Wärmetauscherblock

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscherblock.

[0002] In der Patentschrift DE 508965 C wird ein Wärmetauscherblock mit Flüssigkeiten als wärmeaustauschende Medien beschrieben. Die Gestaltung des Wärmetauscherblocks mit gleichgroßen Kanälen für die wärmetauschenden Medien lässt nur eine Überhitzung des wärmeaufnehmenden Mediums erwarten, die erst außerhalb des Wärmetauscherblocks in einem Entspannungsraum zu einer Verdampfung führt.

[0003] Aus dem Gebrauchsmuster DE 296 04 521 U1 ist ein aus Platten aus Graphit zusammengesetzter Wärmetauscherkörper bekannt. Innerhalb dieses Wärmetauscherkörpers sind Kanalsysteme für zwei Medien angeordnet.

[0004] Die Kanäle für das Wärme abgebende gasförmige Medium (im folgenden als Rauchgaskanäle bezeichnet) werden durch in die aneinander stoßenden Oberflächen der Platten eingelassene Nuten gebildet, zwischen denen Rippen stehen bleiben. Mindestens zwei derartig Platten werden so miteinander kombiniert, dass die Nuten in den aneinander stoßenden Oberflächen beider Platten einander ergänzen und auf diese Weise Kanäle bilden, welche durch die aneinander stoßenden Rippen beider Platten begrenzt werden.

[0005] Die Kanäle für das zweite, zu erwärmende Medium (im folgenden als Kühlmedium bezeichnet) sind als die Platten durchdringende Bohrungen ausgebildet. Die Stärke der Platten wird so gewählt, dass sich zwischen den beiden Kanalsystemen nur eine dünne, den Wärmeübergang wenig behindernde Materialbarriere befindet, deren Stärke aber ausreichend ist, um die Kanalsysteme fluiddicht voneinander zu trennen und mechanische Festigkeit zu gewährleisten.

[0006] Die nach außen gewandten Oberflächen der Platten sind eben.

[0007] Die Platten werden durch Klebemittel oder mittels Dichtungen und Zug- oder Spannankern fluiddicht zusammen gehalten.

[0008] Mehrere Paare von Platten können neben- und aneinander gelegt werden können. Diese modulare Bauweise erlaubt eine gezielte Anpassung der Kapazität des Wärmetauschers für verschiedene Anforderungen.

[0009] Die Kanalsysteme können parallel oder senkrecht zueinander angeordnet sein, je nachdem, ob eine Medienführung im Gegen- bzw. Gleichstrom oder im Kreuzstrom beabsichtigt ist. Für die parallele Führung der Medien ist jedoch ein erheblich höherer Konstruktions- und Bearbeitungsaufwand nötig, um die Trennung des abzukühlenden und des aufzuwärmenden Stromes zu erreichen.

[0010] Bei paralleler Medienführung liegen die Mündungen beider Kanalsysteme auf denselben Stirnseiten der Platten. D.h. an den betreffenden Stirnseiten sind jeweils Anschlusssysteme (Kopfstücke) für zwei separate Medienströme vorzusehen.

[0011] Um die Materialbarriere zwischen den beiden Kanalsystemen möglichst gering zu halten, verlaufen die Bohrungen zwischen den in die Plattenoberflächen eingelassenen Nuten, d.h. sie liegen auf einer Ebene nahe oder oberhalb der Böden der Nuten. Die Kanalsysteme sind sozusagen ineinander verschränkt. Dies führt dazu, dass die Mündungen der Rauchgaskanäle und die Mündungen der Kühlkanäle an den Stirnseiten der Platten sehr nahe beieinander liegen. Daher sind für die Zufuhr und Verteilung der Medien auf das jeweilige Kanalsystem bzw. für die Sammlung der Teilströme aus den Kanälen und den Medienabtransport speziell ausgebildete Kopfstücke nötig, die auf engstem Raum einen getrennten An- bzw. Abtransport von verschiedenen Medien ermöglichen.

