DE60210138T2 - Wärmetauscher mit vorrichtung zum ausgleich von wärmedehnungen - Google Patents

Wärmetauscher mit vorrichtung zum ausgleich von wärmedehnungen Download PDF

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temperature fluid
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heat exchange
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Hiroyuki Yoshida
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der einen Wärmeaustausch zwischen einem Hochtemperaturfluid und einem Niedrigtemperaturfluid ermöglicht.
  • In herkömmlichen Wärmetauschern gab es mehrere Ansätze, um ein Gehäuse aufgrund von Unterschieden in der thermischen Ausdehnung zwischen einem Kern, welcher aus Hochtemperaturfluid-Kanälen und Niedrigtemperaturfluid-Kanälen zusammengesetzt ist, und einem Gehäuse zum Unterbringen des Kerns zu bewahren (japanische Patentanmeldung Laid-open Nr. 9-273 886, japanische Patentanmeldung Laid-open Nr. 10-206 067, japanische Patentanmeldung Laid-open Nr. 8-219 671).
  • Jedoch neigen die oben beschriebenen Wärmetauscher dazu, eine Verschlechterung der Wärmeaustauscheffizienz herbeizuführen. Im Übrigen ist es schwierig, den Kern und das Gehäuse zusammenzubauen, weil die Abdichtung zwischen Kern und Gehäuse kompliziert ist. Dementsprechend ist es vorstellbar, einen wärmebeständigen Füllstoff zu verwenden, der zwischen einem Katalysator eines katalytischen Umwandlers als Abgasemissionssteuergerät eines Fahrzeugs und einem Gehäuse wirkt, weil der wärmebeständige Füllstoff einen Kurzzeitdichtungsmechanismus aufweist, ohne eine Verschlechterung des Wärmeaustausches herbeizuführen.
  • 1 bis 3 zeigen einen solchen Wärmeaustauscher. 1 ist eine Vorderansicht des Wärmetauschers, 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in 1, 3 ist eine Grundansicht des Wärmetauscher. Dieser Wärmetauscher ist mit einem Wärmetauschabschnitt 1 versehen, um einen Wärmeaustausch zwischen einem Hochtemperaturfluid und einem Niedrigtemperaturfluid zu ermöglichen. Der Wärmetauschabschnitt 1 ist in einem Gehäuse 3 angeordnet.
  • Der Wärmetauschabschnitt 1 ist in seinem mittleren Abschnitt mit einem Kern 5 versehen. Ein Kraftstoffeinfüllteil 7, in welches Kraftstoff eingefüllt wird, ist an dem unteren Abschnitt des Kerns 5 in 2 angeordnet, und ein Dampfsammelteil 9, in welchem sich der Dampf nach dem Wärmetausch des eingefüllten Kraftstoffs sammelt, ist an dem oberen Abschnitt des Kerns 5 in 2 angeordnet.
  • Der Kern 5 ist mit einem Hochtemperaturfluid(Hochtemperaturgas-)Kanal 21 und einem Niedrigtemperaturfluid(Kraftstoff-)Kanal 31 in 4 versehen. Der Hochtemperaturfluid-Kanal 21 ist mit einer Rippe 19 in Wellenform ausgebildet, welche in dem rechteckigen Raum angeordnet ist, der durch die Trennplatten 11, 13 und obere und untere Endplatten 15, 17 definiert wird. Der Niedrigtemperaturfluid-Kanal 31 ist mit einer Rippe 29 in Wellenform ausgebildet, welche in dem rechteckigen Raum angeordnet ist, der durch die Trennplatten 13, 23 und rechte und linke Endplatten 25, 27 definiert wird. Diese Hoch- und Niedrigtemperaturfluid-Kanäle 21, 31 sind nacheinander geschichtet.
  • Die Trennplatten 13, 23 erstrecken sich bis zum unteren Abschnitt in 2. Ein Durchgangsloch 33 ist in dem verlängerten Abschnitt der Trennplatten 13, 23 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 33 dienen dazu, um die Niedrigtemperaturfluid-Kanäle 31 untereinander und mit dem Kraftstoffeinfüllteil 7 in Verbindung zu bringen. In ähnlicher Weise erstrecken sich die Trennplatten 13, 23 zum oberen Abschnitt in 2. Durchgangslöcher 35 sind im verlängerten Abschnitt der Trennplatten 13, 23 ausgebildet. Die Durchgangslöcher dienen dazu, die Niedrigtemperaturfluid-Kanäle 31 untereinander und mit dem Dampfsammelteil 9 in Verbindung zu bringen.
