 26 46 027 und der CH-PS 27 90 055 ist

es bekannt, Wärmeaustauscher als ringförmige Anlagen auszubilden, die z. B. aus sektorartigen Baugruppen zusammengesetzt sind, die ihrerseits aus einzelnen

t>^r> Platten bestehen.

Zur Lösung der eingangs erwähnten Aufgabe wird nach der Erfindung ein Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 geschaffen. Trotz des verhältnismäßig

einfachen Aufbaus aus im wesentlichen gleich oder ähnlich ausgebildeten Elementen weist die mit der Erfindung geschaffene Einrichtung ausgezeichnete Austauscheigenschaften auf, da sie praktisch nur aus Primärelementen besteht. Überdies ist trotz der geringen Stärke der Primärelemente, die bei der Ausführung für Landfahrzeuge nicht wesentlich stärker als übliches Papier sind, die Plattenanordnung im Wärmeaustauscher so stabil, daß sie durch Druckstöße nicht gefährdet wird.

Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet, für die nur im Zusammenhang mit Merkmalen des Anspruches 1 Schutz begehrt wird.

Beim Aufbau ringförmiger Wärmeaustauscher werden nach der Erfindung sehr viele Platten, z. B. etwa 300—400 Stück, verwendet und so angeordnet, daß die Mittelebene jeder Platte radial oder nahezu radial zur Achse des Wärmeaustauschers verläuft. Die Tiefe der Wellen und/oder der anderen Prägungen nimmt von einem Ende der Platte zum anderen, d. h. vom radial innen zum außen liegenden, fortlaufend zu. Diese Zunahme kann wegen der Vielzahl der Platten sehr geringfügig sein, so daß eine Platte einen Winkel von höchstens 2° einnimmt.

Die Erfindung bietet also die Möglichkeit, eine Vielzahl von Wärmeaustauschern aufzubauen, und zwar nicht nur in Form eines Ringes, sondern auch in vielen kastenartigen Ausbildungen. Weiterhin können die Wärmeaustauscher, je nach den Erfordernissen, in so vielen Größen hergestellt werden. Zum Beispiel kann eine ringförmige Luftvorwärmeeinheit für eine Gasturbine aus dünnen Platten mit einer radialen Abmessung von etwa 150 mm und einer axialen Abmessung von etwa 50 bis 75 mm bestehen, einem inneren Ringflä- j5 chen-Durchmesser von etwa 100 bis 305 mm, und folglich einem äußeren Ringflächen-Durchmesser von ; 400 bis 610 mm. Aber auch große Anlagen mit ! Durchmessern von bis etwa 9 m sind möglich unter ί Verwendung verhältnismäßig dicker Stahlplatten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispie- ; len erläutert. In den Zeichnungen zeigt
ι F i g. 1 eine Gruppe Platten und Abstandhalter in ' auseinandergezogener Anordnung,
; F i g. 2 eine Seitenansicht der zusammengefügten

Platten und Abstandhalter gemäß Fig. 1,
: Fig.3 vergrößert dargestellt einen Querschnitt bei Linie MI-III der F i g. 1 und 2,

! F i g. 4 und 5 Draufsichten auf zwei andere Plattenfor- ! men, -50

j F i g. 6 einen Querschnitt bei Linie VI-VI der F i g. 5,
j Fig. 7 einen Längsschnitt bei Linie VII-VII der !Fig. 5,

F i g. 8 auseinandergezogen die Teile einer abgewandelten Plattenform τ> F i g. 9 einen Querschnitt der Linie IX-IX der F i g. 8, Fig. 10 einen Längsschnitt bei Linie X-X der F i g. 8, Fi g. 11 eine perspektivische Ansicht einer abgewanj delten Platte für eine andere Art des Zusammenbaus, wobei verdeckte Teile gestrichelt gezeichnet sind, m>

