DE2638005A1 - Platten-rekuperator - Google Patents

Platten-rekuperator

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DE2638005A1
DE2638005A1 DE19762638005 DE2638005A DE2638005A1 DE 2638005 A1 DE2638005 A1 DE 2638005A1 DE 19762638005 DE19762638005 DE 19762638005 DE 2638005 A DE2638005 A DE 2638005A DE 2638005 A1 DE2638005 A1 DE 2638005A1
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plates
knobs
plate
recuperator
heat exchanger
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Heinrich Dipl Ing Teichmann
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MTU Aero Engines GmbH
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MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/044Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being pontual, e.g. dimples
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001Recuperative heat exchangers
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Description

  • Platten - Rekuperator
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Platten - Rekuperator für den Wärmetausch zwischen Fluid strömen unterschiedlicher Temperatur mit Ausformungen aufweisenden, ebenen Platten, mittels deren sich diese selbsttragend aufeinander abstützen, um abwechselnd von jeweils einem der Fluidströme durchströmbare Kanalräume zu bilden. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine besonders vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Platten - Rekuperators.
  • Bei Verbrennungskraftmaschinen werden beispielsweise Platten-Rekuperatoren vorgesehen, deren abwechselnde Kanalräume von Abgas und von Ansaugluft durchströmt werden. Es sind beispielsweise Gegenstrom - Platten - Rekuperatoren aus Keramikmaterial bekannt, die schräg in Strömungsrichtung gerillt sind. Die abwechselnd gewendeten Platten berühren sich gegenseitig in den Scheitelpunkten der Rillen in einem Rautenmuster. Auf diese Weise wird eine Steifigkeit der dünnen Platten gegenüber den Druckunterschieden der Fluidströme erreicht. Der beschriebene Gegenstrom -Rekuperator hat aber den Nachteil, daß die Kanalräume für die beiden Fluidströme jeweils gleich lang sein müssen.
  • Um eine freiere Abstimmung der Parameter für den Wärmeübergang zu erreichen,insbesondere um eine Variation in der Länge der Fluidströme und der Querschnitte zu erreichen, wurde ein Kreuzstrom - Rekuperator als Röhrchen - Rekuperator vorgeschlagen, der auf einer Seite eine zusammengefaßte Luftführung und quer dazu die Gasführung aufweist. Querschnitte, Geschwindigkeiten und Wärmeübergangszahlen können hierbei aufeinander abgestimmt werden, wobei allerdings auf den besonders guten Austauschwirkungsgrad, der grundsätzlich im Gegenstromprinzip liegt, verzichtet werden muß. Ferner ist beim bekannten Kreuzstrom - Rekuperator bei festliegenden Außenabmessungen auch das Längenverhältnis der Kanalräume festgelegt, sodaß es nicht möglich ist, in einem vorgegebenen Einbauraum einen an die individuellen thermischen Gegebenheiten besonders angepaßten Wärmetauscher vorzusehen, ohne gleichzeitig grundlegend neue Einbauelemente für den Wärmetauscher vorzusehen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs geschilderten Nachteile zumindest zum Teil zu beheben, und einen Wärmetauscher zu finden, bei dem bei vorgegebenen Einbaumaßen unter weitgehender Beibehaltung der Einbauteile eine Variation in der Länge der Luft- und Gasströme und der Querschnitte möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Platten - Rekuperator der eingangs genannten Art die Platten aus Segmenten gebildet sind, die als geradzahlige Vielecke geformt sind, an deren Ecken als Ausformungen abwechselnd nach oben und nach unten aus der Plattenebene ausgestülpte Noppen vorgesehen sind, wobei die Platten derart gegeneinander versetzt sind, daß sich die Noppen der einen Platte auf Noppen der nächstfolgenden Platte abstützen. Es wird somit eine selbsttragende Platte geschaffen, die jeweils auf den nach unten gerichteten Noppen aufliegen kann, und die auf den nach oben gerichteten Noppen eine weitere Platte abstützen kann. Die aneinandergefügten Segmente bilden in jeder der Platten ein regelmäßiges Muster, wobei das Muster einer Platte gegenüber der nächstfolgenden derart versetzt und /oder durch Umdrehen der Platte spiegelverkehrt angeordnet ist, daß jeweils Noppe auf Noppe zu liegen kommt, sodaß die zwischen den Platten gebildeten Kanal räume lediglich von den Noppen säulenartig unterbrochen werden, wobei entsprechend dem von den Segmenten gebildeten Muster diese Säulen in einer regelmäßigen Verteilung derart angeordnet sind, daß ein Fluidstrom in nahezu beliebiger Richtung zwischen ihnen hindurchführbar ist. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung regelmäßiger, gleichseitiger Vielecke als Grundsegment, bei denen grundsätzlich eine Symmetrieachse eines der Segmente so gewählt werden kann, daß sie beiderseits des Vielecks jeweils zwischen zwei Noppen hindurchführt; die Verlängerung einer jeden dieser Symmetrieachsen ist durch das gesamte Muster hindurch möglich, sodaß diese Symmetrieachsen bevorzugte Strömungsrichtungen bilden, die einen geringstmöglichen Strömungswiderstand bieten.
