DE2605262A1

DE2605262A1 - Lamellenwaermetauscher aus durchgehendem metallband

Info

Publication number: DE2605262A1
Application number: DE19762605262
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Dr Rieger
Original assignee: Benteler Deutschland GmbH
Current assignee: Benteler Deutschland GmbH
Priority date: 1976-02-11
Filing date: 1976-02-11
Publication date: 1977-08-18

Description

Lamellenwärmetauscher aus durchgehendem Metallband
Zusatzanmeldung zu P 2 509 915.h Gegenstand der Hauptanmeldung P 2 509 915.4 ist ein Lamellenband aus Metall für särmetauscher mit vorgestanzten Ausnehmungen, vorgefertigt zur Einlage einer oder mehrerer mediumftihrender Austauscher-Rohrschlangen, bei dem im durchgehenden Metallband Vertikalschlitze und Horizontalschlitze und/oder anders geformte Ausstanzungen derart in einem sinnvollen Wechsel in Reihen angeordnet sind, damit nach mäanderförmiger Bandfaltung im Bereich der Bandfaltung durch die Vertikalschlitze Halterungen für Rohre und durch die Horizontalschlitze Freistanzungen für die Zirkulation von gasformigen oder flüssigen Medien im montierten Lamellenwärmetauscher gebildet werden.
In der Hauptanmeldung F 2 509 915.4 , die sich auf die rationelle Herstellung und Ausgestaltung der Lamellen bezieht wird zudem erlutert, wie die Lamellen erfindungsgemäB zeitsparend mit dem der den mediumführenden Rohren von außen zu verbinden sind.
In den Unteransprüchen wird es als schutzbegründend angesehen und in den aufgeführten Beispielen näher erläutert, durch die vorgesehene Faltung des vorgestanzten, durchgehenden Bandes Halterungen für Rohrschlangen an der Außenseite des Bandpaketes auszuformen. Zudem ist der Versatz der außen eingedrückten Rohrschlangen gegeneinander in Durchstromrichtung des gasförmigen oder flüssigen Austauschmediums in Beispielen erwähnt.
In Ergänzung der Hauptanmeldung besteht die zusätzliche Erfindung nun darin, daß im Lamellenpaket aus mäanderförmig gefaltetem Metallband außen im Faltbereich Rohrschlangen eingedrückt sind, und zusätzlich Innenschlangen derart in ausgeformte Schlitze der flächigen Bandbereiche eingeführt und angedrückt sind, damit die Rohre in Anströmrichtung der gasförmigen oder flüssigen Austauschmedien gegeneinander versetzt sind und, daß im Anstrombereich Verwirbelungsmittel in Form von Ausetanzungen, Prägungen und/oder aus dem Metallband ausgestellte Bleche angeordnet sind.
In der weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen eine oder mehrere innenliegende U-förmig gebogene Rohrachlangen, Innenschlangen genannt, nach der Einführung des U-förmigen, geschlossenen Teils in die durchgehende Ausnehmung, d.h. die fluchtenden Schlitze des Lamellenbandpaketes durch einfahren von Keilen oder Rollen-bestückten Druckhebeln auseinanderzudrücken und die beiden Rohre in die Endlagen der kragenartig ausgebildeten Schlitze zu drücken, um so einen besonders guten Wärmekontakt zu erreichen.
Schließlich wird vorgeschlagen, die durch den Versatz der nach dem Stanzbild festliegenden Schlitze verbleibenden ebenflächigen Bandabschnitte im Lamellenbereich so mit Formschnitten zu versehen, daß die daraus geformten und abzubiegenden Blechlappen im Umkreis der mediumführenden Rohre eine Verwirbelung des anströmenden Mediums herbeiführen.
Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile ergeben sich bei Anwendung des durchgehenden, mäanderförmig gefalteten und entsprechend ausgearbeiteten Bandes bei der Kombination von außenliegenden .Rohrschlangen und den im Bereich der Lamellenschlitze innen eingeführten und angedrückten U-förig gebogenen Innenschlangen. Dabei ist der Versatz der einzelnen Rohrschlangen in Anströmrichtung des Austauschmediums gegeneinander von besonderer Wichtigkeit.
Von der Grundidee her, mäanderförmig gefaltetes und in der Faltung bis auf einzelne Stege geöffnetes Band vom Scheitel der Faltung her anstrmen zu lassen ergeben sich Gestaltungsmöglichkeiten, die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Stanz-, Schnitt- und Prägehilder des Bandes gefunden werden.