[0012] Als Alternative wird in DE 296 04 521 vorgeschlagen, die Bohrungen an ihren stirnseitigen Enden zu verschließen, beispielsweise durch eingeklebte Pfropfen, und Stichbohrungen von den Plattenoberflächen zu den die Kühlkanäle bildenden Bohrungen anzubringen, so dass An- und Abtransport des Kühlmediums von der Plattenoberfläche aus erfolgen können. Diese Variante löst zwar das Platzproblem an den Stirnflächen, ist aber noch aufwendiger in der Herstellung, da an jeder Bohrung die stirnseitigen Mündungen fluiddicht verschlossen und zusätzlich zwei Stichbohrungen angebracht werden müssen.

[0013] Praktisch angewendet wird daher bevorzugt die Kreuzstromfuhrung, obwohl mittels Gegenstromführung eine effektivere Kühlung ereichbar ist.

[0014] Die Rauchgaskanäle sind bevorzugt so gestaltet, dass einerseits ein hohes Verhältnis von Wärmeübergangsfläche (Wandfläche) zu Kanalvolumen erreicht wird, andererseits der freie Stromungsquerschnitt ausreicht, um das Abströmen der Gase durch natürliche Konvektion zu gewährleisten. Dies wird erreicht durch Kanäle in Form von Schlitzen mit einem hohen Verhältnis von Tiefe zu Breite. Die Herstellung der die Rauchgaskanäle bildenden Nuten erfolgt vorwiegend mittels Frästechnik.

[0015] Die Kanäle für das Kühlmedium haben stets einen kreisförmigen Querschnitt, da sie gebohrt werden. Die Ausbildung dieser Kanäle als Bohrungen ist jedoch nachteilig wegen des hohen Bearbeitungsaufwands.

[0016] Darüber hinaus ist die durch den Bohrvorgang bedingte Festlegung auf kreisförmige Kanalquerschnitte ungünstig für den Wärmeübergang. Bei feststehender Gestalt der Kanäle kann der Wärmeübergangskoeffizient Alpha zwischen Wandfläche und Kühlmedium, der seinerseits u.a. vom Strömungszustand des Kühlmediums sowie von der geometrischen Form der Wärmeübergangsfläche abhängig ist, ausschließlich über eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in den Bohrungen gesteigert werden.

[0017] Daraus resultiert die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen aus Platten zusammengesetzten Wärmetauscherblock so auszubilden, dass die Führung des Kühlmediums nicht durch Bohrungen erfolgt.

[0018] Zudem soll der erfindungsgemäße Wärmetauscher ohne hohen konstruktiven Aufwand eine Gegenstromführung von abzukühlendem Gasstrom und Kühlmedium ermöglichen.

[0019] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im erfindungsgemäßen Wärmetauscherblock der Wärmeübergang auf das Kühlmedium über die nach außen weisenden Oberflächen der beiden die Rauchgaskanäle umfassenden Platten abläuft. Dafür sind im erfindungsgemäßen Wärmetauscherblock von einem Kühlmedium durchströmte Räume vorgesehen, welche unmittelbar an die nach außen weisenden Oberflächen der die Rauchgaskanäle umfassenden Platten anschließen.

[0020] Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscherblock (Figur 1) umfasst:

