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Wärmetauschermatrix aus in mehreren Zagen angeordneten Blechen Die
Erfindung betrifft eine Wärmetauschermatrix aus in mehreren Zagen angeordneten Blechen,
zwischen denen die beiden Wärmeträger durch die Bleche getrennt im Kreuzstrom strömen.
Bei einer derartigen Wärmetauschermatrix ist es bekannt geworden, die beiden Wärmeträger
wechselweise zwischen den Zücken von in Abstand zueinander gestapelten Blechen hindurchströmen
zu lassen. Diese Möglichkeit ist vorteilhaft, da sich eine derartige Wärmetauschermatrix
raumsparend vorsehen läßt. Jedoch bereitet das Getrennthalten der beiden Ströme
an den Ein- und Auslässen aus den Blechzwischenräumen Schwierigkeiten. Hierzu
ist
für eine im Kreuzstrom durchströmte Wärmetauschermatrix bekanntgeworden, die Bleche
mittels Leisten auseinanderzuhalten, die in den Ein- und Auslässen angeordnet sind,
so daß sie dort gleichzeitig einen Wärmeträger von dem anderen abtrennen. Es iat
des weiteren bekannt geworden, anstatt dieserAeisten gewellte Bleche vorzusehen.
Es wird bei dieser Ausführungsform ein erheblicher Aufwand an Material benötigt,
ohne daß sich wesentliche wärmetechnische Verbesserungen erzielen lassen Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauschermatrix der eingangs genannten Art
mit geringstem Materialbedarf zu schaffen und gleichzeitig den Wärmeaustausch wesentlich
zu verbessern. Sie besteht darin, daß die Bleche als Wellbleche ausgebildet sind
unc,.ie Richtung der Wellen zweier aufeinanderfolgender Bleche kreuzweise verlaufen.
Bei dieser Ausführung beträgt die Durchtrittsfläche des heißen oder kalten Gasstromes
jeweils 25 % der zugehörigen Stirnfläche und der Querschnitt erweitert sich in jedem
Wellental der querstehenden Wellenbleche auf 75 % der Stirnfläche. Die hierdurch
bedingte hohe Turbulenz der Strömung verursacht einerseits einen hohen Durchströmwiderstand,
andererseits aber auch einen sehr hohen Wärmeaustausch zu beiden begrenzenden Trennflächen.
Die Abmessungen und Strömungslauflängen lassen sich nach diesen Gesichtspunkten
optimal auslegen. Der Materialaufwand gegenüber
den bekannten Ausführungen
ist erheblich geringer. Außerdem -ist auch der Lotverbrauch und der entsprechende
Gewichtsaufwand erheblich kleiner, da beim Zusammenlöten der kreuzweise gestapelten
Bleche nur eine punktweise Berührung der sich gegenseitig stoßenden Wellenberge
erfolgt.
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Zur Abdichtung kann an den Ein- und Auslässen für die Wärmeträger
zwischen jeweils zwei Blechen eine Profilleiste vorgesehen sein, die mit einer geraden
Längskante, einem Wellental, und mit der anderen Längskanter, dem Wellenprofil des
folgenden Bleches angepaßt ist. Hierbei muß allerdings ein sorgfältiges Einpassen
und Verlöten der Dichtleisten erfolgen. In baulich einfacher Weise können die Wellbleche
an ihren Rändern: flachgedrücktund jeweils zwei mit einer flachen Dichtleiste verlötet
sein. Da die"Ränder der flach gedrückten Wellbleche sich verwerfen können und dadurch-zu
große Lötspalte-entstehen können, ist es vorteilhaft, wenn die Dichtleiste U-förmigen
Querschnitt aufweist arid` mit- -ihren.- Schenkeln die-Ränder der Wellbleche- umgreift.
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Eine äußerst vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung erhält man,
wenn an den"Ein- und Auslässen für-die Wärmeträger-zwischenjeweils zwei-,Blech-en
räupenförmige Dichtungen aus elastischem . oder plastisehem Material-vorgeaehen
sind. Zweckmäßigerweise können d:,ie-,@räupenfbrmigen- Dichtungen runden Querschnitt
besitzen und,-weniggtens einen Durchmesser haben, der der doppelten Höhe
der
Profile der Wellbleche entspricht. Bei dieser Ausführung ist es nicht tragisch,
wenn die Lötung nicht sehr sorgfältig durchgeführt ist und einige Berührpunkte nicht
verlötet sind, da die Lötung nur dazu dient, dem Blechpaket einen Zusammenhalt zu
geben. Die Lötstellen dienen nicht, oder nur unwesentlich, zur Wärmeübertragung.
