DE2851125A1

DE2851125A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2851125A1
Application number: DE19782851125
Authority: DE
Inventors: Karl Robert Ambjoern Oestbo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-01
Filing date: 1978-11-25
Publication date: 1979-06-07
Also published as: FR2410805A1; IT1106063B; FI783669A; JPS5490652A; FI66686B; GB2009385A; FI66686C; GB2009385B; NO148612B; NO784027L; SE7713603L; CA1153362A; BR7807898A; AR214480A1; IT7852122A0; SE423276B; DK509978A; NO148612C

Description

19.214/5 40/kr

Karl östbo, Volrat Thamsgatan 4,
41278 Göteborg, Schweden

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Für einen Wärmeaustausch zwischen zwei Strömungsmitteln können Vorrichtungen unterschiedlichen Typs verwendet werden. Bei einem bekannten Typ weist der Wärmeaustauscher eine Vielzahl miteinander verbundener gelochter bzw. perforierter Platten auf. Das eine Strömungsmittel strömt durch die in den Platten vorgesehenen Löcher während das andere Strömungsmittel durch Rohre strömt, auf denen die Platten befestigt sind. Dabei ist es notwendig, die Platten aussen mit einem Mantel zu umgeben, um den Strömungsweg für das erste Strömungsmittel festzulegen.

Eine solche Anordnung ist teuer und gewährleistet keine besonders günstige Wärmeübertragung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe, zugrunde, einen eine Vielzahl von parallelen perforierten Platten aufweisenden Wärmeaustauscher mit vereinfachtem Aufbau zu schaffen, bei dem ein erstes Strömungsmittel durch die Platten in im wesentlichen senkrechter Richtung zu ihren Ebenen strömt. .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

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Ein derartiger Wärmeaustauscher kann zur Bildung eines Strömungswegs für ein zweites Strömungsmittel von einem Mantel umgeben sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Platten ringförmig ausgebildet und an ihrem Aussen- als auch an ihrem Innenumfang miteinander verbunden, wobei dann zusätzlich Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen der Strom eines zweiten Strömungsmittels zu dem innerhalb des Plattenstapels ausgebildeten Durchgang geleitet wird.

Der aus ringförmigen Platten aufgebaute Wärmeaustauscher kann zwei oderer mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Plattenstapel aufweisen.

Die radiale Ausdehnung einer äusseren Platte ist etwa halbmal so gross wie die entsprechende Abmessung bei einer inneren Platte. Wenn der Wärmeaustauscher mindestens drei konzentrische Platten aufweist, bestehen die Platten des äussersten Stapels aus einem dickeren Material als die Platten der inneren Stapel, um dem durch die grössere Fläche infolge des erhöhten Durchmessers bedingten erhöhten Gesamtdruck Rechnung zu tragen.

Ferner kann der Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung derart aufgebaut sein, dass Dampf zu den bezüglich der Platten innenliegenden Durchgängen zugeführt wird, während das zu erhitzende Strömungsmittel durch die Platten strömt. Als Alternative hierzu bzw. zur Steigerung der Erhitzung des Dampfes können ferner elektrische Heizelemente in den Durchgängen angeordnet sein. Bei einem Wärmeaustausch zwischen zwei Strömungsmitteln mit etwa gleichem Wärmeübertragungskoeffizienten kann ein Stapel ringförmiger Platten auf der Aussenseite eines einen Kern bildenden Stapels von Platten angeordnet sein, wobei die Erwärmungsflächen der beiden Plattenarten in etwa gleich ist.

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Der Innendurchmesser einer äusseren Platte ist derart gewählt,, dass er nur wenig.den Aussendurchmesser einer inneren Platte übersteigt, wobei die zwei Stapel permanent miteinander verbunden werden, indem ein wärmeleitendes Material, z.B. geschmolzenes- Hartlötmittel, in den Zwischenraum zwischen den Stapeln gegössen wird.

Ein Wärmeaustauscher mit einem Stapel ringförmiger Platten kann einen Mantel aufweisen, der den Plattenstapel in einen Abstand umgibt, sowie eine Sammeleinrichtung und eine Verteilereinrichtung, die den Zwischenraum mit dem zentralen Durchgang nach Art einer Parallel- oder Reihenschaltung für einen Durchfluss des zweiten Strömungsmittels verbinden*

Die Platten sind vorzugsweise schalen- oder schüsseiförmig ausgebildet und weisen entlang ihrem Aussenumfang einen niedrigen Kragen auf, wobei die ringförmigen Platten ebenfalls einen niedrigen Kragen entlang ihrem Innenumfang aufweisen und die Platten durch eine Verschweissung entlang ihren Kragen miteinander verbunden sind.

