DE2453961A1 - Rekuperativer waermeaustauscher - Google Patents
Rekuperativer waermeaustauscherInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0006—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the plate-like or laminated conduits being enclosed within a pressure vessel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
- F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen rekuperativen Wärmeaustauscher,
insbesondere für Gasturbinen, mit einem vorzugsweise kreuzweise oder Z-förmig durchatrömbaren Wärmetauschkörper
aus Metall oder Keramik, der in einem mit Anschlußstutxen
für die aufzuwärmenden bzw. abzukühlenden Strömungsmittel versehenen Gehäuse angeordnet ist.
Derartige Wärmetauschkörper können quader- oder würfelförmig
ausgebildet sein und werden in rechtem Winkel kreuzweise durchströmt. Sie können aber auch wabenförmig oder
in einer gestreckten Wabenform ausgebildet sein und Z-flowförmig
durchströmt werden.
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Dei Platten-Wärmeaustauschern, bei denen der eigentliche Wärme
tau echkörper aus Keramik besteht, hat dieser sehr dünne und zarte Wände. Diese Wände bestehen aus ebenen und dazwischen
liegenden wellenförmig ausgebildeten Platten mit versinterten Verbindungsstellen, die nur geringen Zugbeanspruchungen
standhalten. Die Zugbeanspruchung tritt immer in einer Normalen zu den ebenen Platten auf. Es kommt häufig vor, daß die
Strömungsmittel, zwischen denen der Wärmeaustausch im Wärmetauschkörper stattfinden soll, sehr unterschiedliche Drücke
haben. Dann ist es leicht möglich, daß das Strömungsmittel mit dem höheren Druck die Sinterstellen der dünnen Keramikwände
sprengt und dadurch den Wärmeaustauscher unbrauchbar macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und trotz hoher Druckunterschiede bei den zum Wärmeaustausch
bestimmten Strömungsmitteln einen hocheffizienten Wärmeaustauscher
zu erstellen und dabei auch zugleich eine Kühlung des Wärmetauschkörpers, des eigentlichen aus Keramik bestehenden
Rekuperators und dessen direkten Anschlußaggregaten herbeizuführen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß das Gehäuse gasdruckdicht ausgeführt ist und in seinem Innenraum,
in dem sich der Rekuperator befindet, Verdichterenddruck herrscht.
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Druckbeanspruchung kann eine derartige Matrix auch in ihre»
Inneren in höherem Maße aufnehmen als Zugbelastungen. Dadurch kann sie als ganzes gesehen höher belastet werden,
wenn dafür gesorgt wird, daß die Matrix von außen her in erfindungsgemäßer Weise unter Druck gesetzt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Gehäuse zylinderförmig ausgebildet sein, können an den einander
gegenüberliegenden Stirnwänden sowie im Zylindermantel Eintritts- und Austrittsstutzen für die Strömungsmittel
vorgesehen sein, können die an den Stirnwänden angeordneten Eintritts- und Auetrittsstutzen für das eine Strömungsmittel
mit den zugehörigen Eintritts- und Austrittsöffnungen des Wärmetauechkörpers verbunden sein und kann
der im Zylindermantel angeordnete Austrittsstutzen für das
unter höherem Druck stehende Strömungsmittel mit der zugehörigen Austrittsöffnung des Wärmetauschkörpers verbunden
sein, während wenigstens ein Eintrittsstutzen und die Eingangsöffnung des Wärmetauschkörpers für dies Strömungemittel
in den vom Zylindermantel und den beiden Stirnwänden des Gehäuses umgebenen freien Raum des Gehäuse
inneren hineinragen und über diesen miteinander in Verbindung stehen können. Auf diese Weise ist der gesamte
empfindliche aus Keramik hergestellte Wärmetauschkörper von dem gleichen hohen Druck umgeben, der auch im Inneren
desselben herrscht. Dadurch wird es unmöglich, daß der War· metauschkörper mit seinen empfindlichen Lamellen durch zu
großen Druck vom Inneren her gesprengt werden kann.