Fig. 12 einen Diametralschnitt durch einen ringförmigen Wärmeaustauscher, und

j Fig. 13 ein Strömungsschaubild einer Gasturbine J unter Verwendung eines ringförmigen Wärmeaustauj schers. ti;

j In den Fig. 1 bis 3 sind geprägte Platten dargestellt, !die zusammen mit einer Reihe gleicher Plattenpaare und einer flachen Rückplatte Teile eines Wärmeaustauschers bilden. Die Abstände zwischen jeweils zwei Platten, s. Fig. 2, können keilförmig sein, so daß der Wärmeaustauscher die Form eines Kreisbogens hat, der zusammen mit anderen Kreisbogen zu einem vollständigen, ringförmigen Wärmeaustauscher zusammengesetzt werden kann. Die Platten können aber ebensogut parallel liegen; die Wärmeaustauschereinheit bildet dann einen würfelförmigen Block.

Die Platten 1 und 2 sind rechtwinklig und weisen eine Reihe Längswellen 3 auf, die quer über die Plattenbreite verlaufen und in schrägen Linien 4 enden, die ungefähr von den angrenzenden, diagonal entgegengesetzten Ecken der Platte ausgehen, so daß ihre Spitzen in diesen gegenüberliegenden Ecken dreieckige Endbereiche 5 begrenzen. Wichtig für die Platten 1 und 2 ist, daß die Wellen bei jeder Querlinie gleichmäßig und abwechselnd zu gegeneinanderliegenden Seiten der Mittelebene der Platten hervorragen. Die Wellen können dreieckig geformt sein und dadurch in zwei aneinanderstoßenden Platten im Querschnitt rautenartige Kanäle bilden, trapezförmig und sechseckige Kanäle oder aber sinusförmig und dementsprechend ungefähr runde Kanäle bilden.

In der Platte 1, die einen Längsdurchgang für das Strömungsmittel zwischen der Endeingangs- und der Endausgangsöffnung bilden soll, ist jeder Endbereich 5 einseitig mit kurzen aufgeprägten Längswellen 6 versehen. Deren Höhe entspricht der Gesamthöhe der Wellen 3 auf beiden Seiten der Platte 1, so daß die Wellen 6 in einer Reihe aus einander abwechselnden Platten 1 und 2 den Endbereich der darüberliegenden Platte abstützen. Wie in F i g. 3 ersichtlich, stoßen also die Wellen 6 der Platte la an der flachen Rückplatte 7 an und tragen diese, während die Wellen 6 der Platte 16 an Abschnitten der Endbereiche 5 der darüberliegenden Platte 2a anstoßen und diese tragen.

In der Platte 2, s. F i g. 1, die einen Längsdurchgang für das Strömungsmittel zwischen seitliche Einlaß- und Auslaßöffnungen bilden soll, ist jeder Endbereich 5 mit kurzen Wellen einschließlich gebogener Wellen 8 versehen, die das Strömungsmittel vom Längslauf zu einem seitlichen Lauf ablenken oder umgekehrt. Gerade Querwellen 9 in den Platten 2 leiten das Strömungsmittel seitlich. Ebenso wie die Wellen 6 in den Endbereichen der Platte 1 haben die Wellen 8 und 9 der Platte 2 eine Höhe, die der Gesamthöhe der Wellen 3 auf beiden Seiten Platte 2 entspricht. Dadurch liegen, s. F i g. 3, die teilweise im Querschnitt und teilweise im Aufriß dargestellten Wellen 8 und die im Querschnitt dargestellten Wellen 9 der Platten 2a und 2b jeweils an den Endbereichen der darüberliegenden Platten la und

1 b an und tragen diese.