  • In dem obigen Wärmetauschabschnitt 1 ist der Kern 5 an einer Seitenwandplatte (Abdeckelement) 37 durch Schweißen oder Löten befestigt. Eine Kraftstoffversorgungsleitung 39 ist an die Seitenwandplatte 37 an dem Abschnitt, der dem Kraftstoffeinfüllteil 7 entspricht, angeschlossen. Eine Dampfauslassleitung 41 ist an die Seitenwandplatte 37 an dem Abschnitt, der dem Dampfsammelteil 9 entspricht, angeschlossen.
  • Der Kraftstoff wird über die Kraftstoffversorgungsleitung 39 zum Kraftstoffeinfüllteil 7 geführt, verdampft, um durch das durch den Hochtemperaturfluid-Kanal 21 des Kerns 5 herangeführte Hochtemperaturgas erhitzt zu werden, und durch das Dampfsammelteil 9 aus der Dampfauslassleitung 41 abgelassen. Nach dem Wärmeaustausch wird das Hochtemperaturgas von der entgegengesetzten Seite abgelassen.
  • Die Seitenwandplatte 37 und ein Gehäusekörper 43 bilden das Gehäuse 3. Die Seitenwandplatte 37 ist an dem Gehäusekörper 43 an den oberen und unteren Endabschnitten 37a und an dem Flansch 43a des Gehäusekörpers 43 durch Schweißen, Löten oder Muttern und Bolzen befestigt.
  • Der Gehäusekörper 43 hat Öffnungen 44 an den rechten und linken Seiten in 1. Diese Öffnungen 44 dienen als Einlass bzw. Auslass des Hochtemperaturgases. Eine Gaseinführleitung und eine Gasauslassleitung (nicht gezeigt) sind jeweils an die Öffnungen 44 angeschlossen. Ein wärmebeständiger Füllstoff 45 ist in die Räume, die durch den Gehäusekörper 43 und den Wärmetauschabschnitt 1 definiert werden, eingefüllt. Der wärmebeständige Füllstoff 45 setzt sich zusammen aus einer anorganischen Faser wie z.B. Glaswolle und einem Bindemittel. Der wärmebeständige Füllstoff 45 ist im Wesentlichen derselbe wie der wärmebeständige Füllstoff, der zwischen einem Katalysator eines katalytischen Umwandlers als Abgasemissionssteuergerät eines Fahrzeugs und einem Gehäuse wirkt.
  • In dem oben beschriebenen Wärmetauscher konzentriert sich das Hochtemperaturgas (300°C bis 800°C), welches in den Wärmetauschabschnitt 1 fließt, im Betrieb im mittleren Abschnitt, aufgrund der Eigenschaften von Fluiden, so dass die Temperatur in dem mittleren Abschnitt stärker ansteigt als die Temperatur im Randabschnitt ansteigt. Daher neigt der mittlere Abschnitt des Wärmetauschabschnitts 1 aufgrund der Wärmeausdehnung stärker zur Ausdehnung als der Randabschnitt. Aufgrund der Wärmeausdehnung werden die oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c des Gehäusekörpers 43 verformt, so dass sie sich nach außen wölben, wie durch die zwei gepunkteten Linien in 2 angezeigt wird. Aufgrund dieser Verformung beugt sich der Flansch 43a einwärts und deshalb beugt sich die Seitenwandplatte 37a an ihren oberen und unteren Endabschnitten ebenso einwärts. Daher wird das Gehäuse 3 vollständig verformt.
  • Wenn sich der Wärmetauscher nicht im Betrieb befindet, verformen sich die unteren und oberen Abschnitte 43b, 43c des Gehäusekörpers 43 aufgrund des Temperaturabfalls, um in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Der Flansch 43a und die Seitenwandplatte 37 verformen sich ebenso, um in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Daher wird die oben beschriebene Verformung während der Verwendung des Wärmetauschers wiederholt, so dass die Lebensdauer des Gehäuses 3, das aus dem Gehäusekörper 43 und der Seitenwandplatte 37 zusammengesetzt ist, abnimmt und die Stärke der Verbindung des Gehäusekörpers 43 und der Seitenwandplatte 37 ebenso abnimmt.