In einer anderen Ausführungsform können die Platten als flache Rundkörper ausgebildet sein, die zwischen zwei konzentrischen Rohren angeordnet und durch thermische und/oder mechanische Bearbeitung in strömungsmitteldichtender Weise daran befestigt sind, um das Gefäss für· den .Durchgang des ersten Strömungsmittels zu bilden.

Um für das Strömungsmittel durch den Stapel einen Strömüngsweg in entgegengesetzter Richtung vorzusehen, sind die Perforationen in den einzelnen Platten in zwei Reihen angeordnet, die in radialer Richtung voneinander getrennt sind, wobei dann ringförmige Abstandhalter zwischen den benachbarten Platten in dem radialen Zwischenraum zwischen den zwei Reihen von Perforationen befestigt sind« .

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung er-

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folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. In der die Erfindung veranschaulichenden Zeichnung stellen dar:

Figur 1 eine Draufsicht auf eine Platte,

Figur 2 teilweise im Schnitt einen aus Platten gemäss der Figur 1 zusammengesetzten Wärmeaustauscher,

Figur 3 eine modifizierte Ausführungsform des

Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung, die aus ringförmigen Platten aufgebaut ist und als dampferhitzter Ölvorwärmer geeignet ist,

Figur 4 einen Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung mit zwei konzentrisch angeordneten ringförmigen Platten,

Figur 5 eine Modifikation der Ausführungsform gemäss Figur 4,

Figur 6 einen Teil einer Draufsicht auf einen

Wärmeaustauscher mit drei konzentrischen ringförmigen Platten,

Figur 7 einen vertikalen Schnitt durch einen Teil des Wärmeaustauschers gemäss Figur 4 und

Figuren 8 und 9 zwei modifizierte Ausführungsformen, bei denen ein Plattenstapel von einem Mantel umgeben ist, durch den der Strömungsweg für ein zweites Strömungsmittel gebildet wird.

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Die in Figur 1 gezeigte Platte ist kreisförmig und mit einer Anzahl radial gerichteter Schlitze 2 versehen, die in einem symmetrischen Muster angeordnet sind. Die Platte ist entlang ihrem Aussenumfang mit einem niedrigen Kragen 3 versehen, der durch Umbiegen des Aussenrandes gebildet sein kann, so dass die Platte im Querschnitt einer Schüssel oder dergl« ähnelt. Die Form und die Lage der Schlitze sind nicht entscheidend. Grundsätzlich können beliebig ausgestaltete öffnungen oder Durchbrechungen zur Anwendung gelangen, und sie werden im folgenden kurzerhand als "Perforationen" bezeichnet.

Bei der Herstellung eines Kernstücks eines Wärmeaustauschers werden die Platten übereinander angeordnet und entlang den in Umfangsrichtung verlaufenden Kragen 3 miteinander verbunden. Die Verbindung wird vorzugsweise durch Schweissung, z.B. Stossschweissung oder TIG-Schweissung, hergestellt, selbst wenn Hartlöten in manchen Fällen ausreichen dürfte.

Beim übereinandersetzen der Platten wird die jeweils folgende Platte gegenüber der vorhergehenden ein wenig verdreht, so dass die Schlitze 2 benachbarter Platten nicht unmittelbar einander gegenüberliegen, sondern so, dass das durch die Platten strömende Strömungsmittel einer verschlungenen Bahn folgen muss.

Gewölbte Endplatten 4 und 5 sind an den äussersten Platten des Stapels befestigt. Auf diese Weise wird ein Durchgang 6a-6b für ein erstes Strömungsmittel erhalten, wobei dieses Strömungsmittel in axialer Richtung durch den Plattenstapel strömt.

Der Stapel ist von einem Mantel 7 umgeben. Ein innerhalb des Mantels 7 verlaufender und schraubenförmig um den Stapel gewickelter Draht 8 bildet einen verlängerten Strömungsweg für ein zweites Strömungsmittel, das bei 9a eintritt und bei 9b aus dem Mantel bzw.

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dem Gehäuse austritt.