In dem Verbund aus sich abwechselnden Platten 1 und

2 und der flachen Rückplatte 7 sind Abstandstreifen zwischen Randabschnitten der Platten angebracht. Dort, wo Endeinlaß- und Endauslaßöffnungen vorgesehen sind, wie zwischen den Platten la und 7 und den Platten 16 und 2a (Fig.3) und zwischen der Platte 2b und der darunterliegenden Platte der Reihe 1 usw., sind die Abstandstreifen 10 gerade und verlaufen über die gesamte Länge beider Seiten der zwei Platten. Dort, wo seitliche Einlaß- und Auslaßöffnungen vorgesehen sein sollen, wie zwischen den Platten la, 2a und Xb, 2b (Fig. 3), haben die Abstandstreifen 11 die Form eines »Lc< und überragen auf diese Weise sämtlich die Ränder eines Endes des Plattenpaares und verlaufen von derjenigen Ecke jeder Platte aus, an der eine der Wellen

3 beginnt, längs einer Plattenseite zum anderen Ende

der dieser Welle, so daß die Seite jedes dreieckigen Endbereichs 5 offenbleibt.

Zum Abstützen der Plattenränder an den Einlaß- und Auslaßöffnungen sind diese quer über jede dieser öffnungen hinweg mit einer Reihe ausgestanzter, bogenförmiger Vorsprünge 12 versehen, und zwar in jeder Platte auf derjenigen Seite, die dem Vorsprung 6 bzw. 8, 9 in den Endbereichen gegenüberliegt. So sind z. B. in Fig.3 diese Vorsprünge 12 auf den Platten la und Xb an den Seiten der dreieckigen Endbereiche vorgesehen. Desgleichen sind in den Platten 2 die bogenförmigen Vorsprünge 12 quer über den Endrändern der Endbereiche 5 angeordnet, so daß sie die Endeinlaß- und Endauslaßöffnungen abstützen. Diese ausgestanzten, bogenförmigen Vorsprünge begrenzen den Bereich der öffnung nur sehr wenig, da nur die Kanten der bogenförmigen Abschnitte dem Fluß des Strömungsmittels ausgesetzt sind, das sowohl innerhalb als auch außerhalb der Bögen fließen kann.

Bei Verwendung eines beschriebenen Plattenverbundes mit Abstandstreifen für den Aufbau einer kreisbogenförmigen Wärmeaustauschereinheit oder eines gänzlich ringförmigen Wärmeaustauschers braucht nicht jede einzelne Platte genau in einer Radial-Ebene zu liegen, bezogen auf die Achse dieser Einheit oder des Wärmeaustauschers.

Daher brauchen auch die L-förmigen Abstandstreifen 11 nicht mit schräg zueinander verlaufenden Seiten ausgeführt werden. Wenn zur Zusammenstellung von bogen- oder ringförmiger Einheiten, s. auch F i g. 2, der Winkel zwischen der Unterseite der Platte 7 und der Unterseite der am nächsten befindlichen Platte 2 4° betragen soll, dann kann unter Aufrechthalten dieser Winkelstellung zwischen den Platten 7 und 2 die Zwischenplatte 1 parallel zur Platte 2 mit L-förmigen Abstandhalter 11 gleichförmiger Dicke angeordnet werden. Die radial verlaufenden, geraden Abstandhalterstreifen 10 zwischen den Platten 1 und 7 haben zum Ausgleich diese Schräge von 4°.

Die Wärmeaustauscherplatte 14, Fig.4, hat eine ähnlich schräge Schar 3 aus Wellen und dreieckigen Endbereichen 5, in denen längs- und querverlaufende Reihen Prägungen 15 vorgesehen sind. Diese Prägungen bilden unterbrochene Wellen und ermöglichen den Durchfluß des Strömungsmittels entweder in Längsrichtung oder seitlich. Ein Wärmeaustauscher mit Einlaß- und Auslaßöffnungen für das eine Strömungsmittel und seitlichen Ein- und Auslaßöffnungen für ein zweites Strömungsmittel kann daher aus einem Verbund gleicher Platten 14 bestehen. Die Prägungen 15 können abwechselnd über die gegenüberliegenden Seiten der Platte 14 vorstehen und Querschnitte haben, die dem Querschnitt einer halben Welle 3 entsprechen. Desgleichen können die Prägungen alle auf einer einzigen Plattenseite vorgesehen sein und ihre Höhe kann der Gesamthöhe der Wellen 3 auf beiden Plattenseiten entsprechen (wie die kurzen Wellen 6 oder 8, 9 der Platten 1 und 2 in Fig.3); im letzteren Fall ist es vorteilhaft, auf jeder Platte 14 eine Reihe bogenförmiger Vorsprünge 12 (F i g. 4) vorzusehen, die sich über die vorgesehene Einlaß- oder Auslaßöffnung erstrecken.

