DE2543074A1

DE2543074A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2543074A1
Application number: DE19752543074
Authority: DE
Inventors: Neal Anderson Cook; Norman Francis Costello; Dennis Clare Granetzke
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1976-06-24
Also published as: CA1033350A; GB1487023A; US3991821A; JPS5186858A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-ε MÖNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfetraße 10

Dr. r.r. not. W. KÖRBER * «*» *»·^M Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

Patentanwälte 26. September 1975

LIODINE MANÜPAOTÜEING GOMPAIfY
Dekoven Avenue
Bacine, Wisconsin, V.St.A.

Patentanmeldung Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher.

In vielen Fällen ist es erforderlich, einen Austausch von V/ärme zv/ischen zwei Fluden herbeizuführen. Als Beispiel sei ein Rekuperator genannt, wie er als Vorwärmer verwendet wird, um Luft mit Hilfe einer heißen Flüssigkeit zu erwärmen. Als weiteres Beispiel sei die Rückgewinnung von Wärme aus Rauchgasen zum Zweck des Vorwärmens einer Flüssigkeit genannt. Durch die Erfindung ist ein Wärmetauscher geschaffen worden, der sich auf ideale Weise als verstellbare Einrichtung zum Rückgewinnen von Wärme benutzen läßt, z.B. als Rekuperator, der dazu dient, Wärme aus Ofenabgasen zurückzugewinnen, deren Temperatur i]
tragen kann.

Temperatur in manchen Fällen bis zu etwa 1.100 C oder mehr be-

Bei dem Wärmetauscher nach der Erfindung läßt sich die Menge der zurückgewonnenen Wärme entsprechend dem jeweiligen Wärmebedarf mit Hilfe bewegbarer Umlenkorgane oder Klappen regeln. Wenn sich die Abgase auf einer Temperatur von über 1.100 C befinden, läßt sich die in den Abgasen enthaltene Wärme zurückgewinnen, um ein anderes Flud vorzuwärmen. Wenn jedoch die zurückgewonnene Wärme dazu dienen soll, Luft zu erwärmen, mittels welcher z.B. in einer Fabrik Arbeitsräumen Wärme zugeführt werden soll, kann es vorkommen, daß die Menge der zurückgewinn-

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baren Wärme zu groß ist, und daß es daher erwünscht ist, nur einen bestimmten Teil der verfügbaren VJärme zurückzugewinnen.

Eines der Merkmale der Erfindung besteht darin, daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher verstellbar ist, so daß er es ermöglicht, geregelte Wärmenengen unter Benutzung bewegbarer Regelklappen oder Umlenkorgane von einem Plud auf ein anderes Plud zu übertragen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es %eigt:

Fig. 1 Einen Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 durch eine Äusführungsform eines Wärmetauschers;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Fig. 2 ähnelnden Schnitt, in dem jedoch bestimmte Umlenkorgane ihre Öffnungsstellung einnehmen; und

Fig. 4 einen Fig. 2 und 3 ähnelnden Schnitt, in dem jedoch eins zweite Ausführungsform eines Wärmetauschers dargestellt ist.

Die in Fig. 1*2 und 3 dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum Austauschen von Wärme zwischen von einander getrennt strömenden Fluden weist eine erste Leitungsanordnung 11 auf, zu der durch einen Abstand getrennte Kanäle gehören, bei denen es sich im vorliegenden Fall um in Abständen voneinander angeordnete Rohre 12 handelt, die mit Wärmeaustauschrippen 13 versehen sind, und durch die ein erstes Flud geleitet werden kann, bei dem es sich im vorliegenden Fall um Wasser handeln kann.

Den Rohren 12 wird das erste Flud bzw. die Flüssigkeit über

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eine Verteilerleitung 14 so zugeführt, daß es in Form paralleler Ströme durch die verschiedenen Rohre 12 fließt, von denen sich jedes annähernd über einen Vollkreis erstreckt. Das eine Ende jedes Rohrs 12 ist an die Verteilerleitung 14 angeschlossen, während das andere Ende jedes dieser Rohre mit einer Sammeloder Austrittsleitung 15 verbunden ist. Eine solche Anordnung mit kreisbogenförmig gekrümmten Rohren, einer Verteilerleitung und einer Sammelleitung ist in der US-Patentschrift 2 346 beschrieben.

