DE20003919U1 - Wärmeaustauscher, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen - Google Patents

Description

DE 7728 Patentanwalt Diplom-Physiker Reinfried Frhr. v. Schorlemer

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Autokühler GmbH & Co. KG, 34369 Hofgeismar

Wärmeaustauscher, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Wärmeaustauscher dieser Art werden vor allem als Nachkühler in Druckluftanlagen verwendet, um die von einem Kompressor erzeugte, unter einem Druck von z.B. bis 25 bar stehende und stark erhitzte Druckluft auf eine Temperatur von z.B. 35-55 ⁰C abzukühlen. Danach wird die Luft bei Bedarf einem Kältetrockner zugeführt (z. B. EP-A-O 521 298), um ihr dadurch die Feuchtigkeit zu entziehen, die für viele Anwendungszwecke wie z.B. in der Lebensmittel- und Papierindustrie, im medizinischen oder pharmazeutischen Bereich od. dgl. unerwünscht ist. Ein Einsatz als ÖF/Luft-Kühler oder als luftgekühlter Ladeluftkühler ist ebenso möglich.

Wird z. B. in Druckluftanlagen nicht nur trockene, sondern auch absolut ölfreie Luft gefordert, werden als Kompressoren bevorzugt ölfreie Schraubenkompressoren eingesetzt, in denen die Luft bei der Verdichtung auf vergleichsweise hohe Temperaturen von z.B. 240 ⁰C erhitzt wird. Dadurch ergeben sich bei der üblichen Betriebsweise derartiger Druckluftanlagen erhebliche thermische und mechanische Belastungen für die den Kompressoren nachgeschalteten Luft/Luft-Wärmeaustauscher, da bei letzteren der zur Kühlung verwendete Kaltluftstrom beim Betrieb in der Regel permanent eingeschaltet bleibt, wohingegen der über einen Sammelkasten zugeführte Heißluftstrom in Abhängigkeit vom Bedaij£inifc£chakfrejpeneen von.z.B. zweiJUmschattungen pro Minute ab- bzw. ··· ··..... . ... . ... . . ;

zugeschaltet wird. Das hat einerseits zur Folge, daß der Heißluftstrom während der Abschaltphasen im Sammelkasten stehen bleibt und diesen mit der vollen Temperatur erhitzt, wohingegen gleichzeitig die nicht mehr vom Heißluftstrom durchströmten Heißluft-Durchgänge des Wärmeaustauschernetzes stark abgekühlt werden. Andererseits wird der Heißluftstrom während der Zuschaltphasen abrupt in die ausgekühlten Heißluft-Durchgänge des Wärmeaustauschernetzes geleitet, wodurch diese zumindest an ihren mit dem Sammelkasten verbundenen Einströmenden sehr schnell und unkontrolliert auf die hohe Temperatur des Heißluftstroms aufgeheizt werden. Dadurch sind die dem Sammelkasten nahen Abschnitte des Wärmeaustauschernetzes ständig wechselnden Temperatur-Sprüngen ausgesetzt, die ungewünschte Materialdehnungen bzw. -Stauchungen im Bereich der beteiligten, einen starren Block bildenden Durchgänge und Lamellen bewirken und nach vergleichsweise kurzer Betriebsdauer zu Rissen im Wärmeaustauscher und damit zu Leistungsminderungen oder sogar zu Undichtigkeiten führen können. Hochtemperatur-Wärmeaustauscher der beschriebenen Art können daher vergleichsweise kurze Standzeiten besitzen.

Ahnliche Thermoschockbelastungen treten ein, wenn z.B. heiße Ladeluft oder heißes Öl stoßartig in den kalten Wärmetauscher zur Kühlung eingeleitet oder dessen Zuführung ruckartig unterbrochen wird, wodurch das Wärmeaustauschernetz sehr schnell von einer hohen Temperatur auf eine niedrige Temperatur abkühlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Mangel abzuhelfen und einen Wärmeaustauscher, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, der mit nur unwesentlicher Beeinträchtigung seiner Leistung weniger stark zur Rißbildung neigt und daher eine größere Standzeit besitzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, den starren Verbund des Wärmeaustauschernetzes im Bereich desjenigen Sammelkastens, der den Heißluftstrom zuführt, zumindest teilweise aufzuheben. Dadurch soll eine vergleichsweise weiche Zone geschaffen werden, die es insbesondere den Durchgängen des heißen Mediums ermöglicht, den auftretenden

Dehnungen und Stauchungen zu

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folgen, d.h. zu "atmen". Mit anderen Worten kann sich das erfindungsgemäße Wärmeaustauschernetz in einer unmittelbar an den Eintritts-Sammelkasten für das heiße Medium grenzenden Zone quer zur Strömungsrichtung der Heißluft bzw. des heißen Öls begrenzt flexibel aufbiegen bzw. zusammenziehen, ohne daß die sonst vorhandenen, fest mit ihnen verbundenen, nach Art von Zugankern wirkenden Lamellen dieses "Atmen" behindern.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel für eine Hochtemperatur-Luft/Luft-Wärmeaustauscher näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschernetzes für einen Hochtemperatur-Luft/Luft-Wärmeaustauscher; 15

