DE2630808C2 - Wärmeaustauscher mit einem Stapel von identischen kreisförmigen Schalen - Google Patents

Description

— durch Anschlagen ?.n dem Boden der Nachbarschale halten sie einen kleinsten, von Null verschiedenen Abstand e zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Böden der Schalen aufrecht, so daß zwischen ihnen eine Kammer 9 entsteht;

— durch Bildung eines teilweisen Hindernisses für den Umlauf von Wasser (oder einem anderen Strömungsmittel) in dieser Kammer 9 erteilen sie dem Wasser eine gewisse Wirbelbewegung, welche die Berührung zwischen dem Wasser und den einander gegenüberliegenden Böden von Schalen verbessern, wodurch der Wärmeaustausch zwischen den auf den beiden Seiten eines jeden Bodens strömenden Wasservolumens verbessert wird.

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Wärmeaustauscher der vorgenannten Gattung ist aus dem Hauptpatent 24 04 630 bekannt und dient zur Lösung der Aufgabe, die Platten oder Schalen einfach ohne aufwendige Zentrierungen und Klemmvorrichtung zusammenbauen und dabei preiswert und dauerhaft abdichten zu können.

Aus der DK 57 996 ist es bekannt, die Kammer eines Plattenwärmeaustauschers durch elastische Dichtungen mittels Anzugsmitteln abzudichten, wobei jede Dichtung zwischen den Böden der beiden sie umfassenden Schale leicht abplattet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wär-Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform werden die Erhebungen 8 durch vier parallele Rippen gebildet, welche an dem Boden 2 auf der gleichen Seite wie die Randleiste 3 vorspringen, und deren Einheitslänge praktisch gleich dem Halbmesser der Schale 1 ist, wobei die Gesamtheit dieser vier in der mittleren Zone des Bodens 2 nebeneinanderliegenden Rippen 6 im Querschnitt ein sinusförmiges Profil hat, wie dies deutlich in F i g. 1 sichtbar ist.

Außerdem enthält jeder Boden 2 zwei kreisförmige

öffnungen 10 und 11, welche auf zwei zueinander senkrechten Halbmessern des Bodens 2 liegen, wobei beide Löcher den gleichen Abstand von dem Mittelpunkt des Bodens 2 haben.

Die Öffnung 10 mit kleinerem Durchmesser ist an

einem auf der der Randleiste 3 entgegengesetzten Seite des Bodens 2 vorspringenden kreisförmigen Bund 12 angeschlossen.

Die Öffnung 11 hat einen etwas größeren Durchmesser als die Öffnung 10 und ist an einen kreisförmigen Bund 13 angeschlossen, welcher auf der anderen Seite des Bodens 2 vorspringt, d. h. auf der gleichen Seite wie die Randleiste 3.

Die Durchmesser der beiden Bünde 12 und 13 sind so bemessen, dai* der erste unter Berührung in den zweiten paßt.

Ein derartiger Eingriff erfolgt bei der Aufstapelung von .!wei identischen Schalen, welche vorher um 90° gegeneinander verdreht wurden, so daß axial zwei Bunde dieser beiden Schaien einander gegenüberliegen, welche auf den einander zugewandten Seiten dieser Schalen vorspringen.

In jeder Schale 1 ist eine elastische Dichtung 30 angeordnet. Diese Dichtung besteht aus einem ersten Ring 31, dessen Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser einer Randleiste 3 der Schale 1 ist, längs welcher er angeordnet ist, und einem den Bund !3 der gleichen Schale 1 umgebenden zweiten Ring 3Z

Obwohl die Ringe 31 und 32 getrennt sein können, wird die Dichtung 30 vorzugsweise aus einem einzigen Stück hergestellt, wobei die Ringe 31 und 32 aneinander in der Zone befestigt sind, weiche zwischen dem Bund 13 und dem diesen am nächsten liegenden Abschnitt der Randleiste 3 liegt, wobei die beiden Ringe 31, 32 in dieser Zone ineinander tangential zueinander liegen.

Die Dicke der Dichtung vor der Aufstapelung der Schalen ist in der Richtung des Stapels etwas größer als der zwischen den einander gegenüberliegenden Böden von zwei Schalen vorgesehene kleinste Abstand e.

Nach Einlegen der Dichtungen 30 in die Schale 1 und dem Einsetzen der Schaien ineinander wird der erhaltene Stapel an jedem Ende durch eine Endplatte 33, 34 vervollständigt, welche eine Dreieckform haben kann.

