DE931595C - Gegenstrom-Waermeaustauscher - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 11. AUGUST 1955

S 20377 IaI 17 f

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstrom-Wärmeaustauscher, der vornehmlich für den Wärmeaustausch zwischen strömenden Gasen bestimmt ist, wie beispielsweise zwischen Verbrennungsgasen und unter Druck stehender Luft, die für Verbrennungsvorgänge verwendet wird. Er kann aber auch für den Wärmeaustausch von einer Flüssigkeit zu einer anderen oder von einem gasförmigen auf ein flüssiges Mittel und umgekehrt^ verwendet werden.

Es ist ein Hauptmerkmal vorliegender Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Wärmeübertragung zu erzielen, die als Wärmeübertragungseinheit bezeichnet und zum Einbau in einen Gegenstrom-Wärmeaustauscher geeignet ist; sie ist überdies einfach im Aufbau und zum Einbau in einen Apparat gewünschter Größe und Kapazität verwendbar, leicht der Reinigung und Auswechslung von Teilen zugänglich, und es bleibt die Ouerschnittsfläche für den Durchfluß des betreffenden Mittels im wesentlichen konstant, wobei die Wege für die strömenden Mittel frei von plötzlichen Richtungs wechseln sind, wodurch die Druckverluste verringert oder ausgeschaltet werden, die sonst leicht auftreten, wenn ein strömendes Mittel in einem gewissen Ausmaß plötzlichen Expansionen oder Kontraktionen unterworfen wird oder scharfe Krümmungen auf seinem Wege zu durchlaufen hat. Unter den anderen Merkmalen der Erfindung ist die Verbesserung des Wärmeaustauschers nach dem

Parallelstromtyp zu nennen, bei dem die Kopfteile für die Zuführung und Ableitung der betreffenden strömenden Mittel zu und von den Wärmeübertragungseinheiten von einfachem Aufbau und von solcher Gestalt sind, die ein gleichmäßiges Fließen des strömenden Mittels zu und von den Einheiten ohne plötzliche Richtungswechsel ermöglicht, was sonst mit einem unerwünschten Druckverlust des strömenden Mittels verbunden wäre. In weiterer ίο Ausgestaltung der Erfindung hat der Apparat, bei dem das Mittel durch Kopf teile sowohl zu- als auch abfließt, hinsichtlich seiner Bestandteile einen solchen Aufbau, daß die untereinander ähnlichen Einheiten leicht paarweise und gruppenweise zusammengebaut werden können.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht einen Röhrenwärmeaustauscher vor, bei dem der Aufbau der Wärmeübertragungseinheiten und der Kopf teile die Anwendung der sonst üblichen seitlichen, die Röhren tragenden Stützwände vermeidet, wobei die Röhren des Apparates derart angeordnet sind, daß die Wege für die strömenden Mittel parallel verlaufen, wobei das Fehlen der Stützwände nicht nur eine engere Teilung der in den Einheiten enthaltenen Röhren ermöglicht, sondern auch Leckverluste vermindert und Korrosionserscheinungen an den Verbindungsstellen zwischen den Röhren und den Stützplatten ausgeschlossen werden; überdies wird eine Verminderung des Gewichts bewirkt, und es" wird die ganze Länge der Röhren für die Wärmeübertragung nutzbar gemacht.

Ferner sucht die Erfindung die Wärmeübertragungseinheiten zu verbessern für den Einbau in Wärmeaustauscher nach Art der Parallelstromapparate, obgleich eine Einheit den gleichen hydrodynamischen Widerstand aufweisen kann, wobei eine im wesentlichen gleiche Verteilung des strömenden Mittels quer durch den Wärmeaustauscher gewährleistet ist und wobei infolge der parallelen Anordnung der Strömungskanäle in Verbindung mit der gleichmäßigen Verteilung des strömenden Mittels die Temperatur eines jeden strömenden Mittels quer über den Wärmeaustauscher eine gleiche ist, und zwar bei jedem seiner Querschnitte, so daß die Längsausdehnung aller Einheiten im wesentlichen die gleiche ist und die Anordnung von Verbindungs- oder Lagerungsteilen innerhalb des Wärmeaustauschers, welche Wärmedehnungen aufzunehmen vermögen, überflüssig wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Wärmeübertragungseinheiten in Gruppen angeordnet werden, die ihrerseits nebeneinander aufstellbar sind, ohne daß zwischen ihnen Kanäle gebildet werden, durch die das strömende Mittel mit nur verhältnismäßig geringer Wärmeübertragung fließen könnte.

