DE2912723C2 - Wärmetauscher bestehend aus einer Reihe von Strömungskanälen in Form einer Platte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Wärmetauscher, wie sie z. B. aus der südafrikanischen Patentschrift 74/7341 bekannt sind, werden insbesondere zur Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt. Sie sind für eine Vielzahl von industriellen Zwecken geeignet, beispielsweise für Trockenkühltürme mit natürlichem Zug, wie sie üblicherweise bei Kraftwerken in Ländern verwendet werden, in denen Wasser rar ist

Die Rippen des bekannten Wärmetauschers sind in einigen Fällen schwierig oder wenigstens relativ aufwendig herzustellen und zu installieren, und vor allem die Tatsache, daß die Kanten der Rippen senkrecht in die Nuten eingreifen, erfordert ein Abrunden sowohl der Kante der Rippe als auch des Profils der Nut, wenn ein guter Flächenkontakt zwischen Rippe und Strömungskanalplatte erhalten werden solL Dieser Kontakt ist natürlich für guten Wärmeübergang notwendig. Es ergeben sich dadurch erhebliche Schwierigkeiten bei der Schaffung solcher Rippenformen durch wirtschaftliche Massenproduktionsverfahren.

Es ist ferner bekannt, Strömungskanäle in Form einer Platte für Wärmetauscher aus zwei geformten Metallblechen herzustellen, die in Intervallen zusammengeschweißt sind, wobei die Strömungskanäle zwischen den Schweißungen angeordnet sind und auf ihren Außenflächen Nuten tragen, um die Kanten von Rippen aufzunehmen (südafrikanische Patentschrift 75/4456). Die Nuten werden durch Walzen hergestellt und sind in regelmäßigen Abständen längs der Länge einer Platte einander gegenüber angeordnet Das bedeutet, daß im inneren Durchgang jedes Strömungskanals sich periodisch Verengungen befinden, die von zwei einander gegenüber liegenden Rippen entsprechend den Nuten in den Plattenaußenflächen der Wärmetauscherplatten an diesen Punkten gebildet werden. Aufgrund dieser Verengungen ergeben sich vielfach Strömungswiderstände und damit ein Druckabfall im durch den Strömungskanal strömenden Strömungsmittel, was normalerweise unerwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung und Montage der Rippen bei dem eingangs genannten Wärmetauscher zu vereinfachen und die Strömungskanalplatten so mit Nuten zu versehen, daß keine Verengungen im Strömungskanal entstehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Der beschriebene Wärmetauscher hat mehrere Vorteile gegenüber konventionellen Konstruktionen.

Abgesehen vom Verteiler und den Rahmen und gewissen weiteren zusätzlichen Bauteilen sind nur zwei Typen von Grundkomponenten vorgesehen, die zusammengesetzte Leitungsplatte und die Fahnen, und alle Komponenten jedes Typs können identisch sein, was zu einer erheblichen Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung und Montage führt.

Dadurch, daß die Fahnen in der dargestellten Weise montiert sind, d. h. so, daß sie gleichförmig in der Weise angeordnet sind, daß die Längszonen jeder Fahne parallel zu den darüberliegenden und den darunterliegenden Zonen aller Fahnen im gleichen vertikalen Stapel liegen, wird das Resultat erreicht, daß beim Anziehen der Muttern 26 auf den Stäben 22, um Druck an die Einheit anzulegen, jede Verformung, die in der Struktur hervorgerufen wird, die Form einer leichten Biegung der Zentralzone 70 der Fahnen annimmt. Alle - Fahnen neigen dazu, sich zur gleichen Seite zu neigen, so daß keine Möglichkeit dafür besteht, daß irgendeine unregelmäßige Verbiegung auftreten kann, die zu einer Störung zwischen einer Fahne und einer anderen und damit zu einer Störung des Strömungsmusters des Gases um die Fahnen herum führen kann.

Die spezielle illustrierte Fahnenstruktur hat auch

beträchtliche Flexibilität hinsichtlich Querkräften, und praktisch alle Verformung, die durch Anziehen der Muttern 26 auf den Stäben 22 verursacht wird, wird von den Fahnen und nicht von den Leitungen aufgenommen.

Das Fahnenprofil ist auch durch konventionelle Herstellungstechniken leicht herzustellen.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

F i g. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines Wärmetauschers nach der Erfindung;

F i g. 2 eine perspektivische Teilansicht einer zusammengesetzten Leitungsplatte im Wärmetauscher nach Fig. 1;

Fig.3 eine Aufsicht auf eine Rippe, wie sie im Wärmetauscher nach F i g. 1 verwendet wird;

Fig.4 einen Schnitt durch einen Wärmetauscher nach F i g. 1;

F i g. 5 eine Teilaufsicht auf eine andere Ausführungsform einer zusammengesetzten Leitungspktte, und

Fig. 6 eine Fig. 5 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer zusammengesetzten Leitungspiatte.