Diese Platten besitzen ösen 35, 36, welche gegebenenfalls mit Innengewinde versehen sind und radial über den Schale.istapel vorstehen.

In Fig. 1 sind die Ösen 35 der oberen Platte 33 mit Innengewinde versehen, während die Ösen 36 der unteren Platte 34 glatt sind und einen etwas größeren Durchmesser haben.

In die Löcher 36 werden Gewindebolzen 37 eingesteckt und mit einem Ende in die Locher 35 geschraubt. Auf ihre anderen, über die Platte 34 vorstehenden Enden sind Muttern 38 aufgeschraubt.

Dank dieser Anzugsmittel wird der Schalenstapel zusammengedrückt bis die Rippen 8 des Bodens einer jeden Schale an dem Boden der gegenüberliegenden Schale abschlagen, wie oben ausgeführt, so daß Kammern 9 mit der Höhe e entstehen.

Die Dichtungen 30, deren ursprüngliche Dicke etwas größer als e ist, werden daher dank dem Vorhandensein der Rippen 8 zusammengedrückt, ohne zerquetscht zu werden, und gewährleisten so eine ausgezeichnete Abdichtung gegen die in den Kammern umlaufenden Strömungsmittel, und zwar sowohl längs der Randleisten 3 als auch längs der Bünde 13.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke der Dichtungen so gewählt, daß sie sich um etwa 20% zwischen dem nicht zusammengedrückten Zustand und dem zusammengedrückten Zustand der Dichtung ändern.

Wenn z. B. die Höhe e der Kammern 5 mm beträgt, hat die Dichtung in uitht zusammengedrücktem Zustand eine Dicke von 6 mm.

Damit die Dichtungen bei ihrer Zusammendriickung keine Verformung erfahren, müssen sie senkrecht zu der Richtung des Stapels eine genügende Breite von z. B. größenordnungsmäßig 6 mm haben.

Nun verringert aber die Berührungsfläche der Dichtungen mit den Böden der benachbarten Schalen die effektive Wärmeaustauschfläche im gleichen Maße.

Damit diese Verringerung einen geringen Wert behält, ist die dem Innern eines jeden Ringes zugewandte Seite eines jeden Ringes einer Dichtung vorzugsweise doppelt abgeschrägt, so daß ein V-förmiger Querschnitt entsteht, dessen Spitze P dem Innern des betreffenden Ringes zugewandt ist.

Die Dichtungen behalten so eine genügende Starrheit, ohne daß die effektive Wärmeaustauschfläche merklich geschwächt wird.

Die Dichtungen werden vorzugsweise aus künstlichem Gummi hergestellt, welcher die Berührung mit heißem Wasser gut aushält.

Man kann z. B. Dichtungen aus Ä;^ylen-Propylen, aus Nitrügummi oder aus Silikon benutzen.

Wie in dem Hauptpatent sind die Endplatten 33, 34 mit Stutzen 19, 20 zum Anschluß an die äußeren Strömungskreise versehen.

Die kombinierte Verwendung der Dichtungen 13, der Endplatten 33, 34 und der Gewindebolzen 37 ermöglicht, gleichzeitig und in einfacher Weise die Abdichtung der Kammern 9 und den Zusammenbau der Schalen vorzunehmen, wobei die Möglichkeit eines bequemen schnellen Auseinandernehmens des so gebildeten Austauschers besteht.

Außerdem ist es durch Verwendung von Gewindebolzen verschiedener Länge möglich, die Zahl der Schalen dem angestrebten Zweck anzupassen, selbst bei einem Wärmeaustauscher, welcher bereits gearbeitet hat.

Schließlich ist jede Schale mechanisch von den Nachbarschalen unabhängig und kann frei die Wärmebeanspruchungen aufnehmen, welche durch die auf ihre beiden Wände wirkenden Temperaturdifferenzen erzeugt werden.

3ei gewissen Ausführungen muß jede Verbindung zwischen den beiden Strömungsmittelkreisen verhindert werden. Dies ist z. B. der Fall, wenn diese beiden Strömungskreise ein geschlossener Zentralheizungskreis bzw. ein Kreis zur Entnahme von *armerr. Wasser sind, da das in dem ersten dieser beiden Strömungskreise enthaltene Strömungsmittel Wasser sein kann, welchem ein Frostschutzmittel zugesetzt ist, und weiches so mehr oder weniger durch seinen längeren Umlauf in Heizkörpern verschmutzt ist, während das in dem zweiten Strömungskreis strömende Wasser rein und trinkbar bleiben muß.

