DE2616816B2 - Heizblechpaket für regenerative Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizblechpaket für Regenerativ-Wärmetauscher mit einer Vielzahl von insbesondere relativ schmalen, parallelen Strömungskanälen, die zwischen aufeinanderliegenden, gekanteten oder gewellten Blechen durch tiefere Ausprägungen begrenzt werden.

Die Profilierung dieser Bleche erfüllen einerseits den Zweck, die Blechebenen in gleichmäßigem Abstand voneinander zu halten und hierbei zwischen den Blechen enge Kanäle freizulassen, die von den wärmetauschenden Medien periodisch abwechselnd durchströmt werden, während andererseits Teile dieser Profilierungen Prallflächen oder abwechselnde Querschnittsverengungen und -erweiterungen in den engen Kanälen bilden, um eine erhöhte Wirbelablösung innerhalb der Strömung zu erreichen

Es ist bekannt, Heizblechpackungen zu verwenden, die aus zwei Arten von profilierten Blechen bestehen, wobei die eine Art Bleche tiefere, in Strömungsrichtung geradlinige Ausprägungen und die andere Blechart flachere Ausprägungen erhält, die unter einem Winkel schräg zur Strömungsrichtung verlaufen.

Es sind Heizblechformen bekannt, bei denen die flacheren Ausprägungen der Bleche stets unter gleichem Winkel zur Strömungsrichtung der Medien verlaufen.

Die Praxis hat jedoch erwiesen, daß dadurch die Strömungsverteiiung des Mediums innerhalb der Heizblechpakete nach einer Seite hin verschoben wird, so daß sich unerwünschte Druckverluste ergeben können.

Diese Verschiebung kann vermieden werden, wenn die Bleche mit den flacheren Ausprägungen abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung in das Paket eingelegt werden.

Die tieferen Ausprägungen in den abstandhaltenden Blechen sind zumeist in Hauptströmungsrichtung der Regeneratorachse angeordnet und bilden hierbei die seitlichen Begrenzungen der engen Strömungskanäle zwischen den Blechen, während die flacheren Ausprägungen in den anliegenden Blechen schräg zur Strömungsrichtung angeordnet sind und somit abwechselnd Querschnittsverengungen und -erweiterungen in den Strömungskanälen bilden. Derartig abwechselnde Querschnittsverengungen und -erweiterungen allein, die unregelmäßige Wirbelströmungen hervorrufen, ergeben aber zugleich erhöhte Druckverluste bei der Durchströmung der Heizblechpackung, wobei sich der Wärmeübertragungs-Koeffizient der Heizbleche nicht proportional zur Steigerung des Druckverlustes erhöht, sondern im wesentlichen abhängt von dem hydraulischen Durchmesser der Strömungskanäle.

Die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, Querschnittsverengungen innerhalb der engen Strömungskanäle zwischen den Heizblechen möglichst weitgehend zu vermeiden bzw. auf ein Mindestmaß zu begrenzen und die notwendige Grenzschichtablösung innerhalb der Strömung durch eine günstigere Gestal-

lung der Strömungskanäle zu erreichen. Zur Lösung der Aufgabe wird ausgegangen von einem bekannten Heizblechpaket für regenerative Wärmetauscher, welches aus einer Vielzahl abwechselnd aufeinanderliegender. Strömungskanäle zwischen sich ;reilassender Profilbleche erster und zweiter Art besteht (im folgenden kurz »erstes« und »zweites« Blech), wobei das erste Blech im wesentlichen in Hauptströmungsrichtung verlaufende Ausprägungen aufweist, während das zweite Blech Ausprägungen hat, deren Verlauf längs des Bleches von der geraden Hauptströmungsrichtung erheblich abweicht.

Hierauf aufbauend wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausprägungen des zweiten Bleches — in Draufsicht betrachtet und in Hauptströmungsrichtung fortschreitend gesehen — den Verlauf einer Sinus- oder sinusartigen Kurve haben oder den Verlauf einer dieser Sinus- oder sinusartigen Kurve technisch angenäherten Kurve bzw. den Verlauf einer der Sinus- oder sinusartigen Kurve technisch angenäherten Linie, die einerseits aus schräg zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden, geraden Abschnitten besteht und andererseits im Scheitelbereich aus in Hauptströmungsrichtung weisenden, geraden Abschnitten.

Diese neue Formgebung der Blechausprägungen erzeugt in dem Teil der Kanalströmung, der die wechselnden Krümmungen in den Wandungsrillen durchströmt, periodisch unterschiedliche Zentrifugalkräfte, die entsprechend wechselnde Sekundärströmungen hervorrufen. Diese Wirkung entsteht dadurch, daß die wechselnde nach rechts und links in den Krümmungen der Wandungsrillen umgelenkte Strömung jeweils beim Eintritt in die Krümmung an der Innenseite des gekrümmten Kanalteils eine höhere Geschwindigkeit annimmt als an dessen Außenseite (siehe Bruno Eck: »Technische Strömungslehre«, 5. Auflage, Seite 212). Die Sekundärströmungen reichen im wesentlichen aus, um die notwendige Wirbelablösung in der Kanalströmung zu bewirken. Somit können die bisher für diesen Zweck angewandten Querschnittsverengungen auf ein Mindestmaß begrenzt werden.

