Wärmetauscher

Abstract

 Wärmetauscher, insbesondere für den Wärmeaustausch zwischen gasförmigen Strömungsmedien, mit mehreren Wärmetauschereinheiten, (H1,H2,H3) die in Hintereinan­derschaltung über Strömungsumlenkkanäle (F1,F2) paarweise miteinander verbunden sind, wobei erfindungsgemäß die Wärmetauschereinheiten (H1,H2,H3) herausziehbare Wär­metauschereinsätze (11) aufweisen, die an den Wärmetauschereinheiten (H1,H2,H3) abgedich­tet sind, und die Strömungsumlenkkanäle (F1,F2) jeweils mit wenigstens einer Klappe (3) versehen sind, welche in der Öffnungsposition das Herausziehen bzw. Ein­schieben der Wärmetauschereinsätze (11) zuläßt und an welcher die Dichtung (8) der Wärmetauschereinsätze (11) und der Leitteil (7) der Umlenkkanäle (F1,F2) ausgebildet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, vor allem zum Abkühlen ver­schutzter gasförmiger Strömungsmedien, welcher aus mehreren, gemäß der Strömungsrichtung der beiden Strömungsmedien im Gegenstrom geschalteten Wärmetauschereinheiten besteht. Die die Wärmeübertragungsfläche bildenden Einsätze der einzelnen Einheiten, die sog. Wärmetauschereinsätze können für Reinigungs- und Wartungszwecke in einfacher Weise herausgezogen bzw. wie­der eingeschoben werden, da die der Mediumüberführung zwischen den Wär­metauschereinheiten dienenden Strömungsumlenkkanäle, die Leitplatte und die die Vermischung zwischen den beiden Medien verhindernde Dichtung von einer aufschließbaren Klappe gebildet werden.

[0002] Durch diese Ausbildung als Klappe sind die Wärmetauschereinsätze in einfa­cher Weise herausziehbar und zurückschiebbar. Der erfindungsgemäße Wärme­tauscher kann vorteilhaft angewendet werden, wo die wärmeübertragende Fläche wegen der Verschmutzung der gasförmigen Medien oft gereinigt wer­den muß und gleichzeitig eine möglichst starke Abkühlung des warmen Medi­ums erfolgen soll. Als Beispiel erwähnen wir den Fall, bei dem die Wärme aus warmem Abgas zurückgewonnen und für die Erwärmung von kalter Luft ge­nutzt werden soll.

[0003] Es sind bereits solche Kreuzstromwärmetauscher bekannt, die zur Aufwär­mung der Frischluft dienen und dessen Wärmetauschereinsätze herausziehbar sind. Die Konstruktion und Funktion dieser Wärmetauscher werden wir später in der Beschreibung in Verbindung mit der Fig. 1 erläutern. An drei der Sei­tenplatten dieser quaderumrißförmigen Wärmetauscher sind Gaskanäle ange­schlossen, nämlich die Gaskanäle für den abzukühlenden und den abgekühlten Gasstrom sowie der die aufgewärmte Luft ableitende Luftkanal. Gegebenen­falls braucht an der vierten Seite kein Luftkanal angeschlossen zu sein, weil die kalte Luft aus dem Raum in den Wärmetauscher direkt einströmen kann. Die eine Seite des Wärmetauschers liegt also "frei" und dies ermöglicht an dieser Seite das Herausziehen der Wärmetauschereinsätze.

[0004] Der Nachteil dieses bekannten Wärmetauschers ist dessen Kreuzstromsystem und daß seine Wirksamkeit geringer ist als die von Gegenstromwärmetau­schern, weil bekanntlich im Falle wärmeübertragender Flächen gleicher Grö­ße die Leistung des Kreuzstromwärmetauschers kleiner als des Gegenstrom­wärmetauschers ist, so daß das warme Medium weniger stark abgekühlt werden kann, was besonders im Falle der Zurückgewinnung der Abwärme von Nachteil ist. Einen Kreuzstrom-Wärmetauscher mit herausziehbaren Wärme­tauschereinsätzen ist in der HU-PS 186 590 beschrieben.

