DE3423736C2

DE3423736C2 -

Info

Publication number: DE3423736C2
Application number: DE3423736A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8900 Augsburg De Schiessl
Original assignee: MAN Technologie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1990-04-05
Also published as: SE8503203D0; DE3423736A1; JPS6176881A; US4890670A; SE8503203L

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperatur-Kreuzstrom- Plattenwärmetauscher, in dem Wärme von einem durchströmenden, 900°C bis 1100°C heißen, gasförmigen Medium auf ein anderes, quer hierzu durchströmendes, von Raumtemperatur bis etwa 50°C ausgehend, zu erwärmendes gasförmiges Medium übertragbar ist und der durch ein Plattenpaket mit übereinandergestapelten Platten gebildet ist.

Aus der DE-AS 28 01 076 ist es bekannt, einen Kreuzstrom-Plat tenwärmetauscher aus übereinandergestapelten Platten zu bil den, die als Wellbleche ausgebildet sind und deren Wellen so gelegt sind, daß sich die Wellen zweier aneinander anliegen der Wellbleche kreuzen. Am Außenbereich sind die besagten Platten nicht gewellt, sondern glatt ausgebildet und dort miteinander verschweißt oder verleimt.

Aus der US-PS 32 91 206 ist ferner ein Plattenwärmetauscher bekannt, der ansich nicht dem klassischen Kreuzstromprinzip gehorcht. Die Platten, die dort verwendet sind, gehorchen zwei verschiedenen Ausführungsformen, das heißt, es sind mindestens zwei Stanz- bzw. Prägewerkzeuge für deren Her stellung erforderlich. Zum anderen verlaufen die in den Platten ausgeprägten Wärmtauscherrippen in einem zentralen Teil der Platten nicht kreuzweise, sondern parallel zu den Außenseiten der rechteckigen Wärmetauscherplatten. Ein Kreuzstrom ergibt sich lediglich im jeweils daran anschlie ßenden Eckbereich durch die dortige spezielle Ausgestaltung desselben in Verbindung mit der Plattengestaltung. Außerdem haben diese Platten keinen vollständig umlaufenden ebenen Randbereich, sondern in zwei Randbereichen ausgeprägte Distanzlappen. Darüber hinaus kommen bei diesem bekannten Plattenwärmetauscher wenigstens zwei verschiedene Arten von Randleisten zur Anwendung, nämlich zwei gerade Randleisten und zwei abgewinkelte Randleisten. Insbesondere die abgewin kelten Randleisten sind sehr kostspielig herzustellen, weil, wenn diese ausgestanzt werden, ein relativ großer Material abfall anfällt.