Es ergibt sich dadurch der weitere Vorteil, daß bei gleich großen freien Durchtrittsöffnungen in den Strömungskanälen zwischen den Blechen eine höhere Packungsdichte gewählt werden kann, womit sich der Wärmeübertragungs-Koeffizient noch entsprechend erhöht.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform der Bleche hat außerdem gegenüber der herkömmlichen Form, bei der die Ausprägungen in jedem einzelnen Blech jeweils über dessen ganze Länge und Breite in gleicher Richtung verlaufen, den Vorteil, daß nunmehr während des Zusammenlegens der Heizblechpackung nicht mehr jedes zweite Blech umgekehrt werden muß. Diese Umkehrung des Bleches war in der herkömmlichen Form mit einem zusätzlichen manuellen oder maschinellen Arbeitsgang verbunden, der entsprechende erhöhte Herstellkosten bedingte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt:

Es zeigt

Abb. 1 im Aufriß die Teilansicht der oberen linken Ecke eines erfindungsgemäß profilierten Bleches,

Abb.2 einen Querschnitt nach Linie A-Bder Abb. 1 durch drei aufeinanderliegende Bleche, wobei das mittlere Blech tiefere Ausprägungen hat, die derart angeordnet sind, daß deren äußere Erhebungen jeweils Erhebungen des anliegenden Bleches berühren,

Abb.3 und 4 jeweils eine Variante der Gestaltung der Aufrißform der Einprägungen.

Zahlreiche Laborversuche haben bestätigt, daß es zur Lösung der gestellten Aufgabe nicht erforderlich ist, daß die Form der Ausprägung einer exakten Sinusfunktion folgen bzw. einen stetigen Kurvenverlauf haben muß, sondern daß die gleiche Wirkung erzielt werden kann, wenn die Sinusform in technischer Annäherung aus geraden Streckenabschnitten zusammengesetzt wird.

Diese Annäherung an die Sinusform hai den Vorteil, daß die Herstellung der erforderlichen Werkzeuge und die Massenherstellung der profilierten Bleche erleichtert wird und mit größerer Wirtschaftlichkeit ausgeführt werden kann.

Die Fertigung der profilierten Bleche erfolgt üblicherweise in einem kontinuierlichen Walzvorgang, bei dem das Blech zwischen zwei Walzen unter Druck hindurchgeführt wird, wobei die Oberfläche der Walzen ein Verzahnungsprofil hat, das so gestaltet ist, daß die gewünschten Ausprägungen des Bleches erzeugt werden.

Bei der Zusammensetzung des angenähert sinusförmigen Verlaufs der Ausprägungen aus geraden Strekkenabschnitten ist es jedoch wichtig, daß scharfkantige Umlenkungcn vermieden werden, so daß sich beim Walzen der Bleche an den Übergängen zwischen geradlinig in verschiedenen Richtungen ausgeprägten Streckenabschnitten keine zu starken Materialverformungen ergeben, die zum Reißen der Bleche führen könnten. Bei den Scheitelbereichen dei zur Rede stehenden sinusartigen Linie sind daher pfeilartige Spitzen (»Chevron«-Spitzen ähnlich Fig. 5 der GB-PS 10 00 496) unbedingt zu vermeiden.

A b b. 4 zeigt als Beispiel eine mögliche Ausbildungsart der technisch angenäherten Sinusform, die sich in Laborversuchen als vorteilhaft erwiesen hat.

In Strömungsrichtung gesehen folgt jeweils einem Abschnitt, in dem die Wellung unter einem Winkel zur Strömung nach der einen Richtung verläuft, ein kurzer Abschnitt, in dem die Wellung in Strömungsrichtung verläuft und hiernach ein Abschnitt, bei dem die Wellung unter einem gleichen Winkel, jedoch in umgekehrter Richtung zur Strömung verläuft.

Durch die hiermit gegebene Formung des Werkzeuges kann sich während des Walzvorganges das der Verformung unterworfene Material ohne extreme Reckung in die Walze hineinziehen, wobei die Gefahr einer Beschädigung des Werkstoffes vermieden wird.

Den gleichen Vorteil kann man erzielen, wenn zwischen die geradlinig, in gleichem Winkel zur Strömungsrichtung abwechselnd nach rechts und links verlaufenden Wellungen eine passend gewölbte Übergangsfläche (A b b. 3) eingeprägt wird.

