DE2217072C3 - Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

außerhalb jener Wände vorragen, wobei an den Endflächen der zickzackförmig gefalteten Streifen Abdeckplatten vorgesehen sind, wobei die in die AuOenkegeloberfläche mündenden Kanäle sich einerseits an eine Zufuhr und andererseits an eine Abfuhr für das eine wärmeaustauschende Mittel anschließen, während die in die Innenkegeloberfläche mündenden Kanäle mit einer Zu- und Abfuhr für das andere wärmeaustauschende Mittel verbunden sind.

Auf diese Art und Weise ist eine besonders einfache Verbindung der Strömungskanäle mit den Zu- und Abfuhrkanälen für die wärmeaustauschenden Mittel erhalten, wodurch dieser Wärmeaustauscher preisgünstig wird.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. la, b und c eine schematische Darstellung eines Wärmeaustauschers im Schnitt und in Drauf- bzw. Unteransicht.

F i g. 2 einen geraden Streifen aus Plattenmate'ial der mit Faltlinien versehen ist,

Fig.3 eine schematische Darstellung des oberen Teils eines Heißgasmotors mit einem den Brennerraum umgebenden kegelförmigen Vorerhitzer.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 eine kegelförmige Innenwand und mit der Bezugsziffer 2 eine kegelförmige Außenwand bezeichnet. In dem zwischen diesen Wänden gebildeten Ringkanal befindet sich ein zickzackförmig gefalteter Streifen 3 aus Plattenmaterial. Der Streifen 3 ist dabei so gefaltet, daß die Trennwände 4 zwischen den Strömungskanälen radial verlaufen, wobei die Trennwände paarweise abwechselnd durch ein Außenzwischenelement 5 und ein Innenzwischenelement 6 verbunden sind. Die Außen-Zwischenelemente 5 stehen dabei mit der Außenwand 2 und die Innenzwischenelemente 6 mit der Innenwand 1 in Berührung. Die Trennwände 4 und die Außen- und InnenzwischerHemente 5 und 6 haben die Form gleichschenkliger Trapeze, wobei die Basen der die Trennwände 4 bildenden Trapeze an der Seite 7 des Wärmeaustauschers mit dem kleinsten Durchmesser liegen, während die Basen der die Außen- und Innenelemente bildenden Trapeze an der Seite 8 mit dem größten Durchmesser des Wärmeaustauschers liegen.

Die Querabmessung eines Innenzwischenelements ist dabei an jeder Stelle gleich dem Radius der Innenwand an der Stelle, multipliziert mit 2 Jf, geteilt durch die Gesamtanzahl von Strömungskanälen, während die Querabmessung eines Außenzwischenelements an jeder Stelle gleich dem Radius der Außenwand an der Stelle, multipliziert mit 2 π und geteilt durch die Gesamtanzahl von Strömungskanälcn ist.

Die Querabmessung der Trennwände 4 ist nahezu gleich dem Durchmesserunterschied der Außen- und Innenwand, wobei die Zunahme jener Querabmessung von der Seite 8 zur Seite 7 genau der Abnahme der Querabmessung von den Außen- und Innenzwischenelementen in jener Richtung entspricht.

Hieraus ergibt sich, daß der die Außenwand bildende Kegel einen kleineren öffnungswinkel als der die Innenwand bildenden Kegel aufweist.

Durch diese besondere Dimensionierung wird erreicht, daß der Streifen 3 im aufgeschlagenen Zustand überall gleich lang ist, so c!a9 der Wärmeaustauscher aus einem geraden Streifen 3 hergestellt werden kann, der, wie in Fig. 2 angegeben ist, entlang den gestrichelten

Linien 10, welche den Streifen in eine Anzahl gleichschenkliger Trapeze einteilen, gefaltet werden kann. Da die Trennwände 4 radial verlaufen, ist das Breitenverhältnis zweier benachbarter Strömungskanäle an jeder Stelle das gleiche, was eine optimale Wärmeübertragung gewährleistet

In Fig.3 ist der obere Teil eines Heißgasmotors schematisch dargestellt Dieser enthält im wesentlichen einen Regenerator an den sich ein Kranz von Erhitzungsrohren 16 anschließt, die mit ihrer anderen Seite in einen Ringkanal 17 münden, der durch einen Kranz von Rohren 18, die wechselweise zwischen den Rohren 16 liegen, mit dem Expansionsraum 19 des Motors verbunden ist Auf dem Ringkanal 17 ruht eine Brennerkammer 20, der über einen Zerstäuber 21 Brennstoff zugeführt wird. Um den Kranz von Erhitzerrohren herum ist ein Wärmeaustauscher 22 mit einer in Fig. 1 dargestellten Konstruktion angeordnet. Bei diesem Wärmeaustauscher 22 ragt <?ir zickzackförmig gefaltete Streifen 23 zu beiden Seiten außerhalb der kegelförmigen Innen- und Außenwand 24,25 vor.