Abgesehen von solchen fertigungstechnischen Problemen liegt der Erfindung aber eine noch schwieriger zu lösende Proble matik zugrunde, die nachstehend anhand von Fig. 1 dargelegt ist. In Fig. 1 ist schematisch ein herkömmlicher Plattenwär metauscher 1 dargestellt, der in Richtung des Pfeiles 2 von einem heißen, wärmeabgebenden, gasförmigen Medium in ent sprechenden Kanälen, und in Richtung des Pfeiles 3 von einem zu erwärmenden, gasförmigen Medium, ebenfalls in entspre chenden, mit den vorgenannten sich kreuzenden Strömungskanä len durchströmt wird. Das wärmeabgebende Medium tritt dabei mit einer Temperatur von etwa 900°C bis 1100°C in den Kreuz strom-Plattenwärmetauscher 1 ein und anderenendes mit einer Temperatur von 200°C aus diesem wieder aus. Das zu erwärmen de Medium wird hierdurch von etwa Raumtemperatur auf eine Temperatur von etwa 800°C bis 950°C gebracht. Aufgrund die ser Temperaturverhältnisse ergibt sich an diesem herkömmli chen Kreuzstromplattenwärmetauscher 1 im Bereich der mit 4 gekennzeichneten Ecke desselben ein Temperaturgefälle von zum Teil über 1000°C; letzteres deshalb, weil in dieser Ecke 4 einerseits ein 900°C bis 1100°C heißes Medium und anderer seits unmittelbar benachbart ein demgegenüber kaltes, nur etwa Raumtemperatur aufweisendes Medium vorbeiströmt. Diesem starken Temperaturunterschied konnten bislang bekannte Kreuz strom-Plattenwärmetauscher-konstruktionen nicht standhalten, denn die an den Bereich der Ecke 4 angrenzenden Bauteile ha ben sich verworfen und dabei solche Kräfte entwickelt, daß die Teile an den Löt- und Schweißstellen gerissen sind. Es wurde zwar versucht, dieses Problem durch Verwendung beson ders hochwertiger Materialien für die Herstellung der Plat tenwärmetauscherteile zu beseitigen; jedoch auch mit Plat tenwärmetauscherteilen aus hochhitzebeständigen und gegen Thermoschocks resistenten Superlegierungen (Nickel- oder Kobaltbasislegierungen) konnte kein Erfolg erzielt werden; es konnte zwar die Lebensdauer solchermaßen hergestellten Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers verlängert, nicht jedoch das Verwerfen der Plattentauscherteile und Reißen der stoff schlüssigen Verbindungen im Bereich der kritischen Ecke 4 verhindert werden.

Ausgehend von dieser Problematik ist es Aufgabe der Erfin dung, einen Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher zu schaffen, mit dem Temperaturunterschiede von 600°C und mehr zwischen dem zu erwärmenden Medium und dem wärmeabge benden, gasförmigen Medium so beherrschbar sind, daß sich keine nachteiligen Verformungen der Wärmetauscherteile oder gar ein Bruch der stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den einzelnen Wärmetauscherteilen an besonders kritischen Stel len ergeben können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Hochtemperatur- Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher mit Merkmalen, wie im An spruch 1 angegeben, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäße Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärme tauscher kennzeichnet sich durch die Kombination folgender Einzelmerkmale zur Bildung eines Plattenpaketes, nämlich daß es

a) aus einer Vielzahl dünner Platten und
b) schmalen Randleisten besteht, wobei
c) jede der Platten innerhalb eines ebenen, umlaufenden Randbereiches zur Vergrößerung der Wärmeübergangsober fläche schräg zur Strömungsrichtung, beidseitig zur Plattenmittelebene, geradlinig und parallel zueinander verlaufend ausgeprägte Sicken mit einer der Hälfte der Höhe (h _K) eines Strömungskanales entsprechenden Höhe (h _S) aufweist, und
d) jede Randleiste eine der Höhe (h _K) der Strömungskanäle entsprechende Dicke (h _R) aufweist,

daß ferner

e) die Platten zur Bildung von Strömungskanälen mit von wär meabgebendem Medium durchströmbaren Heizkanälen und zur Bildung von Strömungskanälen mit von zu erwärmendem Me dium durchströmbaren Wärmeaufnahmekanälen derart abwech selnd aufeinandergestapelt sind, daß an der Oberseite ei ner Platte eine um 180° verdrehte Platte mit ihrer Ober seite und an deren dann obenliegender Unterseite die nächste Platte mit ihrer Unterseite und so weiter bei al len folgenden Platten anliegt, somit die Sicken jeweils zweier übereinanderliegender Platten sich kreuzen sowie im Kreuzungsbereich punktuell aneinander aufliegen,
f) zur beidseitigen Randbegrenzung eines Strömungskanales jeweils längs der beiden einander gegenüberliegenden Paket-Randbereiche zwischen die beiden einander zugewand ten ebenen Randbereiche zweier übereinandergestapelter Platten je eine Randleiste eingelegt ist, und
g) zur beidseitigen Randbegrenzung des sich mit dem Strö mungskanal kreuzenden Strömungskanales ebenfalls jeweils längs der beiden einander gegenüberliegenden Paket-Rand bereiche zwischen die beiden einander zugewandten Randbe reiche zweier übereinandergestapelter Platten je eine Randleiste eingelegt, somit in den Eckbereichen des Plat tenpaketes eine Überdeckung sich kreuzender Randleisten gegeben ist,

