DE2514651A1

DE2514651A1 - Rekuperator

Info

Publication number: DE2514651A1
Application number: DE19752514651
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: LELOUP ROBERT
Current assignee: LELOUP ROBERT
Priority date: 1974-04-09
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1975-10-23
Also published as: FR2267532B1; BE827743A; FR2267532A1

Description

Robert Leloup/ 4122ο Dhuizon, Frankreich.

Rekuperator

Die Erfindung betrifft einen Rekuperator, insbesondere einen Abwärme-Rekuperator.

Zur Ausnützung bzw. Rückgewinnung von Wärme sind bereits eine große Anzahl von Rekuperatoren bzw. Wärmetauscher bekanntgeworden, die zum Wärmeaustausch zwischen zwei flüssigen und/ oder gasförmigen Strömungsmedien dienen. Bei einem bekannten Rekuperator für in verschiedenen Richtungen in zwei aneinanderliegenden Kanälen zirkulierenden Medien, erfolgt die Wärmeübertragung durch metallische Elemente, wie im allgemeinen über mit Flügeln oder Lamellen ausgestattete Rohre.

Bei einer solchen Art der Wärmeübertragung von einem Kanal zum andern, ist die Montage ( in der isolierten Trennwand einer großen Anzahl von Lamellenrohren aufwendig und schwierig, weshalb der Preis dieser Wärmetauscher erhöht und der Raumbedarf übermäßig groß ist. Andererseits ist aber der Wirkungsgrad eines solchen Rekuperators nur mittelmäßig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden und einen Rekuperator zu schaffen, dessen Aufbau einfacher und wirtschaftlicher ist und der gleichzeitig auch einen maximalen Wärmeaustausch zwischen zwei Fluids gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Rekuperator mit mindestens einer Wärmetauschereinfreit in Plattenbauweise aus, mit einer Anzahl von Wärmetauscherelementen aus benachbarten parallelen Platten, zwischen denen fächerartige Durchgangskanäle mit gerader und ungerader Kennzahl gebildet sind, wobei

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die ungeradzähligen Kanäle von einem ersten Fluid und die geradzahligen Kanäle von einem zweiten Fluid durchströmt sind und zwischen den beiden Fluids ein Wärmeaustausch stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche fächerartigen Durchgangskanäle in gleicher Richtung orientiert und die ungeradzähligen Kanäle vom ersten Fluid in der einen Richtung, während die geradzahligen Kanäle vom zweiten Fluid in entgegengesetzter Richtung durchströmt sind.

Damit ein optimaler Wärmeaustausch ermöglicht wird, sind die in Form von Platten hergestellten Wärmetauscherelemente von einem wärmeleitenden Element, wie insbesondere von einer Metallplatte gebildet, das vom benachbarten Element isoliert ist.

Um entlang des Strömungsweges jedes Fluids einen progressiven Wärmeaustausch zu gewährleisten, sind die aus Platten gebildeten Elemente jeder Wärmetauschereinheit gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung aus einer Anzahl von wärmeleitenden Teilplatten zusammengesetzt, die voneinander durch die Wärme nichtleitenden zur Strömungsrichtung der Fluids quer angeordneten Einlagen getrennt sind.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weist das die Wärmetauschereinheit umschließende Gehäuse des Rekuperators, an zwei entgegengesetzten Wänden je eine Eintrittsöffnung für ein Fluid und eine Austrittsöffnung für das andere Fluid auf, wobei diese Fluids am Eingang und Ausgang der fächerartigen Durchgangskanäle /durch eine Trennwand kanalisiert sind, die jede der beiden Stirnseiten der Wärmetauschereinhei't in zwei Zonen aufteilt, und zwar in den Eingang des einen Fluides und in den Ausgang des anderen Fluides, und die fächerartigen Kanalgruppen jeder Zone abwechselnd in Versetzung beiderseits der Unterteilungsebene der Wärmetauscher-Stirnseiten abgeschlossen sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht dieses Trennelement aus einer Blechwand, die in einer senkrechten Ebene zu den

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die Wärmetauscherelemente bildenden Platten angeordnet ist, wobei dieses. Blech mit dem einen Ende mit den vorerwähnten Platten und mit dem anderen Ende mit der entsprechenden Stirnwand des Wärmetauschergehäuses dicht verbunden ist und daß diese Verbindung mit dieser Wand zwischen der Eintrittsöffnung für das eine Fluid und der Austrittsöffnung für das andere Fluid am jeweiligen Stirnende des Gehäuses angeordnet ist.

