DE2527810C3 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher mit Sammelauslaßleitungen mit öffnungen, die mit Luftkanälen des Wärmetauscberkerns in Verbindung stehen.

Ein derartiger Wärmetauscher ist beispielsweise aus der US-PS 28 75 986 bekannt Diese Wärmetauscher => haben, wenn Kühlluft von den Luftdurchflußkanälen in den Wärmetauscherkern und ic die Luftauslaßleitungen strömt den Nachteil, daß eine plötzliche Richtungsänderung und ein Druckabfall auftritt, der eine Verringerung der Wärmetauschleistung im Kern ergibt Derartige Wärmetauscher haben auch keine Gleichförmigkeit in der Luftdurchflußverteilung durch die Kanäle im Wärmetauscherkern. Wenn die Luft in die Luftauslaßleitungen mit geringer Geschwindigkeit eintritt, ist die Temperaturverteilung durch die Leitungen ungleichförmig, so daß Temperaturgradienten zwischen den Leitungen und dem Wärmetauscherkern auftreten, die zu thermischen Beanspruchungen und zu einem Reißen des Wärmetauscherkernes führen können.

Aus der US-PS 25 11 084 ist ein Wärmetauscherkern bekannt bei dem die Ausbildung einer das rohrförmige Bauteil umgebenden Kammer lediglich zur Erzielung einer Verbindung zwischen äußeren Abschnitten des Wärmetauschers dient, während die Verbindung mit dem inneren Abschnitt gesperrt wird. Das rohrförmige Bauteil ist ununterbrochen ausgebildet und ermöglicht keine Verbindung über seine Wände. Zur einwandfreien Funktion dieses Wärmetauschers ist es auch erforderlich, daß sie ohne Schlitze im zylindrischen Rohrteil ausgebildet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art die Temperaturverteilung durch die Leitungen gleichförmiger zu machen, einen besseren Wärmetauscheffekt zu erzielen und die thermischen Beanspruchungen zwischen den Leitungen und dem Wärmetauscherkern zu verringern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Sammelauslaßleitungen einen rohrförmigen Einsatz mit Eintrittsölfnungen aufweisen und zwischen Einsatz und Sammelauslaßleitungen eine Ringkammer gebildet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit dem erfindungsgemäßen Plattenwärmeaustauscher wird die in die Luftauslaßleitungen des Wärmetauschers durch öffnungen eintretende Kühlluft allmählich in der Durchflußrichtung geändert, damit der Strömungsmitteldruckabfall innerhalb der Leitungen reduziert wird; der Luftdurchfluß in den Leitungen wird so reguliert, daß der Luftstrom durch die Luftkanäle des Wärmetauscherkernes gleichförmig verteilt wird. Damit ergibt sich eine höhere Wärmetauscherleistung und eine Verringerung der Gefahr der Rissebildung im Wärmetauscherkern.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers nach der Erfindung;

F i g. 2 teilweise herausgebrochen eine Seitenansicht des Wärmetauschers nach Fig. 1, bei der der Einsatz

M) nach einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;

F i g. 3 eine Aufsicht auf den Wärmetauscherkern nach F i g. 1;

Fig.4 eine Querschnittsansicht längs der Linien 4-4

fa"> der F i g. 3;

Fig.5 eine Querschnittsansicht ähnlich der nach Fig.4, die Details des Einsatzes nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig.6 in vergrößerter Darstellung einen Teil des Einsatzes nach F i g. 5;

F i g. 7 eine Aufsicht auf den Einsatz nach F i g. 5;

F i g. 8 eine Seitenansicht des Einsatzes nach F i g. 7;

F i g. 9 eine Querschnittsansicht längs der Linien 9-9 der F i g. 8 und

Fig. 10 eine Querschnittsansicht längs der Linien lO-lOderFig.7.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein Plattenwärmetauscher 10 dargestellt Dieser Plattenwärmetauscher 10 weist einen Kern 12 auf, der in einem Gehäuse 14 eingeschlossen ist Der Kern 12 ist mit einteiligen Sammelauslaß- und Sammeleinlaß-Leitungen 16 und 17 auf entgegengesetzten Seiten des zentrischen Plattenwärmetauschers 10 versehen, die mit Kopfteilen 18,19 verbunden sind. Der Kern 12 ist innerhalb des Gehäuses 14 durch Befestigungen 20 aufgenommen. Das Gehäuse 14 ist mit Einlaß- und Auslaßkanälen 22 und 23 versehen, durch die Heißgas durch den Kern 12 in inniger Wärmeaustauschbeziehung mit der Luft geführt wird, die zwischen entsprechenden Sammelleitungen 16,17 strömt.