Fig. 2 eine Seitenansicht von links des Wärmeaustauschernetzes nach Fig. 1;

Fig. 3 schematisch eine Vorderansicht eines Teils des Wänneaustauschernetzes nach Fig. 1 und 2 und eines mit diesem zu verbindenden, zur Zuführung von Heißluft bestimmten Sammelkastens in einer auseinandergezogenen Darstellung und in einem gegenüber Fig. 1 und 2 etwas verkleinerten Maßstab;

Fig. 4 eine Ansicht allein des Sammelkastens in Fig. 3 von links her;

Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht, jedoch im montierten Zustand des Sammelkastens;

Fig. 6 eine Seitenansicht (in Fig. 5 von rechts her) des Sammelkastens; Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 4;

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Fig. 8 eine der Fig. 1 entsprechende Vorderansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschernetzes, aus der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich sind;

Fig. 9 und 10 je eine Vorderansicht und Draufsicht auf eine für die Zwecke der Erfindung geeignete Lamelle; und

Fig. 11 und 12 den Fig. 9 und 10 entsprechende Ansichten einer weiteren für die Zwecke der Erfindung geeignete Lamelle.

Nach Fig. 1 und 2 enthält ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, ein in üblicher Plattenbauweise hergestelltes Wärmeaustauschernetz 1. Das Netz 1 ist aus einer Vielzahl von planparallelen, in einem Stapel parallel zueinander angeordneten Platten 2 zusammengesetzt, die im Ausführungsbeispiel in der Draufsicht rechteckig ausgebildet sind und die aus Fig. 1 ersichtliche Breite B und die aus Fig. 2 ersichtliche Tiefe T des Netzes bestimmen. Die Platten 2 sind an ihren in Fig. 1 seitlichen Enden durch über die ganze Tiefe des Netzes 1 erstreckte Profile bzw. Leisten 3, die z.B. einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt besitzen, auf Abstand gehalten. Dadurch bildet je ein Paar von übereinanderliegenden Platten 2 zwischen sich einen vorn und hinten offenen, seitlich von den Profilen 3 verschlossenen Durchgang 4 für Kaltluft. Der in Fig. 1 und 2 oberste und unterste Durchgang 4 des Stapels ist nach oben bzw. unten durch je eine dickere Endplatte 5a bzw. 5b begrenzt.

Zwischen jedem Paar von Platten 2 sind senkrecht zu den Durchgängen 4, d.h. in Fig. 1 von rechts nach links verlaufende Durchgänge 6 (Fig. 2) für Heißluft vorgesehen, die in Fig. 1 nach rechts und links offen und vorn bzw. hinten von über die ganze Breite B des Netzes 1 erstreckten Profilen bzw. Leisten 7 begrenzt sind, die zweckmäßig ebenfalls einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Nach oben und unten werden diese Durchgänge 6 zweckmäßig von je einer zugeordneten Platte 2 eines angrenzenden, die Durchgänge 4 bildenden Plattenpaars begrenzt.

Die in Fig. 1 rechten Enden der Durchgänge 6 bilden im Ausführungsbeispiel die Einströmenden, für _#die Heißluft. Diese wird mittels eines aus Fig. 3 bis 7 ersichtlichen

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Sammelkastens 8 zugeführt, der gemäß Fig. 7 z.B. an seinem unteren Ende eine gestrichelt dargestellte Anschlußöffhung 9 od. dgl. aufweist, die an einen verdichtete Heißluft abgebenden Dnickhiftausgang eines nicht dargestellten Kompressors angeschlossen wird. Zur Befestigung des Sammelkastens 8 am Netz 1 wird dieses mit einem auf der Seite der Einströmenden befestigten, umlaufenden Rahmen 10 versehen, der eine mittlere, zur Aufnahme des Netzes 1 bestimmte Aussparung 11 (Fig. 3) aufweist, die von einem umlaufenden Montageflansch 12 umgeben ist. Dabei ist der Rahmen 10 in Fig. 3 einmal mit durchgezogenen Linien in einer vom Netz getrennten Position und einmal mit gestrichelten Linien in einer am Netz 1 montierten Position 10a dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß der Rahmen 10 das zugeordnete Ende des Netzes 1 zumindest teilweise in sich aufnimmt, was zur Herstellung einer luftdichten Verbindung zweckmäßig ist.