Weiteas Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der folgenden Beschreibung von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Es zeigen

Fig. 1 eine schematisierte perspektivische Ansicht einer Wärmetauschereinheit ohne den Abschluß der Durchgangskanäle,

Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Figur 1, jedoch mit zur Hälfte verschlossenen und paarweise gegeneinander versetzten Durchgangskanälen,

Fig. 3 eine schematisierte perspektivische Ansicht einer anderen vergrößerten Ausfuhrungsform eines Wärmetauschers, wobei die Pfeile die Aufteilung der Strömungswege der Fluids anzeigen und

Fig. 4 eine schematisierte Ansicht eines mit einem Gehäuse versehenen an jedem Ende mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung ausgestatteten Rekuperators.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind die Wärmetauschereinheit bildenden Platten, beispielsweise neun an der Zahl, parallel zueinander angeordnet und bilden dazwischen die verschiedenen Durchgangskanäle C-j bis C_Q, in welchen die Fluids von einem Kanal zum anderen und abwechselnd in der einen und anderen Richtung zirkulieren. Die Platten P₁ bis P₉ sind durch längs ihren Längskanten angeordnete Verbindungsstücke voneinander isoliert. Diese Verbindungsstücke, die in Figur 2 sichtbar sind, können ganz aus geeignetem Isoliermaterial bestehen, beispielsweise aus

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- 4 wärmebeständigem Kunststoff, Kautschuk od^dgl.¹ Werkstoff.

Zum Zwecke einer Begrenzung der Zirkulationswege, die in die
Eintrittsöffnungen E₁/ E₂ und die Austrittsöffnungen S-, S₂
an jedem Ende eines Gehäuses 16/ das in Figur 4 dargestellt ist und in welchem die Wärmetauschereinheit montiert ist/ einmünden/ sind die gegenüberliegenden Stirnseiten 17 und 18 der Wärmetauschereinheit gemäß einer zu den von den Platten gebildeten Elementen im wesentlichen senkrechten Ebene/ in zwei Zonen, und
zwar in eine Eintrittszone für das eine Fluid und eine Austrittszone für das andere Fluid unterteilt/ wobei die fächerartigen
Kanäle jeder Zone abwechselnd und zur Unterteilungslinie gegeneinander versetzt durch die Isolierelemente 19 abgeschlossen
sind.

Diese Isolierelemente 19 können in gleicher Weise wie die Randverbindungen 2o an den Längsrändern der Platten P hergestellt
und selbst auch aus einem Werkstoff mit diesen Verbindungen sein.

Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Figur 3 besteht die
Wärmetauschereinheit wie in den Figuren 1 und 2 aus einer Reihe von Platten P-j ... P_n + -, die zwischen ihnen die fächerartigen Kanäle C^ ... C_n/ beispielsweise fünfzehn gemäß Figur 3/ bilden.

Um einen progressiven Wärmeübergang vom heißesten zum kältesten Fluid zu gewährleisten, sind die Platten P aus einer Anzahl von Teilplatten Pl.,Pl₂/Pl3/... Pl_n ( sechs gemäß Figur 3 ) zusammengesetzt/ die wärmeleitend und die miteinander durch dünne dazwischengelagerte Verbindungsstreifen 21 verbunden sind, die
aus wärmeisolierendem Werkstoff bestehen. In Figur 3 sind die
äußeren Teilplatten Pl-j und PIg jeder Platte P der Wärmetauschereinheit dreiecksförmig. Die Anzahl und die Gestalt dieser Teilplatten kann natürlich beliebig sein.

Zur Unterteilung der Stirnseiten der Wärmetauschereinheit in

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in zwei Zonen, und zwar in einer Eintrittszone für das erste Fluid und eine zweite Austrittszone für das zweite Fluid, wird ein Trennelement 22 bzw. 23 verwendet das beispielsweise aus einem Blech besteht und das in am Stirnende der Platten vorgesehenen Kerben oder Ausschnitten der Wärmetauschereinheit eingepaßt ist.

