DE2413165B2 - Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, mit Eintritts- und Austrittssammetieitungen, die mit dem Wärmeaustauscher-Kern ein integrales Ganzes bilden, der aus mehreren geformten Platten besteht, die in Sandwich-Bauart paarweise Rücken an Rücken zur Bildung von ineinandergefügten Reihen von Gegenstromkanälen für erste und zweite Strömungsmittel miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Sammelleitungen und den Strömungskanälen für das erste Strömungsmittel Verbindungsöffnungen vorhanden sind und jede Platte einen zentralen Wärmeaustauscherabschnitt aufweist, der zwischen den entgegengesetzten Endabschnitten mit diesen ein einheitliches Ganzes bilden, wobei ferner sich um den Umfang der Platte ein abgebogener Flansch erstreckt, jeder Endabschnitt mit wenigstens einer vollständig umschlossenen Öffnung versehen ist, um die herum sich wenigstens teilweise ein abgebogener Kragenteil erstreckt, wobei die Kragenteile jeder Platte Segmente der entsprechenden Eintritts- und Austrittssammelleitungen bilden, n:,d wobei erste und zweite Rippenelemente zwischen den Platten in den ersten und zweiten Strömungskanälen verteilt angeordnet sind.

Es sind bereits Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher dieser Art bekannt (US-PS 22 87 281), die jedoch als Schweißkonstruktionen einen relativ hohen Herstellungs- und Materialkostenaufwand orfordern und darüber hinaus hinsichtlich Kompaktheit und Baugewicht zu wünschen übrigen lassen.

Bei einer anderen bekannten Wärmeaustauscherkonstruktion (US-PS 25 11 08*) werden die einzelnen Einheiten, aus denen der Kern zusammengesetzt ist, mit Hilfe von Schrauben, die in obere und untere Tragplatten eingeschraubt sind, zusammengehalten. Zwar soll bei dieser Konstruktion auch die Möglichkeit gegeben sein, den zusammengebauten Wärmeaustauscher in einem Lötofen zu behandeln, jedoch dient dieser Vorgang nur dazu, nachträglich noch angebrachte Eintritts- und Austrittsrohre mit den einzelnen Kerneinheiten zu verbinden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher zu schaffen, der einen möglichst geringen Herstellungs- und Materialkostenaufwand erfordert und neben einem hohen Wirkungsgrad sich durch Kompaktheil und geringes Gewicht auszeichnet und der sich darüber hinaus mit einfachen Mitteln herstellen läßt, also nicht die üblichen Verbindungsei., mente für die Platten in Form von Schrauben und Muttern, Stäben und Stangen benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flansche und Kragen benachbarter Plattenpaare miteinander verlötet sind, und daß die einander berührenden Oberflächen der verteilt angeordneten Rippenelemente und Platten zu einer starren, sich selbst tragenden Konstruktion verlötet sind. Zur Herstellung dieses Plattengegenstrom-Wärmeaustauschers dient erfindungsgemäß ein Verfahren, bei dem die Platten gereinigt werden, eine Lötlegterung auf allen miteinander zu verlötenden Oberflächen abgelegt wird, die Platten zu einer Anordnung, die eine Kernmatrix bildet, durch Übereinanderstapeln der Platten mit dazwischenliegenden Rippenelementen zusammengestapelt wird und diese Anordnung in einen Ofen mit kontrollierter Atmosphäre so lange plaziert wird, bis alle benachbarten Oberflächen miteinander verlötet sind.

Der Zusammenbau des Wärmeaustauscherkerns wird durch das erfindungsgemäße Verlöten der einzelnen Platten insofern gegenüber der bi.r-¹ ;r bekannten Hersteüungsweise des Verschweißen crLehüch vereinfacht, als die Lötverbindung nur auf alle Oberflächen, die miteinander verbunden werden sollen, aufgetragen zu werden braucht, die einzelnen Elemente dann in Sandwich-Bauweise zu einem Kern gewünschter Konfiguration und Abmessungen zusammengesetzt werden, und der Kern dann als Ganzes in einem Ofen verlötet wird. Dadurch entsteht ein Gebilde hoher Festigkeit, so daß beispielsweise bei Normalbetrieb Innr.ndrücke von etwa 7 kp/cm² vom Wärmeaustauscher ausgehalten werden, denen eine Schweißkonstruktion trotz größerer Plattendicke normalerweise nur standhält, wenn der Wärmeaustauscher mit einem stabilen Gehäuse umgeben wird und besondere Versteifungskörper für die Seitenwände vorgesehen werden.