Der Sammelkasten 8 ist, wie insbesondere Fig. 4 und 7 zeigen, in an sich bekannter Weise hauben- bzw. kastenförmig ausgebildet und an seiner dem Netz zugewandten Seite mit einem Boden versehen, der eine Aussparung 14 aufweist, die in ihrer Größe der Aussparung 11 des Rahmens 10 entspricht. Die Aussparung 14 ist rundum von einem Montageflansch 15 des Bodens umgeben, dessen Größe im wesentlichen dem Montageflansch 12 des Rahmens 10 entspricht. Daher kann der Sammelkasten 8 dadurch am Netz 1 befestigt werden, daß die beiden Montageflansche 12,15 bündig gegeneinander gelegt und dann fest miteinander verbunden werden, wie weiter unten erläutert ist. Im übrigen besteht der Sammelkasten 8 aus einem bis auf die Anschlußöffhung 9 und die Aussparung 14 allseits geschlossenen Gehäuse, in das die z.B. auf einer Temperatur von 240 ⁰C befindliche Heißluft in Richtung der in Fig. 5 angedeuteten Pfeile einströmt und dann in Richtung der Einströmenden der Heißluft-Durchgänge 6 umgelenkt wird.

In den Kaltluft-Durchgängen 4 des Netzes 1 sind gemäß Fig. 1,3 und 5 übliche, in der Vorderansicht z.B. abwechselnd nach oben bzw. unten abgeknickte Lamellen 16 angeordnet, die der Verbesserung der Kühlwirkung dienen und von denen in Fig. 1 nur die seitlichen Enden dargestellt sind. Dabei verlaufen die Achsen der Abknickungen von vorn nach hinten, d.h. in Strömungsrichtung der Kaltluft, und außerdem sind die Lamellen 16 im Bereich ihrer Abknickungen wie üblich fest mit den zugehörigen Platten 2 verbunden, wie dies bei Luft/Luft-Plattenwärmeaustauscheni allgemein bekannt ist. Analog dazu können die Heißluft-Durchgänge 6 zur Verbesserung der Stabilität und des Wärmeüber-

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gangs mit eingelegten Turbulatoren 17 versehen sein, von denen in Fig. 2 ebenfalls nur die seitlichen Enden angedeutet sind, um die Heißluft in den Durchgängen 6 zu verwirbeln.

Im übrigen ist das beschriebene Wärmeaustauschernetz 1 vorzugsweise ein Aluminiumnetz, d.h. die Platten 2, die Profile 3 und 7, die Endplatten 5a,5b sowie die Lamellen und die Turbulatoren 17 bestehen aus Aluminium und sind durch übliches Löten, ggf. unter Anwendung von lotplattierten Platten 2, zu einem starren Block fest miteinander verbunden. Ebenso können andere Wärmeaustauscherwerkstoffe wie Kupfer und seine Legierungen, Stahl, insbesondere Edelstahl, oder geeignete Kunststoffe eingesetzt werden. Dagegen wird der Rahmen 10, der auch aus Aluminium oder den vorgenannten Werkstoffen bestehen kann, vorzugsweise erst nach der durch Löten erfolgenden Herstellung des Netzes 1 an diesem befestigt, beispielsweise ebenfalls durch Löten oder auch durch Schweißen.

Damit der beschriebene Hochtemperatur-Wärmeaustauscher beim Betrieb den eingangs erläuterten, insbesondere im Bereich des Rahmens 10 auftretenden, thermischen und mechanischen Belastungen standhalten kann, weisen erfindungsgemäß zumindest ausgewählte, vorzugsweise jedoch alle Kaltluft-Durchgänge 4 dort, wo sie an den Heißluft-Sammelkasten 8 grenzen, Bereiche 19 (Fig. 1,3,5) auf, in denen die sonst übliche, durch das Anlöten der Lamellen 16 an die Platten 2 bedingte Zuganker-Wirkung der Lamellen 16 aufgehoben ist. Diese Bereiche 19 werden z. B. dadurch gebildet, daß die in Fig. 1 oberen bzw. unteren Spitzen (Abknickungen) der Lamellen 16 dort zumindest beim Lötvorgang nicht an den über oder unter ihnen befindlichea Platten 2 anliegen, sondern mit geeigneten Mitteln auf Abstand zu diesen gehalten werden. Trotzdem werden die Lamellen 16 beim Stapeln vorzugsweise wie üblich mit einer gewissen Vorspannung gegen die Platten 2 vorgespannt, um beim Lötvorgang eine ungewünschte Spaltbildung zwischen den Platten 2 und den Profilen 7 zu vermeiden. Die Breite der Bereiche 19, in den die Zuganker-Wirkung der Lamellen 16 aufgehoben ist, kann z.B. etwa 0,5 - 6 % der Breite B der Durchgänge 4 betragen. In einem praktischen Ausführungsbeispiel haben die Bereiche 19 eine stark variable Breite von 10 bis 100 mm bei einer Gesamtbreite B der Durchgänge 4 von bis 1800 mm und einer Netzhöhe H von ebenfalls bis 1800 mm. Außerdem erstrecken sich die Bereiche 19 über die ganze Tiefe T (Fig. 2) des Wärme-

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austauschemetzes I.

