Vorrichtung zum Austausch der Wärme zwischen zwei im Kreuzstrom zueinander geführten Gasen

Abstract

 @ Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch der Wärme zwischen zwei im Kreuzstrom zueinander geführten Gasen (G1, G2) mit einer Mehrzahl etwa parallel zueinander angeordneter Profilhohlkörper, die jeweils auf einer Seite mit dem wärmeabgebenden bzw. mit dem wärmeaufnehmenden Gas beaufschlagt sind. Um bei derartigen Vorrichtungen bei gleichzeitiger Verringerung der Abmessungen eine einen geringen Druckverlust zur Folge habende Gasführung zu erzielen und die Möglichkeit zur Reinigung der durch Profilhohlkörper gebildeten Kanäle zu verbessern, sind die Profilhohlkörper in einem Kreisring (1) angeordnet und die Strömungskanäle (7a, 7r) zwischen den Profilhohlkörpern abwechselnd in axialer und in radialer Richtung durchströmt. Die axial durchströmten Kanäle (7a) sind durch jeweils eine stirnseitige Haube (2, 3) an mindestens eine Zuleitung bzw. Ableitung für das eine Gas (G2) angeschlossen. Die radial durchströmten Kanäle (7r) sind über einen außenliegenden, mit mindestens einem Anschlußstutzen (4a) versehenen Ringkanal (4) sowie über ein durch eine der Hauben (3) geführtes Zentralrohr (5) mit der Zuleitung bzw. Ableitung des anderen Gases (G1) verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch der Wärme zwischen zwei im Kreuzstrom zueinander geführten Gasen mit einer Mehrzahl etwa parallel zueinander angeordneter Profilhohlkörper, die jeweils auf einer Seite mit dem wärmeabgebenden bzw. mit dem wärmeaufnehmenden Gas beaufschlagt sind, vorzugsweise zur Wiederaufheizung gereinigter Rauchgase hinter Rauchgasentschwefelungsanlagen.

[0002] Vorrichtungen der voranstehend beschriebenen Art, die auch als Plattenwärmetauscher bezeichnet werden, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie besitzen den Nachteil, daß sie einerseits ein großes Bauvolumen aufweisen und daß ihre Strömungskanäle andererseits sehr schwer zugänglich und deshalb nur mit großem Aufwand zu reinigen sind.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß bei gleichzeitiger Verringerung der Abmessungen eine einen geringen Druckverlust zur Folge habende Gasführung erzielt und die Möglichkeit zur Reinigung der durch die Profilhohlkörper gebildeten Kanäle verbessert wird.

[0004] Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Profilhohlkörper in einem Kreisring angeordnet und die Kanäle zwischen den Profilhohlkörpern abwechselnd in axialer und in radialer Richtung durchströmt sind, wobei die axial durchströmten Kanäle durch jeweils eine stirnseitige Haube an mindestens eine Zuleitung bzw. Ableitung für das eine Gas angeschlossen sind und die radial durchströmten Kanäle über einen außenliegenden, mit mindestens einem Anschlußstutzen versehenen Ringkanal sowie über ein durch eine der Hauben geführtes Zentralrohr mit der Zuleitung bzw. Ableitung des anderen Gases verbunden sind.

[0005] Mit diesem Vorschlag der Erfindung ergibt sich ein Wärmetauscher für zwei im Kreuzstrom zueinander geführte Gase, dessen Gasführungen nur geringe Druckverluste zur Folge haben, obwohl die Abmessungen des Wärmetauschers gegenüber denen bekannter Bauarten erheblich verkleinert werden konnten. Die Anordnung der die einzelnen Strömungskanäle bildenden Profilhohlkörper auf einem Kreisring schafft darüber hinaus die Möglichkeit einer einfachen und wirkungsvollen Reinigung der Kanäle, so daß sich insgesamt der Bauaufwand für den Wärmetauscher verringert.

[0006] Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kreisring mit den Profilhohlkörpern mit senkrechter Längsachse angeordnet und die Vorrichtung auf Stützen aufgeständert. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Baueinheit, die auf einfache Weise auf ortsseitig zu errichtenden Fundamenten aufgestellt werden kann.

