-
Lamellenwärmeaustauschaggregat Es ist bekannt. daß es möglich ist,
durch Wärmeaustauschaggregate mit medientrennender Übertragungsfläche Wärme von
einem Primär- zu einem Sekundärn.edium zu übertragen. Ferner ist bekannt, daß die
Größe des Wärreeffektes, abgesehen von verschiedenen Eigenschaften der Medien, von
den Temperaturverhältnissen der Medien, der Größe und Ausbildung der Übertragungsfläche
und der Wärmedurchgangszahl (K-Wert) abhängt. Die Wärmedurchgangszahl ihrerseits
ist, abgesehen von gewissen sekundären Nebenwirkungen, wie Wärmeleitzahl der Wärmeübertragungsfläche
und Oberflächenverschmutzung, von der Größe der Wärmeübergangszahl für beide Medien
abhängig.
-
Bei gleichen Eigenschaften des Primär- und des Sekundärmediums erhält
man im Prinzip die günstigsten Betriebsbedingungen bei ungefähr gleicher Wärmeübergangszahl
beider Medien, was konstruktionsmäßig durch ungefähr gleiche Geschwindigkeiten des
Primär- und des Sekundärmediums zur Übertragungsfläche erreicht wird, sowie bei
reinen Gegenstromprinzip. Bei allen herkömmlichen Konstruktionen ist eine Abwagung
dieser beiden Umstände zu einem Kompromiß notwendig,wenn die Verhältnisse der Mediummengen
von denen abweichen, für dle das
Standardgerät vorgesehen ist DLe
Geschwindigkeit des einen Madiums zu@@Übertragungsfläche kann bei solchen ungünstigen
Verhältnissen die Geschwindigkeit des zweiten Mediums überschreiten, d.h. die Übertragungszahl
des zweiten Etediums bestimmt im wesentlichen die Wärmedurchgangszahl, und der Wärreaustauscher
wird unrationell aus genutzt.Mit anderen Worten: Diese Standardkonstruktionen werden
nur in. Berechnungspunkt für beide Medien oder bei prozentual gleicher Erhöhung
der Wärmeübertragungszahl beider Medien, z.B durch entsprechend erhöhte Menge beider
Medien, r@ationell ausgenutzt. Bei anderen Extremfällen bekannter Stand-ardkonstruktionen
verzichtet man bewußt auf das Gegenstromprinzip, , um durch Wärmeübertragungszahlen
gleicher Größte für beide Medien Idealverhältnisse zu schaffen In solchem Fall wird
ein geringerer Wärmeeffekt durch geringere Ausnutzung von Temperaturdifferenz übertragen
Die herkömmlichen Wärmeaustauscherkonstruktionen haben den weiteren Nachteil, daß
man nicht auf einfache und billige Weise den Wärmeaustauscher überall durch extra
Shuntleitungen oder Hinzugießleizungen auf beiden Seiten erreicht.
-
Ein weiterer Nachteil, der Beachtung verdient, ist, daß man die Flächen
beim Sauberspülen nicht auftellen kann, sondern sie als Ganzes spülen muß.
-
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die vorstehend genannten
Nachteile zu beseitigen, indem man dieselben Konstruktionselemente unter Idealverhältnissen
bei wechselnden Betriebsverhältnissen anwenden kann, d.h. Standard-Wärmeaustauschaggregate
durch technisch unbedeutende Eingriffe den gewünschten Idealverhältnissen anpassen
kann. Durch Eingriffe, die gleiche Mediengeschwindigkeit zur
Übertragungsfläche
und dadurch Erreichen derselben Wärmeübertragungszahl für beide Medien ermöglichen.
-
Die 'ilårmeastauscherkonstrukticn nach der Ereindung läßt, wie einleitend
angedeutet, die Anwendung innerhalb weiter Temperatur-, Druck- und Flußbereiche
zu und eignet sich für Anwendung ng bei Rorosionsfördernden Medien in weiter Auslegung
des Begriffes, da die Konstruktion bei allen schweißbaren oder auf andere Weise
mediumdicht zusammenfügbaren Werkstoffen angewendet werden kann und keine Dichtungen
aus Elastomeren o.dgl. verlangt.
-
Die Wärmeaustauscherkonstruktion eignet sich gut für Wärmeaustauschaggregate
mit Fernhéizungs-Umwälzwasser auf der Prirnärseite und mit Umwälzwasser für Heizkörper,
Lüftung, Straßenbeheizung o.dgl.
-
auf der Sekundärseite sowie für Erwärmung von Verbrauchswasser.
-
Durch das Aggregat gern. der Erfindung sind bedeutende Einsparungen
allein auf diesem Gebiet möglich.