Der Kern 12 weist eine Vielzahl von Platten 30 auf, die sandwichartig zusammengefügt sind und die voneinander durch Gas- und Luftkanäle getrennt sind sowie Lagen aus Gasrippen 32 und Luftrippen 34 enthalten. Die Platten 30 sind mit Bunden versehen, aus denen die Sammelleitungen 16, 17 gebildet werden, welche in die sandwichartige Anordnung hineinragen und öffnungen 38 definieren, durch die Luft zwischen den Sammelleitungen 16, 17 und Luftkanälen, die die Luftrippen 34 enthalten, geführt wird. Entsprechend sind Öffnungen 40 zum Hindurchleiten von heißen Gasen von außerhalb des Kernes 12 zu den Gaskanälen, die die Gasrippen 32 enthalten, vorgesehen.

Die Platten 30 sind jeweils mit einem versetzten Flansch 42 versehen, der um den Umfang verläuft. Der versetzte Flansch 42 dient zur Verbindung mit einem ähnlichen Flansch auf der Platte der nächsten Lage im Stapel, so daß ein Strömungsmittelkanal mit damit in Verbindung stehenden öffnungen definiert wird, d. h., wenn der Strömungsmittelkanal eine Luftstromöffnung ist, die mit Sammelleitungen 16,17 in Verbindung steht, während für einen Gasstrom die Öffnungen mit der Außenseite des Kernes 12 an Segmenten zwischen benachbarten Sammelleitungen 16 oder 17 in Verbindung stehen. Ein derartiges Segment ist bei 44 gezeigt, wobei Gasöffnungen 40 und eine Verbindung benachbarter Flansche 42 im Segment 44 gezeigt sind.

In den Fig. 2, 3 und 4 sind Einzelheiten eines der rohrförmigen Einsätze 50 nach vorliegender Erfindung dargestellt. Jeder Einsatz 50 besitzt ein zylindrisches Rohr 52 und Endteile 54, 56 mit vergrößertem Durchmesser. Die Einsätze 50 können in den Sammelauslaßleitungen 16 so angeordnet sein, daß ihre Längsachsen 53 mit den Längsachsen der Sammelauslaßleitungen 16 zusammenfallen, und daß obere und untere Endteile 54, 56 in Eingriff mit den inneren Oberflächen der SammelauslaßWtungen 16 in solchen Bereichen stehen, die nicht i„>t Öffnungen 38 versehen sind, wie am besten den F i g. 3 und 4 zu entnehmen ist. Auf diese Weise wird eine Ringkammer 58 ausgebildet, die mit den öffnungen 38 in Verbindung steht. Die Einsätze 50 sind aus dem gleichen Metall hergestellt, das für den Kern 12 verwendet wird, z. B. korrosionsbeständigem Stahl.

Die Rohre 52 der Einsätze 50 sind zu Anfang mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden und in Längsrichtung gleich weit versetzten Schlitzen solcher Länge versehen, daß sie Winkel einschließen, die gleich den Winkeln sind, die von den öffnungen 38 eingeschlossen werden, wie sie an den entsprechenden Längsachsen 53 der Einsätze 50 und der Sammelauslaßleitungen 16 gemessen werden. Das Rohrmaterial in der Nähe der Schlitze wird dann nach innen gedrückt, so daß Eintrittsöffnungen 60 und daran anschließende Steuerflächen 62 entstehen.

Die Einsätze 50 sind innerhalb der Sammelauslaßleitungen 16 so angeordnet, daß die Steuerflächen 62 jeweils etwa gegenüber einer öffnung 38 angeordnet sind, und dienen dazu, den Luftstrom aus den öffnungen 38 in die Eintrittsöffnungen 60 allmählich so zu richten, daß der Druckabfall der Luft, die üblicherweise abrupt in die Sammelauslaßleitungen der Plattenwärmetauscher 10 stürzen würde, wenn die Einsätze 50 nicht vorhanden wären, reduziert wird.

Die Größe einer jeden einzelnen Eintrittsöffnung 60 ist einstellbar und wird dadurch bestimmt, wie weit jede Steuerfläche 62 im Einsatz 50 nach innen gedrückt wird. Eine Einstellung auf die individuelle Größe der Eintrittsöffnungen 66 mit Steuerflächen 62 dient zur Regulierung des Luftdurchflusses durch die Eintrittsöffnungen 60 und benachbarte öffnungen 38 und ergibt eine wesentlich gleichmäßigere Luftstromverteilung über die gesamten Luftkanäle des Kernes 12 des Plattenwärmetauschers 10. Wenn beispielsweise durch einen unteren Luftkanal des Kernes 12, der die Rippen 34 aufweist, mehr Luft als durch einen oberen Kanal strömt (F i g. 2), kann die Größe der Eintrittsöffnung 60 in der Nähe der öffnung 38 des unteren Luftkanales kleiner als die Größe der Eintrittsöffnung 60 in der Nähe der öffnung 38 des oberen Luftkanales gemacht werden, damit etwa der gleiche Luftstrom sowohl durch die oberen als auch die unteren Luftkanäle erreicht wird. Die Größe aller Eintrittsöffnungen 60 kann somit ähnlich eingestellt werden, um einen weitgehend gleichförmigen Luftstrom durch alle Luftkanäle des Kernes 12 zu erreichen.

