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Wärxneaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher
für mittelbaren Wärmeaustausch zwischen zwei gegenströmenden, vorzugsweise gasförmigen
Mitteln, wie z. B.. verdichtete Luft und Verbrennungsgase für eine Turbinenanlage,
wobei es wünschenswert ist, die Druckabfälle in beiden strömenden Mitteln möglichst
gering zu halten.
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Nach einem Hauptmerkmal der Erfindung besitzt ein derartiger Wärmeaustauscher
Elemente, die parallel zueinander in Gruppen angeordnet sind und Durchgangskanäle
für das eine der beiden Mittel bilden, wobei zwei gegenüberliegende Endteile der
Elemente in entgegengesetzter Richtung um gleiche Winkel abgebogen und benachbarte
Endteile miteinander durch Röhren verbunden sind. Dadurch Nverden die senkrechten
Abstände zwischen benachbarten Elementen an diesen Endteilen. im Verhältnis von
i zu dem Cosinus dieser Winkel größer als in ihrem Mittelteil und so die durch die
verbindenden Röhren bewirkte Behinderung der Strömung der beiden Mittel annähernd
ausgeglichen.
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Die Erfindung ist sowohl bei Wärmeaustauschern der Plattenbauart wie
auch bei solchen der Röhrenbauart anwendbar, welche Röhrensätze verwenden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.
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Fig. i ist eine perspektivische, teilweise ausgebrochene Ansicht eines
Wärmeaustauschers der Plattenbauart gemäß der Erfindung; Fig. i a ist ein Querschnitt
des Mittelteiles von aufeinanderfolgenden Plattenelementen des Wärmeaustauschers
nach
Fig.1 in einem größeren Maßstab; Fig.2 ist ein Schnitt durch den Endteil eines Wärmeaustauschers
nach Fig. 1 in einem größeren Maßstab; Fig. 3 ist ein der Fig. 2 entsprechender
Schnitt einer abgeänderten Ausführungsform; Fig. 3 a zeigt eine Einzelheit der Fig.
3 in perspektivischer Ansicht; Fig. 4 und Fig. 4 a sind eine perspektivische Ansicht
bzw. ein Grundriß des Endteiles einer weiteren Ausführungsform eines Wärmeaustauschers
der Plattenbauart gemäß der Erfindung; Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer
weiteren Ausführungsform; Fig. 5 a ist eine perspektivische Ansicht des Endteiles
der Ausführungsform nach Fig. 5, von welchem Fig. 5 b und 5 c Grundrisse zeigen;
Fig. .6 ist eine penspektivisch.e Ansieht eines Endteiles eines Wärmeaustauschersi
der Röhrenbauart gemäß der Erfindung; Fig. 6 a zeigst eine Einzelheit der Ausführung
nach Fig. 6 in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht.
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in Fig. 1, 1 a und 2 ist der Wärmeaustauscher aus Plattenpaaren 1,
2 zusammengesetzt, wobei jedes Paar Durchgangskanäle für das eine Mittel, z. B.
verdichtete Luft, einschließti und aufeinanderfolgende Paare zwischen sich Durchgangskanäle
für das andere Mittel, z. B. Abgase einer Gasturbine, bilden. .
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Wie Fig..1-a zeigt, sind die Platten 1 jedes Paares eben, während
die Platten :2 in dem mittleren Teil des Wärmeaustauschers in ihrer Längsrichtung
geweilt sind. Vorzugsweise folgen breite flache Wellen 2" und schmale tiefe Wellen
2b abwechselnd aufeinander. Die tiefen Wellen 2b sind an der ebenen. Platte 1 -desselben
Paares angeschweißt, während die flachen Wellen von dieser Platte entfernt liegen,
so daß zwischen den Platten jedes Paares Kanäle mit U-förmigem Querschnitt nebeneinander
gebildet werden, während zwischen benachbarten Plattenpaaren, abwechselnd breite
flache Kanäle und schmale tiefe Kanäle vorhanden sind.
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Die Platten 1, 2. werden an ihren Rändern abgebogen und an ihnen äußeren
Kanten, wie in Fig. 2 links gezeigt; miteinander durch Nahtschweißung verbunden,
!so daß die zwischen den Platten jedes Paares gebildeten Kanäle geschlossen: werden.