[0007] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Profilhohlkörper durch Platten gebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die etwa radial im Kreisring angeordneten Platten mit ihren Oberflächen etwa parallel zur Kreisringachse ausgerichtet. Auf diese Weise ergeben sich senkrecht und parallel zur senkrechten Längsachse der Vorrichtung verlaufende sowie waagerecht und radial zur Längsachse der Vorrichtung verlaufende Strömungskanäle, die auf einfache Weise gereinigt werden können. Bei einem alternativen Vorschlag der Erfindung können die Platten mit ihrer Oberfläche auch rechtwinklig zur Kreisringachse ausgerichtet sein, wobei die Platten mit Strömungskanäle für das eine Gas bildenden Durchbrechungen versehen sind. Bei dieser Ausführungsform läßt sich durch Ausbildung und Anzahl der Durchbrechungen das Verhältnis der Strömungsquerschnitte für die jeweils von einem Gas durchflossenen Kanäle auf einfache Weise verändern.

[0008] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die radial durchströmten Kanäle in axialer Richtung des Kreisringes durch Trennbleche in mehrere gegenläufig durchströmte Kanalabschnitte unterteilt werden, von denen ein Kanalabschnitt im Ringkanal mündet und die anderen Kanalabschnitte über Umlenkkammern miteinander verbunden sind. Hierdurch werden die am Wärmeaustausch beteiligten Gasströme nicht mehr in einem einfachen Kreuzstrom, sondern in einem Kreuzgegenstrom geführt. Dies ist insbesondere bei kleineren Gasmengen zwecks Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche unter Beibehaltung einer kompakten Bauweise von Vorteil.

[0009] Bei größeren Abmessungen der Vorrichtung kann es Schwierigkeiten bereiten, die Platten mit Abmessungen herzustellen, welche den gesamten Querschnitt des Kreisringes ausfüllen. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die im Kreisring angeordneten Platten in radialer Richtung des Kreisringes in mehrere Abschnitte aufzuteilen. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine einfachere Herstellung und Montage der Platten, sondern auch eine Vergrößerung der Wärmetauscherfläche und eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse, weil durch die Aufteilung der Platten in einzelne Plattenabschnitte auf den weiter außenliegenden Teilen des Kreisringes eine größere Anzahl von Plattenabschnitten untergebracht werden kann. Trotz der in radialer Richtung nach außen zunehmenden Querschnittsfläche können auf diese Weise die Abmessungen der einzelnen Strömungskanäle etwa gleich gehalten werden.

[0010] Um bei der Bildung der Strömungskanäle durch jeweils zwei nebeneinanderliegende und parallel zur Längsachse des Kreisringes ausgerichtete Platten Querschnittsverengungen der Kanäle in Strömungsrichtung des jeweiligen Gases zu vermeiden, die zu unerwünschten Druckverlusten führen können, wird mit der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, die in radialer Richtung des Kreisringes durchströmten Kanäle durch parallel zueinander angeordnete Platten zu bilden und die in axialer Richtung des Kreisringes durchströmten Kanäle durch spitzwinklig aneinanderstoßende Platten zu bilden. Diese Ausführungsform ergibt zwar für die in axialer Richtung durchströmten Kanäle einen dreieckförmigen Strömungsquerschnitt, vermeidet jedoch Veränderungen des Kanalquerschnittes in Strömungsrichtung.

[0011] Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Profilhohlkörper durch Rohre gebildet, die sich zwischen parallel zueinander angeordneten Lochplatten erstrecken. Diese Lochplatten bilden jeweils den radial außenliegenden bzw. radial innenliegenden Abschluß der Wärmeaustauschfläche. Durch deren Herstellung unter Verwendung von Rohren ergibt sich im Einzelfall eine preiswertere Herstellmöglichkeit. Außerdem ist diese alternative Ausführungsform für hohe Druckdifferenzen zwischen den beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Gasen besonders gut geeignet.

[0012] Die zwischen den Lochplatten angeordneten Rohre können über ihre gesamte Rohrlänge einen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt haben. Sie können gemäß einem weiteren Merkmal aber auch im Bereich der radial innenliegenden Lochplatte einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweisen als im Bereich der radial außenliegenden Lochplatte. Hierdurch ergibt sich bei einer radial nach außen gerichteten Strömungsrichtung ein zunehmender Strömungsquerschnitt der Rohre, wodurch die durch die Erwärmung des Gases entstehende Volumenvergrößerung zumindest teilweise so kompensiert werden kann, daß keine wesentliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auftritt.

