DE2342173A1

DE2342173A1 - Platten-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2342173A1
Application number: DE19732342173
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Joseph Stein; Salvatore Straniti
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1972-11-16
Filing date: 1973-08-18
Publication date: 1974-06-06
Also published as: DE2342173B2; IT996458B; JPS4981946A; JPS5240469B2; GB1419840A; SE420345B; JPS5274948A; FR2207266B1; FR2207266A1; DE2342173C3; JPS5241500B2; SE7613672L; US3831674A

Description

PATENTANWALT D-1 BERLIN 33 _{Äucfust 1973}

MANFREDMIEHE falkenr.ed 4 ^August

Telefon: (030) 76 0» 50 < 8 311950 > Diplom-Chemiker Telegramme: Indusprop Berlin

US/16/2106 L-416-F-9

AVCO CORPORATION Suite 1800, 1014 Vine Street, Cincinnati, Ohio 452Ο2, V.St.A.

Platten-Wärmeaustauscher

Es wird ein Wärmeaustauscher geschaffen, der für das Anwenden bei Regenerativ-Gasturbinen geeignet ist. Der Wärmeaustauscher weist einen Stapel ringförmiger Scheibenplatten auf, die balgenartig miteinander verbunden sind. Einlaß- und Auslaßräume erstrecken sich längsseitig zu dem Stapel. Die Platten begrenzen abwechselnde Fließwege in entsprechender Weise für einen radialen Fluß der heißen Abgase nach außen hin von dem Zentrum des Stapels und für einen querseitigen Fluß der unter Druck stehenden Luft von dem Einlaßraum zu dem Äuslaßraum. Abwechselnde Platten sind mit Wellungen, die den Fließweg begrenzen, sowohl radial, im allgemeinen Sinn, und querseitig, allgemein konzentrisch zu den Scheiben, versehen. Die verbleibenden Platten weisen allgemein radial verlaufende Wellungen auf, die die Fließwege begrenzen. Die radialen Wellungen aller Platten sind so gekrümmt, daß dieselben allgemein konzentrisch zu den gekrümmten Seiten der Einlaß- und Auslaßräume verlaufen, die im Querschnitt dreieckig bzw. elliptisch sind.

Die Erfindung betrifft allgemein Wärmeaustauscher und insbesondere Verbesserungen an Platten-Wärmeaustauschern.

Es sind viele unterschiedliche Arten an Wärmeaustauschern für die Übertragung von Wärme zu oder von einem Strömungsmittel bekannt, wobei üblicherweise Wärme zwischen zwei fließfähigen Medien übertragen wird,

Bei praktisch allen Wärmeaustauschern ist die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung der wesentliche Gesichtspunkt. Dieser

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Faktor ist von besonderer Bedeutung dort, wo die Wärmeaustauscher in Regenerativ-Gasturbinen angewandt werden. Kurz umrissen, wird bei derartigen Turbinen die Verlustenergie des heißen AbgasStroms über einen Wärmeaustauscher auf einen unter Druck stehenden Luftstrom übertragen,während derselbe von dem Kompressor zu der Verbrennungskammer der Turbine geführt wird. Somit wird der Energiewert des in der Verbrennungskammer ausgebildeten heißen Gasstroms proportional erhöht unter Ausbilden einer theoretischen Gesamterhöhung des Wirkungsgrades der Turbine.

Wärmeaustauscher für Regenerativ-Turbinen erfordern nicht nur eine hohe Geschwindigkeit der Wärmeübertragung, sondern erfordern weiterhin eine geringstmögliche Behinderung oder Druckabfall bezüglich des Flusses der unter Druck stehenden Luftströme und der heißen Gasströme, die durch dieselben hindurchtreten. Ansonsten könnten übermäßige Druckabfälle in einem oder beiden der Fließwege zu Verlusten führen, die den aufgrund der regenerativen Arbeitsweise erzielten theoretischen Gewinn mehr als kompensieren. Ein weiterer Problemfaktor bei derartigen Wärmeaustauschern stellt der breite Temperaturbereich dar, der bei der Arbeitsfunktion auftritt, und somit die sich hierdurch ergebenden Beanspruchungen in den Bauelementen des Wärmeaustauschers. Ein weiterer Problemkreis besteht bei Wärmeaustauschern für Regenerativ-Turbinen, insbesondere Turbinen für den Antrieb von Flugzeugen, in dem Erfordernis eine leichtgewichtige Konstruktion sowie eine Konfiguration vorzusehen, die einen geringstmöglichen Raum umschließt.

