DE1958507A1

DE1958507A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE1958507A1
Application number: DE19691958507
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl-Ing Tiefenbacher
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1969-11-21
Filing date: 1969-11-21
Publication date: 1971-05-27
Also published as: FR2068575B1; GB1283127A; FR2068575A1; US3746083A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft „_A.-_Ä Daim 8006/4

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Stuttgart-Untertürkheim 14, Nov. 1969

"Wärmetauscher"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, besonders für ortsbewegliche Gasturbinen, der aus Leitungen, durch die ein erstes ,Ji

Medium strömt, und aus einem die Leitungen umschließenden Gehäuse, durch das ein zweites Medium strömt, zusammengesetzt ist und ferner aus einem Sammelraum für das erste Medium, der durch eine Trennwand in einen Einlaß sam melraum und einen Auslaßsammeiraum unterteilt ist, die durch die Leitungen mit einer oder mehreren Kammern verbunden sind. Derartige Wärmetauscher werden durch hohe Temperaturen, große Temperaturunterschiede zwischen dem Einlaß und Auslaß der Gase und vor allem durch rasche und starke Temperaturschwankungen bei Lastwechsel thermisch und mechanisch hoch beansprucht. Die dadurch hervorgerufenen Spannungen werden durch die starre Befestigung des Sammelbehälters, der Kammern und Lochplatten am Ge- A häuse noch verstärkt. Dadurch werden besonders die Wärmetauscher ortsbeweglicher Gasturbinen gefährdet, die kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht erfordern und die deshalb nur geringe Wandstärken der Leitungen aufweisen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und einen Wärmetauscher zu schaffen, der allen thermischen und mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist. Dies geschieht dadurch, daß

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das Gehäuse neben den Leitungen auch den Sammelbehälter umgibt und lediglich an dessen Stirnseiten befestigt ist und weiter zusammen mit in Schienen gelagerten Lochplatten die Kammern bildet.

Auf diese Weise können sich die einzelnen Bauteile des Wärmetauschers ihrer verschieden starken Erwärmung entsprechend unabhängig voneinander ausdehnen, so daß gefährliche Spannungen, wie sie besonders ^^ an den Verbindungsstellen auftreten, vermieden werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umgibt das Gehäuse den Sammelbehälter in vorteilhafter Weise unter Bildung eines Spaltes, der gegenüber dem vom zweiten Medium durchströmten Gehäuseraum durch Dichtleisten abgeschlossen ist. Auf diese Weise entfällt die sonst bei einem außenliegenden Sammelbehälter übliche feste Verbindung längs des Mantels. Die dadurch bei ungleicher Erwärmung auftretenden Spannungen werden vermieden, ohne daß ein Teil des durch den Gehäuseraum strömenden Mediums diesen umgehen kann.

^^ Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Nachgiebig-

*■ keit des Wärmetauschers noch weiter gesteigert werden dadurch, daß

zwischen einer Stirnseite des Sammelbehälters und dem Gehäuse ein elastisches Zwischenstück angeordnet ist, das Längenausdehnungen des Gehäuses ausgleicht.

Ei*£indungsgeEoäß kann das Gehäuse durch einen, im wesentlichen in der Ebene einer Stirnseite des Sammelbehälters liegenden geteilten

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Deckel abgeschlossen sein. Dies erlaubt einen einfachen Zusammenbau des Wärmetauschers oder dessen rasches Auseinandernehmen, z.B. zum Reinigen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher, _Ä

Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen Wärmespeicher, Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 2 in größerem Maßstab und Fig. 4 einen Querschnitt durch einen weiteren Wärmetauscher.

Der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Röhrenwärmctauseher für eine Fahrzeuggasturbine besteht im wesentlichen aus einem Rohrbündel 11, durch das zu erwärmende Luft geleitet wird, und aus einem dieses umgebende Gehäuse 12, durch das die heißen Abgase der Tür- _Λ

bine strömen. Das Gehäuse 12 umgibt zusätzlich einen Sammelbe- ™

halter 13 für die Luft und bildet zusammen mit einer in Schienen 14 gelagerten Lochplatte 15 eine Kammer 16, in der die Luft umgelenkt wird.

Der Sammelbehälter 13 hat zylindrische Gestalt und ist durch eine Trennwand 17 in einen Einlaßsammeiraum 18 mit einer Einlaßöffnung 19 und in einen Auslaßsammeiraum 20 mit einer Auslaßöffnung 21 unterteilt. Das Rohrbündel 11 ist U-förmig gebogen und besteht aus einer Vielzahl

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von Rohren 22 kleinen Durchmessers. Die Enden der Rohre 22 des einen Schenkels 23 des Rohrbündels 11 sind mit dem Einlaßsammei raum 13, die des anderen Schenkels 24 mit dem Auslaßsammeiraum verbunden. Die Rohre 22 sind mit geringem Spiel durch die Lochplatte 15 geführt, so daß sie in dieser gleiten können. Der gebogene T< il 25 des Rohrbündels 11 befindet sich in der Kammer 16, während die Schenkel. 23 und 24 im Raum 26 des Gehäuses 12 den Abgasen ausgesetzt sind. 27 ist die Einlaßöffnung und 28 die Auslaßöffnung des Gehäuses 12.

Das Gehäuse 12 umgibt den Sammelbehälter 13 unter Bildung eines Spaltes 29, der gegenüber dem Raum 26 des Gehäuses 12 durch elastische Dichtleisten 30 abgeschlossen ist. Die Dichtleisten 30 weisen ein U-Profil auf, dessen einer Schenkel 31 am Gehäuse 12 befestigt ist und dessen anderer Schenkel 32 am Mantel 33 des Sammelbehälters 13 anliegt. Ähnliehe Leisten 34, die an den Rohren 22 anliegen, sind an der Innenwand 35 der Kammer 16 angeordnet.