und daß die so übereinander gestapelten Platten und Rand leisten

h) in den eckseitigen Überlappungsbereichen, um auch dem größten auftretenden Temperaturunterschied Δ t von ca. 1080°C standzuhalten, miteinander verschweißt sowie
i) in den übrigen Überdeckungsbereichen miteinander verlötet sind.

Auf diese Weise ist ein Hochtemperatur-Kreuzstrom-Platten wärmetauscher erzielt, der mit vergleichsweise einfachen Mitteln und auf fertigungstechnisch günstige Weise das auf gabengemäße Ziel in jeder Beziehung erfüllt.

Nachstehend ist ein nach der Erfindung ausgestalteter Hoch temperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher anhand der Dar stellungen von Fig. 2 bis Fig. 8 der Zeichnung näher be schrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch einen Kreuzstrom-Plattenwärme tauscher bekannter Bauart in Verbindung mit den in ihm bei Durchströmen zweier gasförmi ger Medien wirksamen Temperaturen,

Fig. 2 und 3 jeweils einen Anwendungsfall für den vorgeschlagenen Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plat tenwärmetauscher innerhalb einer zweistufi gen Wärmetauscheranordnung in Verbindung mit den darin beim Durchströmen zweier gasförmi ger Medien wirksamen Temperaturen,

Fig. 4 teilweise schematisch in Draufsicht eine im vorgeschlagenen Hochtemperatur-Kreuzstrom- Plattenwärmetauscher verwendete Wärmetauscher platte,

Fig. 5 einen Schnitt durch die in Fig. 4 darge stellte Wärmetauscherplatte entlang der Schnittlinie V-V,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Wärmetauscherplatte gemäß Fig. 4 entlang der dort eingetragenen Schnittlinie VI-VI,

Fig. 7 perspektivisch und teilschematisiert und nicht maßstabgerecht die Wärmetauscherplat ten und Randleisten, wie sie beim vorgeschlagenen Hochtemperatur-Kreuzstrom-Platten wärmetauscher verwendet sind und zusammenge fügt werden,

Fig. 8 in Perspektive, teilschematisch und nicht maßstabgerecht die Teile von Fig. 7 nach ih rer Zusammenfügung.

