DE1501489A1

DE1501489A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1501489A1
Application number: DE19661501489
Authority: DE
Inventors: Olof Cardell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-11-09
Filing date: 1966-11-04
Publication date: 1970-01-15
Also published as: BE689448A; CH451217A; US3430694A; NO117594B; ES333184A1; NL6615742A; GB1136297A

Description

Olof _Cardell_i Ingenieur, 1501489

Sollentuna, Schweden

Wärmeaustauscher

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher mit einander gegenüberliegenden Blechen, die paarweise Kanäle für im Wärmeaustausch stehende Mittel bilden, wobei die Bleche verhältnismässig nahe einander liegen, sodass zwischen ihnen enge Kanäle gebildet werden. Die Bleche sind gewöhnlich so zusammengesetzt, dass ein Wärmeaustauschmittel zwischen jedem zweiten Blechpaar und ein anderes Mittel zwischen den anderen Blechpaaren strömen kann. Zweck der Erfindung ist die Ausbildung eines Wärmeaustauschers der angegebenen Art, der verhältnismässig hohen und gegebenenfalls stark schwankenden Drücken widerstehen kann.

Erfindungsgemäss sind die Bleche paarweise durch Ab- '

standhalter miteinander verbunden, die an gekrümmten Flächen durch elektrisches Widerstandsschweissen mit dem Blechen fest vereinigt sind, wobei der Krümmungsradius dieser Flächen gleich oder grosser ist als der halbe Abstand zwischen den Blechen, die durch die Abstandhalter miteinander verbunden sind. Durch die angegebene Ausbildung der Abstandhalter und ihre Verbindung mit gegenüberliegenden Blechen sind die Voraussetzungen für eine wirksame Verbindung der Bleche miteinander gegeben, wodurch eine stabile und dauernd haltbare Konstruktion geschaffen wird. Es hat

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sich in der Fraxis gezeigt, dass die Ausbildung der Abstandhalter von grösster Bedeutung für eine wirksame Schweissverbindung an den gegenüberliegenden Blechen des Wärmeaustauschers ist, und zwar besonders dann, wenn der Abstand zwischen den Blechen klein ist. Wenn nähmlich die Abstandhalter keine günstige Form an den Schweissstellen haben, so entstehen beim Schweissen Funken und geschmolzenes Metall spritzt um die Schweissstelle herum. Dieses geschmolzene Metall haftet an den Blechen des

W Wärmeaustauschers und kann eine Korrosion und einen erhöhten

Strömungswiderstand für das Heizmittel verursachen. In diesem Zusammenhang liegt auch das Problem vor, dass ein Abstandhalter, der eine zu kleine Masse hat, beim Einschalten des Schweissstroms mehr oder weniger vollständig schmilzt, wobei natürlich der gewünschte Blechabstand nich erzielt werden kann. Bei einem Blechabstand von beispielsweise weniger als 1 bis 2 mm sind zum Beispiel Abstandhalter in Form von Kugeln unbrauchbar, da

k sie für die elektrische Widerstandsschweissung eine zu kleine

Masse haben. Der Krümmungsradius einer Kugel ist an den Berührungsstellen mit den Blechen konstant und gleich dem halben Blechabstand. Die Verwendung einen Abstandhalters mit gekrümmter Berührungsfläche bei kleinem Blechabstand setzt voraus, dass er eine grössere Masse hat als eine entsprechende Kugel. In diesem Fall soll daher der Abstandhalter eine Krümmungsradius haben, der grosser ist als der halbe Blechabstand.

Abstandhalter in Form von Kugeln haben den Vorteil,

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dass sie leicht an ihren Stellen anzubringen sind und nicht gerichtet zu werden brauchen, wie es bei Abstandhaltern in Form von Stäben der Fall ist, deren Stirnflächen mit den Blechen verbunden sind.