Es ist nun zwar bekannt, bei Wärmeaustauschern Platten und Rippenelemente durch Verlöten miteinander zu einem Teil zu verbinden (US- PS 34 60 61"_;), die ser Teil stellt jedoch dann nur einen Modul, also einen Baustein dar, der Bestandteil eines Stapels ist, welcher den Wi-'rmeaustauscherkern bildet. Bei dieser Konstruktion, werden also nur die einen einzelnen Modul bildenden Elemente miteinander verlötet, die Module selbst jedoch nach dem Zusammenbau zu einem Stapel auf andere Weise miteinander verbunden. Diese Konstruktion weist somit nicht die Vorteile auf, die dem erfindungsgemäßen Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher eigen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsvorschlages sowohl in konstruktiver als auch in verfahrenstechnischer Hinsicht sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Plattengegenstromwärmeaustauschers;

F i g. 2 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des WärmeaustaLachers, die derjenigen von F i g. I entspricht, mit Ausnahme der Gehäuseform und Kopfstückform.

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teiles des Wärmeaustauschers von F i g. 1 im Schnitt in Richtung der Pfeile 3;

Fig.4 eine Draufsicht des Wärmeaustauscherkerns van Fig. 1 und 2;

Fig. 5 eine weitere Schnittansicht eines Teils der Anordnung von F i g. 4, und zwar in Richtung der Pfeile

F i g. 6 eine geschnittene Seitenansicht eines der in dem Kern von F i g. 4 benutzten Elemente;

F i g. 7 'ine geschnittene Seitenansicht eines anderen Elementes, das im Kern von F i g. 4 Verwendung findet,

Fig. 8 eine geschnittene Seitenansicht eines dritten Elementes des Kerns von F i g. 4,

Fig. 9 eine geschnittene Seitenansicht der Elemente der Fig. 6—8, die zusammengesetzt sind und so einen Teil des Kerns von F i g. 4 bilden,

Fig. IO eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Kerns von F i g. 4,

F i g. 11 eine Draufsicht der Ausführungsforrn von Fig. 10 wobei ein TeIiI zur Verdeutlichung von Einzelheiten weggebrochen ist.

Fig. 12 eine geschnittene Seitenansicht längs der Pfeile 12 in F i g. 11. und

Fig. 13 eine teilweise geschnittene und teilweise wcggcbröchcne perspcküvisuiie AiiMciii von konstruktiven Einzelheiten eines Teils der Ausführungsform von Fig. 10.

Die in F-" i g. 1 gezeigte Ausführungsform eines I'lattengegenstrom-Wärmeaustauschers 10 weist einen Kern 12 auf, der von einem Gehäuse 14 umschlossen wird. Der Kern ist mit ihm aus einem Teil bestehenden Sammelleitungen 16, 71 auf gegenüberliegenden Seiten des zentralen Wärmeaustauschers versehen, die mit den Kopfstücken 18 bzw. 19 verbunden sind. Der Wärmeaustauscherkern 12 wird in dem Gehäuse 14 durch Halterungen 20 getragen. Das Gehäuse 14 ist mit Eintritts- und Austrittskanälen 22 und 23 ausgestattet, mit Hilfe derer ein heißes Gas durch den Wärmeaustauscherkern 12 hindurchgelcitet wird, das mit Luft in innigen Wärmeaustausch tritt, die zwischen den entsprechenden Sammelleitungen 16, 17 strömt. Im Betriebszustand tritt die Luft in das Kopfstück 19 durch ein Eintrittsrohr 24 ein, in dem sich ein Belastungen kompensierender Faltenbalgteil 26 befindet, der eine Anpassung an Dimensionsschwankungen ermöglicht, strömt dann nach oben in die Sammelleitungen 17 und von dort in die l.uftstromkanälc im Wärmeaustauscherkern 12. Die Luft strömt daraufhin durch die Sammelleitung 16 nach oben in das Kopfstück 18 hinein und verläßt dieses durch das Austrittsrohr 28, das ebenfalls mit einem Belastungen kompensierenden Faltenbalgteil 29 ausgestattet ist. Gleichzeitig strömt heißes Gas in das Gehäuse 14 durch den Eintrittskanal 22 ein, strömt dann durch die Gaskanäle, die zwischen den Luftströmungskanälen des Wärmeaustauscherkerns 12 geschichtet sind, und strömt schließlich durch die Austrittsleitung 73 aus dem Gehäuse 14 heraus. Es versteht sich also, daß sich der Luftstrom und der Gasstrom in der Schichtenstruktur des Wärmeaustauscherkerns 12 in einem direkten Gegenstrom befinden.

Eine ähnliche Anordnung 10a ist in Schnittansicht in F i g. 2 gezeigt, wobei der gleiche Wärmeaustauscherkern 12 verwendet wird, jedoch ein etwas anderes Gehäuse 14a vorgesehen ist, das mit Eintritts- und Austrittsleitungen 22/4, 23Λ versehen ist. Auch die Kopfstückanordnungen 18/4. und 19/4 unterscheiden sich geringfügig von den in F i g. 1 gezeigten.

