DE3242845C2

DE3242845C2 - Wärmetauscher für Gase stark unterschiedlicher Temperaturen

Info

Publication number: DE3242845C2
Application number: DE3242845A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 8000 München Hagemeister
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1982-11-19
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1986-03-20
Also published as: NO834249L; JPS622240B2; NO160741B; JPS59131890A; IT8323321A0; DE3242845A1; GB2130355B; IT1169848B; GB2130355A; NO160741C; US4632182A; FR2536521B1; FR2536521A1; GB8331032D0

Abstract

Es wird ein Wärmetauscher sowie ein Herstellungsverfahren desselben behandelt, bei dem der Wärmetauscherboden unter Berücksichtigung der festigkeitsseitigen Anforderungen in Schichtbauweise thermoelastisch flexibel aufgebaut ist. Jede Schicht besteht u. a. aus zwei komplementären Blechschalen, die mit Vorverformungen zum An- oder Umschließen der Matrixprofilenden sowie zur gegenseitigen Fügbarkeit der Schichten ausgestattet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß Anspruch 16.

Aus der DE-OS 29 07 810 ist z. B. ein Wärmetauscher bekannt, dessen im Heißgasstrom liegende Kreuz-Gegenstrom-Matrix aus separaten Röhrchen oder lanzettenartigen, hohlen Strömungsprofilen besteht, die einerseits an eine erste stationäre Rohrführung zur Druckluftzufuhr in die betreffenden Matrixhohlprofilkörper und andererseits an zweite stationäre Rohrführungen angeschlossen sind, aus der die über die Matrix aufgeheizte Druckluft einem Verbraucher zugeführt werden soli. Hierbei können die beiden getrennten Rohrführungen entweder in ein gemeinsames Sammelrohr integriert sein oder sie können von im wesentlichen parallel nebeneinander angeordneten Einzelrohren gebildet sein. Bevorzugt sollen bei einem derartigen Wärmetauscher die betreffenden Druckluftkanalführungen (Röhrchen, Hohlprofilkörper) der Matrix gegenüber dem bzw. den betreffenden Sammelrohren seitlich U-förmig auskragend verlaufend angeordnet sein.

Es sind aber auch Wärmetauscherkonfigurationen denkbar, bei denen die aus den Röhrchen oder Hohlprofilen gebildete Matrix, die von den Heißgasen zu beaufschlagen ist, nicht seitlich U-förmig auskragend verläuft, sondern bei der die betreffenden Röhrchen oder Hohlprofile der Matrix z.B. an ein Lufteintrittsrohr angeschlossen -sind und mit ihren übrigen Enden in einen Umlenksammelkasten auslaufen, wobei der übrige Matrixteil, der aus den Röhrchen oder Hohlprofilen gebildet ist, eintrittsseitig an den die Druckluft umlenkenden Sammelkasten, austrittsseitig mit einer weiteren Rohrführung gekoppelt ist, über die die aufgeheizte Druckluft dem betreffenden Verbraucher zugeführt werden kann.

Bei den eingangs beschriebenen Wärmetauscherkonfigurationen bereitet es nach wie vor verhältnismäßig große Schwierigkeiten, eine betriebssichere Verankerung bzw. »Verwurzelung« der Matrix-Hohlprofilkörper oder -Röhrchen mit dem betreffenden Wärmetauscherboden zu schaffen. Ein bisher diskutiertes Verfahren bei, dem die betreffenden Matrix-Röhrchen oder Hohiprofilkörper mit dem Wärmetauscherboden verschweißt oder verlötet werden sollten, genügte einerseits nicht den Anforderungen hinsichtlich der betrieblich gewünschten Festigkeit des Matrix-Verbundes unter gleichzeitiger Gewährleistung einer optimalen Abdichtung, und zwar insbesondere im Hinblick auf stark unterschiedliche Temperaturbeanspruchungen, die z. B. durch instationäre Betriebszustände einer Turbomaschine, bzw. eines Gasturbinentriebwerks hervorrufbar sind, mit der Folge von Materialspannungen, die zumindest bei länger anhaltendem Betrieb zu Rissen im Übergangsbereich zwischen betreffenden Hohlprofilkörpern und dem Wärmetauscherboden geführt haben; es ist dabei nämlich zu erwarten, daß der betreffende jeweilige Matrixrandbereich des Wärmetauschers Gas- und Lufttemperaturänderungen wesentlich schneller als der übrige Rohrbereich folgt, weil dort die für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Fläche wesentlich größer ist