• zwei zusammenwirkende Platten 1a, 1b, deren aneinander grenzende Oberflächen mit Nuten 2a, 2b versehen sind, die von Rippen 3a, 3b begrenzt werden, wobei die Nuten 2a, 2b in den beiden Plattenoberflächen einander ergänzen und auf diese Weise Strömungskanäle 2 für ein gasförmiges Medium bilden, welche durch die aneinander stoßenden Rippen 3a, 3b beider Platten 1a, 1b begrenzt werden, wobei die Platten aus Graphit, einem keramischen Werkstoff oder einem Verbundwerkstoff aus einer Polymermatrix mit einem hohen Anteil darin verteilter wärmeleitfähiger Partikel bestehen,
• an die nach außen weisenden, als Wärmeübergangsflächen wirkenden Oberflächen 4a, 4b der Platten 1a, 1b anschließende, von einem Kühlmedium durchströmte Räume 5a, 5b, die jeweils von einer auf die Platte 1a bzw. 1b aufgesetzten Haube 6a bzw. 6b aus einem metallischen Werkstoff begrenzt werden
• umlaufende Dichtungen 7a, 7b zur Abdichtung der Spalten zwischen den Plattenoberflächen 4a, 4b und den Rändern der Hauben 6a, 6b
• Mittel zur Abdichtung des Spaltes zwischen den Platten 1a und 1b
• Mittel 8 zum Zusammenhalten des Blocks und
• Rauchgasanschlüssen (9, 9') besitzt, wobei jeder Rauchgasanschluss (9, 9) mittels Schrauben und einem Haltering (10, 10') an den beiden Hauben (6a, 6b) befestigt ist.

[0021] Weitere Vorteil, Details und Varianten der Erfindung können den Figuren und der folgenden ausführlichen Beschreibung entnommen werden.

[0022] Die Figuren zeigen:

Figur 1

schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen Wärnnetauscherblocks

Figur 2

erfindungsgemäßer Wärmetauscherblock mit Rauchgasanschlüssen

Figur 3

perspektivische Ansicht einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Wärmetauscherblocks

Figur 4

Querschnitt einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Wärmetauscherblocks

Figur 5

Wärmetauscherblock gemäß dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiel)

[0023] In den Figuren 1 bis 5 ist der erfindungsgemäße Wärmetauscherblock der Einfachheit halber stets liegend dargestellt, d.h. die Rauchgaskanäle 2 verlaufen in horizontaler Richtung. Dies soll jedoch keine Festlegung auf eine bestimmte Art der Aufstellung bzw. des Einbaus bedeuten, der erfindungsgemäße Wärmetauscherblock kann selbstverständlich auch in stehender Position (Rauchgaskanäle 2 erstrecken sich vertikal) betrieben werden. Über die Art der Aufstellung entscheidet der Fachmann anhand des jeweiligen Anwendungsfalls.

[0024] Die Platten 1a, 1b, welche die Rauchgaskanäle 2 umschließen, können, wie aus DE 296 04 521 U1 bekannt, aus synthetischem Graphit, dessen Poren durch Imprägnierung verschlossen wurden, oder aus einem Verbundwerkstoff aus einer Polymermatrix mit einem hohen Anteil darin verteilter wärmeleitfähiger Partikel, beispielsweise Partikel aus Graphit oder Siliciumcarbid, gefertigt werden.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht an diese Werkstoffe gebunden. Die Platten 1a, 1b könnten prinzipiell auch aus metallischen Werkstoffen gefertigt werden. Bei der Wahl des Werkstoffs für die Platten 1a, 1b sind Temperatur und Korrosivität des abzukühlenden gasförmigen Mediums zu beachten.

[0025] Bezüglich der Auslegung der Rauchgaskanäle 2 gelten die bereits in DE 296 04 521 U1 dargelegten Erwägungen. Um einen Kanalquerschnitt zu erhalten, der sowohl strömungstechnisch günstig ist als auch eine große Wärmeübergangsfläche bereit stellt, werden Nuten 2a, 2b mit einer gegenüber ihrer Weite großen Tiefe bevorzugt. Das Verhältnis von Nutweite zu Nuttiefe kann bis zu ca. 1:50 betragen, wobei aus produktions- und verfahrenstechnischen Überlegungen für Graphitapparate ein Verhältnis von ca. 1:1 bis 1:10 besonders günstig ist. Beim Kombinieren der Platten 1a, 1b ergänzen sich die schmalen tiefen Nuten 2a, 2b zu schlitzförmigen Kanälen 2.
Die Stärke der Platten 1a, 1b wird so ausgelegt, dass der Abstand zwischen den Böden der die Rauchgaskanäle 2 bildenden Nuten 2a, 2b und den als Wärmeübergangsflächen 4a, 4b wirkenden Oberflächen der Platten 1a, 1b möglichst gering ist, jedoch eine für die Gewährleistung der mechanischen Stabilität und Fluiddichtheit ausreichende Materialschicht stehen bleibt. Bei Graphitwerkstoffen beträgt die für die Stabilität notwendige Mindestschichtdicke ca. 10 bis 15 mm.