Da jedoch dafür letztlich zwei verschiedene Plattentypen 14 notwendig sind, ist die beschriebene Anordnung der Prägungen 15, nämlich abwechselnd auf den gegenüberliegenden Seiten der Platte, vorzuziehen, da diese Prägungen bis zum Rand der öffnung reichen können, gleichgültig, ob es sich um eine End- oder Seitenöffnung handelt und sie durch das gegenseitige Aufliegen der Prägungen auf zwei nebeneinanderliegenden Platten quer über dieser öffnung abgestützt sind.

In den Fig.5, 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform der Platte 18 gezeigt, die eine schräge Reihe Längswellen 3 zwischen schmalen, flachen, seitlichen Rändern 20 und dreieckige Endbereiche haben, die mit Ausnahme von schmalen Querrändern 21 gänzlich von querverlaufenden Wellen 19 ausgefüllt sind. Wie in den

ίο F i g. 6 und 7 besonders deutlich ersichtlich, müssen für den Aufbau einer Wärmeaustauschereinheit aus derartigen Platten die Platten 18, in die jeweils auf einer Seite der Ränderebene die querverlaufenden Wellen 19 eingebracht sind und deren Höhe der Gesamthöhe der Wellen 3 auf beiden Plattenseiten entspricht, abwechselnd mit Platten 17 verbunden werden. (Fig.6 und 7), die die gleichen Längswellen 3, in ihren Endbereichen jedoch keine Wellen haben. Sind die Platten 17, 18 in eine Einheit gebracht, wobei abwechselnd Paare aus L-förmigen Abstandhalterstreifen 11 über den Querrändern 21 und längs Teilen der seitlichen Ränder 20 zwischen denjenigen Seiten der Platten, über die die Querwellen 19 hinausragen, sowie gerade Abstandhalterstreifen 10 zwischen den anderen Plattenpaaren vorgesehen sind, bietet die Einheit abwechselnd Kanäle für das eine Strömungsmittel mit Endein- und -auslaßöffnungen und Kanäle für das andere Strömungsmittel mit seitlichen Ein- und Auslaßöffnungen durch einander anliegende Paare quergewellter Abschnitte 19 der Platten 18. Zum Abstützen der Ränder der Einlaß- und Auslaßöffnungen können die Platten 17, 18, wie die vorstehend beschriebenen Platten 1 und 2 nach Fig. 1, mit geeignet angeordneten, ausgestanzten, bogenförmigen Vorsprüngen 12 versehen sein.

Statt zwei unterschiedlichen Platten, z. B. die Platten 1 und 2 nach Fig. 1 und 3 oder die Platten 17, 18 der F i g. 5 bis 7, zeigt das Beispiel der F i g. 8 eine einzige Grundplattenform 22, die der Platte 17 entspricht. Sie ist mit einer schrägen Schar Wellen versehen, die abwechselnd über beide Seiten der Platten überstehen und in Linien in einem Winkel von 45° zur Plattenlängsachse enden. Die ebenen Endbereiche 25 haben jeweils die Form eines rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreiecks. Entsprechende dreieckige Abschnitte 26 und 26a aus gänzlich gewelltem Metallblech sind auf die Oberseiten der ebenen Endbereiche 25 aufgeschweißt. Auf einander abwechselnden Platten 22, s. Fig.9 und 10, einer Gruppe sind die dreieckigen Abschnitte 2fc derart angeordnet, daß ihre Wellen in