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- k - Daim Io 388/4
Damit am Wärmetauschkörper die verwendeten Strömungsmittel
auch trotz großer Druckunterschiede einwandfrei voneinander getrennt gehalten werden können, sind in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung Flansche vorgesehen, die unter Zwischenschaltung von Tellerfedern mit den Wärmetauschkörper
federnd nachgiebig verschraubt sind· Hierzu befindet sich zwischen den Flanschen und den Spannmuttern der hierbei
verwendeten Spannschrauben jeweils ein Federpaket aus Tellerfedern, um ein gleichmäßiges, elastisches Anpassen
und Abdichten der Flansche auf den Stirnseiten des Wärmetauschkörpers
zu erhalten* Zweckmäßigerweise kann dieser Abdichteffekt noch dadurch verbessert werden, daß zwischen
den Flanschen und den zugehörigen Auflageflächen am Wärmetauschkörper
Dichtungen dazwischengelegt sind. Eine Abdichtung kann dadurch erreicht werden, daß zwischen den Flanschen
und den zugehörigen Auflageflächen am Wärmetauschkörper temperaturbeständige oxidisch« Fasern, beispielsweise
aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, dazwischengelegt sind, die von den Spannschrauben an den Keramikwärmetauschkörper
angepreßt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Abdichtung auch durch eine metallische Membran erfolgen.
Schließlich können die Auflageflächen der Flansche auf dem rekuperativen Wärmetauschkörper mit einer keramischen Masse
ausgefüllt sein.
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5 - Daim Io 388/4
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn für das unter höherem Druck stehende Strömungseitte1 in den Mantel des Gehäuses
zwei Eintrittsstutzen, vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 12o° einmünden, zwischen denen der Auetrittsstutzen
für dasselbe Strömungsmittel angeordnet ist. Auf diese Weise ist der rekuperative Wärmetauschkörper
nicht nur von dem unter hohem Druck stehenden Strömungsmittel umgeben« sondern wird durch die ständige
Bewegung des Strömungsmittels gegenüber seiner Oberfläche auch noch gleichmäßig gekühlt, da das unter Druck stehende
Strömungsmittel die niedrigere Temperatur hat und mit seiner niedrigen Temperatur auf den Wärmetauschkörper und
dessen Anschlußteile von zwei Seiten her auftrifft, diese umströmt und dann erst durchdringt und nach seiner Erwärmung
direkt aus dem Wärmetauschkörper und dem Gehäuse wieder austritt.
Das Gehäuse des Wärmeaustauschers ist aus Metall, das gegenüber dem meist aus Keramik hergestellten rekuperativen
Wärmetauschkörper einen größeren Ausdehnungskoeffizienten
hat als dieser. Um die verschiedenen Wärmedehnungen der verschiedenen Materialien im Innern des Wärmeaustauschersauegleichen
zu können, werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung einer der Stutzen für das eine Strömungsmittel
und der Austrittsstutzen für das unter höherem Druck stehende Strömungsmittel über je einen Axialkompensator
mit den zugehörigen Planschen verbunden. Diese Axialkompensatoren gleichen die starken unterschiedlichen
Wärmedehnungen von Gehäuse und Rekuperator vollständig aus.
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- 6 - Daim Io 388/4
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispiels in der folgenden Beschreibung näher
erläutert, der auch weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung entnommen werden können.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Explosionszexchnung eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung mit einen zylinderformigen
Gehäuse, teilweise im Schnitt,
teilweise in Schnitt,
Fig. 2.
Der Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgenäßen rekuperativen
Wärmeaustauschers für eine Gasturbine kann aus der Zeichnung entnommen werden. Das Gehäuse 1 ist zylinderförnig
ausgebildet und weist einen Mantel 2 sowie Stirnwände 3 und 4 auf, von denen die letztere aus.Montagegründen
nit einem verschraubbaren Flansch 5 versehen ist, während die Stirnwand 3 in den Mantel 2 eingeschweißt ist. Außerdem
weisen beide Stirnwände kreisförmig angeordnete Bohrungen 6 für die Verschraubung der Anschlußstutzen 7, 8 auf. Diese
Stutzen sind die Eintritts- und die Austrittsstutzen für das heiße Abgas.