An der Unterseite ist der Streifen 23 durch eine Abdeckplatte 26 abgedichtet. Auf dem Ringkanai 17 ruht ferner eine kegelförmige Querwand 27, deren Unterseite abdichtend an der Abdeckplatte 26 anliegt. Ferner ist der Wärmeaustauscher an seinem Innen- und Außenumfang mit einer Isoliermaterialschicht 28 und 29 versehen. Zwischen der Isoliermaterialschicht 28 und der Querwand 27 befindet sich ein Ringkanal 30, der sich einerseits an den Brenner 20 und andererseits an diejenigen Strömungskanäle im Wärmeaustauscher 22 anschließt, die in die Innenkegeloberfläche münden. Die an der Unterseite des Wärmeaustauschers 22 in die Außenkegeloberfläche mündenden Strömungskanäle schließen sich an einen Ringkanal 31 an, der mit dem Raum 32, in dem der Kranz von Erhitzerrohren 17, 18 angeordnet ist, in Verbindung steht

An der Oberseite des Wärmeaustauschers 22 ist der Streifen 23 mit einer Abdeckplatte 33 abgedichtet, wobei die in die Innenkegeloberfläche mündenden Strömungskanäle sich an einen mit einem Einlaßkanal 35 für Verbrennungsluft versehenen Ringkanal 34 anschließen, während die in die Außenkegeloberfläche mündenden Strömungskanäle sich an eir.sn mit einer Abfuhr 37 für die Rauchgase versehenen Ringkanal 36 anschließen.

Bei dieser Konstruktion folgt die Verbrennungsluft den mit durchgezogenen Pfeilen angegebenen Weg vom Einlaß 35 aus durch den Ringkanal 34, die in die Innenkegeloberfläche mündenden Strömungskanäle im Wärmeaustauscher 22 und durch den Ringkanal 30 zum Brenner 20. Die im Brenner 20 gebildeten Rauchgase strö.nen wie mit gestrichelten Pfeilen angegeben ist durch den Raum 32 zum Ringkanal 31 und von do>°t durch die in die Außenkegeloberfläche mündenden Kanäle im Wärmeaustauscher 22 zum Ringkanal 36 und von dort aus über den Auslaß 37 zur Umgebung.

Auf diese Weise ist ein besonders preisgünstig herstellbarer Wärmeaustauscher erhalten, der leicht montier- und demontierbar ist und sich leicht reinigen läßt.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Isolierung bei Mindestvolumen den betreffenden Umständen gut angepaßt, nämlich an der heißen Unterseite dick an der Außenseite und dünn an der Innenseite, und an der verhältnismäßig kalten Oberseite genau umgekehrt. Die äußeren Abmessungen des Wärmeaustauschers sind bei diesem Entwurf möglichst klein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, insbesondere zur Anwendung als Vorerhitzer bei einem Heißgasmotor mit einer entsprechend einer Umdrehungsebene verlaufenden Innenwand und einer diese im Abstand umgebenden, gleichfalls entsprechend einer Umdrehungsebene verlaufenden Außenwand, wobei in dem zwischen diesen Wänden gebildeten Ringkanal ein oder mehrere zickzackförmig gefaltete Streifen aus Plattenmaterial vorhanden sind, die zwischen der Innen- und Außenwand verlaufende Trennwände für eine Anzahl von Strömungskanälen für die wärmeaustauschenden Mittel bilden, wobei die Streifen aus Plattenmaterial derart gefaltet sind, daß die Trennwände radial verlaufen und paarweise abwechselnd durch ein mit der Innenwand in Berührung stehendes Innenzwischenelement und durch eine mit der Außenwand in Berührung stehendes Außenzwischenelemem verbunden sind, und die Trennwände untereinander gleiche Abmessungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenwand jeweils entsprechend einer Kegelebene verlaufen und die Trennwände die Form eines gleichschenkligen Trapezes haben, deren Basen sich an der Seite des Wärmeaustauschers mit dem kleinsten Durchmesser befinden, und wobei die Außen- und Innenzwischenelemente gleichfalls die Form gleichschenkliger Trapeze aufweisen, deren Basen sich an der Seite des Wärmeaustauschers mit dem größten Durchmesser befinden, wobei die Basen der Außenzwischt/ieleme;/te und diejenigen der Innenzwischenelement-; in dem gleichen Verhältnis zueinander stehen wie der ">urchmesser der Außen- und Innenwand an der Stelle, und wobei femer die Basiswinkel aller erwähnten Trapeze gleich sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der die Trennwände und Zwischenelemente bildenden Streifen derart größer ist als die Höhe der Außen- und Innenwand, daß die Trennwände und Zwischenelemente zu beiden Seiten außerhalb jener Wände vorragen, wobei an den Endflächen der zickzackförmig gefalteten Streifen Abdichtplatten angebracht sind, wobei sich die in die Außenkegeloberfläche mündenden Kanäle einerseits an eine Zufuhr und andererseits an eine Abfuhr für das eine wärmeaustauschende Mittel anschließen, während die in die Innenkegeloberfläche mündenden Kanäle mit der Zu- und Abfuhr für das andere wärmeaustauschende Mistel verbunden sind.