Es ist offensichtlich und muss nicht näher erläutert werden, dass die Wärme durch die Platten zu der von den Kragen 3 und den dazwi-

hin

schenliegenden Schweissnähten gebildeten Aussenwandfbzw. von dieser weg strömt, was jeweils davon abhängt, ob das erste Strömungsmittel gekühlt oder erhitzt werden soll. Die Wärmeübertragung ist besser als in anderen Ausführungsformen, wo das andere Strömungsmittel durch die Platten durchlaufende Rohre strömt.

Der in Figur 3 gezeigte Wärmeaustauscher ist in erster Linie als Ölvorwärmer gedacht, bei dem Dampf als Heizmittel verwendet wird. Der Wärmeaustausch findet hier zwischen zwei Strömungsmitteln statt, deren Wärmeübertragungskoeffizienten sich erheblich voneinander unterscheiden, was bedeutet, dass die in Berührung mit den zwei Strömungsmitteln stehenden Oberflächen sich in ihrer Grosse beträchtlich voneinander unterscheiden können.

Der Hauptabschnitt des Wärmeaustauschers besteht aus einer Vielzahl von Platten 10, dessen mittlerer Abschnitt als Öffnung 11 ausgebildet ist. Die Platten, deren Form aus Figur 4 ersichtlich ist, sind mit einer Vielzahl radial gerichteter Schlitze 12 versehen, die in gleichmässigem Teilungsabstand angeordnet sind. Die Schlitze

12 erstrecken sich im wesentlichen um die gesamte Strecke zwischen der zentralen Öffnung 11 und dem Aussenumfang der Platte.

Gemäss der Erfindung sind die Platten mit einem niedrigen Kragen

13 entlang ihrem Aussenumfang versehen und sind, wie oben beschrieben, in"strömungsmitteldichtender Weise miteinander verbunden. Ferner erstreckt sich ein entsprechender niedriger Kragen 15 um die mittlere öffnung, und die Platten sind entlang den inneren Kragen ebenfalls zusammengeschwexsst, so dass ein zentraler Durchgang t4 gebildet wird.

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Die beiden Kragen sorgen hier ebenfalls für eine schüsseiförmige Form der Platten 10, wodurch ein erstes Strömungsmittel innerhalb des durch die Kragen 13 und 15 und die zugehörigen Schweissnähte begrenzten'Raumes im Plattenstapel und ein zweites Strömungsmittel durch den mittleren Durchgang strömen kann, ohne dass es dabei notwendig ist, einen Aussenmantel für den Fluss des ersten Strömungsmittels vorzusehen. Der mittlere Durchgang 14 des Stapels ringförmiger Platten wird oben durch einen gewölbten Deckel 16 und unten durch ein schüsseiförmiges Element 17 verschlossen. Eine Dampfzuführungsleitung 18 erstreckt sich durch dieses Element und läuft mittig durch den Durchgang 14 bis etwa zur Höhe der obersten Platte im Stapel. Eine Kondenswasser-Rückfuhrleitung 19 ist am Boden des schüsseiförmigen Elements 17 befestigt. Die Einrichtungen zur Steuerung der Dampfzuführung sowie zum Ableiten des Kondenswassers gehören zum Stand der Technik und werden daher nicht näher erläutert.

Eine gewölbte Endplatte 20 ist an dem oberen Ende des Plattenstapels angeschweisst, wobei eine weitere Endplatte 21 an dem unteren Ende des Plattenstapels sowie an dem schüsseiförmigen Element 17 angeschweisst ist. Eine Versorgungsleitung 22 für das Öl ist an der unteren Endplatte 21 befestigt, wobei eine Auslassleitung 23 für das erhitzte öl an der oberen Endplatte 20 befestigt ist.

Der Wärmeaustauscher ist vorzugsweise von einer wärmeisolierenden Abdeckung umgeben (nicht gezeigt), und es ist offensichtlich, dass der Wärmeaustauscher bei geringfügigen, das dem mittleren Durchgang zugeführte Strömungsmittel betreffenden Abänderungen auch zum Kühlen des Öls" verwendet werden kann, oder allgemein für einen Wärmeaustausch_r wo die Wärmeübertragungskoeffizienten für die zwei Strömungsmittel merklich voneinander verschieden sind.

Figur 4 zeigt in" einem anderen Massstab einen Querschnitt durch einen Wärmeaustauscher mit einer grösseren Kapazität als der ge-

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mäss Figur 3. Der Wärmeaustauscher weist einen Stapel von Platten 10 des gleichen Typs wie in Figur 3 auf, und darüberhinaus einen zweiten Stapel von Platten 30, die konzentrisch um den ersten Stapel angeordnet sind. Die Platten in dem zweiten Stapel weisen radial verlaufende Schlitze 32 auf.