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Bau teile mit gleichen Bezugszeichen angezogen.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten zweistufigen Wärme tauscher bestehen jeweils aus zwei Hochtemperatur-Kreuzstrom- Plattenwärmetauschern 5, 6 vorschlagsgemäßer Bauart, die in Strömungsrichtung jedes der beiden durchströmenden gasförmi gen Medien hintereinander geschaltet sind, wobei der erste (5) eine Vorwärmstufe und der zweite (6) eine Endwärmstufe für das in Richtung des Pfeiles 7 durchströmende, zu erwärmende gasförmige Medium bildet. Das die Wärme an das aufzuheizende Medium abgebende heiße gasförmige Medium durchströmt diese beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5, 6 im Kreuzstrom in Richtung des Pfeiles 8. Bei dem zu erwär menden gasförmigen Medium kann es sich beispielsweise um für eine Verbrennung erforderliche Luft und bei dem wärmeabge benden heißen, gasförmigen Medium um die bei einem Verbren nungsprozeß anfallenden Abgase bzw. Rauchgase handeln. Der die Vorwärmestufe bildende Hochtemperatur-Kreuzstrom-Platten wärmetauscher 5 ist räumlich von dem die Endwärmstufe bil denden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 6 be abstandet und mit letzterem über zwei Überleitkanäle, näm lich einem Überleitkanal 9 zur Überleitung des zu erwärmen den Mediums, und einem Überleitkanal 10 zur Überleitung des Wärme abgebenden Mediums verbunden. Die Anbindung der Über leitkanäle 9, 10 an die beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom- Plattenwärmetauscher 5 bzw. 6 ist dabei so, daß das an einer Stirnseite 11 des die Vorwärmstufe bildenden Hochtemperatur- Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 5 eintretende, dieses zur Wärmeaufnahme durchströmende und andernendes an der Stirn seite 12 austretende Medium über den ersten Überleitkanal 9 dem durch die Stirnseite 13 gebildeten Eintritt des die End wärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärme tauschers 6 zuführbar ist. Nach Durchströmen des letzeren (6) tritt das zu erwärmende Medium an der Stirnseite 14 des selben wieder aus. Das Wärme abgebende, gasförmige Medium tritt an der Querseite 15 des die Endwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 6 ein, durchströmt diesen, tritt dann aus diesem an dessen anderer Querseite 16 aus und in den zweiten Überleitkanal 10 ein, tritt dann an der Querseite 17 des die Vorwärmstufe bilden den Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 5 ein und nach Durchströmen an dessen gegenüberliegender Quersei te 18 wieder aus. Die Temperaturverhältnisse sind dabei so, daß das Wärme abgebende, gasförmige Medium mit einer Tempe ratur von etwa 600°C bis 1100°C in den die Endwärmstufe bil denden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 6 ein tritt, bei dessen Durchströmen Wärme abgibt und ausgangs desselben sowie im Bereich des Überleitkanals 10 und am Ein tritt des die Vorwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuz strom-Plattenwärmetauschers 5 noch eine Temperatur von etwa 350°C bis 550°C besitzt, dann in letzterem (5) bei dessen Durchströmen weiter Wärme abgibt und nach Verlassen dessel ben noch eine Temperatur von etwa 200°C bis 250°C besitzt. Bei einem mit derartigen Temperaturen durchströmenden, Wärme abgebenden Medium ist eine Wärmeübertragung auf das kreuz weise durchströmende, zu erwärmende Medium dergestalt möglich, daß dieses bei Raumtemperatur, also mit einer Temperatur bis etwa 50°C in den die Vorwärmstufe bildenden Hoch temperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5 eintritt, in diesem vorgewärmt wird auf eine Temperatur von etwa 250°C bis 450°C, die es ausgangs sowie im ersten Überleitkanal 9 und eingangs des die Endwärmstufe bildenden Hochtemperatur- Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 6 noch hat. Beim anschlie ßenden Durchströmen des letzteren (6) wird das aufzuheizende Medium weiter erwärmt, auf eine Temperatur von etwa 500°C bis 950°C, die es ausgangs dann besitzt. Aufgrund dieser zweistufigen Wärmetauscher-Ausbildung können an den mit 19 bzw. 20 angezogenen kritischen Eckbereichen der beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5 und 6 nur mehr Temperaturunterschiede auftreten, die kleiner als 650°C und damit materialmäßig als in einstufigen Lösungen beherrschbar sind.

Ein Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5 bzw. 6 besteht vorschlagsgemäß im wesentlichen aus

- einer Vielzahl dünner Platten 21, die innerhalb eines ebe nen, umlaufenden Randbereiches 22 zur Vergrößerung der Oberfläche mit schräg zur Strömungsrichtung des Mediums beidseitig ausgeprägten, geradlinig und parallel zueinander verlaufenden Sicken mit einer der Hälfte der Höhe h _K eines Strömungskanals entsprechenden Höhe h _S versehen sind, und
- schmalen Randleisten 23 mit einer der Höhe h _K der Strö mungskanäle entsprechenden Dicke h _R.

Aus den Fig. 4 bis 6 sind Details der Platten 21 ersichtlich. In Fig. 4 sind dabei die innerhalb des Randbe reiches 22 in den Platten 21 ausgeprägten Sicken 24 ledig lich durch strichpunktierte Linien dargestellt, während in den Fig. 5 und 6 die tatsächliche Ausgestaltung der Plat ten 21, also auch die Ausbildung der Sicken 24, gut ersicht lich sind.