so Längsrichtung verlaufen und Endeinlaß- und Endauslaßöffnungen darstellen. Auf der entsprechenden Seite der jeweils angrenzenden Platte sind dreieckige Abschnitte 26a derart angeordnet, daß ihre Wellen quer verlaufen und seitliche Einlaß- und Auslaßöffnungen bilden. Die Gesamthöhe der Wellen in den Abschnitten 26, 26a entspricht den Vorsprüngen der Wellen 23 von der Oberfläche beider Seiten der Platte 22, so daß bei zwei aneinander anstoßenden Platten die gegenseitig zusammenpassenden, längsverlaufenden Wellen 23 an ihren

fco Scheiteln in Berührung miteinander stehen und die längsgewellten Teile 26 sowie die quergewellten Abschnitte 26a die aufeinanderliegenden, ebenen Endbereiche der Platten 22 abstützen. Eine Vielzahl derart angeordneter Platten 22 wird mit Hilfe von

μ abwechselnd längsverlaufenden Abstandstreifen 10 und L-förmigen Abstandstreifen 11 zu einem Wärmeaustauscher miteinander verbunden. Dabei werden nach dem Zusammensetzen in einer Spannvorrichtung die Be-

standteile durch Verschweißen oder Verlöten in den Bereichen bleibend verbunden, in denen die Seiten der Abstandstreifen 10,11 aufeinanderliegen.

Gemäß F i g. 3, 6 und 9 werden in einem Wärmeaustauscher mit einer durch Abstandstreifen zusammengefügten Plattenschichtung die Platten derart angeordnet, daß die Scheitel der Längswellen von jeweils zwei nebeneinanderliegenden Platten aneinander anstoßen. Dadurch ist ein gegenseitiger Halt der Platten geschaffen, wenn auf die beiden Seiten jeder Platte sehr unterschiedliche Drücke durch die zwei Strömungsmittel wirken, die beiderseits entweder in gleicher oder gegenläufiger Richtung fließen. Im Bereich der kongruenten, schrägen Scharen von Längswellen sind in den aufeinanderliegenden Platten parallele Einzelkanäle is vorhanden, die, je nach der Form der Wellen im Querschnitt sechseckig, rautenförmig oder nahezu eiförmig sind. Bei der hierfür verwendeten Gruppe von Platten sind die Scharen von Längswellen zwischen den Seitenkanten gleich. Bei vollständigen, d. h. sinusförmigen Wellen und bei endseitiger Anordnung von abwechselnden Platten sind die Wellenscheitel und auch die Wellentäler zwei benachbarter Platten einander entgegengesetzt.

F i g. 11 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Plattenverbindung. Dabei hat jede Platte 27 einen rechteckigen Teil mit einer schrägen Schar Wellen. Ferner können dreieckige, gewellte Endteile 26, 26a vorgesehen sein. Jede Platte 27 hat eine Längskante, die in zwei gleichen Gegenwinkeln gebogen ist und einen schmalen Randstreifen 28 mit einer Oberseite 29 in der Ebene der Scheitel der Wellen 23 auf der einen Plattenseiten bildet; der gegenüberliegende Rand ist zu einem ähnlich angeordneten und breiteren Randstreifen 30 gebogen, der nach innen auf sich selbst zu einem U-förmigen Wulst umgeschlagen ist, der einen schmalen Längsrandstreifen 28 einer daneben angeordneten, gleichen Platte auf dieser Seite umgreifen kann. Jede Platte 27 hat einen Querrand 31, der ebenfalls gebogen ist und einen schmalen Randstreifen mit einer Oberseite in der Ebene der Scheitel der Wellen 23 auf der anderen Plattenseite bildet; der andere, gegenüberliegende Querrand ist derart gebogen, daß er einen auf gleiche Weise angeordneten und breiteren Randstreifen 32 bildet, der auf sich selbst umgeschlagen ist und einen U-förmigen Wulst darstellt, der um den schmalen Querrandstreifen 31 der angrenzenden Platte herumgespannt werden kann, s. z. B. F i g. 11. Diese Plattenpaare können zu einem Segment einer Austauschereinheit oder einen vollständigen, ringförmigen Wärmeaustau- so scher verwendet werden, wenn die Wellen und Ränder der Platten so aufgebogen sind, daß jeweils zwei aneinanderangrenzende Platten geringfügig zueinander geneigt sind.