Diese Figur zeigt eine bevorzugte Plazierung der Schlitze 12 und 32. wie es früher bereits erwähnt worden ist, wird jede Platte in diesem Fall um einen halben Schlitzabstand gegenüber einer vorhergehenden Platte verdreht, wenn die Platten zusammengeschweisst werden, so dass das Strömungsmittel einer zickzackförmigen Bahn folgen muss. In diesem Zusammenhang sollte auch bemerkt werden, dass die Schlitze 32 in der äusseren Platte derart gewählt sind, dass sie zwischen zwei Schlitzen 12 in der zentralen Platte liegen. Auf diese Weise werden die besten Bedingungen für die Verteilung der zugeführten Wärme erhalten.

Die Pänder der Platte 30 sind ebenfalls umgebogen bzw. entsprechend dem Kragen 13 und 15 der inneren Platten mit Kragen versehen und in der gleichen Weise zusammengeschweisst, so dass ein Strömungsmittelweg durch diesen Stapel erhalten wird.

Der Innendurchmesser der Platten 30 ist grosser als der Aussendurchmesser der Platten 10, wodurch ein Durchgang 34 zwischen den zwei Plattenstapeln gebildet wird. Die jeweils zueinander gehörigen Durchgänge 14 und 34 und die Strömungsmittelwege durch die Stapel sind verbunden, wie es beispielsweise anhand der Figuren 6 und 7 beschrieben wird.

In der hier gezeigten Ausfuhrungsform wird die Wärme von (oder zu) einem durch den mittleren Durchgang 14 und den ringförmigen Durchgang 34 strömenden Strömungsmittel übertragen. Die Platten 10 ip dem den Kern bildenden Stapel werden dabei von zwei Seiten her auf-

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geheizt, während die Platten 30 in dem äusseren Stapel lediglich vom Durchgang 34 aufgeheizt werden. Die radiale Ausdehmung der Platten 30 beträgt daher etwa die Hälfte der radialen Abmessung der inneren Platten 10. In Figur 4 ist ferner eine Modifikation zwecks Erhöhung der anhand der Awsführungsform gemäss Figur 3 beschriebenen Erhitzung des Dampfes gezeigt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass elektrische Heizelemente 35 in dem mittleren Durchgang 14 sowie in dem ringförmigen Durchgang 34 befestigt sind.

In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, das Brenneröl einer Heizungsanlage in der Anfangsphase des Betriebs, d.h. bevor der Dampf für Heizzwecke zur Verfügung steht, vorzuwärmen. Es ist dann ohne weiteres möglich, die Vorwärmung vorübergehend mit den elektrischen Heizelementen vorzunehmen, und es versteht sich, dass ausserdem der Wärmeaustauscher sehr leicht derart aufgebaut werden kann, dass die elektrischen Heizelemente die hauptsächliche oder einzige Heizquelle bilden.

Bei anderen Anwendungsfällen kann es auf einen Wärmeaustausch zwischen zwei Strömungsmitteln mit etwa dem gleichen Wärmeübertragungskoeffizienten, z.B. Wasser/Wasser, ankommen. Ein Aufbau gemäss den Figuren 3 und 4 bietet dann für eines der Strömungsmittel eine zu kleine Berührungsfläche. Es kann dann, wie in Figur 5 gezeigt, vorteilhaft sein, zwei oder mehrere konzentrische Stapel von Platten vorzusehen und die zwei Strömungsmittel derart zu leiten, dass sie durch verschiedene Stapel strömen.

Ein Kernstapel kann dann Platten vom Typ 1 oder vom Typ 10 aufweisen, wobei die Verteilungs- und Sammeleinrichtungen dann an den Enden dieses Stapels angeordnet sind. Platten 30a des äusseren Stapels sind dabei derart ausgebildet, dass ihre Innendurchmesser nur ein wenig grosser als die Aussendurchmesser der Platten 1 sind. Wenn die beiden Stapel zusammengefügt werden, befindet sich der äussere Stapel auf der Aussenseite des Kernstapels,und der schmale Durchgang

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34a zwischen den zwei Stapeln wird mit geschmolzenem Hartlötmittel gefüllt oder einer anderen wärmeleitenden Substanz, so dass eine gute Wärmeübertragung zwischen den zwei Stapeln erhalten wird. Geeignete Verteilungs- und Sammeleinrichtungen werden dann an die En-. den des äusseren Plattenstapels befestigt. Ganz offensichtlich wird auf diese Weise eine weit bessere Berührungsfläche für das andere Strömungsmittel geschaffen, als es bei den Ausführungsformen gemäss Figur 3 oder 4 der Fall ist. Der Aussendurchmesser der Platten 30a muss dabei derart gewählt werden, dass die gewünschte Beziehung zwischen den Wärmeaustauschflächen in den Platten 1 oder 30a erhalten wird.