In den Fig. 5 und 6 ist zwischen Pfeilen mit h _S die Höhe der Sicken 24 angegeben. Die in Fig. 7 zwischen Pfeilen an gegebene Höhe h _R der Randleisten 23 ist ebenso wie die aus Fig. 8 ersichtliche, dort jedoch übertrieben dargestellte Höhe h _K eines Strömungskanals 25 bzw. 26 doppelt so groß wie die Höhe h _S der Sicken 24 (h _K = h _R = 2 h _S). Wie außerdem aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich, sind die Platten 21 eines Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 5 bzw. 6 zur Bildung von Strömungskanälen 26 mit von Wärme abgeben dem Medium zu durchströmenden Heizkanälen 27 und zur Bildung von Strömungskanälen 25 mit von zu erwärmendem Medium zu durchströmenden Wärmeaufnahmekanälen 28 derart abwechselnd aufeinandergestapelt, daß an der Oberseite 29 einer Platte 21 eine um 180° verdrehte Platte 21 mit ihrer Oberseite 29 und an deren dann obenliegender Unterseite 30 die nächste Plat te 21 mit ihrer Unterseite 30, und so fort, anliegt, so daß die Sicken 24 zweier übereinanderliegender Platten 21 sich kreuzen und im Kreuzungsbereich punktuell aneinander auflie gen. Zur seitlichen Begrenzung eines jeden oben und unten so durch eine Platte 21 begrenzten Strömungskanals 25 und 26 ist jeweils zwischen zwei übereinandergestapelten Platten 21 in einander gegenüberliegenden ebenen Streifen der Randbe reiche 22 je eine Randleiste 23 eingelegt. Die so vormontier ten, übereinandergestapelten Platten 21 und Randleisten 23 sind an den Überdeckungsbereichen der Leisten 23, also den Eckbereichen des Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärme tauschers 5 bzw. 6, miteinander verschweißt, und außerdem entlang der Leisten 23 miteinander verlötet.

Nachstehend sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten des Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 5 bzw. 6, De tails betreffend, aufgezeigt. Das Plattenpaket des einen (5) kann beispielsweise höher, also aus mehr übereinander gestapelten Platten 21 zusammengesetzt sein als das Plattenpaket des anderen (6). Bezogen auf die Anwendungsfäl le gemäß Fig. 2 und 3 kann beispielsweise das Plattenpaket des die Endwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom- Plattenwärmetauschers 6 aus mehrerer übereinandergestapelten Platten 21 zusammengesetzt sein als das Plattenpaket des die Vorwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Platten wärmetauschers 5. Ferner kann das eine Plattenpaket aus Platten 21 zusammengesetzt sein, die in Länge und Breite, mithin in ihrer wirksamen Oberfläche, größer sind als die Platten 21, aus denen das andere Plattenpaket gebildet ist. Bezogen auf die Anwendungsfälle gemäß Fig. 2 und 3 kann das Plattenpaket des die Endwärmstufe bildende Hochtemperatur- Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 6 aus in ihrer Länge und Breite, mithin ihrer wirksamen Oberfläche, größeren Plat ten 21 zusammengesetzt sein als das Plattenpaket des die Vorwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Platten wärmetauschers 5. Außerdem können die Sicken 24 an den Plat ten 21 und die Randleisten 23 des einen Plattenpaketes eine andere Höhe als die Sicken 24 an den Platten 21 und die Randleisten 23 aufweisen, die im anderen Plattenpaket ver wendet sind. Insbesondere weisen die Sicken 24 an den Plat ten 21 und die Randleisten 23, welche im Fall von Fig. 2 und 3 in dem Plattenpaket des die Vorwärmstufe bildenden Hoch temperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 5 verwendet sind, eine kleinere Höhe auf als die Sicken 24 an den Plat ten 21 und die Randleisten 23, die in dem Plattenpaket des die Endwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plat tenwärmetauscher 6 verwendet sind. Ferner kann das eine Plattenpaket aus Randleisten 23 und Platten 21 zusammenge setzt sein, die aus qualitätsmäßig besserem Material herge stellt sind als die Platten 21 und Randleisten 23 des ande ren Plattenpaketes. Insbesondere bietet sich diese Maßnahme für das Plattenpaket des im Fall gemäß Fig. 2 und 3 die End wärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärme tauschers 6 an, welches aus Randleisten 23 und Platten 21 zusammengesetzt sein kann, die aus wesentlich hitzebeständi gerem Material bestehen als die Platten 21 und Randleisten 23 des Plattenpaketes des die Vorwärmstufe bildenden Hochtempe ratur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 5. In jenem Fall, bei dem die Plattenpakete der beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom- Plattenwärmetauscher 5 und 6 unterschiedlich hohe Strömungs kanäle 25 bzw. 26 besitzen, sind die Platten 21 für das Plattenpaket mit den die geringere Höhe aufweisenden Strö mungkanälen dadurch auf einfache Weise realisierbar, daß mit dem gleichen Prägewerkzeug hier lediglich die Sicken 24 we niger stark, also weniger hoch ausgeprägt werden; entspre chend müssen die der geringer ausgeprägten Sickenhöhe ange paßte Randleisten 23 verwendet werden.