Diese Trennelemente 22 bzw. 23, die am einen Ende mit den Platten der Wärmetauschereinheit verklebt bzw. verschweißt sind, sind mit. ihrem anderen Ende mit der entsprechenden Stirnfläche des die Wärmetauschereinheit umschließenden Gehäuses verbunden. Diese Verbindung folgt somit einer Linie, die die Eintrittsöffnung (E₁ oder E₀) für das eine Fluid von der Austrittsöffnung (S₁ oder S₂) für das andere Fluid trennt.

Was die Montage der Wärmetauschereinheit in dem parallelepipedischen Gehäuse 16, das in Figur 4 dargestellt ist, betrifft, so ist klar, daß eine beste Isolation zwischen dem Gehäuse 16 und der Wärmetauschereinheit anzustreben ist, um schließlich eine Wärmeübertragung von den Platten auf die Wände des Gehäuses zu verhindern. Zu diesem Zweck kann beispielsweise zwischen die seitlichen und frontalen Flächen der Wärmetauschereinheit und die anderen Wände des sie aufnehmenden Gehäuses ein Isolationsmaterial untergebracht werden. Dies ist der Übersicht wegen in der Zeichnung nicht dargestellt.

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Unter der Annahme, daß das kälteste Fluid mit F₁ und das heißeste Fluid mit F₂ bezeichnet ist, ist die Wirkungsweise des Rekuperators im wesentlichen folgende: Das kalte Fluid F.. dringt in die Durchgangskanäle mit ungerader Kennzahl C-, C₃, Cr/ C-, ... C₁₅ ein, umspült die Platten Pund wird durch die vom Fluid F₂, das in den Kanälen mit gerader Kennzahl C-, C₄, Cg....Cj . zirkuliert, durch die Platten P übertragene Wärme progressiv erwärmt.

Der Wärmeübergang findet auf der gesamten Oberfläche einer Platte nicht gleichmäßig, sondern progressiv und in Abstufung statt. Diese thermischen Wärmeübertragungs-Stufen sind durch die Verbindungsstreifen 21, die die verschiedenen Teilplatten jeder Platte P voneinander isolieren, begrenzt.

Zur Vereinfachung der Zeichnung wurden nur sechs Teilplatten Pl₁ - Pl₆ dargestellt, aber es kann natürlich die Anzahl auch wesentlich größer oder kleiner sein.

Das Fluid F- erwärmt sich in jedem der Durchgangskanäle C₁, C₃, C₅... C₁₅ zunächst an den Teilplatten Pl₁, dann an den Teilplatten Pl₂, Pl₃... PIg. Man erreicht also einen ansteigenden thermischen Nutzeffekt des Rekuperators, einen Nutzeffekt, der den bekannter üblicher Rekuperatoren bei weitem übertrifft. Ein solcher Rekuperator bietet vielseitige Anwendungsmöglichkeiten und ist ferner wesentlich einfacher in der Montage und in der Unterhaltung.

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wm Π mm

Wenngleich nicht dargestellt, so gehört auch eine Verlängerung des Strömungsweges zur Erzielung eines optimalen Wärmeaustausches in den Rahmen dieser Erfindung. Dies kann auch dadurch geschehen, daß die die Austauschelemente bildenden Platten wellenförmig oder in Zickzackform gestaltet sind. Man erhält praktisch eine Rekuperation von mehr als 95 %, die gegenüber den bekannten Rekuperatoren mit einer Leistung von etwa 50 % einen wesentlichen Fortschritt darstellt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern umfaßt auch mehrere mögliche Abänderungen, die sich insbesondere auf die Form und die Ausführungsart beziehen können, ohne daß das Wesen der Erfindung verlassen wird. So können auch die aus parallelen Platten gebildeten Durchgangskanäle durch rohrförmige Leitungen von gegeneinander isolierten Rohrteilstücken ersetzt sein.

