DE2616816A1

DE2616816A1 - Heizblechpaket fuer regenerative waermetauscher

Info

Publication number: DE2616816A1
Application number: DE19762616816
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Eckert; Gerhard Dipl Ing Kritzler; Siegfried Hans-Dietm Schlueter
Original assignee: Apparatebau Rothemuehle Brandt and Kritzler GmbH
Current assignee: Apparatebau Rothemuehle Brandt and Kritzler GmbH
Priority date: 1976-04-15
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1977-10-27
Also published as: MX144825A; AU503370B2; JPS52159449U; AU2423877A; ZA772273B; DE2616816C3; IT1086741B; ES228104U; FR2348460A1; JPS619274Y2; GB1566619A; ES228104Y; FR2348460B1; DE2616816B2; US4125149A

Description

261-816

APPARATEBAU ROTHEMÜHLE 3 Pat.653/15/Et/cle

Brandt & Kritzler _{9>
±1 g76}

Postfach 40 ^

5963 Wenden 5 - Rothemühle

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

"Heizblechpaket für regenerative Wärme$a*_.tauscher" ."^ '·,'_* j^..*' J

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizblechpaket für Regenerativ -Wärmefcä-dtauscher mit parallelen Kanälen für das strömende Medium, die durch abwechselnd aufeinandergelegte gekantete bzw. ausgeprägte Bleche gebildet sind.

Die Profilierungen dieser Bleche erfüllen einerseits den Zweck, die mittleren Blechebenen in gleichmäßigem Abstand voneinander zu halten und hierbei zwischen den Blechen enge Kanäle freizulassen, die von den wärmetauschenden Medien periodisch abwechselnd durchströmt werden, während andererseits Teile dieser Profilierungen, Prallflächen oder abwechselnde Querschnittsverengungen und -erweiterungen in den engen Kanälen bilden, um eine erhöhte Wirbelablösung innerhalb der Strömung zu erreichen.

Es ist bekannt, Heizblechpackungen zu verwenden, die aus zwei Arten von profilierten Blechen bestehen, wobei die eine Art (korrugierte Bleche) tiefere, in Strömungsrichtung geradlinige Ausprägungen erhält, während die andere Blechart (ondulierte Bleche flachere, wellenförmige Ausprägungen erhält, die unter einem Winkel schräg zur Strömungsrichtung verlaufen.

Es sind Heizblechformeη bekannt, bei denen die Wellungen der ondulierten Bleche stets unter gleichem Winkel zur Strömungsrichtung der Medien verlaufen.

Die Praxis hat jedoch erwiesen, daß dadurch die Strömungsverteilung des Mediums innerhalb der Heizblechpakete nach einer Seite hin verschoben wird, so daß sich Probleme der Verstopfung bzw. der Korrosion ergeben können.

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Diese Verschiebung kann vermieden werden, wenn die ondulierten Bleche abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung in das Paket eingelegt werden.

Die tieferen Korrugationen in den Abstand haltenden Blechen sind zumeist in Hauptströmungsrichtung der Regeneratorachse angeordnet und bilden hierbei die seitlichen Begrenzungen der engen Strömungskanäle zwischen den Blechen, während die Ondulationen in den anliegenden Blechen schräg zur Strömungsrichtung angeordnet sind und somit abwechselnde Querschnittsverengungen und -erweiterungen in den Strömungskanälen bilden. Derartig abwechselnde Querschnittsverengungen und -erweiterungen allein, die unregelmäßige Wirbelströmungen hervorrufen, ergeben aber zugleich erhöhte Druckverluste bei der Durchströmung der Heizblechpackurig, wobei sich der Wärmeübertragungs-Koeffizient der Heizbleche nicht proportional zur Steigerung des Druckverlustes erhöht, sondern im wesentlichen abhängt von dem hydraulischen Durchmesser der Strömungskanäle.