Die in der Zeichnung dargestellten Plattenpakete der Hoch temperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5 bzw. 6 sind aus rechteckigen Platten 21 zusammengesetzt. Die Platten 21 kön nen jedoch jederzeit auch eine andere, von der rechteckigen abweichenden Form aufweisen, die zusammen mit entsprechenden Randleisten 23 die Bildung sich kreuzender Strömungskanä le 25, 26 ermöglicht.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform be sitzen die rechteckigen Platten 21 Längsseiten mit einer Länge, die etwa dem 1,5fachen der Länge der Breitseiten ent spricht; dabei erstrecken sich längs der Breitseiten der Platten 21 die jeweils einen Strömungskanal 26 begrenzenden Randleisten 23 und entlang der Längsseiten der Platten 21 die einen Strömungskanal 25 begrenzenden Randleisten 23 je weils im ebenen Randbereich 22 der Platten 21. Die Randlei sten 23 sind dabei vorzugsweise so lange und so breit, daß sie etwa 0,5 mm gegenüber dem Plattenrand zurückversetzt zwi schen zwei Platten 21 angeordnet sind; hierdurch ist infolge des geringfügigen Überstandes der Platten 21 über die Außen seite jeder Randleiste 23 eine Rinne geschaffen, die einen günstigen Lotfluß gewährleistet und außerdem verhindert, daß Lotmaterial beim Löten in unkontrollierter Weise davonläuft und an unerwünschte Stellen gelangt.

Die in der Zeichnung dargestellten rechteckigen Platten 21 weisen Sicken 24 auf, die einen Winkel von etwa 30° mit den Plattenlängsseiten einschließen - siehe die entsprechende Winkeleintragung in Fig. 4. Außerdem sind diese Platten 21 im jeweiligen Plattenpaket des Hochtemperatur-Kreuzstrom- Plattenwärmetauschers 5 bzw. 6 vornehmlich so angeordnet, daß die Sicken 24, wie aus Fig. 7 ersichtlich, in einem von Wärme abgebendem Medium durchströmten Strömungskanal 26 einen Winkel von 60° zur Strömungsrichtung des Wärme abgeben den Mediums und die Sicken in einem von Wärme aufnehmendem Medium durchströmten Strömungskanal 25 einen Winkel von 30° zur Strömungsrichtung des Wärme aufnehmenden Mediums stehen.