Im Betrieb tritt Luft in den Kopfteil 19 durch eine Einlaßrohrleitung 24 ein, strömt nach oben in die Sammeleinlaßleitungen 17 und dann in die Luftdurchflußkanäle im Kern 12. Dann strömt die Luft durch die öffnungen 38 in die Ringkammer 58, nach oben entlang der Steuerflächen 62, durch die Eintrittsöffnungen 60 der Einsätze 50 und in die Sammelauslaßleitungen 16, in den Kopfteil 18 und durch eine Auslaßrohrleitung 28 wieder heraus. Gleichzeitig strömt heißes Gas in das Gehäuse 14 durch die Einlaßleitung 22, dann durch die Gasdurchflußkanäle, die die Rippen 32 enthalten, welche zwischen den Luftdurchflußkanälen des Wärmetauscherkernes 12 angeordnet sind, und schließlich aus dem Gehäuse 14 durch die Auslaßleitung 23.

Die Fig.5 bis 10 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der andere Einsätze 70 vorgesehen sind, die ebenfalls innerhalb der Sammelauslaßleitungen 16 eines Wärmetauschers, z. B. des Plattenwärmetauschers 10 angeordnet sein können. Jeder der Einsätze 70 besteht aus einem Rohr 72, einem Endteil in Form einer oberen Platte 74, einem Bodenteil 76 und zwei Säulen 78 und 80. Die Einsätze 70 sind aus dem gleichen Material wie der Kern 12 hergestellt.

Das zylindrische Rohr 72 weist zylindrische innere und äußere Oberflächenteile 82, 84 und ebene innere und äußere Oberflächenteile 86, 88 auf. Das Zwischenrohr 72 besitzt eine Längsachse 89, um welche zylindrische die inneren und äußeren Oberflächenteile 82, 84 symmetrisch angeordnet sind. Der zylindrische

äußere Oberflächenteil 84 hat einen Radius, der kleiner ist als der Radius der inneren Oberfläche einer Sammelauslaßleitung 16. Der äußere ebene Oberflächenteil 88 schließt einen Winkel ein, der etwa gleich dem Winkel ist. Jer von den Öffnungen 38 eingeschlossen ist. Zwei längliche, in vertikaler Richtung ausgerichtete Eintrittsöffnungen 90, 92 sind durch innere und äußere Oberflächenteile 82, 84 gebildet, die direkt entgegengesetzt zum ebenen inneren Oberflächenteil 86 gerichtet sind.

Die obere Platte 74 hat kreisförmige Gestalt und einen Radius, der etwas kleiner ist als der Radius der inneren Fläche der Sammelauslaßleitung 16, damit die Platte 74 in die Sammelauslaßleitung 16 ohne weiteres eingesetzt werden kann. Die Platte 74 weist eine öffnung 94 auf, die die Gestalt eines Kreissegmentes solcher Konfiguration und Größe hat, daß der obere Teil des Rohres 72 aufgenommen wird, mit dem die Platte 74 in entsprechender Weise befestigt, z. B. verlötet ist. Die Platte 74 weist an ihrem äußeren Rand Abschrägungen 95 und 97, wie am besten in Fig.6 gezeigt, auf. In zusammengebautem Zustand verläuft die Längsachse 89 des Zwischenrohres 72 durch die Mitte der Platte 74 und die kreissegmentförmige öffnung 94.

Der Bodenteil 76 ist halbkugelförmig ausgebildet und hat einen äußeren Radius etwa gleich dem Radius der inneren Fläche der Sammelauslaßleitung 16. Der Bodenteil 76 ist mit dem Boden des Rohres 72 befestigt, z. B. verlötet, das in diesem Bereich so geformt ist, daß es mit der halbkugelförmigen Fläche 96 des Bodenteiles 76 konform verläuft. Bei Befestigung mit dem Rohr 72 soll die ebene Bodenfläche 98 des Bodenteiles 76 etwa senkrecht zur Achse 89 des Rohres verlaufen.

Die Säulen 78 und 80 sind etwa zylindrisch in ihrer Gestalt und sind an ihren Oberflächen mit dem Rohr 72 in der Nähe entgegengesetzter vertikaler Ränder der Öffnungen 90 und 92 befestigt, z. B. verschweißt, und zwar parallel zur Längsachse 89 des Rohres 72 (F i g. 8). Die Säulen 78 und 80 definieren in dieser Anordnung öffnungen oder Eintritte 99 und 99', die im Querschnitt etwa glockenförmig ausgebildet sind, damit der Luftstrom in den Einsatz 70 hinein nicht behindert wird.