  • Ein Wärmetauscher, der aus Platten zusammengesetzt ist, die in erfindungsgemäßer Weise aus Einzelsegmenten gebildet werden, kann daher in den verschiedensten Strömungsrichtungen durchströmt werden, und es ist somit möglich, einen vorgegebenen Wärmetauscher mit vorgegebenen Abmessungen durch Wahl der Ein- bzw. Auslaßkanäle an den einzelnen Kanalräumen auf einfache Weise mit Kanalräumen unterschiedlicher Länge auszustatten, ohne daß an den einzelnen Platten selbst oder an der Hauptabmessungen des Wärmetauschers etwas geändert zu werden braucht.
  • Gemäß einer-Ausgestaltung der Erfindung sind die nach oben bzw. unten ausgestülpten Noppen ungleich hoch; es können daher mittels der erfindungsgemäßen Platten Kanalräume unterschiedlichen Querschnitts hergestellt werden, indem durch Versetzen bzw.-Umwenden der Platten folgende Anordnungen erreicht werden können: a die hohen Noppen einer unteren Platte berühren die hohen Noppen der oberen Platte,~ ~ b die hohen Noppen der unteren Platte berühren i niedrigen Noppen der oberen Platte, c die hohen Noppen der unteren Platte berühren die Segmentfläche der oberen Platten, d die niedrigen Noppen der unteren Platte berühren die hohen Noppen der oberen Platte, e die niedrigen Noppen der unteren Platte berühren die niedrigen Noppen der oberen Platte, f die niedrigen Noppen der unteren Platte berühren die Segmentfläche der oberen Platten.
  • Es ist somit möglich, durch Umkehren bzw. Versetzen der erfindungsgemäßen Platten Kanalhöhen von der doppelten Höhe der hohen Noppen bis zur einfachen Höhe der niedrigen Noppen zu variieren. Wählt man eine Anordnung, bei der die Noppen der einen Platte die Segmentfläche der anderen Platte berühren, können wegen der vermehrten Anzahl von Auflagepunkten die Einzelsegmente erhöht werden, ohne daß deswegen Einbußen an der Festigkeit hinzunehmen sind.
  • Als Segmentform können grundsätzlich sämtliche, Vieleckformen verwendet werden, die sich fugenlos zusammenfügen lassen, und darüber hinaus auch Vieleckformen, bei deren ZusammenfG-gen sich jeweils regelmäßig wiederholende, kleine Zwischenräume ergeben können, soweit hierdurch die Funktion der erfindungsgemäßen Platten nicht beeinträchtigt wird. In besonders vorteilhafter Weise aber sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Vielecke gleichseitige Sechsecke vorgesehen. Es stoßen somit immer drei benachbarte Segmente an einem Punkt zusammen, der dann jeweils den Zenit einer zugehörigen hohen bzw. niedrigen Noppe bildet. Gleichzeitig ergeben sich drei Symmetrieachsen für jedes der Segmente als Strömungs - Hauptrichtungenl in denen jeweils ein gleicher, geringer Strömungswiderstand vorliegt.