Die Anordnung nach F i g. 11 bedingt rechts und links Ausführungsformen der Platte 27. Da also zwei Ausführungen dieser Platte vorhanden sein müssen, kann es vorteilhaft sein, die eine Platte mit zwei U-förmigen Wülsten 30 längs ihrer Längskanten und mit zwei ebenen Randstreifen 31 quer über ihre Querränder und die andere Platte mit zwei schmalen Längsrandstreifen 28 und zwei Wülsten 32 quer über die Enden zu versehen.

Dadurch sind beide Ausführungsformen leicht zu unterscheiden. Die Platten können dann der Reihenfolge nach verbunden werden, indem die Längskanten 28 einer zweiten Platte in die Wulstränder 30 einer ersten Platte geschoben werden, die Querränder 31 einer dritten Platte in die Wulstquerränder der zweiten Platte usw.

Bei diesem Beispiel bilden immer zwei an ihren Längskanten miteinander verbundene Platten Endein- und auslaßöffnungen und immer zwei durch ihre Querränder miteinander verbundene Platten seitliche Ein- und Auslaßöffnungen. Ein solcher Plattenverbund kann durch eine quadratische Profilstange 33, die in jedes Eck eingelötet oder eingeschweißt wird, in einen quaderförmigen Block gebracht werden. In einem ähnlich ausgebildeten, ringförmigen Wärmeaustauscher sind die Stangen 33 durch Ringe mit dem gleichen quadratischen Profil ersetzt. Zum Verschließen derjenigen Seitenteile des Verbundes, die für den seitlichen Eintritt und Austritt des Strömungsmittels nicht notwendig sind, können Streifen 34 mit rechtwinkligem Profil in die angrenzenden Plattenkanten eingelötet oder eingeschweißt werden.

Ein ringförmiger Wärmeaustauscher kann in Queranordnung mit einer Innenkante auf dem Ende eines runden Rohres angeordnet sein; an der anderen Innenkante ist symmetrisch zur Rohrachse ein konischer oder ringförmiger konkaver Umlenker vorgesehen, der das Rohr verschließt und das Strömungsmittel aus dem Rohr in die offenen, inneren Enden der abwechselnden, radialen Kanäle zwischen den Platten des Wärmeaustauschers radial ableitet. Das andere Strömungsmittel kann in einem konzentrischen Rohr fließen, dessen Ende mit seitlichen Einlaßöffnungen an einer Seite des ringförmigen Wärmeaustauschers in Verbindung steht, und das aus den abwechselnden, seitlichen Auslässen zwischen den Platten an der anderen Seite ausfließende Strömungsmittel kann von dort aus in ein weiteres mit der anderen Seite des Wärmeaustauschers verbundenes Rohr gefördert oder aber in einem geeigneten Sammelrohr gesammelt werden. Das aus den äußeren Enden der radialen Kanäle im Wärmeaustauscher austretende Strömungsmittel kann zur Atmosphäre abgelassen oder in einem geeigneten, runden oder spiralförmigen Sammelrohr gesammelt werden.

In dem Beispiel der Fig. 12 sind zwei ringförmige Platteneinheiten 35, 36 im Innern eines Gehäuses 37 eingeschlossen; dieses hat für das eine Strömungsmittel zwei koaxiale fluchtende Rohre 38, 39, deren Enden durch ein Element 46 voneinander getrennt sind, so daß dieses Strömungsmittel durch die Einheit 35 radial nach außen und durch die andere Einheit 36 nach innen fließt; eine nahezu halbringförmige Ablenkkammer 40, die die äußeren, ringförmigen Flächen der beiden Einheiten einschließt, verbindet die entsprechenden Ein- und Auslässe und lenkt das Strömungsmittel um. Durch ein Paar keilförmige Sammelkanäle 41, 42 gelangt das andere Strömungsmittel in Einlaßöffnungen hinein und aus Auslaßöffnungen an den Enden der beiden Einheiten heraus, so daß es in Längsrichtung zu- und abfließt; dabei sind die breiteren Enden 43, 44 dieser keilförmigen Sammelkanäle offen und geflanscht zum Anschluß von Rohren.