[0013] Anstelle von einfachen Platten oder zwischen Lochblechen angeordneten Rohren können die erfindungsgemäßen Profilhohlkörper auch durch Plattenpaare gebildet werden, die zumindest an den Rändern miteinander gasdicht verbunden sind und durch eine entsprechende Formgebung rohrartige Strömungskanäle bilden. Bei dieser Ausführungsform kann der Strömungsquerschnitt der Kanäle in Strömungsrichtung des Gases verhältnismäßig frei gewählt werden.

[0014] Sowohl bei der Bildung der Profilhohlkörper durch Rohre als auch bei der Verwendung von Strömungskanäle bildenden Plattenpaaren besteht die Möglichkeit, die in radialer Richtung der Vorrichtung durchströmten Kanäle in nebeneinanderliegenden Reihen oder relativ zueinander versetzt anzuordnen bzw. auszubilden, so daß das in axialer Richtung der Vorrichtung strömende Gas hinsichtlich seines Strömungsverlaufes ebenfalls beeinfluß werden kann.

[0015] Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, im Bereich mindestens einer stirnseitigen Haube eine Reinigungsvorrichtung für die in axialer Richtung des Kreisringes durchströmten Kanäle und im Bereich des Zentralrohres und/oder des Ringkanals eine weitere Reinigungsvorrichtung für die in radialer Richtung durchströmten Kanäle vorzusehen. Mit Hilfe dieser Reinigungsvorrichtungen können die Wärmetauschflächen der Profilhohlkörper und damit die Strömungskanäle zuverlässig gereinigt werden, wobei neben einer periodischen Reinigung - ggf. nach einer Abschaltung des Wärmetauschers - auch eine ständige Reinigung möglich ist.

[0016] Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit unterschiedlichen Ausführungen hinsichtlich der Plattenanordnung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine hälftig im senkrechten Schnitt gezeichnete Seitenansicht des Wärmetauschers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Wärmetauscher nach Fig.l, wobei 1/4 des Wärmetauschers in einem waagerechten Schnitt dargestellt ist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer aus mehreren Platten gebildeten Wärmeaustauschfläche, wobei die einzelnen Platten mit ihrer Oberfläche parallel zur Längsmittelachse des Kreisringes ausgerichtet sind,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung zweier nebeneinanderliegender, axial bzw. radial durchströmter Kanäle gemäß der Ausbildung nach Fig.3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Kanäle nach Fig.4,

Fig. 6 eine der Fig.3 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausfüürunasform, bei der die einzelnen Platten rechtwinklig zur Längsachse des Kreisringes ausgerichtet und mit Durchbrechungen zur Bildung von Strömungskanälen versehen sind,

Fig. 7 eine Stirnansicht einiger der Platten nach Fig.6,

Fig. 8 eine der Fig.2 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform, bei der die einzelnen Platten in Plattenabschnitte unterteilt sind,

Fig. 9 eine der Fig.l entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform, bei der die Platten zur Schaffung eines Kreuzgegenstromes hinsichtlich ihrer radial durchströmten Strömungskanäle durch Trennbleche unterteilt sind,

Fig.10 eine perspektivische Darstellung einer aus mehreren Rohren gebildeten Wärmeaustauschfläche und

Fig.11 eine der Fig.10 entsprechende Darstellung einer Wärmeaustauschfläche, bei der die Strömungskanäle durch Plattenpaare gebildet werden.

[0017] Der anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellte Wärmetauscher kann für die Aufheizung oder Abkühlung von Gasen eingesetzt werden, wobei der Wärmeaustausch zwischen zwei im Kreuzstrom zueinander geführten Gasen G1 und G2 erfolgt. Hauptsächlich wird der Wärmetauscher eingesetzt als Luftvorwärmer im Kraftwerksbereich oder als Wärmetauscher in Naßentschwefelungs- und Entstickungsanlagen, wobei das Rauchgas nach der Rauchgasentschwefelungsanlage aufgeheizt und nach der Entstickung vor Einleitung in den Rauchgaskamin abgekühlt wird. Weitere Anwendungsgebiete sind Abwärme- bzw. Wärmerückgewinnungsanlagen in verschiedenen Industriebereichen.