  • Um eine bessere Strömungsführung zwischen zwei benachbarten Platten zu gewährleisten, sind gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung Zwischenstege zur Strömungsführung vorgesehen, mittels deren es nicht nur ermöglicht wird, eine präzisere Strömungsführung längs einer der oben genannten Hauptrichtungen zu ereichen, sondern auch eine Strömungsführung in Zickzackrichtung längs mehrerer dieser Hauptrichtungen zu bewirken, sodaß die wirksame Kanalraumlänge für einen entsprechenden Fluidstrom bei vorgegebenen Wärmetauscherabmessungen nahezu frei der Länge nach gewählt werden kann.
  • Es ist möglich, bei besonders großen Wärmetauscherabmessungen auch vorteilhaft,-die Platten des Wärmetauschers segmentweise einzeln herzustellen und dann bei Zusammenbau des Wärmetauschers aus den Einzelteilen zusammenzufügen. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es aber von Vorteil, daß die gesamte Platte einstückig hergestellt wird, bzw. aus fertigem Plattenmaterial mit erfindungsgemäßer Formgebung auf Maß ausgeschnitten wird. Hierbei ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Platte durch Extrudieren einer ebenen Platte aus noch weichem, plastischem Keramikmaterial herzustellen, wobei die Platte anschließend zum Aushärten auf eine heizbare Form mit der erfindungsgemäßen Formgebung abformend aufgebracht wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aber ist es besonders von Vorteil, daß die Platten jeweils einstückig aus Blech durchgehend gleicher Wandstärke geformt -sind. Metallblech erbringt gerade bei hohem Druckunterschied zwischen den einzelnen Fluidströmen und bei hinlänglichem Wärmeübergang die notwendigen Festigkeitseigenschaften, wobei durch die durchgehend gleiche Wandstärke, die auch durch das Einprägen der Noppen nicht wesentlich verändert wird, bewirkt wird, daß nicht etwa an Stellen wesentlich größerer Wand stärke an der dem heißen Fluidstrom ausgesetzten Seite unzulässig hohe Temperaturen auftreten können, aufgrund deren das Plattenmaterial Schaden nehmen könnte. Im übrigen weist Blech gegenüber Keramikmaterialien noch den Vorteil auf, daß es eine glatte Oberfläche aufweist, ohne daß hierfür eigens eine den Wärmeübergang hemmende und empfindliche Glasur aufgebracht zu werden braucht. Im übrigen kann zusätzlich die Blechoberfläche mit Fluor - oder PhosphorhaltigemAnstrich versehen sein, der einerseits das Blech vor Korrosion schützt und der andererseits die Reibung gegenüber dem entsprechenden Fluid herabsetzt, sodaß die Ausbildung hindernder Wirbel und Querströmungen verhindert und der gesamte Strömungswiderstand des Wärmetauschers verringert wird.
  • Der erfindungsgemäße Rekuperator kann grundsätzlich überall eingesetzt werden, wo ein kontinuierlicher Wärmetausch zwischen zwei voneinander getrennten Medien stattfinden soll; so ist es beispielsweise möglich, den erfindungsgemäßen Rekuperator in- vorteilhafter Weise bei einer Waschanlage zu verwenden, wobei kaltes Frischwasser die Wärme des warmen Schmutzwasserstroms übernimmt, wobei in besonders vorteilhafter Weise aufgrund der Festigkeitseigenschaft des erfindungsgemäßen Rekuperators der Druckunterschied zwischen Frischwasser und Schmutzwasser aufgenommen werden kann, und wobei zugleich die Platten derart angeordnet werden können, daß der Kanalraum für das Schmutzwasser einen größeren Querschnitt aufweist als der für das Frischwasser, um eine Verstopfung durch mitgeführten Schmutz zu vermeiden. Gleichzeitig können die Kanallängen derart aufeinander abgestimmt werden, daß ein optimaler Wärmetausch gewährleistet ist.