  • Das oben beschriebene Phänomen neigt dazu, sich vorwiegend am Einlass des Hochtemperaturgases abzuzeichnen und weniger bemerkbar am Auslass des Hochtemperaturgases. Ferner erstreckt sich die Seitenwandplatte 37 aufgrund der Veränderung der Temperaturen entlang der Fließrichtung des Hochtemperaturgases, so dass die Lebensdauer der Seitenwandplatte 37 abnimmt.
  • Aus der US 4,776,387 ist ein Wärmetauscher mit einem Querstrom-Keramikkern bekannt, welcher innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist. Zum Lagern des Kerns innerhalb des Gehäuses sind Federelemente vorgesehen, wobei die besagten Federelemente zwischen einer Platte und dem Gehäuse positioniert sind, wobei ein Keramikeinsatz als Isolationsmaterial vorgesehen ist.
  • Weiterhin ist aus der EP 0 957 329 A1 ein Hochtemperatur- und Hochdruck Luft-zu-Luft-Wärmetauscher und eine dafür vorgesehene Anordnung bekannt. Im Speziellen offenbart sie einen Faltenbalganschluss, wobei der besagte Faltenbalganschluss dafür vorgesehen ist, um Stahleinlagen am Anschlussabschnitt miteinander zu verbinden und um eine Verformung der Stahleinlagen in der Längsrichtung der Stahleinlagen zu absorbieren. Der Faltenbalganschluss ist an dem Anschlussabschnitt der Stahleinlagen vorgesehen.
  • Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen wie oben angezeigten Wärmetauscher bereitzustellen, der eine hohe Lebensdauer des Gehäuses aufweist, welches den Wärmetauschabschnitt unterbringt.
  • Dieses Ziel wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mit Bezug auf die mehreren Ausführungsbeispiele davon in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen erklärt, wobei:
  • 1 eine Vorderansicht des vorgeschlagenen Wärmetauschers ist;
  • 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in 1 ist;
  • 3 eine Grundansicht des in 1 gezeigten Wärmetauschers ist;
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Kerns des in 1 bis 3 gezeigten Wärmetauschers ist;
  • 5 eine Querschnittsansicht eines ersten Wärmetauschers entsprechend zu 2 ist;
  • 6 eine Querschnittsansicht eines zweiten Wärmetauschers ist, welcher nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt, entsprechend zu 2;
  • 7 eine Grundansicht des zweiten Wärmetauschers ist;
  • 8 eine Grundansicht eines dritten Wärmetauschers ist, der nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt, entsprechend zu 7;
  • 9 eine Grundansicht des vierten Wärmetauschers ist, der nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt, entsprechend zu 7;
  • 10 eine Querschnittsansicht des fünften Wärmetauschers ist, der nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt, entsprechend zu 2;
  • 11 eine Ansicht von der rechten Seite aus 10 ist, in welcher die Seitenwandplatte entfernt wurde;
  • 12 eine Vorderansicht des sechsten Wärmetauschers ist, der nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt, entsprechend zu 1;
  • 13 eine Grundansicht der 12 ist;
  • 14 eine teilweise vergrößerte Ansicht des durch Pfeil B bezeichneten Teils in 13 ist;
  • 15 eine Seitenansicht des siebten bevorzugten Wärmetauschers aus der Hochtemperaturgas-Einlassseite des Wärmetauschers ist;
  • 16 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 16-16 in 15 ist;
  • 17 eine perspektivische Ansicht des Gehäusekörpers ist, in welcher ein gefalteter Abschnitt aus 15 nicht ausgebildet ist; und
  • 18 eine perspektivische Ansicht des Gehäusekörpers ist, in welcher ein gefalteter Abschnitt aus 15 nicht ausgebildet ist.
  • Nachstehend wird der erste Wärmetauscher mit Bezug auf 5 beschrieben.