Erfindungsgemäß erhalten die Wärmeübertragungseinheiten, welche zum Einbau in einen Wärmeaustauscher nach dem Parallelstromtyp bestimmt sind, an beiden Seiten der parallel geschalteten inneren Strömungskanäle, die in den Einheiten enthalten sind, Übergänge der Strömungskanäle zu den Kopfteilen des Wärmeaustauschers, die der inneren Strömung keine plötzlichen Richtungswechsel aufzwingen. Die zwischen den Wärmeübertragungseinheiten und den Kopfteilen ' angeordneten Verbindungsteile weisen über ihre ganze Länge eine Querschnittsfläche auf, die angenähert gleich der Summe der Querschnittsflächen der angeschlossenen Kanäle ist und der sich in der Breite zwischen seinem mit den Kanälen verbundenen Ende bis zu seinem anderen Ende verjüngt, dagegen sich in der Höhe zwischen dem letztgenannten Ende bis zum zuerst genannten Ende verjüngt, so daß der Verbindungsteil an seinem mit den Kanälen verbundenen Ende eine geringere Höhe aufweist als die allgemeine Höhe dieser Kanäle, während er an seinem anderen Ende von geringerer Breite ist, als der Breite der Kanäle entspricht; die Enden der Kanäle, die mit ihren Wänden nebeneinander und in einer gemeinsamen Ebene liegen, sind derart gestaltet, daß sie eine gleichgestaltete und mit gleichen Abmessungen versehene Fläche begrenzen, wie diejenige, welche von dem breiteren und weniger hohen Ende des Verbindungsteiles begrenzt wird, wobei durch die Vereinigung nebeneinanderstehender Einheiten zwischen den betreffenden Verbindungsteilen derselben Kanäle für den freien Durchfluß des äußeren Mittels zu oder von den Räumen zwischen den go inneren Strömungskanälen gebildet werden, ohne daß dem äußeren strömenden Mittel ein plötzlicher Richtungswechsel bei seinem Durchfluß aufgezwungen wird.

Der vorstehend und im folgenden gebrauchte Ausdruck »gemeinsame Ebene« soll nicht nur eine ebene Fläche im engeren Sinne, sondern auch eine Rotationsfläche umfassen.

Jeder Verbindungsteil der Einheit kann so gestaltet sein, daß an jeder seiner schmaleren Seiten zwei Oberflächen vorgesehen sind, die von einer scharfen Schnittkante ausgehen und in die breiteren Seiten des Verbindungsteiles übergehen, wobei die divergierenden Flächen das über die Einheit strömende Mittel ablenken und es ihm ermöglichen, die Wärmeübertragungsoberfläche der Einheit ohne plötzlichen Richtungswechsel zu erreichen.

Ein Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung enthält eine Anzahl von Wärmeübertragungseinheiten, die in einer Gruppe oder gruppenweise in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei jede dieser Gruppen an einen Einlaß- und Auslaßkopfteil für die innere Flüssigkeit angeschlossen ist.

Das Wärmeaustauschmittel, welches über die äußere Oberfläche der Einheiten strömt, kann durch Kopfteile zu- oder abgeführt werden, die hinsichtlich ihrer Gestalt ähnlich oder sogar identisch sind mit denjenigen für das durch die Einheiten hindurchströmende Mittel, und sie können so ausgebildet sein, daß ein Kopfteil für das eine Mittel mit dem Kopfteil für das andere Mittel paarweise zusammengefügt ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. ι zeigt einen Wärmeaustauscher mit nach dem Röhrensystem aufgebauten Wärmeübertra-

gungseinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt einen Grundriß und
Fig. 3 eine Stirnansicht einer Röhrenwärmeübertragungseinheit für den Wärmeaustauscher gemäß Fig. ι;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer Gruppe von drei der Wärmeübertragungseinheiten gemäß Fig. 2 und 3;

ίο Fig. 5 und 6 sind bruchstückartige Ansichten, die eine konstruktive Einzelheit der Röhrenwärmeübertragungseinheit mit zwei Reihen von Röhren zeigen, wobei Fig. 5 eine Ansicht auf das Ende der Einheit ist, betrachtet von der rechten Seite nach Fig. 6, und Fig. 6 ein Querschnitt durch einen Teil der Einheit, teils nach der Linie A-B und teils nach der Linie C-D der Fig. 5;

Fig. 7 und 8 zeigen mehr oder weniger schematisch Wärmeaustauscher mit Röhrenwärmeübertragungseinheiten gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 9 zeigt eine Stirnansicht auf eine Platten-

Avärmeubertragungseinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit einem Teil einer weiteren Einheit, die mit ihr benachbart in dem Wärmeaustauscher liegt;

Fig. 10 ist eine Seitenansicht auf zwei Einheiten gemäß Fig. 9 in übereinanderliegender Stellung;

Fig. 11 veranschaulicht Einheiten gemäß Fig. 9 und 10 in Endansicht;

Fig. 12 zeigt eine abgewandelte Gestalt des Verbindungsteiles für Wärmeübertragungseinheiten gemäß der Erfindung;

Fig. 13 und 14 sind bruchstückartige Ansichten eines Kopfteiles, der bei Wärmeaustauschern angewendet werden kann, wobei Fig. 13 einen Schnitt gemäß Linie E-F und Fig. 14 eine Stirnansicht dieser Darstellung bedeutet;

Fig. 15 ist eine bruchstückartige Darstellung, welche in Endansicht eine Zusammenfügung von Wärmeübertragungseinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem kreisförmigen Wärmeaustauschapparat zeigt;

Fig. 16 stellt eine abweichende Anordnung von Einheiten in einem zylindrischen Gehäuse dar;

Fig. 17 zeigt eine Kopfteileinheit gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung, und

Fig. 18 stellt ein Paar der Kopfteileinheiten gemäß Fig. 17 in zusammengefügter Stellung dar, wobei die eine der Einheiten mit dem Verbindungsteil einer Gruppe von Wärmeübertragungseinheiten gemäß der Erfindung verbunden ist.

In Fig. ι der Zeichnung stellt 1 das Gehäuse eines Wärmeaustauschers dar, dessen Wärmeübertragungsflächen aus einer Anzahl von Wärmeübertragungseinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet sind. Das dargestellte Gehäuse ist aus Platten aufgebaut, von denen angenommen werden kann, daß sie in irgendeiner Weise lösbar miteinander verbunden sind; das Gehäuse ist an seinen Enden für den Durchfluß des äußeren Mittels offen. Innerhalb des Gehäuses befinden sich neun Wärmeübertragungseinheiten. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen die Anordnung von drei Gruppen zu je drei Einheiten. Jede Gruppe ist an ihrem einen Ende mit den Einlaßkopfteilen 2 verbunden und am anderen Ende mit dem Auslaßkopfteil 3 für das innere Mittel, wobei die Kopfteile und die Gehäuseenden miteinander durch Kanäle verbunden sind. Zweckmäßig sind die Einheiten innerhalb einer Gruppe voneinander lösbar und mit den Kopfteilen verbunden, so daß die Bestandteile zur Untersuchung, Reinigung und Erneuerung voneinander getrennt werden können.

Mit Bezug auf Fig. 2, 3 und 4 sind beim Aufbau der darin enthaltenen Röhreneinheit die Endteile 4 der einzelnen Röhren 5 in längliche, rechteckige Querschnittsgestalt übergeführt, und es sind die Röhren in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei die kürzeren Seiten der rechteckigen Endteile benachbarter Röhren sich einander berühren, und es können diese Seiten dann zusammengeschweißt oder durch Hartlöten miteinander verbunden sein. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, sind die im Querschnitt rechteckigen Teile 4 von geringerer Höhe als dem Durchmesser der Röhren entspricht, so daß die Röhren mit Ausnahme ihrer im Querschnitt rechteckigen Enden mit Abstand voneinander angeordnet sind.

Die äußersten Enden der im Querschnitt rechteckigen Teile 4 der' Röhren sind durch Schweißen oder Hartlöten mit den Verbindungsteilen 6 verbunden, die über ihre ganze Länge einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, von denen jeder in seiner Breite von seinem mit den Teilen 4 verbundenen Ende 7 in Richtung auf sein anderes, offenes Ende 8 zu konisch abnimmt, wobei dieses Ende 8 mit dem betreffenden Kopfteil verbunden ist und die Höhe des Teiles 6 von seinem Ende 8 in Richtung auf das Ende 7 zu abnimmt.

An seinem Ende 7, welches den Anschluß an die Strömungswege in der Einheit darstellt, ist der Verbindungsteil 6 von der vollen Breite der Einheit, jedoch von einer Höhe, die geringer ist als der Durchmesser der Röhren 5, welche die Einheit bilden, während sein die Verbindung zu dem Kopfteil herstellendes Ende 8 von geringerer Breite ist, beispielsweise halb oder angenähert halb so breit wie das andere Ende 7 des Strömungskanals der Einheit und von einer Höhe, die größer als der Röhrendurchmesser ist, so daß die Querschnittsfläche eines solchen Verbindungsteiles über seine ganze Länge konstant bleibt und gleich oder angenähert gleich groß ist wie die Summe der Querschnittsflächen aller Strömungskanäle der Einheit. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, sind die Verbindungsteile derart gestaltet, daß bei der Übereinanderlagerung von Einheiten die Röhren der einen Einheit mit Abstand von denen der anderen Einheit liegen.