Eine weitere Verbesserung in Bezug. auf Lötfehler kann dadurch erreicht werden,
wenn die raupenförmigen Dichtungen aus Klebstoff bestehen, vorzugsweise aus einem
aushärtenden Kunststoff. Des-weiteren können die raupenförmigen Dichtungen mit Metallpulver,
z.B. einem geeigneten Lötpulver, vermengt sein.-Hierdurch werden bei einem zusätzlichen
Zusammenlöten die Wellbleche an deren Berührpunkte auch die Dichtungen mit einer
zusätzlichen Löthaut überzogen. Es erfolgt eine zusätzliche Abdichtung der eventuell
porösen oder rissigen Dichtungen, indem z.B. beim Löten im Ofen durch entsprechende
netzende Wirkung der Beimischung auch Haarrisse mit Lot vollaufen. Die Löthaut auf
der Dichtung muß nach dem Erkalten, keinen geschlossenen Zusammenhang haben; es
muß nur der Transport von Lot während des Lötvorganges zu den undichten Stellen
gewährleistet sein.
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Es kann jedoch von großem Vorteil sein, wenn nach dem Löten auf der
Oberfläche der Dichtungen eine geschlossene Löthaut vorhanden ist. Diese läßt sich
erreichen, wenn die raupenförmigen Dichtungen vorzugsweise aus Kunststoffgespritzt
und mit einer Schicht Lötpulver umhüllt sind. Es entsteht so eine schlauchartige
Dichtleiste,
die mit dem Werkstoff der Dichtungen gefüllt ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil,.
daß das Dichtungsmaterial, welches bei einem hochhitzebeständigen Wärmetauscher
aus einem entsprechend warmfesten Werkstoff bestehen muß, z:B. sprödem Keramik,
feine Risse z.B. durch Wärmespannungen erhalten kann, da die darüberliegende, elastische
Lötschicht diese abdeckt und abdichtet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Dichtungsmaterial
Lötpulver enthält, da dann die äußere Lotschicht gut haftet. Eine ähnliche schlauchartige
Dichtungsleiste erhält man, wenn die raupenförmige Dichtung mit einem dünnwandigen
Rohr oder einer Folie mit offener Naht umgeben ist. Vorteilhaft kann die raupenförmige
Dichtung zum überwiegenden Teil aus einem bei dem Lötvorgang nicht schmelzenden
Metall und einer eventuell mit Zusätzen versehenen Lötpulverbeimischung bestehen:
Letztere soll die Dichtung beim Spritzen und Löten elastisch-plastisch zusammenhalten.
Beim anschließenden Lötvorgang weden dann die Metallpulverteile miteinander und
mit den Wellblechen eventuell unter Nachstreuen von Lötpulver verlötet. In weiterer
Ausgestaltung der Erfindung können die raupenförmigen Dichtungen als elastische
Hohlkörper ausgebildet sein. Auch kann vorgesehen werden, daß die raupenförmigen
Dichtungen mit einer Einlage aus Metall oder Kunststoff oder Gewebe armiert sind.
Die
Erfindung ist anhand dreier Ausführungsformen in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine einfache Ausführungsform eines Wärmetauschers mit der erfindungsgemäßen
Wärmetauschermatrix, Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Wärmetauscher der Fig. 1, Fig.
3 eine Ansicht einer einzelnen Profilleiste, Fig. 4 eine raupenförmige in ein Wellblech
eingelegte Dichtung, Fig. 5 einen Ausschnitt entsprechend Fig. 2, jedoch mit raupenförmigen
Dichtungen, Fig. 6 eine Ansicht auf Fig. 5 in Richtung des Pfeiles VI, Fig. 7 eine
weitere Abdichtungsmöglichkeit und Fig. 8 eine Ansicht auf Fig. 7 in Richtung des
Pfeiles VIII. Der Wärmetauscher besteht aus geschichteten, wechselweise um
900 verdrehten Wellblechen 1 und 2. Der eine Wärmeträger 3 strömt in der
Zeichnung gesehen von links nach rechts und der andere Wärmeträger 4 von unten nach
oben, so daß ein reiner Kreuzstrom verwirklicht wird. Jedes einzelne Wellblech 1
und 2 ist hierbei zugleich Trennfläche zwischen dem heißen und dem kalten Wärmeträger,
wodurch
die Wärme direkt von einer Blechfläche quer durch das Wellblech 1 bzw. 2 zur anderen
Blechfläche, also von einer Seite durch die Dicke der Wellbleche 1 und 2 zur anderen
Seite fließt. Ein seitliches Fließen der Wärme in den Wellblehen 1 und ?,(wird nur
in der Nähe der Wellentäler erfolgen, falls die Turbulenz zum Wärmetransport in
den Wellentälern nicht ganz ausreichen sollte. Für die-Wellung wird eine Form gewählt,.
die eine optimale Wirbelurig und damit guten Wärmeübergang ergibt, während gleichzeitig
nur ein geringer Blechbedarf auftritt. Bei diesem Wärmetauscher ist jedes Wellblech
in Richtung der Wellen starr, aber quer hierzu sehr elastisch und weich vergleichbar
mit einem Faltenbalg. Da jedes nach oben oder unten folgende Wellblech um
900 verdreht ist, ist der starren Richtung eines Wellbleches immer eine.