Das Gehäuse 37 wird z. B. in zwei gleichen Teilen formgegossen und auf einer Querebene der Anlenkkammer 40 mit äußeren Flanschen 45 versehen, an denen die beiden Teile zum Umschließen eines Doppel-Wärmeaustauschers miteinander verbolzt werden.

Das Trenneiement 46 zwischen den beiden Rohren 38, 39 ist rund und an den Endseiten im Radialschnitt jeweils im Viertelkreis konkav. Der Mittelpunkt jeder Endseite ist axial ausgerichtet. Daher wird das vom

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Rohr 38 einfließende Strömungsmittel zuerst aus seiner axialen Strömung radial nach außen abgelenkt, strömt durch die Einheit 35, die Kammer 40 und die Einheit 36 zur Umlenkung in das Rohr 39. Der Mittelrand des Elementes hat einen Flansch, der zwischen die einander angrenzenden Innenränder der beiden Platteneinheiten 35, 36 eingesetzt ist. Ein Dichtungsring 48 ist zwischen den entsprechenden, aneinander angrenzenden Außenränder dieser Einheiten angebracht. Diese werden wegen der Verbolzung der Halbteile des Gehäuses 37 von beiden Seiten gegen den Flansch und den Dichtungsring gepreßt; die Halbteile haben ringförmige Schultern 49 zum Erfassen der äußeren Enden der Einheiten.

Die mit den äußeren Enden des Doppel-Wärmeaustauschers verbindenden keilförmigen Sammelkanäle 41, 42 bilden Ringkammern, deren Breite mit zunehmender Entfernung von dem seitlichen, offenen Ende 43,44 des Sammelkanals abnimmt; dadurch wird die gleichförmige Verteilung des Strömungsmittels begünstigt, das über die Sammelkanäle in die ringförmige Gruppe der Endeinlasse und Endauslässe einfließt bzw. ausfließt.

Die zwei Plattenanordnungen dieses Doppel-Wärmeaustauschers haben ungleiche axiale Längen. Die Einheit 35 wird vom Strömungsmittel in einem relativ heißeren Zustand radial durchflossen und ist länger als die Einheit 36, in die das gleiche Strömungsmittel radial einfließt, nachdem es zuvor teilweise abgekühlt und dadurch volumenmäßig vermindert worden ist. Bei dieser Anordnung ist das Element 46 von der Symmetrieebene der halbringförmigen Kammer zur kühleren Seite hin versetzt.

Ein ringförmiger Wärmeaustauscher aus Platten, die jeweils einen Mittelbereich durchgehender, radial zum Ring liegender Wellen haben, kann mit einer Gasturbine kombiniert werden, s. F i g. 13. Dabei hat jede Platte des ringförmigen Wärmeaustauschers 50 den durch radiale Wellen gebildeten Mittelbereich und rechte und linke bzw. innere und äußere, im Radialschnitt dreieckige Endbereiche 51,52. Die Platten sind durch Abstandhalter voneinander getrennt, so daß von einem Ende zum anderen zwischen den abwechselnden Plattenpaaren radiale Kanäle mit Zwischenkanälen entstehen, in die das Strömungsmittel an einer Seitenkante des Endbereiches 51 eintritt, durch den gewellten Mittelbereich abgelenkt, dann wieder in Längsrichtung abgelenkt und an der gegenüberliegenden Seitenkante des anderen dreieckigen Endbereiches 52 abgeleitet wird. Die seitlichen öffnungen dieser abwechselnden Kanäle können innerhalb eines oder mehrerer, ringförmiger Sammelkanäle liegen; gegebenenfalls ist eine Gruppe radialer öffnungen vorgesehen, um das Ein- oder Ausströmen des betreffenden Strömungsmittels aus der oder in die Atmosphäre zu ermöglichen.