F i g. 3 zeigt eine perspektivische und teilweise weggebrochene Teil-Schnittansicht von konstruktiven Einzelheiten desjenigen Teils des Kerns 12, der sich in der durch die Pfeile 3-3 in F i g. 1 gekennzeichneten Schittiinie befindet. Der in F i g. 3 dargestellte Teil bildet einen Teil des Kerns 12 und einen Teil einer der Luftsammelleitungen 16. Der Kern 12 weist mehrere geformte Platten 30 auf. die übercinandergeschichtet sind und voneinander durch entsprechende Gasrippenelemente 32 und Luftrippcnelemente 34 getrennt sind. In entsprechender Weise sind Öffnungen bei 40 für die Kanäle vorgesehen, Hie die heißen Gase von außerhalb des Kerns 12 in die Gaskanäle leiten, welche die Gasrippenelemente 32 enthalten. Somit läßt sich aus F i g. 3 erkennen, daß die Gas- und Luftrippenelemente innerhalb der geschichteten oder Sandwich-Struktur des Kerns 12 dazu dienen, dem Kern eine gewisse Steifigkeit und Festigkeit zu verleihen und gleich/citig die verlangte Wärmeübertragung zwischen den benachbarten Gas- und Luftströmen stattfinden zu lassen, wobei in den diesbezüglichen Strömungsmittelströmungen die gewünschte Turbulenz erzeugt wird, die zu einer Verstärkung des Wärmeübergangs an der Grenzfläche zwischen Strömungsmittel und Metall führt.

In F i g. 4 ist eine Draufsicht des Kerns 12 von F-" i g. I udi'gC-SiC-ni. Diese Aiisiehi kanu auL'ii ais allgemeine Umrißform einer der geformten Platten 30 betrachtet werden, aus denen der Kern 12 besteht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Platte 30 mit einem abgesetzten Flansch 32 versehen, der sich rund um ihren Umfang erstreckt.

Dieser abgesetzte oder abgestufte F-'lansch wird mit einem ähnlichen Flansch auf der Platte der nächstfolgenden Schicht des Plattcnstapels oder Kerns verbunden, so daf .;in .Strömungskanal entsteht, der öffnungen aufweist, die nur in der obengenannten Weise mit ihm in Verbindung stehen, d. h. dort, wo der Strömungskanal für einen Luftstrom bestimmt ist, stehen die Öffnungen mit den Sammelleitungen 16 und 17 in Verbindung, während dort, wo der Strömungskanal für einen Gasstrom bestimmt ist. die Öffnungen mit der Außenseite des Kerns \2 an Segmenten in Verbindung stehen, die sich zwischen benachbarten Sammelleitungen 16 und 17 befinden. Ein solches Segment ist bei 44 auf der linken Seite in F i g. 5 zu sehen, die einen Schnitt eines Teils des Kerns längs der Linie 5-5 in F^: i g. 4 in Richtung der Pfeile bildet. Im Segment 44 von F i g. 5 sind außerdem Gasöffnungen 40 und die Verbindung benachbarter Flansche 42 dargestellt. Desweiteren sind in dieser Zeichnungsfigur auf der der Sammelleitung 16 gegenüberliegenden Seite Luftöffnungen 38 zu finden, die mit der Sammelleitung in Verbindung stehen.

Die entsprechenden geformten Platten 30. die mit dem Gasrippenelement 32 und den Luftrippenelementen 34 ausgestattet sind, sind ineinandergesetzt. so daß der Kern 12 entsteht. Diese Platten liegen in drei unterschiedlichen Konfigurationen vor. Jede Platte 30 ist mit einem tassenähnlichen Vorsprung versehen, a\ir einen Kragen 36 oder einen Sammelleitungsabschnitt jeder einzelnen Sammelleitung 16 und 17 bildet. Die Einzelheiten der konstruktiven Gestaltung der entsprechenden geformten Platten 30 sowie die Art und Weise, in der sie im Kern 12 zusammengesetzt sind, lassen sich am besten aus den F i g. 6—9 ersehen. F i g. 6 zeigt einen Teil der Platte 30a und einen tassenähnlichen Kragen 36a. F i g. 7 zeigt in ähnlicher Weise eine geformte Platte 306, die mit einem tassenähnlichen Kragen 366 versehen ist. F i g. 8 zeigt eine entsprechende geformte Platte 30c mit ihrem Kragen 36c Die Platten 30a, 306 und 30c können als »4-Platten«, »ß-Platten« und »C-Platten« bezeichnet werden. Jeder Kragen 36 der Fig.6—8 ist mit einem entsprechenden Flansch 42a, 426 und 42c versehen, der sich um den äußeren, linken Umfangsrand des Kragens erstreckt. Der A Platten-Kragen 36a weist außerdem einen zusätzlichen Umbördelunesteil 46 auf.