Wenn auch Platten-Wärmeaustauscher andere Anwendungsgebiete aufweisen, so wurde doch gefunden, daß dieselben den erläuterten Erfordernissen in besonders wirksamer Weise bei Regenerativ-Gasturbinen entsprechen. Ein besonders wirksamer Wärmeaustauscher dieser Art ist in der US-PS 3 424 240 beschrieben.

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Bei diesem Wärmeaustauscher begrenzt ein Stapel gewellter Platten in Form von ringförmigen Scheiben einen zentralen · Einlaß für die heißen Abgase der Turbine von diesem zentralen Einlaß aus treten die heißen Gase radial nach außen zwischen abwechselnden Plattenpaaren zu einer Auslaßleitung. Unter Druck stehende, von dem Türbinenkompressor kommende Luft fließt in Einlaßräume, die sich, längsseitig zu dem Plattenstapel erstreckt, sodann durch querseitige Fließwege zwischen den Platten, sodann zu Auslaßräumen, die sich ebenfalls längsseitig zu dem Plattenstapel erstrecken, sowie anschließend zurück zu der Verbrennungskammer der Turbine.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den Gesamtwirkungsgrad von Platten-Wärmeaustauschern der hier angegebenen allgemeinen Konfiguration zu verbessern und hierbei insbesondere eine hohe Geschwindigkeit der Wärmeübertragung mit einer geringen Behinderung des Strömungsmittelflusses in einer kompakten, widerstandsfähigen und leichtgewichtigen Konstruktion zu kombinieren.

. Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den Wirkungsgrad von Platten-Wärmeaustauschern zu verbessern und insbesondere die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zu vergrößern sowie die Druckabfälle der Strömungsmittelflüsse durch dieselben zu verringern und weiterhin die Beanspruchungen zu verringern, die während des Arbeitens induziert werden.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß bei einem Wärmeaustauscher gelöst, der eine relativ dünne Platte aufweist, die auf ihren gegenüberliegenden Seiten gegenüberliegende Teile der Fließwege für das erste und das zweite Strömungsmittel besitzt. Diese Platte ist dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe erste und zweite Reihen von Wellungen aufweist, wobei eine Reihe " querseitige Wellungen darstellt, die allgemein rechtwinklig zu der anderen vorliegt.

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Der Wärmeaustauscher weist vorzugsweise weiterhin ein Paar Platten auf, die an gegenüberliegenden Seiten der ersten Platte angeordnet sind und in entsprechender Weise die gegenüberliegenden Grenzen der zwei Fließwege begrenzt. Die zweiten Platten besitzen ebenfalls eine Reihe Wellungen, die im gleichen Abstandsverhältnis wie und ausgerichtet zu einer der Reihen der Wellungen der ersten Platte vorliegt. Weiterhin sind die Wellungen der zweiten Platte "außer Phase" zu den Wellungen der ersten Platte unter Begrenzen von Fließwegen, die längsseitige und querseitige Querschnitte mit unterschiedlicher Fläche besitzen. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß eine der Reihen der Wellungen der ersten Platte eine geringere Höhe als die anderen Reihe der guerseitigen Wellungen derselben aufweisen, und daß weiterhin die Wellungen der zweiten Platten allgemein zu den unteren Reihen der Wellungen der ersten Platte ausgerichtet sind.

Nach einer spezielleren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Mehrzahl erster und zweiter Platten als ringförmige Scheiben ausgebildet und gestapelt angeordnet unter Begrenzen wechselseitiger Fließwege für die ersten und zweiten Strömungsmittel. Weiterhin können längsseitige Einlaß- und Auslaßräume durch die Platten hindurch für das Einführen und Entfernen des ersten Strömungsmittels vorgesehen sein. Bei der speziellen Anpassung für die Anwendung bei einer Regenerativ-Turbine würde der Einlaßraum die unter Druck gesetzte Kompressorluft aufnehmen, und der Auslaßraum würde die Luft an clie Verbrennungskammer der Turbine abgeben, nachdem die Luft zwischen abwechselnden Plattenpaaren querseitig durch den Wärmeaustauscher hindurchgetreten ist. Das zweite Strömungsmittel würde das heiße Abgas der Turbine sein, das radial bezüglich der gestapelten Scheiben fließt.