Die zusammengesetzten Röhren 5 einer Röhreneinheit können so angeordnet sein, daß sie in zwei parallelen Ebenen bezüglich des Hauptteiles ihrer Länge liegen, wobei die Röhren der einen Ebene gegenüber denen der anderen Ebene in einer zickzackförmigen Anordnung liegen, wie aus den Fig. 5

und 6 hervorgeht; die Endteile 4 der Röhren sind derart geformt, daß sie in einer dazwischenliegenden Fläche abgebogen und in eine längliche rechteckige Querschnittgestalt übergeführt werden zum Anschluß aneinander und gegenüber dem Verbindungsteil der Einheit. In der dargestellten Konstruktion haben die Röhren in jeder der beiden parallelen Ebenen einen Abstand voneinander, der kleiner ist als ein einzelner Durchmesser; im Gegensatz zu der in Fig. 4 gezeigten Konstruktion können die benachbarten rechteckigen Endteile 4 mit ihren längeren Seiten in Berührung miteinander sein.

Die Wärmeübertragungseinheiten gemäß Fig. 9, 10 und 11 gehören zur Gruppe der Plattenwärmeaustauscher, und jede Einheit enthält ein Paar identischer Platten 9, von denen jede auf dem größeren Teil ihrer Länge gewellt ist, während der äußerste Endteil 10 der Platten eben gelassen ist zur Verbindung mit oder zur Umbildung in den Verbindungsteil 6 der Einheit, während die Längsränder 11 rechtwinklig zur allgemeinen Ebene der Platte abgebogen sind. Beim Zusammenbau zweier Platten 9 zur Herstellung der Einheit wird eine Platte umgekehrt, so daß die Außenränder ihrer Wellen an der betreffenden Seite entsprechend ausgerichtet und in Berührung mit den entsprechenden Rändern der Wellen der anderen Platte gebracht sind. Die Platten werden dann an ihren Längskanten 11 zusammengeschweißt und gewünschtenfalls auch an den zusammenstoßenden Rändern. In letzterem Falle können die Ränder durch Nahtschweißung oder durch Punktschweißung in Abstand voneinander verbunden werden. An den Enden der Strömungskanäle der Einheit sind die Teile 10 der Platten, die eben und frei von Wellen sind, derart gestaltet, daß, wenn die Platten zusammengefügt sind, diese ebenen Teile einen rechteckigen Raum begrenzen, der an die Strömungskanäle angrenzend von voller Breite der Einheit und angenähert der halben allgemeinen Höhe dieser Einheit ist, wie aus Fig. 11 hervorgeht.

Die Art und Weise, in der die Platten gewellt

sind, kann gewünschtenfalls abweichen. So können die Wellen an Stelle einer mehr oder weniger V-förmigen Querschnittsgestalt eine üblichere bogenförmige Gestalt haben, oder es können, wo eine große Querschnittsfläche für den Durchfluß der äußeren Flüssigkeit erforderlich ist, halbkreisförmige Wellen in jede Platte von einer Seite her eingepreßt werden mit dazwischenliegenden flachen Teilen oder Grundflächen. In letzterem Falle werden zwei Platten, von denen die eine umgekehrt wurde, mit ihren ebenen Flächen in Berührung gesichert, so daß eine Anzahl kreisförmiger Strömungskanäle gebildet wird, wobei die Wände benachbarter Kanäle durch flossenartige Teile verbunden sind.

Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß den erläuterten Fig. 1 bis 6, und 9, 10 und 11 sind die Verbindungsteile 6 der Einheiten durchgehend von rechteckigem Querschnitt;· zweckmäßig kann aber jedes Verbindungsteil der Einheit, auch wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, gestaltet werden, so daß an jeder seiner schmaleren Seite eine obere und untere Oberfläche 12 gebildet wird, die von dem scharfen Begrenzungsrand 13 ausgehen und in die breiteren Seiten der Verbindungsteile übergehen, wobei diese divergierenden Oberflächen die durch die Einheit strömende Flüssigkeit ablenken und es ihr ermöglichen, die Wärmeübertragungsfläche der Einheit zu erreichen, ohne plötzlichen Richtungswechsel auf ihrem Durchflußwege zu erleiden.