Natürlich lassen sich wechselweise gefaltete zwischen Rohre eingefügte Metallbänder nach der Art der Automobilkuhler in Faltachsrichtung von Luft beaufschlagen. Erfindungsgemäß sind jedoch soiche Metallbandpakete ausdrücklich mit eingeschlossen, wenn die Faltbereiche wie nachfolgend vorgeschlagen für die Rohraufnahme ausgearbeitet sind.
In den folgenden Zeichnungen sind AusFührungsbeispiele schematisch dargestellt und erläutert. An dieser Stelle mu darauf hingewiesen werden, daß in den Zeichnungen nur Beispiele für eine große Anzahl von erfindungsgemäE ausgestalteten Möglichkeiten dargestellt werden.
In derFolge wird der besseren Lbersichtlichkeit wegen die Erfindung an Hand von 4-reihigen Särmetauschern erläutert.
Grundsätzlich eingeschlossen sind auch Lamellenwärmetauscher mit 3,5 oder mehr Reihen von Austauscherrohren.
Figur 1: Lamellenband-Stanzbild mit einer Reihe von Vertikal- und Horizontalschlitzen im Wechsel und zwei gegeneinander versetzten Reihen von Horizontalschlitzen.
Figur 2: Vorderansicht des gefalteten Lamellenbandpaketes und Stanzbild nach Figur 1 für zweiseitigen Rohrschlangeneindruck außen und zwei Reihen Rohrschlangen innen.
(Innenschlancen) Figur 3: Lamellanband-Stanzbild mit einer Reihe von kombinierten Vertikal- und Horizontalschlitzen, die mit zwei gegeneinander versetzten Reihen von Horizontalschlitzen wechselt.
Figur 4: Vorderansicht des gefalteten Lamellenbandpaketes und Stanzbild nnch Figur 3 fur zweiseitigen Rohrschlangeneindruck aurJen und zuei Reihen Innenschlangen.
Figur 5: Schnitt nach der Linie V - V der Figur 2.
Figur 5: Schnitt nach der Linie VI-VI der Figur 4.
Figur 7: Lamellenband-Stanzbild wie Figur 1, jedoch mit angeschnittenen und ausgebogenen Blechlappen.
Figur 8: Vorderansicht des gefalteten Lamellenbandpaketes und Stanzbild nach Figur 7.
Figur 9: Schnitt nach der Linie IX-IX der Figur 8.
Figur 10:Ausschnitt eines Lamellenbandpaketes beim Anpressvorgang de U-förmig gebogenen Innenschlange an die freigestanzten und durchgezogenen Schlitze im Lamellenbereich Figur 11:Ausschnitt aus dem Schnitt durch den Lamellenaustauscher nach Andrücken der Innenschlange und Metallverbindung Lamellen-Rohr.
Figur 12:Perspektivische Ansicht eincs montierten Lamellenwärmetauschers mit ßandvorbereitung gemäß Figur 1 Figur 1 zeigt einen Teil eines durchgehenden Lamellenbandes (1), welches in wiederkehrender Folge je eine Reihe von Vertikalschlitzen (2) und Horizontalschlitzen (3) im Wechsel und zwei Reihen Horizontalschlitze (3") eingestanzt hat.
Das Stanzbild ist ausgelegt zur Herstellung eines Lamellenwärmetauschers aus mäanderförmig gefaltetem Lamellenband mit Aufnahmen fLir außen einzudrückende serpentinenartig geformte Rohrschlangen und durchgehenden Aufnahmen für parallel einzufugende U-förmig gebogene Innenschlangen.
Die Aufnahmen ftjr die Innenschlangen, Horizontalschlitze (3) sind horizontal gegeneinander versetzt um die Hälfte des Mittenabstandes (23) der Vertikalschlitze (2).
Das Stanzbild der Reihe (2t) aus Vertikalschlitzen (2) und Horizontalschlitzen (3) im Wechsel ist gegenüber dem nächstwiederkehrenden Stanzbild derselben Art um die Hälfte des Mittenabstandes (23) der Vertikalschlitze (2) seitlich versetzt.
Durch die Anordnung im Stanzbild bedingt werden die Rohrschlangen im fertig gefalteten Lamellenwärmetauscher wechselseitig dem sie anströmenden Medium direkt dargeboten.
Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, daß die horizontal versetzten Reihen der Horizontalschlitze (3") spiegelbildlich zu den Mittellinien der Reihen 24 u. 25, den späteren Faltebenen, angeordnet sind. Die Rundung der Schlitze (3'') sind als Kragen (26) durchgezogen, damit sich für die später einzuführenden Innenschlangen (27) eine größere Anlagefläche ergibt. Es ist selbstverständlich, daß die Kragen (26) für den Lamellenbereich nach der nächstfolgenden Faltung entgegengesetzt, d.h. also als Kragen (26') durchgezogen werden lassen. Es soll damit erreicht werden, daß die Kragen in Einführrichtung der Innenschlangen (27) gut anliegen.
In Figur 2 ist die Vorderseite des gefalteten 4-reihigen Lamellenbandpaketes nach dem Stanzbild der Figur 1 dargestellt. Die sich durch die Bandfaltung ergebenden Rohrhalterungen sind mit (6) gezeichnet. Die Rohrschlangen (7) werden von außen eingedrückt. Die Umkehrstücke (28) der Innenschlangen (27) sind sichtbar.
Figur 3 zeigt Reihen von kombinierten Vertikal- und Horizontalschlitzen, d.h., kreuzförmigen Ausstanzungen (12).
Die Reihen der kreuzförmigen Ausstanzungen (12) sind die späteren Faltebenen (29), zu denen die versetzt angeordneten Horizontalschlitze (3") wiederum spiegelbildlich angeordnet sind. Nach der Faltung ergeben die schmalen Stege (14) zusammen mit der endseitig verbleibenden Bandverbindung die Distanzhalterungen von Lamelle zu Lamelle.
In Figur 4 ist die Vorderansicht eines gefalteten 4-reihigen Lamellenbandpaketes nach dem Stanzbild der Figur 3 dargestellt. Dabei fluchten die beidseitig von außen in das Paket eingedrückten Rohrschlangen (7 u. 7') in Anströmrichtung gesehen. In Anströmrichtung sind die Innenschlangen (27 u. 27') jeweils um 1/3 des Mittenabstandes (30) der Kreuzformigen Ausstanzungen (12) gegenüber 12 und gegeneinander versetzt.
Die Anströmungsverhältnisse des Lamellenbandpaketes gemaß Figur 4 sind unterschiedlich gegenüber denen des Lamellenbandpaketes gemäß Figur 2. Alle Mediumführenden Rohrschlangen sind in Reihen angeordnet. Die Luftverwirbelung erfolgt ein-oder ausstroseitig durch die schmalen Stege (14).
In Figur 5 ist ein Schnitt nach der Linie V-V de Figur 2 geführt, wobei die Rohrschlange im oberen Bereich als (7) geschnitten wird und iin unteren Bereich ansichtlich als (7') dargestellt ist.
Von den Innenschlangen (27 u. 27') ist der Umkehrbogen (28) und (27') selbst im Schnitt gezeigt.
In Figur 6 ist ein Schnitt nach der Linie VI-VI der Figur 4 geführt, wobei die Rohrschlangen (7 u. 7') im Schnitt dargestellt sind. Die seitlich eingeführten, U-förmig gebogenen Innenschlangen (27 u. 27') sind erkennbar Die Anzahl der Reihen ist beliebig, d.h. in einem Lamellenbandpaket mit zwei außen eingedrUckten Rohrschlangen können theoretisch beliebig viele Reihen Innenschlangen angeordnet werden Zur Verdeutlichung der Möglichkeiten wird in den beispielhaft dargestellten Stanzbildern jedoch stets von 4-reihigen Lamellenbandpaketen ausgegangen.
Ausgehend vom Versatz der Rohrschlangen gegeneinander wird versucht einen größeren Anteil Laminarströmung in eine turbulente Strömung umzuwandeln. Hierzu wird jedem Innenrohr in Anstromrichtung ein Jirbelblech (313 vorgeschaltet. Dabei handelt es sich um 2- oder 3-seitig freigestanzte und aus der Lamellenebene abgabogene Blechlappen (32).
Aus Figur 7 ist ersichtlich, inwelcher eise das Stanzbild Figur 1 ergänzt wird. Sie vorhin beschrieben sind Blechlappen (32) vorgesehen, die abgewickelt als Wirbelbleche (31) in Anstremrichtung von den Austauscherrohren beim kompletten Wärmetauscher wirksam werden.
In Figur 8 ist die Vorderseite eines gefalteten 4-reihigen Lamellenbandpaketes nach Stanzbild Figur 7 dargestellt.