Zur Erstellung der eingangs erörterten Wärmetauscherkonfigurationen wird von einer äußerst präzisen Vorfertigung der Öffnungen im Wärmetauscherboden bzw. in den Böden ausgegangen, uir,4ie Röhrchen oder Hohlprofile in die Eiöden einsetzen zu können, wobei in sinngemäßer Anpassung an die Vielzahl dieser Bohrungen eine entsprechend genaue Anpassung der Rohrenden bzw. Profilenden für die Montage erforderlich wird, :;-id zwar insbesondere mit Rücksicht auf möglichst gering und gleichförmig zu dimensionierende Lötfugen, um beim späteren Fügen des Matrixverbundes mit dem Wärmetauscherboden örtlich unterschiedliche Lotverlagerungen von vorneherein auszuschließen, die wiederum in der Praxis zu einem mangelnden Verbund auf der einen Seite sowie zu Undichtigkeiten auf der anderen Seite führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wärmetauscherkonfigurationen der eingangs angegebenen Art eine optimale Verbindung (Hohlprofil/Boden) hinsichtlich erforderlicher Festigkeit und Dichtheit trotz wechselnder Temperatureinflüsse zu erzielen.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkma>en des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst

Durch den erfindungsgemäß angegebenen Wärmetauscheraufbau ergibt sich u. a. auf vergleichsweise einfache Weise eine forrnschlüssige Verankerung und Bej5 festigung der Rohr- bzw. Hohlprofilenden der Matrix mit dem Wärmetauseherboden, wobei vorteilhafterweise auf die äußerst präzise Vorfertigung und relativ genauen Toleranzeinhultungen bei den öffnungen in den Wärmetauscherböden verzichtet werden kann. Gleichzeitig ergibt sich diie Möglichkeit einer erleichterten partiellen Auswecbselbarkeit etwaiger beschädigter Bodenstrukturelemente.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung äußert sieb darin, daß ein thermoelatisch flexibler Wärmetauscherboden geschaffen werden kann, so daß z. E-. etwaige durch unterschiedliche Temperaturgradienten hervorgerufene Profiilknickungen weitestgehend ausgeschlossen sind. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung durch die betreffende Gestaltungsmöglichkeit der Wärmetauscherbodenstruktur eine optimale aerodynamische Zuströmung des vorzuwärmenden Mediums (Druckluft) aus einem Sammelrohr, d. h. also von dessen Wärmetauscherbodeninnenseite aus in die betreffenden Hohlprofilkörper der Matrix.

Im Rahmen der angegebenen Lösung kann ferner ein Wärmetauscher geschaffen werden, bei dem der Matrixanschlußbereich (Boden) für die Hohlprofilkörper oder Röhrchen durch baukastenähnliches Zusammenfü-

gen im Interesse einer verbilligten Massenanfertigung einfach erstellbar ist, wobei gleichzeitig damit einhergehend, den thermischen und festigkeitsseitigen Anforderungen weitestgehend entsprochen werden kann.

Vorteilhaft bleibt ferner eine gesonderte, komplizierte Verbindungsweise von Hohlprofilkörpern bzw. deren Enden mit dem Wärmetauscherboden dann erspart, wenn zugleich mit dem Zusammenfügen beider Blechschalen zu einer Schicht über die gegenseitigen Ausformungen die Matrixhohlprofilkörper selbst gebildet werden.