[0005] Es ist auch ein solcher Wärmetauscher bekannt, bei dem anstelle eines groß­flächigen Wärmetauschers aus einer Einheit mehrere kleinflächige Wärme­tauschereinheiten vorgesehen sind und diese Einheiten - gemäß der Strö­mungsrichtung der beiden Medien - im Gegenstrom geschaltet werden, wie es später in der Beschreibung in Verbindung mit Fig. 2 noch ausführlicher beschrieben wird. Der Nachteil dieses Wärmetauschers neben seinem sich aus der Gegenstromschaltung ergebenden Vorteil ist es, daß die Wärmetauscher­einsätze aus den einzelnen Einheiten (bis auf eine Einheit) nicht herauszieh­bar gestaltet werden können, weil an sämtliche ihrer vier Seiten Gaskanäle angeschlossen sind. Derartige Wärmetauscher sind deshalb nur dann geeignet, wenn die Wärmeübertragungsflächen nicht häufig gereinigt zu werden brau­chen.

[0006] Nach unserem Wissen ist bis jetzt kein solcher den Wärmetausch zwischen gasförmigen Medien dienender Gegenstromwärmetauscher bekannt, dessen Wärmetauschereinsätze ohne Montagearbeit herausgenommen werden können. Mit der Verbreitung der Wärmenutzung heißer Rauchgase ist die Konstruk­tion solcher Wärmetauscher notwendig geworden, mit dessen Hilfe im Ge­gensatz zu den bekannten Lösungen die genutzte Wärmemenge zunimmt bzw. das Rauchgas in größerem Maße abgkühlt werden kann und der einfach ge­reinigt werden kann. Der Gegenstand unserer Erfindung ist eine Kombination des bekannten, aus im Gegenstrom geschalteten Einheiten mit direkt nicht austauschbaren Wärmetauschereinsätzen bestehenden Wärmetauschers und des ebenfalls bekannten Kreuzstromwärmetauschers mit austauschbaren Wär­metauschereinsätzen.

[0007] Das Ziel der Erfindung ist die Gestaltung eines Wärmetauschers für den Wär­meaustausches zwischen zwei gasförmigen Strömungsmedien ohne die Nach­teile der bekannten Wärmetauscher, d.i. eines solchen Wärmetauschers, wel­cher eine größere Wirksamkeit als die bekannten Kreuzstromwärmetauscher hat, bei dem aber gleichzeitig die Wärmetauschereinsätze ohne Montagearbeit herausziehbar und zurückschiebbar sind.

[0008] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit den herausziehbare Wärmetauschereinsätze aufweisenden Wärmetauschern dadurch ein Gegen­stromwärmetauscher ausgebildet werden kann, daß die Strömungsumlenkkanä­le an den Aus- und Eingangsseiten der hintereinandergeschalteten Wärmetau­schereinheiten zur Überführung des gasförmigen Mediums aus der einen in die andere Einheit aus einer Klappe, die geöffnet werden kann, ausgebildet wer­den, so daß die Klappe im geschlossenen Zustand die Dichtung der Spalte zwischen den Einsätzen des Wärmetauschers bildet und das Umleiten des gas­förmigen Mediums übernimmt.

