DE2615579A1

DE2615579A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2615579A1
Application number: DE19762615579
Authority: DE
Inventors: Dennis Clare Granetzke; Homer Don Huggins
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1975-07-14
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1977-02-03
Also published as: US3986549A; GB1494891A; JPS5211457A

Description

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft »/armetauscher zum Austauschen von Wärme zv/iscnen einem ersten und einem zweiten Gas.

Genauer gesagt handelt es sich bei den erfindungsgeraäßen Wärmetauschern um solche der Kreuzstrombauart zum Austauschen von Wärme zwischen ζ v/ei oder mehr strömenden Gasen, die längs getrennter Strömungswege durch den betreffenden Wärmetauscher geleitet werden. Durch die Erfindung ist eine verbesserte Konstruktion zum Befestigen Jeder Kerneinneit eines V/ärmetauschers an einem Traggestell geschaffen worden, die es ermöglicht, mehrere solche Kerneinheiten durch Abstände voneinander getrennt so einzubauen, daß die verschiedenen Einheiten ebenso wie die dazwischenliegenden Räume zu Reinigungszwecken zugänglich sind.

V/ärme tauscher der Kreuzstrombauart sind natürlich bereits bekannt, z.B. aus den US-Patentschriften 2 539 870 und 3 780 800. Ferner sind aus den US-PSen 2 500 771, 3 775 972 und 3 858 291 elastische Halterungen für die Kerneinheiten von Wärmetauschern bekannt, doch bietet die Wärmetauscherkonstruktion nach der Erfindung im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen zahlreiche Vorteile.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung v/erden im folgenden anhand schematiscner Zeichnungen an Äusführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektiviscne Darstellung einer Ausführungsx'orm einer aus mehreren Kerneinheiten bestehenden Wärmetauseherbaugruppe;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, der eine erfindungsgemäße Spanneinrichtung veranschaulicht:;

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Baugruppe mit zwei Kerneinheiten und einem Traggestell, das die Kerneinheiten Ende an Ende angeordnet aufnimmt;

Fig. 4- eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Baugruppe mit mehreren Kerneinheiten und einem Traggestell;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer an ihren Kanten mit elastischen Dichtungen versehenen Kerneinheit;

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Ecke der Anordnung nach Fig. 5;

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt durch eine Ausführungsform einer Dichtung;

Fig. 8 eine Ausführungsform einer Baugruppe mit vier durch Abstände getrennten Kerneinheiten und einem Traggestell, aus der die Strömungswege der beiden durchgeleiteten Gase ersichtlich sind; und

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Fig. 9 eine Fig. 8 ähnelnde Darstellung einer anderen Ausführungsform einer solchen Baugruppe.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eines Wärmetauschers sind vier Kerneinheiten 10, 11, 12 und 13 vorhanden, und zu jeder Kerneinheit gehört ein Stapel aus gewellten Rippen, wie sie bei der Kerneinheit 14- nach Fig. 3 bei 15 und 16 dargestellt sind. Diese geweilten Rippen haben eine allgemein ebene Form und sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel stehend so angeordnet, daß sie durch die gewellten Rippen abgegrenzten Räume 17 und 18 einander seitlich benachbarte Gaskanäle bilden. Die Außenflächen 19 und 20 der Rippen bilden die betreffenden Seitenwände der Kerneinheiten 10 bis 14.

Bezüglich der Kerneinheit 14 ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß sich die Gaskanäle 17 und 18 in der Querrichtung erstrecken, d.h. daß bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Gaskanäle 18 senkrecht und die Gaskanäle 17 waagerecht verlaufen. Gemäß Fig. 1, wo die verschiedenen Pfeile entsprechend beschriftet sind, dienen z.B. die senkrechten Kanäle 18 zum Hindurchleiten eines heißen Gases 21, das beispielsweise aus einem Ofen abgeleitet wird, während die waagerechten Kanäle 17 zum Zuführen von Zusatzluft 24 zu dem Ofen dienen, so daß ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Gasen stattfindet, was zur Folge hat, daß das Abgas 23 abgekühlt wird, während die Zusatzluft als vorgewärmte Luft 24 von dem Wärmetauscher abgegeben v/ird.