Nun ist aber zu befürchten, daß mit der Zeit die Dichlungen 30, oder genauer ausgedrückt die zweiten Ringe 32 derselben, einen Teil ihrer Elastizität verlieren und zwischen sich und den Böden der auf sie drückenden Schalen leichte Leckströmungen von Wasser (oder einem anderen Strömungsmittel) durchlassen. Diese Leckströmungen können ungewünschte Verbindungen zwischen den beiden Strömungskreisen an der Stelle ihrer ineinander gesteckten Bünde schaffen, da der gegenseitige Eingriff dieser Bünde an sich iiicht streng dicht ist.

Eine durch die in Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsabwandlung ?rzieltp Verbesserung ermöglicht, diesem Nachteil abzuhelfen und die automatische Abfuhr von etwaigen ungewünschten Leckströmungen aus

dem Austauscher sicherzustellen, welche an tier Stelle der ineinander gesteckten (U'iikIc auftreten können.

Bei dieser Ausführungsabwandliing sind die umgebogenen Randleisten 3 der ineinander gesteckten Schalen I so nach unten gerichtet, daU der große (kind 13 einer ~> jeden Schale 1 nach unten und ihr kleiner Bund 12 nach oben gerichtet ist.

Wie vorher wird die Abdichtung an der Stelle der ineinander gesteckten Runde durch Anlage der einander gegenüberliegenden Hoden der Schalen an zwei m waagerechten ringförmigen Anlageflachen mit der radialen Dicke J hergestellt, welche den /weiten Ring 32 der zwischen diesen Böden angeordneten Dichtung 30 oben und unten begrenzen.

In der mittleren Zone einer jed;n dieser ringförmigen ι; Anlageflächen ist eine kontinuierliche kreisförmige, zu der Anlagefläche gleichaehsige Rinne 39 vorgesehen, deren Querschnitt zweckmäßig die form eines V hat.

Feiner ist radial ein von außen ausgehender Kin-

SChniH 40 in ucr" tüiuci'cfi ^uci'nüCnC ucS üci'i ückicr'r jfi

Ringen 31 und 32 gemeinsamen Abschnitts angebracht.

Die radiale Tiefe dieses Einschnitts 40. welche vorzugsweise größenordnungsmäßig gleich der Hälfte der Dicke der Dichtung 30 in der betreffenden Zone ist. ist so vorgesehen, daß sie über den undichten Zwischen- 2=> π um 4! zwischen den ineinander eingreifenden Randleisten 3 der beiden betreffenden Schalen die Rinnen 39 unmittelbar mit dem Raum außerhalb der Dichtung, d. h. mit der Atmosphäre, in Ve bindung setzt.

Diese doppelte Maßnahme bietet den Vorteil, etwai- jo gen Abdichtungsfehlern abzuhelfen, welche an der Stelle der Ringe 32 auftreten könnten.

Jede etwaige Leckströmung eines aus einem der beiden Strömungskreise kommenden Strömungsmittels in Richtung auf den anderen muß nämlich radial an den js inneren oder äußeren Rand einer Rinne 39 in Richtung derselben strömen und wird anschließend von der Rinne angefangen, vnn wo sie automatisch durch den Einschnitt 40 und den Zwischenraum 41 in Richtung des Pfeils F nach außerhalb des Austauschers abgeführt wird.

Es ist ferner zu bemerken, daß die in den beiden Strömungskreisen des Austauschers strömenden Strömungsmittel unter über dem Atmosphärendruck liegenden Drücken stehen, während in den Rinnen 39 der -15 Atmosphärendruck herrscht. Dies hat zur Folge, daß jede etwaige obige Leckströmung nach Ankunft in einer Rinne 39 aus einem der beiden Strömungskreise keine Neigung hat. ihren Weg in Richtung auf den anderen Strömungskreis fortzusetzen, da in diesem ein relativer Überdruck gegenüber der Rinne herrscht, so daß die Leckströmung n\.r aus dieser Rinne abgeführt werden kann.