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Claims

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Patentansprüche

[ 1)J Rekuperator mit mindestens einer Wärmetauschereinheit in Plattenbauweise/ mit einer Anzahl von Wärmetauscherelementen aus benachbarten parallelen Platten/ zwischen denen fächerartige Durchgangskanäle mit gerader und ungerader Kennzahl gebildet sind, wobei die ungeradzähligen Kanäle von einem ersten Fluid und die geradzahligen Kanäle von einem zweiten Fluid durchströmt sind und zwischen den beiden Fluids ein Wärmeaustausch stattfindet/ dadurch gekennzeichnet/ daß sämtliche fächerartigen Durchgangskanäle (C) in gleicher Richtung orientiert und die ungeradzähligen Kanäle (C₁/ C₃ usw.) vom ersten Fluid in der einen Richtung, während die geradzahligen Kanäle (C₂/ C₄ usw.) vom zweiten Fluid in entgegengesetzter Richtung durchströmt sind.
2) Rekuperator nach Anspruch λ, dadurch gekennzeichnet/ daß die Wärmetauscherelemente aus wärmeleitenden Elementen insbesondere Metallplatten, gebildet sind, die jeweils vom benachbarten Element wärmeisoliert sind.
3) Rekuperator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die wärmeleitenden Platten (P.) jeder Wärmeaustauschereinheit

aus einer Anzahl von wärmeleitenden Teilplatten (PL) bestehen, die Wärmeübertragungsstufen bilden und die durch zur Strömungsrichtung querliegende wärmeisolierende Verbindungsstreifen (21) voneinander getrennt sind.

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4) Rekuperator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die fächerartige Wärmetauschereinheit umschließendes Gehäuse (16) an zwei entgegengesetzten Wänden je eine Eintrittsöffnung (E. bzw. E₂) für das eine Fluid und eine Ausgangsöffnung (S. bzw. S₂) für das andere Fluid aufweist, wobei diese Fluids am Ein- und Ausgang der fächerartigen Durchgangskanäle durch eine Trennwand (22 bzw. 23) kanalisiert sind, die jede der beiden Stirnseiten der Wärmetauschereinheit in zwei Zonen aufteilt, und zwar in den Eingang des einen Fluids und in den Ausgang des anderen Fluids, und die fächerartigen Kanalgruppen jeder Zone abwechselnd in Versetzung beiderseits der Unterteilungsebene der Wärmetauscher-Stirnseiten abgeschlossen sind.
5) Rekuperator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (22 bzw. 23) von Blechen gebildet sind, die in senkrechter Ebene zu den Wärmetauscherelementen in Form von Platten angeordnet sind, wobei diese Bleche mit dem einen Ende mit den vorerwähnten Platten (P) der Wärmetausehereinheit und dem anderen Ende mit der entsprechenden Stirnwand des Wärmetauscher-Gehäuses (16) gasdicht verbunden sind und daß diese Verbindung mit dieser Wand zwischen der Eintrittsöffnung für das eine Fluid und der Austrittsöffnung für das

andere Fluid am jeweiligen Stirnende des Gehäuses (16) angeordnet ist.

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6) Rekuperator nach einem der Ansprüche 1-5/ dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (P) der Wärmetauschereinheit gegeneinander durch längs ihren Längskanten angeordnete Verbindungen (20) isoliert sind.
7) Rekuperator nach einem der Ansprüche 1-6/ dadurch gekennzeichnet/ daß die Verbindungen (20) aus Isoliermaterial , wie wärmebeständigem Kunststoff, Kautschuk od. dgl. bestehen.
8) Rekuperator nach einem der Ansprüche 1-7/ dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Abschlußabdeckungen (19) der Einheit in gleicher Weise wie die Randverbindungen (20) der Platten (P) hergestellt sind und selbst aus dem Werkstoff dieser Verbindungen bestehen.
9) Rekuperator nach einem der Ansprüche 1-8/ dadurch gekennzeichnet, daß die die Trennwände (22 bzw. 23) bildenden Bleche in ausgerichteten Kerben an den Stirnenden der Wärmetauscher-Platten eingesetzt sind.
10) Rekuperator nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den seitlichen und frontalen Flächen der Wärmetauschereinheit einerseits und den Innenwänden des Wärmetauscher-Gehäuses (16) andererseits eine Wärmeisolierung vorgesehen ist.
11) Rekuperator nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die End-Teilplatten (Pl- und Pig) der Platten (P) der Wärmetauschereinheit dreiecksförmig sind.

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