Eine besonders gedrängte und damit raumsparende Bauweise er gibt sich, wenn die beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Platten wärmetauscher 5 und 6 im Fall einer zweistufigen Anwendung, so wie in Fig. 2 gezeigt, angeordnet sind, also der Eintritt für das zu erwärmende Medium an dem die Vorwärmestufe bil denden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5 auf der gleichen Seite wie der Austritt für das zu erwärmende Me dium an dem die Endwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuz strom-Plattenwärmetauscher 6 liegt; in diesem Fall muß der Überleitkanal 9 so ausgebildet sein, daß das durchzuschleu sende, Wärme aufnehmende Medium in ihm zweimal um 90° umlenk bar ist. Eine besonders günstige, weil einfache Überleitka näle 9, 10 ermöglichende Anordnung ist dann gegeben, wenn die beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5, 6 zumindest mit ihren Längsseiten parallel zueinander liegen; es können jedoch auch jene Stirnseite 12 des die Vorwärmstu fe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Wärmetauschers 5, aus der das vorzuwärmende Medium nach Durchströmung des letzte ren austritt, und jene Stirnseite 13 des die Endwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 6, in die das aufzuwärmende Medium anschließend eintritt, in einer Ebene angeordnet sein, so daß für diesen Strömungsweg ein einfacher, kastenförmiger Überleitkanal 9 verwendbar ist. Ebenso kann dann auch der Überleitkanal 10, der sich zwi schen jener Stirnseite 16 des die Endwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 6, aus der das Wärme abgebende Medium nach Durchströmen des letzteren austritt, und jener Stirnseite 17 an dem die Vorwärmstufe bildenden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5, in die das Wärme abgebende Medium anschließend eintritt, er streckt, kastenförmig ausgebildet sein.

Die beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5 und 6 können alternativ aber auch, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt, gegeneinander versetzt und so angeordnet sein, daß jedes Medium nach Verlassen des in Flußrichtung zuerst durchströmten Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetau schers 5 bzw. 6 im jeweiligen Überleitkanal 9 bzw. 10 so um gelenkt wird und anschließend den nachgeschalteten Hochtempe ratur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher 5 bzw. 6 in einer Richtung durchströmt, die zur vorherigen Durchströmrichtung unter einem Winkel von kleiner als 180° steht. Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 beträgt dieser Winkel 90°, das heißt, die beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Platten wärmetauscher 5 und 6 sind um 90° versetzt zueinander ange ordnet und durch entsprechend ausgestaltete Überleitkanäle 9 bzw. 10 miteinander verbunden. Unabhängig von der jeweiligen Anordnung der beiden Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärme tauscher 5 und 6 sind die beiden notwendigen Überleitkanäle 9 bzw. 10 entweder durch starre Wände oder in sich bewegliche Wände oder zumindest teilweise starre, jedoch beweglich mit einander verbundene Wandteile begrenzt.

In einem konkreten Fall bestehen die Plattenpakete eines Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauschers 5 bzw. 6 aus jeweils etwa 150 übereinandergestapelten Platten 21, die je weils eine Dicke von 0,2 mm und Sicken mit einer ausgepräg ten Höhe h _S von etwa 2 mm aufweisen.

Claims

1. Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher, in dem Wärme von einem durchströmenden, 900°C-1100°C heißen, gas förmigen Medium auf ein anderes, quer hierzu durchströmen des, von Raumtemperatur bis etwa 50°C ausgehend, zu erwär mendes gasförmiges Medium übertragbar ist und der durch ein Plattenpaket mit übereinandergestapelten Platten gebildet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Einzel merkmale zur Bildung eines Plattenpaketes (5 bzw. 6), näm lich, daß es

a) aus einer Vielzahl dünner Platten (21) und
b) schmalen Randleisten (23) besteht, wobei
c) jede der Platten (21) innerhalb eines ebenen, umlaufenden Randbereiches (22) zur Vergrößerung der Wärmeübergangs oberfläche schräg zur Strömungsrichtung, beidseitig zur Plattenmittelebene, geradlinig und parallel zueinander verlaufend ausgeprägte Sicken (24) mit einer der Hälfte der Höhe (h _K) eines Strömungskanales (25, 26) entspre chenden Höhe (h _S) aufweist, und
d) jede Randleiste (23) eine der Höhe (h _K) der Strömungska näle (25, 26) entsprechende Dicke (h _R) aufweist,