Die zweiten Platten in Scheibenform weisen Reihen Wellungen zwischen benachbarten Räumen auf, die sich allgemein in ra-

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dialer Richtung erstrecken. Die ersten Reihen der Wellungen der ersten Platten erstrecken sich ebenfalls radial zwischen benachbarten Räumen, während die höheren querseitigen Wellungen allgemein konzentrisch zu den Scheiben ausgebildet sind und mit dem Wellungen der zweiten Platte an gegenüberliegenden Seiten in Eingriff stehen.

Weiterhin können die ersten und zweiten Platten Flansche um den Umfang ihrer inneren und äußeren Durchmesser herum aufweisen. Die Flansche der ersten Platten springen in einer achsialen Richtung und die Flansche der zweiten Platten in entgegengesetzter Richtung in einem abgestimmten Verhältnis bezüglich der Flansche der benachbarten Platten vor. Diese abgestimmten Flansche sind in entsprechender Weise miteinander verbunden unter Ausbilden der querseitigen Fließwege für die unter Druck stehende Luft. Weiterhin können die längssei- tigen Räume durch Öffnungen in den ersten und zweiten Platten begrenzt werden. Die Oberflächen der benachbarten ersten und zweiten Platten, gegenüberliegend zu den benachbarten Räumen derselben, können um den Umfang derartiger Öffnungen herum so verbunden sein, daß der Plattenstapel einbalgen wird.

Ein weiteres bevorzugtes Merkmal besteht in dem Vorsehen radialer Wellungen benachbart zu den Raumöffnungen, die den Luftfluß seitlich zu einer Einlaßkammer für einen radialen Fluß durch eine primäre Wärmeübertragungszone und sodann zu einer Auslaßkammer richten, die zu dem Auslaßraum führt. Es sind querseitige Wellungen geringerer Höhe und auch die radialen Wellungen verringerter Höhe in den ersten Platten in den Flächen dieser Kammern ausgebildet, um so den querseitigen Fluß bei größtmöglicher Wärmeübertragung zu erleichtern.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht in dem Ausbilden jedes Einlaßraums mit einem allgemein dreieckigen Querschnitt und jedes Auslaßraums mit einem allgemein elliptischen Querschnitt, dessen Hauptachse sich in radialer Richtung er-

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streckt. Die allgemein radialen Wellungen der ersten und zweiten Platten werden sodann allgemein konzentrisch bezüglich der benachbarten Seiten der Räume ausgebildet. Dieses erfindungsgemäße Merkmal kann ebenfalls in Kombination mit ersten Platten angewandt werden, die andere Wellenformen aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen erläutert und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen längsseitigen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers.

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines weggebrochenen Teils nach der Fig. 1.

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, teilweise auseinandergezogen, eines Plattenstapels des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers .

Fig. 4 eine weggebrochene perspektivische Ansicht, im stark vergrößerten Maßstab, allgemein in Blickrichtung des Pfeils A nach der Fig. 3 und erläutert ein Plattenpaar, das einen Luftfließweg durch die Wärmeaustauscher begrenzt. .

Fig. 5 eine weggebrochene perspektivische Ansicht, in stark vergrößertem Maßstab, allgemein in Blickrichtung des Pfeils B nach der Fig. 3 und erläutert ein Plattenpaar, das einen Teil des Fließweges des heißen Gases des Wärmeaustauschers begrenzt.

Der Wärmeaustauscher 10, siehe die Fig. 1, ist für die Befestigung an einer Gasturbine an einer Stelle stromab zu der letzten Turbinenstufe vorgesehen. Die Turbine als solche kann herkömmliche Bauart aufweisen, wie bei Regenerativ-Turbinen üblich. Das heiße Abgas der Turbine tritt in die Mitte des Wärmeaustauschers 10 ein und wird sodann radial nach außen geführt durch einen Plattenstapel 11, zu einem Abgassystem, das eine umgebende Leitung 12 aufweist. Der Wärmeaustauscher 10 v/eist einen Adaptorrahmen 14 auf, der an einem Rahmenteil der Turbine be-