Die Platten 1, 2 werden dann in der Nähe ihrer Endteile, mit Ausnahme der Bodenplatte
1Q, zu rohrförmigen Flanschen gezogen. . Die Flansche 1c der Platten 1 sind verhältnismäßig
kurz und die Flansche 2, der Platte 2 verhältnismäßig lang. Die langen Rohrflan=
schen 2, werden mit ihren hervorstehenden Enden in die kurzen Rohrflanschen 1, eingesetzt
und stellen Verbindungen zwischen benachbarten Plattenpaaren her:. Aus Fig. 2 ist
ersichtlich; daß in dieser Weise Querröhren gebildet werden, welche das Innere aller
Plattenpaare miteinander und mit einer Sammelleitung 4 (Fig. 1) verbinden.
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Die Platten 1, 2 sind an, zwei gegenüberliegenden Enden abgewinkelt,
so daß sie zwischen ihrem Mittelteil und jedem ihrer Endteile einen stumpfen Winkel
bilden. In Fig. 2 sind die Linien A-A und B-B senkrecht zu dem einen Endteil bzw:
zu dem Mittelteil gezogen, und der Winkel a zwischen den Linien A-A und B-B ist
die Ergänzung zu 18o0 dieses stumpfen Winkels. Aus Fig. 2 ist ersichtlich; daß die
Abstände zwischen den Platten 1, 2 jedes Plattenpaares sowie zwischen benachbarten
Plattenpaaren, -ach den Linien A-A gemessen, im Verhältnis von 1 : cos a größer
sind als die entsprechenden Abstände nach den Linien B-B. Dadurch kann die Behinderung,
welche innerhalb der Paare sowie auch zwischen benachbarten Plattenpaaren. durch
die Querleitung 3 verursacht wird, ausgeglichen werden, so daß die für beide Strömungsmittel
verfügbaren Querschnitte im wesentlichen unvermindert und Druckabfälle annähernd
vermieden sind.
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Fig. 1 zeigt, wie die Sammelleitungen 4 durch Gewindebolzen 5 an den
Platten 1, 2 befestigt werden können.
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Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 2. Hier sind
die Platten 1, 2 mit kurzen, in entgegengesetzten Richtungen vorspringenden Flanschen
versehen, wobei Rohrstücke 3', die in ihren Wänden Bohrungen 3b aufweisen, in diese
Flansche einsgesetzt sind. In diese Rohrstücke 3' sind Kreuzstege 3a (Fig. 3 a)
eingesetzt, welche in ihren Platten Bohrungen 3, und in der Schnittlinie der Platten
eine Längsbohrung 3,1 aufweisen. Die Bolzen 5 sind durch diese Bohrungen 3,1 eingeführt,
wobei Muttern 6 die Endplatten 1b gegen die Ränder . des untersten Rohrstückes 3'
und den Flansch der Platte 1 festhalten, um die Querleitung abzuschließen.
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Fig. 4 und 4 a zeigen eine Abwandlung, bei welcher die Platten z,
2 an ihren Endteilen in getrennte Zungen ausgezogen sind, die miteinander an ihren
Kanten bei 7 verschweißt sind. Jede Zunge besitzt einen Rohrflansch 1, bzw. 2" wobei
die Flansche 2, länger sind als die Flansche 1, und jeder Flansch 2, von innen in
den Flansch 1, des benachbarten Plattenpaares, ähnlich wie bei der Ausführung nach
Fig. 2, eingepaßt ist. Auss Fig. 4 und 4 a ist ersichtlich, daß die aus den Flanschen
1" 2, ge--bildeten Querleitungen 3" birnenförmig sind, so daß der Strömungswiderstand
für das Mittel zwischen den Plattenpaaren in der Pfeilrichtung vermindert wird.
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Nach Fig. 5, 5 a, 5 b und 5 c ist ein Gehäuse 22 so ausgebildet, daß
es Plattenelemente 11, 12 für das eine des Wärmeaustauschmittels und gewellte Bleche
2o enthält. An den oberen Längskanten des Gehäuses 22 sind starre Schienen z3 vorgesehen.
Längs eines: quer gewellten Tragstuckes :z5 sind weitere starre Schienen
24 angeschweißt. Das Tragstück 25: drückt fest auf die Plattenelemente 11, 12 und
die innerhalb des Gehäuses 22 abwechselnd gestapelten gewellten Bleche 2o, und die
starren Schienen 24 sind mit dem Gehäuse 22 und mit den starren Schienen 23 durch
Muttern und Bolzen verbunden.