Figuren 6 und 7 zeigen Einzelheiten eines leistungsstarken Wärmeaustauschers mit drei konzentrischen Plattenstapeln.

Der Kernstapel ist aus Platten 10 in der gleichen Weise wie bei den Ausführungsformen gemäss den Figuren 3 und 4 zusammengesetzt. Auf der Aussenseite des Kernstapels befindet sich ein zweiter Stapel von Platten 30b von im wesentlichen dem gleichen Typ wie die Platten in Figur 4, jedoch mit einer grösseren radialen Ausdehnung als jene, da dieser Stapel auch von seiner Aussenseite her beheizt wird.

Auf der Aussenseite hiervon befindet sich ein dritter Stapel von Platten 40. Da diese Platten nur von innen her aufgeheizt werden, ist ihre radiale Ausdehnung kleiner als die der inneren Platten. Die Platten 40 sind aus einem dickeren Material als die anderen Platten und erhöhen damit die Festigkeit des Wärmeaustauschers, was wichtig ist, da der Wärmeaustauscher eine beträchtliche Ausdehnung in radialer Richtung besitzt.

Schlitze 12, 32, 42 sind in den Platten vorgesehen, wodurch Strömungsmittelwege für eines der Strömungsmittel gebildet werden. Das andere Strömungsmittel strömt durch den mittleren Durchgang 14 und die ringförmigen Durchgänge 34 und 44.

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Für das erste, die Platten 10, 30b und 40 durchströmende Strömungsmittel ist eine Sammelkammer 41 an den Enden der Stapel vorgesehen, wobei diese Kammer aussen durch eine zylindrische Wand 43* die eine Fortsetzung der Aussenwand des äussersten Stapels bildet, gebildet wird und durch einen Deckel 43a abgedeckt ist. Ein dem Auslass 23 der Figur 1 entsprechender Auslass für das erste Strömungsmittel ist ebenfalls in diesem Deckel vorgesehen.

Die Anordnung an den unteren Enden der Stapel ist im wesentlichen die gleiche, wie sie in Figur 6 gezeigt ist, einschliesslich einer Leitung zur Abführung des Kondenswasser.

Das zweite Strömungsmittel soll von unten in den mittleren Durchgang 14 eintreten, der oben von einer hohen Kuppel 16a begrenzt ist. Von dieser aus erstreckt sich eine Anzahl von Zweigleitungen 45, in diesem Falle vier, um das zweite Strömungsmittel auf die
ringförmigen Durchgänge 34 und 44 aufzuteilen. Am oberen Ende eines jeden dieser Durchgänge befindet sich eine ringförmige Kammer 41, 47, wie in Figur 7 gezeigt, die durch ringförmige Platten 48 und 49 und durch Abdeckungen 50, 51 jeweils begrenzt wird. Die Zweigleitungen 45 aus der Kuppel 16a laufen durch die ringförmige Kammer 46 zu der ringförmigen Kammer 47. Die Anordnung an den unteren Enden der Durchgänge ist im wesentlichen genau so aufgebaut.

Figur 8 zeigt einen Wärmeaustauscher mit einem Stapel von Platten 10 von im wesentlichen der gleichen Form wie jene der Figur 3, d.h., dass sie mit einer mittigen öffnung 11, Schlitzen 12 und äusseren und inneren Kragen 13 und 15 versehen und zur Bildung eines Gefäs- ses für ein erstes Strömungsmittel zusamntengeschweisst sind.

Der Stapel ist hier in einem Abstand 61 von einem Mantel 60 umgeben. Der Mantel wird von einer oberen und einer unteren Endplatte 62, 63 begrenzt.

