DE29604521U1

DE29604521U1 - Aus Platten aufgebauter Wärmeaustauscherkörper

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Publication number: DE29604521U1
Application number: DE29604521U
Authority: DE
Original assignee: SGL Technik GmbH
Current assignee: SGL Technik GmbH
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2006-03-12

Description

SGL TECHNIK GMBH D-86405 Meitingen

Aus Platten aufgebauter Wärmeaustauscherkörper

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen blockförmigen Wärmeaustauscherkörper, der aus miteinander fluiddicht verbundenen Platten aufgebaut ist und der in voneinander im Abstand befindlichen Ebenen angeordnete, in jeder dieser Ebenen parallel laufende Kanäle aufweist, durch die miteinander über den Wärmeaustauscher wärmetauschende Fluide voneinander getrennt und so geleitet werden, daß die Kanäle zweier benachbarter Ebenen stets von verschiedenen Fluiden durchströmt werden, wobei die Platten, aus denen der Wärmeaustauscherkörper aufgebaut ist, im wesentlichen ebene Oberflächen haben und sich in den miteinander fluiddicht verbundenen Flachseiten der Platten zueinander parallel verlaufende, kanalartige Vertiefungen befinden, aus denen die Kanäle für den Durchtritt der wärmetauschenden Fluide gebildet sind.

Unter einem Wärmeaustauscherkörper der vorgenannten Art wird im Sinne dieser Erfindung der Teil eines Blockwärmeaustauschers verstanden, in dem der eigentliche Wärmeaustausch zwischen Fluiden unterschiedlicher Temperatur stattfindet. Aus einem solchen Körper für den Wärmeaustausch wird erst durch Anbringen von Zu- und Ableitungen für die ihn durchströmenden Fluide ein Blockwärmeaustauscher. Die Teile eines solchen Wärmeaustauschers sind meistens noch mit einem System von federbelasteten Zugankern, mittels derer die auftretenden Wärmeausdehnungen aufgefangen werden und durch die die

Dichtigkeit der fluidführenden Anschlüsse gewährleistet wird, versehen.

Ein Wärmeaustauscher des vorgenannten Typs ist aus dem kanadischen Patent Nr. 528,955 bekannt. Der dort offenbarte Wärmeaustauscherkörper besteht aus miteinander durch Kitten oder Verspannen verbundenen Platten aus Kohlenstoff oder Graphit. In die großen Flachseiten der Oberflächen dieser Platten sind kanalartige Vertiefungen eingeformt. Diese Vertiefungen sind so angeordnet, daß sich beim Zusammenfügen von zwei Platten die in den einander zugewandten Flachseiten befindlichen kanalartigen Vertiefungen so gegenüberliegen, daß sie sich paarweise zu einem kompletten Fluidkanal ergänzen. Ein anderer Wärmeaustauscher, der ebenfalls aus Platten aufgebaut ist, in deren Flachseiten Kanäle eingeformt sind, ist in der französischen Patentanmeldung Nr. 2.080.563 beschrieben. Die Platten bestehen hier aus Fluorpolymeren. Beim Zusammenbau zu einem Wärmeaustauscherblock wird zwischen die Flachseiten der Platten noch eine Folie aus Fluorpolymeren gelegt, die die Vertiefungen in der einen Flachseite von denjenigen in der anderen Flachseite trennt. In diesem Fall werden beim Zusammenbau der Platten die sich auch hier gegenüberliegenden Vertiefungen nicht zu Fluidkanälen ergänzt, die aus zwei "Halbkanälen" bestehen. Die Wärme austauschenden Fluide durchfließen bei dieser technischen Lösung die "Halbkanäle" , die in die Flachseiten der Platten eingeformt sind und tauschen Wärme im wesentlichen über die sie voneinander trennende Folie aus.

Wärmeaustauscher des vorbeschriebenen Typs bestehen im allgemeinen aus korrosionsbeständigen Werkstoffen wie z.B. Kohlenstoff, Graphit, temperaturbeständigen Kunststoffen, die auch Füllstoffe wie z.B. Graphit enthalten

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können oder auch aus Siliciumcarbid. Sie werden überall dort eingesetzt, wo Wärmetauscher aus üblichen metallischen Werkstoffen aus Korrosionsgründen versagen. Ihre Herstellung ist vergleichsweise aufwendig. Entweder sind die Basiswerkstoffe teurer als die üblicherweise verwendeten Metalle oder ihre Bearbeitung, wie das Herstellen von Platten und das Einformen von Kanälen oder Bohrungen, ist schwierig und/oder aufwendig. Ein Nachteil der vorbeschriebenen Wärmetauscherkörper besteht darin, daß für ihren Aufbau eine vergleichsweise große Zahl von Platten benötigt wird. Überall dort, wo ein in einer Ebene liegendes System von Fluidkanälen erzeugt werden soll, müssen die Flachseiten von zwei Platten zusammengefügt werden. D.h., entlang dieser Zonen entsteht entweder eine Klebefuge oder es muß eine Dichtung eingelegt sein. Trotz der heute fortgeschrittenen Klebe- und Dichtungstechnik sind derartige Zonen immer Schwachstellen. Durch mechanische oder thermische Spannungen oder durch Korrosion können hier Undichtigkeiten auftreten, die zur Außerbetriebnahme des Wärmeaustauschers mit allen damit verbundenen negativen Folgen führen.

Eine wichtige Anwendung von Wärmeaustauschern aus korrosionsbeständigen Materialien ist die Rückgewinnung von Wärme aus Gasen nach Verbrennungsanlagen. Derartige Gase enthalten stets in mehr oder weniger starkem Maße sauer reagierende Stoffe wie beispielsweise Schwefeldioxid, Schwefeltrioxid, Stickoxide und in industriell betriebenen Anlagen zusätzlich noch Halogenwasserstoffe und aggressive Salze.

Zur Nutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie muß deren nutzbarer Wärmeinhalt möglichst vollständig auf ein anderes Wärmeträgermedium übertragen werden, mittels dessen die Wärme dann dorthin transportiert wird, wo sie

nutzbringend weiterverwendet werden kann. Ein Beispiel für einen solchen Vorgang ist die Abkühlung von Rauchgasen nach Feuerungsanlagen von Heizungen, bei dem die abziehenden Rauchgase in einem Wärmeaustauscher bis unter den Taupunkt des in ihnen enthaltenen Wasserdampfes abgekühlt werden und ihr Wärmeinhalt auf das vom Heizkreislauf zurückgeführte Kesselspeisewasser oder auf das Speisewasser für eine andere Warmwasserquelle übertragen wird. Diese Technik der Restwärmenutzung von Rauchgasen ist auch unter dem Begriff Brennwerttechnik bekannt. Für Anlagen dieser Art werden heute meist Rohrwärmeaustauscher aus korrosionsbeständigen Werkstoffen wie beispielsweise Graphit verwendet (siehe DE 39 11 276 Cl; G 93 16 001.1). Rohrwärmeaustauscher aus keramischen Werkstoffen sind im Vergleich zu entsprechenden Wärmeaustauschern mit blockförmigen Wärmeaustauscherkörpern jedoch anfälliger für mechanische Beschädigungen wie z.B. Brüche von Austauscherrohren. Die Kosten für ihre Herstellung liegen vergleichsweise hoch. Deshalb lassen sie sich auch nicht in wirtschaftlich arbeitenden, kleinen Baugrößen herstellen. Leistungsfähige Blockwärmeaustauscher, die außer für mittelgroße und große Anlagen auch für kleine Feuerungsanlagen verwendbar sind, haben sich, wie die aus einer Vielzahl von Elementen zusammengesetzten Blockwärmeaustauscher aus Siliciumcarbid (Ingenieurwerkstoffe 5, (1993), S. 39 bis 41), wegen ihrer hohen Herstellkosten nicht durchsetzen können. Es ist nämlich schwierig, mit geringem Aufwand, d.h. niedrigen Kosten, einen Wärmeaustauscherblock von geringer Baugröße zu schaffen, in dem sowohl günstige Bedingungen für eine Wärmeübertragung aus der Gasphase auf die Feststoffphase des Wärmeaustauschers als auch von der Feststoffphase des Wärmeaustauschers auf die Flüssigphase des Kühlmittels vorliegen.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscherköper des Blocktyps zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile nicht hat und der insbesondere