Bezüglich weiterer Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes wird auf die Patentansprüche 2 bis 16 verwiesen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen stirnseitig gesehenen Abschnitt eines schichtweise zusammengesetzt?" Wärmetauschcrbodens mit über jeweils beide Blechschalen einer Schicht von den betreffenden Profilausformungen umschlossenen Hohlprofilkörperenden,

Fig. 2 eine perspektivische Außenflächendarstellung der einen zu einer Schicht gehörenden Blechschaie,

F i g. 3 eine perspektivische Innenflächendarstellung der anderen, zu F i g. 2 passenden Blechschale,

Fig.4 eine perspektivische Darstellung der zu einer Schicht zusammengefügten beiden Blechschalen nach F i g. 2 und 3,

F i g. 5 eine in Abweichung von F i g. 4 zwei hintereinander liegende Profilausformungen enthaltende, eine Schicht bildende Blechschalenkonfiguration,

F i g. 6 einen quer zur Schichtstruktur verlaufenden Wärmetauscherbodenausschnitt, worin benachbarte Profilausformungen nebst darin enthaltenen Hohlprofilkörperenden als Quermittelschnitt wiedergegeben sind,

F i g. 7 einen die äußere Bodenstruktur nebst Profil- und Ausformungsfeld in Schichtrichtung abgewinkelt darstellenden Ausschnitt aus dem Wärmetauscherboden nach F i g. 6.

F i g. 8 den wärmetauscherbodeninnenseitig gesehenen Ausschnitt nach F i g. 7,

Fig. 9 einen gemäß Fig.8 gesehenen, jedoch hier einen kontinuierlich gewellten Verlauf der der Blechschalen verdeutlichenden Wärmetauscherbodenausschnitt.

Fi g. 10 einen die äußere Bodenstruktur nebst Profil- und Ausformungsfeld in Schichtrichtung abgewinkelt darstellenden Ausschnitt aus einem gegenüber Fig. 7 und 9 abgewandelten Wärmetauscherboden, indem ein periodisch geknickter Fügeverlauf gegenseitiger Blechschalenpartien vorgesehen ist,

F i g.! 1 den wärmetauschbodeninnenseitig gesehenen Ausschnitt nach F i g. 9,

F i g. 12 einen im Sinne der F i g. 6 gesehenen Querschnitt des Wärmetauscherbodens nach F i g. 10 und 11,

F i g. 13 einen im Sinne der F i g. 6 gesehenen Querausschnitt aus einem gegenüber Fig. 1 bis 12 weiter abgewandelten Wärmetauscherboden,

Fig. 14 ein die Variante nach Fig. 13 perspektivisch verdeutlichendes Schaubild mehrerer schichtweise aneinandergefügter Blechschalen mit dabei räumlich zueinander versetzt ineinandergreifenden Profilausformungen,

F i g. 15 einen außenwandseitigen Wärmetauscherbodenteilausschnitt unter Zuordnung von Blechschalenprofilausformungen für einen nahezu tangentialen Matrixhohlprofilkörperanschluß.

Fig. 16 einen im Sinne der Fig.6 gesehenen Querausschnitt aus einem gegenüber Fig. 1 bis 14 weiter abgewandelten Wärmetauscherboden unter Zuordnung einer endflächenkongruenten Hohlprofilkörperverbins dung mit den Blechschalenausformungen und

Fig. 17 ein grundsätzlich die Variante nach Fig. 16 perspektivisch verdeutlichendes Schaubikl zweier verschweißter komplementärer Blechschalen, deren Ausformungen — in Abwandlung zur Fig. 16 — zugleich

to die Hohlprofilkörper bereitstellen.