-
Die vorgenannten Nachteile werden im wesentlichen dadurch beseitigt,
daß Wärmeübertragungsplatten z.B. aus Blech mit Zwischenraum aufeinandergestapelt
werden, wobei kennzeichnend ist, daß die Platten aus gleichseitigen Vielecken mit
gerader Anzahl Seitenkanten bestehen, und daß die Platten, außer paarweise längs
zwei gegenüberliegenden Seitenkanten zweier Platten längs angrenzenden Seitenkanten
mediumdicht miteinander verbunden sind, so daß jeweils zwischen zwei Platten zwei
gegenüberliegende Uffnungen gebildet werden, und daß die Öffnungen für jedes Plattenpaar
zu zwei verschiedenen gegenüberliegenden Seitenkanten im Vieleck verlegt sind, und
daß zu jeder Seite des von den Platten gebildeten Stapels ein Kasten angeordnet
ist, der zu und längs der Seite des Stapels offen sowie mit Zulauf- oder Ablauföffnung
versehen ist. Jeder Kasten ist außerdem nach Gutdünken
je nach gewünschter
Geschwindigkeit, gewünschtem Druckabfall, gewünschter Temperaturdifferenz o.dgl.
des zugehörigen Mediums durch horizontale Begrenzungsplatten einzeln unterteil.
-
Bei der Wanddicke und Ausbildung der Kästen ist der für das zugehörige
Medium erforderliche Betriebsdruck zu berücksichtigen. Die in dieser Hinsicht günstigste
Zylinderform laßt sich leicht bewerksteiligen.
-
Die zuoberst und zuunterst liegende Platte ist flüssigkeitsdicht mit
der nächstliegenden Platte und auch flüssigkeitsdicht mit allen vertikalen Wänden
des Kastens zusammengesetzt. Die genannten, am weitesten oben und am weitesten unten
liegenden Platten sind außerdem mit einem Deckel versehen, der durch Druck der Flüssigkeit
entstehende Kräfte aufnehmen kann. Die Kraf-t wird dann z.B. durch Verbindungsstreben
auf die Kastenwände übertragen.
-
Alternativ können die oberste und die unterste Platte sowohl flüssigkéitdsdicht
als auch kraftaufnehmend ausgeführt werden. Die aufeinander getsapelten Platten
können vorteilhaft mit einem diagonal wellenförmigen oder einem punktförmigen Profil
versehen werden.
-
Die Platten können mit einem solchen Abstand aufeinandergestapelt
werden, daß der konvexe Teil des Profiles der einen Platte den konvexen Teil des
Profiles der nächsten Platte. berührt .usw. , und so daß Medien gleichzeitig hindurchströmen
können. Es ist außerdem von be- -sonderem Wert, daß alle Kästen nach Gutdünken einzeln
mit Sperrplatte ersehen werden können, die zwei warmeabgebende und/oder wärmeaufnehmende
Medien flüssigkeits- und druckdicht voneinander trennt.
-
Die Konstruktion weist außerden den großen Vorteil auf, daß Stutzen
für völlige oder teilweise Zuführung und/oder Entnahme der Medien ganz nach Wunsch
an jeder beliebigen Stelle längs dem Kasten des
Mediums jederzeit
leicht anbeordnet werden können.
-
Überall längs den Kästen können außerdem Stutzen für Zuführung oder
Ableitung von Reinigungsflüssigkeit oder -gas individuell durch jedes einzelne Blechelement
angeordnet werden.
-
Das in Vertikallage angegebene Aggregat läßt sich natürlich auch in
Horizontallage anordnen und/oc?er nach Gutdünken umdrehen.
-
Nachstehend werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
im einzelnen bescnrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird,
in denen Fig. 1, 2, 3 und 7 den prinzipiellen Aufbau verschiedener altornativer
Ausführungsformen des Aggregates zeigen, Fig. 4 5 5 und 6 alternative Ausführungsbeispiele
der Wärmeübertragungsplatten und deren Befestigung im Gehäuse zeigen.
-
Die Beschreibung gibt zuerst einen prinzipiellen Einblick in eine
mögliche Herstellungsmethode des Aggregates und beleuchtet danach dessen Wirkungsweise.
-
Die erste Ausführungsform in Fig. l zeigt das Aggregat in seiner einfachsten
Ausführung als Ifarmeaustauschaggregat für Wärmeübertragung von einem Primärmedium
zu einem Sekundärmedium für z.B. Hausstationen mit Fernheizungswasser auf der Primärseite
und Heizkörperwasser auf der Sekundärseite.
-
Die Wärmeübertragungsfläche besteht in diesem Fall aus viereckigen
(z.B. 300 x 400 mm) Blechplatten (la - d), die in Abständen von z.B.