In den Zeichnungen sind verschiedene Anordnungen zum Einbauen der Kerneinheiten in ein Traggestell gezeigt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind die vier Kerneinheiten 10 bis 13 in Abständen voneinander eingebaut, und die Räume zwischen den Kerneinheiten sind durch abnehmbare Wände 25, 26, 27, 28, 29 und 30 abgeschlossen. Wie in Fig. 2 bei 11 dargestellt, wird jede Kerneinheit in einem Traggestell festge-

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halten, das sich an Randdichtungen 31 abstützt, die in fester Anlage an dem betreffenden Rand der dargestellten Kerneinheit 11 gehalten werden, und zwar durch Gestellteile 32 und 33, die miteinander und mit der benachbarten Randdichtung 31 durch eine Spanneinrichtung verspannt sind, zu der gemäß Fig. 2 eine teilweise konische Spannschraube 34 gehört, die durch gleichachsige Öffnungen der Gestellteile 32 und 33 ragt, und auf die eine Mutter 35 aufgeschraubt ist. Die konische Fläche 36 der Kopfschraube 34 trägt beim Einbauender Kopfschraube zum Ausrichten der Öffnungen aufeinander bei.

In Fig. 5 bis 7 ist eine Ausführungsform einer Dichtung dargestellt, die beispielsweise in Verbindung mit den Kanten der Kerneinheit 10 verwendbar ist. Solche Kanten- oder Randdichtungen 31 werden entlang sämtlichen Kanten der rechteckigen Kerneinheit angeordnet, sie bestehen vorzugsweise aus Silikonkautschuk, und sie haben gemäß Fig. 7 allgemein die Querschnittsform eines V/inkelprof ils. An den Ecken 37 der Konstruktion sind gemäß Fig. 6 die Enden der Dichtungsstreifen 37 auf Gehrung zugeschnitten, so daß sie stumpfe Stöße 38 bilden, um eine einwandfreie Abdichtung der Gasströme gegeneinander zu gewährleisten.

Gemäß Fig. 4 werden z.B. mehrere Kerneinheiten 10 in einer gemeinsamen Ebene gegeneinander zu einer rechteckigen Anordnung so vereinigt, daß die beiden Kerneinheiten jedes der beiden Paare Ende an Ende angeordnet sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 strömt die vorzuwärmende Zusatzluft 39 in der Querrichtung durch die Baugruppe, so daß sie jeweils zwei Kerneinheiten nacheinander passiert, während das zum Vorwärmen der Luft 39 dienende heiße Gas 40 in Form paralleler Ströme durch die vier Kerneinheiten 10 geleitet wird.

Bei dieser Ausführungsform ist die durch die Kerneinheiten 10 gebildete Baugruppe in ein in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung gezeigtes Traggestell eingebaut,

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zu dem obere Teile 41, untere Teile 42 und seitliche Teile 43 gehören, die in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise durch Kopfschrauben 34 miteinander verbunden sind, welche dazu dienen, die Traggestell-Oberrahmenteile 41 bis 43 mit den Randdichtungen 31 und letztere mit den Kanten der Kerneinheiten zu verspannen.

Wie bezüglich der Ausfuhrungsform nach Fig. 3 gezeigt, können die seitlichen Teile 44 und die stirnseitigen Teile 45 des Traggestells mit geneigten Anlageflächen 46 bzw· 47 versehen sein, so daß diese Gestellteile dann, wenn sie mit Hilfe von Schrauben der in Fig. 2 gezeigten Art zusammengezogen werden, diese geneigten Gleitflächen eine Hebelwirkung hervorrufen, um Druckkräfte auf die Randdichtungen 31 aufzubringen, die gemäß Fig. 3 der Kerneinheit 14 zugeordnet sind, damit die Dichtungen fest an die zugehörigen Ränder der Kerneinheit angepreßt werden, urn die Kerneinheit "schwimmend" zu unterstützen, so daß nicht mehr auf Temperaturänderungen zurückzuführende Bewegungen ausgeglichen werden, sondern daß auch eine zuverlässigere Abdichtung zwischen den in Fig. 1 mit 21 und 22 bezeichneten Gasströmen gewährleistet ist.