Zusätzlich können beim beschriebenen Wärmeaustauscher erflndungsgemäß folgende

Maßnahmen vorgesehen werden:
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1. Die Bereiche 19 werden an ihren Einströmenden für die Kaltluft, d.h. im Ausführangsbeispiel nach Fig. 3 und 5 an ihren vorn oder hinten liegenden Enden zumindest teilweise abgedeckt.

Hierzu wird z.B. eine über die ganze Höhe H des Netzes 1 erstreckte Abdeckung 20 (Fig. 5 und 7) in Form einer aus Blech od. dgl. bestehenden Platte vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel deckt die Abdeckung 20 etwa 50 % der Breite der Bereiche 19 ab, und zwar vorzugsweise auf einer unmittelbar an den Rahmen bzw. den Sammelkasten 8 grenzenden Seite. Alternativ können die Bereiche 19 aber auch weniger oder mehr oder ganz von der Abdeckung 20 abgedeckt sein.

Im Einzelfall kann das zu wählende Maß z.B. durch Versuche ermittelt werden. Außerdem ist die Abdeckung 20 nur lose mit dem Netz 1 verbunden, d.h. sie ist nicht an den Kaltluft-Durchgängen 4 bzw. den sie bildenden Platten 2 und Profilen 3 befestigt. Möglich ist es beispielsweise, die Abdeckung 20 lediglich mit einer der Endplatten 5a, 5b oder auch mit irgendeiner der Platten 2 fest zu verbinden. In Fig. 3 ist die Abdeckung 20 wie der Rahmen 10 einmal mit durchgezogenen Linien in einer vom Netz 1 getrennten Position und einmal mit gestrichelten Linien in einer am Netz 1 montierten Position 20a dargestellt.

2. Der Sammelkasten 8 ist unter Zwischenlage einer gleitenden und flexiblen Dichtung 22 aus warmfestem Material wie-Fluor-Silikon-Kautschuk, Fluorkautschuk, Acrylesterkautschuk, Silikon (z.B. Viton, Kelraz) o.a. (Fig.7) mit Hilfe von Schrauben 23 und Muttern 24 (Fig. 3 bis T) mit dem Rahmen 10 verbunden. Dazu kann einerseits z.B. die dem Montageflansch 12 des Rahmens 10 zugewandte Stirnfläche des Montageflansches 15 des Sammelkastens 8 mit einer umlaufenden Nut 25 (Fig. 4) versehen werden, die die Dichtung 22 teilweise und so aufnimmt, daß er beim Festziehen der Schrauben 23 und Muttern 24 zwar einerse,it£ zwischen den Mpntageflanschen 12,15 eingespannt wird und dadurch ;;; ..; ; : ;

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die Grenzfläche hermetisch abdichtet, andererseits aber dennoch geringfügige, durch den Einfluß von Temperaturdehnungen oder -Stauchungen bedingte Bewegungen des Sammelkastens 8 relativ zum Rahmen 10 zuläßt. Außerdem versteht sich, daß zusätzlich zu den Schrauben 23 und Muttern 24 übliche Unterlegscheiben 28 und Federringe 29 oder andere Federelemente vorgesehen werden können, wie in Fig. 3 angedeutet ist. Außerdem weisen die Schrauben 2, 3 und die von ihnen durchragten Schaubenlöcher des Sammelkastens 8 die zur Ermöglichung der genannten Relativbewegungen erforderlichen Toleranzen auf.

Die Maßnahmen 1. und 2. können beim erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher gemeinsam oder in beliebigen zweckmäßigen Kombinationen zusätzlich zu den von der Zuganker-Wirkung der Lamellen 16 freien Bereichen 19 vorgesehen werden.

Der beschriebene Wärmeaustauscher arbeitet wie folgt:

Beim normalen Betrieb wird der Heißluftstrom in Abhängigkeit vom Bedarf in Richtung der Pfeile (Fig. 5) periodisch ab- bzw. zugeschaltet. Dadurch bleibt die Heißluft entweder im Sammelkasten 8 stehen, oder sie strömt durch diesen hindurch in die Heißluft-Durchgänge 6. Gleichzeitig wird senkrecht dazu in einem permanenten Strom mittels eines Gebläses od. dgl. Kaltluft durch die Kaltluft-Durchgänge 4 gepumpt. Bei den dadurch bewirkten Temperaturänderungen kann sich insbesondere der Sammelkasten 8 unter dem Einfluß der Heißluft geringfügig ausdehnen, während sich gleichzeitig die die Durchgänge 4 und 6 bildenden Platten 2 senkrecht zur Strömungsrichtung, d.h. in Fig. 1 von unten nach oben bzw. umgekehrt, aus- oder einbeulen können, jejiachdem, ob die Durchgänge 6 von Heißluft durchströmt und dadurch an den Einströmseiten bzw. in den Bereichen 19 erhitzt oder nicht von Heißluft durchströmt und dadurch in den Bereichen 19 stark abgekühlt werden. Da die Zuganker-Wirkung der Lamellen 16 in den Bereichen 19 aufgehoben ist, kann das Netz 1 trotz des im übrigen starren Verbundes innerhalb der Bereiche 19 "atmen", wodurch Risse und sonstige Beschädigungen vermieden werden.