Man erhält so schließlich in sehr einfacher Weise eine ausgezeichnete dauerhafte Trennung zwischen den beiden Strömungsmitteln, welche in den aufeinanderfolgenden, durch die ineinander gesteckten Schalen begrenzten Stufen des Austauschers strömen und zwar ohne daß es erforderlich ist. Schweißungen oder Hartlötungen zwischen den Schalen an der Stelle ihrer Randleisten oder ihrer ineinander eingreifenden Bünde vorzunehmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher mit einem Stapel von identischen kreisförmigen Schalen (1) mit durchlaufenden Randleisten (3), welche axial so aneinander gelegt sind, daß zwischen ihnen Kammern (9) entstehen, wobei jede Schale (1) in der Nähe ihres Umfangs zwei Öffnungen (10, 11) aufweist, deren Mittelpunkte auf zwei zueinander senkrechten Halbmessern dieser Schale (1) und beide in gleicher Entfernung von dem Mittelpunkt der Schale (1) liegen, wobei die benachbarten Schalen (1) des Stapels fortlaufend um 90° gegeneinander versetzt sind und die Randleisten (3) durch Umbiegen des Randstreifens der Schale (1) gebildet werden, so daß die Schalen (1) ineinandergesteckt werden können, und daß die beiden Öffnungen (10, 11) einer jeden Schale (1) kreisförmig mit verschiedenen Durchmessern ausgebildet sind und von jeweils einem kleineren Bund (12) und einem größeren B^d (13) abgeschlossen werden, die entgegengesetzt zueinander aus dem Boden (2) hervortreten, und wobei die Durchmesser der beiden Bunde (12,13) so bemessen sind, daß der kleinere Bund (12) einer jeden Schale (1) in den größeren Bund (13) der benachbarten Schale (1) berührungsdicht paßt, nach Patent 24 04 630, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (1) eine solche Lage haben, daß ihre umgebogenen Randleisten (3) nach unten gerichtet sind, wobei einerseits in jeder der beiden ringförmigen Anlageflächen eines jeden zweiten Ringes (32) einer an sich bekannten Dichtung (30), welche beirr Zusar .nenbau des Austauschers mit den gegenüberliegenden Schalenböden in Berührung kommen sollen» ein kreisförmige Zwischenrinne (39) und andererseits in dem außerhalb der tangentiaien Verbindungszone der beiden Ringe (31, 32) der Dichtung (30) liegenden Abschnitt ein radialer Einschnitt (40) vorgesehen ist, welcher bis zu den beiden Rinnen (39) reicht, so daß er diese mit dem außerhalb der Dichtung (30) liegenden Raum in Verbindung setzt.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jede Rinne (39) einen V-förmigen Querschnitt hat.

3. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Einschnitt (40) eine Tiefe hat, welche größenordnungsmäßig die Hälfte der Dicke der Dichtung im Bereich dieses Einschnitts (40) beträgt. se

meaustauscher gemäß dem Hauptpatent 24 04 630 so zu verbessern, daß er schnell und einfach zusammengebaut und auch leicht auseinander genommen werden kann, um eine Reinigung und gegebenenfalls eine Reparatur zu ermöglichen. Ferner sol! die Zahl der Schalen des Wärmeaustauschers in Abhängigkeit von der Größe des erforderlichen Wärmeaustauschs leicht verändert werden können. Schließlich soll jede Schale Wärmebeanspruchungen ohne Gefahr von schädlichen Vei^ormungen oder Sprüngen oder Brüchen des Metalls aushalten können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale.

Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Wärmeaustauschers,

F i g. 2 in Draufsicht eine Austauscherdichtung, und

F i g. 3 eine axial geschnittene vergrößerte Teilansicht eines mit der Dichtung der F i g. 2 ausgerüsteten Austauschers.

Wie im Hauptpatent umfaßt der Wärmeaustauscher einen Stapel von Schalen 1, welche aus einem gut wärmeleitenden Metall, z. B. Kupfer, bestehen und je einen Boden 2 und eine umgebogene Randleiste 3 aufweisen.

Diese umgebogene Randleiste 3 ist leicht erweitert und stufenförmig, so daß eine innere kreisförmige Schulter 4 entsteht, welche als Sitz für die kreisförmige äußere Rippe 6 dienen kann, welche die Basis der umgebogenen Randleiste 3 bildet, welche sich an den Boden 2 der in die betrachtete Schale eingreifende Schale 1 anschließt.

Jeder Boden 2 ist örtlich so verformt, daß Rippen oder andere Erhebungen 8 entstehen.

Diese Erhebungen haben eine doppelte Aufgabe: