PLATTENWÄRMEÜBERTRAGER

Abstract

 Der Plattenwärmeübertrager umfasst eine Mehrzahl von mit Abstand angeordneten Paaren paralleler wärmeleitender Wände, wobei die Wände in jedem Paar (1) durch umgekehrt orientierte Trapezbleche (2) mit wechselnden Rinnen (3) und Stegen (4) gebildet sind, wobei die Stege (4) in jedem Paar (1) aneinander anliegen und ihre Rinnen (3) Kanäle (5) für Durchfluss des zweiten Mediums bilden, während zwischen den einzelnen Blechpaaren (1) befindliche Spalten (6), die am ganzen Umfang verblendet sind, zum Durchfluss des ersten Mediums dienen, wobei an beiden Enden des Stegs (4) eines jeden Trapezblechs (2) eine Öffnung (7) für Zufuhr bzw. Abfuhr des ersten Mediums gebildet ist und wobei die Bleche eines jeden Paares (1) an den lateralen Kanten (8) und am Umfang (9) der Öffnungen (7) gassicher verbunden sind, sowie die Verblendung der Spalten (6) gasabgedichtet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Bauart eines Plattenwärmeübertragers, der in der Energietechnik zur Wärmeübertragung zwischen zwei gasförmigen Medien unterschiedlicher Temperatur bestimmt ist, d.h. zwischen zwei Rauchgasen oder zwischen einem Rauchgas und der Luft. Es handelt sich um einen rekuperativen Wärmetauscher, der seine Anwendung insbesondere bei der Reduktion von NO_x-Emissionen in Rauchgasen mittels einer SCR-Methode (selective catalythic reduction) in gereinigten und schwefelfreien Rauchgasen Anwendung findet. Der Wärmeübertrager kann auch zum Vorwärmen der Verbrennungsluft benutzt werden.

[0002] Es sind Plattenwärmeübertrager bekannt, die aus Blechen zusammengestellt sind, die zum Teil Trapezform haben. Es handelt sich vor allem um Heizkörper zur Raumheizung. Die GB 1238491 offenbart einen Plattenwärmeübertrager, der durch ein Bündel von Paaren anliegender Platten gebildet ist, deren mittlere Bereiche in Richtung der Strömung trapezförmig gewellt sind, wobei die Randbereiche glatt sind. Die Wellen in dem Trapez-Bereich zweier benachbarten Platten sind versetzt aneinandergelegt und bilden in dieser Lage alternierend durchströmte Kanäle für zwei wärmeauszutauschende Medien. Ein Medium wird durch die Kanäle geradlinig geführt, während das andere in einem der Randbereiche seitwärts zugeführt und aus dem anderen Randbereich wieder seitwärts abgeführt wird. Der Wärmeübertrager ist aus Plastik hergestellt und für geringere Gasmengen mit relativ niedriger Temperatur bestimmt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen für die Energietechnik bestimmten Wärmeübertrager aus zugänglichen und erschwinglichen Elementen zu entwerfen, der Wärmeaustauch zwischen gasförmigen Medien mit Temperaturen bis zu 300 °C in großem Umfang ermöglicht.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Plattenwärmeübertrager mit Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Der erfindungsgemäße Plattenwärmeübertrager umfasst eine Mehrzahl von mit Abstand angeordneten Paaren paralleler wärmeleitender Wände, die in jedem Paar durch umgekehrt orientierte Trapezbleche mit wechselnden Rinnen und Stegen gebildet sind. Die Stege liegen in jedem Paar aneinander an, und die Rinnen bilden Kanäle für Durchfluss des zweiten Mediums. Die zwischen den einzelnen Blechpaaren befindlichen Spalten, die am ganzen Umfang verblendet sind, dienen zum Durchfluss des ersten Mediums. An beiden Enden des Stegs eines jeden Trapezblechs ist eine Öffnung für Zufuhr bzw. Abfuhr des ersten Mediums gebildet. Die Bleche eines jeden Paares sind an den lateralen Kanten und am Umfang der Öffnungen gassicher verbunden, sowie die Verblendung der Spalten ist gasabgedichtet.

[0006] Zur Versteifung der Struktur des Wärmeübertragers können zwischen den Blechen Distanzelemente eingelegt sein.

[0007] Bei dem im Einsatz stehenden Wärmeübertrager münden die im Blechpaar gebildeten Kanäle in eine Zuführ- bzw. Abführrohrleitung des zweiten Mediums, und die Öffnungen in den Stegen der Randbleche in ein Zuführ- bzw. Abführsammelrohr des ersten Mediums.

[0008] Zur besseren Verteilung des ersten Mediums im Wärmeübertrager können Verteilungsrinnen an das Zuführsammelrohr des ersten Mediums angeschlossen sein, die durch die Öffnungen in den Stegen gehen.

[0009] Für die Wartung der Anlage ist es vorteilhaft, wenn die Spaltenverblendungen zwischen den Blechpaaren unten in den Seiten mit verschließbaren Reinigungsöffnungen versehen sind.