Die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, Querschnittsverengungen innerhalb der engen Strömungskanäle zwischen den Heizblechen möglichst weitgehend zu vermeiden bzw. auf ein Mindestmaß zu begrenzen und die notwendige Grenzschichtablösung innerhalb der Strömung durch eine günstigere Gestaltung der Strömungskanäle zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens eines der abwechselnd aufeinanderliegenden Bleche mit Ausprägungen versehen ist, die abwechselnd nach beiden Seiten aus der mittleren Blechebene vorstehen und eine Vielzahl von parallelen schlangenlinienförmig in der Blechebene verlaufende Erhöhungen und Vertiefungen bilden, die in ihrer Form ungefähr einer Kosinus-Funktion entsprechen, die in Richtung der Hauptachse der Regenerativ-Kammer verläuft.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt;

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Es zeigen:

Abb. 1: im Aufriß die Teilansicht der oberen linken Ecke eines erfindungsgemäß profilierten Bleches, welches jeweils eine Begrenzungsfläche der Strömungskanäle zwischen aufeinanderliegenden Blechen bildet.

Abb. 2; einen Querschnitt durch drei aufeinanderliegende Bleche nach Linie A-B der Abb. 1, mit abwechselnd verschiedenartig ondulierten und korrugierten Blechen in gleicher Aufrißform/ wobei das mittlere Blech in Abständen tiefere Korrugationen hat, die derart angeordnet sind, daß deren äußere Erhebungen jeweils Erhebungen des anliegenden Bleches berühren.

Abb. 3 u. 4 zeigen jeweils eine Variante der Gestaltung der Aufrißform der Einprägungen, bei der die Wandungen der Strömungskanäle aus ebenen und/oder gewölbten, passend zueinander angeordneten Flächenteilen gebildet werden.

Zur Lösung der erfinderischen Aufgabe ist eine Ausführung denkbar, die darin besteht, daß innerhalb eines einzelnen ondulierten Bleches die unter einem Winkel zur Strömungsrichtung verlaufenden Wellen im Verlauf der Gesamtlänge eines Bleches abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung, jedoch unter dem gleichen Winkel zur Strömungsrichtung verlaufen. Hiermit würden die Wellen des ondulierten Bleches eine Zickzackform erhalten.

Aus Fertigungsgründen ist diese Zickzackform jedoch nicht erstrebenswert. Die profilierten Bleche werden üblicherweise in einem kontinuierlichen Walzvorgang hergestellt, bei dem das Blech zwischen zwei Walzen unter Druck hindurchgeführt wird, wobei die Oberfläche der Walzen ein Verzahnungsprofil hat, das so gestaltet ist, daß die gewünschten Ausprägungen des Bleches erzeugt werden.

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Bei der beschriebenen Sickzackform der Wellungen würde die Oberfläche der zu verwendenden Walzen die Form einer Pfeilverzahnung haben. Wenn die Bleche nun in die Walzen eingeführt werden, so ist es unvermeidlich, daß jeweils an der vorderen Spitze der Pfeilverzahnung eine scharfe Materialverformung entsteht, .verbunden mit einem Tiefziehvorgang, der zu erheblichen Beanspruchungen des Materials bzw. zu dessen Reißen führen kann. Dieser Verforitiungsvorgang geht einher mit einem nicht zu vernachlässigenden Werkzeugverschleiß der Walzen an dieser scharfen Spitze.

Um um diesen Nachteil zu vermeiden, werden in Annäherung an die angestrebte Kosinus-Form die Wellungen nach Abb. 4 wie folgt ausgeführt:

In Strömungsrichtung gesehen folgt jeweils einem Abschnitt, in dem die Weliung unter einem Winkel zur Strömung nach der einen Richtung verläuft, ein kurzer Abschnitt, in dem die Wellung in Ströniungsrichtung verläuft und hiernach ein Abschnitt, bei dem die Wellung unter einem gleichen Winkel, jedoch in umgekehrter Richtung zur Strömung verläuft.

Diese Gestaltung der Wellung hat den Vorteil, daß nunmehr die Oberflächenform der zur Herstellung verwendeten Walzen nicht mehr einer Pfeilverzahnung mit spitzem Zusammenstoß der Pfeilschenkel entspricht, sondern daß jeweils zwischen den Pfeilschenkeln anstelle einer scharfen Spitze ein zur Achse der Walze paralleles Flankenstück zu liegen kommt.