der sich am Rande des Kragens 36a entlang erstreckt und dabei dem Flansch 42a gegenüberliegt. Es wird darauf hingewiese.!, daß die Durchmesser der Kragen 366 und 36c gleich, jedoch geringförmig kleiner sind als der Durchmesser des Kragens 36a, wobei die Außendurchmesser der Kragen 366 und 36c so festgelegt sind, daß s'\> in den Innendurchmesser des Kragens hineinpassen. Jede Platte der F i g. 6 und 8 ist mit einem abgesetzten Teil 48a 486 und 48c versehen. Desweiteren weisen die Platten 30a und 306 der Fi g. 6 '.nd 7 einen diagonalen Bereich 50a oder 506 auf der von den entsprechenden Kragen 36a und 366 entlang desjenigen Randes entfernt worden ist, weiche den abgesetzten Teilen 48a, 486gegenüberliegt.

Die Art und Weise, in der die Platten 30 des Kerns 12 zusammengesetzt bzw. ineinandergesetzt sind, läßt sich am Besten aus F i g. 9 erkennen, die eine vergrößerte gegeben. Die Verstärkung oder Versteifung der entsprechenden Verbindungen, die auf diese Weise entstehen, erhöht den Widerstand gegen den sogenannten »Faltenbalg«-Effekt, bei dem ein einfaches, mit einem Flansch versehenes Plattenelement dazu neigt, sich faltenbalgartig unter der Wirkung eines hindurchströmenden Druckmittels auszudehnen. Einfache Flanschkonstruktionen lassen aufgrund eines Versagens der Weischlot- oder Hartlotverbindung unter Zugspannung oder infolge fortlaufender zyklischer Biegebeanspruchung an den Verbindungslinien undichte Stellen und Risse entstehen. Gemäß den hier gemachten Vorschlägen wird die notwendige Verstärkung geschaffen, um ein solches Versagen zu verhindern oder zumindest auf ein Mindestmaß zu beschränken. Darüber hinaus läßt sich die Kernkonstruktion leicht durch Weichlöten oder Hartlöten reparieren, sobald eine

.Srhnitlaniirht 7PjPt₁ wpjrhp in ptwa 0?Γ'£Π!^σ?η VOH UMdlch'.C St?!!? OdSf £!Π Riß ΗϋίΐΓίίί, d2 Cifl dsrsrii"£S

F i g. 5 entspricht. Eine einzelne Folge Platten 30 besteht aus zwei Λ-Platten, einer ß-Platte und einer C-Platte. Die beiden ,4-Platten sind mit dem Rücken aneinanderliegend verbunden, so daß ihre entsprechenden Flansche 42a übereinandcrliegen. Die Plattenfolge beginnt beispielsweise am Kopf von Fig. 9 mit einer ß-Platte, die mit der Oberseite nach unten zu angeordnet ist, und zwar bezogen auf die Art und Weise der Darstellung der Platte 306 in Fig. 7, und die in die beiden aneinanderstoßenden /4-Platten eingesetzt ist. Auf diese Platte folgt eine C-Platte, die ebenfalls in die untere 'er beiden /4-Platten eingesetzt ist und dabei an der über ihr befindlichen ß-Platte anliegt. Diese Plattenfolge wiederholt sich dann, wobei in Abwärtsrichtung von Fig. 9 mit einer weiteren ß-Platte fortgefahren wird, die in einem Paar aufeinanderliegenden /!-Platten sitzt, ect..

Für jede aus vier geformten Platten und aufeinandergesetzten Kragen bestehende Folge, die soeben beschrieben wurde, sind zwei Luftschichten mit entsprechenden Luftöffnungen 38 sowie zwei zugehörige Gasschichten vorgesehen. Die obere Luftöffnung 38 in Fig. 9 wird durch die Verbindungsstelle der beiden abgesetzten Segmente 48a der aneinanderstoßenden ,4-Platten gebildet. Die untere der beiden Luftöffnungen 38 in Fig. 9 wird durch die Verbindungsstelle der abgesetzten Teile 486und 48cder aneinanderstoßenden ß-Platten bzw. C-Platten gebildet. Die diagonalen Bereiche 50a und 506 schaffen den gewünschten Zwischenraum für den Anschluß der entsprechenden Luftöffnungen 38 zwischen der Sammelleitung.