[0010] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1

einen Abschnitt zweier Trapezblechpaare in einer isometrischen Ansicht,

Fig. 2

eine komplette aus zwei Trapezblechen zusammengestellte Doppelwand eines Wärmeübertragers,

Fig. 3

eine Verblendungsleiste zur stirnseitigen Verblendung der Spalte zwischen den Blechpaaren,

Fig. 4

eine Füllung des Wärmeübertragers in einer isometrischen Gesamtansicht,

Fig. 5

ein mit Verteilungsrinnen versehenes Zuführsammelrohr des ersten Mediums,

Fig. 6

einen kompletten mit einem Mantel versehenen Wärmeübertrager, wobei die Pfeile Eintritt- und Austrittstellen der Medien bezeichnen.

[0011] Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager, dessen Gesamtaussehen aus Fig. 6 anschaulich ist, ist durch eine Mehrzahl von mit Abstand angeordneten Paaren paralleler wärmeleitender Wände gebildet, s. Fig. 1 und 2. Die Wände eines jeden Paares 1 sind durch umgekehrt orientierte Trapezbleche 2 mit wechselnden Rinnen 3 und Stegen 4 gebildet. Die Stege 4 in jedem Paar 1 liegen aneinander an, und die Rinnen 3 bilden Kanäle 5 für Durchfluss des zweiten Mediums. Zwischen den einzelnen Blechpaaren 1 befindliche Spalten 6 dienen zum Durchfluss des ersten Mediums. An beiden Enden des Stegs 4 eines jeden Trapezblechs 2 ist eine Öffnung 7 für Zufuhr bzw. Abfuhr des ersten Mediums gebildet. Die Bleche 2 eines jeden Paares 1 sind an den lateralen Kanten 8 und am Umfang 9 der Öffnungen 7 gassicher verbunden, und die Spalten 6 sind am ganzen Umfang verblendet, stirnseitig mit einer profilierten Verblendungsleiste 10, wobei die Verblendung der Spalten 6 gasabgedichtet ist.

[0012] Die in dem Blechpaar 1 gebildeten Kanäle 5 münden in eine Zuführ- bzw. Abführrohrleitung (nicht dargestellt) des zweiten Mediums, und die Öffnungen 7 in den Stegen 4 der Randbleche 2 in ein Zuführ- bzw. Abführsammelrohr 11, 12 des ersten Mediums, s. Fig. 6. An das Zuführsammelrohr 11 des ersten Mediums sind Verteilungsrinnen 13 angeschlossen, die durch die Öffnungen 7 in den Stegen 4 gehen.

[0013] Zur Versteifung der Struktur des Wärmeübertragers und zur Anregung der Strömungsturbulenz sind zwischen den Blechpaaren 1 Distanzelemente eingelegt.

[0014] Die Verblendungen der Spalten 6 zwischen den Blechpaaren 1 sind unten in den Seiten mit verschließbaren Reinigungsöffnungen versehen, was Reinigung der Spalten 6 während der Wartung ermöglicht.

[0015] Der vorliegende Wärmeübertrager unterscheidet sich von den bekannten Typen der Plattenwärmetauscher, indem er durch gängige gewalzte dünnwandige Trapezbleche gebildet ist, die paarweise aneinander angelegt und an den Kanten gassicher verbunden sind.

[0016] Die gewalzten Profilbleche werden üblicherweise in Längen von 6 bis 12 m produziert, und im Vergleich mit Rohren und anderen Profilstangen sind sie preisgünstig. Darüber hinaus ist die beschriebene Bauweise durch eine angemessene Starrheit gekennzeichnet, die eine einfache Montage und Handhabung ermöglicht. Etwaige größere Undichtheiten können durch Verblendung der jeweiligen Löcher beseitigt werden.

[0017] Das Grundelement des Wärmeübertragers wird durch ein Paar 1 von Trapezblechen dargestellt, die so zusammengestellt sind, dass ihre Stege 4 aneinander anliegen, wobei ihre seitlichen Kanten 8 durch Schweißen, Löten, oder auf andere Weise gassicher verbunden sind. Bei diesen Trapezblechpaaren 1 sind an beiden Enden der Stege 4 rechteckige Öffnungen 7 gestanzt, deren Kanten am Umfang 9 gassicher zusammengeschweißt oder -gelötet sind. Diese Grundelemente werden so nebeneinander gestellt, dass Spalten 6 entstehen. Dadurch wird die Struktur der wärmeleitenden Wände gebildet.

[0018] Die Spalten 6 zwischen zwei Blechpaaren 1 werden verblendet - mittels profilierter Verblendungsleisten 10 (s. Fig. 3) an den Stirnseiten des Wärmeübertragers und mittels glatter Leisten an den Seitenwänden. Diese Verblendung kann angeschweißt oder mit Schrauben festgeklemmt werden.