[0026] Die Rippen 3a, 3b dienen neben der Begrenzung der Rauchgaskanäle 2 auch der Abstützung der Platten 1a, 1b, welche durch die angrenzenden vom Kühlmedium durchströmten Räume 5a, 5b und die diese Räume abschließenden Hauben 6a, 6b belastet sind.

[0027] Geeignete Werkstoffe für die Hauben 6a, 6b sind metallische Werkstoffe, beispielsweise Gusseisen. Die Hauben 6a, 6b, welche die von einem Kühlmedium durchströmten Räume 5a, 5b abschließen, kommen nicht mit dem heißen und korrosiven Rauchgas in Berührung. Daher müssen an die Werkstoffe für die Hauben 6a, 6b keine so hohen Anforderungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit gestellt werden. So lässt sich in dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherblock der Einsatz von korrosionsbeständigen, aber teuren und schwer zu bearbeitenden Werkstoffen wie Graphit oder Keramik auf jene Bereiche beschränken, in denen solche Werkstoffe wegen des Kontakts zu heißen korrosiven Medien zwingend erforderlich sind.

[0028] Die Abgrenzung des vom Kühlmedium durchströmten Raumes 5a, 5b durch Hauben 6a, 6b erlaubt zudem eine nahezu beliebige Gestaltung der Strömungsführung des Kühlmediums.

[0029] Die Ränder der Hauben 6a, 6b werden mit umlaufenden Flach- oder O-Ringdichtungen 7a, 7b gegen die Plattenoberflächen 4a, 4b abgedichtet.

[0030] Die flexiblen Dichtungen 7a, 7b kompensieren die Unterschiede der thermischen Ausdehnung zwischen den vom heißen Rauchgas durchströmten Platten 1a, 1b und den im Vergleich dazu relativ kalten Hauben 6a, 6b.

[0031] Auch der Spalt zwischen den Platten 1a, 1b muss abgedichtet werden.

[0032] Dies kann durch ein Klebemittel erfolgen, beispielsweise könnten aus Graphit bestehende Platten 1a, 1b miteinander verkittet werden. Eine solche permanente Verbindung der die Rauchgaskanäle 2 umschließenden Platten 1a, 1b durch ein Klebemittel hat jedoch den Nachteil, dass die Platten 1a, 1b dann nicht mehr zerstörungsfrei voneinander gelöst werden können.

[0033] Daher ist es bevorzugt, den Block umfassend die Hauben 6a, 6b und die Platten 1a, 1b mittels lösbarer Spanneinrichtungen 8, beispielsweise Zuganker zusammen zu halten, wobei der Spalt zwischen den Platten 1a, 1b mittels einer Weichdichtung abgedichtet wird. Dieser Aufbau erlaubt eine komplette Demontage einschließlich der Trennung der Platten 1a und 1b voneinander. Dies erleichtert Wartungsarbeiten wie beispielsweise die Reinigung der Rauchgaskanäle.

[0034] Die Zu- bzw. Ableitung des gasförmigen Mediums in die bzw. aus den Rauchgaskanälen 2 erfolgt über Anschlusshauben 9, 9'. Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscherblock mit den daran befestigten Anschlusshauben 9, 9' für den Ein- und Austritt eines gasförmigen Mediums, z.B. Rauchgas von einer Verbrennungsanlage. Der Aufbau derartiger Anschlusshauben ist bekannt und wird daher nicht weiter im Detail beschrieben. Es sei nur erwähnt, dass die Haube 9' für den Austritt des abgekühlten gasförmigen Mediums ggf. mit einer Kondensatabflussvorrichtung versehen ist, wenn das abzukühlende gasförmige Medium kondensierbare Bestandteile enthält.