F i g. 9 zeigt die Art und Weise, in der die Konfiguration und die Abmessungen der entsprechenden A-, B- und C-P!atten in dem dargestellten zusammengesetzten Zustand eine Verstärkung und Versteifung des Sammelleitungsteiles des Kerns 12 bilden. Man erkennt, daß der Kern 12 im Normalbetrieb unter erheblichen Druck gesetzt werden kann, der beispielsweise 7 kp/cm² betragen kann. Über die ganze Länge der Sammelleitung ist eine Doppelschicht Kragen 36 vorhanden, und zwar aufgrund der Einfügung der Kragen 366 und 36c in die aufeinanderstoßenden Kragen 36a Desweiteren überlappt der Kragen 366 den aufeinandertreffenden Teil der beiden /4-Platten der Flansche 42a Darüber hinaus ist dort, wo die B- und C-PIatten an den Kragen 366 und 36c aufeinanderstoßen, ohne daß die Möglichkeit einer überlappenden Verbindung gegeben ist, eine zusätzliche Verstärkung für die Verbindung der Flansche 426 und 42c durch die Umbördelungsteile 46 der angrenzenden /4-Platten Versagen an einer Verbindungslinie erfolgt, und alle Verbindungslinien, sowohl die innerhalb als auch die außerhalb der Sammelleitungen sind für das Zubehör leicht zugänglich, das zur Reparatur der Risse benötigt wird.

Eine andere Ausführungsform 52 eines aus geformten Rippenplatten aufgebauten Plattengegenstromwärmeaustauscherkerns für den Einbau in die in den F i g. I und 2 gezeigten Anordnungen 10 und 1OA ist in den Fig. 10—13 dargestellt. Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kerns 52. während Fig. 11 eine Draufsicht eines vorhandenen Rippenplattenmoduls oder -Bauelements 54 darstellt, aus dem der Kern 52 von Fig. 10 aufgebaut ist. Wie insbesondere Fig. 11 entnommen werden kann, hat der Kern 52 einen zentralen Gegenstrornabschni'i 56 sowie en'gegengesetzte Endabschnitte 58 und 59. Die Endabschnitte 58 und 59 bilden die Sammelleitungen 60, 61 die den Lufteintrittskanal bzw. den Luftaustrittskanal darstellen, und weisen eine Vielzahl Rippen 62 auf, die diagonal ausgerichtete Gaskanäle begrenzen, sowie Rippen 63,

■to die diagonal ausgerichtete Luftkanäle bilden, durch die sowohl Gas als auch Luft dem zentralen Gegenstromabschnitt 56 in aufeinanderfolgenden Schichten zugeführt bzw. aus diesem Abschnitt abgeführt werden.

Die durch die Rippen 63 geschaffenen Luftkanäle bilden zwischen den Sammelleitungen 60, 61 und den Luftkanälen des zentralen Kernteiles 56 eine Verbindung. Ihn ähnlicher Weise schaffen die durch die Rippen 62 gebildeten Gaskanäle zwischen den Gaskanälen des zentralen Kernteils 56 und den Gasöffnungen 64

so (F i g. 10) eine Verbindung, die sich um den Umfang der Endieile 58, 59 erstrecken. Einzelne Luftöffnungen 66 bilden zwischen den einzelnen Luftkanalschichten 67 eine Verbindung, die der bereits im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der Fig.3—9 beschriebenen ähnlich ist

Man erkennt, daß bei der Darstellung von F i g. 11 ein Tei! weggebrochen ist, um die Gaskanäle und die Luftkanäle in verschiedenen Ebenen darzustellen. Obgleich die strukturelle Formgebung der Endteile 58 und 59 und die in ihnen vorhandene Nebeneinanderlage benachbarter Luft- und Gaskanalschichten ein gewisses Ausmaß an Wärmeübertragung zwischen den entsprechenden Fluidströmen schafft, findet der Hauptwärmeübergang zwischen den Gas- und Luftströmen im zentralen Kernteii 56 statt. Hier befinden sich die Strömungsmittel in einem echten Gegenstromverhältnis, wobei Rippeneiemente vorgesehen sind, um die gewünschte Turbulenz zu erzeugen und das Wärme-