Die Abdeckung 20 bringt den Vorteil mit sich, daß die Bereiche 19 zumindest in unmittelbar an den Sammelkasten 8 grenzenden Abschnitten nicht von Kaltluft durchströmt werden. Dadurch wird einerseits sichergestellt, daß sich die unmittelbar an den Sammel-

kasten 8 grenzenden Teile des Wänneaustauschernetzes 1 beim Abschalten des Heißluftstroms nicht abrupt abkühlen, andererseits tritt nur eine geringfügige Minderung der Kühlleistung ein, was in Kauf genommen werden kann.

Die trotz der fehlenden Zuganker-Wirkung auch in den Bereichen 19 vorhandenen Lamellen 16 bringen einerseits den Vorteil mit sich, daß sie beim Stapeln und Löten des Netzes 1 die Platten 2 auch dort auf Abstand halten, wo die Zuganker-Wirkung fehlt, so daß dem Netz 1 die zum Löten erforderliche Vorspannung auch in den Bereichen 19 aufgeprägt werden kann. Andererseits ermöglichen die fehlenden Verbindungen mit den Platten 2 das gewünschte "Atmen" des Netzes 1 in den Bereichen 19.

Schließlich hat das Befestigen des Sammelkastens 8 am Rahmen 10 mit Hilfe der Schrauben 23 und Muttern 24 unter Zwischenlegung der gleitenden und flexiblen Dichtung 22 den Vorteil, daß Relativbewegungen zwischen den beiden Montageflanschen 12,15 möglich sind, was ebenfalls der Rißbildung entgegenwirkt und ein "Atmen" des Wärmeaustauschers in den kritischen Zonen ermöglicht. Die Zugkraft der Schrauben 23 wird dabei mit Hilfe der Federringe 29 oder dgl. so eingestellt, daß trotz der gewünschten Relativbewegungen eine ausreichende Dichtwirkung erzielt wird. Alternativ wäre es aber auch möglich, komplett vorgefertigte Sammelkästen durch Schweißen mit dem Wärmeaustauschernetz 1 zu verbinden. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen würden in diesem Fall die Bildung von Rissen vermeiden, die aufgrund von thermischen und mechanischen Beanspruchungen im Bereich der Schweißnähte auftreten könnten.

Eine Verminderung oder Aufhebung der Zuganker-Wirkung ist im Rahmen der Erfindung vor allem deshalb notwendig, damit die thermisch bedingten Biegespannungen jedenfalls kleiner sind, als der zulässigen Biegewechselfestigkeit entspricht, die durch die höheren Arbeitstemperaturen gegenüber der Biegewechselfestigkeit bei normalen Temperaturen erheblich vermindert ist.

Fig. 8 zeigt an zwei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung, wie die die Beweglichkeit und das "Atmen" der Heißluft-Durchgänge 6 behindernde Zuganker-Wirkung der Lamellen 16 auch auf andere Weise aufgehoben werden kann. Das Netz 1 enthält hier wahlweise Bereiche 19a und/oder 19b, in denen die Lamellen 16 wenigstens zwei nicht

miteinander verbundene, in Richtung der Höhe H (Fig. 1) übereinander angeordnete Abschnitte 16a, 16b bzw. 16c, 16d aufweisen. Auch hier ergibt sich der Vorteil, daß trotz fehlender Zuganker-Wirkung praktisch keine Verminderung der wärmeaustauschenden Flächen bzw. der Leistung des Wärmeaustauschers insgesamt eintritt. Für die Abmessungen der Bereiche 19a, 19b gilt dasselbe wie für die Abmessungen der Bereiche 19.