In Figur 9 ist ein Schnitt nach der Linie IX.-IX der Figur 8 geführt, wobei die Rohrschlange im oberen Bereich als (7) geschnitten wird und im unteren Bereich ausschl. als (7') dargestellt ist.
Von den Innenschlangen (27 u. 27') ist der Umkehrbogen (28) und (27') selbst im Schnitt gezeigt. Die Stellung der Mirbelbleche (31) ist klar erkennbar.
In Figur 10 ist ein Ausschnitt eines Lamellenwärmetauschers im Schnitt dargestellt. Dabei ist erkennbar, in welcher Leise die Ausnehmungen der Horizontalschlitze (3") durchgezogen sind. Im Beispiel ist das Lamellenband (1') für die Aufnahme der U-förmig gebogenen Innenschlangen (27'l) fluchtend ausgestanzt und die gesamten Stanzränder des Schlitzes (3') sind als Gesamtkragen (33) durchgezogen.
Die von der Zeichnungsseite gesehen links einfahrenden Druckkeile (34) drücken mit den Druckrollen (35) die U-förmig gebogenen Innenschlangen (27") durch auseinanderdrücken in die Endlagen der Gesamtkragen (33). Die Druckkeile (34) können auch längsgeteilt und mit den Schenkeln an der einzuführenden U-förmig gebogenen Schlange innen anliegend sein. Dabei werden durch die in Pfeilrichtung einlaufenden Rollen die keilhälften auseinander- und die Innenschlangen dadurch in die Endlagen der Schlitze gedrückt.
Die Lamellenwärmetauscher werden, sofern sie aus Stahlband und Stahlrohren hergestellt sind, nach dem Bandfalten und dem Eindrücken der Rohrschlangen außen, sowie dem Einpressen der Innenschlangen zumeist einer Korrosionsschutzbehandlung unterzogen. In vielen Fällen erfolgt eine Behandlung durch Eintauchen in eine Zinkschmelze.
Beim Ablaufen der Schmelzbadreste verbleiben Reste (36) an den entsprechend geformten Kontaktstellen zwischen den Lamellenbandausstenzungen und den jeweils ein- oder angedrückten mediumführenden Rohren.
Die erkalteten Reste (36) der Metallschmelze füllen etwa vorhandene Fugen und vergröBern die z.T. bandartigen Berührungaflächen zwischen Lamellenband und Rohr.
Als Schmelze können verschiedenartige korrosionstechnisch günstige Legierungen von Metallen, wie Zinklegierungen oder niedrigechmelzende Kupferlegierungen oder auch Zinn eingesetzt werden.
Die Metallbedampfung ist ein weiterhin günstiges, wenn auch kostspieliges Metellbeschichtungsverfahren. Auch können die Varbindungsetellen Lamellenband-Rohrschlange und Band- Innenschlange allgemein oder gezielt durch Metallapritzen abgedeckt werden. Schließlich können im Durchlaufverfahren außen mit Kupfer bzw. Kupferlegierungen beschichtete Rohre als mediumführende Rohrachlangen eingesetzt und eingedrückt werden. Bei einer sich anschließenden, speziell gerichteten Wärmebehandlung kann, wie bereits bekannt, auch hier ein Verfüllen der Fugen und Spalte durch einlaufende Metallschmelze erreicht werden.
In Figur 12 ist ein montierter Lamellenwärmetauscher unter Verwendung von entsprechend Figur 1 vorbereitetem Band in perspektivischer Ansicht dargestellt.
Es bleibt dabei dem Anwender überlassen die von außen eingedrückten Rohrschlangen (7 u. 7') in geeignster und bekannter Leise mit den Innenschlangen (27 u. 27') verbunden anzufordern. ee

Claims

Patentansprüche: Lamellenwärmetauscher aus durchgehendem Metallband mit Vertika- und Horizontalschlitzen und/oder anders geformten Ausstanzungen, welches entsprechend der Stammanmeldung P 2 509 915.4 gestaltet und gefaltet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Limellenpaket aus mäanderförmig gefaltetem Metallband außen im Falthereich Rohrschlangen eingedrückt sind, und zusätzlich Innenschlangen derart in ausgeformte Schlitze der flächigen Bandbereiche eingeführt und angedrückt sind, damit die Rohre in Anströmrichtung der gesförmigen oder flüssigen Austauschmedien gegeneinander versetzt sind und, daß im Anströmbereich Verwirbelungsmittel in Form von Ausstanzungen, Prägungen und/oder aus dem Metallband ausgestellte Bleche angeordnet sind.
2. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z B c i h n e t , das die au9enliegenden Rohrschlangen (7) an der Einströmseite gegenüber denjenigen an der Ausstrnmseite (7') versetzt, vorzugsweise um die Halfte des Mittenabstandes (23) der Vertikalschlitze (2) versetzt sind und die Innenschlagen (27 u. 27') in Anstromrichtung gegeneinander und beide oder eine davcn auch gegenüber der Rohrschlange (7) versett angeordnet sind.
3. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n 5 t , daß die außenliegenden Rohrschlangen 7 u. 7' mit den Innenschlangen (27 u. 27') in Anströmrichtung eine seitlich versetzte Reihe bilden und die schmalen Stege (14) als Luftverwirbeler dienen.
4. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß gegenüber den außenliegenden Rohrschlangen (7 u. 7') eine Anzahl von Innenschlangen (27) oder mehrere seitlich so verschoben angeordnet sind, damit das durchströmende Austauschmedium dadurch ein oder mehrmals zur Richtungsänderung gezwungen ist.
5. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1 - 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n 5 t , daß Schnitte und/oder freigestanzte und abgewinkelte Blechlappen (32) in Anströmrichtung vor oder hinter den Innenrohren (27 u. 27') angeordnet sind und als Verwirbelungemittel für dieselben dienen.
6. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1-5, d a d u r c h g e k 5 n n z 5 i c h n e t , daß die etwa rechtwinklig abgewinkelten Wirbelbleche (31) gegenüber der Anströmrichtung die Luftströme in einem Winkel von 30 - 600 anweisen.
7. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1-6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die abgewinkelten Blechlappen (32) zwischen Reihen von Rohrschlangen (7 u. 7') und Innenschlangen (27) derart abgewinkelt als Wirbelbleche (31) angeordnet sind, damit dem Anstrmmedium hierdurch eine wiederholte Richtungsänderung aufgezwungen wird.
8. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1-7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle oder einzelne der abgewinkelten Blechlappen (32), die als Wirbelbleche (31) dienen, derart lang abgewinkelt gestaltet sind, um gleichzeitig als Abstandshalter zwischen den platinenförmig geformten Lamellenbandbereichen dienen zu können.
9. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1-8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die bei der etwa abfallosen Schlitzformung für die Innenschlange(27) anfallenden Blechlappen außerhalb des Rohrbereiches mindestens rechtwinklig abgewinkelt sind und Er die anströmenden Medien als Verwirbelungselemente dienen.
10.Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 9, da dur c h g ek e n n z e i c h n e t , daß die abewinkelten Blechlappen ein- oder mehrmals quer zur Abwinkelung aufgetrennt sind.
11. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 1-10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Bereich Gesamtkragen (33) mindestens zwischen Kragen(26) und Rohr (27....) und/oder zwischen den Rohrhalterungen und den Rohrschlangen (7 u. 7') nach Eintauchen in eine Schmelze von Metall oder Metall-Legierungen Reste(36) davon verbleiben die zur Verbesserung des Wärmeüberganges dienen.
12. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß statt der Metallschmelze Metallpulver enthaltende und bindende Kunstharze, vornehmlich Acrylharze eingesetzt werden.
13. Lamellenwärmetauscher entsprechend Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Metall aufgedampft oder aufgespritzt ist und die Verbindungsstellen Lamellenband-Rohrschlange und Band-Innenschlangen allgemein oder gezielt dadurch abgedeckt sind.
14. Verfahren zum Herstellen eines mehrreihigen Lamellenwärmetauschers mit mehrerea eingedrückten Rohrschlangen, d a d u r c h c h 9 e k e n n z e i c h n e t , daß ausgehend von einem durchgehenden Metallband dieses mit Reihen von Vertikal- und Horizontalschlitzen und/oder Kombinationen hiervon versehen und danach mäanderförmig derart gefaltet wird, daß in die bei der Blechfaltung im Bereich der Vertikalschlitze sich ergebenden Rohrhalterungen eine oder mehrere vorgefertigte Rohrschlangen ohne weitere Richtarbeit von außen eingedrückt werden; sowie daß in die im Bereich der-platinenfZrmigen Bandbereiche geschnittenen und ausgeformten und nach der-Faltung fluchtenden Schlitze eine oder mehrere Innenschlangen singeführt und angedrückt werden.