-Der Stapel von Platten 10 ist an dem Mantel 6O nahe der unteren End-

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platte 63 angeschweisst, so dass eine Sammelkammer für das zweite Strömungsmittel erhalten wird. Dieses Strömungsmittel wird über eine Leitung 64, die durch die untere Endplatte 63 läuft, in den mittleren Durchgang 14 eingeleitet und über Zweigleitungen 65 an ihrem unteren Ende teilweise auch zum Zwischenraum 61 geführt. Das zweite Strömungsmittel strömt daher in zwei parallelen Strömen, nämlich innen und aussen, am Stapel vorbei. Die beiden Ströme werden in einer oberen Kammer 66 unterhalb der oberen Endplatte 62 vereinigt und über eine Leitung 67 abgeführt.

Das erste Strömungsmittel wird über eine Leitung 68 zugeführt, die sich durch die obere Endplatte 62 erstreckt. Mit Hilfe einer Anordnung, die Zweigleitungen 69, ähnlich wie in Figur I₁ aufweist, wird das erste Strömungsmittel in verteilter Form zum Plattenstapel geleitet. Das erste Strömungsmittel wird in einer Kammer 70 zwischen der unteren Endplatte 63 und der Schweissnaht 71, die das untere Ende des Stapels mit dem Mantel 61 verbindet,gesammelt. Der Abfluss wird über eine Leitung 72 besorgt.

Die Einlassleitung 68 für das erste Strömungsmittel ist nicht an der Endplatte 62 befestigt, sondern durchdringt diese, wobei sie in einem Gleitsitz gehalten ist. Eine Dichtungsbox 73 ist an der Endplatte 62 angebracht und umschliesst die Aussenseite der Leitung 68, wobei sie thermische Bewegungen zwischen dem Kernstapel und dem Mantel zulässt.

Bei der Ausführungsform gemäss Figur 9 werden flache Platten 80 verwendet. Die Platten sind mit Perforationen bzw. Durchbrechungen 81 und 82 versehen, die in zwei radial auf Abstand befindlichen Reihen angeordnet sind. Auf diese Weise weist jede Platte eine Struktur auf, die im wesentlichen gleich der Struktur ist, die durch die zwei thermisch verbundenen Platten 1 und 30a in Figur 5 erhalten worden ist. Hier jedoch sind die Platten zur Bildung eines mittleren Durchgangs ringförmig. Anstelle des Lötmittels in Figur 5

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sind Ringe 63 zwischen den Platten angeordnet, um für das erste Strömungsmittel einen Gegenstromkanal durch den Stapel auszubilden.

Die äussere Erscheinungsform des Stapels weicht ein wenig von der ab, die in den vorangegangenen Figuren gezeigt worden .ist, nämlich insoweit, als die Platten nicht unmittelbar zusammengeschweisst sind, sondern zwischen einem inneren Rohr 84 und einem äusseren Rohr 85 befestigt sind, wobei die Verbindung mit den Rohren strömungmitteldicht ist.

Diese Verbindung kann durch Ankrimpfen der Rohre an die Platten und/oder Walzen Oder ein anderes mechanisches Verfahren zum Ändrükken der Rohre gegen die Ränder der Platten ausgeführt werden. Die Ringe 83 sorgen dabei dafür, dass die Platten in richtigem gegenseitigem Abstand voneinander gehalten werden.

Der auf diese Weise gebildete Stapel wird dann von einem Mantel 86 umgeben. An das äussere Rohr 85 schliesst sich ein rohrförmiges Element 87 an, das mit einem Stützflansch 88 versehen ist und mit einer Einlassleitung 89 für das erste Strömungsmittel unterhalb des Stützflansches 88.

Eine rohrförmige Trennwand 90 in dem rohrförmigen Fortsatz 87 ist mit dem unteren Ende des Stapels in dem zwischen den zwei Reihen von Perforationen 81 und 82 liegenden Bereich verbunden und leitet das erste Strömungsmittel durch die äussere Reihe von Perforationen 81 nach oben. Ein ringförmiger Deckel 91 ist auf dem oberen Ende des Stapels befestigt und leitet das erste Strömungsmittel zu der inneren Reihe von Perforationen 82.

Wenn das erste Strömungsmittel im Gegenstrom durch den Stapel geströmt ist, wird es in einer Kammer 92 gesammelt, die sich zwischen einem Fortsatz 93 des inneren Rohrs 84 und der Trennwand 90

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befindet, und über ein Verbindungsstück 94 abgeleitet.

Der Mantel 86 ist mit einem Endflansch 95 versehen, der in dichter Weise an dem Stützflansch 88 anliegt. Das zweite Strömungsmittel wird durch das mittlere Rohr 93 + 84 in eine obere Kammer 96 unterhalb einer gewölbten Platte 97 eingeleitet, die den Mantel 86 nach oben hin abschliesst. Von hier aus wird das Strömungsmittel auf den Zwischenraum 98 zwischen dem Stapel und dem Mantel verteilt, und das Strömungsmittel wird dann schliesslich über ein Verbindungsstück 99 abgeführt.

Der Stapel und der Mantel sind nur über die zwei Flansche 88 und verbunden, so dass den thermischen Verschiebungen in zufriedenstellender Weise Rechnung getragen werden kann. Durch Lösen der beiden Flansche ist es möglich, den Mantel zur Reinigung und Inspektion abzunehmen.

Die oben verwendeten Richtungsangaben "oben" und "unten" beziehen sich auf die Zeichnungen und haben keine einschränkende Bedeutung in Bezug auf die jeweils gewählte konkrete Ausführungsform. Ferner kann der Gegenstromkanal innerhalb eines Stapels natürlich auch durch eine geeignete Positionierung der Perforationen in den Platten des Typs 10 erreicht werden, d.h. mit Hilfe der äusseren und inneren Kragen 13 und 15, falls den Ringen 83 der Figur 9 entsprechende Abstandsringe vorgesehen werden. 'Weiterhin können entsprechend der gewünschten Leistungsfähigkeit, dem Umstand, ob das Primärmittel gekühlt oder geheizt werden soll und der Natur der Strömungsmittel, wobei es sich in erster Linie um seinen WSrmeübartragungskoeffizienten handelt, weitere Abänderungen getroffen werden.

Die Platten werden aus einem Material mit guten Wärmeübertragungseigenschaften hergestellt und können in vielen anderen Formen als den oben angegebenen vorliegen. Die Platten sind vorzugsweise scha-

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len- bzw. schüsseiförmig ausgebildet, jedoch ist es auch möglich, von ebenen Platten auszugehen und Abstandselemente in Form dünner Ringe mit dem gleichen Aussendurchmesser wie die Platten vorzusehen, wie es etwa in Figur 9 gezeigt ist. Die Platten und die Ringe werden dann zusammengeschweisst. Alternativ hierzu können die ebenen Platten unter Abstand in eine Halterung eingebaut werden, wonach die im Randbereich befindlichen Zwischenräume durch ein Schweissmittel überbrückt werden. Abgesehen davon, dass die Wärmeaustauscher der oben beschriebenen Art als Erhitzer oder Kühler verwendet werden können, können sie auch in Dampfkesselanlagen als übertrager oder Vorwärmer verwendet werden» Die Verbrennungsgase werden durch die Platten geleitet, während das Wasser ausserhalb des bzw. der Stapel fliesst. Das Wasser kann aber auch noch durch einen mittleren Durchgang im Stapel fHessen. Dabei ist eine schnelle und wirksame Wärmeübertragung von den Gasen zum Wasser gewährleistet, so dass beim Anwerf en der Dampfkesselanlage sofort die natürliche Wasserzirkulation beginnen wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE

Dr. rer. ικΛ DIETER LOVlS , _{g 2}14/5 40/kr

Dipt-Phys. CLAUS PÖHLAV " ⁷" 4U/kr

DipUng.FRANZ LOHRENTZ
NORNBERO
KESSLERPLATZ 1

Karl Östbo, VoIrat Thamsgatan 4, 41278 Göteborg, Schweden ■ -

Ansprüche

( 1.] Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl paralleler perforierter V_y Platten für einen Durchfluss eines ersten Strömungsmittels in einer im wesentlichen zu der Ebene der Platten senkrechten Richtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (1, 10, 30, 40, 80) in stromungsmxtteldichtender Weise entlang ihrem Aussenumfang (bei 3, 13, 85) zur Bildung einer Aussenwand eines Gefässes für das durch die Platten strömende Strömungsmittel miteinander verbunden sind und dass eine Verteiler- und eine Sammeleinrichtung (4, 5; 20, 21; 41, 70, 92) für das Strömungsmittel in direkter Verbindung mit den äussersten, in Form eines Stapels angeordneten Platten stehen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruchs, dadurch.gekennzeichnet, dass der Stapel von Platten (1) von einem Mantel {7), der einen Strömungsweg <9a~9b) für ein zweites Strömungsmittel begrenzt,

.. umgeben ist,

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein schraubenförmig um den Stapel von Platten(1) gewundenes Element (8) vorgesehen ist, um für das zweite Strömungsmittel innerhalb, des Mantels .;7) zwischen einem Einlass (9a) und einem Auslass (9b) einen verlängerten Strömungsweg zu bilden.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