[0009] Der Gegenstand der Erfindung ist ein aus mehreren Einheiten bestehender Wärmetauscher mit herausziehbaren Wärmetauschereinsätzen insbesondere zum Wärmeaustauschen zwischen gasförmigen Medien, wobei die Einheiten im Gegenstrom geschaltet sind und die Überführung des einen Mediums aus der einen Wärmetauschereinheit in die andere durch Strömungsumlenkkanäle her­beigeführt wird, deren Wandung als Klappe ausgebildet ist, welche geöffnet werden kann und von welcher im geschlossenen Zustand die Spalte neben den wärmetauschenden Einsätzen abgedichtet werden und die Mediumströmung umgelenkt wird; beim Öffnen der Klappe wird von dieser die Dichtung der Spalte neben den wärmetauschenden Einsätzen abgehoben, so daß das Heraus­ziehen und Zurückschieben der wärmetauschenden Einsätze ermöglicht ist. Der wichtigste Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers liegt darin, daß er die sich aus der Herausziehbarkeit der Wärmetauschereinsätze sowie aus dem Funktionsprinzip des Gegenstromes ergebenden Vorteile vereinigt. Ein weitere Vorteil liegt darin, daß die Wärmetauschereinsätze sehr schnell, auch während des Betriebes, gereingt werden können.

[0010] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Kreuzstromwärmetauscher mit Wärmetauscher­einsätzen in axonometrischer Darstellung, und

Fig. 2 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau des aus mehreren Einhei­ten bestehenden bekannten Gegenstromwärmetauschers in Draufsicht.

[0011] Wie erwähnt, zeigen die Fig. 1 und 2 bekannte Lösungen, die wir zur Ab­grenzung des Erfindungsgegenstandes und zur Erläuterung des Erfindungsge­dankens demonstrieren.

[0012] Fig. 3a und 3b zeigen das Prinzip der Erfindung in Verbindung mit einer möglichen Ausführungsform in Seitenansicht bzw. im Horizontal­schnitt.

[0013] Die Fig. 1 zeigt einen mit Wärmetauschereinsätzen versehenen Kreuzstrom­wärmetauscher in axonometrischer Darstellung, wobei der Umriß des Wärme­tauschers H bzw. die die Wärmetauschereinsätze in sich einschließende Rah­menkonstruktion mit einer dicken Linie, die geschlossenen Gaskanäle L und die Wärmetauschereinsätze mit einer dünnen Linie gezeichnet sind. Der Wär­metauscher gemäß der Figur weist z.B. fünf Wärmetauschereinsätze B auf, von denen alle aus an beiden Enden in eine Rohrplatte eingespannten Rohren bestehen. In Fig. 1 sind diese Rohre nicht eingezeichnet, nur in den ober­sten Wärmetauschereinsatz sind einige der sichtbaren Rohrenden eingezeich­net. Die Wärmetauschereinsätze B gemäß Fig. 1 können auf auf der Rah­menkonstruktion des Wärmetauschers ausgebildeten Leitschienen schubladen­artig herausgezogen werden, wie dies durch den in Fig. 1 strichpunktiert ein­gezeichneten zweitobersten Wärmetauschereinsatz B in halbherausgezogener Lage verdeutlicht wird. Die Gaskanäle L sind im allgemeinen mit Schrauben an den Rahmen des Wärmetauschers H befestigt.

[0014] Gemäß Fig. 1 tritt das eine, das abzukühlende Medium in der Richtung des schraffierten Pfeiles durch den Gaskanal L in den Wärmetauscher H ein und wärmt dessen Rohre F von außen und tritt abgekühlt durch den Gaskanal L in Richtung des schraffierten Pfeiles aus dem Wärmetauscher H aus. Das andere Medium, in unserem Beispiel die aufzuwärmende Luft, tritt aus der Richtung des weißen Pfeiles in die Rohre des Wärmetauschers H bzw. dessen Wärmetauschereinsätze B ein, wo sie sich aufwärmt und aufgewärmt durch den Luftkanal L austritt.

[0015] Um ein Vermischen der beiden Medien zu vermeiden, soll eine Dichtung ent­lang der Umgrenzung der Rohrplatten sowie des Umrisses der Wärmetau­schereinsätze des Wärmetauschers nach Fig. 1 vorhanden sein. Die Dichtung soll sowohl am Eintritt als auch am Austritt der frischen Luft verwirklicht werden.