Die Abschnitte 16a, 16b werden beispielsweise dadurch erhalten, daß die auf der Seite des Sammelkastens 8 ursprünglich bis zu den zugehörigen Profilen 3 erstreckten Lamellen nach der Herstellung des Netzes 1 auf einer Länge von z.B. 10 mm bis 100 mm längs einer Trennebene 30 durchgetrennt werden, die vorzugsweise etwa in der Mitte zwischen je zwei Platten 2 liegt und zu diesen parallel verläuft. Dadurch sind die Abschnitte 16a, 16b zwar mit je einer zugehörigen Platte 2, aber nicht miteinander verbunden, so daß sie keine Zuganker-Wirkung entfalten können. Der Trennvorgang kann z.B. durch Sägen, Erodieren, Laser- oder Wasserstrahlschneiden oder auf sonstige Weise erfolgen. Zur Durchführung des Sägevorgangs könnten z.B. die freien Enden von Sägeblättern, die an ihren anderen Enden in einem Halter befestigt sind, in den jeweils zugehörigen Bereich 19a eingefädelt, dann in eine Lochplatte des Halters eingeführt und dann in diesem verklemmt und dadurch für den Sägevorgang vorbereitet werden. Beim Erodieren könnten auf entsprechende Weise einzelne Edelstahldrähte eingefädelt werden, durch die anschließend auf übliche Weise ein elektrischer Strom geleitet wird. Zur Erleichterung der Einfädelvorgänge könnten die an den Sammelkasten 8 grenzenden Profile 3 mit entsprechenden Ausschnitten oder Bohrungen versehen sein.

Dagegen bestehen die Abschnitte 16c, 16d in Fig. 8 aus zwei ca. 10 mm bis 100 mm breiten, separat in das Netz 1 eingebauten bzw. eingelöteten Lamellenteilen, die vorzugsweise je eine der halben Höhe der Lamellen 16 entsprechende Höhe aufweisen. Außerdem sind die Abschnitte 16c, 16d vorzugsweise so ausgebildet, daß sie bei der Stapelbildung des Netzes 1 nicht ineinander fallen und dadurch ein Verspannen gegen die Platten 2 verhindern können. Dazu haben die Abschnitte 16c z. B. die aus Fig. 9 und 10 ersichtliehen Abmessungen und Formen, während die Abschnitte 16d entsprechend Fig. 11 und 12 ausgebildet sind. Beide Abschnitte sind z. B. mit in Längsrichtung verlaufenden, jedoch unterschiedlich ausgebildeten Wellungen 32 bzw. 33 und/oder unterschiedlichen Teilungen versahen,

Um zu vermeiden, daß die beiden Abschnitte 16c, 16d beim Lötvorgang im Bereich einer Trennebene 31 miteinander verbunden werden, wird beim Stapeln des Netzes 1 erfindungsgemäß zunächst je eine hitzebeständige Trennplatte in die Trennebene 31 eingesetzt, vorzugsweise mit einer geringen Vorspannung, um das Herausfallen der Lamellenteile zu vermeiden und die Herstellung einer guten Lötverbindung zu ermöglichen. Nach dem Lötvorgang und dem dabei erfolgenden einseitigen Anlöten der Abschnitte 16c, 16d an die zugeordneten Platten 2 werden die Trennplatten z.B. mit einem Wasserstrahl oder dgl. wieder entfernt. Die Trennplatten bestehen vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial (z.B. Fiberfrax) oder auch aus einem nicht zum Kleben neigenden Metall. Entsprechend kann bei Anwendung anderer Verbindungsverfahren für die verschiedenen Teile des Netzes 1 oder von mehr als zwei Abschnitten 16a, 16b bzw. 16c, 16d vorgegangen werden.

Anstelle der anhand der Fig. 5 bis 7 beschriebenen Dichtung 22 kann auch eine flache, platten- bzw. flächenförmig ausgebildete Dichtung vorgesehen werden, die nach Art einer Zylinderkopfdichtung dazu geeignet ist, die gewünschten Bewegungen auch im verpreßten Zustand in sich aufzunehmen. Diese Dichtung wird zwischen glatte, plane Stirnflächen der Montageflansche 12 und 15 gelegt und bei Bedarf mit Löchern zur Aufnahme der Schrauben 23 versehen, wobei die Ränder der Schraubenlöcher und der umlaufende Innenrand der Dichtung mit gekanteten Metallumrandungen versehen sein können, die die Dichtungsränder verstärken und schützen. Durch dosierte Anzugsmomente der Schrauben 23 kann auch hier sichergestellt werden, daß einerseits eine hermetische Abdichtung erzielt, andererseits die gewünschte Relativbewegung, also -das Gleiten des Sammelkastens 8 zum Rahmen 10 nicht behindert wird. Erforderlichenfalls können die gegeneinander liegenden Stirnflächen der Dichtung und der Montageflansche 12, 15 vor oder bei der Montage mit einem Gleitmittel versehen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsfonn der Erfindung ist es möglich, eine vollständige Aufhebung der Zuganker-Wirkung dadurch zu vermeiden, daß in den Bereichen 19, 19a oder 19b dünnwandige, als elastische Abstandhalter wirsame Rohre eingelegt werden, die derart elastisch verformbar sind, daß ihre Restfestigkeit die Zuganker-Wirkung zwar erheblich reduziert^ aber nicht gänzlich aufliebt. Dies ist z. B. in Fig. 1 und 3 angedeutet.