Somit ermöglicht es die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung jeder Kerneinheit, z.B. den Kerneinheiten 10 bis 14, eines solchen Wärmetauschers, sich gegenüber dem Traggestell zu verlagern und hierdurch unterschiedliche, auf Temperaturänderungen zurückzuführende Änderungen der Abmessungen sowohl der Kerneinheiten als auch des Traggestells auszugleichen. Diese Änderungen können ein erhebliches Ausmaß erreichen, z.B. dann, wenn die Kerneinheiten des Wärmetauschers im wesentlichen aus Aluminium bestehen, während das Traggestell 41 bis 43 aus Stahl gefertigt ist. Zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser beiden Metalle besteht ein Unterschied von nahezu 100 #, so daß sich in der Praxis erhebliche Unterschiede bezüglich der Wärmedehnung ergeben können, wenn sich

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das zugeführte heiße Gas z.B. auf einer Temperatur von etwa 2O5°C befindet, während die Temperatur der Zusatzluft z.B. O⁰C beträgt, und wenn die gemäß Fig. 4 aus vier Kerneinheiten gebildete Baugruppe eine Länge von etwa 3 m hat.

Fig. 8 und 9 zeigen zwei verschiedene Anordnungen von Strömungswegen für die Gase. Bei der Anordnung nach Fig. 8 sind vier schematisch angedeutete Kerneinheiten 48 vorhanden, die durch ein Traggestell 49 in Abständen voneinander gehalten v/erden und in der beschriebenen Weise mit Hilfe von Dichtungen 31 gegeneinander abgedichtet sind; zwischen den Kerneinheiten sind Kammern 50 vorhanden, und den Kerneinheiten 48 sind herausnehmbare Wände 51 zum Abschließen der Kammern zugeordnet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 wird der heiße Gasstrom 52 in zwei Ströme unterteilt, die nacheinander in eine Kerneinheit 48, dann eine nachgeschaltete Kammer 50 und schließlich in eine zweite Kerneinheit 48 durchströmen, aus der sie in Richtung der Pfeile 53 entweichen. Die durch das heiße Gas 52 vorzuwärmende Zusatzluft ^A- wird ebenfalls in zv/ei Ströme unterteilt und durchströmt nacheinander jeweils eine Kerneinheit 48, eine nachgeschaltete Kammer 50 und erneut eine Kerneinheit 48, doch strömt die Zusatzluft quer zur Strömungsrichtung des heißen Gases 52. Um die beiden an dem Wärmeaustausch teilnehmenden Gasströme voneinander getrennt zu halten, ist gemäß Fig. 8 außerdem eine zentrale Kammer 54- vorhanden, die durch Wände 51 vollständig abgeschlossen ist·

Wenn zv/ei oder mehr voneinander getrennte Kerneinheiten 48 bei einem Wärmetauscher einander nachgeschaltet sind, wie es bei den Kerneinheiten 48 nach Fig. 8 der Fall ist, besteht die Gefahr, daß sich von den Gasströmen mitgeführte Verunreinigungen in und zwischen den Kerneinheiten festsetzen. Die zwischen den Kerneinheiten 48 vorhandenen großen Kammern 50 und 51 sind jedoch zu Reinigungszwecken leicht zugänglich.

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Bei besonders großen Anlagen kann man eine äußere Wand 51 in der bei 55 angedeuteten Weise mit einer schwenkbaren Klappe versehen, um den Zugang zu erleichtern.

Fig. 9 ähnelt zwar Fig. 8, zeigt jedoch, auf welche Weise sich die Strömungswege des heißen Gases 52 und der Zusatzluft 54- verändern lassen, wenn man die Wände 51 entsprechend anordnet. Bei der Anordnung nach Fig. 9 kann das heiße Gas längs der Mittellinie der Baugruppe zugeführt und dann seitlich in entgegengesetzten Richtungen umgelenkt werden, so daß es jeweils nur eine Kerneinheit 4-8 und nicht etwa nacheinander zwei Kerneinheiten und eine dazwischenliegende Kammer 50 durchströmt, wie es bei der Anordnung nach Fig. 8 geschieht. Die Anordnung nach Fig. 9 wird im wesentlichen in der gleichen Weise von der Zusatzluft 54- durchströmt wie bei derjenigen nach Fig. 8.