- aus einer gegenüber dem Stand der Technik verringerten Anzahl Plattenelementen aufgebaut ist,

- dessen Herstellung vergleichsweise kostengünstig ist,

- der auch in Form von kleinen Einheiten effektiv arbeitet,

- dessen Wärmeaustauschflächen auch problemlos an die Erfordernisse der miteinander wärmetauschenden Fluide anpaßbar ist,

- und der dabei mindestens die gleiche spezifische Leistung wie die aus Platten bestehenden Wärmeaustauscherkörper nach dem Stand der Technik haben.

Die Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscherkörper gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Lösung nach Anspruch 1 wieder. Sie werden hiermit in den beschreibenden Teil der Patentanmeldung eingeführt.

Das wesentliche Merkmal eines Wärmeaustauscherkörpers nach Anspruch 1 ist es, daß er aus Platten aufgebaut ist, in denen zwei nach verschiedenen Bearbeitungsverfahren hergestellte Gruppen von Fluidströmungskanälen kombiniert sind. Die eine Gruppe dieser Kanäle besteht aus zueinander parallel laufenden Vertiefungen, die sich von der Oberfläche mindestens einer der zwei großen Flachseiten der Platten in Richtung des Platteninneren erstrecken. Die andere Gruppe von Kanälen besteht aus zueinander parallel verlaufenden Bohrungen, die benachbart zu und im Abstand von den Böden der Kanäle der ersten Gruppe verlaufen. Es müssen also nur mehr die Kanäle der ersten Gruppe in die Oberflächen der Flach-

Seiten der Platten eingeformt werden. Die Bohrungen, die die andere Gruppe der Fluidstromungskanale bilden, liegen innerhalb der Platten und werden nicht durch Zusammenfügen mit einer Oberfläche einer zweiten Platte gebildet. Das bedeutet, daß nach der erfinderischen Lösung bereits aus zwei Platten ein kompletter Wärmeaustauscherkörper zusammengesetzt sein kann, während dafür nach der bekannten Methode mindestens vier Platten notwendig sind. Das Einformen der Kanäle geschieht unter Beachtung der jeweiligen Werkstoffeigenschaften des Plattenmaterials durch die dem Fachmann bekannten, nicht aufwendigen Methoden, insbesondere durch Fräsen und Bohren und bei verformbaren Materialien auch durch Einpressen oder Prägen. Wenn, wie dies in der bevorzugten Ausführungsform dieses Austauschertyps der Fall ist, die Kanäle der zweiten Gruppe, also die Bohrungen, senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu den Kanälen der ersten Gruppe verlaufen, so daß der Wärmeaustauscher im Kreuzstrom betrieben wird, liegt zwischen den bodenseitigen Enden der Kanäle der ersten Gruppe und der Außenwand der Bohrungen ein möglichst geringer, definierter Abstand. Dieser Abstand wird so gewählt, daß keins der miteinander wärmetauschenden Fluide in das andere übertreten kann, daß aber eine möglichst geringe Materialbarriere für den Wärmeübertritt vorhanden ist. Er hängt vor allem von der Art und der Struktur, d.h. von der Dichtigkeit des gewählten Werkstoffs unter Langzeitbedingungen bei Beaufschlagung mit den jeweils zutreffenden wärmetauschenden Fluiden ab. Diese, den Abstand zwischen den beiden Gruppen von Fluidkanälen betreffenden Kriterien müssen auch bei der zweiten möglichen Anordnung der Fluidkanäle beachtet werden. In diesem Fall verlaufen die Bohrungen parallel zu den in die Plattenoberfläche eingeformten Kanälen und liegen vorteilhafterweise mindestens zum Teil zwischen den bodennahen Enden dieser

Kanäle. Durch diese Verlagerung der Bohrungen in die Räume zwischen den Kanälen der ersten Gruppe von Kanälen werden unter Anwendung des Bauprinzips der Erfindung besonders flache Platten und damit kompakte Wärmeaustauscherkörper erhalten, in denen die Wärmeübertragung wegen der nochmals verkürzten Übertragungswege zusätzlich verbessert ist. Allerdings müssen bei dieser Lösung, die es gestattet, den Wärmeaustauscher sowohl nach dem Gegenais auch dem Gleichstromprinzip wirken zu lassen, konstruktiv speziell angepaßte Kopfstücke zum Zu- und Abführen der den Wärmeaustauscher durchströmenden Fluide verwendet werden oder es. müssen die Bohrungen an ihren stirnseitigen Enden, beispielsweise durch eingeklebte Pfropfen, verschlossen sein und sie müssen an die jeweilige Oberseite der Platten führende Anschlußbohrungen haben, an die Anschluß- und Verteilerstücke einfacher Bauart für das die Bohrungen durchströmende Fluid angeschlossen sind. Natürlich ist auch hier die Anordnung der Bohrungen in einer Ebene, die oberhalb der Enden der ersten Gruppe von Kanälen liegt, möglich. Die Vorteile der geringen Plattenhöhe und der nochmals verbesserten Wärmeübertragung kämen dann aber nicht zum tragen, so daß eine solche Lösung nur für Sonderfälle in Frage kommt.

Ein Wärmeaustauscherkörper in einer bevorzugten Ausführungsform besteht aus Platten, die in beiden jeweils aneinandergefügten Flachseiten kanalartige Vertiefungen haben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen sich diese kanalartigen, in den Oberflächen befindlichen Vertiefungen quasi als Halbkanäle so gegenüber, daß sie sich gemeinsam zu einem kompletten Fluidkanal ergänzen, der in die aneinanderliegenden Oberflächen der Platten eingeformt ist. Nach einer anderen Ausführungsform ergänzen sich die in den Flachseiten der

Platten befindlichen kanalartigen Vertiefungen nicht paarweise zu Fluidkanälen, sondern sind gegeneinander jeweils versetzt angeordnet und liegen sich schräg gegenüber. Ihre in den Flachseiten der Platten liegenden öffnungen überschneiden sich dabei nicht. Schließlich ist noch eine Grundform der Ausführung möglich, in der eine kanalartige Vertiefungen aufweisende Flachseite einer Platte mit einer Flachseite einer anderen Platte verbunden ist, die keine solchen Vertiefungen hat. In dieser anderen Platte sind dann beispielsweise nur Bohrungen vorhanden. Die Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Der Fachmann kann die Merkmale dieser Ausführungsformen noch in anderer Weise so kombinieren, daß weitere, hier nicht beschriebene, brauchbare Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherkörpern entstehen. Auch diese werden durch die hier beschriebene Erfindung mit umfaßt.