Gemäß F i g. 1 soll die Basis eines Feldes von Stangen, Rohren oder Profilen, bzw. lanzettenförmigen Hohlprofilkörpern 12, 13, 17 derart gegliedert sein, daß die im Feld hintereinanderliegenden Hohlprofilkörper 12, 17, 13 jeweils einer Schicht 10 bzw. 10' bzw. Ill zugeordnet werden. Die Bodenkonstruktion zur Halterung und Zuordnung der Hohlprofilkörner, z. B. 12, innerhalb einer Schicht 10, besteht aus zweii komplementären, streifenförmigen Blechschalen 14.15 (F i g. 2 bis :!>). die lokal so profiliert sind, daß sie die zu einer Schichit 10 gehörigen Profile an deren Füßen über gegenseitig halbseitig offene Ausformungen 19,20 fluiddicht umschließen können. F i g. 1 zeigt also prinzipiell und am Beispie! eines aus lanzettenförmigen Hohlprofilkörpern 12., 13, 17 eines Wärmetauschers gebildeten Profilfeldes die im Sinne der Erfindung gemeinten Schichten 10, HO', 11 (unterschieden durch Wechsel der Schraffur), deren weitere speziell«? Gestaltbarkeit im folgenden beschrieben wird. Die Heißgashauptdurchströmrichtung ist mit C bezeichnet.

In den F i g. 2 und 3 sind komplementäre Ausschnitte der streifenförmigen Blechschalsn 14,15 dargestellt, die nach dem Zusammenfügen (Fig.4) durch ihre entsprechenden örtlichen Profilausformungen 19, 20 die Enden der im Beispiel nach F i g. 1 gezeigten Hohlprofilkörper 12,13,17 fluiddicht umschließen sollen.

Die derart gebildete Kombination — in den Fig.4 und 5 ohne Hohlprofilkörper des Beispiels nach Fig.! dargestellt — ist im Prinzip das Grundeleirnent, aus dem eine Schicht der erfindungsgemäßen Bodenstruktur zusammengesetzt wird. In Fig.5 ist gezeigt, wie diese Elemente sich in Längsrichtung der Schicht wiederholen. Ober die Höhe einer solchen Schicht lassen sich verschiedene Wandabschnitte 1, Γ, 2, 2', 3, 3' unterscheiden, die auch funktionell verschiedenen Aufgaben dienen können. Der jeweils äußere Wandabschnitt 1, Γ dient der Halterung und Positionierung der örtlich einmündenden Rohre oder Hohlprofilkörper. Der jeweils innere Wandabschniti 2, 2' «teilt die Konlaktfläche zur

so benachbarten Schicht durch seine nach außen zeigende Seitenwand dar. Er kann auch Längs- oder Bieg.spannungen, die aus den Betriebsbeanspruichur.gen des durch die Schichten struktuierten Behälterbodens resultieren, aufnehmen. Dazwischen liegt ein jeweiliger

Obergangswandabschnitt 3,3', der die räumliche Breite der aus zwei Blechschalen 14·, 15 gebildeten Schicht definiert Durch Form und Verlauf der betreffenden Übergangswandabschnitte 3, 3' — zwischen den Wandabschnitten 1, 1' und 2, 2' - kann Einfluß genommen werden auf die Steifigkeit des strukturierten Behälterbzw. Wärmetauscherbodens sowie die Lastaufnahme und -übertragung, insbesondere in Richtung der Breite des Bodens.

Beim Verformen der Blechschalen können beliebige Oberflächenkonturierungen und reliefartige Profilierungen eingepreßt werden, z. B. in Form von Noppen, Wellen und Falten, mit denen die örtlichen Eigenschaften der Bodenstruktur im Hinblick auf die Strukturstei-

figkeit den Erfordernissen der Herstellung und der Betriebsbedingungen angepaßt werden können.

Das Fügen der Bauteile zu einer kompletten Schicht erfolgt verfahrensgemäß in der Weise, daß die der Schicht zugehörigen Rohre oder Hohlprofilkörper in ihre Position gebracht und danach ihre Enden von den Entsprechend vorgeformten Ausformungen 19, 20 der komplementären Blechschalen 14, 15 fluiddicht umschlüüen werden. Durch entsprechende Formwerkzeuge werden die Teile anschließend spielfrei zusammengepreßt und an ihren kontaktierenden Seitenflächen, die vorzugsweise den äußeren Wandabschnitten 1, Γ zugehörig sind, stoffschlüssig gefügt. Das kann durch Schweißen, Löten oder Diffusionsverbinden erfolgen.

