DE2201559A1

DE2201559A1 - Plattenwaermetauscher, insbesondere luftvorwaermer

Info

Publication number: DE2201559A1
Application number: DE19722201559
Authority: DE
Inventors: Diethard Bonnet; Hans Joachim Kanzler
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1972-01-13
Filing date: 1972-01-13
Publication date: 1973-07-19
Also published as: DE2301345A1

Description

Plattenwärmetauscher, insbesondere Luftvorwärmer.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher, insbe= sondere Luftvorwärmer, dessen Wärmeaustauschwände aus einem mehr fach um jeweils 1800 gefalteten Blech bestehen, das ein blockför= miges Paket aus mehreren flachen Scheiden bildet, von denen jede mindestens je eine Zufluß- und Abflußöffnung für ein Elärmeaus= tauschmedium aufweist.
Bei den bekannten Plattenwärmetauschern der vorgenannten Bauart werden die Scheiden an den Seiten des Scheidenpaketes, an denen die Stirnkanten des gefalteten Bleches liegen, durch Schweiß-oder Lötverbindungen zur Trennung der beiden Medien voneinander verschlossen. Dies geschieht entweder durch stumpfes Anlöten von Deckblechen an die Stirnkanten, oder durch eingelötete Distanz stücke, oder durch Zusammenbiegen des gefalteten Bleches an den Stirnkanten, die darauf miteinander verschweißt werden. Eine der artige Ausführung ist z.B. in der DT-PS 1 111 221, Fig. 2 und 3 dargestellt.
Die vorgenannten Herstellungsverfahren sind mit erheblichem Arbeitsaufwand verbunden. Ein weiterer bedeutender Nachteil der vorgenannten Herstellungsweise liegt in einer ausgeprägten Nei= gung zur Bildung von Rissen an den Verbindungsstellen verursacht durch die unverldlichen Wärmespannungen zwischen dem gefalteten Blech und den aufgelöteten Deckblechen und Distanzstücken oder an den miteinander verschweißten Stirnkanten, denn die entstehenden starren Verbindungen können die auftretenden Spannungen nicht genügend durch Formänderungen abbauen. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung der geschilderten Nachteile.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einem Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Bauart dadurch gelöst, daß an den Stirn= kanten des gefalteten Bleches im wesentlichen plattenförmige Ver schlußteile jeweils unter Zwischenlage einer Dichtung kraftschlüs= sig anliegen. Diese Maßnahme bewirkt einerseits den Wegfall der beschriebenen kostspieligen Löt- oder Schweißarbeiten und schafft andererseits die Möglichkeit für Relativbewegungen zwischen dem gefalteten Blech und den Verschlußteilen, so daß rißverursachende Wärmespannungen nicht mehr entstehen können.
Beispielsweise für die Verwendung als Luftvorwärmer für die Ver= brennungsluft von Heizbrennern z.B. von Heißgasmotoren muß der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher Temperaturen bis etwa 7000 C aushalten können. Vorteilhaft wird er hierzu dadurch in die Lage versetzt, daß die Dichtung eine Flachdichtung aus einem filzarti= gen feuerfesten Werkstoff ist. Die filzartige Beschaffenheit gleicht kleine Ungenauigkeiten der Auflagestellen aus und bewirkt somit eine einwandfreie Abdichtung.
Damit die Dichtung durch die scharfen Kanten des gefalteten Ble ches nicht zerschnitten wird, kann die Flachdichtung vorteilhaft mit einer inneren Einlage aus einem warmfesten Drahtgewebe ver= sehen sein.
Die Widerstandsfähigkeit der Dichtung kann auch mit Vorteil da= durch verbessert werden, daß die Flachdichtung mindestens an ihrer den Stirnkanten des gefalteten Bleches zugewandten Seite mit einer hartwerdenden wärmefesten Masse bestrichen ist.
Die Verbindung des Scheidenpaketes mit dem Gehäuse des Platten= wärmetauschers geschieht vorteilhaft ohne Zuhilfenahme von Löt-oder Schweißverbindungen. Dies wird dadurch erreicht, daß das Scheidenpaket in ein aus vier in Form eines Viereckes angeordneten Wänden bestehendes Gehäuse eingesteckt ist, dessen Seitenwände an ihren Öffnungskanten zusammen mit den Blechfalten die Zufluß- und Abflußöffnungen begrenzen, im übrigen jedoch die Scheidenhohlräume abschließen. Für diesen Abschluß genügt eine metallische Linien berührung zwischen den Gehäuseseitenwänden und den Blechfalten, weil an diesen Stellen keine vollkommene Abdichtung notwendig ist, da auf beiden Seiten der Berührungslinie das gleiche Medium vor= handen ist.
Die Abdichtung der parallel zu den Blechfalten verlaufenden Längs= kanten des gefalteten Bleches wird vorteilhaft ebenfalls ohne Löt-oder Schweißverbindungen dadurch bewirkt, daß die beiden Stirn= wände des Gehäuses zusammen mit je einem Lippenblech unter Zwischen lage einer Dichtung mit U-förmigem Querschnitt die parallel zu den Blechfalten verlaufenden Längskanten des gefalteten Bleches umgrei= fen und abdichten.
Die kraftschlüssige Anlage der Stirnkanten des gefalteten Bleches an der Dichtung wird zweckmäßig dadurch bewirkt, daß die Verschluß= teile unter dem Druck einer oder mehrerer Federn stehen. Dadurch wird erreicht, daß sich das Scheidenpaket in Richtung seiner Wärme= austauschflächen frei ausdehnen kann ohne daß gefährliche Spannen gen entstehen.
Um ein Nachlassen der Federkraft unter Hitzeeinwirkung zu vermeiden, liegt oder liegen die Feder(n) vorteilhaft an der kälteren Seite des gefalteten Bleches.