Die durch die Rohre 12 und die Rippen 13 gebildete erste Leitungsanordnung 11 ist von einem zweiten Kanal 16 für ein zweites Plud 17 umgeben, bei dem es sich im vorliegenden Fall um Luft handeln kann» In diesem zweiten Kanal 16 ist im Bereich der ersten Leitungsanordnung 11 ein erstes Umlenk- oder Leitorgan 18 angeordnet, das sich gemäß Fig. 2 quer zu dem zweiten Kanal 16 erstreckt und der ersten Leitungsanordnung 11 zugeordnet bzw. bezogen auf die Strömungsrichtung des Fludes 17 dem in die Strömungsrichtung welsenden Ende der ersten Leitungsanordnung 11 benachbart ist. Das erste Umlenkorgan 18 ist mit einem Durchlaß bzw. einer öffnung 19 versehen, die im wesentlichen konzentrisch mit dem ringförmigen ersten Umlenkorgan und der allgemein zylindrischen ersten Leitungsanordnung 11 angeordnet ist.

Damit es möglich ist, das zweite Flud 17 so durch den Wärmetauscher zu leiten, wie es in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet ist, ist in der öffnung 19 des ersten Umlenkorgans 18 ein zweites Umlenkorgan 20 angeordnet, daß einen zum Umlenken einer Strömung dienenden Abschnitt 29 aufweist, welcher sich von dem ersten Umlenkorgan 18 aus entgegen der Strömungsrichtung des zweiten Fludes erstreckt und dazu dient, das zweite Flud 17 vom mittleren Teil des Wärmetauschers aus in seitlicher Richtung so umzulenken, daß es zwischen den Rohren 12 der ersten Leitungsanordnung 11 durchströmt, um in Wärmeaustauschbeziehung mit den Rohren zu treten. Außerdem ist ein drittes Um-

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lenkorgan 2i vorhanden, das cemäß Fig· 2 am in die Strömungsrichtung weisenden Ende des stehend angeordneten Gehäuses 25 angeordnet ist, das einen Teil des zweiten Kanals 16 abgrenzt. Dieses dritte Umlenkorgan 21 veranlaßt das zweite Flud 17, in Richtung des Pfeils 22 wieder nach innen zu dem Hauptteil 25 des zweiten Kanals 16 zu strömen. Somit bewirkt das zweite Umlenkorgan 20 in Verbindung mit dem dritten Umlenkorgan 21, daß das zweite Flud 17 "zuerst seitlich nach außen umgelenkt wird, damit es zwischen den Rohren 12 hindurchströmt, um in Uarmeaustauschbeziehung mit diesen Rohren zu treten, und daß das zweite Flud dann um den äußeren Rand des ersten Umlenkorgans herum zu dem Hauptteil 23 des zweiten Kanals 16 geleitet wird. Gemäß Fig· 2 und 3 ist das erste Umlenkorgan 18 ringförmig ausgebildet und so angeordnet, daß sein äußerer Rand die erste Leitungsanordnung 11 überlappt und über die erste Leitungsanordnung hinweg nach außen ragt, während der innere Rand 19 des ersten Umlanfcorgans^r eine Anschlußstelle für das den Fludstrom umlenkende zweite Umlenkorgan 20 bildet.

Damit ein"Fludstrom durch den zweiten Kanal 16 geleitet werden kann, ist ein Einlaßkanal 24 vorhanden, der zu dem Hauptgehäuse 05 ftlhrt, an das sich ein Auslaßkanal 26 anschließt; in dem Auslaßkanal 26 1st ein durch einen Motor 27. antreibbares Gebläse 28 angeordnet. Bas zweite Umlenkorgan 20 setzt sich aus zwei auseinande^schwenkbaren Teilen 30 und 31 zusammen, die symmetrleen ausgebildet und angeordnet sind und bei ihrer Schließstellung eine Scheitelkante 29 bilden, welche dem über den Einla0kanal zugefiihrten Fludstrom zugewandt ist; Jedoch lassen sich die beiden Teile 30 und 3I gemäß Fig. 3 zum öffnen auseinMjjierschwfinken, so daß das zweite Flud 17 den.Wärmetauscher läsgs des Pfeils 32 geradlinig durchströmen kann. Bei der Aueftlhrüngefonn nach Fig. 1 bis 3 schützen die Teile 30 und 31 des 'zwelt&h Üralenkorgans 20 in ihrer Öffnungsstellung die Rohre 12 der ersten Leitungsanordnung 11 gegen das Flud 17* so daß dieses Flud auf seinem Wege zu dem Auslaßkanal 26 in einem erheblich geringerem Ausmaß erhitzt wird, als es erhitzt

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würde, wenn die beiden Teile 30 und 31 ihre Schließstellung nach Fig. 1 und 2 einnehmen. Somit ist es möglich, die Wärmemenge zu regeln, die von dem durch die Rohre 12 strömenden Plud auf das Plud 17 übertragen wird.