-
3 - 5 S aufeinandergestapelt sind. Die Platten sind (im Winkel von
45°) diagonal wellenförnig profiliert. Die Lamelle la wird von der linken vorderen
Kante zur rechten hinteren Kante profiliert, die Lamelle l e Ib von der rechten
vorderen Kante zur linken hinteren Kante, die Lamelle le wede-r wie die Lamelle
la, und die Lamelle ld wieder
wie die Lamelle lb, usw. Die Lamellen
liegen durch diese Prof illerung so aufeinander gestapelt, daß der konvexe Teil
der Lamelle la gegen den konvexen Teil der Lamelle lb anliegt, usw.
-
Die rechte und die linke Kante der Lamelle la und der Lamelle lb
werden mediumdicht auf der ganen Kantenlänge befestigt. Die Sierbindung erstreckt
sicn ein gewisses Stück über die Ecken an der vorderen und hinteren Kante hinaus,
um eine Überlappung mit der Verbindung zwischen Lamelle lb und lc zu erhalten. Die
vordere und die hintere Kante der Lamelle lb und der Lamelle lc werden nämlich medium
dicht längs der ganzen Kantenlänge befestigt. Die Schweißverbindung erstreckt sich
auch hier rund um die Ecke-der linken und der rechten Kante, um auch hier eine Überlappung
mit der Zusammenfügung der vorhergehenden Lamelle zu erhalten, usw. An der rechten
und linken Kante werden dann längs allen gestapelten Platten, im Schnitt gesehen
zwei eta viertelkreisförmige Blechgehäuse mediumdicht befestigt, die Kästen 10 und
11 direkt einander gegenüber bilden. Danach werden weitere zwei etwa viertelkreisförmige
Blechgehause mediumdicht befestigt, die Kästen 12 und 13mit der vorderen und hinteren
Kante gegen vorgenannte Kästen 10 und 11 bilden. Der rechte und der linke Kasten
10 und 11 werden vor dem Zusammenfügen mit Begrenzungsscheiben 14 nach gewünschtem
Abstand versehen, hier jede dritte Doppellamelle, und der vordere und hintere Kasten
ebenfalls nach gewünschtem Abstand, hier jede vierte Doppellamelle. Die oberste
und die.unterste Lamelle reichen über die ganze Gerätsektion und werden mediumdicht
sowohl gegen die nächste viereckige Lamelle als auch beide Kastenpaare befestigt.
-
Als oberer und unterer Abschluß werden Druckplatten angeordnet, die
die Kraft durch den inneren Druck aufnehmen. Es wird hier vorausgesetzt, daß die
KraFt durch Streben 23 und 24 auf die Kasten übertragen wird.
-
Der Wärmeaustauscher arbeitet wie folgt. Primärmedium (Vpl) strömt,
in Fig. 1, oben rechts in den Kasten 10. Die Begrenzungsfläche 14 läßt das Primärmedium
im Kasten l-D nur bis zu ihr strömen und zwingt es zwischen drei Lamellen zum Kasten
11 ninüber. Hier wird das Medium jeder durch eine Begrenzungsscheibe 1. begrenzt
und strömt infolgedenen zwischen drei Lamelle zur Kasten 10 zurück, usw. Das Primärmedium
gibt dadurch Wärme an das Sekundärmedlum ab und strömt dann mit der Temperatur der
Rücklaufleitung unten links aus dem Kasten 11 hinaus. Das Primärmedium mit der Temperatur
der Rücklaufleitung ist mit Vp2 bezeichnet. Das Sekundärmedium Vsl strömt in Fig.
1 unten auf der Rückseite in den Kasten 12. Die Begrenzungsscheibe 15 läßt das Sekundärmedium
im Kasten i2 nur bis zu inr strömen und zwingt es zwischen zwei Lamellen zum Kasten
13 hinüber, usw.
-
Die Strömungsmenge des Sekundärmediums wird also hier mit 2/3 der
Strömungsmenge des Primärmediums angenommen.Das Sekundärmedium nimmt dadurch Wärme
vom Primärmedium auf und strömt danach in Fig. l auf der Vorderseite oben aus dem
Kasten 13 hinaus. Das Sekundärmedium ist mit Vs2 bezeichnet.
-
Die zweite Ausführungsform in Fig. 2 zeigt das Aggregat als Heißwasserbereiter
vom Durchströmtyp mit zwei getrennten Übertragungsteilen sowie Lüftungsteil für
Treppenhausaggregat, ein Aggregattyp, der bei Heißwasserbereitung für Gebäude mit
Fernheizungsanschluß Anwendung findet.
-
Die Wärmeübertragungsfläche wird hier im Prinzip auf gleiche eise
ausgeführt vorausgesetzt, wie sie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.