Besondere Vorteile ergeben sich bei Abstandhaltern in Form von Drahtstücken, die in Reihen zwischen den Blechen angeordnet sind und bei grösseren Blechabständen zylindrisch sein können, bei kleineren Blechabständen dagegen einen ovalen, beispielsweise elliptischen Querschnitt haben sollen und derart zwischen den Blechen angebracht sind, dass die Nebenachse der Ellipse einen rechten Winkel mit den Blechebenen bildet. Derartige Abstandhalter können eine geeignete Masse haben, sodass beim Schweissen ein gutes Wärmegleichgewicht besteht, denn ihre Masse lässt sich leicht durch geeignete Wahl der Länge der Drahtstücke den Erfordernissen anpassen. Ein kleiner Blechabstand und eine entsprechend kleine Nebenachse des elliptischen Drahtquerschnittes lässt sich somit durch eine entsprechend (

grössere Länge des Drahtstückes ausgleichen. Genaue Abmessungen der Abstandhalter ergeben sich bei Verwendung eines kalibrierten Drahtes, der sehr enge Toleranzen und daher eine hohe Massgenauigkeit hat.

Die Festigkeit und Massgenauigkeit des Wärmeaustauschers lässt sich auch durch zweckmässige Verbindung der Blechkanten und Ausbildung der miteinander verbundenen Blechränder beein flussen. Ausführungsbeispiele sind im Folgenden unter Hinweis

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auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes eines erfindungsgemäss ausgebildeten Wärmeaustauschers. Die * Fig. 2, 3 und 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abstandhalters in Seitenansicht, Endansicht bzw. Seitenansicht senkrecht zu Fig. 2. Die Fig. 5 und 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abstandhalters in Seitenansicht und Endansicht. Die Fig. 7 und 8 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel fc in Seitenansicht und Endansicht. Fig. 9 zeight ein viertes Ausführungsbeispiel des Abstandhalters. Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes eines Randteiles des Wärmeaustauschers und Fig. 11 einen ähnlichen Ausschnitt nach einem anderen Ausführungsbeispiel. Die Fig. 12 und 13 zeigen perspektivische Ansichten von Ausschnitten des Wärmeaustauschers gemäss weiteren Ausführungsbeispielen. Fig. 14 zeigt, wie die Abstandhalter an den Blechen angeschweisst werden können.

Mit 1, 2, 3 und 4 sind Teile von parallelen, einander gegenüberliegenden Blechen in einem Wärmeaustauscher bezeichnet. Zwischen den Blechen befinden sich enge, flache Kanäle 5, 6, 7 für im Wärmeaustausch stehende Mittel. Der dargestellte Wärmeaustauscher ist ein Kreuzstromaustauscher, in dem das eine Mittel in Richtung der F feile 8 durch die Kanäle 5 und 7 und das andere Mittel in Richtung der Ffeile 9 durch den Kanal 6 strömt.

Andere Strömungsrichtungen sind möglich, wie Gegenstrom und Gleichstrom. Die Bleche werden paarweise durch Abstandhalter zu-

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samrnengehalten, die auch den gewünschten Blechabstand bestimmen. Zwischen dem Blechpaar 1, 2 sind Abstandhalter 10 und zwischen den Blechen 3, 4 Abstandhalter 10' reihenweise angeordnet. Dagegen sind im Kanal 6 zwischen den Blechen 2 und 3 kleine Abstandhalter angebracht. Statt dessen könnten in jedem Kanal Abstandhalter vorgesehen sein. Die Abstandhalter bestehen aus Drahtstücken, die in Fig. 2-4 einen elliptischen und in Fig. 5-9 einen kreisrunden Querschnitt haben. Bei elliptischem Querschnitt sind die Abstandhalter so zwischen den Blechen gerichtet, dass, wie Fig. 1 zeigt, die Nebenachse der Ellipse mit den Blechebenen einen rechten Winkel bildet.

Die angegebenen Formen der Abstandhalter sind besonders vom Gesichtspunkt des Schweissens vorteilhaft. Die Drahtstücke nehmen leicht die zum Widerstandsschweissen günstigste Lage ein, und zwar sind bei Drahtstücken mit elliptischem Querschnitt die Nebenachsen senkrecht zu den Blechen gerichtet, was eine stabile Lage ergibt. Dies gilt auch für die in Fig. 7, 8 und 13 gezeigten tablettförmigen Abstandhalter. Sie kehren eine bogenförmige gleichmässige Fläche der Blechseite zu, an die sie anzuschweissen sind, sodass die Gefahr der Bildung von Funken und herumspritzenden Tropfen aus geschmolzenem Metall sehr gering ist, Bei der Widerstandsschweissung kann ein gutes Wärmegleichgewicht aufrechterhalten werden, weil die Masse der Drahtstücke durch entsprechende Wahl des Durchmessers und/oder der Länge leicht den gewünschten Wert erhalten kann. Da die