Ansprüche: 609885/0699

Claims

Ansprüche

V/ärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen einem ersten und einem zweiten Gas, gekennzeichnet durch eine allgemein rechteckige Kerneinheit (10) mit einem Stapel aus gewellten Rippenflächen (15, 16) zum Abgenzen nebeneinander angeordneter Gaskanäle (18, 19), eine Einrichtung zum Unterstützen der Rippenflächen derart, daß sich einige Gaskanäle zum Durchleiten des ersten Gases (21) in einer bestimmten Richtung und andere Gaskanäle für das zweite Gas (22) quer zu den ersten Gaskanälen erstrecken, an den Kanten der Kerneinheit angeordnete elastische Dichtungen (31) zum elastischen Abstützen der Kerneinheit derart, daß auf Temperaturänderungen zurückzuführende Änderungen der Abmessungen der Kerneinheit ausgeglichen werden, und daß die durch die Kerneinheit hindurchgeleiteten Gasströme gegeneinander abgedichtet werden, ein Traggestell, in das die Kerneinheit eingebaut ist, und zu dem Rahmenteile (41 bis 43) gehören, die mit den Dichtungen zusammenarbeiten und sich an ihnen abstützen, um auf sie einen Druck auszuüben, sowie Spanneinrichtungen (34, 35) zum Zusammenziehen der Rahmenteile gegeneinander und gegen die Kerneinheit derart, daß die Rahmenteile mit den Dichtungen und die Dichtungen mit den Rändern der Kerneinheiten verspannt sind.
2. V/ärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (18) für das erste Gas und die Kanäle (19) für das zweite Gas im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens eines der Gase (21, 22) auf einer hohen Temperatur befindet und die Dichtungen (31) aus einem hohen Temperaturen standhaltenden Polymer bestehen.

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4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (18) für das erste Gas und die Kanäle (19) für das zweite Gas im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, daß sich mindestens eines der Gase (21, 22) auf einer hohen Temperatur befindet, und daß die Dichtungen (31) aus einem hohen Temperaturen standhaltenden Polymer bestehen.
5· Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenteile (41 bis 43) geneigte, zusammenarbeitende, unter einem Gehrungswinkel verlaufende Flächen (45, 46) aufweisen, so daß die Spanneinrichtungen (34, 35) in Verbindung mit diesen Flächen die Rahmenteile fester zusammenziehen, um beim Festziehen der Rahmenteile einen zunehmenden Druck auf die Dichtungen (31) aufzubringen.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (18) für das erste Gas und die Kanäle (19) für das zweite Gas im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, daß sich mindestens eines der Gase (21, 22) auf einer hohen Temperatur befindet, und daß die Dichtungen (31) aus einem hohen Temperaturen standhaltenden Polymer bestehen.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kerneinheiten (10 bis 13; 14; 48) vorhanden sind, daß eine Einrichtung (49) vorhanden ist, durch die die Kerneinheiten in Abständen voneinander unterstützt sind, wobei die betreffenden Gaskanäle miteinander verbunden sind, und daß die sich zwischen den durch Abstände getrennten Kerneinheiten im erstreckenden Gasströmungswege zum Teil durch herausnehmbare Wände (25 bis 30; 51) abgegrenzt sind, um die Räume (50) zwischen den verschiedenen Kerneinheiten zu Reinigungszwecken zugänglich zu machen.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Eahmenteile (41 bis 43) zusammenarbeitende, geneigte, unter einem Gehrungswinkel verlaufende Flächen (45, 46) aufv/eisen, so daß die Spanneinrichtungen (34, 35) iⁿ Verbindung mit diesen Flächen die Rahiuenteile beim Festziehen derselben unter Vermittlung durch die genannten Flächen fester zusammenziehen, um einen zunehmenden Druck auf die Dichtungen (31) auszuüben.

9· Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (18) für das erste Gas und die Kanäle (19) für das zweite Gas im rechten Winkel zueinander angeordnet sind,daß sich mindestens eines der Gase (21, 22) auf einer hohen Temperatur befindet, und daß die Dichtungen (31) aus einem hohen Temperaturen standhaltenden Polymer bestehen.

ntanwalt:

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