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Die Querleitungsansätze 26 sind mit dem obersten und untersten Plattenelement
verschweißt. Auf den Ansätzen sind Sammelleitungen 4 angebracht und
miteinander
durch Bolzen verschraubt, welche durch die Querleitungen und durch die Kreuzstege
3a (Fig. 5 a) hindurchgehen, ähnlich wie dies an Hand der Fig. 3 a beschrieben wurde.
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Wie aus Fig. 5, 5 a, 5 b und 5 c ersichtlich, bestehen die Plattenelemente
i i, i2 aus ebenen Platten i', 2', die durch Leisten 17 im Abstand voneinander
gehalten werden. Diese Leisten werden vorzugsweise in der Nähe ihrer Enden in Richtung
auf die Querleitungen abgebogen und mit, einer der Platten in Abständen der Längsrichtung
durch Punktschweißung verbunden.
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Die Platten 2' sind an ihren äußeren Kanten abgebogen und mit den
Platten i' durch Nahtschweißung verbunden, so daß die Plattenelemente i i, i2 gebildet
werden.. Die Platten 2' haben gekröpfte Flansche i8 um die Querleitung herum. Diese
Flansche 18 stehen von jedem Plattenelement nach außen vor, wobei gelochte Ringe
ig zwischen den Flanschen 18 und den Platten i' eingefügt sind. Die Ringe
ig. werden vorzugsweise mit den Flanschen i8 und den Platten i' verschweißt. Die
Flansche 18 der Plattenelemente 1i, 12 werden mit den Platten i' von benachbarten
Elementen verschweißt und tragen zur Ausbildung der Querleitungen bei.
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Zwischen benachbarten Plattenelementen 11, 12 sind eine Reihe von
losen Well",bl-echen 2o eingefügt, die als zweite Führungsflächen wirken. Benachbarte
Wellbleche sind um eine halbe Wellenbreite versetzt aufeinander gestapelt, d. h.
daß der Scheitel einer Welle eines Wellbleches mit dem Scheitel der Wellen der benachbarten
Bleche auf jeder Seite in Berührung steht. Durch diese Anordnung wird die Wärmeübertragung
unter laminaren Strömungsverhältnissen durch die Führung der Gasströmung verbessert.
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Die Plattenelemente 1i, i2 sind in der Nähe der Enden in entgegengesetzter
Richtung quer abgebogen, so daß sie zwischen den Endteilen und den Hauptteilen stumpfe
Winkel bilden, wodurch die Abstände zwischen benachbarten Luftelementen an den Enden
vergrößert werden. Die Wellbleche 21 mit tieferen Wellen zur Anpassung an diese
vergrößerten Abstände haben gekrümmte Wellen, um die Gasströmung um die Querleitungen
zu erleichtern (Fig. 5 c). Die Bleche 21 sind zwischen benachbarten Elementen 1i,
12 an deren Enden eingefügt.
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Nach Fig: 6 und 6 a werden die Querleitungen aus Rohrstücken 13
mit birnenförmigem Querschnitt und aus trapezförmigen Kästen 14 hergestellt, welche
an ihren Grundflächen durch gelochte Platten 15 geschlossen sein. können. Die Querleitungen
werden an einem Ende mit einer Sammelleitung 4 verbunden und an ihrem anderen Ende
durch eine Platte ib geschlossen. Sie werden durch Gewindebolzen 5 und Muttern,
wie bei den anderen Ausführungsformen, zusammengehalten. Mit ihren Trapezteilen
werden sie an Rohrkörper 16 angeschlossen, die in der Nähe der beiden Enden in entgegengesetzten
Richtungen abgebogen sind, so daß sie, wie in Fig.6 für das untere Ende gezeigte,
stumpfe Winkel bilden. Diese zylindrischen Rohrkörper sind, wie in Fig.6 gezeigt,
in Sätzen angeordnet, wobei jedes Rohr an einer Öffnung mit den Lochplatten 15 der
Kästen 14 verbunden und jeder Satz an einen dieser Kästen angeschlossen ist.
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Bei Verwendung in Verbindung mit einer Gasturbinenanlage führen die
Sammelleitungen 4 und der Innenraum der Plattenpaare 1,:2 sowie die Rohrkörper 16
vorzugsweise die verdichtete Luft; und die Räume zwischen benachbarten Plattenpaaren
oder zwischen den Rohrkörpern 16 führen vorzugsweise die heißen Abgase im Gegenstrom
zu der Luft, wobei das ganze in einem Gehäuse 22, 25 nach Fig. 5 eingeschlossen
ist .