[0018] Der Wärmeaustausch erfolgt zwischen einer Mehrzahl etwa parallel zueinander angeordneter Profilhohlkörpern, die in einem Kreisring 1 angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 verläuft die Längsmittelachse la des Kreisringes 1 in senkrechter Richtung. Der Kreisring 1 ist von einem Gehäuse umgeben, das eine untere, die eine Stirnfläche des Kreisringes 1 überdeckende Haube 2 und eine obere Haube 3 umfaßt, welche die andere Stirnfläche des Kreisringes 1 abdeckt. Der zylindrische Umfang des Kreisringes 1 ist von einem Ringkanal 4 umgeben, der beim Ausführungsbeispiel zwei sich gegenüberliegende Anschlußstutzen 4a aufweist. Das Innere des Kreisringes 1 ist an ein senkrecht stehendes Zentralrohr 5 angeschlossen, das an seinem unteren Ende durch einen Deckel 5a abgeschlossen ist und mit seinem oberen Ende aus der Haube 3 herausragt. Diese Haube 3 ist beim Ausführungsbeispiel wiederum mit zwei einander gegenüberliegenden Anschlußstutzen 3a versehen, wogegen die untere Haube 2 einen zentralen, nach unten weisenden Anschlußstutzen 2a aufweist.

[0019] Beim Ausführungsbeispiel tritt gemäß den in den Figuren 1 und 2 eingezeichneten Pfeilen das aufzuwärmende Gas Gl, bei dem es sich beispielsweise um ein von einer Rauchgasentschwefelungsanlage kommendes gereinigtes Gas handelt, von oben her zentral in die obere Haube 3 ein. Es strömt im Zentralrohr 5 nach unten und tritt nach einer Umlenkung von innen kommend in den Kreisring 1 ein, der durch eine Mehrzahl von etwa parallel zueinander angeordneten Platten in einzelne Strömungskanäle aufgeteilt ist.

[0020] Bei der ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 3 bis 5 sind die Platten 6 in Ubereinstimmung mit der Darstellung in Fig.2 in senkrechter Richtung ausgerichtet. Sie stehen mit radialem Verlauf im Kreisring 1, so daß ihre Oberflächen parallel zur Längsmittelachse la des Kreisringes 1 verlaufen. Jeweils zwei benachbarte Platten 6 bilden einen Strömungskanal 7a bzw. 7r, wobei der Strömungskanal 7a in axialer Richtung des Kreisringes 1 und der Strömungskanal 7r in radialer Richtung des Kreisringes 1 vom aufzuwärmenden Gas G1 bzw. vom wärmeabgebenden Gas G2 durchströmt wird.

[0021] Die Figuren 3 bis 5 zeigen, daß benachbarte Platten 6 zur Bildung eines in axialer Richtung verlaufenden Strömungskanals 7a am äußeren und inneren Umfang des Kreisringes 1 durch streifenförmige Verbindungsstücke 8a miteinander verbunden sind, wogegen die in radialer Richtung verlaufenden Strömungskanäle 7r durch benachbarte Platten 6 und Verbindungsstücke 8b gebildet werden, die jeweils in der Art eines Streifens in den stirnseitigen Flächen des Kreisringes 1 angeordnet sind.

[0022] Das aufzuwärmende, über das Zentralrohr 5 den radialen Strömungskanälen 7r von der Mitte her zugeführte Gas G1 durchströmt waagerecht und in radialer Richtung den Kreisring 1 nach außen und tritt in den Ringkanal 4 ein, der den Kreisring 1 umgibt. Aus dem Ringkanal 4 wird das aufgewärmte Gas G1 durch die Anschlußstutzen 4a aus dem Wärmetauscher abgeführt und beispielsweise einem Rauchgaskamin zugeführt.

[0023] Das wärmeabgebende Gas G2 wird beim Ausführungsbeispiel von unten kommend über den zentralen Anschlußstutzen 2a der unteren Haube 2 des Wärmetauschers zugeführt. Es gelangt demgemäß von unten her in die Stirnseite des durch die Platten 6 gebildeten Kreisringes 1 in die in axialer Richtung des Kreisringes 1 verlaufenden Strömungskanäle 7a, wie die Pfeile in Fig.1 andeuten. Uber die Oberfläche der Platten 6 gibt dieses Gas G2 einen Teil seiner Wärme an das aufzuwärmende Gas G1 ab, das im Kreuzstrom zum Gas G2 strömt. Nach dem Wärmeaustausch verläßt das Gas G2 den Kreisring 1 an der oberen Stirnseite und tritt in die obere Haube 3 ein, die in der Mitte vom Zentralrohr 5 durchdrungen wird. Das abgekühlte Gas G2 gelangt schließlich über die einander gegenüberliegenden Anschlußstutzen 3a aus der Haube 3. Sofern es sich um ein zu entschwefelndes Rauchgas handelt, wird es anschließend der Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführt.