daß ferner

e) die Platten (21) zur Bildung von Strömungskanälen (26) mit von wärmeabgebendem Medium durchströmbaren Heizkanä len (27) und zur Bildung von Strömungskanälen (25) mit von zu wärmendem Medium durchströmbaren Wärmeaufnahme kanälen (28) derart abwechselnd aufeinandergestapelt sind, daß an der Oberseite (29) einer Platte (21) eine um 180° verdrehte Platte (21) mit ihrer Oberseite (29) und an deren dann obenliegender Unterseite (30) die nächste Platte (21) mit ihrer Unterseite (30) und so weiter bei allen folgenden Platten anliegt, somit die Sicken (24) jeweils zweier übereinanderliegender Platten (21) sich kreuzen sowie im Kreuzungsbereich punktuell aneinander aufliegen,
f) zur beidseitigen Randbegrenzung eines Strömungskana les (25) jeweils längs der beiden einander gegenüber liegenden Paket-Randbereiche zwischen die beiden ein ander zugewandten ebenen Randbereiche (22) zweier übereinandergestapelter Platten (21) je eine Randlei ste (23) eingelegt ist, und
g) zur beidseitigen Randbegrenzung des sich mit dem Strö mungskanal (25) kreuzenden Strömungskanales (26), ebenfalls jeweils längs der beiden einander gegenüber liegenden Paket-Randbereiche zwischen die beiden ein ander zugewandten ebenen Randbereiche (22) zweier übereinandergestapelter Platten (21) je eine Randlei ste (23) eingelegt, somit in den Eckbereichen des Plattenpaketes eine Überdeckung sich kreuzender Rand leisten (23) gegeben ist,

und daß die so übereinander gestapelten Platten (21) und Randleisten (23)

h) in den eckseitigen Überlappungsbereichen, um auch dem größten auftretenden Temperaturunterschied (Δ t) von ca. 1080°C standzuhalten, miteinander verschweißt sowie
i) in den übrigen Überdeckungsbereichen miteinander verlötet sind.

2. Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenpa ket (5, 6) aus rechteckigen Platten (21) zusammengesetzt ist.

3. Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (21) an ihren Längsseiten eine Länge aufweisen, die etwa dem 1,5fachen der Länge der Platten-Breitseiten entspricht.

4. Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jene Randleisten (23), die einen vom wärmeabgebenden Medium durchströmbaren Strömungskanal (26) begrenzen, sich längs der Breitseiten der Platten (21) erstrecken, und daß die Randleisten (23), welche einen vom wärmeaufnehmenden Me dium durchströmbaren Strömungskanal (25) begrenzen, sich längs der Längsseiten der Platten (21) erstrecken.

5. Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Randleisten (23) eine solche Länge und Breite aufweisen, daß sie für Ge währleistung eines günstigen Lotflusses beim Löten um ein geringes Maß von etwa 0,5 mm gegenüber dem Rand der Plat ten (21) zurückversetzt angeordnet sind.

6. Hochtemperatur-Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (24) an den Platten (21) derart auseprägt sind, daß sie einen Winkel von etwa 30° mit den Längsseiten einschließen, und daß die Platten (21) im Plattenpaket so angeordnet sind, daß die Sicken (24) in einem von Wärme abgebenden Medium durchströmbaren Strömungskanal (26) ei nen Winkel von 60° zur Strömungsrichtung des Wärme abge benden Mediums und die Sicken (24) in einem von Wärme aufnehmenden Medium durchströmbaren Strömungskanal (25) in einen Winkel von 30° zur Strömungsrichtung des Wärme aufnehmenden Mediums stehen.