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- 7 - Daim Io 388/4
Der eigentliche Rekuperator ist der Wärmetauschkörper 9t
der aus Keramik mit feinen Wänden hergestellt ist. Er kann aber auch aus anderen Material hergestellt sein. Der
Wärmetauschkörper ist mit Hilfe von Spannschrauben 11 und
Spannnuttern 12 zwischen Flanschen 13, l4, 15 und l6 eingespannt.
Zwischen den Flanschen und den Spannmuttern der Spannschrauben befindet sich jeweils ein Federpaket 17
aus Tellerfedern, um ein gleichmäßiges elastisches Anpassen
und Abdichten der Flansche auf den Stirnseiten des rekuperativen Wärmetauschkörperβ 9 zu erhalten und die
themisch bedingte Längenänderung der keramischen Wärmetauscher-Matrix 9 bzw. der Spannschrauben 11 weitgehend
auszugleichen«
Dieser Abdichteffekt wird zusätzlich durch temperaturbeständige
Dichtungen aus oxidischen Fasern 2o erreicht, die zwischen die Flansche und die Auflageflächen auf den
Stirnseiten des rekuperativen Wärmetauschkörpers 9 dazwischengelegt
und durch die Spannschrauben angepreßt sind. Anstelle der tenperaturbeständigen keramischen Fasern kann
auch eine keramische Masse oder eine metallische Membrankonstruktion verwendet werden.
Die großen Wärmedehnungen des MetallgehHuses 1 mit den
Mantel 2 und den Stirnwänden 3 und 4 gegenüber der geringen Wärmedehnung des rekuperativen Wärnetauschkörpers 9
werden-durch Axialkonpensatoren l8 und 19 ausgeglichen.
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- 8 - Daim Io 388/4
Der Axialkompensator l8 ist zwischen dem Ausgangestutzen
für das heiße Abgas und dem Flansch 13 angeordnet. Der Axialkompensator 19 ist zwischen dem Flansch l6 und dem
Austrittestutzen 21 für die kühlere, hier schon aufgewärmte Luft, die unter hohem Druck steht, angeordnet.
Für das unter höherem Druck stehende Strömungsmittel sind
in den Mantel 2 des Gehäuses 1 zwei Eintrittsstutzen 22 und 23 unter einem Winkel von etwa 12o angeordnet. Zwischen
diesen Eintrittsstutzen befindet sich in der Mitte der schon genannte Austrittsstutzen 21.
Durch den Eingangsstutzen 7 gelangt das heiße Abgas der
Turbine, welches unter einem Druck von etwa einer Atmosphäre steht, durch den Flansch tk in den rekuperativen
Wärmetauschkörper 9 und verläßt denselben durch den Flansch 13 sowie den Axialkompensator l8 und tritt dann
durch den Auegangsstutzen 8 wieder aus dem Wärmetauscher aus, nachdem es einen großen Teil seiner Wärmeenergie im
rekuperativen Wärmetauschkörper an die Verdichteluft abgegeben
hat.
Die Verdichterluft strömt durch die Eintrittsstutzen 22 und 23 mit hohem Druck von etwa 6 Atmosphären in den Innenraum
2k des Gehäuses 1 ein. Es umströmt den rekuperativen Wärmetauachkörper 9, gelangt durch den Flansch 15
in denselben, nimmt dort vom den Rekuperator quer durch-
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2453361:
- 9 - Daim 19 388/4
strömenden Abgas Warme auf und verläßt den rekuperativen
Wärmetauschkörper 9 durch den Flansch l6 und den Axialkompensator
19 sowie den Auetrittsstutzen 21, der zwischen den beiden Eintrittsstutzen 22 und 23 angeordnet
ist.