Eine günstige Annäherung an den sinusartigen Verlauf der Blechausprägungen wird erreicht, wenn die Länge »I« des Zwischenstücks mit geradlinig in Strömungsrichtung verlaufenden Wellungen oder mit einer passend gewölbten Übergangsfläche etwa 10 — 40% der Wellenlänge »L« des angenäherten sinusartigen Verlaufs der Blechausprägung beträgt. Für die Wellenlänge »L« empfiehlt sich etwa 100 bis 300 mm.

Der besondere Vorteil bei der beschriebenen Ausführungsform der Bleche bzw. des zu ihrer Herstellung benutzten Werkzeuges liegt darin, daß die Werkzeuge in einfacher Weise auf herkömmlichen Verzahnungsmaschinen hergestellt werden können.

Hierzu werden die Walzen in einzelne Ringe unterteilt derart, daß für die Ausführungsform nach Abb.4 jeweils ein Ring mil Schrägverzahnung, in der einen Richtung verlaufend, mit einem Ring mit Geradverzahnung und einem darauf folgenden Ring mit Schrägverzahnung, in der anderen Richtung verlaufend kombiniert wird und diese Kombination beliebig oft wiederholt wird, bis die Gesamtlänge des gewünschten Werkzeuges erreicht ist.

Im Falle der Ausführung nach A b b. 3 wird ein Rinj mit Schrägverzahnung in der einen Richtung mit eineir Ring mit Kreisbogenverzahnung und einem Ring mi Schrägverzahnung in der anderen Richtung kombiniert wobei wiederum die Kombination beliebig oft wieder holt werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Heizblechpaket für regenerative Wärmetauscher, welches aus einer Vielzahl abwechselnd aufeinanderliegender, Strömungskanäle zwischen sich freilassender Profilbleche erster und zweiter Art besteht (im folgenden kurz »erstes« und »zweites« Blech), wobei das erste Blech im wesentlichen in Hauptströmungsrichtung verlaufende Ausprägungen aufweist, während das zweite Blech Ausprägungen hat, deren Verlauf längs des Bleches von der geraden Hauptströmungsrichtung erheblich abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausprägungen des zweiten Bleches — in Draufsicht betrachtet und in Hauptströmungsrichtung fortschreitend gesehen — den Verlauf einer Sinus- oder sinusartigen Kurve haben oder den Verlauf einer dieser Sinus- oder sinusartigen Kurve technisch angenäherten Kurve bzw. den Verlauf einer der Sinus- oder sinusartigen Kurve technisch angenäherten Linie, die einerseits aus schräg zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden, geraden Abschnitten besteht und andererseits im Scheitelbereich aus in Hauptströmungsrichtung weisenden, geraden Abschnitten (A b b. 4).

2. Heizblechpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sinusartige oder ihr technisch angenäherte Kurve einerseits aus schräg zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden geraden Abschnitten besteht und andererseits im Scheitelbereich aus abgerundeten Übergängen (A b b. 3).

3. Heizblechpaket nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sinusartig verlaufenden Ausprägungen ein?.· oder mehrere Wellenlängen zwischen den Stirnflächen des Heizblechpaketes bzw. den Stirnflächen der Regenerativ-Kammer haben.

4. Heizblechpaket nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor der Sinus-Funktion, in deren Form die Ausprägungen annähernd verlaufen, im Bereich zwischen 0,4 und 0,8 liegt, so daß die maximale Neigung der Kurve zur Hauptströmungsrichtung etwa zwischen 20° und 40° liegt.

5. Heizblechpaket nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge (L) der sinusartigen Ausprägungen etwa 100 bis 300 mm beträgt.

6. Heizblechpaket nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sinusartige Verlauf der Blechausprägungen durch eine Formgebung erreicht ist, bei der in Strömungsrichtung gesehen jeweils einem Abschnitt, in dem die Ausprägung geradlinig unter einem Winkel zur Strömung nach der einen Richtung verläuft, ein kurzer Abschnitt folgt, in dem die Ausprägung geradlinig in Strömungsrichtung verläuft und hiernach ein Abschnitt, bei dein eine geradlinige Ausprägung unter einem gleichen Winkel, jedoch in umgekehrter f Richtung zur Strömung verläuft, wobei die Länge des geraden Zwischenstückes ßletwa 10—40% der Wellenlänge (L) beträgt.

7. Heizblechpaket nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sinusartige Verlauf der Blechausprägungen durch eine Wellenform erreicht ist, bei der in Strömungsrichtung jeweils einem Abschnitt, in dem die Wellung unter einem Winkel zur Strömung nach der einen Richtung verläuft, ein kurzer Abschnitt folgt, in dem eine gewölbte Übergangsfläche zu den anschließend in entgegengesetzter Richtung zur Strömung verlaufenden Wellen eingeprägt ist, dessen Länge in Strömungsrichtung etwa 10 - 40% der Wellenlänge (L) beträgt.