Gemäß F i g. 1 besteht ein Wärmetauscher aus einer oberen Verteilung 10, einer unteren Verteilung 12 und Seitenrahmen 14, 16. Platten 18 und Rippen 20 werden in Kompression zwischen diesen beiden Teilen durch Druck gehalten, der durch Stäbe 22, 24 ausgeübt wird, die sich zwischen den Rahmen 14,16 durch Halterungen 25 erstrecken und mit Muttern 26 und Federn 28 festgelegt sind.

Angrenzend an die obere Verteilung 10 ist eine Dichtung 32 vorgesehen, die mit zwei Streifen 34, 36 geformt ist, die nicht dargestellten Zwischenwänden in der Verteilung 10 entsprechen, die die Verteilungskammer in drei Abteilungen unterteilen. Unterhalb der Dichtung 32 befindet sich eine Rohrplatte 38, die mit Perforationen 40 geformt ist, die jeweils dem Aufsichtprofil einer Platte 18 entsprechen und in die in der Praxis der Oberteil der Platte 18 eingeschweißt ist. Unterhalb der Platten 18 ist eine ähnliche Rohrplatte 42 angeordnet, in die die unteren Enden der Platte 18 eingeschweißt sind. Unterhalb der Platte 42 befindet sich eine Dichtung 44, die einen zentralen Streifen 46 entsprechend einer Zwischenwand 48 aufweist, der die untere Verteilung 12 in zwei Abteilungen unterteilt. Nicht dargestellte Bolzen sind in Löcher 29 an den oberen und unteren Bauteilen angesetzt, um die Einheit zu vervollständigen.

Die obere Verteilung 10 ist mit einem Einlaßadapter 50 und einem Auslaßadapter 52 versehen.

Die zusammengesetzte Platte 18 ist in F i g. 2 vergrößert dargestellt. Sie besteht aus zwei Blechen 54, 56 aus Walzstahl in einer Dicke von etwa 1 mm mit dem entsprechenden Profil, an Nähten 58 geschweißt. Das Profil ist so, daß eine Reihe von flachgedrückten, einzelnen Kanälen 60 gebildet, wird, die Ende-an-Ende miteinander verbunden sind, durch die Nähte 58 getrennt sind und an jeder Endzone jeder Platte 18 eine doppelt gefaltete Naht 62 vorgesehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind vier einzelne Kanäle 60 in jeder Platte vorhanden, wobei jeder Kanal etwa 65 mm tief ist (Dimension »A« in F i g. 2) und eine Innenbreite in Querrichtung (Dimension »B«)von 6 mm aufweist. Die Kanäle 60 haben auf jeder Seitenfläche eine Reihe von geradlinigen Nuten 64. Die Nuten 64 erstrecken sich quer zur Länge (Dimension »C«) der einzelnen Kanäle 60. Die Dimension »C« kann in der Praxis zweckmäßigerweise bis zu 10 m lang sein.

Es ist zu beachten, daß die äußeren Seitenflächen der Kanäle 60 in jedem der Bleche 54, 56 beträchtliche Abmessungen haben und ein Satz dieser Flächen in der Platte 18 eine Ebene definiert Die Nuten 64 erstrecken sich längs dieser Ebenen, wobei jede Nut in jeder Leitung 60 mit einer ähnlichen Nut in den restlichen drei Leitungen der Platte 18 ausgefluchtet ist.

Eine Rippe 20 ist in Aufsicht in F i g. 3 dargestellt Sie besteht aus einem Streifen Weichstahl von etwa 1 mm Dicke, in dem Querschlitze 66 in regelmäßigen Abständen gebildet sind. Die Schlitze 66 sind etwa 7 mm breit, die gleiche Breite wie die Materialkörper 68, die zwischen ihnen stehen bleiben. Die Rippe 20 besteht aus einer zentralen Längszone 70 von etwa 35 mm Breite und zwei Längskantenzonen 72, 74 von je etwa 10 mm Breite, die aus der Ebene der flachen zentralen Längszone 70 herausgebogen sind, so daß ein eingeschlossener Winkel von etwa 135° (Fig.4) zwischen jeder Längskantenzone 72, 74 und der zentralen Längszone 70 definiert wird. An einem Ende der Rippe 20 befindet sich eine breite Querkantenzone 76 (etwa 14 mm breit) und am anderen Ende eine solche schmale Zone 78 (etwa 7 mm breit). Im montierten Wärmetauscher sind die Rippen 20 zwischen einander gegenüberliegenden Flächen von zwei benachbarten Kanälen 60 angeordnet und gleichförmig eine über die andere in den Nuten 64 gestapelt. Die Rippen 20 sind auch in alternierenden Höhen um 180° versetzt (d. h. mit vertauschten Enden), so daß die breite Kantenzone 76 sich bei einer Rippe 20 auf einer Seite des Wärmetauschers befindet und bei den beiden benachbarten Rippen 20 jeweils die schmale Kantenzone 76 sich auf der gleichen Seite befindet. Der Effekt dieser Konstruktion ist der, daß die Schlitze 66 relativ zueinander in alternierenden Rippen 20 über die Länge des Wärmetauschers versetzt sind.