weiche Richtung des nächsten Wellbleches zugeordnet. Dadurch können die Bleche untereinander
keine Spannungen, z.B. Wärmespannungen, übertragen. Dies ist ein erheblicher Verteil
gegenüber den bekannten Wärmetauschern mit flachen Blechen, die in-beiden Richtungen
starr sind. Dehnt sich bei einer derartigen Ausführung jedes zweite in gleicher
Richtung -zeigende Wellblech 1 in Wellenlängsrichtung durch unterschiedliche Temperatur
zum ersten Wellenblech 2 unterschiedlich.so.l£önnen die zwischenliegenden, verlöteten,
querstehenden Wellbleche. durch leichte Verformung der Wellfaltung diese Spannungen.:ohne
Schwierigkeiten aufnehmen. Die Längenunterschiede zu je-äem-.übernächsten Blech
können_wegen der kleinen Temperaturunterschiede nicht groß sein, so daß diese ungefährlich
sind.
Die Abdichtung, an den Ein- und Auslö.ssen der WUrmeträfer
kann, wie Fig. 2 zeigt, durch Profilleisten 5 erfolgen. Diese Profilleisten 5 sind
mit einer Längskante 6 dem ;lellenzrund eines Bleches 1 und reit der anderen Längskante
7, dem Wellenprofil des folgenden Bleches 2, az1""ei-)L.fit. Diese Profilleiste
5 rauß exakt zwischen die Jellbleche 1 und 2 eingepaßt und mit diesem verlötet sein.
Ganz erheblichc Vorteile bringt demgegenüber noch zusC;:;,tzlich die Abdichtung-mittels
raupenförmiger Dichtungen 8 aus elastischem oder plastischem Material anstatt der
Profilleisten 5. Die vorzugsweise zylindrischen raupenförmigen Dichtungen &
werden in ein Wellental eingelegt. Um eine sichere Abdichtung zu-erreichen, nuß
ihr Durchmesser mindestens der gesamten Querschnittshöhe zweier Wellbleche 1 und
2 entsprechen, damit das mit seiner Wellung in die raupenförmige Dichtung 8 eingedrückte
Profil auch am Grund der Wellentäler von der Dichtung verschlossen wird. Die raupenförmigen
Dichtungen 8 müssen sich zwischen zwei Wellenbergen sowohl an diese als auch an
den Wellengrund anschmiegen. Für die raupenförmige Dichtung 8 kommen nur derartige
Werkstoffe in Frage, die den Betriebstemperaturen und Betriebsdruckdifferenzen gewachsen
sind. Sie dürfen nicht wegfließen und ferner von. den Wärmeträgern 3 und: ¢ nicht
angegriffen, werden.-Hierbei können elastische und plastische Materialien
verwendet
weiden. Vorteilhaft sind diejenigen, die nach ihrem Auftragen und dem Stapeln der
Wellbleche 1 und 2 durch Lufttrocknung oder Aushärten, z. B. bei mehreren Materialkomponenten
oderähnlich mehr oder weniger erstarr ren. Diese raupenförmigen Dichtungen 8 bewirken
dann, daß sie Scherkräfte besser aushalten und auch Zugkräfte übertragen können,
so daß sie das Blechpaket zusammenhalten. Die Dichtungen 8 können in gleicher lifeise
auch armiert werden oder aus einem plastisch-elastischen Hohlkörper bestehen. Die
Wellbleche 1 und 2 werden an allen Stellen durch die sich kreuzenden Wellenzüge
auf gleichmäßiger Distanz gehalten. Ein Verlöten der Berührungspunkte zur Erhöhung
des Wärmeübergangs und damit@der Wärmeleitung ist nicht unbedingt erforderlich,
da die Bleche an diesen Berührungspunkten beim Wärmetauschen kaum ein großes Temperaturgefälle
zueinander haben und die durch eine Tötung geschaffenen Durchgangsflächen nicht
groß sein werden. Eine zusätzliche Tötung bringt jedoch den Vorteil, daß das aus.
Wellblechen bestehende,Paket besser.zusammengehalten wird und die raupenförmigen
. Dichtungen 8 gegen Zug entlastet werden. .
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8g1 dem Ausführungsbeispiel nach Zig. 7 und 8 sind die Ränder g der
Wellblech® 1 und 2 in einer geeigneten Vorrichtung in einem Arbeitsgani flachgedrückt
worden,-80 dap-keine komglIzierten DchtleiOO9 oder raupebmig* 1#4t=,;enK eandexn
Paket
kann nun wie üblich zusammengelötet werden.
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Da die flach gedrückten Ränder 9 der Wellbleche 1 und 2 sich verwerfen
können, und dadurch die Lötspalten zu groß würden, werden U-förmige Dichtleisten
10 vorgesehen, in. die die Ränder 9 von jeweils zwei Wellblechen 1 und 2 eingeschoben
und dort verlötet werden.