Eine Gruppe von Wärmeübertragungseinheiten kann Kopfteile mit einer Querschnittsausbildung haben, wie sie aus den Fig. 13 und 14 hervorgeht, wobei die Abschnitte 14 einen Bestandteil der Verbindungsteile 6 der Einheiten bilden oder mit ihnen verbunden sind. Diese Kopfteile 14 haben mehr oder weniger die Gestalt mit Flanschen versehener Ringe oder kurzer Zylinder, die aufeinandergesetzt und durch Zugbolzen 15 miteinander verbunden werden können, welche durch" Öffnungen 16 der \^rerbindungsteile hindurchgehen, wobei das Ende eines Verbindungsteiles 6 der Einheit in die Außenwand des betreffenden Ringes übergeht oder mit ihr verschweißt ist, und ein solches Teil mit der Bohrung des Ringes durch eine Öffnung 17 in der genannten Wand in Verbindung steht. Gemäß Fig. 14 stellt 18 eine Deckelplatte dar, die eine Reinigungsöffnung in der betreffenden Wand des Kopfteiles verschließt.

Die Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung können in verschiedener Weise aufgebaut sein. Sie können so gestaltet sein, daß die Kopfteile 2, 3 für die durch dieWärmeübertragungseinheit strömende Flüssigkeit gemäß Fig. 1 an entgegengesetzten Enden des Wärmeaustauschers angeordnet sind. Gemäß Fig. 7 und S können aber die Kopfteile 2 und 3 für den Einlaß und den Auslaß der Flüssigkeit auch auf derselben Seite angebracht sein. In letzterem Falle enthält jede Wärmeübertragungseinheit Teile 19 und 20 für den Hin- und Rückfluß, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei jede eine Anzahl von Kanälen für das strömende Mittel aufweist, und wobei die Teile für den Hin- und Rückfluß zu beiden Seiten einer Zwischen- oder Trennwand 21 innerhalb des Gehäuses 22 liegen. Die Kanäle für das strömende Mittel auf seinem Hin- und Rückwege 19, 20 dieser Einheit können gemäß Fig. 7 und 8 dem Röhrensystem entsprechen, welches an Hand der Fig. 2 bis 6 beschrieben wurde, sie können jedoch auch dem Plattensystem gemäß Fig. 9, 10 und 11 entsprechen, die durch die gekrümmten Teile 23 gemäß Fig. 7 miteinander verbunden sind, welche um das Ende der Zwischenwand 21 herumgeführt sind, so daß ununterbrochene U-förmige Kanäle gebildet werden; die hin und zurück führenden Kanäle 19, 20 können jedoch auch an dem betreffenden Ende gemäß Fig. 8 in Verbindungsteilen 6 der Einheit enden, die durch ein einziges U-förmiges Führungsstück 24 miteinander verbunden sind, in welchem Falle dieses Führungsstück mit lösbarer Verbindung eingefügt ist. Zweckmäßig wird es, wie in der Zeichnung dargestellt ist, zwischen seinen Enden geteilt, und die beiden Teile werden lösbar miteinander verbunden,

beispielsweise durch Flansche 25 und nicht dargestellte Schraubenbolzen. In einem Wärmeaustauscher gemäß Fig. 7 oder 8 können die Kopfteile 2, 3 von irgendeiner geeigneten Gestalt sein, beispielsweise von der in Fig. 1 dargestellten einheitlichen Gestalt, oder aber von der unterteilten Gestalt, die in den Fig. 13 und 14 dargestellt ist, und das Gehäuse kann mit entfernbaren Teilen versehen sein, welche eine Zugänglichkeit zu den Einheiten zwecks Untersuchung, Reinigung und Erneuerung derselben ermöglichen.