  • In erfindungsgemäßer Weise ist aber die Verwendung als Wärmetauscher für eine Gasturbine besonders von Vorteil, wobei der warme Fluidstrom von Abgas, der kalte Fluidstrom von Luft gebildet wird. Gerade bei Gasturbinen, insbesondere bei nichtstationären, in Fahrzeugen eingebauten Gas turbinen ist einerseits der Einbauraum für Wärmetauscher nicht frei wählbar, sondern den vorhandenen Gegebenheiten anzupassen, und andererseits ist ein möglichst optimal wirkender Wärmetauscher nicht nur erforderlich, um den thermischen Wirkungsgrad- der Gasturbinenanlage zu verbessern, sondern auch, um zu verhindern, daß Abgase mit der Temperatur, mit der sie die letzte Stufe der Turbine verlassen, an die Umgebung abgegeben werden.
  • Wegen der hohen Leistungsdichte ist es beispielsweise zweckmäßig, gepanzerte Kampffahrzeuge mit Gasturbinen auszustatten, es muß aber unbedingt Sorge dafür getragen werden, daß das etwa in einem Wald getarnt stehende Fahrzeug nicht aufgrund seiner Abgastemperatur den gesamten Wald in Brand steckt. Durch die Erfindung ist es möglich geworden, im Einbauraum der Gas turbine etwa noch ungenutzte Räume mit dem erfindungsgemäßen Platten - Rekuperator auszufüllen, wobei wegen der Ausbildung der Einzelsegmente die Strömungsrichtung in den Kanalräumen fast unabhängig von der Einbaurichtung der Platten gewählt werden kann.
  • Bei einem Wärmetauscher für eine Gasturbine sind gemäß einer Ausbildung der Erfindung die Platten mit einem länglichen Grundriß mit zwei im wesentlichen parallelen Längs seiten und mit diese verbindenden Schmalseiten versehen, wobei der Kanalraum für Abgas von Längsseite zu Längsseite verläuft, und längs der Schmalseiten verschlossen ist, und wobei der Kanalraum für Luft längs der Längsseiten und einer der Schmalseiten verschlossen und längs der zweiten Schmalseite offen ist; von der offenen Schmalseite ausgehend ist ein Zwischensteg in der Mitte zwischen den beiden Längsseiten parallel zu diesen angeordnet, der mit Abstand zur verschlossenen Schmalseite endet. Der Abstand liegt hierbei vorzugsweise in der Größenordnung des Abstandes zwischen Zwischensteg und einer der beiden Längsseiten. Es wird somit ein durchgehender Kanalraum für Luft geschaffen, der von der ersten Schmalseite längs der ersten-Längsseite zur zweiten Schmalseite und von dort zurück längs der zweiten Längs seite wieder zur ersten Schmalseite verläuft. Quer hierzu verläuft der Abgasstrom, dessen zugehöriger Kanalraum in besonders vorteilhafter Weise mit parallel zueinander angeordneten Zwischenstegen ausgestattet sein kann, die den Abgasstrom von einer seiner Längsseiten her winklig zur Mitte hin und von dort im gleichen Winkel zur anderen Längsseite hinleiten. Die beiden Fluidströme werden jeweils in Richtungen gelenkt, die aufgrund der Segmentgeometrie als Hauptrichtungen für den erfindungsgemäßen Abgaswärmetauscher vorgesehen sind, sodaß trotz des Umlenkens jeweils nur ein verhältnismäßig kleiner Widerstand geboten wird.
  • Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist ferner noch den Vorteil auf, daß er der Grundanlage entsprechend zwar ein Kreuzstrom - Rekuperator ist, durch das "Umfalten" des Luftkanalraums aber praktisch mit Gegenstromeffekt betrieben werden kann, da die heißen Abgase so geleitet werden können, daß sie zunächst auf den wärmerer Zweig des Luftkanalraums und dann erst auf seinen "kElteren" Zweig treffen. Es ist somit in völlig unerwarteter Weise gelungen, die an sich widersprechenden Prinzipien des Gegenstrom und des Querstrom - Rekuperators in gewissem Maße miteinander zu vereinen.
  • Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Platten des erfindungsgemäßen Abgaswärmetauschers zwischen zwei zu den Platten parallelen Druckplatten, die zum Zusammenspannen mit Zugankern versehen sind, zu einem Packet zusammengefasst. Es bildet somit der gesamte Wärmetauscher eine bequem zusammenbaubare, den auftretenden Innendrücken standhaltende Baueinheit, die ohne weiteres geschlossen, wenn erforderlich, ausgetauscht werden kann, ohne daß an der Gasturbine oder deren Gehäuse selbst die Platten einzeln eingelegt werden müssen. Es ist somit möglich, den Rekuperator selbst nach Zusammenbau vor Einbau in die Gasturbinenanlage zu überprüfen, was wegen der vielfältigen, Zusammenbaumöglichkeiten angezeigt ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist an der offenen Schmalseite des Rekuperators ein zu dieser hin offenes, mit einer den Zwischensteg fortsetzenden Trennwand versehenes Luftdruckrohr angeordnet, das am Plattenpacket des Rekuperators angeflanscht ist. Es ist der erfindungsgemäße Rekuperator somit druckdicht mit einer Leitung versehen, in der bereits vorkomprimierte Luft geführt wird, wodurch es möglich wird, bei gleichbleibendem Luftdurchsatz einen Rekuperator mit geringeren Abmessungen zu verwenden, wobei aufgrund der besonderen Festigkeit des erfindungsgemäßen Rekuperators der Druckunterschied zwischen Luft und Abgas besonders Foch sein kann, ohne daß der Rekuperator selbst Schaden zu nehmen droht.
  • Die Erfindung ist in der im folgenden beschriebenen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert; es zeigen Figur 1 die Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Rechtecksegment, die Figuren 2a und 2b zwei Seitenansichten des in Figur 1 dargestellten Segments mit gleicher Noppenhöhe, Figur 2c den senkrechten Schnitt durch einen aus Segmenten gemäß Figur 2a und Figur 2b gebildeten Plattenstapel, die Figuren 3a und 3b die Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Segments mit unterschiedlich hohen Noppen, Figur 3c den senkrechten Schnitt durch einen aus Segmenten gemäß Figur 3a und Figur 3b gebildeten Plattenstapel, Figur 4 ein im Schrägbild dargestelltes Teilelement aus einem Plattenstapel, und Figur 5 den Schnitt längs zweier Plattenebenen durch einen erfindungsgemäßen Platten - Rekuperator.
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Plattensegment mit regelmäßigem Sechseckgrundriß in der Draufsicht dargestellt.
  • Bei diesem Segment sind die Ecken 2, 3 und 4 jeweils als Noppen nach unten ausgeformt, während die Ecken 5, 6 und 7 jeweils als Noppen nach oben ausgeformt sind. Die Noppen sind hierbei bogenartig ausgeformt, wobei jeder Bogen von einer Kante derart geschnitten wird, daß die Tangente an der Schnittstelle parallel zur Segmentfläche 8 verläuft.
  • Werden Segmente passend zusammengefügt, dann bilden sie mit allen ihren Kanten zueinander einen stetigen Übergang.
  • Es wird somit aus den erfindungsgemäßen, zusammengesetzten Segmenten eine ebene Platte gebildet, die aus den Noppen 2, 3 und 4 gebildete Vertiefungen und aus den Noppen 5, 6 und 7 gebildete Erhöhungen aufweist.
  • In Figur 2a und 2b ist jeweils eine Ausfnhrungsform des in Figur 1 gezeigten Segments in Seitenansicht gezeigt; in Figur 2a und 2b ist ein Segment gezeigt, bei dem die Noppen 5, 6 und 7 gegenüber der Segmentfläche 8 die gleiche Höhe aufweisen wie die nach unten gerichteten Noppen 2, 3 und 4.