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Masse der Abstandhalter vom Gesichtspunkt des Schweissens am · günstigsten ist, kann das fertige Erzeugnis eine hohe Massgenauigkeit haben. Ferner können die Abstandhalter so befestigt werden, dass sie dem Strom des Arbeitsmittels (Pfeile 8) in den Kanälen zwischen den durch die Abstandhalter miteinander verbundenen Blechen eine gleichmässig abgerundete Fläche zukehren, sodass der Strömungswiderstand im Wärmeaustauscher niedrig gehalten werden kann. Dies lässt sich ferner dadurch verbessern, dass die Abstandstücke vom drahtförmigen Ausgangsmaterial so abgetrennt, beispielsweise abgeschnitten werden, dass sie abgerundete Stirnflächen haben, wie dies Fig. 2 und 4 erkennen lässt.

Die Abstandhalter werden durch elektrisches Widerstandsschweissen befestigt, wobei man von Blechstreifen ausgehen kann, zwischen denen die Abstandhalter in Reihen angeordnet und alle Abstandhalter einer Reihe gleichzeitig angeschweisst werden. Wie Fig. 14 zeigt, werden Elektroden la und 2a an die Aussenseiten der Bleche 1 bzw. 2 dem Abstandhalter 10 gegenüber angepresst, wobei ein elektrischer Strom von der einen Elektrode über das eine Blech» den Abstandhalter 10 und das andere Blech zur anderen Elektrode flieset. An den Berührungsstellen zwischen dem Abstandhalter und den Blechen schmilzt das Metall an den ' einander berührenden Teilen so stark, dass wie beim üblichen elektrischen Widerstandsschweissen eine feste Verbindung entsteht.

Abstandhalter in Form von Kugeln (Fig. 9 und 14)

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eignen sich für grosse Blechabstände, während bei kleinen Blechabständen die Kugeln eine zu kleine Masse haben und daher die Gefahr vorliegt, dass sie ganz schmelzen können. In diesen Fällen sind Tabletten nach Fig. 7, 8 und 13 oder Drahtstücke nach Fig. 2-6 geeigneter Länge vorzuziehen.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen, in denen die Abstandhalter die Form von Drähten mit kreisförmigem oder ovalem Querschnitt haben, steht jeder Abstandhalter vor dem Schweissen in Linienberührung mit den beiden Blechen. Beim \

Schweissen schmilzt das Metall an diesen Berührungslinien die in Flächen übergehen, an denen die Schweissnaht gebildet wird. Dank der Form des Abstandhalters hat diese Schweissnaht eine sehr hohe Festigkeit. Zweckmässig werden alle Abstandhalter ein und derselben Querreihe gleichzeitig angeschweisst, wobei die Bleche vor der Schweissstelle auseinandergehalten werden.

Die Bleche sind nicht nur durch die Abstandhalter, sondern auch unmittelbar an den Seiten des Wärmeaustauschers paarweise miteinander verbunden. Diese Verbindung kann in beliebiger geeigneter, gegebenenfalls an sich bekannter Weise ausgebildet werden. Zwei vom Gesichtspunkt des Schweissens besondere vorteilhafte Ausbildungen sind in Fig. 10 und 11 gezeigt, welche die Verbindung auf einer Seite des Wärmeaustauschers zeigen. Eine ähnliche Verbindung kann auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen sein. Die vier Bleche 1, 2, 3, sind paarweise derart miteinander verbunden, dass die Bleche

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1 und 2 gemäss Fig, 10 an den Rändern zueinander gebogen und durch eine Schweissnaht 11 miteinander vereinigt sind. In gleicher Weise sind die Bleche 3 und 4 durch eine Schweissnaht 11' miteinander verbunden. Die Bleche 1 und 2 bilden daher gegenüberliegende Seiten eines flachen Hohlkörpers. Dasselbe gilt für die Bleche 3 und 4. Die Hohlkörper sind miteinander durch Abstandhalter 10 verbunden, während sie im Inneren keine Abstandhalter haben. Mit Hilfe von weiteren Abstandhaltern 10' können

* die gezeigten Hohlkörper mit weiteren, darüberliegenden und darunterliegenden Hohlkörpern verbunden werden. Die Längerichtung der Abstandhalter 10, 10' liegt senkrecht zu den miteinander verbundenen Längskanten der Hohlkörper, also senkrecht zu den Schweissnähten 11, 11'. Die Abstandhalter kehren daher ihre abgerundeten Seiten der durch die F feile 9 angedeuteten Strömungsrichtung zu.

Auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 zeigt vier

) Bleche 21, 22, 23 und 24, die paarweise durch Abstandhalter

miteinander verbunden sind, und zwar durch Abstandshalter 10 zwischen den Blechen 21 und 22 und Abstandhalter 10' zwischen den Blechen 23 und 24. Alle Blechränder sind in derselben Richtung gebogen und so aneinandergeschweisst, dass die Kante 25 eines Bleches sich auf die konvexe Seite 26 eines benachbarten Bleches stützt. Dadurch ergibt sich eine steife Konstruktion, in der die Schweissverbindungen an den Seiten dee Wärmeaustauschers leicht herzustellen sind. Zum Unterschied von

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den SchweisBverbindungen an den Berührungestellen zwischen den Abstandhaltern und den Blechen wird die Verbindung an den Seiten vorzugsweise durch Elektrodenschweissung hergestellt, wobei vor dem Schweissen Zusatzmaterial verwendet wird.

Besonders breite Hohlkörper lassen sich gemäss Fig. 12 dadurch herstellen, dass zwei oder mehrere Blechstreifen 28, 29 mit hochgebogenen Rändern 30, 31 versehen werden, die aneinandergeschweisst werden, wobei im Hohlraum Abstandhalter 32 angebracht werden, die in bereits beschriebenen Weise feetgeschweisst werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abstandhalter können innerhalb der flachen Hohlkörper angebracht werden, die Kanäle für ein oder mehrere der im Wärmeaustausch stehenden Mittel bilden, und/ oder ausserhalb der Hohlkörper. Es können also sämtliche Bleche durch Abstandhalter miteinander verbunden sein.

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Claims

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Patentansprüche

Wärmeaustauscher mit einander gegenüberliegenden Blechen, die paarweise Kanäle für im Wärmeaustausch stehende Mittel bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (1, 2, 3, 4) paarweise durch Abstandhalter (10, 10') miteinander verbunden sind, die an gekrümmten Flächen durch elektrisches Wi der standsschweissen mit den Blechen fest vereinigt sind, wobei der Krümmungsradius dieser Flächen gleich oder grosser als der halbe Abstand zwischen den.Blechen ist, die durch die Abstandhalter miteinander verbunden sind.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter (10, 10'} aus Drahtstücken bestehen, die in Reihen zwischen den sie miteinander verbindenden Blechen (1, 2, 3, 4) angeordnet sind und einen kreisförmigen oder ovalen, beispielsweise elliptischen Querschnitt haben sowie derart

" zwischen den Blechen angebracht sind, dass die Nebenachse der

Ellipse einen rechten Winkel mit den Blechebenen bildet,
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Bleche zwecks Bildung von flachen Hohlkörpern paarweise durch Schweissen entlang einander gegenüberliegender Kanten miteinander vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter zwischen Blechen angebracht sind, deren Kanten miteinander verbunden sind, und dass die Längsachsen der Abstandhalter parallel zu den Blechen und vorzugsweise senkrecht su

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den Blechkanten liegen.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Bleche zwecks Bildung von flachen Hohlkörpern paarweise durch Schweissen entlang einander gegenüberliegender Kanten miteinander vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter zwischen den Hohlkörpern so angebracht sind, dass sie eine Wand (2) eines Hohlkörpers mit der gegenüberliegenden Wand (3) eines benachbarten Hohlkörpers verbinden, wobei ihre Längsrichtung parallel zu den Wänden und vorzugsweise senkrecht zu den miteinander verbundenen Wandkanten der Hohlkörper liegt. "
5. Wärmeaustauscher nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegende Ränder der Bleche gebogen sind, wobei die Ränder auf einer* Seite des Wärmeaustauschers in derselben Richtung gebogen sind und wobei die Bleche ■o zusammengesetzt und aneinandergeschweisst sind, dass die Kante (25) eines Bleches (21) sich auf die konvexe Seite (26) eines benachbarten Bleches (22) stützt.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn- J zeichnet, dass die Abstandhalter aus Kugeln (10) bestehen.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter die Form von Tabletten haben, wobei die Blechebenen mit den Tangentialebenen an den gekrümmten Flächen der Tabletten zusammenfallen.

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ORIGINAL JYSPECTED

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