[0035] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Gasanschlusshauben 9, 9' mit Zugankern, die sich über die Außenseiten des Wärmetauscherblocks erstrecken, zu verspannen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Rauchgasanschlusshauben wegen der gemeinsamen Verspannung durch die Zuganker nicht separat abgenommen werden können.

[0036] Der erfindungsgemäße Aufbau des Wärmetauschers eröffnet die Möglichkeit, die Rauchgasanschlüsse 9, 9' unabhängig voneinander jeweils an den Hauben 6a und 6b mittels Schrauben und je einem Haltering 10, 10' lösbar zu befestigen. Somit sind Montage- und Wartungsarbeiten an den Rauchgasanschlüssen 9, 9' unabhängig voneinander möglich.

[0037] Für die Zufuhr des Kühlmediums in die Strömungsräume 5a, 5b sind Anschlüsse 12a, 12b und für den Abtransport des erwärmten Kühlmediums Anschlüsse 12a', 12b' an den Hauben 6a, 6b vorgesehen.

[0038] Zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche können mehrere erfindungsgemäße Wännetauscherblöcke neben- oder nacheinander angeordnet werden.

[0039] Aufgrund der vereinfachten Form der Platten 1a, 1b, die im Gegensatz zum Stand der Technik keine Bohrungen aufweisen, können zu ihrer Herstellung auch solche Fertigungstechniken angewendet werden, die nicht materialabtragend arbeiten. Besonders vorteilhaft sind Techniken wie Formpressen, Extrudieren u.ä., da so der Bearbeitungsaufwand und die Materialverluste, welche mit einer spanabhebende Bearbeitung verbunden sind, vermieden werden.

[0040] In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauscherblocks (Figur 3) sind die als Wärmeübergangsflächen wirkenden Oberflächen 4a, 4b der Platten 1a, 1b mit Profilstrukturen 11 versehen, welche die für den Wärmeübergang zur Verfügung stehende Fläche vergrößern oder/und die Turbulenz der Strömung des Kühlmediums erhöhen. Solche Strukturen 11 können beispielsweise Rillen, Wülste, Rippen, Stege, Vorsprünge, z.B. Noppen o.ä. Strukturelemente oder Kombinationen davon enthalten. Vorteilhaft sind beispielsweise versetzt zueinander stehende Rippen oder Rippen mit versetzt zueinander angeordneten Durchbrechungen, weil dadurch die Turbulenz des Kühlmediums erhöht wird. Besonders vorteilhaft sind solche Profilstrukturen, wie sie in Plattenwärmeüberträgern (Plattenwärmetauschern) eingesetzt werden und beispielsweise aus der Patentschrift EP 0 203 213 bekannt sind.

[0041] Wenn der vom Kühlmedium durchströmte Raum 5a, 5b, wie in Figur 3 dargestellt, in die Oberfläche 4a, 4b der Platte 1a, 1b eingelassen ist, kann die Haube 6a, 6b als flache Platte ausgeführt werden, die auf dem mit einer umlaufenden Dichtung 7a, 7b versehenen erhabenen Rand der strukturierten Plattenoberfläche 4a, 4b aufliegt und durch die aus der Plattenoberfläche 4a, 4b herausstehenden Strukturelemente 11 abgestützt wird.

[0042] Eine solche Abstützung durch die Strukturelemente ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da auch ein kleiner Spalt zwischen Strukturelementen 11 Hauben 6a und 6b verfahrenstechnisch toleriert werden kann, und die Funktion nicht beeinträchtigt.

[0043] Alternativ oder zusätzlich können die Innenseiten der Hauben 6a, 6b, die jeweils den von einem Kühlmedium durchströmten Raum 5a, 5b abschließen, mit zur Erzeugung von Turbulenzen geeigneten Profilstrukturen 11' versehen sein (Figur 4).