  • In Figur 3a und 3b hingegen ist ein Segment gezeigt, dessen nach oben ausgeprägte Noppen 5, 6 und 7 eine wesentlich geringere Höhe gegenüber der Segmentfläche 8 aufweisen als die nach unten ausgeprägten Noppen 2, 3 und 4.
  • In Figur 2c und 3c ist jeweils gezeigt, wie aus Segmenten gemäß Figur 2a und 2b bzw. 3a und 3b gebildete Platten aufeinander gegenseitig abgestützt sind; der obersichtlichkeit halber sind in Figur 2c und 3c die Bezugszeichen für die Noppen weggelassen.
  • In Figur 2c und 3c stützen sich jeweils die höchsten Erhebungen der aus einzelnen Segmenten 1 zusammengesetzten und übereinander angeordneten Platten aufeinander ab; hierbei werden in Figur 2c. ein Kanalraum für Gas 9 und ein Kanalraum für Luft 10 gebildet, die jeweils die gleiche lichte Weite haben, da aufgrund der gleichen Höhe der über die Segmentflächen 8 nach oben bzw. nach unten ausgeformten Noppen der Abstand der Segmentflächen 8 zueinander gleich ist. Im Gegensatz hierzu ist in Figur 3c eine andere Anordnung gezeigt, bei der die Platten aus Segmenten 1 gemäß Figur 3a und 3b gebildet sind; hierbei sind die aus den Segmenten 1 gebildeten Platten derart von Lage zu Lage gegeneinander gewendet, daß jeweils die höher über die Segmentfläche 8 hervorragenden Noppen aufeinanderliegen und somit einen breiten Kanalraum für Gas 9 bilden, während die weniger hoch über die Segmentfläche 8 hervorragenden Noppen ebenfalls aufeinanderliegen und somit den Kanalraum für Luft 10 bilden.
  • In Figur 4 sind die übereinanderliegenden Einzelelemente dreier Platten im Schrägbild herausgezeichnet, um den GegestaM der Erfindung näher zu veranschaulichen.
  • In Figur 5 ist ein erfindungsgemäßer Platten - Rekuperator dargestellt, der ein Gehäuse 11 aufweist, das einen im wesentlichen rechteckigen Grundriß aufweist. Innerhalb des Gehäuses 11 sind übereinander mehrere in erfindungsgemäßer Weise aus Einzelsegmenten gebildete Platten eingelegt, die abwechselnd einen Kanalraum für Gas 9 und einen Kanalraum für komprimierte Luft 10 bilden. In der Zeichnung ist eine Schnittdarstellung derart durchgeführt, daß in der oberen Hälfte der Zeichnung ein Schnitt zwischen zwei Platten geführt ist, die einen Kanalraum 9 für Gas bilden, während in der unteren Hälfte der Zeichnung der Schnitt demgegenüber um eine Plattenhöhe versetzt ist und somit zwischen zwei Platten hindurchführt, die gemeinsam einen Kanalraum 10 für komprimierte Luft begrenzen.
  • In der Zeichnung sind die einzelnen Sechsecksegmente schematisch dargestellt, wobei die Stellen, an denen die Ecken dreier benachbarter zusammenstoßender Segmente eine nach oben herausgewölbte Noppe bilden, mit. einem kleinen Kreis bezeichnet sind.
  • Das im wesentlichen rechteckige Gehäuse weist an seinen beiden Längsseiten Gaseinlaßöffungen 12 für von der Turbine herkommendes Abgas auf; diese Gaseinlaßöffungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da sie jeweils über bzw. unter der dort dargestellten Schnittebene liegen, die durch den Kanalraum 10 für komprimierte Luft verläuft.
  • Auf der gegenüberliegenden Längsseite sind Gasauslaßöffnungen 13 vorgesehen, aus denen das abgekühlte Turbinenabgas austritt. Die Gaseinlaßöffnungen 12 können in geeigneter Weise unmittelbar an den Ausgang der Turbine oder an eine Abgasrohrleitung angeschlossen werden, während an den Gasauslaßöffungen 13 eine Auspuffanlage angeschlossen werden kann.