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festigt sein kann. Der Adaptorrahmen 14 besitzt eine Mehrzahl Kanäle 16 und 18, die in entsprechender Weise mit den Turbinenkanälen, nicht gezeigt, verbunden sind, welche sich von dem Kompressor der Turbine aus zu der Verbrennungskammer derselben erstrecken. Die Kompressorkanäle 16 sind mit einer Mehrzahl Einlaßräume 20, siehe die Fig. 3, ausgerichtet, die längsseitig durch den Plattenstapel 11 ausgebildet sind. Die Kanäle 18 der Verbrennungskammer sind mit einer -lehrzahl Auslaßräume 22 ausgerichtet, die sich ebenfalls längsseitig durch den Plattenstapel 11 erstrecken. Querseitige Fließwege zwischen benachbarten Räumen 20 und 22 ergeben den primären Wärmeaustausch zwischen dem radial fließenden heißen abgas und der unterDruck stehenden Kompressorluft. Dieser querseitige und der radiale Fließweg werden weiter unten im einzelnen erläutert. Der Wärmeaustauscher 10 weistweiterhin einen Stirnrahmen 24 und eine Stirnplatte 26 auf, die stromab die Begrenzung des Fließweges des heißen Abgases darstellen, so daß die Gesamtmenge der heißen Gase radial nach außen durch den Plattenstapel 11 gewendet und durch das Auslaßsystem herausgeführt werden kann.

Der Plattenstapel 11, siehe die Fig. 3, weist eine Reihe abwechselnd angeordneter Platten 11a und 11b auf, die im Umriß identisch sind und sich im wesentlichen bezüglich der darin ausgebildeten Wellungen unterscheiden, die den Fließweg begrenzen. Die Platten 11a und 11b liegen in Form ringförmiger Scheiben vor, die innere und äußere Flansche 28 und 29 besitzen. Die Platten der Flansche 11a springen in einer achsialen Richtung und die Flansche der Platten 11b in der entgegengesetzten achsialen Richtung, siehe die Figuren 2 und 4, vor. Aufeinanderfolgende Plattenpaare 11a und 11b sihd somit so angeordnet, daß deren Flansche 28 und 29 Fläche-an-Fläche .leigen. Diese aufeinander abgestimmten Flansche werden naht- : geschweißt oder in anderer Weise um deren vollständige Umfange

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herum miteinander verbunden. Die in dieser Weise miteinander verbundenen Plattenpaare begrenzen die querseitigen Fließwege zwischen den Räumen 20 und 22. Die Räume 20 und 22 weisen ausgerichtete Öffnungen 20a, 20b und 22a, 22b auf, die in den Platten 11a bzw. 11b ausgebildet sind. Die Oberflächen der Platten 11a und 11b, die bezüglich der Flanschverschweißungen nach außen gerichtet sind, werden z.B. vermittels Verschweißen um den Umfang der Öffnungen 22a, 22b und 20a, 20b, siehe die Figuren 2 und 5, verbunden. Der Plattenstapel 11 ist somit balgenartig verbunden.

Die Plattenpaare 11a und 11b begrenzen abwechselnde Fließwege für die Druckluft und das heiße Abgas, sowie die Räume 20 und 22. Der Plattenstapel 11 kann weiterhin als eine Reihe Unterstapel ausgebildet sein, siehe die US-PS 3 385 353. Bei einer derartigen Anordnung, siehe die Figuren 1 und 2, ist eine ausgewählte Anzahl an Platten 11a und 11b so miteinander verbunden, wie weiter oben erläutert, und deren gegenüberliegende Enden sind an etwas dickeren Zwischenplatten 30 befestigt, die Öffnungen entsprechend den Öffnungen 20a, 20b und 22a, 22b aufweisen, sowie weiterhin Positionierungsvorsprünge aufweisen, die durch die Stangen 32 in ihrer Lage angeordnet werden und sich über die gesamte Länge des Stapels 11 erstrecken.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 sieht man, daß die Öffnungen 22a und 22b allgemein elliptisch und die Öffnungen 20a und 20b allgemein dreieckig sind, sowie die benachbarten Seiten jeder Öffnung 20 und 22 in ähnlicher Weise gekrümmt oder allgemein konzentrisch sind. Dieses Verhältnis führt zu einer größtmöglichen Wärmeübertragungsfläche der Scheiben und bedingt ein kleinstmögliches Gesamtvolumen oder umschlossener Raum des Wärmeaustauschers soweit eine gemeinsame Verwendung mit entsprechend gekrümmten Wellungen in den Platten 11a und 11b, siehe die Figuren 4 und 5, erfolgt.

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Speziell weist jede der Platten 11a eine Reihe Wellungen 34 zwischen benachbarten Öffnungen 20a und 22a auf. Die Wellungen sind allgemein sinusförmig oder besitzen eine Form, die hier bezeichnet wird als "regelmäßige Wellenform". Die Wellungen 34 erstrecken sich allgemein radial von dem inneren Flansch 28 zu dem äußeren Flansch 29 und sind weiterhin gekrümmt, um so der Krümmung der Seiten der Öffnungen 20a und 22b zu entsprechen, zwischen denen sich dieselben erstrecken. Jede Platte 11b ist verwickelter gewellt. Zunächst liegen Fließwege vor, die durch die Wellungen 36 und 38 begrenzt werden und sich am Rand der Öffnungen 22b bzw. 20b erstrecken. Die Wellungen 36 und 38 sind in ähnlicher Weise wie die Wellungen 34 gekrümmt und sind bezüglich derselben "außer Phase", so daß ein dichtender Eingriff abgestimmter Wellungen 34 beziehungsweise benachbart zu den Öffnungen 22a und 20a vorliegt. Die Wellungen 36 an gegenüberliegenden Seiten der Öffnung 22 des Ausgangsraums erstrecken sich von dem äußeren Flansch 29b aus nach innen und enden an einer Stelle außerhalb des inneren Flansches 28b. In ähnlicher Weise erstrecken sich die Wellungen 38 an gegenüberliegenden Seiten jedes Einlaßraums 2Oy nach außen von dem inneren Flansch 28b aus und enden im Abstandsverhältnis bezüglich des äußeren Flansches 29b. Zwischen den Wellungen 36 und 38 liegt eine Reihe Wellungen 40 mittlerer Höhe vor, die eine ähnliche Krümmung wie die Krümmung der Wellungen 34 besitzt, und dieselben weisen hierzu das gleiche Abstandsverhältnis und ebenfalls die Anordnung "außer Phase" auf. Man sieht weiterhin, daß die Reihen der Wellungen 40 sich von dem inneren Flansch 28b zu dem äußeren Flansch 29b erstrecken. Weiterhin liegt eine Reihe querseitiger Wellungen 42 vor, die sich zwischen den in gleicher Richtung erstreckenden Teilen der Wellungen 36 und 38 befinden. Die Wellungen 42, welche allgemein rechtwinklig zu den Wellungen 40 vorliegen, sind allgemein konzentrisch zu der Achse der Scheiben 11 angeordnet und besitzen ein Abstandsverhältnis, das allgemein auf dasjenige der Wellungen 40 abgestimmt ist. Die Höhe der querseitigen

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Wellungen 42 entspricht derjenigen der Wellungen 36 und 38, so daß ein Gitter von Eingriffs- oder Berührungspunkten zwischen den Wellungen 34 und 42 innerhalb der Grenzen vorliegt, wie sie sich durch die in gleicher Richtung erstreckenden Teile der Wellungen 36 und 38 ergibt und wird hier als Zone der primären Wärmeübertragung bezeichnet. In den darüber und darunter vorliegenden Flächen sind Einlaß- und Auslaßkammern vorgesehen, die eine "waffelartige" Oberfläche besitzen. Die letztere wird durch die Zwischenwellungen 40 und querseitigen Wellungen 44 ausgebildet, die die gleiche Zwischenhöhe besitzen.

Die beschriebene Konfiguration der Platten 11a und 11b bedingt querseitige Fließwege von einem Einlaßraum 20 zu den benachbarten Auslaßräumen 22 an jeder Seite derselben. Das äußere Gitterwerk der Wellungen 40 und 44 mittlerer Höhe bildet eine seitliche Einlaßkammer, die an dem linken Ende derselben durch den linearen Eingriff zwischen der Wellung 36 und der hierzu abgestimmten Wellung 34 begrenzt wird. Von dieser seitlichen Einlaßkammer aus erstreckt sich der querseitige Fließweg radial nach innen zwischen den sich in gleicher Richtung erstrekkenden Teilen der Wellungen 36 und 38 unter Ausbilden einer Zone der primären Wärmeübertragung, und sodann durch eine Auslaßkammer ähnlich der Einlaßkammer, wie weiter oben beschrieben, mit der Ausnahme, daß die öffnung derselben die Luft in Richtung auf den Raum 22 richtet.