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die Platten (10, 30, 41) ringförmig sind und entlang ihrem Aussenumfang sowie entlang ihrem Innenumfang miteinander verbunden sind, und dass ferner Einrichtungen (16, 17; 46, 47) vorgesehen sind, um das zweite Strömungsmittel zu dem. innerhalb des Stapels von Platten gebildeten Durchgang zu leiten.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mantel (60, 86) den Stapel von Platten (10, 80) unter Einhaltung eines Abstands umgibt und dass eine Sammel- und eine Verteilereinrichtung (66, 96) den auf diese Weise gebildeten Zwischenraum mit dem mittleren Durchgang (14) nach Art einer Parallelschaltung oder einer Reihenschaltung für das zweite Strömungsmittel verbinden.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei konzentrische Stapel von Platten (1, 20, 30, 40) vorgesehen sind.

7. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser einer äusseren Platte (30a) viel grosser als der Aussendurchmesser einer inneren Platte (10) ist, dass ein.Strömungsmitteldurchgang (34) zwischen den Stapeln ausgebildet ist und dass die Räume innerhalb eines jeden Stapels konzentrischer ringförmiger Platten zur Führung des zweiten Strömungsmittels miteinander verbunden sind.

8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung einer äusseren Platte(40) etwa halb so gross wie die entsprechende Abmessung einer inneren Platte (30, 10) ist.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7 oder 8 mit mindestens drei konzentrischen Platten, dadurch gekannzeichnet, dass die Plat-

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ten (40} im äussersten Stapel aus einem dickeren Material als die Platten (30, 1O) der inneren Stapel bestehen.

TO. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet., dass die Innendurchmesser einer äusseren !Platte {3Oa3 den Aussendurchinesser einer inneren Platte fi, 1©3" nur wenig übersteigen und dass die zwei Stapel - wenn deren Platten miteinander verbünden worden sind - in dauerhafter Weise durch Eingiessen eines wärnieleitfähigen Materials in den "Zwischenraum '{343} zwischen den Stapeln miteinander verbunden werden.

11. Wärmeaustauscher nach Anspruch id, dadurch gekennzeichnet„ dass die PlattenH₁ 10; 3Oa) von benachbarten Stapeln derart angeordnet tand mit der ¥erteiler- und der Sammeleinrichtung

.verbunden sind,,, dass verschiedene Strömungsmittel durch die - ■ Stapel geschickt werden können.

12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Durchgang ί 14} in einem Keriistapel» und bei zwei oder mehreren Stapeln der Zwischenraum {34„ 4%} zwischen (den Stapeln„ mit einer ©ampfzuführuiagsleituiig und einer JKondens— wasser~JRScBcfüihTleitujiJig verbunden ist. . . . ■

13. WänneaustaMScJier nach Anspruch 12„ dadurch gekeniazeiclhiiieifcj

dass elektrisclie Heizelemente C35) _ in den Bampf zwiscSaeiaarSirmeEi

_■ angeordnet sind. ".-.--

14. Wärmeaustaiiascber iaacla eiaaiem der vorher gehenden Ansprüche „ ü^rdurch., gekennzeichnet,, dass die Plattem {Ί „ 1©, 3O„ 4©3 sclhus— selfchnmig. ©der dergl. ausgebildet sind und .einem niedrigem

■■- Kragem j 1133 eintlaang !ihrem ÄusseiausmCaiag aufweiseaa» wobei « Platten ^HO*- 3©„ 4©)) ebenfalls, eiaaen

Kragen (15) entlang ihrem Innenumfang aufweisen und die Platten durch Verschweissung entlang ihren Kragen miteinander verbunden sind.

15. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten als flache Rundkörper ausgebildet sind, die zwischen zwei konzentrischen Rohren (84, 85) angeordnet und durch thermische oder mechanische Bearbeitung in stromungsmitteldichtender Weise mit diesen verbunden sind, um das Gefäss für den Durchgang des ersten Strömungsmittels zu bilden.

16. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen (81, 82y in den einzelnen Platten (80) in zwei in radialer Richtung voneinander getrennten Reihen angeordnet sind und dass ringförmige Abstandshalter (83) zwischen benachbarten Platten in dem radialen Zwischenraum zwischen den zwei Reihen der Perforationen zur Bildung eines Gegenstromkanals durch den Stapel der Platten für das erste Strömungsmittel vorgesehen sind.

909823/0657