  • Das Gehäuse 11 weist an seinen Längsseiten Streben 15 auf, innerhalb deren Bohrungen zum Zusammenspannen des gesamten Gehäuses vorgesehen sind. Zwischen den Streben 15 und den Schmalseiten des Gehäuses werden die Gaseinlaßöffungen 12 bzw. Gasauslaßöffnungen 13 vorgesehen. Von den Streben, die die Gaseinlaßöffnungen 12 voneinander trennen, führen in das Innere des Abgaskanalraums 9 Zwischenstege 14, die parallel zu einer der Seitenkanten der Einzelsegmente 1 bis -zur Mittelachse der entsprechenden Platte hin verlaufen. Dort stoßen die Zwischenstege 14 auf weitere Zwischenstege, die zu den Streben 15 weiterführen, die die Gasauslaßöffnungen 13 voneinander trennen. Parallel zum Verlauf dieser Streben ist auch die äußere Schmalseite 16 des Gehäuses 11 ausgebildet. Die Zwischenstege 14 verbinden im wesentlichen gasdicht die beiden übereinanderliegenden, den Gaskanalraum 9 bildenden Platten und schaffen somit drei nebeneinanderliegende, parallel zueinander verlaufende, in der Mitte abgeknickte Gaskanäle, deren Länge jeweils größer ist als der Abstand der beiden Längsseiten des Gehäuses 11 voneinander. Es wird somit erreicht, daß trotz eines schmalen Gehäuses 11 ein verhältnismäßig langer Gasweg geschaffen wird, der es dem Abgas ermöglicht, möglichst viel von seinem Wärmeinhalt abzugeben.
  • An der inneren Schmalseite 17 des Gehäuses 11 ist ein Rohr 18 angeflanscht, das eine mittlere Trennwand 19 aufweist, die mit der Mittelachse des Gehäuses 11 fluchtet und die das Innere des Rohres 18 in einen eigenen Luftzufuhrkanal 20 und in einen Luftabfuhrkanal 21 auf teilt.
  • Der Luftzufuhrkanal 20 weist zur inneren Schmalseite 17 des Gehäuses 11 hingerichtete Luftaustrittsöffnungen 22 auf, und der Luftabfuhrkanal 21 weist symmetrisch hierzu der inneren Schmalseite 17 des Gehäuses 11 zugewandte Lufteintrittsöffnungen 23 auf. Der Luftkanalraum 10 des Wärmetauschers ist an der inneren Schmalseite 17 des Gehäuses 11 zu den Öffnungen 22 und 23 hin geöffnet und weist längs seiner Symmetrieachse als Fortsetzung der mittleren Trennwand 19 des Rohres 18 einen Zwischensteg 24 auf, der mit einem Abstand zur äußeren Schmalseite 16 hin endet, der etwa gleich ist dem Abstand zwischen dem Zwischensteg 24 und einer der Längsseiten des Gehäuses 11.
  • Da das Gehäuse 11 mit Ausnahme der inneren Schmalseite 17 an den Längsseiten und an der äußeren Schmalseite 16 den Luftkanalraum 10 abschließt, ist der durch die Öffnungen 22 in den Kanalraum 10 eintretende Luftstrom gezwungen, längs des Zwischenstegs 24 zur äußeren Schmalseite 16 hinzustrsmen, dort in die Gegenrichtung umzukehren und längs des Zwischenstegs 24 wieder zurück zu den oeffnungen 23 und in den Luftabfuhrkanal 23 hineinströmen. Es ergibt sich somit ein Strömungsweg für Luft, dessen Länge beinahe doppelt so groß ist wie die Länge des gesamten Wärmetauschers.
  • Heißes Abgas, das durch die Gaseinlaßöffnungen 12 in den Wärmetauscher eintritt, gibt seine Wärme zunächst an Luft ab, die sich in der zweiten Hälfte des Strömungswegs für Luft befindet. Erst nachdem das Abgas die Symmetrieachse des Gehäuses 11 überschritten hat und mittlerweile bereits abgekühlt ist, gibt es seine verbleibende Wärme an Luft ab, die die erste Hälfte des Luftströmungsweges zurücklegt. Auf diese Art wird beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher ein Gegenstromeffekt erwirkt, obwohl er dem Prinzip nach ein Kreuzstrom - Rekuperator ist.