Dort sind die Lamellen 16 in der Nähe des Rahmens 10 in Richtung des Maßes B in nebeneinander liegende Abschnitte unterteilt, und zwischen diesen Abschnitten ist jeweils ein elastisch verformbarer Abstandhalter 34 angeordnet, wobei auch z. B. alle 50 mm je ein solcher Abstandhalter 34 vorgesehen werden könnte. Alle Abstandhalter 34 bestehen vorzugsweise aus ausreichend dünnen Rohren und smd mit den zugehörigen Platten 2 z. B. durch Löten fest verbunden. Entsprechende Abstandhalter können beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 bis 12 vorgesehen werden, bei dem die Lamellen zusätzlich in Richtung des Maßes H unterteilt sind. Die Entscheidung darüber, wie die Anordnung im Einzelfall zu treffen ist, kann mit Hilfe von Rechenprogrammen getroffen werden, die u. a. die Netzlänge und Netzbreite, die Temperaturdifferenz zwischen dem Eintritts- und Austritts-Sammelkasten, die Lage der Eintritts- und Austrittsstutzen von den Sammelkästen und die jeweils verwendeten Werkstoffe berücksichtigen.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausfuhrungsbeispiel beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt werden kann. Insbesondere ist es möglich, auf der Ausströmseite der Heißluft-Durchgänge 6 einen dem Sammelkasten 8 entsprechenden Sammelkasten vorzusehen. Da in diesem Bereich die vom Kompressor kommende Heißluft jedoch bereits auf Werte von ca. 50° C oder weniger abgekühlt ist, smd diese Bereiche im Hinblick auf Rißbildungen od. dgl. unkritisch, weshalb dieser zusätzliche Sammelkasten auch nicht in den Zeichnungen dargestellt ist. Aus demselben Grttund ist es nicht erforderlich, die Zuganker-Wirkung der Lamellen 16 auf der ganzen Breite B des Netzes 1 aufzuheben. Allerdings können sich die Bereiche 19, 19a bzw. 19b auch je nach Fall über größere als die oben angegebene Breite erstrecken und z. B. eine Breite aufweisen, die % bis 45 % der Breite B des Netzes 1 entspricht. Weiterhin, wäre es möglich, das Wärmeaustauschernetz 1 in einer anderen Bauweise als der beschriebenen Plattenbauweise und anstatt aus Aluminium aus anderen bei Wärmeaustauschern üblicherweise verwendeten Materialien herzustellen, wobei auch andere Verbindungstechniken gewählt werden können. Möglich wäre es z.B., die Heißluft-Durchgänge 6 als vorgefertigte Rohre auszubilden, entweder als profilierte und geschweißte Rohre, stranggepresste Rohre o.a..

Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung von Rißbildungen kann darin bestehen, wenigstens eine der Endplatten 5a, 5b innerhalb der Bereiche 19 mit einem durchgehenden Trennschlitz 27 (Fig. 3,5) zu versehen, um die Endplatten 5a und 5b in den kritischen Zonen vom übrigen Netz 1 zu entkoppeln. Da die Endplatten 5a und 5b aus Stabilitäts-

gründen mit z.B. 3 bis 5 mm normalerweise wesentlich dicker als die z.B. nur 0,6 - 1,8 mm starken Platten 2 sind und nicht in gleicher Weise wie die Platten 2 "atmen" können, könnten beim Fehlen der Trennschlitze 27 sogar im Bereich der Endplatten 5a und 5b Beschädigungen auftreten. Schließlich versteht sich, daß die einzelnen Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen verwendet werden können und sich die Erfindung nicht ausschließlich auf das beschriebene Ausfühnmgsbeispiel eines Hochtemperatur-Luft/Luft-Wärmeaustauschers, sondern auf alle Wärmeaustauscher, insbesondere solche für Hochtemperaturanwendungen bezieht, bei denen die oben erläuterten Probleme auftreten. Hierzu zählen z. B. luftgekühlte Ladeluftkühler, bei denen die heiße Ladeluft den Sammelkästen der oben beschriebenen Wärmeaustauscher zugeführt wird.