Die kleinste Anzahl von Platten, aus denen ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscherkörper zusammengesetzt sein kann, beträgt 2. Die eine Gruppe von Kanälen liegt in einem solchen Körper in mindestens einer der miteinander verbundenen Oberflächen der zwei Platten und oberhalb und unterhalb dieser verbundenen Oberflächen befinden sich in Nachbarschaft zu den Kanälen der ersten Gruppe die die zweite Gruppe von Fluidkanälen bildenden Bohrungen. Ein Wärmeaustauscherkörper dieser Art kann durch die eingangs beschriebenen Fluidzu- und Ableitungen in Verbindung mit Zugankern und sonstigem bekannten Zubehör zu einem Wärmeaustauscher kleiner Baugröße vervollständigt werden. Er kann aber auch ein Bauelement oder Modul bilden, das mit weiteren passenden Moduln dieser Art durch paßgerechtes Zusammensetzen zu größeren Wärmeaustauscherkörpern kombiniert werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, Platten, die in geeigneter Art vorgeformte

Kanäle enthalten, übereinander anzuordnen und zu einem entsprechend größeren und leistungsfähigeren Wärmeaustauscherkorper zu verbinden. Auch solche Körper können zu erfindungsgemäßen Blockwäraieaustauschern ergänzt oder als Module miteinander zu größeren Einheiten kombiniert und diese dann zu entsprechend großen Wärmeaustauschern ergänzt werden.

Das Zusammensetzen von Modulen zu größeren Einheiten kann durch Aneinanderfügen geeigneter Module entlang ihrer Längs- oder ihrer Schmalseiten oder entlang dieser beiden Seiten bewerkstelligt werden. Im letztgenannten Fall müssen jedoch mindestens vier Module kombiniert werden, um zu einem sinnvoll aufgebauten Wärmeaustauscherkorper zu kommen. Bei den beiden erstgenannten Fällen werden mindestens zwei Module kombiniert.

Das Zusammenfügen der Platten zu einem Wärmeaustauscherkorper und das Aneinanderfügen von Modulen zu größeren Wärmeaustauscherkörpern kann auf zwei Wegen geschehen. Bei Wärmeaustauschern, die mit Temperaturen bis ca. 300 °C beaufschlagt werden, werden die Teile in der Regel mittels eines geeigneten Kunstharzklebers miteinander verbunden. Dieses Verfahren wird insbesondere für Bauteile aus Graphit oder Kohlenstoff, die durch eine vorherige Imprägnierung mit einem Kunstharz fluiddicht gemacht worden sind, verwendet. Die Wahl des Kunstharzklebers richtet sich nach der Art des zu verklebenden Werkstoffs und nach den Bedingungen, unter denen der Wärmeaustauscher später betrieben werden soll. Bewährt haben sich Kleber und Kitte auf Basis von Phenol-, Furan- oder Epoxidharzen. Bei Platten und Modulen aus Fluorpolymeren oder aus füllstoffhaltigen Fluorpolymeren werden Klebstoffe aus fluororganischen Verbindungen verwendet oder man arbeitet mit Dichtungen. Diese vor-

genannten Klebeverfahren sind seit langem praktizierter Stand der Technik. Sie werden deshalb hier nicht näher beschrieben.

Dort wo, wie bei Teilen aus bestimmten Fluorpolymeren, deren diesbezügliches Verhalten dem Fachmann bekannt ist, genügend zuverlässige Klebstoffe nicht verfügbar sind, wo die thermische oder korrosive Belastung von Teilen der miteinander zu verbindenden Flächen für eine Verklebung zu hoch ist, oder wo weitere Gründe für eine andere technische Lösung als eine Klebung sprechen, wird mit Dichtungen gearbeitet. Es können dabei alle beim Bau von Wärmeaustauschern bekannten Dichtungsmaterialien und Dichtungstypen verwendet werden, die der Fachmann nach anwendungsspezifischen Gesichtspunkten auswählt. Für die Beaufschlagung mit höheren Temperaturen finden Dichtungen auf Silicon- oder Fluorpolymerbasis und für den Einsatz unter sehr hohen thermischen und/oder korrosiven Belastungen werden aus Graphitfolien hergestellte Dichtungen verwendet. Zum Verbinden werden die Teile, wie Platten oder Module, unter Zwischenlegen entsprechend vorbereiteter Dichtungen paßgerecht aneinandergefügt und sodann mittels Zug- oder Spannankern aneinandergepreßt. Die Spannanker sind durch Federn, meistens Schraubenoder Tellerfedern belastet, um unter Aufrechterhaltung einer konstanten Druckkraft auch thermisch bedingte Ausdehnungen der Wärmeaustauscher ausgleichen zu können.

Erfindungsgemäße Warmeaustauscherkorper können aus allen Werkstoffen bestehen, in die die vorbeschriebenen Strukturen, nämlich Kanäle und Bohrungen eingeformt werden können und die eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit haben. Neben mit gut wärmeleitenden Füllstoffen hochgefüllten organischen Polymeren wie beispielsweise mit Graphit oder Siliciumcarbidpulver oder

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-Körnern hochgefülltem Polyvinylidenfluorid, bestehen die Wanneaustauscherkorper bevorzugt aus Kohlenstoff oder Graphit. Formteile aus künstlich hergestelltem Graphit zeichnen sich bei ausreichender mechanischer Festigkeit besonders durch eine gute Wärmeleitfähigkeit, Temperaturbeständigkeit und eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit aus. Formteile aus künstlich hergestelltem Kohlenstoff und Graphit haben im allgemeinen ein offenes Porensystem und sind ohne zusätzliche Behandlung nicht fluiddicht. Man verwendet deshalb Formteile aus Graphit oder Kohlenstoff, bei denen die Eingänge der Poren mit einer dichtenden und erhärtenden Flüssigkeit, Schlichte oder Paste verschlossen sind. Bevorzugt werden jedoch Kohlenstoff- und Graphitqualitäten, bei denen das gesamte fluidzugängliche Porensystem mit einer erhärtenden Flüssigkeit gefüllt ist. Nach bekannten Verfahren werden solche Körper hergestellt, indem der poröse Körper in einem Druckbehälter evakuiert wird, sodann unter Aufrechterhalten des Unterdrucks die Flüssigkeit, die das Porensystem erfüllen soll, mindestens in einer solchen Menge in den Druckbehälter eingefüllt wird, daß der poröse Körper vollständig damit überdeckt ist und dann durch Erhöhen des Druckes in dem Behälter die Flüssigkeit in das Porensystem des Körpers hineingedrückt wird. Nach dem Entfernen des Körpers aus dem Druckbehälter schließt sich, wo dies erforderlich ist, noch eine Behandlung an, durch die die Imprägnierflüssigkeit im Porensystem ausgehärtet wird. Als Imprägnierflüssigkeit werden bevorzugt härtende oder nicht härtende Kunstoder Naturharze verwendet. Härtende Harze, wie beispielsweise Phenol-, Furanharze oder Leinöl, werden in der Regel durch eine thermische Nachbehandlung ausgehärtet. Nicht härtende Harze, wie z.B. thermoplastische fluorhaltige Polymere, bedürfen dieser Nachbehandlung nicht. Sie gehen bei Abkühlung unter ihren Schmelztemperatur-