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Claims (8)
- £ΐαα30' Ι; -to - Daim Io 388/4Ansprüche/1. fWärmeaustauscher, insbesondere für Gasturbinen, mit ^-"* einem vorzugsweise kreuzweise oder Z-flow-förmig durchströmbaren Wärmetauschkörper aus Metall oder Keramik, der in einem mit Anschlußstutzen für die aufzuwärmenden bzw. abzukühlenden Strömungsmittel versehenen Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichne t , daß das Gehäuse (l) gasdruckdicht ist und in seinem Innenraum (24) Verdichterenddruck herrscht.
- 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) zylinderförmig ausgebildet ist, daß an den einander gegenüberliegenden Stirnwänden (3, M sowie im Zylindermantel (2) Eintritts- (7) und Auetrittsstutzen (8) für die Strömungsmittel vorgesehen sind, daß die an den Stirnwänden (3, 4) angeordneten Eintritte- (7) und Austrittsstutzen (8) für das eine Strömungsmittel mit den zugehörigen Eintritte- und Austrittsöffnungen des Warmetauschkörpere (9) verbunden sind und daß der ±m Zylindermantel (2) angeordnete Austrittsstutzen (21) für das unter höheren Druck stehende Strömungsmittel mit der zugehörigen Auetrittsöffnung des Wärmetauschkörpere (9) verbunden ist, während wenigstens ein Ein-609821 /0473- 11 - Daim Io 388/4trittsstutzen (22, 23) und die Eingangsöffnung des Wärme taue chkör per β für dies Strömungsmittel in dem vom Zylindermantel (2) und den beiden Stirnwänden (3, 4) des Gehäuses (l) umgebenen freien Raum (2*0 des Gehäuseinneren hineinragen und über diesen (24) miteinander in Verbindung stehen.
- 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß Flansche (13 - l6) unter Zwischenschaltung von Tellerfedern (17) mit dem Wärmetauschkörper (9) federnd nachgiebig verschraubt sind .
- 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch ge· kennzeichnet , daß zwischen den Flanschen (13 - l6) und den zugehörigen Auflageflächen am Wärmetauschkörper (9) temperaturbeständige Fasern (2o), beispielsweise aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, zwischen* gelegt sind*
- 5· Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch ge· kennzeichnet , daß zwischen den Flanschen (13 - l6) und den zugehörigen Auflageflächen am Wärmetauschkörper (9) Membrandichtungen zwischengelegt sind.
- 6). Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch ge· kennzeichnet , daß zwischen den Flanschen (13 - 16) und den zugehörigen Auflageflächen am Wärmetauschkörper (9) eine keramische Masse (2o) aufgebracht ist.6 0 9821 /0473- 12 - Daim Io 388/4
- 7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß für das unter höherem Druck stehende Strömungsmittel in den Mantel (2) des Gehäuses (l) zwei Eintrittsstutzen (22, 23), vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 12o einmünden, zwischen denen der Austrittsstutzen (21) für dasselbe Strömungsmittel angeordnet ist.
- 8. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Stutzen (8) für das eine Strömungsmittel und der Austrittestutzen (21) für das unter höherem Druck stehende Strömungsmittel über je einen Axialkompensator (l8, 19) mit den zugehörigen Planschen (13» l6) verbunden sind.609821/0473
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19742453961 DE2453961A1 (de) | 1974-11-14 | 1974-11-14 | Rekuperativer waermeaustauscher |
GB4416875A GB1497595A (en) | 1974-11-14 | 1975-10-27 | Recuperative heat exchangers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19742453961 DE2453961A1 (de) | 1974-11-14 | 1974-11-14 | Rekuperativer waermeaustauscher |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2453961A1 true DE2453961A1 (de) | 1976-05-20 |
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ID=5930793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19742453961 Withdrawn DE2453961A1 (de) | 1974-11-14 | 1974-11-14 | Rekuperativer waermeaustauscher |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2453961A1 (de) |
GB (1) | GB1497595A (de) |
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1974
- 1974-11-14 DE DE19742453961 patent/DE2453961A1/de not_active Withdrawn
-
1975
- 1975-10-27 GB GB4416875A patent/GB1497595A/en not_active Expired
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Also Published As
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---|---|
GB1497595A (en) | 1978-01-12 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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