Damit die Teile 30 und 31 des zweiten Umlenkorgans 20 nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden können, sind beide Teile jeweils an einem Rand mit Hilfe von Achsen 33 und 34 schwenkbar gelagert, und diese Achsen können durch einen I"otor 35 über in Pig. 1 bis 3 nur schematisch angedeutete Gestängeglieder 36, 37 und 38 gedreht werden.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform eines Wärmetauschers ähnelt der vorstehend anhand von Fig. 1 bis 3 beschriebenen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind jedoch von einem Flud durchströmbare Rohre 39 in einer größeren Anzahl vorhanden, und dieser Wärmetauscher weist außerdem zwei erste Umlenkorgane auf, die längs eines zweiten Kanals 40 in einem Abstand voneinander angeordnet sind; außerdem ist ein ringförmiges zusätzliches Umlenkorgan 41 vorhanden, das den beiden Umlenkorganen 18 ähnelt, sich jedoch von der äußeren Umfangsfläche der ersten Leitungsanordnung 42 aus nach außen zur benachbarten Innenwand des zweiten Kanals 40 erstreckt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 läßt sich natürlich der Wärmeaustausch im Vergleich zu der ersten AusfUhrungsform in einem erheblich größeren Ausmaß regeln. Die beiden zweiten Umlenkorgane 20 lassen sich unabhängig von den beiden ersten Umlenkorganen 20 öffnen und schließen, so daß dann, wenn beide Paare von Umlenkorganen 20 geschlossen sind, das zweite Flud in Richtung des Pfeils 43 von innen nach außen zwischen den Rohren 42 einer ersten Gruppe hindurchstr^mt, dann in Richtung des Pfeils 44 zwischen den Rohren 42 einer zweiten Gruppe hindurch, hierauf wieder in Richtung des gestrichelten Pfeils 45 zwischen den Rohren 42 einer dritten Gruppe hindurch und schließlich wieder von außen nach innen zwischen Rohren

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einer vierten oder letzten Gruppe, so daß das zweite Flud insgesamt viermal zwischen Rohren voneinander nacligeschalteten
Gruppen von Rohren hindurchströmt. Wenn beide Paare von sweiten Umlenkorganen 20 ihre Öffnungsstellung einnehmen, wird der Wärmetauscher nach Fig. 4 entsprechend dem gestrichelten Pfeil 46 geradlinig durchströmt, wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 2 der Fall ist, wenn die beiden Umlenkorgane 20 geöffnet sind» Werden gemäß Fig. 4 die beiden unteren Umlenkorgane 20 geöffnet, während die beiden oberen Umlenkorgane 20
geschlossen sind, strömt das zweite Flud in Richtung des gestrichelten Pfeils 45 durch den Wärmetauscher. Natürlich könnte man Sätze von Umlenkorganen 18, 20 und 41 in jeder beliebigen Anzahl hintereinander schalten, um bei dem Wärmetauscher den gewünschten Bereich der Regelbarkeit zu erzielen.

Ansprüche:

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Herbeiführen eines Wärmeaustausches zwischen getrennt voneinander strömenden Pluden, gekennzeichnet durch eine erste Leitungsanordnung (11) mit mehreren in Abständen verteilten, von einem ersten Flud durchtrennbaren Kanälen bzw. Rohren (12), einen von einem zweiten Plud (17) durchströmbaren, die erste Leitungsanordnung umgebenden zweiten Kanal (16), ein erstes Leitorgan (18), das sich im Bereich der ersten Leitungsanordnung quer zur Längsachse des zweiten Kanals erstreckt und eine den Kanälen bzw. Rohren benachbarte, von dem ersten Plud durchströmbare öffnung (19) aufweist, ein zweites Leit- bzw. Umlenkorgan (20), das in der genannten öffnung angeordnet ist und einen Strömungsumlenkteil aufweist, der sich von dem ersten Leit- bzw. Umlenkorgan aus entgegen der Strömungsrichtung des zweiten Pludes erstreckt und dazu dient, das zweite Flud seitlich nach außen so umzulenken, daß es zwischen den Kanälen bzw. Rohren der ersten Leitungsanordnung (11) hindurchströmt, um in Wärmeaustauschbeziehung damit zu treten, sowie ein drittes Leit- bzw. Umlenkorgan (21), das auf der von dem ersten Leitbzw. Umlenkorgan abgewandten Seite der ersten Leitungsanordnung und in der Strömungsrichtung hinter dem ersten Leit- bzw. Umlenkorgan angeordnet ist, so daß das zweite Plud durch die Umlenkorgane veranlaßt wird, in seitlicher Richtung zwischen den Kanälen bzw. Rohren hindurchzuströmen, die in der Strömungsrichtunc vor dem ersten Umlenkorgan angeordnet sind, und dann i r, seitlicher Richtung von außen nach innen zwischen Kanälen bzw. Rohren hindurchzuströmen, die gegebenenfalls in der Strömungsrichtung Jenseits des ersten Umlenkorgans angeordnet sind, so daß das zweite Plud dem zweiten Kanal erneut zugeführt wird,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kanäle bzw. Rohre (12) mehrere in der Längsrichtung hintereinander angeordnete Sätze von Rohren