Zur besseren Einhaltung der Abmessungen der Scheidenhohlräume und zur Verbesserung der Formsteifigkeit des Scheidenpaketes kann das gefaltete Blech mit abstandhaltenden Sicken versehen sein.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt das gefaltete Blech eingesteckt in das Gehäuse in perspektivischer schematischer Darstellung.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene II-II von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene III-III von Fig. 1.
Fig. 4 zeigt den kompletten Plattenwärmetauscher mit aufgesetz= ten Verschlußteilen teilweise aufgeschnitten in perspek tivischer schematischer Darstellung.
Fig. 5 zeigt die Abdichtung der Längskanten des gefalteten Bleches.
Die Wärmeaustauschwände des Ausführungsbeispieles werden durch ein Blech 1 gebildet, das mehrmals, z.B. an den Stellen 2 und 3, jeweils um 1800 gefaltet ist. Es bildet ein blockförmiges Paket aus flachen Scheiden 4 und 5. Die Scheiden 4 haben jeweils eine Zuflußöffnung 6 und eine Abflußöffnung 7 für die zu erwärmende Verbrennungsluft. Die Scheiden 5 haben jeweils eine Zuflußöffnung 8 und eine Abflußöffnung 9 für das Abgas, dessen Wärme die Ver brennungsluft aufheizt. Das blockförmige Scheidenpaket ist in ein Gehäuse 10 eingesteckt, das aus zwei Seitenwänden 11 und zwei Stirnwänden 12 besteht, die in Form eines Viereckes angeordnet sind. Die Seitenwände 11 sind so geformt, daß sie die Öffnungen 6, 7, 8 und 9 freilassen. An den Stirnkanten 13 und 14 des gefal teten Bleches 1 liegen plattenförmige Verschlußteile 15 und 16.
Zwischen den Stirnkanten 13, 14 und den Verschlußteilen 15, 16 befinden sich Flachdichtungen 18 und 19, die aus einem filzartigen feuerfesten Werkstoff z.B. Aluminiumoxyd bestehen. Die mit den Stirnkanten 13, 14 in Kontakt befindlichen Oberflächen der Dich tungen 18, 19 können durch Bestreichen mit einer hartwerdenden feuerfesten Masse, z.B. einem Spezialzement, widerstandsfähiger gemacht werden. Die Flachdichtungen 18, 19 können auch mit einer inneren Einlage 17 aus einem warmfesten Drahtgewebe zur Erhöhung ihrer Widerstandsfähigkeit versehen sein. Die Öffnungen 6 und 7 für die Verbrennungsluft werden jeweils von zwei Blechfalten 2 und von den Offnungskanten einer Seitenwand 11 begrenzt. Die Öff nungen 8 und 9 für das Abgas werden jeweils von zwei Blechfalten 3 und von den Öffnungskanten einer Seitenwand 11 begrenzt. Zwi= schen der Flachdichtung 18 und dem Verschlußteil 15 liegt eine gewellte Flachfeder 20, die über das Zwischenblech 21 eine kraft= schlüssige Anlage der Dichtungen 18, 19 an den Stirnkanten 13, 14 des gefalteten Bleches 1 bewirkt. Die Feder 20 liegt an der kälte= ren Seite des gefalteten Bleches 1, d.h. an der Seite, an der sich die Lufteintrittsöffnungen 6 und die Abgasaustrittsöffnungen 9 befinden. Das Verschlußteil 16 ist mit den Wänden 11 und 12 des Gehäuses 10 fest verbunden, während das Verschlußteil 15 abnehmbar ist. Die Verbindung des Verschlußteiles 15 mit dem Gehäuse 1o kann, wie in Fig. 4 dargestellt, durch einen Bajonettverschluß erfolgen, bei dem die Stifte 22, die an dem Verschlußteil 15 befestigt sind, in Winkelnuten 23 der Seitenwände 11 eingreifen und das Teil 15 in, der Schließlage verriegeln. Diese Verschlußbauart gestattet ein leichtes Abnehmen des Teiles 15, das zu diesem Zweck längsverschieb lich sein muß. Das gefaltete Blech 1 kann im herausgenommenen oder im eingebauten Zustand gereinigt werden. An die Öffnungen 6, 7, 8 und 9 schließen sich Zu- und Ableitungskanäle an, die der besseren Ubersichtlichkeit wegen in den Zeichnungen weggelassen sind. Sie können z.B. an die Seitenwände 11 des Gehäuses 10 angeschweißt sein oder dort auf andere Weise befestigt werden. Die Längskanten 24 des gefalteten Bleches 1 werden, wie in Fig 5 gezeigt, von den Stirnwänden 12 zusammen mit je einem Lippenblech 25 unter Zwischen lage einer Dichtung 26 mit U-förmigem Querschnitt umgriffen und abgedichtet. Die Dichtung 26 kann z.B. aus einer streichfähigen feuerfesten Masse, z.B. einem Spezialzement, bestehen, der später hart wird. Sie muß in diesem Fall bei jedem Ausbau des gefalteten Bleches 1 erneuert werden. Die Teile 11, 12 und 25 sind an der Stelle 27 verschweißt oder verlötet, können aber auch auf andere Weise, z.B. durch Umbördeln miteinander verbunden sein. Der Weg der Wärmeaustauschmedien ist in den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 2, durch die Pfeile A für Verbrennungsluft und durch die Pfeile B für Abgas veranschaulicht. Es ist zu erkennen, daß die beiden Medien im wesentlichen im Gegenstrom zueinander fließen.
Die Zeichnungen sind für die tatsächlichen Abmessungen des gefalzte= ten Bleches 1 für den Anwendungsfall eines Luftvorwärmers nicht repräsentativ. In einem solchen Fall sind die Hohlräume der Scher den 4 und 5 viel enger als dargestellt. Bevorzugte Maße für die Weite h (Fig. 3) und die Blechstärke d sind 1-1,5 mm bzw. 0,4mm.
Zur Einhaltung der Abmessungen der Hohlräume der Scheiden 4, 5 und zur Verbesserung der Formsteifigkeit des Scheidenpaketes kann das gefaltete Blech 1 mit abstandhaltenden Sicken 28 versehen sein.
Auch die Länge des gefalteten Bleches 1 in Richtung der Blechfalten 2 und 3 kann viel größer als dargestellt sein.