Wenn der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung mit unter hohem Druck stehenden Flüssigkeiten betrieben wird, kann das Gehäuse zylindrisch sein, und die Einheiten können in Gruppen mit sektorartigem Querschnitt zusammengefaßt sein, wie aus den Fig. 15 und 16 hervorgeht, wobei die Verbindungen der Kopfteile durch die Außenwand des Gehäuses 26 oder durch ihre Enden erhalten wird. Wenn die Einheiten von allmählich zunehmender Breite von der Gehäusemitte nach außen zu sind, können die Kopfteile in geeigneter Weise von sich verjüngender Gestalt sowie ein- oder mehrteilig sein. Der innere Bereich des Gehäuses um seine Achse herum kann nicht wirksam mit einer Wärmeübertragungsoberfläche ausgestattet werden; dieser Bereich kann daher durch ein Rohr oder ein inneres zylindrisches Gehäuse 27 verschlossen werden, welches die Welle einer Gasturbine oder einer anderen Rotationsmaschine, beispielsweise eines Luftkompressors, aufnehmen kann. Die Einheiten können flach oder von bogenförmigem Querschnitt sein. Im Falle des bogenförmigen Querschnitts der Einheiten gemäß Fig. 15 können die Einheiten sich in irgendeiner Bogenform von irgendeinem Winkel über das Gehäuse erstrecken, beispielsweise über ein Viertel des Umfanges gemäß Fig. 15; die Einheiten können aber auch zylindrisch ausgebildet sein, in welchem Falle jede Einheit eine Anzahl von in geeignetem Abstand voneinander vorgesehenen Verbindungsteilen 6 enthält, welche die erforderliche Anzahl von Kopfteilen miteinander verbinden. Röhreneinheiten sind in der Zeichnung dargestellt; die Enden 28 der Röhren gehen in eine mehr oder weniger trapezförmige Querschnittsgestalt über. Wenn die Einheiten flach sind, wie aus Fig. 16 zu ersehen ist, können entsprechend gestaltete Platten 29 vorgesehen sein, um die Räume zwischen den äußeren Einheiten und der Außenwand des Gehäuses 26 zu schließen, in denen Röhren in wirtschaftlicher Weise nicht untergebracht werden können, und die sonst nur schmale Wege bilden würden, durch welche die Flüssigkeit frei und mit geringem Wärmeaustausch hindurchfließen würde.

Der Kopfteil 2 gemäß Fig. 16 stellt einen Hohlkörper dar, dessen eines offene Ende oder Stirnfläche mit dem Verbindungsteil 6 der Einheit in der betreffenden Gruppe verbunden ist, während sein gegenüberliegendes offene Ende, welches von den Einheiten entfernt ist, mit der nicht dargestellten Zuführungsleitung für die innere Flüssigkeit verbunden ist. An seinem an die Einheiten angeschlossenen Ende hat der Kopfteil trapezförmigen Querschnitt, wobei die Öffnung in diesem Ende von ähnlicher Gestalt ist, während das gegenüberliegende Ende des Kopfteiles einen kreisförmigen, mit Flanschen versehenen Stopfbuchsenring zum Anschluß an die vorerwähnte Zuführungsleitung aufweist.

Mit Bezug auf die Fig. 17 und 18 können mehrere Kopfteile einander ähnlich oder sogar untereinander identisch in ihrer Gestalt sein. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, sind sie in ihrer Gestalt identisch und an beiden Seiten offen, und jeder enthält einen Teil 30 an seinem einen Ende, der senkrecht steht und von einer Höhe gleich der Höhe der Gruppen von Wärmeübertragungseinheiten ist, die zu ihm gehören sowie von einer Breite, die gleich ist den äußeren Enden der übereinandergelegten Verbindungsteile 6 der Einheiten, welche die Gruppe bilden. Ein Teil 31 am anderen Ende befindet sich in Querlage in offener Verbindung, jedoch von angenähert halber Höhe und doppelter Breite des vertikalen Teiles 30. Die öffnung in dem vertikalen Teil 30 des Kopfteiles steht den Einheiten gegenüber. Die eine Seite 32 des- vertikalen Teiles 30 und das eine Ende 33 des querliegenden Teiles 31 befinden sich in gemeinsamer Ebene, und das eine Ende 34 des vertikalen Teiles und die obere oder untere Seite 35 des querliegenden Teiles 31 liegen in einer anderen gemeinsamen Ebene, die zu der erstgenannten gemeinsamen Ebene senkrecht steht. Wenn die Teile zusammengefügt sind, wie aus Fig. 18 zu ersehen ist, dann liegen die vertikalen Teile 30 eines Paares der Kopfteile aneinander, wobei der eine Teil mit den offenen Enden der Verbindungsteile der Gruppe von Einheiten, und der andere mit dem Raum zwischen den genannten Enden und den entsprechenden Enden der Verbindungskammern einer benachbarten Gruppe von Einheiten ausgerichtet ist, während die Querteile 31 der Kopf teile übereinanderliegen. Die berührenden Wände 36 der beiden Kopf teile sind gekrümmt und angenähert gestaltet, wie dargestellt, so daß sie gut angeschmiegt zueinander passen, während sie gleichzeitig eine weiche Übergangsfläche, welche frei von Winkeln ist, für die durch die Kopfteile strömende Flüssigkeit bilden, die überall einen gleichbleibenden freien Durchtrittsquerschnitt aufweisen. Diese Ausbildung der Kopfteile vermindert die Druckverluste der hindurchströmenden Flüssigkeit, da eine gleichmäßige Strömung, die frei von Wirbeln ist, erhalten bleibt.