Übertragungsvermögen der Konstruktion zu verbessern, sowie der Konstruktion eine größere strukturelle Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen. In den Endteilen 59, 58 stehen die Strömungsmittel in benachbarten Schichten in etwa in Querstrombeziehung. Diese Querstrombeziehung in den Endteilen ist in Fig. 12 dargestellt, wobei Fig. 12 eine Teil-Schnittansicht längs der Linie 12-12 in Fig. 11 bildet. Wie aus Fig. 12 hervorgeht, sind die Rippen 63, die die Luftkanäle in den Endteilen 58, 59 bilden, aus Preßteilen der einzelnen Platten geformt, während die Rippen 62. die die Gaskanäle begrenzen, Einsätze darstellen, die den mit Rippen versehenen Schichten in dem zentralen Kernteil 56 ähnlich sind. Die Konstruktion wird durch Weichlöten oder Hartverlöten der Verbindungslinien an den entsprechenden Flanschen 68 miteinander verbunden. Man erkennt, daß sich ein gegebener Flansch 68 vollständig rund um eine Platte erstreckt, aus denen der Kern 52 aufgebaut ist, so daß sich mit dem Flansch ihrer dazu passenden Platte eine vollständig umschlossene Dichtung ergibt, die sich zwischen den beiden Platten mit Ausnahme der einzelnen Luftöffnungen 66, die mit den Sammelleitungen 60, 61 in Verbindung stehen, rund um die ganze Luftschicht 67 erstreckt. Die Gasschichten sind im Gegensatz dazu an den Endteilen 58, 59 offen und am Umfang des zentralen Kernteiles 56 durch die geschlossenen Längsoberflächen 70 der in diesem Kernteil befindlichen Gasrippenelemente verschlossen. Die Plattenpaare, die an den Flanschen 68 zusammenstoßen, sind durch die Rippenelemente miteinander verbunden und stehen auch an den Sammelleitungen 60, 61 durch die Verbindungen der Kragen 72 miteinander in Verbindung, die dazu dienen, die Sammelleitungen gegen die Gasströmungskanäle abzudichten.

Eine etwas andere konstruktive Ausführung ist in teilweise weggebrochener, perspektivischer Schnittdarstellung in Fig. 13 gezeigt, wobei eine Konstruktion dargestellt wird, die sich bei der in den Fig. 10 bis 11 gezeigten Ausführungsform verwenden läßt. Bei der Konstruktion von Fig. 13 werden die Gaskanäle in dem Endteil 58 durch die Verbindungen der Rippen 73 benachbarter Platten 74 ausgebildet, während die Luftkanäle oder Schichten 67 mit der Luftsammelleitung 60 in Verbindung stehen, also in dieser Hinsicht offen sind. Eine andere Anordnung als die in Fig. 13 dargestellte, kennzeichent sich dadurch, daß die Luftkanäle durch die Verbindungen der Rippen 73 benachbarter Platten 74 gebildet werden, die sich quer zu dem in F i g. 13 gezeigten Verlauf erstrecken, um mit den Luftsammelleitungen 60 in Verbindung zu treten, während die Gaskanäle oder Schichten 64 gegen die Austrittsöffnung hin offen sind.

Zur Erzeugung der Gas- und Luftschichten in der Sandwich-Konstruktion des Wärmeaustauscherkerns lassen sich verschiedenartig geformte Elemente verwenden. Zu diesen können die gezeigten Rippenelemente gehören, die selbst wiederum unterschiedliche Typen bilden können. So läßt sich beispielsweise eine Platte oder Lamelle benutzen. Die Rippen oder Lamellen können dreieckig, wellig, glatt, durchbrochen oder jalousieartig geschlitzt ausgebildet sein. Als Alternative zu der Rippenplattenkonstruktion oder Lamellenplattenkonstruktion bzw. Lamellenzapfenkonfiguration verwenden. Auch rohrförmige Oberflächenformen können zur Anwendung gelangen, zu denen dann auch Konfigurationen aus glatten Rohren, mit Vertiefungen versehene Rohren und Scheibenrippenrohrgebilden gehören. Desweiterer, können hier auch Steifenrippenrohre und konzentrische, gerippte Rohrkonfigurationen benutzt werden. Einige dieser Strukturen sind für Querstromanordnungen besser geeignet als für die Gegenstromanordnungen der hier beschriebenen Art. In den Fällen, in denen die Gebilde für Gegenstromkonfigurationen einsetzbar sind, können sie auch gemäß den obigen Einbauvorschlägen Verwendung finden.

to Bei der Herstellung des hier beschriebenen Wärmeaustauschers werden zunächst die entsprechenden Platten- und Rippen- bzw. Lamellenelemente angefertigt, und zwar einschließlich der Gebilde für die Eintritts- und Austrittsöffnungen. Die Platten werden in aufeinanderfolgenden Schlagvorgängen geformt. Durch den ersten Schlag wird die innere Ziehtiefe für den zentralen Kern, den Rippen oder Lamellen umfassenden Bereich und den tiefen Sammelleitungskragenabschnitten mit seinem tassenähnlichen Vorsprung geschaffen.