  • 5 entspricht 2, die oben beschrieben wurde. In 5 wird eine überflüssige Erläuterung weggelassen durch Verwenden der gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente wie in den 1 bis 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Flansch 43a am mittleren Abschnitt nach außen gebogen, wobei die oberen und unteren Endabschnitte 37a mit dem Flansch 43a verbunden sind. Der Flansch 43a und die oberen und unteren Endabschnitte 37a sind im Wesentlichen parallel zu den oberen und unteren Abschnitten 43b, 43c des Gehäusekörpers 43 gebogen oder im Wesentlichen senkrecht zu der Seitenwandplatte 37, um einen Mechanismus zur Absorbierung von Wärmeverformung 47 zu bilden.
  • Der Flansch 43a und die oberen und unteren Endabschnitte 37a sind an dem Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung 47 durch Verschweißen, Löten oder Muttern und Bolzen befestigt. Hauptsächlich sind der Flansch 43a und die oberen und unteren Endabschnitte 37a an dem parallelen Abschnitt des Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung 47 mit den oberen und unteren Abschnitten 43b, 43c verbunden.
  • In diesem Wärmetauscher, wenn Hochtemperaturgas in dem Hochtemperaturfluid-Kanal des Kerns 5 fließt, steigt die Temperatur des Wärmetauschabschnitts 1 in seinem mittleren Abschnitt stärker an als in seinen Randabschnitten, wodurch eine Wärmeausdehnung bewirkt wird. Aufgrund dieser Wärmeausdehnung neigen die oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c des Wärmetauschabschnitts 1 dazu, sich zu wölben. Jedoch wird die Wölbungskraft durch den Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung 47, welcher aus dem Flansch 43a und den oberen und unteren Endabschnitten 37a gebildet wird, unterdrückt, so dass die oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c von einer Verformung verschont bleiben.
  • Weil die Verformung der oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c verhindert werden kann. kann die Stärke der Verbindung des Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung 47 sichergestellt werden und die Verformung der Seitenwandplatte 37 kann verhindert werden, weshalb die Lebensdauer des Gehäuses 3 verbessert werden kann.
  • 6 und 7 zeigen den zweiten Wärmetauscher, welcher nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt. 6 entspricht 2, die oben beschrieben wurde. In 6 und 7 wird eine überflüssige Erläuterung weggelassen durch Verwendung gleicher Bezugszeichen für die gleichen Elemente in 1 bis 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abschnitt in Wellenform 49 als Mechanismus zur Absorbierung einer Wärmeverformung an dem Teil der oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c des Gehäusekörpers 43 ausgebildet. Der Abschnitt in Wellenform 49 entspricht dem wärmebeständigen Füllstoff 45.
  • Der Abschnitt in Wellenform 49 weist eine Wellenform aus wiederholten Vorsprüngen auf, die in rechtsgerichteten und linksgerichteten Richtungen in den 6 und 7 vertieft sind. Die Innenseite der Vertiefung ist zu der Innenseite der oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c ausgerichtet. Deshalb ist es einfacher, den Wärmetauschabschnitt 1, der von dem wärmebeständigen Füllstoff 45 abgedeckt wird, in den Gehäusekörper 3 einzufügen. Die oben beschriebene Anordnung kann im Einklang mit der Elastizität des wärmebeständigen Füllstoffs 45 und der Steifigkeit des Gehäuses 3 verändert werden.
  • In dem zweiten Wärmetauscher, der nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt, ist der Wärmetauschabschnitt 1 aufgrund dieser Wärmeausdehnung dazu geneigt, die oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c zu wölben. Jedoch wird die Wölbungskraft durch die elastische Verformung des Abschnitts in Wellenform 49 absorbiert. Deshalb werden die oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c von einer Verformung verschont. Weil die Verformung der oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c verhindert werden kann, kann die Verbindungsstärke des Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung 47 sichergestellt werden und die Verformung der Seitenwandplatte 37 kann verhindert werden, weshalb die Lebensdauer des Gehäuses verbessert werden kann.