Die Schlitze 66 erstrecken sich über die volle Breite der zentralen Längszone 70 und in die Längskantenzonen 72,74.

In F i g. 4 ist erkennbar, daß die Längskantenzonen 72, 74 der Rippen 20 sich jeweils in beide Flächen jeder Nut 64 der Platten 18 erstrecken und gegen diese anstoßen; diese Nuten 64 sind V-förmig und schließen einen Winkel von 90° ein. Dadurch wird ein enger Oberflächenkontakt zwischen Rippe 20 und Platte 18 hergestellt, der einen guten Wärmeübergang gewährleistet. Die Wärmeübertragung kann durch Galvanisieren, Tauchen, Lackieren, Auskleiden oder andere Mittel verbessert werden, die den Kontakt zwischen Rippe 20 und Platte 18 fördern.

In F i g. 4 ist zu beachten, daß die Nuten 64 im Blech 54 jeder zusammengesetzten Platte 18 um eine halbe Schrittweite relativ zu den Nuten 64 im Blech 56 der gleichen Platte 18 versetzt sind. Dadurch ist der Querschnitt der Platte 18 geschlängelt, weist aber über seine ganze Länge eine konstante Weite (Dimension »B«) auf. Auf diese Weise wird die Turbulenz und das Vermischen der Flüssigkeit verbessert, aber abrupte und lokale Druckgradienten, die sich durch Querschnittsänderungen ergeben, werden vermieden.

Fig.5 zeigt eine andere Endnahtanordnung für eine Platte 118, bei der die Platte an den Enden eine Verbindung aus einer Naht 162 aufweist anstelle der gefalteten Naht gemäß F i g. 2.

F i g. 6 zeigt eine weitere Plattenkonstruktion. Die dargestellte Platte 218 besteht aus Blechen 256,258, die eine Reihe von Längsnuten 280 aufweisen, die in

entsprechende Nuten in Abstandshaltern 282 passen und die längs dieser Nuten an die Abstandshalter 282 angeschweißt sind. Die Abstandshalter 282 unterteilen damit das Innere der Platte in eine Reihe von einzelnen Kanälen.

Am Ende jeder Platte ist eine ähnliche Anordnung von einem Abstandshalter 282, an den die Enden der Platten 256,258 längs der Nuten 280 angeschweißt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 Patentansprüche:

1. Wärmetauscher, bestehend aus einer Reihe von Strömungskanälen in Form einer Platte, die zwischen sich einen Strömungsraum für einen s Gasstrom bilden, in dem Rippen in der Form von quergeschlitzten Streifen stapelartig angeordnet sind, wobei jede Rippe eine zentrale Längszone und zwei ebene Längskantenzonen aufweist, die in Nuten eingreifen, die in den Oberflächen der Strömungskanalplatten gradlinig eingeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Längszone und die Längskantenzonen jeweils einen stumpfen Winkel mit der Ebene der zentralen Längszone einschließen, wobei beide Längskantenzonen auf der gleichen Seite der Ebene der zentralen Längszone liegen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Längskantenzone (72, 74) mit der Ebene der zentralen Längszone (70) einen Winkel von 135° einschließt

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nut (64) V-förmig ist und einen Winkel von 90° einschließt, wobei die Oberflächen einer Rippe (20) in Kontakt mit beiden Flächen der Nut (64) sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (20) an einem Ende eine relativ breite Querkantenzone (76) und am anderen Ende eine relativ schmale Querkantenzone (78) aufweist, alternierende Rippen (20) endweise in der Stapelformation versetzt sind, so daß die Schlitze (66) in jeder Rippe (20) relativ zu benachbarten Rippen (20) versetzt sind, aber mit den Schlitzen (66) in ähnlich eingesetzten Rippen (20) ausgefluchtet sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (66) sich quer über die volle Breite der zentralen Längszone (70) der Rippe (20) und eine gewisse ^o Distanz in die Längskantenzonen (72,74) erstrecken.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strömungskanal (60) einstückig mit einer oder mehreren weiteren Strömungskanälen (60) geformt ist, die Ende-an-Ende angeordnet sind, um eine zusammengesetzte Kanalplatte (18) zu bilden, wobei die Nuten (64) in allen Strömungskanälen (60) jeder Platte (18) längs der Breite der Platte (18) ausgefluchtet sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (64) auf einer Seite (54) eines Strömungskanales (60) relativ zu denen auf der anderen Seite (56) versetzt sind, so daß der Querschnitt des Strömungskanales geschlängelt ist, aber über die ganze Länge eine konstante Weite aufweist.