Auf der Sekundärseite ist der Austauscher an einer anderen Stelle durch eine Trennscheibe
(3lb) in den einen eingehenden und abgehenden Strom (KV, VV) und den zweiten eingehenden
und abgehenden Strom (Vventl, Vvent2) unterteilt. Die Trannscheibe unterteilt
nur
die Seite, für die sie vorgesehen ist, das andere Nedlum strömt ungehindert vorbei.
-
Die Wirkungsweise dieser Kombination; von Heißwasserbereiter und Lüftungswassererwärmung
ist im Prinzip dieselbe wie sie bei Wrmaustauscher gern. Fig. 1 beschrieben wurde.
Bei dei Gerät gem. Fig. 2 werden die Wendescheiben so angeordnet, daß die besten
Übertragungs verhältnisse bei der Pri-marmeeiummenge 2 . x, der Verbrauchswassermenge
3 . x und der Lüftungsmediummenge 1 . x herrschen.
-
Eine dritte Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt. Diese Alternative
läßt durch ihre doppelte Ausführungsform die Umwandlung großer ?4edi ummengen zu.
Fig. 4 zeigt mehr ausführlich die Ausführungsform der vorbeschriebenen Wärmeübertragungsplatte.
Eine weitere alternative Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt, wo die Mantelflächen
für die Kästen überdeckend in den Verbindungen liegen. Die Platten sind wellenförmig
und so zusammengesetzt, daß ein Blech mit zwei Umbiegekanten 45 gebogen und in der
Mitte bei 46 gefugt wird. Die Fuge kann alternativ zu einer Kante verlegt werden.
Der Schnitt A-A im rechten Teil zeigt, wie die Eckenfugung ausgeführt ist.
-
Fig. 6 zeigt sowohl verschiedene Ausführungen des Zusammenfügens als
auch verschiedene Deckelkonstruktionen.
-
Bei der Ausführungsform 6a und 6b wurden die Kanten der Bleche plangepreßte
obwohl das Blech als solches profiliert wurde.
-
Bei der Ausführungsform gem. Fig. 6a wird der Eckenzipfel 49 ausgenutzt,
um erforderliche Überlappung in den Ecken zu erhalten, ohne die Schweißnaht breiter
machen zu müssen.
-
Bei der Ausführungsform gem. 6b dagegen wird Überlappung eben durch
Verbreiterung der Schweißnaht bei 8 erhalten.
-
Fig. 6c und 6d zeigen zwei Ausführungsformen des Abschlußdeckels.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6c braucht der Deckel 21 nicht dichtgeschweißt
zu werden. Die durch den inneren Druck bewirkten
Kräfte werden
hier durch Streben 23 zum Mantel 50 übertragen.
-
Bei dar Ausführungsform nach Fig. 6d wird das letzte Blech gegen deri
Deckel 21 und der Deckel gegen den Mantel 50 dichtgeschweißt.-Ein weitere, besondere
Beachtung verdienende prinzipielle Ausführungsform ist in Fig. 7 gezeigt. Hier wird
warme von einem Prim.ärmedium parallel zu zwei Sekundärmedien übertragen! d.h. die
Platten sind z.B. sechseckig, mit für den Fluß.des Mediums passenden verschiedenen
Kantenlängen. Im übrigen ist das Gerät im Prinzip nach denselben Grundgedanken konstruiert,
wie sie vorher beschrieben wurden, und es arbeitet auch nach denselben Grundgedanken.
-
Bei allen Ausführungsformen kann sowohl in der Übertragungsfläche
als auch in den Sammelkästen ein für das Madium geeignetes Material gewählt werden.
Wenn für eines der Medien ein besonders teures Material erforderlich ist, braucht
nur die Seite in einem solchen Material ausgeführt zu werden.
-
Die vorstehend näher beschriebene Aggregatvariation, die Ausführungsformen
der Elemente und die Betriebsverhältnisse sind als prinzipielle Beispiele zu betrachten,
die im Rahmen der Erfindung leicht so abgewandelt werden können, daß das Aggregat
sich für die gewünschten Betriebsdaten eignet. Das Aggregat ist besonders anpassungsfähig
hinsichtlich u.a. des gesamten durchstrichenen Breiten- und LängenverhältnIsses
auf der PrimAr- und Sekundärseite unabhängig voneinander. Das Aggregat besteht aus
wenigen Konstruktionselementen und eignet sich deshalb sehr für laufende Herstellung
in der Fabrik.
-
Dennoch bestehen beim Zusammensetzen der Elemente große Variations-Jnoglichkeiten,
so daß die Gerätkonstruktion einen sehr großen Anwendungibereich umEaßt.