[0044] Die Variante aus Figur 4 mit strukturierten Innenseiten der Hauben 6a, 6b ist gegenüber der Variante aus Figur 3 mit strukturierten Wärmeübergangsflächen 4a, 4b der Platten 1a, 1b bevorzugt, weil die Hauben 6a, 6b aus metallischen Werkstoffen bestehen, welche leichter zu bearbeiten sind als Graphit oder keramische Werkstoffe.

[0045] Die Strukturen 11 und 11' sind auch dazu geeignet, die Strömung des Kühlmediums zielgerichtet zu führen, und zwar nahezu unabhängig von der Plazierung und Art der Anschlüsse 12a', 12b' für die Zuführung und 12a', 12b' die Abführung des Kühlmediums. Das aus dem Stand der Technik bekannte Problem, dass bei paralleler Medienführung an denselben Stirn- oder Seitenflächen des Blocks auf engstem Raum Anschlüsse für zwei verschiedene, voneinander getrennt zu haltende Medienströme untergebracht werden müssen, wird so im erfindungsgemäßen Wärmetauscherblock vermieden.

[0046] Somit lässt sich durch entsprechende Strukturierung der Wärmeübertragungsflächen 4a, 4b oder/und der Innenseiten der Hauben 6a, 6b im erfindungsgemäßen Wärmetauscher ein reiner Gegenstrom von Rauchgas und Kühlmittel erzielen, welcher für die Wärmeübertragung besonders effektiv ist.

Ausführungsbeispiel:

[0047] Es wurden drei Wärmetauscher ausgelegt, die dieselbe Kühlaufgabe leisten müssen.

[0048] Der erste Wärmetauscher weist gemäß dem aus DE 296 04 521 U1 bekannten Stand der Technik Kühlkanäle auf, welche durch Bohrungen 13 in den Platten 1a, 1b gebildet werden (Figur 5).

[0049] Im zweiten, erfindungsgemäßen Wärmetauscher erfolgt die Übertragung der von den Rauchgasen abgegebenen Wärme an das Kühlmedium über die ebenen äußeren Oberflächen 4a, 4b der Platten 1a, 1b, die vom Kühlmedium überströmt werden (Figur 1).

[0050] Beim dritten Wärmetauscher sind entsprechend einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die nach außen weisenden Oberflächen 4a, 4b der Platten 1a, 1b mit einer derartigen Strömungsstruktur 11 versehen wie die Platten eines Plattenwärmetauschers (Figur 3).

[0051] Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in den Bohrungen des ersten Wärmetauschers wird als konstante Größe für alle drei Wärmetauscher angenommen, d.h. über die Wärmeübergangsflächen aller drei Wärmetauscher fließt das Kühlmedium mit der gleichen Geschwindigkeit.

[0052] Der Wärmeübergangskoeffizient Alpha ist im erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit ebener vom Kühlmedium überströmter Wärmeübergangsfläche gegenüber dem nach dem Stand der Technik mit vom Kühlmedium durchströmten Bohrungen, um 50 % höher. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit strukturierter Wärmeübergangsfläche beträgt die Steigerung des Wärmeübergangskoeffizienten Alpha gegenüber dem Stand der Technik sogar das 3,5-Fache.

[0053] Die durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Wärmetauschers ermöglichte Verbesserung des Wärmeübergangs auf das Kühlwasser ist besonders dann vorteilhaft, wenn auch der gasseitige Wärmeübergangskoeffizient hoch ist. Dies ist dann der Fall, wenn das abzukühlende Gas kondensierbare Anteile enthält.

[0054] Weil der Wärmeübergangskoeffizient Alpha über den Wärmedurchgangskoeffizienten k, neben der Wärmeübergangsfläche und der Temperaturdifferenz die übertragbare Wärmeleistung bestimmt, kann bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Wärmetauschers dank des vergrößerten Wärmeübergangskoeffizienten bei gleicher Kühlleistung die Wärmeübergangsfläche verringert werden. Somit lassen sich bei ansonsten gleichen Randbedingungen die Wärmetauscher kompakter gestalten als dies beispielsweise mit dem in DE 296 04 521 U1 beschriebenen Stand der Technik möglich ist.