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bilden, urea, äaß je zwei einander benachbarten Sätzen von Rohren jeweils ein erstes Umlenkorgan (18) und ein zweites Umlenkorgan (20) zugeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die hintereinander angeordneten Sätze von Rohren (39) .mit nach innen vorspringenden ersten Umlenkorganen (10) versehen sind, die mit sich nach außen erstreckenden weiteren ersten Umlenkorganen (4i) abwechselnd so angeordnet sind, daß sie zusammen mit den genannten zweiten Umlenkorganen (20) einen wellenförmig gekrümmten Strömungsweg (45) für das zweite Plud abgrenzen, das nacheinander zwischen den Rohren der aufeinander folgenden Sätze hindurchströmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zu jedem zweiten Umlenkorgan (20) voneinander abhebbare Teile (30, 3I) gehören, die sich so voneinander entfernen lassen, daß sie einen von Hindernissen im wesentlichen freien Strömungsweg für das den zweiten Kanal (16, 4o) durchströmende zweite Flud (17) abgrenzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η:';.e t , daß längs des ersten Kanals bzw. der ersten Leitungsanordnung (42) und des zweiten Kanals (4o) mehrere erste Umlenkotfgane (18) und mehrere zweite Umlenkorgane (20) so angeordnet sind, daß sie in der Längsrichtung aufeinander folgende Sätze von ümlenkorganen bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das bzw. jedes zweite Umlenkorgan (20) voneinander trennbare Teile (30* 30 aufweist, die so voneinander weg bewegbar sind, daß sie einen von Hindernissen im wesentlichen freien Strömungsweg für das zweite Plud (17) innerhalb des zweiten Kanals (16) abgrenzen und hierbei im wesentlichen verhindern, daß das zweite Flud im Bereich des zweiten

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Umlenkorgans zwischen den Leitungen bzw. Rohren (12) hirclurchströmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g ο 1: ο η η zeichnet , daß die bewegbaren Teile (30, 31) dos bzw. jedes zweiten Unlenkorgans (20) in ihrer geöffneten Stellung den Leitungen bzw. Rohren (12) derart benachbart sind, daß sie das Hindurchströmen des zweiten Fludes (17) zwischen der Rohren hindurch verhindern.

8. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e 1·: e η r zeichnet , daI3 zu den in Abständen verteilten Kanälen durch Abstände getrennte Rohre (12) einer ersten Leitungsanordnung (11) gehören, und daß das erste Umlenkorgan (io) und das dritte Urnlenkorgan (41) so angeordnet sind, daß Ihre Ebenen im wesentlichen quer zur Längsachse der ersten Leitungsanordnung verlaufen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zum Umlenken des Fludstroms dienende Teil des zweiten Umlenkorgans (20) eine allgemein konische Form hat, und daß der Scheitelabschnitt (29) dieses Umlenkorgans dem Strom des zweiten Fludes (17) zugewandt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet , daß der zum Umlenken des zweiten Fludes (17) dienende Abschnitt des bzw. jedes zweiten Umlenkorgans (20) voneinander weg bewegbare Teile (JO₃ 3O aufweist, von denen jeder mit einer Lagerung (33* 3²O versehen ist, damit sich die Teile voneinander weg bewegen lassen, um einen von Hindernissen im wesentlichen freien Strömungsweg für das den zweiten Kanal (ΐβ) durchströmende Flud abzugrenzen.

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