Im Bereich der Einlaßöffnung 19 des Sammelbehälters 13 ist an dem Gehäuse 12 ein zylinderförmiges elastisches Zwischenstück 36 angeordnet, das die Einlaßöffnung 19 des Sammelbehälters 13 umgibt. Das Gehäuse 12 ist durch einen etwa in der Ebene der Auslaßöffnung 21 des Sammelbehälters 13 angebrachten geteilten Deckel 37 abgeschlossen. Das Gehäuse 12 samt dem Deckel 37 ist an Flanschen 38 und 39 der Einlaßöffnung 19 bzw. der Auslaßöffnung 21 mit Schrauben 40 befestigt. An den Flanschen 3B und 39 können mit ocn gleichen Sdirauben 4ü noch Anschluß rohre befestigt werden.

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Wie die Pfeile andeuten, strömt die zu erwärmende Luft durch die Einlaßöffnung 10 in den Einlaßsammeiraum 18 und von dort durch den Schenkel 23 des Rohrbündels 11. Dabei nimmt die Luft von den durch den Raum 20 des Gehäuses 12 strömenden heißen Abgasen Wärme auf. Nach dor Umkehr der Strönmiigsrichtung in der Kammer 16 nimmt die Luft im Schenkel 24 des Rohrbündels 11 weiter Wärme auf und verläßt darauf den Auslaßsammeiraum 20 im aufgeheizten Zustand.

Die an den einzelnen Stellen des Wärmetauschers herrschenden unterschiedlichen Temperaturen führen zu verschieden starker Ausdehnung des G·. häuses 12, des Sammelbehälters 13 und des Rohrbündels Dadurch, daß das Gehäuse 12 nicht am Mantel 33 des Sammelbehälters 1" feLH_oi-.sehweii"t iot, sondern lediglich mit dessen Flanschen 38 und unter V' rwendung eines elastischen Zwischenstückes 36 verschraubt ist, können keine durch die Wärmedehnung entstehenden Kräfte vom Gehäuse 12 auf den Sammelbehälter 13 und die damit verbundenen Rohre 22 des Rohrbündels 11 übertragen werden. Ebensowenig können durch die Lagerung der Lochplatten 15 in Schienen 14 Kräfte vom Gehäuse 12 auf die Rohre 22 übertragen werden. Spannungen im Wärmetauscher, die bei den durch die leichte Rauart bedingten geringen Wandstärken zu Schaden führen würden, werden dadurch vermieden.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Wärmetauscher sind zwei einander gegenüberliegende Rohrbündel 41 und 42 mit einem zentral im Gehäuse 43 angeordneten-Sammelbehälter 44 verbunden. 45 und 46 sind Kammern, die jeweils aus dem Gehäuse 43 und von in Schienen 47 und 48 gelagerten Lochplatten 4!J bzw. 50 gebildet werden. Auch hier ist das Gehäuse U-digücl) an den b< iden Stirnseiten des Sammelbehälters 44 befestigt. DU· U irkungswei.se entspricht derjenigen des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Wärmetauschere·

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Die Erfindung läf't sich auch bei anders gestalteten Wärmetauschern anwenden, z. B. solchen, bei denen Lufteinlaß und Luftauslai? auf der gleichen Seite liegen. Ebenso kann die Erfindung auch bei Wärmetauschern mit mehrfachem Kreuz strom und Kombinationen davon angewandt werden. Der Luftsammelbehälter kann eine beliebige Quevschnittsfläche, z, B, ein Oval, aufweisen. Die mit dem Einlaßsammeiraum und dem Auslaßsammelraüm verbundenen Rohre können ohne die Verwendung von Bogenstiicken unmittelbar in die durch das Gehäuse und die Lochplatte gebildete Kammer einmünden. Statt Rohren kann der Wärmetauscher auch Kanäle aufweisen, die aus entsprechend gewölbten und miteinander verbundenen Blechplatten bestehen. Die Dichtleisten können statt am Gehäuse am Sammelbehälter befestigt sein. Sie können auch aus jeweils am Gehäuse und am Sammelbehälter befestigten Labyrinthdichtungen bestehen.

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Claims

Ansprüche

Wärmetauscher, besonders für ortsbewegliche Gasturbinen, der aus Leitungen, durch die ein erstes Medium strömt, und aus einem die Leitungen um schlief?enden Gehäuse, durch das ein zweites Medium strömt, zusammengesetzt ist und ferner aus einem Sammelraum für das erste Medium, der dur.ch eine Trennwand in einen Einlaßsammelraum und einen Auslaßsammeiraum unterteilt ist, die durch die Leitungen mit einer oder mehreren Kammern verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12;43) neben den Leitungen (11;41,42) auch den Sammelbehälter (13;44) umgibt und lediglich an dessen Stirnseiten (38, 39) befestigt ist und weiter zusammen mit in Schienen (14; ·*"<» -ί"·) gelagerten Lochplatten (15;49, 50) die Kammern bildet.

Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) den Sammelbehälter (13) unter Bildung eines Spaltes (29) umgibt, der gegenüber dem vom zweiten Medium durchströmten Gehäuseraum (2G) durch Dichtleisten (30) abgeschlossen ist.

Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Stirnseite (38) des Sammelbehälters (13) und dem Gehäuse (.12) ein elastisches Zwischenstück (36) angeordnet ist.

Wärmetauscher nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) durch einen im wesentlichen in der Ebene einer Stirnseite (39) des Sammelbehälters (13) liegenden geteilten Deckel (37) abgeschlossen ist.

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