[0016] Bei der bekannten Ausführungsform der Dichtung ist ein zu den Spalten pas­sender, die Dichtungen in sich einschließender Dichtungsrahmen vorgesehen, der über Schrauben an der Ein- und Ausgangsseite der wärmetauschenden Luft befestigt wird. Vor dem Herausziehen der Wärmetauschereinsätze muß dieser Dichtungsrahmen an der Lufteintrittseite abmontiert werden.

[0017] Figur 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau und die Funktion des aus drei Wärme­tauschereinheiten H1, H2 und H3 bestehenden Gegenstrom-Wärmetauschers. In dem Beispiel gemäß Fig. 2 wird die in mit dem weißen Pfeil gekennzeich­neter Richtung strömende kalte Luft durch das Abkühlen des in mit dem schraffierten Pfeil gekennzeichneter Richtung strömenden warmen Mediums aufgewärmt. Der Strömungsumlenkkanal F1 dient zur Überleitung der Luft aus der Wärmetauschereinheit H1 in die Wärmetauschereinheit H2, und der Umlenkkanal F2 dient zur Überleitung der Luft aus der Wärmetauscherein­heit H2 in die Wärmetauschereinheit H3. Das abzukühlende Gas tritt in den Wärmetauscher durch den Gaskanal L2 ein und durch den Gaskanal L3 aus ihm aus. Die Überleitung des abzukühlenden Gases zwischen den Einheiten erfolgt durch die Kanalstücke L4 und L5.

[0018] Gemäß Fig. 2 tritt die aufzuwärmende frische Luft in der Richtung des nach oben zeigenden Pfeiles in die Wärmetauschereinheit H1 ein, strömt durch die Einheit H1 und wird hier vorgewärmt, wird durch den Umlenkkanal F1 in den Wärmetauscher H2 geleitet und dort weiterwärmt, strömt dann durch den Umlenkkanal F2 und durch die Einheit H3 und erreicht hier die Endtemperatur. Die Abführung der warmen Luft geschieht durch den Luftka­nal L1. Die Einführung des abzukühlenden Gases in den Wärmetauscher er­folgt in der Richtung des schraffierten Pfeiles. Das abzukühlende Gas strömt durch die Wärmetauscher H3, H2 und H1 und tritt abgekühlt durch den Gas­kanal L3 aus dem Wärmetauscher aus.

[0019] Die Einheiten des Wärmetauschers gemäß Fig. 2 selbst arbeiten im Kreuz­strom, aber der Wärmetauschers als Ganzes ist im Gegenstrom geschaltet.

[0020] Aufgrund Fig. 2 ist es einzusehen, daß mit Ausnahme bei der Wärmetau­schereinheit H1 zu jeder Seite der anderen Einheiten H2 und H3 ein Gaska­nal angeschlossen ist, so daß diese Wärmetauscherseiten unzugänglich sind.