  • 8 zeigt den dritten Wärmetauscher, der nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt. 8 entspricht 2, die oben beschrieben wurde. Ein Pfeil in 8 bezeichnet die Fließrichtung des Hochtemperaturgases. In 8 wird eine überflüssige Erläuterung dadurch vermieden, dass gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente wie in 1 bis 4 verwendet werden. In diesem Wärmetauscher ist ein Abschnitt in Wellenform 51 anstelle des oben beschriebenen Abschnitts in Wellenform 49 vorgesehen. Der Abschnitt in Wellenform 51 weist große Vorsprünge und große Vertiefungen am unteren Abschnitt in 8 auf, in welche das Hochtemperaturgas fließt, und kleine Vorsprünge und kleine Vertiefungen am oberen Abschnitt in 8, aus welchem das Hochtemperaturgas fließt. Genauer gesagt kann die Breite oder die Höhe der Wellen in der Fließrichtung des Hochtemperaturgases verändert werden. Dabei kann auch nur entweder die Breite oder die Höhe verändert werden.
  • Die Temperatur auf der Einlassseite des Hochtemperaturgases ist höher als auf der Auslassseite des Hochtemperaturgases. Dementsprechend ist die Wärmeausdehnung auf der Einlassseite des Hochtemperaturgases größer als auf der Auslassseite des Hochtemperaturgases. Wie oben beschrieben wurde, ist es möglich, die Wärmeausdehnung im Einklang mit der Temperaturveränderung zu bewältigen, indem man den Abschnitt in Wellenform 51 auf der Einlassseite des Hochtemperaturgases größer macht. Daher kann die Verformung des Verbindungsabschnitts des Flansches 43a des Gehäu sekörpers 43 und der oberen und unteren Endabschnitte 37a der Seitenwandplatte 37 und die Verformung der Seitenwandplatten 37 effizient verhindert werden. Daher kann die Verbindungsstärke des Verbindungsabschnitts sichergestellt werden, so dass die Lebensdauer des Gehäuses 3 verbessert werden kann.
  • 9 zeigt den vierten Wärmetauscher, welcher nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt. 9 entspricht 2, die oben beschrieben wurde. In 9 wird überflüssige Erläuterung dadurch vermieden, dass gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente wie in den 1 bis 4 verwendet werden. In diesem Wärmetauscher weist der wärmebeständige Füllstoff 53 eine geringe Ausdehnung in der Fließrichtung des Hochtemperaturgases auf und ist nur an der stromabwärts gelegenen Seite des Hochtemperaturgases angeordnet. Ein Abschnitt in Wellenform 55 ist an dem Teil der oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c des Gehäusekörpers 43 ausgebildet. Der Abschnitt in Wellenform 55 ist im Einklang mit dem wärmebeständigen Füllstoff 53 angeordnet.
  • Die Temperatur auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Hochtemperaturgases ist höher als die auf der stromabwärts gelegenen Seite des Hochtemperaturgases. Dementsprechend ist die Wärmeausdehnung auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Hochtemperaturgases größer als auf der stromabwärts gelegenen Seite des Hochtemperaturgases, an welcher der wärmebeständige Füllstoff 55 angeordnet ist. Daher ist die Druckkraft auf den wärmebeständigen Füllstoff 55 auf der stromabwärts gelegenen Seite kleiner als die auf der stromaufwärts gelegenen Seite. Ferner ist die Wölbungskraft auf die oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c des Gehäusekörpers 43 auf der stromabwärts gelegenen Seite kleiner als die auf der stromaufwärts gelegenen Seite. Die Verformung der oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c des Gehäusekörpers 43 kann durch Anordnen des wärmebeständigen Füllstoffs 43 auf der stromabwärts gelegenen Seite effektiv absorbiert werden. Daher kann die Verformung des Verbindungsabschnitts des Flansches 43a des Gehäusekörpers 43 und der oberen und unteren Endabschnitte 37a der Seitenwandplatte 37 und die Verformung der Seitenwandplatten 37 effektiv verhindert werden. Daher kann die Verbindungsstärke des Verbindungsabschnitts sichergestellt werden, so dass die Lebensdauer des Gehäuses verbessert werden kann.