bereich in den festen Zustand über. Gleiches gilt für den Fall einer Imprägnierung mit einem Flüssigmetall oder einer Metallegierung, der jedoch nur für besondere Anwendungen, beispielsweise für Hochtemperaturwärmeaustauscher mit Siliciumimprägnierung in Frage kommt. Mit Kunstharz durchimprägnierter Graphit wird allgemein auch Apparatebaugraphit genannt, weil er für die Herstellung von einer Vielzahl von Apparaten und Komponenten für Apparate in der Verfahrenstechnik verwendet wird. Formteile der verschiedensten Art und Qualität, die auch für die Herstellung erfindungsgemäßer Wärmeaustauscherkorper geeignet sind, sind im Handel erhältlich.

Bei der Bearbeitung der Formteile aus Graphit oder Kohlenstoff kann auf zweierlei Weise vorgegangen werden. Nach einer ersten Variante werden die rohen Blöcke aus Kohlenstoff oder Graphit zuerst fertig bearbeitet, d.h., es werden die genauen Außenkonturen hergestellt und die Kanäle und Bohrungen eingeformt und dann wird mit einer dichtenden und sich verfestigenden Flüssigkeit imprägniert. Nach einer zweiten und bevorzugten Variante werden zuerst die unbearbeiteten oder die nur bezüglich ihrer Außenmaße bearbeiteten Blöcke imprägniert und die so erhaltenen fluiddichten Blöcke werden sodann endbearbeitet, d.h. sie werden, wo dies noch erforderlich ist, auf die vorgegebenen Außenmaße bearbeitet und es werden die Kanäle und Bohrungen eingeformt. Die kostengünstigste und besonders bevorzugte Variante ist diejenige, wo die unbearbeiteten Blöcke imprägniert und danach komplett endbearbeitet werden. Es sei angemerkt, daß hierzu Bohr- und Fräswerkzeuge verwendet werden können, wie sie in der Metall- oder Holzbearbeitung üblich sind. Die letztgenannten, bevorzugt angewendeten Vorgehensweisen sind sehr kostengünstig und es entstehen dadurch Fluidkanäle, die völlig frei von Filmen

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oder Überzügen des Imprägniermittels sind. Dies ist besonders bei mit Harzen imprägnierten Körpern wichtig, da Harzfilme den Wärmeübergang zwischen den miteinander Wärmeaustauschen Stoffen behindern.

Erfindungsgemäße Wärmeaustauscherkörper werden vorzugsweise in Wärmeaustauschern für die Rückgewinnung des nutzbaren Wärmeinhalts der Abgase von Feuerungsanlagen verwendet. Auf die mit dieser Anwendungsart verbundenen Korrosions- und Werkstoffprobleme ist im Vorstehenden bereits eingegangen worden. Für einen wirtschaftlichen Betrieb eines Wärmeaustauschers ist es neben der Verwendung eines industriell herstellbaren, überall verfügbaren und leicht, d.h. kostengünstig bearbeitbaren und korrosionsfesten Apparatebauwerkstoffs äußerst wichtig, die Fluidkanäle des Wärmeaustauscherkörpers möglichst gut an die gestellte Wärmeübertragungsaufgabe anzupassen. Bei der bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherkörper nach Feuerungsanlagen ist dies die Anpassung der von den Abgasen der Feuerung durchströmten Fluidkanäle an den vergleichsweise schlechten Wärmeübergang zwischen annähernd unter Atmosphärendruck strömenden Gasen und festen Oberflächen. Die Lösung der Aufgabe liegt hier in der Schaffung von Fluidkanälen mit einer möglichst großen Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Volumen, wobei als Randbedingung zusätzlich zu beachten ist, daß die freien Strömungsguerschnitte dieser Kanäle noch groß genug sein müssen, daß ein Durchströmen der Gase annähernd unter Normaldruck und deren Abziehen durch den Kaminsog gewährleistet ist. Selbst wenn, was möglich ist, nach dem Wärmeaustauscher im Rauchgaszug ein Ventilator vorhanden ist, muß dem Zusammenwirken von Strömungs- und Wärmeübertragungsverhältnissen bei der Auslegung der Fluidkanäle Rechnung getragen werden. Die Festlegung der genauen Form der Strömungskanäle im

Einzelfall ist stets Sache des Fachmanns. Er bedient sich dabei seines ingenieurtechnischen Wissens. Als allgemeine Regel gilt jedoch, daß die Kanäle, die sich in den Oberflächen der zwei großen Flachseiten der Platten befinden und die später von der Gaskomponente durchströmt werden, die Form von Schlitzen oder Nuten mit einem großen Verhältnisfaktor von Tiefe zu Querschnitt haben.

Bei den unter diese Erfindung fallenden Wärmeaustauscherkörpern für Zwecke der Brennwerttechnik wird die von den Gasen auf den Wärmeaustauscherkörper übertragene Wärme weiter auf einen flüssigen Wärmeträger, vorzugsweise Wasser, übertragen. Der Wärmeübergang vom Feststoff des Wärmeaustauscherkörpers auf den flüssigen Wärmeträger ist, besonders wenn der flüssige Wärmeträger die Fluidkanäle unter erhöhtem Druck durchströmt, wesentlich besser als derjenige zwischen dem Abgas und dem Wärmeaustauscherkörper. Deshalb reichen auf der Seite des Wärmeaustauschers auf der der Wärmeinhalt der Abgase aus der Verbrennung durch eine Flüssigkeit aufgenommen werden soll, Bohrungen aus, deren zur Wärmeübertragung nutzbare Oberfläche durch Wahl des jeweils passenden Durchmessers der Bohrung in ein günstiges Verhältnis zum durchströmenden Flüssigkeitsvolumen gesetzt werden kann. Beim Anwendungsfall der Brennwerttechnik können mit Kunstharz imprägnierte Wärmeaustauscherblöcke problemlos eingesetzt werden, da die dabei auftretenden Temperaturen normalerweise unter den Temperaturen bleiben, von denen ab eine Schädigung des Harzes eintritt. Aber selbst wenn, wie dies bei anderen Anwendungsfällen geschehen kann, die Temperaturen auf der Gasseite des Wärmeaustauschers so hoch werden, daß das in den Poren der Gaskanäle des Wärmeaustauscherkörpers befindliche Harz geschädigt oder gar zersetzt wird, ist dies in der Regel nicht kritisch,

solange durch entsprechende Strömungsüberwachungseinrichtungen dafür Sorge getragen wird, daß das Kühlfluid auf der anderen Seite des Wärmeaustauschers weiter fließt. Die thermische Schädigung des Harzes kann dann nur entlang einer begrenzten Zone in den von Gas durchströmten Kanälen und nur so weit geschehen wie die Fluidkühlung von der anderen Seite des Wärmeaustauscherkörpers nicht wirksam werden kann. Es entsteht also eine räumlich sehr begrenzte Schädigungszone, in der möglicherweise sogar die Trennwände zwischen den Gaskanälen gasdurchlässig werden. Aber auch das ist nicht kritisch, da diese Undichtigkeiten ausschließlich auf der Seite der heißen Gase liegen, die sich ohne weiteres vermischen können. Die Gaskanäle behalten in jedem Fall bis zu Temperaturen von ca. 400 ⁰C ihre Form sowie eine ausreichende Restfestigkeit. Sie können ihre Leitfunktion für die Strömung weiterhin erfüllen, da nur das nachträglich in den Kohlenstoff- oder Graphitkörper eingebrachte Harz seine Festigkeit verloren hat aber die Struktur des Grundwerkstoffs nicht angegriffen worden ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert:

Aus zwei Platten aus fluiddichtem Apparatebaugraphit mit den Hauptabmessungen Länge 875 mm &khgr; Breite 200 mm &khgr; Höhe 45 mm, von denen jede 17 von einer ihrer großen Flachseiten ausgehende nutenförmige Kanäle und auf der Seite der Böden der nutenförmigen Kanäle im Abstand von diesen Böden 39 Bohrungen, die senkrecht zu den nutenförmigen Kanälen verliefen, hatte, wurde durch Verkitten an den Flachseiten, von denen die nutenförmigen Kanäle ausgingen, ein Wärmeaustauscherkörper hergestellt. Der Abstand der Bohrungen von der nächstgelegenen großen Flachseite der Platte betrug 13 mm und derjenige von den

Böden der nutenförmigen Kanäle 4 mm. Die nutenförmigen Kanäle waren so angeordnet, daß sich beim Zusammenfügen jeweils zwei davon so gegenüberlagen, daß sie sich zu einem aus zwei Halbkanälen bestehenden Strömungskanal ergänzten. Die Bohrungen hatten einen Durchmesser von 8 mm, eine Länge von 200 mm und einen Abstand von 11,5 mm voneinander (Außenwand zu Außenwand). Die Schlitze waren 20 mm tief, so daß sich eine Gesamthöhe des resultierenden Kanals von 40 mm ergab. Ihre Breite betrug 5 mm, ihre Länge 875 mm und ihr Abstand voneinander ca. 5 mm. Der so hergestellte Wärmeaustauscherkörper hatte auf der Gasseite eine Wärmeaustauschfläche von 1,25 m² und auf der Seite der wasserführenden Bohrungen .eine solche von 0,39 m². Der mit Anschlüssen für Wasser als wärmeaufnehmendes und für Rauchgas als wärmeabgebendes Medium zu einem Wärmeaustauscher ergänzte Wärmeaustauscherkörper wurde einem mit leichtem Heizöl gefeuerten Heizkessel von einer Nennleistung von 27 kW nachgeschaltet. Ein zusätzlicher Ventilator für die Aufrechterhaltung des Rauchgaszuges war nicht erforderlich. Der Wärmeaustauscher wurde von oben nach unten von den Rauchgasen durchströmt, damit das aus dem Rauchgas beim Abkühlen kondensierende, sauer reagierende Wasser in ein am Ende des Wärmeaustauschers angebrachtes Sammelgefäß abfließen konnte. Die Rauchgase traten mit einer Temperatur von 170 "C in den Wärmeaustauscher ein und verließen ihn mit einer Temperatur von 19 °C. Die Wassereintrittstemperatur betrug 5,6 °C, die Wasseraustrittstemperatur 10,9 ⁰C. Die den Wärmeaustauscher durchfließende Wassermenge betrug 661 kg/Stunde. Aus den vorstehenden Daten wurde die Wärmeleistung des Wärmeaustauschers zu 4,1 kW ermittelt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren in lediglich schematischer Darstellung noch weiter bei-

spielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, die perspektivische Ansicht eines aus zwei Platten aufgebauten Wärmeaustauscherkörpers,

Fig. 2, einen aus 3 Platten aufgebauten Wärmeaustauscherkörper in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3, einen aus 2 Modulen zusammengesetzten Wärmeaustauscherkörper in perspektivischer Ansicht,

Fig. 4, einen großen, aus 4 leistungsfähigen Modulen zusammengesetzten Wärmeaustauscherkörper in perspektivischer Ansicht,

Fig. 5 und 6, je einen aus zwei Platten aufgebauten Wärmeaustauscherkörper, bei dem alle Gruppen von Fluidkanälen parallel laufen,

Fig. 7a-f, Ausführungsformen und Anordnungsmöglichkeiten von Fluidströmungskanälen in den Wärmeaustauscherkörpern anhand von Teilquerschnitten senkrecht zu den von den Oberflächen der großen Flachseiten der Platten ausgehenden Kanäle,

Fig. 8, die Seitenansicht eines Wärmeaustauschers für die Brennwerttechnik,

Fig. 9, den in Fig. 8 wiedergegebenen Wärmeaustauscher in einer gegenüber der Ansicht in Fig. 8 um 90° um die Senkrechte gedrehten Seitenansicht, und

Fig.10, einen Querschnitt durch den in Fig. 9 dargestellten Wärmeaustauscher entlang der Ebene C-C.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen aus zwei Platten 1, 2 aufgebauten Wärmeaustauscherkörper 5. Jede der Platten weist eine Gruppe von Bohrungen 6, 6¹ für ein erstes fluides Wärmeträgermedium, z.B. Wasser und eine Gruppe von Kanälen 7, 7', die in die Oberflächen einer der Flachseiten der Platten 1, 2 eingeformt, beispielsweise eingefräst sind, auf. Die Platten 1, 2 sind so zusammengefügt, daß sich die nutenförmigen Kanäle 7, 7· so gegenüberliegen, daß sie sich zu einer Gruppe von Fluidströmungskanälen 8 für ein zweites fluides Wärmeträgermedium, beispielsweise die Abgase einer Feuerungsanlage, ergänzen. Die Platten 1, 2 sind entlang der nicht mit Kanälen 7, 7' versehenen Oberflächenzonen 4 durch eine Verklebung mit Kunstharz fluiddicht verbunden. Eine Abdichtung zwischen den Kanälen 8 ist nicht erforderlich, da geringe Vermischungen zwischen dem die einzelnen Kanäle 8 durchströmenden Fluid keine ungünstigen Wirkungen haben. Die Bohrungen 6, 6¹ sind senkrecht zu den Fluidströmungskanälen 8 geführt, so daß der betreffende Wärmeaustauscher im Querstromverfahren betrieben werden würde. Die die Bohrungen 6, 6¹ nach außen umgebende Zone ist mit einer Dichtung 10 für die Abdichtung der nicht dargestellten Zuführungshaube für das die Bohrungen 6, 6¹ durchfließende Fluid umgeben. Eine entsprechende Dichtung befindet sich auch auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmeaustauscherkorpers. Mittels einer hier nicht dargestellten, noch einen mittleren Dichtungssteg aufweisenden Dichtung, die die Gruppe von Bohrungen in eine rechte und in eine linke Untergruppe von Bohrungen unterteilen würde, kann der den Wärmeaustauscherkörper enthaltende Wärmeaustauscher bei

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zusätzlicher Ausrüstung mit entsprechend konstruierten Fluidzu-, -Umlenkungs- und -Abführungshauben entweder im Kreuzgegen- oder im Kreuzgleichstrom betrieben werden. Natürlich können auch mehrere solcher Umlenkzonen vorgesehen werden, was die Effektivität des Wärmeaustauschs weiter erhöhen würde.

Fig. 2 gibt, ebenfalls in perspektivischer Ansicht, einen aus drei Platten 1, 2, 3 aufgebauten Wärmeaustauscherkörper 5 wieder. Bis auf die im folgenden behandelten Abweichungen entsprechen die sichtbaren Merkmale denen des in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscherkörpers. Die Platten 1 und 2 haben je eine quer zu den nutenförmigen Halbkanälen 7, 7' verlaufende Gruppe von Bohrungen 6, 6' für ein erstes Fluid und entsprechen damit dem Konstruktionsprinzip der Platten 1, 2 in Fig. 1. Die mittlere Platte 3 hat 2 Gruppen von Kanälen 7", 7' ' ', von denen eine Gruppe 7' ' in die Oberfläche der oberen Flachseite der Platte 3 und die andere Gruppe 7''' in die Oberfläche der unteren Flachseite der Platte 3 eingeformt ist. Zwischen diesen 2 Gruppen von Halbkanälen 7¹', 7¹¹¹ befindet sich eine Gruppe von Bohrungen 6¹' für das Fluid, das auch die Bohrungen 6 und 6¹ durchströmt. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscherkörper sind die Platten 1, 2, 3 mittels Klebung 9 so miteinander verbunden, daß aus den Halbkanälen 7' und 7'' sowie den Halbkanälen 7'" und 7 die vollständigen Fluidströmungskanäle 8', 8 entstehen. Wie leicht zu erkennen ist, können durch entsprechendes Kombinieren von mehr als drei Platten noch größere und leistungsfähigere Wärmeaustauscherkörper aufgebaut werden. Die Gruppen von Bohrungen 6, 6', 6¹¹ an den Querseiten des Wärmeaustauscherkörpers sind jede für sich von Dichtungen 10, 10', 10¹¹ für den Anschluß von Fluidzufuhr-, -Abführ-, bzw. -Umlenkhauben versehen. Diese

Anordnung ist hier vorteilhaft, weil die Wärmeaustauschleistung in der mittleren Platte 3 wegen des Vorhandenseins von 2 nutenförmigen Fluidkanälen 7'', 7''' größer als in den außen liegenden Platten 1 und 2 ist. Durch die Gruppe von mittleren Bohrungen 6¹¹ muß also, um die gleiche Austauschleistung wie in den Platten 1 und 2 zu erzielen, mehr Wärmeaustauschfluid fließen als durch die Gruppe von Bohrungen 6 und 6' oder es müßte beispielsweise eine entsprechend größere Anzahl von Bohrungen 6'' vorhanden sein. In jedem Fall wäre die durch die Kanäle 6" in der mittleren Platte 3 strömende Fluidmenge größer als die durch die anderen Kanäle 6, 6' strömende Menge. Das läßt einen separaten Anschluß für die Versorgung mit Fluid wenigstens für die in der mittleren Platte 3 liegende Gruppe von Kanälen 6·' zweckmäßig erscheinen.

In Fig. 3 ist ein Wärmeaustauscherkörper 5 dargestellt, der aus zwei entlang ihrer schmalen Längsseiten kombinierten Modulen 11, II¹ aufgebaut ist. Jeder der Module 11, II¹ entspricht in seinem Aufbau im Prinzip dem in Fig. 1 gezeigten Wärmeaustauscherkörper. Die Module 11, II¹ sind durch eine hier nicht sichtbare Dichtung, die zwischen die entlang der Kopplungszone 12 befindlichen Flächen eingelegt ist und durch ebenfalls nicht dargestellte Zuganker fluiddicht aneinander gekoppelt. Eine andere Methode, Module 11 miteinander fluiddicht zu verbinden, besteht im Aneinanderkleben der Flächen, die kombiniert werden sollen. Selbstverständlich können auch aus mehr als zwei Platten aufgebaute Module in der vorbeschriebenen Weise und nach den vorgenannten Methoden zu größeren Wärmeaustauscherkörpern kombiniert werden.

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In Fig. 4 ist ein Wärmeaustauscherkörper 5 gezeigt, der aus 4 Modulen 11, II¹, II'¹, II¹¹¹ durch Verkleben oder Kitten entlang je einer langen Seitenfläche und je einer Stirnfläche eines jeden der Module entstanden ist. Beim Verkleben wurde darauf geachtet, daß die jeweils zusammengehörenden Fluidkanäle der Module 11, 11', 11'', 11'^fl genau fluchteten. Jedes der Module 11, 11', 11'·, II¹¹¹ entspricht im Prinzip dem durch Fig. 2 dargestellten und dort beschriebenen Wärmeaustauscherkörper.

Durch die Figuren 5 und 6 sind aus zwei Platten 1, 2 aufgebaute Wärmeaustauscherkörper 5 dargestellt, in denen sowohl die Fluidkanäle 8 für das wärmeabgebende als auch diejenigen für das wärmeaufnehmende Fluid 6, 6¹ parallel zueinander verlaufen. Die Bohrungen 6, 6' liegen zwischen den in die Oberflächen der großen Flachseiten der Platten eingeformten Kanäle 7, 7' bzw. zwischen den aus letzteren entstandenen Fluidströmungskanälen 8. Durch eine solche Anordnung können die Platten 1, 2 und damit die Wärmeaustauscherkörper 5 wesentlich flacher ausgeführt werden, was bei mindestens gleicher Wärmeübertragungsleistung zu Material- und damit zu Kosteneinsparungen führt. Außerdem können derartige Wärmeaustauscherkörper enthaltende Wärmeaustauscher direkt nach dem Gegen- oder dem Gleichstromprinzip betrieben werden. Umlenkköpfe oder -Kästen für die Fluide, wie sie bei senkrecht zueinander angeordneten Gruppen von Fluidkanälen dann notwendig werden, wenn ein Fluid, z.B. das die Bohrungen durchströmende Fluid, nach dem Kreuzgegenstrom oder dem Kreuzgleichstromprinzip den Wärmeaustauscher durchströmen, werden dann nicht mehr benötigt. Allerdings werden bei Wärmeaustauscherkörpern oder Modulen gemäß Fig. 5 aufwendigere Anschlußstücke für die verschiedenen Gruppen von Fluidkanälen 6, 6', 8 benötigt. Solche speziellen Anschlußstücke sind bei der

abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 6 nicht mehr erforderlich. Hier sind die Bohrungen 6, 6¹ an den Stirnseiten 13 des Warmeaustauscherkorpers 5 z.B. durch eingekittete Pfropfen 29, die beispielsweise aus Apparatebaugraphit bestehen, verschlossen und es wird die Verbindung der Bohrungen 6, 6' nach außen durch Anschlußbohrungen 14 hergestellt, die von den äußeren in der Figur nach oben und unten zeigenden Oberflächen der Platten 1, 2 ausgehen und bis in die Bohrungen 6, 6¹ reichen. Von diesen Anschlußbohrungen sind hier nur die nach oben zeigenden 14 zu sehen. Diese in den großen oberen und unteren Flachseiten 15 des Wärmeaustauscherkörpers 5 mündenden Anschlußbohrungen 14 können in einfacher und vorteilhafter Weise mit einfachen Fluidzu- und -Ableithauben verbunden werden.

Die Darstellungen der Fig. 7 veranschaulichen einige der Ausführungsmöglichkeiten für die von den Oberflächen der großen Flachseiten der Platten ausgehenden Fluidkanäle und Möglichkeiten für deren Anordnung.

In Fig. 7a und 7b sind sich zu einem Gesamtkanal 8 ergänzende nutenförmige Teilkanäle 7, 7' mit senkrechten Seitenwänden 16 und mit ebenem (Fig. 7a) sowie mit gerundetem (Fig. 7b) Boden 17 veranschaulicht. Senkrecht zu den Kanälen 8 verlaufen die Bohrungen 6, 6' für das zweite wärmetauschende Fluid. In Fig. 7c sind entsprechende Kanäle mit schrägen, geraden Seitenwänden 16 und abgerundeten Böden 17, 17' dargestellt. Die Böden 17, 17' können auch eine andere Form haben. Fig. 7d gibt Strömungskanäle 8 wieder, die aus Teilkanälen 7, 7' mit einem mehr parabelartigen Querschnitt zusammengesetzt sind. Fig. 7e zeigt in die Oberfläche der großen Flachseiten der Platten 1, 2 eingeformte Fluidkanäle 7, 7', die sich nicht, wie in den Fig. 7a bis d, zu symmetrisch

aufgebauten Kanälen 8 ergänzen, sondern sich gegeneinander versetzt, abwechselnd in die obere 1 und in die untere Platte 2 erstrecken. Wie in den Figuren 7a bis 7d, verlaufen auch hier die Bohrungen 6, 6¹ senkrecht zu den Kanälen 7, 7¹. In Fig. 7f ist ein Teilquerschnitt durch einen aus zwei Platten 1, 2 aufgebauten Warmeaustauscherkorper 5 wiedergegeben, in dem die beiden Gruppen 6, 6¹ und 8 von Fluidströmungskanälen parallel zueinander verlaufen und die Bohrungen 6, 6' in die Zwischenräume zwischen den Kanälen versenkt sind. Durch diese Anordnung können besonders flache Wärmeaustauscherkörper bzw. Module hergestellt werden.

Fig. 8 veranschaulicht einen mit einem Wärmeaustauscherkörper 5 ausgerüsteten Wärmeaustauscher für die Verwendung im Rauchgasstrom nach einer Heizkesselanlage. Der Wärmeaustauscherkörper 5 ist durch einen Teillängsschnitt kenntlich gemacht. Es sind die von abgekühltem Kesselspeisewasser aus dem Rücklauf einer Heizungsanlage durchflossenen Gruppen von Bohrungen 6, 6' und eine der Dichtungen 10 zu sehen, mit denen der Übergang vom Wärmeaustauscherkörper auf die Wasserzu- 18 bzw. die in den Fig. 9 bzw. 10 sichtbaren Wasserab- 19 oder-Umlenkhauben 20 abgedichtet ist. Die Rauchgase treten an der oberen Haube 21 in den Wärmeaustauscher ein, durchströmen ihn unter Abkühlung im Wärmeaustauscherkörper 5 bis unter den Taupunkt des in ihnen enthaltenen Wasserdampfes von oben nach unten und verlassen ihn nach Durchströmen des Kondensatsammelbehälters 22 durch die Austrittshaube 23, die in Fig 9 zu sehen ist. Der Kondensatsammelbehälter 22 kann Hilfsmittel zur Neutralisation des Kondensates, z.B. basisches Granulat aus Magnesiumoxid, enthalten.

In Fig. 9, die eine Ansicht zeigt, in der der Wärmeaustauscher der Fig. 8 um 90 ° um seine vertikale Achse gedreht ist, sind in der oberen Hälfte in einem Teillängsschnitt durch den Wärmeaustauscherkörper 5 die Fluidkanäle 8 für das Durchströmen mit Rauchgasen abgebildet. Der Verlauf der Rauchgasströmung kann anhand der zu Fig. 8 gemachten Angaben nachvollzogen werden. Zum Verständnis der folgenden Ausführungen wird empfohlen, Fig. 10 mit heranzuziehen. Das die Wärme aus den Rauchgasen aufnehmende Wasser tritt über den Wasserzuführungsstutzen 18 in den Wärmeaustauscher ein. Es verteilt sich in einem Verteilerkasten 28, der die dem Wassereintritt zugekehrte halbe Schmalseite des Wärmeaustauscherkörper 5 dichtend überdeckt, durchströmt die untere Hälfte des Wärmeaustauscherkörpers 5 in den waagerecht angeordneten, auch in Fig. 10 sichtbaren Bohrungen 6, 6', tritt auf der anderen Seite des Wärmeaustauscherkörpers 5 in einen Umlenkkanal 20 ein, der die auf der der Wasserzu- und -Abführung gegenüberliegenden Schmalseite des Wärmeaustauscherkörper liegenden Öffnungen der Bohrungen 6, 6¹ überdeckt, fließt in diesem Kanal in die obere Hälfte des Wärmeaustauschers, tritt dort, dieses Mal in umgekehrter Fließrichtung als im unteren Teil des Wärmeaustauscherkörpers 5, in die Bohrungen 6, 6¹ der oberen Hälfte des Wärmeaustauscherkörpers ein, strömt durch diese Bohrungen 6, 6¹ in die Wassersammeihaube 24 und verläßt den Wärmeaustauscher durch den Wasseraustrittsstutzen 19. Der Wärmeaustauscher wird also im Kreuzgegenstrombetrieb gefahren.

In Fig. 10 sind mittels eines Querschnitts entlang der Ebene C-C der Fig. 9 die bezüglich ihrer Funktionsweise bereits in den vorhergehenden Figuren beschriebenen Teile des Wärmeaustauschers, nämlich die Rauchgaskanäle 8, die Kühlwasserbohrungen 6, 6', die Wasserumlenkhaube 20, die

Wassersammeihaube 24 und der Wasseraustrittsstutzen des aus zwei Platten 1, 2 aufgebauten Wärmeaustauscherkörpers 5 wiedergegeben.

An den Figuren 8, 9 und 10 ist auch zu erkennen, daß der Wärmeaustauscherkörper 5 und die direkt an ihn gekoppelten Teile mittels mit Tellerfedern 25 ausgerüsteten, durch Muttern 27 gespannten Zugankern 26 zusammengehalten werden. Diese Konstruktionsweise gestattet temperaturbedingte Dehnungen und Schrumpfungen der Teile ohne daß es in ihnen zu kritischen Spannungen oder zu Undichtigkeiten an Kopplungszonen kommt. Bei sehr kleinen Wärmeaustauschern kann auch auf eine Bewehrung mit Federelementen verzichtet werden.

Bezugszeichenliste

1, 2,

6, 6' , 6"

10,10',10''

Platten, aus denen Wärmeaustauscherkörper aufgebaut sind

Oberflächenzonen, verklebt

Wärmeaustauscherkörper

Bohrungen in den Platten bzw. Modulen

Kanäle, in mindestens eine Oberfläche der Flachseiten der Platten eingeformt

Fluidströmungskanäle, aus Kanälen 7-7¹¹¹ entstanden

Klebefuge, Verbindung der Platten miteinander darstellend

Dichtung zum Abdichten des Anschlusses der Fluidzuführungshaube

11,11',11'',11' " Module zum Aufbau größerer Wärmeaustauscherkörper

17, 17'

Kopplungszone zwischen Modulen Stirnseiten des Wärmeaustauscherkörpers Anschlußbohrungen für 6, 6'

große Flachseiten der Wärmeaustauscherkörper

Seitenwände in Fluidkanälen Böden in Fluidkanälen Wasserzuführung am Wärmeaustauscher Wasserabführung am Wärmeaustauscher Wasserumlenkhauben am Wärmeaustauscher

Haube (Rauchgaseingang in den Wärmeaustauscher)

Kondensatsammelbehälter

23 Rauchgasaustrittshaube

24 Wassersammelhaube

25 Tellerfedern 2 6 Zuganker

27 Muttern

28 Wasserverteilerkasten eingangsseitig

29 eingekittete Pfropfen zum Verschließen

von Bohrungen

Claims

Schutzansprüche

1. Aus miteinander fluiddicht verbundenen Platten aufgebauter blockförmiger Wärmeaustauscherkörper (5) mit in voneinander im Abstand befindlichen Ebenen angeordneten, in jeder dieser Ebenen parallel verlaufenden Kanälen, durch die miteinander über den Wärmetauscher wärmetauschende Fluide voneinander getrennt und so geleitet werden, daß die Kanäle zweier benachbarter Ebenen stets von verschiedenen Fluiden durchströmt werden, wobei die Platten, aus denen der Wärmeaustauscherkörper aufgebaut ist, im wesentlichen ebene Oberflächen haben und sich in den miteinander fluiddicht verbundenen Flachseiten der Platten zueinander parallel verlaufende, kanalartige Vertiefungen befinden, aus denen die Kanäle für den Durchtritt der wärmetauschenden Fluide gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

der Wärmeaustauscherkörper (5) aus mindestens zwei derartigen Platten (1, 2) aufgebaut ist und sich in mindestens einer der jeweils zwei miteinander verbundenen Flächen kanalartige Vertiefungen (7) befinden, wobei diese Vertiefungen (7) eine erste Gruppe von in einer Ebene liegenden Strömungskanälen (8) für ein erstes wärmetauschendes Fluid bilden und daß jede dieser Platten (1, 2) in mindestens einer Ebene, die dem bodennahen Teil der in ihr befindlichen kanalartigen Vertiefungen (7) benachbart ist, zueinander parallel verlaufende Bohrungen (6) für ein zweites wärmetauschendes Fluid aufweist.

2. Wärmeaustauscherkörper (5) nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

sich in beiden, jeweils miteinander verbundenen Flachseiten der Platten (1, 2) kanalartige Vertiefungen (7, 7') befinden.

3. Wärmeaustauscherkörper (5) nach Schutzanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die kanalartigen Vertiefungen (7, 7¹, 7¹¹, 7¹¹') so angeordnet sind, daß jeder Vertiefung (7, 7¹, 7'¹, 7¹¹¹) in der Oberfläche der einen Platte (1, 2, 3) eine Vertiefung in der Oberfläche der anderen Platte (1, 2, 3) so gegenüber liegt, daß nach dem Verbinden der Platten (1, 2, 3) aus jeweils zwei der gegenüberliegenden Vertiefungen (7, 7', 7¹¹, 7¹¹¹) je ein kompletter Strömungskanal (8, 8¹) für ein erstes wärmetauschendes Fluid entstanden ist.

4. Wärmeaustauscherkörper (5) nach Schutzanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die kanalartigen Vertiefungen (7, 7¹) so angeordnet sind, daß sich die längsseitigen öffnungen der Kanäle (7) in der einen Platte (1) nicht mit den längsseitigen öffnungen der Kanäle (7¹) in der anderen Platte (2) überschneiden, daß aber die sich im Bereich der jeweiligen Verbindungsebene schräg gegenüberliegenden Kanäle (7, 7') ein System von Strömungskanälen (7, 7¹) für ein erstes wärmetauschendes Fluid bilden.

5. Wärmeaustauscherkörper (5) nach Schutzanspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bohrungen (6, 6¹) für das zweite wärmetauschende Fluid mindestens zum Teil in den Zwischenräumen zwischen den kanalartigen Vertiefungen (7, 7¹) verlaufen.

6. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem der Schutzansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7, 8) einerseits und die Bohrungen (6) andererseits im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.

7. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem oder mehreren der vorstehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7) einerseits strömungsgünstig ausgebildet sind und andererseits ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen haben.

8. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem oder mehreren der vorstehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Platten (1, 2) gebildet ist.

9. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem oder mehreren der vorstehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehr als zwei übereinander angeordneten Platten (1, 2) gebildet ist.

10. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem oder mehreren der Schutzansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

er aus mindestens zwei entlang ihrer Längs- oder Querseiten oder entlang dieser beiden Seiten aneinandergefügten Wärmeaustauschermoduln (11) besteht, die ihrerseits aus mindestens zwei übereinander angeordneten, miteinander verbundenen Platten (1, 2) bestehen.

11. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem oder mehreren der vorstehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Platten (1, 2) und/oder die aus Platten (1, 2) bestehenden Module (11), aus denen er aufgebaut ist, miteinander durch Kitten oder Kleben verbunden sind.

12. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem oder mehreren der Schutzansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Platten (1, 2) und/oder die aus Platten (1, 2) bestehenden Module (11), aus denen er aufgebaut ist, miteinander durch Zuganker verspannt sind und sich zwischen den Grenzflächen der aneinander grenzenden Platten (1, 2) oder Module (11) Dichtungen befinden.

13. Wärmeaustauscherkörper (5) nach Schutzanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

die Dichtungen aus einem Werkstoff aus der Gruppe Graphit, hochfluorierte organische Polymere, Polyarylamid, Silicone, natürlicher oder synthetischer Gummi, oder aus mit Füllstoffen oder mit verstärkenden Einlagen versehenen Dichtungen aus diesen Stoffen bestehen.

14. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem oder mehreren der vorstehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus Kohlenstoff oder Graphit besteht.

15. Wärmeaustauscherkörper (5) nach einem oder mehreren der vorstehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mit einer erhärtenden Flüssigkeit imprägnierten Kohlenstoff oder Graphit besteht.

16. Wärmeaustauscherkörper (5) nach Schutzanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß seine Bohrungen (6) und Kanäle (7, 8) frei von Häuten oder Filmen des Imprägniermittels sind.

17. Wärmeaustauscherkörper (5) nach Schutzanspruch oder 16,

dadurch gekennzeichnet, daß er aus fluiddichtem Apparatebaugraphit besteht.