Die auf diese Weise komplettierten Schichten werden anschließend so nebeneinander angeordnet, daß das Rohr- bzw. Profilfeld — wie in Fig. 1 beispielsweise gezeigt — entsteht. Im Querschnitt gesehen, stehen die Schichten dann, wie in F i g. 6, gezeigt nebeneinander, so daß sich die Außenflächen der innenwandabschnitte 2, 2' berühren. Durch stoffschlüssiges Fügen dieser Flächen entsteht sodann der Boden des Rohr- bzw. Profilfeldes, wobei dieses stoffschlüssige Fügen z. B. ebenfalls durch Schweißen, Löten oder Diffusionsverbinden erfolgen kann.

F i g. 7 veranschaulicht einen entsprechenden Ausschnitt des derart entstandenen Wärmetauscherbodens nach F i g. 6.

In F i g. 8 ist die Wärmetauscherbodeninnenseite dieser Konfiguration nach F i g. 7 dargestellt, wobei die betreffenden Innenwandabschnitte 2,2' einen g^radflächigen gegenseitigen Fügeverlauf aufweisen. Im Falle eines Rohr- bzw. Profilwärmetauschers strömt den Innenquerschnitten der Hohlprofilkörper der Matrix von dieser Seite der die Behälterwancung darstellenden Warmetauscherbodenstruktur ein Strömungsmedium, z. B. Druckluft, zu. Um die Zerströmung zu begünstigen, kann es zweckmäßig sein, den Innenwandabschriitten 2, 2' der Blechschalen 14, 15 einen gewellten Verlauf gemäß Fig.9 zu geben. Dabei ist zu beachten, daß dadurch die Längs- und Biegesteifigkeit der Innenwandabschnitte 2,2' beeinflußt werden könnte. Durch Brückenbildung an der Stelle 4 (F i g. 9) könnte einer statischen Instabilität unter der Wirkung von Betriebskiäften entgegengewirkt werden.

Fig. 10 zeigt im Sinne des Profilfeldes nach Fig. 1 eine weitere Möglichkeit zur Darstellung eines strukturierten Wärmetauscherbodens gemäß der Erfindung. Die Fugen F haben dabei einen periodisch geknickten Verlauf. F i g. 11 ist die betreffende Rückansicht der Fig. 10 (wärmetauscherbodeninnenseitig gesehen) und Fig. 12 eine relevante Querschnittsektion der Wärmetauscherbodenkonfigurationen iiach F i g. 10 und 11.

F i g. 13 zeigt einen Querschnitt der Wärmetauscherbodenvariante nach Fig. 14, bei der die Obergangswandabschnitte 3", 3'" einen kürzeren Verlauf nehmen als in F i g. 5 oder F i g. 6. Die jeweils äußeren Wandabschnitte sind in diesem Beispiel (s. h. auch Fig. 14) ausgeschnitten (Ausscheidungen 23). Dadurch wird das thermische Ausdehnungsverhalten der Struktur beeinflußt sowie die Steifigkeit der oberen Wandabschnitte gemindert, und damit die unerwünschte Einleitung von Spannungen in dieses Gebiet gemindert

Nicht weiter dargestellt, können beim Verformen der Blechschalen an kritischen Stellen, wie z. B. an den Innenradien der Ausschneidungen oder am jeweils unteren Rand derselben wandverstärkende Blechkrempen angeformt werden.

Der durch Zusammenfügen der Schichten entstehende Wärmetauscherboden kann eben oder gekrümmt sein, je nach der allgemeinen Form des Behälters oder Bauteils, dessen Bestandteil er ist. Der ebene Boden wird durch geradlinige, gekrümmte, bzw. der Krümmung folgende Schichten gebildet.

Jede Schicht kann Teil eines Rahmens mit geschlossenem Umfang sein. Durch Zusammenfügen der Schichten entsteht sodann ein Sammelrohr, dessen Umfang durch den besagten Rahmen dargestellt wird. Dieser Rahmen kann sowohl eine eckige als auch eine runde Gestalt haben. Im letzteren Falle entsteht durch das Aneinanderfügen der Schichten ein runder Sammelrohrmantel. Das entstandene Sammelrohr kann also einen quadratischen, vieleckigen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Die Belegung des Umfanges eines solchen Rahmens mit Rohren oder Hohlprofilkörpern kann partiell sein. Die nicht mit Rohren oder Hohlprofilkörpern belegten äußeren Wandabschnitte 1, Γ der Schichten weisen dann einen geschlossenen Verlauf auf, können aber reliefartig strukturiert sein, um den Verlauf der Steifigkeit der Gesamtstruktur in optimaler Weise zu beeinflussen.

Durch entsprechende Gestaltung, insbesondere der äußeren Wandabschnitte 1, Γ der Blechschalen, können Anschlüsse der Rohre oder Hohlprofilkörper auch unter einem von 90° abweichenden Winkel zum Verlauf der Schichten in dieselben einmünden.

Gemäß Fig. 15 können also z.B. die im äußeren Randbereich des Wärmetauscherbodens liegenden Wandabschnitte 1, Γ, 3,3' der Blechschalen mit Matrixausformungen 24 für einen im wesentlichen tangentialen Anschluß bzw. eine entsprechende Ausbildung eines oder mehrerer Matrixprofilkörper 25 am Wärmetauscherboden ausgestattet sein.

Der schichtweise Aufbau der Bodenstruktur — wie z. B. zuvor erläutert und in F i g. 6,12,13 im Querschnitt dargestellt - kann auch in der Weise erfolgen, daß die Schicht über dem Umfang und Mantel eines Behälters schraubenförmig verläuft und sich solcherart die seitlichen Flanken derselben Schicht, Gang für Gang wiederholend, nebeneinander legen und zum Mantel gefügt werden.

Im Falle einer geschlossenen Behälterwand kann das Fügen der stegartig nach innen ragenden Innenwandabschnitte 2, 2' der Schichten durch gemeinsames Abschmelzen des inneren Randes zweier solcher zu fügender, benachbarter Innenwandabschnitte 2,2' erfolgen.

Ein Blick z. B. auf die Fig. 6 und 13 macht deutlich, daß durch die Fügung der Schichten eine in Richtung der Breite elastische Struktur entsteht Diese Strukturel?5tizität kann dazu ausgenutzt werden, z. B. thermische Längenausdehnung zu kompensieren. Andererseits wird ebenfalls deutlich, daß diese Struktur von Zugbeanspruchungen in Längsrichtung, wie sie z. B. durch den Abschlußdeckel eines Druckbehälters entstehen, möglichst befreit werden sollte. Es wäre deshalb sinnvoll, für den Fall, daß die aus der Bodenstruktur gebildete Wandung Teil des Mantels eines Druckbehälters ist die hydraulischen Kräfte eines betreffenden Abschlußdeckels über eine spezielle Stützstruktur abzufangen. Dies kann eine aus Stäben gebildete Rahmenkonstruktion oder aber auch die Wandkonstruktion eines eventuell ohnehin erforderlichen Wärmetauschergehäuses sein.

Eine Ausführung der erfindungsgemäßen Konfiguration, bei der zur Verbindung der Einzelteile nur Stumpfschweißnähte 25, 26 bzw. 27, 28 verwendet werden, zeigt Fig. 16. Dieses Beispie! veranschaulicht zugleich

eine über die Stumpfschweißnähte 25, 26 endflächenkongruente Verbindbarkeit zwischen den Enden der Ausformungen 19,20 und den Enden der Hohlprofilkörper 12,13.