  • 10 zeigt den fünften Wärmetauscher, der nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt. 10 entspricht der 2, die oben beschrieben wurde. In 10 wird überflüssige Erläuterung dadurch vermieden, dass gleiche Bezugszeichen für die gleichen Elemente wie in den 1 bis 4 verwendet werden. 11 ist eine Ansicht von der rechten Seite aus 10, in welcher eine Seitenwandplatte entfernt wurde. In diesem Wärmetauscher ist ein Vorsprungselement 57 am mittleren Abschnitt der oberen und unteren Abschnitte 43b, 43c des Gehäusekörpers in der Fließrichtung des Hochtemperaturgases vorgesehen. Das Vorsprungselement 57 steht nach außen hervor und erstreckt sich über die gesamte Breite in der rechtsgerichteten und linksgerichteten Richtung in 10. Das Vorsprungselement 57 wird durch ein separates Element gebildet und ist an den oberen und unteren Abschnitten 43b, 43c des Gehäusekörpers 43 durch Schweißen oder Löten befestigt.
  • Das Innere des Vorsprungelements 57 definiert einen Abschnitt zur Anordnung eines Füllstoffs 59 zum Anordnen eines Teils des wärmebeständigen Füllstoffs 61. Eine Feder (elastisches Element) 63 ist zwischen dem wärmebeständigen Füllstoff 61 und dem Boden des Abschnitts zur Aufnahme des Füllstoffs 59 zwischengeschaltet. Die Feder 63 wird aus einer gewellten Platte mit Elastizität gebildet. Die elastische Kraft der Feder 36 ist kleiner als die des wärmebeständigen Füllstoffs 61.
  • Der Abschnitt zur Anordnung des Füllstoffs 59 und die Feder 63 bilden einen Mechanismus zur Absorbierung einer Wärmeverformung. Der Teil 61a des wärmebeständigen Füllstoffs 61, welcher der Seitenwandplatte 37 zugeordnet ist, kann dieselbe Dicke aufweisen wie der Teil des wärmebeständigen Füllstoffs 61, der in dem Abschnitt zur Anordnung des Füllstoffs 59 angeordnet ist, oder kann eine größere Dicke aufweisen als der Teil des wärmebeständigen Füllstoffs 61, der in dem Abschnitt zur Anordnung des Füllstoffs 59 angeordnet ist. Ferner ist die Feder 63 nicht auf eine Wellenform beschränkt und kann andere Formen annehmen.
  • In diesem Wärmetauscher wird der wärmebeständige Füllstoff 61 aufgrund der Wärmeausdehnung des Wärmetauschabschnitts zusammengedrückt. Jedoch wird diese Druckkraft durch die elastische Verformung der Feder 63 absorbiert, und daher wird die Verformung der oberen und unteren Abschnitte des Gehäusekörpers 43 unterdrückt. Daher kann die Verformung des Verbindungsabschnitts des Flansches 43a des Gehäu sekörpers 43 und der oberen und unteren Endabschnitte 37a der Seitenwandplatte 37, und die Verformung der Seitenwandplatten 37 effektiv verhindert werden. Daher kann die Verbindungsstärke des Verbindungsabschnitts sichergestellt werden, so dass die Lebensdauer des Gehäuses 3 verbessert werden kann.
  • Ferner, weil der wärmebeständige Füllstoff 61 durch die Feder 63 gegen den Wärmetauschabschnitt 1 gedrückt wird, können die Dichtungseigenschaften gegenüber dem Hochtemperaturgas verbessert werden. Ferner, durch angemessenes Verändern der Tiefe des Abschnitts zur Anordnung des Füllstoffs 59 und der Elastizität der Feder 63, kann Material für den Wärmetauschabschnitt 1 und das Gehäuse 3 einfach ausgetauscht werden, was die Flexibilität in der Auswahl von Materialien verbessert.
  • 12 zeigt den sechsten Wärmetauscher, welcher nicht unter den Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt. 12 entspricht 1, die oben beschrieben wurde. In 12 wird überflüssige Erläuterung dadurch vermieden, dass gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente wie in 1 bis 4 verwendet werden. 13 ist eine Grundansicht der 12. In diesem Wärmetauscher erstrecken sich zwei Vorsprünge 65 (erster Vorsprung) (Mechanismus zur Absorbierung von Wärmeverformung) in der vertikalen Richtung der 12 und senkrecht zur Fließrichtung des Hochtemperaturgases und sind am Mittelabschnitt der Seitenwandplatte 37 in rechtsgerichteten und linksgerichteten Richtungen in 12 ausgebildet. Der Vorsprung 65 ist an der Fläche der Seitenwandplatte 37, welche dem wärmebeständigen Füllstoff 45 in der Fließrichtung des Hochtemperaturgases zugeordnet ist, ausgebildet, und erstreckt sich vom oberen Endabschnitt 37a zum unteren Endabschnitt 37a. Wie in 13 gezeigt wird, steht der Vorsprung 65 nach außen aus dem Wärmetauschabschnitt 1 hervor. Der Flansch 43a des Gehäusekörpers 43, welcher dem unteren und oberen Endabschnitt 37a zugeordnet ist, ist mit einem Vorsprung (zweiten Vorsprung) 67 entsprechend zum Vorsprung 65 ausgebildet.