Claims (24)

1. Wärmeaustauscher, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten, mit eingelegten Lamellen (16) versehenen Kaltluft- Durchgängen (4) und abwechselnd zwischen diesen angeordneten Durchgängen (6) für ein heißes Medium, wobei die Kaltluft-Durchgänge (4), die Lamellen (16) und die Durchgänge (6) für das heiße Medium unter Bildung eines starren Wärmeaustauschernetzes (1) fest miteinander verbunden sind, die Lamellen (16) zwischen den Durchgängen (6) für das heiße Medium als Zuganker wirken und das Wärmeaustauschernetz (1) an Einströmenden der Durchgänge (6) für das heiße Medium außerdem fest mit einem zur Zuführung des heißen Mediums bestimmten Sammelkasten (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ausgewählte Kaltluft-Durchgänge (4) an den Sammelkasten (8) grenzende Bereiche (19, 19a, 19b) aufweisen, in denen die Zuganker-Wirkung der Lamellen (16) aufgehoben ist, und daß sich diese Bereiche (19, 19a, 19b) über die ganze Tiefe (T), aber nur einen Teil der Breite (B), der Kaltluft-Durchgänge (4) erstrecken.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (16) in den Bereichen (19) zumindest auf einer Seite nicht mit den Kaltluft-Durchgängen (4) verbunden sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (16) in den Bereichen (19a, 19b) wenigstens zwei mit den Kaltluft-Durchgängen (4), aber nicht miteinander verbundene, übereinander angeordnete Abschnitte (16a, 16b bzw. 16c, 16d) aufweisen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte (16a, 16b) durch einen nach dem Einbau der Lamellen (16) in das Netz (1) erfolgenden Trennvorgang hergestellt sind.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte (16c, 16d) aus zwei separat eingebauten Lamellenteilen bestehen.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte (16a, 16b bzw. 16c, 16d) jeweils eine etwa der halben Höhe der Lamellen (16) entsprechende Höhe aufweisen.

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte derart unterschiedliche Abmessungen und/oder Formen aufweisen, daß sie bei der Stapelbildung nicht ineinanderfallen.

8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte aus Lamellenteilen gleicher Form, aber unterschiedlicher Teilung bestehen.

9. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kaltluft-Durchgänge (4) mit einem der Bereiche (19, 19a, 19b) versehen sind.

10. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bereiche (19, 19a, 19b) über eine Breite erstrecken, die bis etwa 30% bis 45% der Breite (B), der Kaltluft-Durchgänge (4) beträgt.

11. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (19, 19a, 19b) an ihren Einströmenden für die Kaltluft zumindest teilweise abgedeckt sind.

12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (19, 19a, 19b) durch eine über die Höhe des Wärmeaustauschernetzes (I) erstreckte Abdeckung (20) abgedeckt sind.

13. Wärmeaustauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (20) keine feste Verbindung mit den Durchgängen (4, 6) hat.

14. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschernetz (1) an den Einströmenden der Durchgänge (6) für das heiße Medium mit einem umlaufenden Rahmen (1) fest verbunden und der Sammelkasten (8) unter Zwischenlage einer gleitenden und flexiblen Dichtung (22) an dem Rahmen (10) befestigt ist.

15. Wärmeaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkasten (8) mit einem zur Befestigung an dem Rahmen (10) bestimmten, eine umlaufende Nut (25) für die gleitende und flexible Dichtung (22) aufweisenden Montageflansch (15) versehen ist.

16. Wärmeaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung platten- bzw. flächenförmig ausgebildet ist und die Relativbewegung zwischen dem Sammelkasten (8) und dem Rahmen (10) in sich aufnehmen kann.

17. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkasten (8) mittels Schrauben (23) unter Verwendung von Unterlegscheiben (28) und Federringen (29) oder anderen Federelementen an dem Rahmen (10) befestigt ist, um geringfügige, durch den Einfluß unterschiedlicher Wärmeausdehnungen bedingte Bewegungen des Sammelkastens (8) relativ zum Rahmen (10) durch Gleiten der metallischen Dichtfläche auf der Dichtung (22) zu ermöglichen.

18. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (4, 6) für die Kaltluft und für das heiße Medium aus Aluminiumteilen (2, 3, 7) zusammengesetzt sind, die Lamellen (16) aus Aluminium bestehen und die feste Verbindung dieser Teile durch Löten hergestellt sind.

19. Wärmeaustauscher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Aluminium andere Wärmeaustauscherwerkstoffe wie Kupfer und seine Legierungen, Stahl insbesondere Edelstahl oder geeignete Kunststoffe eingesetzt und durch geeignete Verfahren miteinander verbunden sind.

20. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (4, 6) für die Kaltluft und für das heiße Medium aus Platten (2) und diese auf Abstand haltenden Profilen (3, 7) gebildet sind.

21. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) durch Schweißen mit dem Wärmeaustauschernetz (1) verbunden ist.

22. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Endplatten (5a, 5b) innerhalb der Bereiche (19) mit einem durchgehenden Trennschlitz (27) versehen ist.

23. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte, übereinander liegende Wandabschnitte der Kaltluft-Durchgänge (4) in den Bereichen (19, 19a, 19b) zumindest teilweise durch elastische Abstandhalter (34) verbunden sind.

24. Wärmeaustauscher nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (34) aus dünnwandigen Rohren bestehen.