Ein zweiter Schlag formt den äußeren Plattenumfang einschließlich dem Dichtungsumfangsflansch. Danach entfernt ein Abkantschlag das überschüssige Umfangsblechmaterial sowie die Ausschnittsabschnitte der Sammelleilungskragenteile. Die Rippenelemente werden entsprechend den Rippentypen geformt, die Verwendung finden. Die verschiedenen Teiler werden dann gesäubert, beispielsweise im Tauchbad oder durch Besprühen mit geeigneten Lösungsmitteln. Falls gewünscht, läßt sich ein Ultraschallreinigungsbehälter benutzen. Eine ausgewählte Lötlegierung wird dann auf allen Oberflächen aufgetragen, die verlötet werden sollen, und die einzelnen Elemente werden zu einer Anordnung zusammengesetzt, die der herzustellenden Kernmatrix entspricht. Die zusammengebauten Teile werden dann in einer kontrollierten Ofenatmosphäre verlötet, bis alle benachbarten Oberflächen in der richtigen Weise durch Lötung miteinander verbunden sind. Nach Abschluß des Lötvorgangs werden die Kopfstücke 18 und 19 (in F i g. 1) und der übrige Teil der integralen Lufteintritts- und Luftaustrittsleitungen an der Kernmatrix befestigt, woraufhin die Anordnung in ihr Gehäuse eingebaut werden kann.

Ein wesentliches Merkmal der hier beschriebenen Vorrichtung, das auch für die Herstellung erhebliche Bedeutung hat, ist die Tatsache, daß die Konstruktion mit integralen Blech- oder Plattenverschlüssen und integralen Sammelleitungen versehen ist. Dies wird dadurch erreicht, daß Flanschverbindungen entlang aller Verschlußlinien vorgesehen werden oder Flansch-Verbindungskombinationen mit überlappenden Kragen in den Sammelleitungsabschnitten. Der so hergestellte Wärmeaustauscher bedarf keiner speziellen Außenabdichtung oder besonderen Tragelemente, wie sie beispielsweise die Kopfstückstangen bilden, die am Umfang bekannter Wärmeaustauscher benutzt werden. Dies ist insbesondere in den Anwendungsfällen des Wärmeaustauschers von Vorteil, bei denen das Gewicht der Konstruktion einen wesentlichen Faktor bildet, also beispielsweise bei Verwendung in einem Motorfahrzeug und in mit Turbinen arbeitenden Kraftwerkanlagen, da überall dort, wo dicke und dünne Materialstrukturen benutzt werden, Probleme hinsichtlich der thermischen Spannungen auftreten. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers weisen die diesbezüglichen Einzelteile alle mehr oder weniger die gleiche Dicke auf, so daß ßiese Probleme vermieden werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche;

1. Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher mit Eintritts- und Austrittssammelleitungen, die mit dem Wärmeaustauscherkern ein integrales Ganzes bilden, der aus mehreren geformten Platten besteht, die in Sandwich-Bauweise paarweise Rücken an Rücken zur Bildung von ineinandergefügten Reihen von Gegenstromkanälen für erste und zweite Strömungsmittel miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Sammelleitungen und den Strömungskanälen für das erste Strömungsmittel Verbindungsöffnungen vorhanden sind und jede Platte einen zentralen Wärmeaustauscherabschnitt aufweist, der zwischen den entgegengesetzten Endabschnitten mit diesen ein einheitliches Ganzes bildet, wobei ferner sich um den Umfang der Platte ein abgebogener Flansch erstreckt, jeder Endabschnitt mit wenigstens einer vollständig umschlossenen Öffnung versehen ist, um die herum sich wenigstens teilweise ein abgebogener Kragenteil erstreckt, wobei die Kragenteile jeder Platte Segmente der entsprechenden Eintritts- und Austrittssammelleitungen bilden, und wobei erste und zweite Rippenelemente zwischen den Platten in den ersten und zweiten Strömungskanälen verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (42, 48) und Kragen (36, 72) benachbarter Plattenpaare miteinander verlötet sind, und daß die einander berührenden Oberflächen der verteilt angeordneten Ripnenelemente (32) und Platten (30) zu einer starren, sich selbst tragenden Konstruktion verlötet sind.

2. Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicv let, daß jeder Sammelleitungsabschnitt (16, 17) einen Kragen (36, 36a, 366, 36c) aufweist, der von einem zugehörigen Kragenteil ausgeht und mit einem entsprechenden Flansch eines benachbarten Sammelleitungsabschnitts zur Abdichtung und Befestigung der Sammelleitungsabschnitte zur Herstellung einer festen strukturellen Baueinheit verlötet ist.

3. Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kragenteile und Kragen (36, 36a, 366, 36c) so gestaltet sind, daß sich aufeinanderfolgende Paare mit den Plattenrückseiten aneinanderliegend in gestapelter Reihe ineinander bauen lassen, um die zweiten Strömungsmittelkanäie zu bilden, die zwischen den Kanälen für das erste Strömungsmittel liegen, wobei die Kragen (36) die Luftöffnungen (38) gegen eine Verbindung mit den zweiten Strömungsmittelkanälen abdichten, welche entlang des Außenumfangs der Endabschnitte (58, 59) mit Ausnahme der Stellen, an denen sich die Sammelleitungsöffnungen (60, 61) befinden, offen sind, und daß die ineinandergesetzten Kragen entlang der Sammelleitungen (60,61) eine Schicht doppelter Dicke bilden.

4. Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Planen (30) eine sich wiederholende Folge von vier Platten drei getrennter Typen bilden, wobei von dem einen Typ ein Plattenpaar vorhanden ist, und sich die Platten des ersten Typs {30a) durch einen Kragen 36aJ mittlerer Tiefe und einen Flansch (42aJ kennzeichnen, der sich entlang dem Außenumfang einer Plattenkante nach außen erstreckt, daß sich die Platten (306Jdes zweiten Typs durch einen Kragen {36b) größerer Tiefe als die des ersten Typs und einen Flansch (426J kennzeichnen, der sich entlang dem Außenumfang des einen Plattenrandes nach außen erstreckt, daß sich die Platten (3OcJ des ersten Typs durch einen Kragen {36c) geringerer Tiefe als die des ersten Typs sowie durch einen Flansch (42eJ kennzeichnen, der sich entlang dem Außenumfang der einen Plattenkante nach außen erstreckt, daß sich die Kragen (36b, 36cjder Platten (30ή, 3OtJ des zweiten und dritten Plattentyps durch gleiche Außendurchmesser kennzeichnen, die kleiner sind als der Innendurchmesser des Kragens (36c) des ersten Plattentyps (3OaJl so daß die Kragen der zweiten und dritten Platten in den Kragen der ersten °latte (3OaJ einsteckbar sind, und daß die Platten (3OaJ des ersten Typs paarweise Rücken an Rücken an den Flanschen (42) aneinanderliegen, um eine erste Kanalschicht für das erste Strömungsmittel zu bilden, während die Kragen (366, 36c) der Platten des zweiten Typs in den entsprechenden Kragen des ersten Typs sitzen, wobei der Kragen des zweiten Plattentyps die Flanschverbindung der Kragen des ersten Plattentyps überlappt und die Platten (306, 3OcJ des zweiten und dritten Typs eine zweite Kanalschicht für das erste Strömungsmittel bilden.

5. Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3OaJ des ersten Typs einen Wiedereintrittsteil aufweisen, der sich über wenigstens einen Teil des Kragens (42) entlang desjenigen Randes nach außen erstreckt der dem den Flansch tragenden Rand gegenüberliegt, und daß der Wiedereintrittsteil dann, wenn die Platten zusammengesetzt sind und Rücken an Rücken liegen, an den Flanschverbindungen der Platten (306,3OcJ des zweiten und dritten Typs anliegt und diese Flanschverbindungen verstärkt.

6. Plattengegenstrom-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kragen (36a, 366J der Piatte (30a, 306J des ersten und des zweiten Typs entlang eines Bereiches (50a, 506J der dem abgesetzten Teil (48a, 486J benachbart ist teilweise abgeschnitten sind, um eine Blockierung der Zugangsöffnungen zu verhindern, die durch die abgesetzten Teile der benachbarien Platten innerhalb des Plattenstapels gebildet wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Plattengegenstrom-Wärmeaustauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten gereinigt werden, daß eine Lötlegierung auf allen miteinander zu verlötenden Oberflächen abgelegt wird, daß die Platten zu einer Anordnung, die eine Kernmatrix bildet, durch Übereinanderstapeln der Platten mit dazwischenliegenden Rippenelementen zusammengestapelt werden, und daß diese Anordnung in einem Ofen mit kontrollierter Atmosphäre so lange plaziert wird, bis alle benachbarten Oberflächen miteinander verlötet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übereinanderstapeln Platten unterschiedlicher, vorbestimmter Konfiguration ausgewählt und diese ausgewählten Platten in einer bestimmten Anordnung zusammengestapelt werden, so daß eine Reihe sich überlappender, verstärkender, zusammengesetzter Teile entsteht, die Sammelleitungen bilden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten mit den zwischen

ihnen angeordneten Rippenelementen Rücken an Rücken sandwich -artig zusammengestapelt werden, so daß benachbarte Kragenteile, Umfangsflansche und Rippenelemente sowie Rippenanstoßoberflächen aneinanderstoßen und Sammelleitungsabschnitte bilden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß erste Platten paarweise und zweite Platten sowie dritte Platten paarweise Rücken an Rücken zusammengestapelt und diese Plattenpaare ineinandergesetzt werden, und zwar jeweils ein Paar in das andere, und die abgesetzten Flansche benachbarter Paare zur gegenseitigen Anlage gebracht werden.