  • 14 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des mit Pfeil B bezeichneten Teils in 13. Wie in 14 gezeigt wird, steht der Vorsprung 67, der im Flansch 43a des Gehäusekörpers ausgebildet ist, in die in den oberen und unteren Endabschnitten 37a der Seitenwandplatte 37 ausgebildete Aussparung hervor.
  • Der obere und untere Abschnitt 43b, 43c des Gehäusekörpers ist mit einem Abschnitt in Wellenform 49 ausgebildet, ähnlich zu dem im zweiten Ausführungsbeispiel, welches nicht unter den Schutzbereich des vorliegenden Anspruchsatzes fällt und in 6 und 7 gezeigt wird.
  • In dem in 12 bis 14 gezeigten Wärmetauscher absorbieren die Vorspringe 65, 67 die Verformung der Seitenwandplatte 37 aufgrund des Unterschieds der Wärmeausdehnung des Wärmetauschabschnitts 1, welcher durch den Temperaturunterschied entlang der Fließrichtung des Hochtemperaturgases erzeugt wird. Daher kann die Verformung des Verbindungsabschnitts des Flansches 43a des Gehäusekörpers der oberen und unteren Endabschnitte 37a der Seitenwandplatte 37 und die Verformung der Seitenwandplatten 37a effektiv verhindert werden. Ferner, wie im zweiten Ausführungsbeispiel, welches nicht unter den Schutzbereich des vorliegenden Anspruchsatzes fällt, absorbiert der Abschnitt in Wellenform 49 durch seine Verformung die Wärmeausdehnung des Wärmetauschabschnitts 1 in einer vertikalen Richtung in 12.
  • Zusätzlich ist die Seitenwandplatte 37 mit einem Vorsprung 65 ausgebildet, so dass die Seitenwandplatte 37 an ihrer Innenseite, dem Wärmetauschabschnitt 1 gegenüber liegend, mit Nuten versehen ist. Jedoch, weil die Fläche C der Seitenwandplatte 37, in 12 dem Kern 5 gegenüber liegend, durch Löten luftdicht an dem Kern 5 angeschlossen ist, und die Fläche D der Seitenwandplatte 37, in 12 dem wärmebeständigen Füllstoff 45 gegenüber liegend, mit dem wärmebeständigen Füllstoff 45 in der Nut ausgefüllt ist, kann verhindert werden, dass Gas aus der Nut entweicht.
  • 15 zeigt den siebten Wärmetauscher. 15 entspricht zur 2, die oben beschrieben wurde und ist eine Ansicht aus der Hochtemperatur-Einlassseite. In 15 wird eine überflüssige Erläuterung dadurch vermieden, dass gleiche Bezugszeichen für die gleichen Elemente wie in 1 bis 4 verwendet werden. 16 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 16-16 in 15. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der wärmebeständige Füllstoff 45 davor bewahrt, dem Hochtemperaturgas ausgesetzt zu werden, und ferner wird der Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung, der in dem obigen bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, an dem Wärmetauscher vorgesehen, weshalb die Verformung des Gehäuses 3 zuverlässig unterdrückt wird. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Mechanismus zur Absorbierung einer Wärmeverformung 47, welcher derselbe ist wie der des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels, eingesetzt.
  • Die drei Randabschnitte des Gehäusekörpers 43 an der Hochtemperaturgas-Einlassseite sind nach Innen gefaltet, um gefaltete Abschnitte 69, 71, 73 zu bilden. Das entfernte Ende der gefalteten Abschnitte 69, 71, 73 stützt sich gegenüber dem äußeren Umfang des Wärmetauschabschnitts 1 ab. Der Rest der Struktur ist derselbe wie der des ersten Wärmetauschers. 17 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gehäusekörpers, in welchem die gefalteten Abschnitte 69, 71, 73 noch nicht ausgebildet sind. 18 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gehäusekörpers, in welchem die gefalteten Abschnitte 69, 71, 73 ausgebildet sind.