Wenn es erforderlich ist, daß der eine Kopfteil eines Kopfteilpaares eine größere Menge von durchströmenden Mitteln als der andere hindurchlassen muß, dann kann der eine Kopfteil zwar von äußerlich ähnlicher Gestalt wie der andere und mit diesem zusammenbaufähig, jedoch mit einem anderen Durchflußquerschnitt versehen sein als der andere Kopfteil.

Der senkrechte Teil 30 des einen Kopfteiles eines Kopfteilpaares ist mit den entsprechenden Enden der Einheiten der Gruppe verbunden, zu denen er ehört und leitet Wärmeaustauschmittel nach oder

empfängt sie von den genannten Einheiten, während die senkrechten Teile des anderen Kopfteiles eine; jeden Kopfteilpaares, die mit dem Raum zwischen den Enden der Einheiten benachbarter Gruppen 5 oder mit dem Raum zwischen einer Gruppe dieser Enden und dem Gehäuse in offener Verbindung sind, Flüssigkeit über die Einheiten zuführen und über diese erhalten. Die Querteile 31 des Kopfteiles sind an die Leitungen für die betreffenden Mittel angeschlossen, die den Wärmeaustauscher durchströmen.

Irgendein Mittel kann angewendet werden, um die Verbindungsteile der Einheiten mit den Kopfteilen für die Strömung der Mittel durch die Einheiten zu befestigen. Wenn es erwünscht ist, eine Gruppe von Einheiten zu bilden und die geeigneten Kopfteile in eine einheitliche Konstruktion einzufügen, dann können die Verbindungsteile der Einheiten miteinander verschweißt oder durch Hartlöten an ihren freien Enden verbunden werden und die genannten Enden mit den Kopfteilen verschweißt sein. Sollte es gewünscht werden, daß die Einheiten einzeln entfernbar sind, dann können die

Verbindungsteile an ihren offenen Enden mit

Flanschen versehen und miteinander sowie gegenüber dem Kopfteil verschraubt sein.

Ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher kann derart ausgebildete Einheiten enthalten, daß Kanäle oder Wege für den Durchfluß strömender Mittel von irgendeiner gewünschten Querschnittsfläche gebildet werden, und sowohl bei Einheiten nach dem ■Röhrensystem wie auch nach dem Plattensystem können diese Wege von solchen Abmessungen und/oder solcher Gestalt im Querschnitt sein, daß

eine laminare Strömung beim Durchgang des Mittels durch den Wärmeaustauscher gewährleistet ist, wobei zugleich für einen gegebenen Druckverlust ein größerer Wärmeübergang erzielt wird, als das möglich wäre, wenn eine turbulente Strömung dieses Mittels erzielt werden würde. Um ferner die größte durchschnittliche Temperaturdifferenz zu erhalten und demzufolge die wirksamste Wärmeübertragung bei gegebenem Druckverlust zu erreichen, sind die Wärmeaustauscher gemäß vorliegender Erfindung vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie nach dem Gegenstromprinzip arbeiten. Ferner steht in günstiger Weise die ganze Oberfläche der Verbindungsteile der Einheiten für die Wärmeübertragung zur Verfugung, und wenn das Gegenstromprinzip zur Anwendung gelangt, kommt die gleiche mittlere Temperaturdifferenz an diesen Teilen wie an der Hauptwärmeübertragungsfläche der Einheit zur Anwendung.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9, 10 und 11 haben die gewellten Platten 9, aus denen eine Einheit gebildet ist, ebene Endteile 10, die so gestaltet sind, wie es für die Bildung der Verbindungsteile 6 der Einheit erforderlich ist. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, denn gewünschtenfalls können die Platten über ihre ganze Länge gewellt sein, und es können die Verbindungsteile 6 getrennt davon gebildet und angeschweißt sein, in welchem Falle die benutzten Wände der Verbindungsteile an ihren Enden gegenüber den Platten gewellt sind, so daß sie diesen entsprechen und den Wellenformen der diesbezüglichen Platten angepaßt sind.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Gegenstrom-Wärmeaustauscher mit Gruppen von parallelen Strömungskanälen für den Durchgang des einen, d. h. des inneren der Wärmeaustauschmittel und mit Kanälen zwischen diesen Rohren für das andere, d. h. das äußere der Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (5, 9) an ihren Enden (4) gruppenweise vereint sind und ohne plötzliche Richtungsänderung in Verbindungsteile (6) münden, die zu den Kopfteilen des Wärmeaustauschers führen, wobei die Querschnittsfläche der Verbindungsteile auf ihrer ganzen Länge annähernd gleich der Summe der Querschnittflächen der angeschlossenen Rohre ist.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittfläche der Verbindungsteile (6) sich in der Breite in Richtung vom Ende der Strömungskanäle (5, 9) bis zum Kopfteil (2) verjüngt und in der Höhe dagegen zunimmt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Strömungskanäle (5, 9) an ihren in einer gemeinsamen Ebene nebeneinanderliegenden Enden so gestaltet sind, daß sie eine Fläche von derselben Gestalt und von denselben Abmessungen wie diejenige begrenzen, die von den breiteren und weniger hohen Enden der Verbindungsteile (6) begrenzt werden.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Verbindungsteil (6) über seine ganze Länge einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Verbindungsteil (6) an jedem Ende einen rechteckigen Querschnitt hat.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle für innere Wärmeaustauschmittel von einer Mehrzahl gerader Rohre (5) gebildet werden, die in einem Abstand voneinander in einer Reihe und in einer gemeinsamen Ebene oder in