Man sieht, daß der hier beschriebene querseitige Fließweg über seine Länge zu einer sich verändernden Querschnittsfläche und längsseitigen Querschnittsfläche führt, die die Grenzschichten möglichst klein hält, wodurch die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung erhöht wird. Man sieht weiterhin, daß das Gitter der Wellungen in der primären Wärmeübertragungszone, und zwar zwischen den sich in gleicher Richtung erstreckenden Flächen der Wellungen 36 und 38, die Veränderungen der Fließwegfläche ausgeprägter werden, um so einen höheren'Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zu erreichen. Dies steht im Gegensatz zu

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den Einlaß- und Auslaßkammern, die zwar eine Veränderung der Fließfläche ergeben, jedoch auch einen seitlichen Fluß der Luft erleichtern, um so den Eintritt und den Austritt derselben aus der primären Fläche zu erleichtern.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 begrenzen die Wellungen an der rechten Seite der öffnung 20b zwischen der nächsten benachbarten öffnung 22 die gleiche Reihe einer Eintrittskammer, primären Austauscherzone und Auslaßkammer, wie weiter oben beschrieben. In beiden Fällen tritt die von dem Einlaßraum 20 kommende Luft in die äußere Ecke des Gitterwerks ein und fließt sodann radial nach innen. Dies bedeutet, daß die durch den Raum 20 hindurchtretende Luft einen gespaltenen querseitigen Fließweg zu den beiden benachbarten Räumen 22 aufweist, und in ähnlicher Weise empfangen beide Räume 22 den querseitigen Fluß von den an jeder Seite derselben angeordneten Räumen 20. Siehe in diesem Zusammenhang auch die Fig. 3.

Unter Bezugnahme auf die Figur 5 sind die Platten 11a und 11b so wiedergegeben, daß dieselben einen Teil des radialen Fließweges für das heiße Abgas durch den Plattenstapel begrenzen. Man sieht, daß die Wellungen 34 ebenfalls ein Gitter von Berührungspunkten mit den querseitigen Wellungen 42 in der Platte 11b bilden, wodurch ein Fließweg für das heiße Abgas ausgebildet wird, der sich bezüglich seiner Fläche von dem inneren Umfang ausgehend von den Platten 11a und 11b zu dem äußeren Umfang derselben erheblich verändert.

Bezüglich jedes Falles ergibt sich weiterhin, daß der Sekundärfluß der Druckluft von den Kanälen 20 zu den Kanälen 22 entgegengesetzt zu dem Fluß des Heißgasstroms in der primären Fläche des Wärmeaustausches erfolgt.

Alle diese Faktoren tragen zu einer hohen Geschwindigkeit des Wärmeaustausche und somit hohem Wirkungsgrad bei. Die hier •beschriebene Konfiguration sowohl bezüglich der querseitigen ^: Fließwege der Druckluft als auch der Fließwege des heißen Abgases hat sich weiterhin als sehr wirksam dahingehend erwiesen,

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daß Druckabfälle hintenangehalten werden, wodurch eine Verringerung des Gesamtwirkungsgrades, soweit auf derartige Faktoren zurückführbar, gering gehalten wird.

Ein weiterer zu beachtender Faktor besteht darin, daß die hier beschriebenen Wellungen der Platten 11a und 11b den Gesamtwirkungsgrad des Wärmeaustauschers günstig dahingehend beeinflussen, daß der Federeffekt oder Federung dieser gewellten Platten Belastungen in den Platten hintenanhält, die sich zwangsläufig unter den Betriebsbedingungen einer hohen Temperatur ergeben. Dies bedeutet, daß bei Betrieb des Turbinen-Wärmeaustauschers die Platten 11a und 11b sich zusammenziehen und ausdehnen, wodurch Druckkräfte auf die Platten als solche ausgeübt werden, deren Größe sich in Abhängigkeit von Arbeitsbedingungen verändert. Die somit erzielten geringen thermischen Belastungen für ein gegebenes Plattenmaterial ergeben dadurch die Möglichkeit, ein Material mit dünnerem Querschnitt anzuwenden, wodurch weiterhin eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung erzielt wird. Die Möglichkeit, ein Material mit dünnerem Querschnitt für die Platten 11a und 11b anzuwenden führt auch zu einer Verringerung des Gesamtgewichtes des Wärmeaustauschers, so daß bei einer für den Antrieb eines Flugzeuges angewandten Gasturbine dieselbe auch einen höheren Wirkungsgrad bezüglich des gesamten Flugzeugsystems erhält.