Durch diese Formung des Werkzeuges kann sich während des Walzvorganges das der Verformung unterworfene Material ohne extreme Reckung in die Walze hineinziehen und die Gefahr einer Beschädigung des Werkstoffes wird vermieden.

Den gleichen Vorteil kann man erzielen, wenn man zwischen die Schenkel der Pfeilverzahnung ein Walzenteil einfügt, dessen Zähne eine passend gewölbte Übergangsfläche (Abb. 3) zwischen den abwechselnd nach links und rechts verlaufenden Wellungen in das Blech einprägen.

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Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, daß bei der Materialverformung jegliche scharfe Ecken vermieden werden.

Der besondere Vorteil bei der beschriebenen Ausführungsform der ondulierten Bleche bzw. des zu ihrer Herstellung benutzten Werkzeuges liegt darin, daß die Werkzeuge in einfachster Weise auf herkömmlichen Verzahnungsmaschinen hergestellt werden können.

Hierzu werden die Walzen in einzelne Ringe unterteilt in der Form, daß jeweils ein Ring mit Schrägverzahnung in der einen Richtung verlaufend mit einem Ring mit Geradverzahnung und einem darauf folgenden Ring mit Schrägverzahnung in der anderen Richtung verlaufend kombiniert wird und diese Kombination beliebig oft wiederholt wird, bis die Gesamtlänge des gewünschten Werkzeuges erreicht ist.

Im Falle der Ausführung nach Abb. 3 wird ein Ring mit Schrägverzahnung in der einen Richtung mit einem Ring mit Kreisbogenverzahnung und einem Ring mit Schrägverzahnung in der anderen Richtung kombiniert, wobei wiederum die Kombination beliebig oft wiederholt werden kann.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform der ondulierten Bleche hat gegenüber der herkömmlichen Form, bei der die Wellungen in jedem einzelnen Blech jeweils über dessen ganze Länge und Breite in gleicher Richtung verlaufen, den Vorteil, daß nunmehr während des Zusammenlegens der Heizblechpackung nicht mehr jedes zweite Blech in seiner Richtung umgekehrt werden muß. Diese Umkehrung des Bleches war in der herkömmlichen Form mit einem zusätzlichen manuellen oder maschinellen Arbeitsgang verbunden, der entsprechende erhöhte Herstellkosten bedingte.

Gleichzeitig wird durch die Einschaltung von geraden bzw. bogenförmigen Zwischenstücken in das Zickzackprofil der ondulierten Bleche in strömungstechnischer Hinsicht erreicht, daß die Strömung keinen plötzlichen scharfen Umlenkungen unterworfen ist, die ihrerseits zu einer unerwünschten Erhöhung des Strömungswider Standes führen würden.

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Durch die mit der Einschaltung eines geraden bzw. bogenförmigen Zwischenstückes erreichte sanfte umlenkung wird eine solche Erhöhung des Strömungswiderstandes vermieden, wobei jedoch nach wie vor die Wirkung einer schräg zur Strömungsrichtung verlaufenden Wellung mit der Wirkung einer damit verbundenen Erhöhung der Wärmeübergangszahl in den Heizblechkanälen erhalten bleibt. Hierzu ist es erforderlich, daß das zwischengeschaltete gerade Stück in seiner Länge so bemessen ist, daß sich in diesem Bereich keine geradlinig ungestörte Strömung ausbilden kann. Hierzu wird die Länge des geraden bzw. bogenförmigen Zwischenstückes "1" so gewählt, daß sie etwa 10 - 40 % der Wellenlänge "L¹ der Kosinusfunktion beträgt.

Der besondere technische und wirtschaftliche Vorteil der Erfindung besteht jedoch vor allem darin, daß mit der neuen Formgebung der Blechausprägungen in dem Teil der Kanalströmung, der die wechselnden Krümmungen in den Wandungsrillen durchströmt, periodisch unterschiedliche Zentrifugalkräfte erzeugt werden, die entsprechend wechselnde SekundärStrömungen hervorrufen.