. zwei in parallelen Ebenen angeordneten Reihen liegen, wobei die Rohre der einen Reihe versetzt zu den Rohren der anderen Reihe liegen und ihre Enden so abgebogen sind, daß diese an jedem Ende der Einheit in einer gemeinsamen Ebene liegen und so verformt sind, daß ihr Querschnitt eine rechteckige Gestalt erhält.

7. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Ebene, in der eine Reihe von Rohren liegt, eine Rotationsfläche ist, wobei die Endteile der Rohre im Querschnitt zu einer annähernd trapezförmigen Gestalt verformt sind und die Verbindungsteile der Einheit

von im Querschnitt bogenförmiger Gestalt sind.

8. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle für das innere Wärmeaustauschmittel von zwei gewellten übereinanderliegenden Platten (9) gebildet werden und daß die Grundflächen der Wellungen der oberen Platte mit den Wölbungen der unteren Platte in Übereinstimmung liegen und diese berühren, daß ferner die Längskanten bzw. diese und die aneinanderstoßenden Grundflächen und Wölbungen der Wellungen zusammengeschweißt sind, während ihre Endteile an jedem Ende der Einheit mit einem Verbindungsteil verschweißt sind, der an der Stelle seiner geringsten Höhe die volle Breite der Einheit und annähernd die Hälfte seiner Gesamthöhe aufweist.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefügten Platten über ihre ganze Länge gewellt sind und daß die Wände der Verbindungsteile an ihren den Platten gegenüberliegenden Enden in entsprechender Weise gewellt sind.

10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren in einer gemeinsamen Ebene liegenden Strömungskanäle im Grundriß U-förmige Gestalt haben, wobei die Einlaß- und Auslaßverbindungsteile der Einheit auf derselben Seite dieser Einheit liegen.

11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Strömungskanäle in nebeneinanderliegende vor- und zurückführende Abschnitte (19, 20) unterteilt sind, an die die Einlaß- und Auslaßverbindungsteile an demselben Ende der Einheit angeschlossen sind und daß diese Abschnitte an ihrem anderen Ende Verbindungsteile (6) aufweisen, die durch einen unterteilten bogenförmigen Kanal (24) miteinander verbunden sind.

12. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Verbindungsteil (6) ein kurzer mit einer Öffnung (17) versehener zylindrischer Teil sitzt bzw. an ihm angeschweißt ist, der einen Abschnitt des Kopfes für eine Gruppe von Einheiten bildet und daß dieser Kopf aus einer Anzahl von übereinanderliegenden und miteinander verbundenen Teilen (14) besteht.

13. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Wärmeaustauschers die in Gruppen zusammengefaßten Verbindungsteile an Leitungen für die inneren und äußeren Wärmeaustauschmittel durch offen endende Kopfteile von konstantem Durchflußquerschnitt angeschlossen sind, welche paarweise zusammengefaßt und so gestaltet sind, daß ihre den Einheiten gegenüberliegende Enden Seite an Seite liegen, während die mit den Leitungen verbundenen Enden eines jeden Paares von Kopf teilen übereinanderliegen und die sich berührenden Wandungen der Kopfteile dicht aufeinander passen und so gekrümmt sind, daß für den Durchfluß durch die Kopfteile hindurch glatte Flächen gebildet werden, die frei von scharfen Winkeln oder Knicken sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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