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Claims

Patentansprüche

fl.yPlatten-Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe eine relativ dünne Platte aufweist, die an ihren gegenüberliegenden Seiten gegenüberliegende Teile der Fließwege für ein erstes und ein zv/eites Strömungsmittel begrenzt, die Platte eine erste Reihe Wellungen und eine zweite Reihe querseitiger Wellungen aufweist, wobei die eine Reihe sich allgemein rechtwinklig zu der anderen Reihe erstreckt.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Paar zweiter Platten in entsprechender Weise an gegenüberliegenden Seiten der ersten Platte angeordnet ist und in entsprechender Weise die gegenüberliegenden Grenzen der Fließwege darstellt, die zweiten Platten jeweils eine Reihe Wellungen aufweisen, die ausgerichtet sind zu und das gleiche Abstandsverhältnis aufweisen, wie eine der Wellungen der ersten Platte, die Wellungen der zweiten Platten bezüglich der Wellungen der ersten Platte "außer Phase" sind unter Begrenzen von Fließquerschnitten und längsseitiger Abschnitte unterschiedlicher Fläche.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Reihen der Wellungen der zweiten Platten allgemein ausgerichtet sind bezüglich der ersten Reihe der Wellungen der ersten Platte und mit den zweiten Reihen der querseitigen Wellungen der ersten Platte in Eingriff stehen, die querseitigen Wellungen eine größere Höhe als die erste Reihe der Wellungen derselben aufweist, sowie eine Anordnung vorgesehen ist, durch die der Strömüngsmittelfluß in eine Richtung allgemein senkrecht zu den querseitigen Wellungen geführt wird.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Anwendung in Kombination mit einer Gasturbine der Energiewert der unter Druck gesetzten

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Luft (erstes Strömungsmittel) dadurch erhöht wird, daß hierauf Wärme von dem heißen Abgas (zweites Strömungsmittel) der Turhine übertragen wird während das unter Druck gesetzte Gas von dem Turbinenkompressor zu der Verbrennungskammer geführt wird, sowie der Wärmeaustauscher weiterhin eine Mehrzahl der ersten Platten und eine Mehrzahl der zweiten Platten in entsprechender Weise zwischen den ersten Platten angeordnet aufweist unter Ausbilden abwechselnder Fließwege für die unter Druck gesetzte Luft und die heißen Abgase, die ersten und zweiten Platten in Form von ringförmigen Scheiben vorliegen und längsseitige Einlaß- und Auslaßräume für das Einführen und Entfernen der unter Druck stehenden Luft in und aus den dazwischen vorliegenden querseitigen Fließwegen, wie sie durch die Platten begrenzt werden, aufweist, und weiterhin die Fließwege für das heiße Abgas sich radial zwischen abwechselnden Scheibenpaaren erstrecken.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Reihe der Wellungen der ersten Platten sich allgemein radial zu den Scheiben zv/ischen benachbarten Räumen erstrecken, die zweiten jeweils eine Reihe Viellungen aufweisen, die allgemein zueinander ausgerichtet sind und "außer Phase" mit der ersten Reihe der Wellungen der ersten Platten vorliegen,sowie die Höhe der ersten Reihe der Wellungen der ersten Platten geringer als diejenige der zweiten Reihe der querseitigen Wellungen derselben ist, wodurch Fließwege ausgebildet werden, deren Fläche sich sowohl in radialer Richtung als auch in Querschnittsrichtung verändert.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Platten Flansche um den Umfang ihrer inneren und äußeren Durchmesser herum aufweisen, die Flansche der ersten Platten in einer achsialen Richtung über eine Strecke vorspringen, die angenähert der Höhe der querseitigen Wellungen derselben ist, die Flansche der zweiten Platten in entgegengesetzter achsialer Richtung über eine Strecke vorspringen, die angenähert der Höhe der