[0021] Die Fig. 3a und 3b zeigen den Gegenstand der Erfindung in einer möglichen Ausführungsform, und zwar die Fig. 3a in Seitenansicht und die Fig. 3b im Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A. Als Beispiel ist in den Fig. 3a und 3b ein erfindungsgemäßer, aus zwei Wärmetauschereinheiten bestehender Wärmetauscher gezeigt, dessen Wärmetauschereinsätze 11 entsprechend denen aus Fig. 1 aus an ihren beiden Enden in Rohrplatten eingespannten ge­raden Rohren bestehen und wie die aus Fig. 1 aus der jeweiligen Wärmetau­schereinheit auf Leitschienen herausgezogen werden können. Die Luftaus­trittsseite der einen Wärmetauschereinheit und die Lufteintrittsseite der an­deren Wärmetauschereinheit sind wie nach Fig. 2 über einen Umlenkkanal miteinander verbunden. Jedoch ist nach der Erfindung die Wandung des Um­lenkkanals als zweiflügelige gewölbte Klappe 3 ausgebildet. Die Wärme­tauscheinheiten gemäß des Ausführungsbeispiels enthalten je fünf Wärmetau­schereinsätze 11. In Fig. 3a ist nur der von der Doppelklappe 3 ausgebildete Umlenkkanal abgebildet und zwar von dessen Innenseite her gesehen. In Fig. 3b jedoch ist mit dünner Linien auch der an die Doppelklappe 3 angeschlos­sene Teil der Wärmetauscheinheiten eingezeichnet. Gemäß Fig. 3b sind an die Rahmenkonstruktion 1 des Wärmetauschers - ggf. durch Vermittlung eines Übergangskragens 2 - die beiden Klappenhälften der Klappe 3 mon­ tiert, deren Klappenhälften über Scharnierbänder 4 um vertikale Drehachsen schwenkbar geöffnet werden können. Nach dem Schließen der Klappe 3 kann diese in der Schließlage 5 mittels eines Riegels 5 festgelegt werden. In den gewölbten Klappen 3 sind Dichtungsrahmen 6 und - im Ausführungsbeispiel - innere Leitplatten 7 befestigt, so daß sich der Dichtungsrahmen 6 und die Leitplatten 7 mit den Klappen 3 gemeinsam bewegen. Im Ausführungsbeispiel sind die gekrümmten Leitplatten 7 unmittelbar an den Klappen 3 festgelegt und die Dichtungsrahmen an den Stirnrändern der Leitplatten befestigt. Im geschlossenen Zustand der Klappen 3 werden von den Dichtungen der Dich­tungsrahmen 6 die Spalte zwischen dem Stutzen 9 des Wärmetauschers und den Rohrplatten 10 sowie zwischen den benachbarten Rohrplatten 10 abge­dichtet. In der Figur sind die Dichtungen 8 mit Kreuzschraffur gekennzeich­net.

[0022] Gemäß Fig. 3b gelangt die aus der Richtung des weißen Pfeiles strömende Luft durch die durch ihre Mittellinien symbolisierten Rohre der Wärmetau­schereinsätze 11 der in der Figur rechten Wärmetauschereinheit in den Raum zwischen den Klappen 3 und der Wärmetauschereinheit, ändert hier ihre Rich­tung und gelangt in die Rohre der Wärmetauschereinsätze 11 der anderen Wärmetauschereinheit, wo sie in Richtung des weißen Pfeiles weiterströmt. Das abzukühlende Medium strömt außerhalb der Rohre, senkrecht zu deren Achsen, in die Richtung der schraffierten Pfeile.

[0023] Fig. 3b zeigt, daß die in den Dichtungsrahmen 6 befestigten Dichtungen 8 im geschlossenen Zustand der Klappen 3 ein Vermischen der beiden Medien aus­schließen, sowie daß die Wärmetauschereinsätze 11 nach dem Öffnen der Klappen 3 ohne Montagearbeit herausziehbar sind.

Ansprüche

1. Wärmetauscher, insbesondere für den Wärmeaustausch zwischen gasförmi­gen, Strömungsmedien, mit mehreren Wärmetauschereinheiten, die in Hin­tereinanderschaltung über Strömungsumlenkkanäle paarweise miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschereinheiten herausziehbare Wärmetauschereinsätze (11) aufweisen, die an den Wärme­tauschereinheiten abgedichtet sind, und daß die Strömungsumlenkkanäle je­weils mit wenigstens einer Klappe (3) versehen sind, welche in der Öff­nungsposition das Herausziehen bzw. Einschieben der Wärmetauscherein­sätze (11) zuläßt und an welcher die Dichtung (8) der Wärmetauscherein­sätze (11) und der Leitteil der Umlenkkanäle ausgebildet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (3) an der Rahmenkonstruktion (1) des Wärmetauschers oder an dem Über­gangsteil (2) zwischen den Wärmetauschereinheiten und dem zugeordneten Strömungsumlenkkanal schwenkbar befestigt und in der Schließposition mit­tels eines Riegels (5) verriegelbar ist.

Zeichnung