Die Erfindung betriff! einen Wärmeaustauscher, insbesondere zur Anwendung als Vorerhitzer bei einem Heißgasmotor mit einer entsprechend einer Umdrehungsebene verlaufenden Innenwand und einer diese im Abstand umgebenden, gleichfalls entsprechend einer Umdrehungsebene verlaufenden Außenwand, wobei in dem zwischen diesen Wänden gebildeten Ringkanal ein oder mehrere zickzackförmig gefaltete Streifen aus Plattenmaterial vorhanden sind, die zwischen der Innen- und Außenwand verlaufende Trennwände für eine Anzahl von Strömungskanälen für die wärmeaustauschenden Mittel bilden, wobei die Streifen aus Plattenmaterial derart gefaltet sind, daß die Trennwände radial verlaufen und paarweise abwechselnd durch ein mit der Innenwand in Berührung stehendes Innenzwischenelemeni und durch ein mit der Außenwand in Berührung stehendes Außenzwischenelement verbunden sind, und die Trennwände untereinander gleiche Abmessungen aufweisen.

Ein solcher Wärmeaustauscher ist aus der US-PS 35 29 812 bekannt Bei diesem bekannten Wärmeaustauscher ist ein zickzackförmig gefalteter Streifen aus

ίο Plattenmaterial zwischen einer zylindrischen Außen- und einer zylindrischen Innenwand vorhanden. Ein Nachteil dieses bekannten Wärmeaustauschers liegt darin, daß die Innen- und Außenwand eine zylindrische Form aufweisen. Dies macht die Montage und Demontage schwierig und dadurch kostspielig. Hierdurch wird auch die Reinigung des Wärmeaustauschers zeitraubend.

In der NL-PS 55 232 ist ein Wärmeaustauscher beschrieben mit einem ebenfalls zickzackförmig gefalteten Streifen aus Plattenmaterial zwischen einer zylindrischen Außen- und einer zylindrischen Innenwand. Der Streifen bildet dabei nur einen Linienkontakt mit den beiden Wänden, was bedeutet, daß die Trennwände nicht radial verlaufen, so daß das Breitenverhältnis zweier nebeneinander liegender Strömungskanäle sich mit dem Radius ändert. Dies bedeutet aber, daß die Wärmeübertragung zwischen den wärmeaustauschenden Mitteln nicht sehr günstig ist. Des weiteren weist dieser bekannte Wärmeaustauscher

jo ebenfalls die oben erwähnten Nachteile auf.

Die Erfindung bezweckt daher, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, der leicht zu montieren bzw. demontieren, gut zu reinigen und einfach und billig herstellbar ist.

Um das angestrebte Ziel zu verwirklichen, weist der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher das Kennzeichen auf, daß die Innen- und Außenwand jeweils entsprechend einer Kegelebene verlaufen und die Trennwände die Form eines gleichschenkligen Trapezes haben, deren Basen sich an der Seite des Wärmeaustauschers mit dem kleinsten Durchmesser befinden, und wobei die Außen- und Innenzwischenelemente gleichfalls die Form gleichschenkliger Trapeze aufweisen, deren Basen sich an der Seite des Wärmeaustauschers mit dem größten Durchmesser befinden, wobei die Basen der Außenzwischenelemente und diejenigen der Innenzwischenelemente in dem gleichen Verhältnis zueinander stehen wie der Durchmesser der Außen- und Innenwand an der Stelle, und wobei ferner die Basiswinkel aller erwähnten Trapeze gleich sind.

Da die Außen- und Innenwand beim erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher kegelförmig ist, ist eine leichte und schnelle Montage und Demontage gewährleistet, so daß die Reinigung dieses Wärmeaustauschers einfach ist.

Bemerkt sei hierzu, daß der öffnungswinkel des die Außenwand bildenden Kegels kleiner ist als der öffnungswinkel des die Innenwand bildenden Kegels.
Durch die gewählte Form und Abmessung der

bii Trennwände und Zwischenelemente ist erreicht worden, daß die Streifen aus Plattcnmaterial im aufgeschlagenen Zustand eine rechteckige Form aufweisen, so daß von einem geraden Streifen ausgegangen werden kann. Dies macht die Herstellung preisgünstig.

Ferner ist die Breite der die Trennwände und Zwischenelemente bildenden Streifen derart größer als die Höhe der Außen- und Innenwand, daß die Trennwände und Zwischenelemente zu beiden Seiten