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Wellungen derselben ist, die Flansche in einem abgestimmten Verhältnis zu den Flanschen der entsprechenden benachbarten ersten Platten angeordnet sind, diese aufeinander abgestimmten Flansche in entsprechender Weise verbunden sind unter Fertigstellen der querseitigen Fließwege für das erste Strömungsmittel, die Räume durch ausgerichtete öffnungen in den ersten und zweiten Platten und Oberflächen der ersten und zweiten Platten begrenzt sind, sowie gegenüberliegend zu den miteinander verbundenen Flanschen um den Umfang bezüglich dieser öffnungen herum verbunden sind unter Ausbilden von balgenartigen Gebilden, sowie eine einen radialen Fließweg begrenzende Wellung mit der" gleichen Höhe wie die querseitigen Wellungen, die sich von dem äußeren Flansch jeder ersten Platte aus.erstrecken, an jeder Seite einer Plattenöffnung und einer den radialen Fließweg begrenzenden Wellung mit der gleichen Höhe sich nach außen von dem inneren Flansch an jeder Seite der nächsten benachbarten Plattenöffnung erstreckt, wobei die den Fließweg begrenzenden Wellungen ausgerichtet sind und in dichtendem Eingriff stehen mit den Wellungen der benachbarten zweiten Platte unter Begrenzen eines radialen querseitigen Fließweges über eine Zone primärer Wärmeübertragung, wie sie durch diese querseitigen Wellungen begrenzt ist, und die zweite Reihe der Wellungen der ersten Platten im Abstandsverhältnis gegenüber den inneren und äußeren Flanschen derselben vorliegt unter Begrenzen von Einlaß- und Auslaßkammern an gegenüberliegenden radialen Seiten derselben, wodurch die eingeführte unter Druck stehende Luft seitlich aus den Einlaß- und Auslaßkammern abgegeben wird, nachdem dieselbe· radial durch die Zonen des primären Wärmeaustausches hindurchgeflossen ist.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Reihe der Wellungen der ersten Platten sich von den inneren zu den äußeren Flanschen derselben

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erstrecken und querseitige Wellungen mit der gleichen Zwischenhöhe an gegenüberliegenden Seiten der zweiten Reihe der Wellungen ausgebildet sind unter Ausbilden eines Waffeleffektes für die Einlaß- und Auslaßkammern, sowie die den radialen Fließweg begrenzenden Wellungen an gegenüberliegenden Seiten der Öffnungen des Einlaßraums im Abstandsverhältnis gegenüber den äußeren Flanschen der ersten Platten vorliegen, und die den radialen Fließweg begrenzenden Wellungen an gegenüberliegenden Seiten der Öffnungen des Auslaßraums im Abstandsverhältnis gegenüber den inneren Flanschen der ersten Platten vorliegen, wodurch der querseitige Fluß der unter Druck stehenden Luft im wesentlichen in einer radial nach innen gerichteten Richtung durch die primären Zonen des Wärmeaustausches erfolgt, sowie das heiße Abgas der Turbine in die Mitte der Scheiben eintritt und sodann allgemein radial nach außen hin geführt wird.
8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl abwechseInder Einlaß- und Auslaßräume vorliegt, die die Auslaßräume begrenzenden Plattenöffnungen allgemein elliptisch, die die Einlaßräume begrenzenden Plattenöffnungen allgemein dreieckig mit konkaven Seiten sind, die allgemein konzentrisch zu den benachbarten elliptischen Seiten der Öffnungen der Einlaßräume vorliegen, sowie die erste Reihe der Wellungen der ersten Platten und die Wellungen der zweiten Platten allgemein konzentrisch zu den Raumöffnungen vorliegen, zwischen denen sich dieselben befinden, und die querseitigen Wellungen der ersten Platte und die querseitigen Wellungen Mittlerer Höhe der Einlaß- und Auslaßkammern allgemein konzentrisch bezüglich der Scheiben ausgeführt sind.
9. Wärmeaustauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl ringförmiger Scheibenplatten vorliegt, die abwechselnde Fließwege für erste und zweite Strömungsmittel begrenzen, sich

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Einlaß- und Auslaßräume längsseitig 2u den Scheiben erstrecken und durch Fließwege für das erste Strömungsmittel verbunden sind, wobei einer der Räume im Querschnitt allgemein elliptisch ist, die Hauptachse der Ellipse allgemein radial zu den Scheiben angeordnet ist, sowie der Querschnitt des anderen Raums allgemein dreieckig ist, wobei die konkaven Seiten allgemein konzentrisch bezüglich der gekrümmten Seiten des benachbarten Raums vorliegen, die Fließwege für das zweite Strömungsmittel sich zwischen benachbarten Räumen, allgemein Radial bezüglich der Scheiben, erstrecken, sowie abwechselnde Platten eine Reihe Wellungen aufweisen, und zwar jedem benachbarten Raum, wobei die Wellungen allgemein konzentrisch bezüglich der Raumseiten vorliegen, zwischen denen sie sich erstrecken.

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