  • Das in der Zeichnung dargestellte Gehäuse 11 ist durch Druckplatte verschlossen (nicht dargestellt), die parallel zu den Kanalräumen 9, 10 an der Boden - bzw.
  • Deckfläche des Gehäuses angeordnet sind. Sind die aus Segmenten 1 gebildeten Platten aus Blech hergestellt, dann können sie von den Druckplatten mit beträchtlicher Vorspannung zusammengedrückt werden, wozu das Gehäuse 11 in den Streben 15 sowie in der äußeren und inneren Seitenwand 16, 17 Durchgangsbohrungen zur Aufnahme von den Schrauben aufweist. Die Vorspannung, mit der die Platten zusammengedrückt sind, wird hierbei in Abhängigkeit vom Druckunterschied zwischen Abgas und komprimierter Luft derart gewählt, daß die den Luftkanalraum 10 begrenzenden Platten nicht durch den Überdruck der komprimierten Luft auseinandergehoben werden.

Claims (9)

  1. Patentansprüche Platten - Rekuperator für den Wärmetausch zwischen Fluidströmen unterschiedlicher Temperatur mit Ausformungen aufweisenden, ebenen Platten mittels deren sich diese selbsttragend aufeinander abstützen, um abwechselnd von jeweils einem der Fluidströme durchströmbare Kanalräume zu bilden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t1 daß die Platten aus Segmenten (1) gebildet sind, die als geradzahlige Vielecke geformt sind, an deren Ecken als Ausformungen abwechselnd nach oben (5, 6, 7) und nach unten (2, 3, 4) aus der Plattenebene (8) ausgestülpte Noppen vorgesehen sind, wobei die Platten derart gegeneinander versetzt sind, daß sich Noppen der einen Platte auf Noppen der nächstfolgenden Platte abstützen.
  2. 2. Platten - Rekuperator nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet daß die nach oben (5, 6, 7) bzw. unten (2, 3, 4) ausgestülpten Noppen ungleich hoch sind (Figur 3a,b,c3.
  3. 3. Platten - Rekuperator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Vielecke gleichzeitige Sechsecke sind.
  4. 4. Platten - Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichent daß zwischen zwei benachbarten Platten Zwischenstege (14, 24) zur Strömungsführung vorgesehen sind.
  5. 5. Platten - Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Platten jeweils einstückig aus Blech durchgehed gleicher Wandstärke geformt sind.
  6. 6. Platten - Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Wärmetauscher für eine Gasturbine (Figur 5).
  7. 7. Platten - Rekuperator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet( daß die Platten einen länglichen Grundriß mit zwei im wesentlichen parallelen Längsseiten und mit diese verbindenden Schmalseiten (16, 17) aufweisen, daß der Kanalraum (9) für Abgas von Längsseite zu Längsseite verläuft und längs der Schmalseiten verschlossen ist, und daß der Kanalraum (10) für Luft längs der Längsseiten und einer der Schmalseiten (16) verschlossen und längs der zweiten Schmalseite (17) offen ist, wobei von der offenen Schmalseite ausgehend ein Zwischensteg (24) in der Mitte zwischen den beiden Längsseiten parallel zu diesen angeordnet ist, und mit Abstand zur verschlossenen Schmalseite endet.
  8. 8. Platten - Rekuperator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet'daß seine Platten zwischen zwei zu diesen parallelen Druckplatten, die zum Zusammenspannen mit Zugankern versehen sind, zu einem Packet zusammengefaßt sind.
  9. 9. Platten - Rekuperator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der offenen Schmalseite (17) ein zu dieser hin offenes, mit einer mit dem Zwischensteg (24) fluchtenden Trennwand (19) versehenes Luftdruckrohr (18) angeordnet ist, das am Packet angeflanscht ist.
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