Fig. 17 veranschaulicht den Verlauf einer Schweißnaht 27 zur Verbindung zweier komplementärer, streifenförmiger Blechschalen 14,15 einer Schicht, wobei es sich hier also um eine Stumpfnaht handelt. Die derart gebildete Schichtstruktur wird an die ihr benachbarten Schichten ebenfalls durch eine Stumpfnaht 28 (F i g. 16), die die unteren seitlichen Anschlußlippen überbrückt, angeschlossen. An dieser Stelle ist später auch eine Auftrennung der Verbindung möglich, wenn beispielsweise zur Reparatur einzelne Glieder der Struktur ausgewechselt werden müssen.

In Abweichung von Fig. 16 können gemäß Fig. 17 die komplementären Blechschalen 14, IS einer Schicht hinsichtlich der Länge und Gestaltung der betreffenden profilartigen Ansfprmiingen i% 20 so ausgebildet sein, daß beim Zusammenfügen der beiden Bischschalen 14, 15 einer Schicht zugleich die Matrixhohlprofilkörper 20', vorzugsweise in Lanzettenform, fertig ausgebildet sind.

Wie ferner z. B. aus den F i g. 4 und 17 ersichtlich ist, sollen immer die jeweils beiden Blechschalen 14,15 einer Schicht, z. B. 10, F i g. 1, wärmetauscherbodeninnenseitig offene, mit den betreffenden Matrixprofilkörpern 20' (Fig. 17) oder mit den betreffenden anschlußseitigen Ausformungen 19, 20 kommunizierende Aussparungen 16 zwischen sich einschließen.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

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40

45

50

55

eo

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Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher für Gase stark unterschiedlicher Temperaturen, bei dem die einem Heißgasstrom auszusetzende Kreuz-Gegenstrom-Matrix aus einer größeren Anzahl von Röhrchen, insbesondere im Sinne der Heißgasströmungsrichtung strömungsgünstig ausgebildeten, lanzettenartigen, parallel zueinander verlaufenden Hohlprofilkörpern besteht, die mit mindestens einem Wärmetauscherboden seitlich verbunden sind, der Bestandteil eines Sammelrohrs ist, mit dem Druckluft der Matrix zuführbar und/oder aus der Matrix abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherboden (B) aus einzelnen in Sammelrohrlängsrichtung aneinandergefügten Schichten (10, 11) zusammengesetzt ist, die entlang deren gegenseitiger Kontaktflächen fluiddicht miteinander verbunden sind, daß jeot Schicht (10,11) aus zwei komplementären Blechscnalen (14,15) mit gegenseitig halbseitig offenen Ausformungen (19, 20) besteht, die im zu einer Schicht aneinandergefügten Zustand Matrixhohlprofilkörper (20') bilden oder mit denen die Matrixhohlprofilkörperenden fluiddicht umschließbar oder endflächenkongruent fluiddicht verbindbar sind und daß beide Blechschalen (14, 15) einer Schicht (10) wärmetauscherbodeninnenseitig offene, mit den Matrixhohlprofilkörpern (20') oder den betreffenden anschlußseitigen Ausformungen (19, 20) kommunizierende Aussparungen (16) zwischen sich einschließen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten (10, 10', 11) und die jeweiligen BlechschaLn (14,15) so angeordnet und ausgebildet sind, daß bei zusammengefügtem Wärmetauscherboden (B) die strömungsgünstig zugespitzten Enden einer ersten, in Sammeirohrlängsrichtung verlaufenden Matrixprofilreihe (17, 18) zwischen die benachbarten entsprechend profilierten Enden einer weiteren sich in Sammelrohrlängsrichtung erstreckenden Profilreihe (12,13) greifen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils äußeren, an die Ausformungen (19, 20) zweier Blechschalen (14, 15) einer Schicht angrenzenden Wandabschnitte (1, Y) — Fig.5 — neben einer gegenseitigen Befestigung zugleich zur Halterung und Positionierung örtlich einmündender bzw. anzuschließender Matrixprofilenden oder örtlich zu bildender Matrixhohlprofilkörper ausgebildet sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einen Teil der wärmetauscherbodeninnenseitigen Aussparungen (16) einschließende, sich in Schichtlängsrichtung erstreckende Innenwandabschnitte (2, 2') der jeweils komplementären Blechschalen (14,15) Kontakt- und Befestig'jngsflächen gegenüber den benachbarten weiteren Schichten sind. eo

5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen äußeren Wandabschnitten (1,1') zweier Blechschalen (14, 15) einer Schicht (10) und den Innenwandabschnitten (2, 2') liegende, schräg oder leicht geschwungen ausgebildete Übergangsabschnitte (3, 3') der jeweils beiden Blechschalen die räumliche Breite einer Schicht definieren.