[0024] In Fig.l sind Stützen 9 eingezeichnet, durch die der zu einer Baueinheit zusammengefaßte Wärmetauscher aufgeständert ist und auf einem ortsseitigen Fundament aufgestellt werden kann. Der Teilschnitt in Fig.l zeigt weiterhin, daß sowohl in der oberen Haube 3 als auch im Zentralrohr 5 jeweils eine Reinigungsvorrichtung 10 angeordnet ist, mit deren Hilfe die Strömungskanäle 7a bzw. 7r gereinigt werden können. Diese Reinigungsvorrichtungen 10 sind vorzugsweise verfahrbar ausgeführt, so daß durch einen Umlauf der Reinigungsvorrichtungen 10 nacheinander sämtliche Strömungskanäle 7a und 7r gereinigt werden.

[0025] Um eine Querschnittsverringerung in Strömungsrichtung der Gase G1 bzw. G2 innerhalb der Strömungskanäle 7a bzw. 7r zu vermeiden, können die Platten 6 in der insbesondere in Fig.5 erkennbaren Weise angeordnet werden. Diese Darstellung zeigt, daß die in radialer Richtung des Kreisringes 1 durchströmten Kanäle 7r durch parallel zueinander angeordnete Platten 6 gebildet sind. Es ergibt sich somit ein in Strömungsrichtung gleichbleibender Kanalquerschnitt. Die in axialer Richtung des Kreisringes 1 durchströmten Kanäle 7a werden dagegen durch spitzwinklig zueinander verlaufende Platten 6 gebildet. Hieraus resultiert zwar ein etwa dreieckförmiger bzw. trapezförmiger Strömungsquerschnitt der Kanäle 7a, ohne daß jedoch eine Verengung des Kanalquerschnittes in Strömungsrichtung erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, trotz der im wesentlichen radialen und damit sternförmigen Ausrichtung der Platten 6 Verengungen der Kanalquerschnitte in Strömungsrichtung der Gase G1 und G2 zu vermeiden. Um die jeweiligen Abstände der Platten 6 voneinander exakt einzuhalten, können diese gemäß Fig.5 mit Noppen 6a versehen sein, die entweder aufgesetzt oder ausgeprägt sind und für die Einhaltung des jeweiligen Plattenabstandes sorgen.

[0026] Bei der in den Figuren 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsmöglichkeit für die wärmeaustauschenden Flächen werden Platten 11 verwendet, die mit ihrer Oberfläche rechtwinklig zur Längsmittelachse la des Kreisringes 1 ausgerichtet sind, wie insbesondere Fig.6 erkennen läßt. Diese Platten 11 sind mit zu Rohrstücken ausgebildeten Durchbrechungen lla versehen, so daß sich bei einem Aneinanderfügen benachbarter Platten 11 rohrförmige Strömungskanäle 7a ergeben, die rechtwinklig zu den Strömungskanälen 7r verlaufen, die durch die Platten 11 gebildet werden.

[0027] Auch bei dieser Ausführungsform ergeben sich somit rechtwinklig zueinander verlaufende Strömungskanäle 7a bzw. 7r mit axialem bzw. radialem Verlauf der Strömungsrichtung bezüglich des Kreisringes 1, wobei die wärmetauschenden Flächen wiederum durch eine Mehrzahl von etwa parallel zueinander angeordneten Platten 11 gebildet sind. Ein segmentartiger Abschnitt dieser im Kreisring 1 angeordneten Platten 11 ist in Fig.6 schematisch gezeichnet.

[0028] Selbstverständlich ist es möglich, die Gasführung abweichend vom Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 vorzunehmen und die Strömungsrichtung der Gase G1 und G2 abzuändern. Die Platten 6 bzw. 11 werden vorzugsweise aus Blech hergestellt. Sie können gegen Korrosion durch eine Emaillierung geschützt werden. Außerdem ist eine Kombination aus verschiedenen Materialien möglich, so daß im Bereich des Taupunktes auch nichtmetallische Werkstoffe eingesetzt werden können.