  • Mit dem siebten Wärmetauscher wird das von der linken Seite in 16 in den Wärmetauscher einfließende Hochtemperaturgas durch die gefalteten Abschnitte 69, 71, 73 daran gehindert, direkt in den wärmebeständigen Füllstoff 45 zu fließen. Der wärmebeständige Füllstoff 45, zusammengesetzt aus anorganischer Faser wie Glaswolle und einem Bindemittel, ist nicht direkt dem Hochtemperaturgas (300°C bis 800°C) ausgesetzt und nimmt Wärme durch den Wärmetauschabschnitt 1 auf. Daher ist der wärmebeständige Füllstoff 45 einer Wärme von um mehrere 10°C bis mehreren 100°C geringerer Temperatur ausgesetzt als die des Hochtemperaturgases, so dass eine Verschlechterung und Veränderung der Qualität des wärmebeständigen Füllstoffs 45 effektiv verhindert werden kann. Insbesondere, wenn ein Erzeugungsgerät für das Hochtemperaturgas ein Verbrenner ist, wird Feuer effektiv daran gehindert, in den wärmebeständigen Füllstoff 45 einzutreten.
  • Im Ergebnis kann das Gehäuse 43 mit dem Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung 47 sicher daran gehindert werden, sich zu verformen.
  • Der oben angesprochene Wärmetauscher umfasst einen Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung, welcher eine in dem Kern aufgrund des Flusses des Hochtemperaturfluides hervorgerufene Wärmeverformung absorbiert. Die oberen und unteren Abschnitte werden durch den Mechanismus zur Absorbierung der Wärmeverformung von einer Verformung verschont. Daher wird die Lebensdauer des den Wärmetauschabschnitt aufnehmenden Gehäuses vor einer Verringerung bewahrt.

Claims (3)

  1. Wärmetauscher, der umfasst: einen Wärmetauschabschnitt (1) mit einem Kern (5), der einen Hochtemperaturfluid-Kanal, in dem ein Hochtemperaturfluid strömt, und einen Niedrigtemperaturfluid-Kanal umfasst, in dem ein Niedrigtemperaturfluid strömt, wobei ein Wärmeaustausch zwischen dem Hochtemperaturfluid und dem Niedrigtemperaturfluid durchgeführt wird; ein Gehäuse (3), das einen Gehäusekörper (43) und ein Abdeckelement (37) umfasst, das die Außenseite des Wärmetauschabschnitts (1) bis auf eine Hochtemperaturfluid-Einlass-Seite und -Auslass-Seite abdeckt, wobei der Gehäusekörper (43) einen Flansch (43a) aufweist, der sich nach außen erstreckt und mit dem das Abdeckelement (37) an einem Umfang des Abdeckelementes (37) verbunden ist; einen wärmebeständigen Füllstoff (45), der sich zwischen dem Wärmetauschabschnitt (1) und dem Gehäuse (3) befindet; und eine Wärmeverformungs-Ausgleichseinrichtung (47, 69, 71, 73), die in dem Kern (5) aufgrund des Strömens des Hochtemperaturfluids erzeugte Wärmeverformung ausgleicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverformungs-Ausgleichseinrichtung ausgebildet wird, indem ein Verbindungsabschnitt des Flansches (43a) des Gehäusekörpers (43) und des Abdeckelementes (37) im Wesentlichen senkrecht zu dem Abdeckelement (37) gebogen wird.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (43a) und Endabschnitte (37a) des Abdeckelementes (37) durch Schweißen, Hartlöten oder Muttern und Schrauben verbunden werden.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (43) mit gefalzten Abschnitten (69, 71, 73) an dem Umfangsabschnitt an der Hochtemperatur-Einlass-Seite versehen ist, wobei die gefalzten Abschnitte (69, 71, 73) so nach innen gefalzt sind, dass sie den wärmebeständigen Füllstoff (45) abdecken.
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