Diese Wirkung entsteht dadurch, daß die wechselnde nach rechts und links in den Krümmungen der Wandungsrillen umgelenkte Strömung jeweils beim Eintritt in die Krümmung an der Innenseite des gekrümmten Kanalteils eine höhere Geschwindigkeit annimmt als an dessen Außenseite (siehe Bruno Eck: "Technische Strömungslehre", 5. Auflage, Seite 212).

Diese Sekundärströme reichen im wesentlichen aus, um die notwendige Wirbelablösung in der Kanalströmung zu bewirken. Somit können die bisher für diesen Zweck angewandten Querschnittsverengungen auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Es ergibt sich dadurch der weitere Vorteil, daß bei gleich großen freien Durchtrittsöffnungen in den Strömungskanälen zwischen den Blechen eine höhere Packungsdichte gewählt werden kann, womit sich der Wärmeübertragungs-Koeffizient noch entsprechend erhöht.

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Claims

Pat.653/15/Et/cle 9. April 1976 261B816 Ansprüche

1. Heizblechpaket für Regenerativ-Wärmeaustauscher mit parallelen Kanälen für das strömende Medium, die durch abwechselnd aufeinandergelegte gekantete bzw. ausgeprägte Bleche gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der abwechselnd aufeinanderllegenden Bleche mit Ausprägungen versehen ist, die abwechselnd nach beiden Seiten aus der mittleren Blechebene vorstehen und eine Vielzahl von parallelen schlangenlinienförmig in der Blechebene verlaufende Erhöhungen und Vertiefungen bilden, die in ihrer Form ungefähr einer Kosinus-Funktion entsprechen, die in Richtung der Hauptachse der Regenerativ-Kammer verläuft.

2. Heizblechpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausprägungen der Bleche, die abwechselnd nach beiden Seiten aus der mittleren Blechebene vorstehen und ungefähr einer Kosinus-Funktion entsprechen aus regelmäßigen flachen Wellen oder entsprechend abgekanteten ebenen Flächenteilen gebildet sind und/oder in Abständen tiefere Korrugationen haben, die derart angeordnet sind, daß nach dem Aufeinanderlegen der Bleche deren äußere gleichsinnig verlaufenden Erhebungen jeweils entsprechende Erhebungen des benachbarten Bleches berühren.

3. Heizblechpaket nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa schlangenlinienförmigen Strömungskanäle eine oder mehrere Wellenlängen zwischen den Stirnflächen des Heizblechpaketes oder den Stirnflächen der Regenerativ-Kammer haben.

4. Heizblechpaket nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor der Kosinus-Funktion, in deren Form die Strömungskanäle etwa annähernd verlaufen, im Bereich zwischen 0,4 und 0,8 liegt, so daß die max. Neigung der Kurve zur Hauptströmungsrichtung etwa zwischen 20 ° und 40 ° liegt.

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5. Heizblechpaket nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge "L der annähernd schlangenlinienförmigen Strömungskanäle etwa 100 bis 300 mm beträgt.

6. Heizblechpaket nach einem oder mehreren der vors tehe'nden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kosinusfunktion angenähert wird durch eine Wellenform, bei der in Strcmungsrichtung gesehen jeweils einem Abschnitt, in dem die Wellung unter einem Winkel zur Strömung nach der einen Richtung verläuft, ein kurzer Abschnitt folgt, in dem die Wellung in Strömungsrichtung verläuft und hiernach ein Abschnitt, bei dem die Weilung unter einem gleichen Winkel, jedoch in umgekehrter Richtung zur Strömung verläuft, wobei die Länge des geraden Zwischenstückes "1" etwa 10 - 40 % der Wellenlänge "L" der Kosinusfunktion beträgt.

7. Heizblechpaket nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kosinusform angenähert wird durch eine Wellenform, bei der in Strömungsrichtung jeweils einem Abschnitt, in dem die Wellung unter, einem Winkel zur Strömung nach der einen Rcihtung verläuft, ein kurzer Abschnitt folgt, in dem eine passend gewölbte Übergangsfläche zu den anschließend in entgegengesetzter Richtung zur Strömung verlaufenden Wellen eingeprägt ist, dessen Länge in Strömungsrichtung etwa 10 - 40 % der Wellenlänge "L" der Kosinusfunktion beträgt.

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