[0019] Das zweite, abzukühlende, Medium (heiße Rauchgase) wird von unten in die Mündungen der in Blechpaaren 1 gebildeten Kanäle 5 zugeführt und oben davon abgeführt. Das erste Medium (Luft oder zu erwärmende Rauchgase) werden von der Seite in die oberen in den Stegen 4 der Trapezbleche 2 gebildeten rechteckigen Öffnungen 7 zugeführt. Zur Zufuhr des zu erwärmenden Mediums ist ein mit Verteilungsrinnen 13 ausgestattetes Zuführsammelrohr 11 bestimmt. Die Verteilungsrinnen 13, deren Profil mit der Form der Öffnungen 7 übereinstimmt, sorgen für Verteilung des ersten Mediums in die Spalten 6 zwischen den Blechpaaren 1. Sie werden bei der Montage des Zuführsammelrohrs 11 in die Öffnungen 7 hineingeschoben. Dieselbe Konstruktion befindet sich an der unteren Seite des Wärmeübertragers zur Abfuhr des erwärmten ersten Mediums.

[0020] Die Verteilungsrinnen 13 erfordern keine Verdichtung in den Öffnungen 7, und so können sie mit einem genügenden Einbauspiel hergestellt und eingelegt werden.

[0021] Verteilung der Blechpaare 1 im Profilschnitt des Wärmeübertragers ist aus Fig. 4 ersichtlich. In größeren Wärmeübertragern können zwischen einzelne Trapezbleche Distanzelemente eingelegt werden, die unerwünschte Deformationen der Bleche verhindern und eine Turbulenz für intensivere Wärmeübertragung gewährleisten.

[0022] Die beschriebene Bauweise unterscheidet sich von den bekannten Lösungen der Plattenwärmeübertrager. Die einzelnen Platten aus Trapezblech sind formgleich, was die Produktion und Montage wesentlich vereinfacht. Es stellt kein Problem dar, die Ein- und Austrittteile für das erste Medium mit genügender Genauigkeit und zuverlässig zu produzieren.

[0023] Die vorgeschlagene Lösung bringt eine fast ideale Gegenstromanordnung mit einem hohen Wirkungsgrad der Wärmeausnutzung. Trapezbleche in verschiedener Form und Materialdicke stehen laufend zur Verfügung, mehrmalige Produktion gleichförmiger Teile reduziert die Produktionskosten. Diese sind wesentlich niedriger als bei Rohrwärmetauschern. Der Wärmeübertrager kann im Produktionsbetrieb vollständig zusammengestellt und als Ganzes zur Baustelle geliefert werden. Reinigung und Kontrolle können mittels der Reinigungsöffnungen durchgeführt werden.

[0024] Dieser Wärmeübertrager ist besonders für solche Betriebe vorteilhaft, wo es sich um Temperatursenkung oder Vorwärmen bei großem Umfang von Rauchgasen oder vorzuwärmenden Luft handelt. So einen Fall stellen namentlich die Austauscher bei der SCR-Denitrifikationsmethode dar, wo mit Katalysatoren bei 200 °C bis 300 °C gearbeitet wird. Die Rauchgase sind zuerst auf die erforderliche Temperatur zu erwärmen und nachträglich auf die für Schornstein oder Kühlturm geeignete Temperatur abzukühlen. Die geringen Wärmeverluste werden dann durch Dampfheizung oder mittels Zusatzbrenner kompensiert.

[0025] Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager kann weiterhin für Verbrennungsluftvorwärmung oder bei anderen Technologien verwendet werden, die vorwiegend mit sauberen Medien arbeiten, z.B. mit gereinigten Rauchgasen ohne feste Fremdstoffe; dennoch muss die Temperatur des Mediums unbedingt über dem Taupunkt bleiben.

Ansprüche

1. Plattenwärmeübertrager, der eine Mehrzahl von mit Abstand angeordneten Paaren paralleler wärmeleitender Wände umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände in jedem Paar (1) durch umgekehrt orientierte Trapezbleche (2) mit wechselnden Rinnen (3) und Stegen (4) gebildet sind, wobei die Stege (4) in jedem Paar (1) aneinander anliegen und ihre Rinnen (3) Kanäle (5) für Durchfluss des zweiten Mediums bilden, während zwischen den einzelnen Blechpaaren (1) befindliche Spalten (6), die am ganzen Umfang verblendet sind, zum Durchfluss des ersten Mediums dienen, wobei an beiden Enden des Stegs (4) eines jeden Trapezblechs (2) eine Öffnung (7) für Zufuhr bzw. Abfuhr des ersten Mediums gebildet ist und wobei die Bleche eines jeden Paares (1) an den lateralen Kanten (8) und am Umfang (9) der Öffnungen (7) gassicher verbunden sind, sowie die Verblendung der Spalten (6) gasabgedichtet ist.

2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Blechen (2) Distanzelemente eingelegt sind.

3. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Blechpaar (1) gebildeten Kanäle (5) in eine Zuführ- bzw. Abführrohrleitung des zweiten Mediums und die Öffnungen (7) in den Stegen (4) der Randbleche (2) in ein Zuführ- bzw. Abführsammelrohr (11, 12) des ersten Mediums münden.

4. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verteilungsrinnen (13) an das Zuführsammelrohr (11) des ersten Mediums angeschlossen sind, die durch die Öffnungen (7) in den Stegen (4) gehen.

5. Plattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verblendungen der Spalten (6) zwischen den Blechpaaren (1) unten in den Seiten mit verschließbaren Reinigungsöffnungen versehen sind.

Zeichnung