In zusammengebautem Zustand sind die Einsätze 70 jeweils innerhalb der Sammelauslaßleitung 16 so angeordnet, daß die Achse 89 im wesentlichen mit der Längsachse der Sammelauslaßleitung 16 zusammenfällt; das ebene äußere Oberflächenteil 88 ist direkt gegenüber den Öffnungen 38 angeordnet, die Bodentei-Ie 76 sind mit der Innenfläche der Sammelauslaßleitung 16 über die Schweißnaht 100 verbunden, und die Eintrittsöffnungen 90, 92 sind an entfernten Enden entgegengesetzt zu den öffnungen 38 vorgesehen. Die Platten 74 sind nicht mit den inneren Flächen der Sammelauslaßleitungen 16 befestigt. Die Sammelauslaßleitungen 16 und die Einsätze 70 bilden eine Ringkammer dazwischen aus, die einen segmentförmigen zylindrischen Kammerteil 101 und einen segmentförmigen ringförmigen Kammerteil 102 besitzt.

Im Betrieb strömt Luft aus den öffnungen 38 zuerst in die Kammerteile 101 ein, die verhältnismäßig groß im Vergleich zu den Kammerteilen 102 sind. Die Luft strömt dann in Umfangsrichtung in beiden Richtungen mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit durch die Kammerteile 102, die Eintritte 99 und 99' und in die Rohre 72. Wenn das Innere der Rohre 72 in axialer Richtung durchströmt ist, strömt die Luft durch den Kopfteil 18 und die Auslaßrohrleitung 28. Beim Durchfließen der Kammerteile 102 hält die Luft die Temperatur der Teile der Sammelauslaßleitungen 16 in der Nähe dieser Kammerteile 102 aufrecht, und zwar etwa auf der Temperatur der Luft, die herrscht, wenn sie die öffnungen 38 verläßt. Ein derartiger Luftstrom ergibt somit eine wesentlich gleichförmiger verteilte Temperatur über die ganzen Sammelauslaßleitungen 16, so daß die thermischen Beanspruchungen zwischen diesen und dem Kern 12 des Platten Wärmetauschers 10 verringert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 Patentansprüche:

1. Plattenwärmetauscher mit Sammelauslaßlcitungen mit öffnungen, die mit Luftkanälen des Wärmetauscherkerns in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelauslaßleitungen (16) einen rohrförmigen Einsatz (50,70) mit Eintrittsöffnungen (60, 90, 92) aufweisen und zwischen Einsatz (50, 70) und Sammelauslaßleitungen (16) eine Ringkammer (58) gebildet ist

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Einsatz (50, 70) ein zylindrisches Rohr (52; 72) aufweist, dessen Eintrittsöffnungen (60) in Längsrichtung versetzt sind und Zentriwinkel einschließen; die etwa gleich den Zentriwinkeln sind, die durch öffnungen (38) in den Sammelauslaßleitungen (16) eingeschlossen werden, wobei das zylindrische Rohr (52; 72) innerhalb einer Sammelauslaßleitung (16) so angeordnet ist, daß die Eintrittsöffnungen (60) in der Nähe der Öffnungen (38) vorgesehen sind.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen (60) Steuerflächen (62) zur Beeinflussung der Richtung und der Durchflußmenge von Luft durch die Eintrittsöffnungen (60) in das zylindrische Rohr (52) aufweisen.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (58) festlegende zylindrische Endteile (54, 56) mit größerem Durchmesser als das zylindrische Rohr (52) vorgesehen sind.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Rohr (72) Eintrittsöffnungen (90, 92) aufweist, die in Längsrichtung im Abstand versetzt und im zylindrischen Teil länglich ausgebildet sind.

6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine die Ringkammer (58) festlegende Platte (74) mit einer ein Ende des segmentförmigen zylindrischen Rohres (72) aufnehmenden und an diesem befestigten öffnung (94) sowie eine halbkugelförmige, mit dem anderen Ende des segmentförmigen zylindrischen Rohres (72) befestigte Platte (76).

7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar zylindrischer Säulen (78, 80) in Längsrichtung innerhalb des segmentförmigen zylindrischen Rohres (72) angeordnet sind, wobei jede der zylindrischen Säulen (78,80) mit dem zylindrischen Rohr (72) in der Nähe gegenüberliegender entsprechender vertikaler Ränder der Eintrittsöffnungen (90,92) befestigt sind.

8. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflächen (62) Jalousien sind, die aus nach innen gedrücktem Rohrmaterial in der Nähe der Eintrittsöffnungen (60) geformt sind.

9. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche (62) in der Nähe der Eintrittsöffnungen (90,92) vorgesehen sind.