[0029] Die nur schematisch angedeuteten Reinigungsvorrichtungen 10 können durch Dampfbläser oder andere Blaseinrichtungen mit Luft oder Wasser gebildet sein. Durch die Anordnung der Platten 6 bzw. 11 im Kreisring 1 ergeben sich kurze Plattenlängen, so daß die hierdurch gebildeten Strömungskanäle 7a bzw. 7r einwandfrei gereinigt werden können. Außerdem ergibt diese Ausbildung geringe Strömungswiderstände, so daß der voranstehend beschriebene Wärmetauscher mit geringen Druckverlusten arbeitet.

[0030] Die Fig.8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Wärmetauschers, bei der die mit ihrer Oberfläche parallel zur Längsmittelachse la des Kreisringes 1 ausgerichteten Platten in zwei Plattenabschnitte 6b und 6c aufgeteilt sind. Hierdurch ergeben sich bei größeren Abmessungen des Kreisringes 1 nicht nur einfacher herzustellende und leichter zu montierende Einbaukörper, sondern es wird auch die Möglichkeit geschaffen, auf dem äußeren Teil des Kreisringes 1 eine größere Anzahl von Plattenabschnitten 6b unterzubringen als Plattenabschnitte 6c auf dem inneren Teil des Kreisringes 1 vorhanden sind. Trotz der in radialer Richtung nach außen zunehmenden Vergrößerung der Grundfläche können auf diese Weise die Strömungsquerschnitte der einzelnen Strömungskanäle 7a bzw. 7r einander angenähert werden. Wie Fig.8 zeigt, wird zwischen den Plattenabschnitten 6b und 6c ein Ringspalt gelassen, so daß sich ein problemloser Ubergang des die Plattenabschnitte 6c und 6b in radialer Richtung durchströmenden Gases ergibt.

[0031] In Fig.9 ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Wärmetauschers dargestellt, obwohl dessen Grundaufbau dem der Ausführungsform nach Fig.l entspricht. Bei der Ausführungsform nach Fig.9 sind die wiederum mit ihrer Oberfläche parallel zur Längsmittelachse la des Kreisringes 1 ausgerichteten Platten 6, die axial durchgehende Strömungskanäle 7a bilden, bezüglich ihrer radial durchströmten Kanäle 7r durch Trennbleche 12 in einzelne Kanalabschnitte lb, lc, ld unterteilt. Wie Fig. 9 zeigt, wird der von oben in das Zentralrohr 5 eingeführte Gasstrom G1 ausschließlich in den oberen Kanalabschnitt lb eingeleitet, den er radial nach außen durchströmt. Die Gase gelangen in eine Umlenkkammer 13a, die am Außenumfang der Kanalabschnitte 1b und lc angeordnet ist. In dieser Umlenkkammer 13a werden die Gase G1 umgelenkt und radial von außen in den Kanalabschnitt lc eingeführt, den sie demzufolge mit radial nach innen gerichteter Strömungsrichtung durchströmen. Nach Verlassen des Kanalabschnittes lc gelangen die Gase G1 in eine weitere Umlenkkammer 13b, die in der Art eines Rohrstückes und in Verlängerung des Zentralrohres 5 ausgebildet ist, von dem die Umlenkkammer 13b durch den Deckel 5a abgetrennt ist. Auch in dieser Umlenkkammer 13b erfolgt eine Umlenkung der Gase G1, so daß diese anschließend den untersten Kanalabschnitt ld mit radial nach außen gerichteter Strömungsrichtung durchströmen. Die Gase G1 gelangen schließlich in den Ringkanal 4, den sie über die beiden Anschlußstutzen 4a verlassen.

[0032] Bei dieser Ausführungsform ergibt sich somit eine Gasführung, bei welcher das aufzuwärmende Gas G1 im Kreuzgegenstrom zum wärmeabgebenden Gas G2 geführt wird, wobei das Gas G2 den Kreisring ausschließlich axial durchströmt, das Gas G1 jedoch durch zweifache Umlenkung in den Umlenkkammern 13a und 13b nicht nur im Kreuzstrom zum Gas G2 geführt wird, sondern zusätzlich im Gegenstrom infolge der Unterteilung der radial durchströmten Kanäle 7r durch Trennbleche 12 in mehrere gegenläufig durchströmte Kanalabschnitte lb, lc und ld.

[0033] In Fig.10 ist eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der wärmeaustauschenden Flächen im Kreisring 1 der Vorrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden die Profilhohlkörper durch einzelne Rohre 14 gebildet, die in radialer Richtung im Kreisring 1 angeordnet sind. Die radial innenliegenden Enden der Rohre 14 münden in einem Lochblech 15i. Die radial außenliegenden Enden der Rohre 14 sind an einem Lochblech 15a befestigt. Diese Lochbleche 15a und 15i dienen nicht nur der Lagesicherung der Rohre 14, sondern auch der Trennung des die Rohre 14 durchströmenden Gases G1 vom Gas G2, das entsprechend den in Fig.10 eingezeichneten Pfeilen in axialer Richtung von unten nach oben den Kreisring 1 durchströmt. Die Lochbleche 15a und 15i der zu Segmenten gemäß Flg.10 zusammengefaßten Rohre 14 werden an den benachbarten Kanten gasdicht miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt.

[0034] Obwohl es ohne weiteres möglich ist, die in radialer Richtung im Kreisring 1 angeordneten Rohre 14 mit gleichbleibendem Strömungsquerschnitt auszuführen, beispielsweise mit kreisförmigem oder ovalem Querschnitt, kann es in besonderen Fällen zweckmäßig sein, daß der Strömungsquerschnitt der Rohre 14 in Strömungsrichtung zunimmt, beispielsweise um die durch die Erwärmung des Gases G1 entstehende Volumenvergrößerung zumindest teilweise zu kompensieren, so daß keine wesentliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auftritt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.10 sind zu diesem Zweck die im Ausgangszustand einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Rohre 14 am radial innenliegenden Ende abgeflacht, wie dies durch die Öffnungen im Lochblech 15i in Fig.10 hervorgeht. Hierdurch entsteht am radial innenliegenden Ende der Rohre 14 ein kleinerer Strömungsquerschnitt als am radial außenliegenden Ende. Je stärker die Abflachung der Rohre 14 ist, um so größer ist die Querschnittsveränderung über die Länge der einzelnen Rohre 14.

[0035] Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der den Wärmeaustausch bewirkenden Profilhohlkörper zeigt schließlich die Fig.11. Bei dieser Ausführungsform werden jeweils Paare von Platten 16a, 16b verwendet, die zwischen sich rohrartige Strömungskanäle 16c bilden. Durch diese Strömungskanäle 16c strömt beim Ausführungsbeispiel das Gas G1. Das Gas G2 wird im Kreuzstrom hierzu zwischen den Plattenpaaren 16a,16b geführt.

[0036] Um ein Vermischen der Gase G1 und G2 zu vermeiden, sind die Platten 16a und 16b eines Plattenpaares jeweils an den in radialer Richtung im Kreisring 1 verlaufenden Rändern gasdicht miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt. Am radial innenliegenden und am radial außenliegenden Ende sind die Platten 16a und 16b mit Abwinklungen 16d versehen, die somit die Aufgabe der Lochbleche 15a und 15i bei der Ausführungsform nach Fig.10 übernehmen, nämlich den radial innenliegenden und radial außenliegenden Abschluß eines Segments der Wärmeaustauschfläche. Um benachbarte Plattenpaare 16a und 16b auf einfache Weise miteinander verbinden zu können, sind an den Abwinklungen 16d schließlich leistenartig hervorstehende Ränder 16e ausgebildet, die miteinander verschweißt werden und auf diese Weise einen gasdichten Abschluß ergeben.

[0037] Die Ausbildung der rohrartigen Strömungskanäle 16c kann auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt werden. Wie Fig.ll erkennen läßt, ist es möglich, die durch die einzelnen Plattenpaare 16a, 16b gebildeten Strömungskanäle 16c im Verhältnis zu dem benachbarten Plattenpaar 16a, 16b in Strömungsrichtung des Gases G2 zu versetzen. Ein derartiger Versatz ist auch bei der Ausführungsform nach Fig.10 durch entsprechende Anordnung der Rohre 14 möglich.