Ansprüche

1. Wärmetauscherblock umfassend

• zwei Platten (1a, 1b), deren aneinander grenzende Oberflächen mit Nuten (2a, 2b) versehen sind, die von Rippen (3a, 3b) begrenzt werden, wobei die Nuten (2a, 2b) in den beiden Plattenoberflächen einander ergänzen und auf diese Weise Strömungskanäle (2) für ein gasförmiges Medium bilden, welche durch die aneinander stoßenden Rippen (3a, 3b) beider Platten (1a, 1b) begrenzt werden, wobei die Platten aus Graphit, einem keramischen Werkstoff oder einem Verbundwerkstoff aus einer Polymermatrix mit einem hohen Anteil darin verteilter wärmeleitfähiger Partikel bestehen,

• an die nach außen weisenden, als Wärmeübergangsflächen wirkenden Oberflächen (4a, 4b) der liegenden Platten (1a, 1b) anschließende, von einem Kühlmedium durchströmte Räume (5a, 5b), die jeweils von einer auf die Platte (1a, 1b )aufgesetzten Haube (6a, 6b) aus einem metallischen Werkstoff begrenzt werden,

• umlaufende Dichtungen (7a, 7b) zur Abdichtung der Spalten zwischen den Plattenoberflächen (4a, 4b) und den Rändern der Hauben (6a, 6b),

• Mittel zur Abdichtung des Spaltes zwischen den Platten (1a, 1b),

• Mittel (8) zum Zusammenhalten des Blocks und

• Rauchgasanschlüssen (9, 9') beisitzt, wobei jeder Rauchgasanschluss (9, 9) mittels Schrauben und einem Haltering (10, 10') an den beiden Hauben (6a, 6b) befestigt ist.

2. Wärmetauscherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten zwischen den Plattenoberflächen (4a, 4b) und den Rändern der Hauben (6a, 6b) mit O-Ringdichtungen (7a, 7b) abgedichtet sind.

3. Wärmetauscherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Block mittels lösbarer Spanneinrichtungen (8) zusammengehalten wird, wobei der Spalt zwischen den Platten (1a, 1b) mittels einer Weichdichtung abgedichtet ist.

4. Wärmetauscherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenoberflächen (4a, 4b) oder/und die Innenseiten der Hauben (6a, 6b) mit Profilstrukturen (11,11') versehen sind.

5. Wärmetauscherblock nach Anspruch 6 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstrukturen (11, 11') mindestens eines der Strukturelemente Rillen, Wülste, Rippen, Stege, Vorsprünge, Noppen enthalten.

6. Wärmetauscherblock nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstrukturen (11, 11') versetzt zueinander stehende Rippen oder Rippen mit versetzt zueinander angeordneten Durchbrechungen enthalten.

7. Wärmetauscherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium in den Räumen (5a, 5b) im Gegenstrom zu dem abzukühlenden Medium in den Rauchgaskanälen (2) geführt wird.

Claims

1. Heat exchanger block, comprising

• two plates (1a, 1b), the mutually continuous surfaces of which are provided with grooves (2a, 2b) which are delimited by ribs (3a, 3b), the grooves (2a, 2b) in the two plate surfaces completing one another and thereby forming flow ducts (2) for a gaseous medium which are delimited by the mutually abutting ribs (3a, 3b) of the two plates (1a, 1b), the plates consisting of graphite, a ceramic material or a composite material composed of a polymer matrix with a high fraction of heat-conductive particles distributed therein,

• spaces (5a, 5b) which are adjacent to the outwardly pointing surfaces (4a, 4b), acting as heat transfer surfaces, of the horizontal plates (1a, 1b) and through which a cooling medium flows and which are delimited in each case by a cowl (6a, 6b) placed onto the plate (1a, 1b) and composed of a metallic material,

• peripheral seals (7a, 7b) for sealing off the gaps between the plate surfaces (4a, 4b) and the margins of the cowls (6a, 6b),

• means for sealing off the gap between the plates (1a, 1b),

• means (8) for holding the block together, and

• flue gas connections (9, 9'), each flue gas connection (9, 9') being fastened to the two cowls (6a, 6b) by means of screws and a holding ring (10, 10').