6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschalen mit reliefartigen Oberflächenkonturierungen versehen sind, z. B. in Form von Noppen, Wellen oder Falten.

7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauscherbodeninnenseitigen Innenwandabschnitte (2, 2') der Biechschalen (14, 15) einen der Matrixprofilkontur entsprechend gewellten Verlauf aufweisen (F i g. 9).

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den aufgrund der Wellungen sich ergebenden engsten Stellen (4) materialseitige bzw. stoffschlüssige Überbrückungen vorgesehen sind (F i g. 9).

9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandabschnitte (2, 2') der jeweiligen Biechschalen der Schichten in unmittelbarer Nachbarschaft der jeweiligen Matrixprofilendbereiche einen periodisch geknickten Fügeverlauf (Fügestellen F) aufweisen (F i g. 10).

10. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsabschnitte (3", 3'") der jeweiligen Blechschalen — rwischen den äußeren (1, 1') und den Innenwandabschnitten (2, 2') (Fig. 13) — verkürzt abgewinkelt ausgeführt sind, wobei die äußeren Wandabschnitte (1,1') vorzugsweise in denjenigen Bereichen, die zwischen zwei Matrixausformungen (19,20) einer ersten Schicht liegen, bzw. jeweils an eine Matrixausformung (21,22) einer benachbarten Schicht angrenzen, Ausschneidungen (23) aufweisen (F i g. 14).

11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am jeweiligen Innenradius, bzw. unteren Rand der Ausschneidungen wandverstärkende Blechkrempen apgefore:t sind.

12. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht Teil eines Rahmens mit geschlossenem Umfang ist, und durch Zusammenfügen oder Schichten nicht nur der Wärmetauscherboden, sondern ein komplettes Sammelrohr erstellbar ist, dessen Umfang durch den besagten Rahmen dargestellt ist

13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr einen quadratischen, vieleckigen oder kreisförmigen Querschnitt aufweist.

14. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die im äußeren Randbereich des Wärmetauscherbodens liegenden Wandabschnitte (1,1', 3, 3') der Blechschalen mit Matrixausformungen (24) für einen im wesentlichen tangentialen Anschluß bzw. eine entsprechende Ausbildung eines oder mehrerer Matrixprofilkörper (25) am Wärmetauscherboden ausstattbar sind.

15. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils beiden Blechschalen (14, 15) einer Schicht (10, 10', 11) einen schraubenförmig jjewikkelten Sammelbehälter bilden.

16. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß unter Zugrun-

delegung einer Anordnung, bei der die Matrixhohlprofilkörperenden von den Ausformungen der beiden Blechschalen einer Schicht fluiddicht umschließbar sind, zunächst die Matrixhohlprofilkörper in die erforderliche Position gebracht werden, hierauf deren Fußpartien von den entsprechend zugeordneten Ausformungen der Blechschalen umschlossen werden, worauf die Teile spielfrei zusammengepreßt und dann über deren kontaktierende Seitenflächen, vorzugsweise die äußeren Wandabschnitte (I₁1') der Blechschalen, stoffschlüssig gefügt werden, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Diffusionsverbinden, und hiernach die jeweils in vorstehend beschriebener Weise komplettierten Einzelschichten in der Weise dicht aneinandergereiht werden, daß sie über die miteinander kontaktierenden Innenwandabschnitte (2,2') stoffschlüssig fügbar sind, und zwar ebenfalls z.B. durch Schweißen, Löten oder Diffusionsverbinden.