Bezugszeichenliste:

[0038] 

1 Kreisring

la Längsmittelachse

lb Kanalabschnitt

lc Kanalabschnitt

ld Kanalabschnitt

2 untere Haube

2a Anschlußstutzen

3 obere Haube

3a Anschlußstutzen

4 Ringkanal

4a Anschlußstutzen

5 Zentralrohr

5a Deckel

6 Platte

6a Noppe

6b Plattenabschnitt

6c Plattenabschnitt

7a axialer Strömungskanal

7r radialer Strömungskanal

8a Verbindungsstück

8b Verbindungsstück

9 Stütze

10 Reinigungsvorrichtung

11 Platte

lla Durchbrechung

12 Trennblech

13a Umlenkkammer

13b Umlenkkammer

14 Rohr

15a Lochblech

15i Lochblech

16a Platte

16b Platte

16c Strömungskanal

16d Abwinklung

16e Rand

G1 aufzuwärmendes Gas

G2 wärmeabgebendes Gas

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Austausch der Wärme zwischen zwei im Kreuzstrom zueinander geführten Gasen (G1,G2) mit einer Mehrzahl etwa parallel zueinander angeordneter Profilhohlkörper, die jeweils auf einer Seite mit dem wärmeabgebenden bzw. mit dem wärmeaufnehmenden Gas beaufschlagt sind, vorzugsweise zur Wiederaufheizung gereinigter Rauchgase hinter Rauchgasentschwefelungsanlagen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Profilhohlkörper (6,11,14,16a,16b) in einem Kreisring (1) angeordnet und die Strömungskanäle (7a,7r) zwischen den Profilhohlkörpern (6,11,14,16a,16b) abwechselnd in axialer und in radialer Richtung durchströmt sind, wobei die axial durchströmten Kanäle (7a) durch jeweils eine stirnseitige Haube (2,3) an mindestens eine Zuleitung bzw. Ableitung für das eine Gas (G2) angeschlossen sind und die radial durchströmten Kanäle (7r) über einen außenliegenden, mit mindestens einem Anschlußstutzen (4a) versehenen Ringkanal (4) sowie über ein durch eine der Hauben (3) geführtes Zentralrohr (5) mit der Zuleitung bzw. Ableitung des anderen Gases (G1) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Profilhohlkörper (6,11,14,16a,16b) enthaltende Kreisring (1) mit senkrechter Längsmittelachse (la) angeordnet und die Vorrichtung auf Stützen (9) aufgeständert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilhohlkörper durch Platten (6,11), gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die etua radial im Kreisring (1) angeordneten Platten (6) mit ihren Oberflächen etwa parallel zur Längsmittelachse (la) des Kreisringes (1) ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (11) mit ihrer Oberfläche rechtwinklig zur Längsmittelachse (la) des Kreisringes (1) ausgerichtet sind und daß die Platten (11) mit Strömungskanäle (7a) bildenden Durchbrechungen (lla) versehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radial durchströmten Kanäle (7r) in axialer Richtung des Kreisringes (1) durch Trennbleche (12) in mehrere gegenläufig durchströmte Kanalabschnitte (lb,lc,ld) unterteilt sind, von denen ein Kanalabschnitt (ld) im Ringkanal (4) mündet und die anderen Kanalabschnitte (lb,lc) über Umlenkkammern (13a,13b) miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kreisring (1) angeordneten Platten (6,11) in radialer Richtung des Kreisringes (1) in mehrere Abschnitte (6b,6c) aufgeteilt sind.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4,6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung des Kreisringes (1) durchströmten Kanäle (7r) durch parallel zueinander angeordnete Platten (6) gebildet sind und daß die in axialer Richtung des Kreisringes (1) durchströmten Kanäle (7a) durch spitzwinklig zueinander verlaufende Platten (6) gebildet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilhohlkörper durch Rohre (14) gebildet sind, die sich zwischen parallel zueinander angeordneten Lochplatten (15a,15i) erstrecken.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (14) im Bereich der radial innenliegenden Lochplatte (15i) einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweisen als im Bereich der radial außenliegenden Lochplatte (15a).

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilhohlkörper durch Plattenpaare (16a,16b) gebildet sind, die zumindest an den Rändern gasdicht miteinander verbunden sind und rohrartige Strömungskanäle (16c) bilden.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mindestens einer stirnseitigen Haube (2,3) eine Reinigungsvorrichtung (10) für die in axialer Richtung des Kreisringes (1) durchströmten Kanäle (7a) und im Bereich des Zentralrohres (5) und/oder des Ringkanals (4) eine weitere Reinigungsvorrichtung (10) für die in radialer Richtung durchströmten Kanäle (7r) vorgesehen sind.

Zeichnung