2. Heat exchanger block according to Claim 1, characterized in that the gaps between the plate surfaces (4a, 4b) and the margins of the cowls (6a, 6b) are sealed off by means of O-ring seals (7a, 7b).

3. Heat exchanger block according to Claim 1, characterized in that the block is held together by means of releasable tension devices (8), the gap between the plates (1a, 1b) being sealed off by means of a soft seal.

4. Heat exchanger block according to Claim 1, characterized in that the plate surfaces (4a, 4b) and/or the insides of the cowls (6a, 6b) are provided with profile structures (11, 11').

5. Heat exchanger block according to Claim 4, characterized in that the profile structures (11, 11') contain at least one of the following structure elements: flutes, beads, ribs, webs, projections, knobs.

6. Heat exchanger block according to Claim 4, characterized in that the profile structures (11, 11') contain ribs offset with respect to one another or ribs with perforations arranged so as to be offset with respect to one another.

7. Heat exchanger block according to Claim 1, characterized in that the cooling medium is routed in the spaces (5a, 5b) in countercurrent to the medium to be cooled in the flue gas ducts (2).

Revendications

1. Bloc échangeur de chaleur comprenant

• deux plaques (1a, 1b), dont les surfaces adjacentes l'une à l'autre sont pourvues de rainures (2a, 2b) qui sont limitées par des nervures (3a, 3b), dans lequel les rainures (2a, 2b) se complètent mutuellement dans les deux surfaces de plaques et forment de cette manière des canaux d'écoulement (2) pour un fluide gazeux, lesquels sont limités par les nervures jointives l'une à l'autre (3a, 3b) des deux plaques (1a, 1b), dans lequel les plaques sont constituées de graphite, d'un matériau céramique ou d'un matériau composite en une matrice polymère avec une proportion élevée de particules conductrices de la chaleur réparties dans celle-ci,

• des espaces (5a, 5b) parcourus par un fluide de refroidissement, se raccordant aux surfaces (4a, 4b) des plaques couchées (1a, 1b) tournées vers l'extérieur et agissant comme surfaces de transfert de chaleur, espaces qui sont limités respectivement par une hotte (6a, 6b) en un matériau métallique posée sur la plaque (1a, 1b),

• des joints périphériques (7a, 7b) pour colmater les fentes entre les surfaces de plaques (4a, 4b) et les bords des hottes (6a, 6b),

• des moyens pour assurer l'étanchéité de la fente entre les plaques (1a, 1b),

• des moyens (8) pour solidariser le bloc, et

• des raccords de fumées (9, 9'), dans lequel chaque raccord de fumées (9, 9') est fixé aux deux hottes (6a, 6b) au moyen de vis et d'un anneau de maintien (10, 10').

2. Bloc échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes entre les surfaces de plaques (4a, 4b) et les bords des hottes (6a, 6b) sont colmatés avec des joints toriques (7a, 7b).

3. Bloc échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc est solidarisé au moyen de dispositifs de serrage amovibles (8), dans lequel la fente entre les plaques (1a, 1b) est colmatée au moyen d'un joint d'étanchéité souple.

4. Bloc échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de plaques (4a, 4b) et/ou les faces intérieures des hottes (6a, 6b) sont pourvues de structures profilées (11, 11').

5. Bloc échangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les structures profilées (11, 11') comprennent au moins un des éléments de structure tels que rainures, bourrelets, nervures, ailettes, saillies, boutons.

6. Bloc échangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les structures profilées (11, 11') comprennent des nervures dressées en décalage les unes par rapport aux autres ou des nervures avec des interruptions disposées en décalage les unes par rapport aux autres.

7. Bloc échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est guidé dans les espaces (5a, 5b) en contre-courant par rapport au fluide à refroidir dans les canaux de fumées (2).

Zeichnung