In dem Beispiel dient der Wärmeaustauscher als Luftvorwärmer für eine Gasturbine. Der seitliche, ringförmige Sammelkanal an der Außenkante des Wärmeaustauschers ist deshalb einer Leitung zum Luftkompressor 53 der Maschine und der andere seitliche Sammelkanal 54 mit den Einlaßenden der ringförmigen Verbrennungskammern 55 verbunden. Ein ringförmiger Sammelkanal 56 innerhalb der Innenseite des ringförmigen Wärmeaustauschers ist über Kanäle 57 mit dem Turbinenexhaustor 58 verbunden; die äußeren Enden 59 der radialen Kanäle sind zur Atmosphäre hin offen. Das durch die radialen Kanäle fließende, abgesaugte Gas wärmt also die einfließende Luft vor und fließt dann in die Atmosphäre.

Zur Vereinfachung kann ein ringförmiger Wärmeaustauscher aus Teilkreisen zusammengesetzt werden, wobei die äußeren Platten jedes Teilkreises eben sind, so daß bei Aneinanderstoßen zweier solcher Platten dazwischen kein Durchfluß möglich ist.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, insbesondere zur Luftvorwärmung für Gasturbinen kleinerer Leistung, bestehend aus einer Mehrzahl von gleichliegend aufeinandergesetzten Platten, die jeweils ein Mittelfeld und beiderseits daran anschließend zwei Endfelder aufweisen, wobei Umrißformen der Platten und der Felder in den Platten gleich sind und mindestens jede zweite Platte im Mittelfeld mit nach beiden Seiten der Plattenebene gleichmäßig vorspringenden parallelen Wellen versehen ist, deren Wellenkämme die jeweils benachbarten Platten berühren und mit diesen zwei getrennte Scharen von abwechselnd liegenden und zu den Endfeldern offenen Kanälen bilden, durch die zum Wärmeaustausch Strömungsmittel leitbar und die über zwischen Endfelder benachbarten Platten gebildete Räume mit Strömungsmittel-Zu- und Abflüssen verbunden sind, von denen die Zu- und Abflüsse der einen Schar an zwei gegenüberliegenden Kanten und die der anderen Schar an winklig dazu angrenzenden Kanten vorgesehen sind, und wobei ferner die Ränder benachbarter Platten mit Mitteln zur Einhaltung eines bestimmten Abstandes aneinander befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar entlang den Wellenkämmen aneinanderstoßenden Platten (1,2,7; 14; 17,18; 22; 27) in den Endfeldern (5; 25) durch als Plattenprägungen ausgebildeten und in die Strömung hineinreichende Strömungsleitvorrichtungen (6; 15; 26, 26a) aneinander abgestützt sind und die Abstandsmittel (10,11) sich über den Plattenrandbereich außerhalb der Zu- und Abflüsse erstrecken.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtungen (6; 15) Prägungen der Platten selbst sind und die Platten unmittelbar vor den Zu- und Abflüssen eine Reihe von aus der Plattenfläche herausgedrückten Brükken (12) aufweisen.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtungen geprägte Einsatzplatten (26a, 26) sind.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallele und keilförmige Plattenpaare abwechseln.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abflüsse bei einem keilförmigen Plattenpaar im wesentlichen parallel zum Keilscheitel, bei einem parallelen Plattenpaar im wesentlichen rechtwinklig zum Keilscheitel ausgerichtet sind.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmittel im Endbereich der Platten aus entsprechend geformten Teilen (47) eines nabenförmigen Elementes (46) bestehen und zwei im wesentlichen gleich ausgebildete Austauschereinheiten (35,36) koppeln.