Claims

Patentansprüche

1. Plattenwärmetauscher, insbesondere Luftvorwärmer, dessen Wärme= stauschwände aus einem mehrfach um jeweils 1800 gefalteten Blech bestehen, das ein blockförmiges Paket aus mehreren flachen Scheiden bildet, von denen jede mindestens je eine Zufluß- und Abflußöffnung für ein Wärmeaustauschmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnkanten (13,14) des gefalteten Bleches (1) im wesent= lichen plattenförmige Verschlußteile (15,16) jeweils unter Zwischen lage einer Dichtung (18,19) kraftschlüssig anliegen.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung eine Flachdichtung (18,19) aus einem filzartigen feuerfesten Werkstoff ist.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung (18,19) mindestens an ihrer den Stirnkanten (13,14) des gefalteten Bleches (1) zugewandten Seite mit einer hartwerdenden wärmefesten Masse bestrichen ist.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung mit einer inneren Einlage (17) aus warm= festem Drahtgewebe versehen ist.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheidenpaket in ein aus vier in Form eines Vierecks an geordneten Wänden bestehendes Gehäuse (10) eingesteckt ist, dessen Seitenwände (11) an ihren Öffnungskanten zusammen mit den Blech falten (2,3) die Zufluß- und Abflußöffnungen (6,7,8,9) begrenzen, im übrigen jedoch die Hohlräume der Scheiden (4,5) abschließen.

6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnwände (12) des Gehäuses (10) zusammen mit je einem Lippenblech (25) unter Zwischenlage einer Dichtung mit U-förmigem Querschnitt die parallel zu den Blechfalten (2,3) ver= laufenden Längskanten (24) des gefalteten Bleches (1) umgreifen und abdichten.

7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (18,19) unter dem Druck einer oder mehrerer Federn (20) steht.

8. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die' Feder(n) (20) an der kälteren Seite des gefalteten Bleches liegt oder liegen.

9. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gefaltete Blech (1) mit abstandhaltenden Sicken (28) versehen ist.

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