DE2701633A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit mehreren einander in einer Reihe benachbarten Wärmeaustauschelementen. Von den beiden wärmeaustauschenden Strömungsmitteln strömt das eine im Innern und das andere auf der Außenseite der Wärmeaustauschelemente, von denen jedes aus zwei Blechen besteht, die denselben Umriß haben und durch einen Preßvorgang oder dergleichen mit Ausbauchungen versehen worden sind. Die beiden Bleche sind so montiert, daß sie einander berühren und die konvexen Flächen ihrer Ausbauchungen auswärtsgekehrt sind. Diese verformten Teile der Bleche begrenzen auf der Innenseite einen Strömungskanal für das erstgenannte Strömungsmittel. Die durch den Preßvorgang nicht verformten Teile der Bleche liegen flächig aneinander und sind dicht miteinander verbunden. Diese Teile bilden Stege, welche mit den die Strömungskanäle bildenden Teilen einstückig sind und die Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauschelemente vergrößern.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung eines derartigen Wärmeaustauschers, in dem das Strömungsmittel, das sich in dem Raum zwischen dem Mantel des Wärmeaustauschers und den Wärmeaustauschelementen befindet, senkrecht zu den Ebenen der plattenförmigen Wärmeaustauschelemente strömen kann. Diese Strömung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die die genannten Stege bildenden Teile der Bleche Öffnungen für den Durchtritt des auf der Außenseite vorhandenen Strömungsmittels besitzen.

Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, die Herstellungskosten des Wärmeaustauschers herabzusetzen und sein Betriebsverhalten zu verbessern. Aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung geht hervor, wie diese und weitere Vorteile erzielt werden. Dabei wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In diesen zeigt

Fig. 1 schaubildlich ein Wärmeaustauschelement nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 in einer Draufsicht das Wärmeaustauschelement gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in größerem Maßstab im Axialschnitt Teile von zwei einander benachbarten Wärmeaustauschelementen gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 schaubildlich eine Anordnung von Wärmeaustauschelementen in Form von rechteckigen Platten,

Fig. 5 in einer Draufsicht ein Wärmeaustauschelement gemäß einer dritten Ausführungsform,

Fig. 6 in einer Draufsicht ein Wärmeaustauschelement gemäß einer vierten Ausführungsform,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6 und

Fig. 8 schaubildlich einen Teil eines Elements gemäß einer fünften Ausführungsform.

Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Wärmeaustauschelement 1 besteht im wesentlichen aus einer kreisförmigen Blechscheibe 2. Im allgemeinen werden mehrere dieser Elemente so übereinandergestapelt, daß alle Elemente auf einer gemeinsamen geometrischen Mittellinie in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind. Wie bereits erwähnt wurde, strömt das eine der beiden Strömungsmittel in dem Wärmeaustauscher in dem Raum zwischen dem Mantel und den Wärmeaustauschelementen und das andere Strömungsmittel im Innern der Wärmeaustauschelemente. Alle in den Wärmeaustauschelementen ausgebildeten Strömungskanäle können miteinander verbunden sein. Man kann die Wärmeaustauschelemente aber auch in zwei oder mehr Gruppen teilen und die Strömungskanäle der zu jeder Gruppe gehörenden Wärmeaustauschelemente miteinander verbinden. In diesem Fall ist jede dieser Gruppen mit einem eigenen Eintritt und einem eigenen Austritt für das im Innern der Wärmeaustauschelemente strömende Strömungsmittel versehen.

Jede Platte 2 besteht aus zwei Blechen 3 und 4, die in den in den Figuren 1, 2 und 5 gezeigten Ausführungsformen im Umriß kreisförmig und in den Figuren 4 und 6 im Umriß rechteckig sind. Es wurde bereits erwähnt, daß die Bleche durch einen Preßvorgang oder dergleichen mit Ausbauchungen 5 von im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet worden sind. Die Ausbauchungen 5 der beiden zu einem Wärmeaustauschelement gehörenden Bleche 3 und 4 liegen einander gegenüber und bilden daher einen rohrförmig begrenzten Strömungskanal 6, dessen Eintrittsende mit 9 und dessen Austrittsende mit 10 bezeichnet ist. In der Zeichnung erkennt man, daß dieser Eintritt und dieser Austritt im Bereich des Außenrandes des Wärmeaustauschelements angeordnet sind. Der Strömungskanal 6 hat im allgemeinen einen unregelmäßigen Verlauf. In den Figuren 1 und 2 bildet er eine zweigängige Spirale und in den Figuren 4, 5 und 6 eine Schlangenlinie.

Die zwischen den Teilstrecken des Strömungskanals 6 angeordneten, ebenen Stegteile 7 der beiden Bleche 3 und 4 sind miteinander verbunden, vorzugsweise durch Schweißnähte, so daß der Strömungskanal 6 gegenüber der Fuge zwischen den Blechen abgedichtet ist. Derartige Schweißnähte sind vorzugsweise auf beiden Seiten des Strömungskanals 6 in nächster Nähe desselben vorgesehen. Dadurch wird ein Strömungskurzschluß zwischen Strecken des Strömungskanals 6 verhindert und ein weiterer, noch wichtigerer Effekt erzielt, der darin besteht, daß die zwischen den Teilstrecken des Strömungskanals 6 vorgesehenen Stege gemäß Fig. 3 mit Ausnehmungen 8 ausgebildet werden können, so daß das auf der Außenseite der Wärmeaustauschelemente befindliche Strömungsmittel allgemein rechtwinklig zu den Ebenen der Wärmeaustauschelemente strömen kann, anstatt zickzackförmig zwischen diesen zu strömen. Der auf diese Weise erzielte Strömungsverlauf hat den Vorteil, daß der Mantel 13 des Wärmeaustauschers die Wärmeaustauschelemente mit geringer Toleranz umgeben kann, so daß der Wärmeaustauscher kompakter wird und die Strömung des äußeren Strömungsmittels leichter vorherbestimmt werden kann, in erster Linie durch die Wahl der Größe und/oder Anzahl der Ausnehmungen 8.

Zur Erläuterung des zuletztgenannten Vorteils sind in Fig. 2 verschiedenartig geformte Ausnehmungen 8 gezeigt. In der Fig. 2 erkennt man ferner, daß der Mantel 13 die Wärmeaustauschelemente satt passend umgibt. Man kann die Ausnehmungen 8 durch einen Stanz- oder Schneidvorgang ausbilden, so daß die Herstellungskosten herabgesetzt werden. Ein weiterer durch die Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß sie in hohem Maße eine Verwendung von genormten Teilen ermöglicht. Innerhalb weiter Grenzen kann man Wärmeaustauschelemente von gegebener Größe und mit gegebener Anordnung des Strömungskanals in Wärmeaustauschern verwenden, die sich hinsichtlich der Wärmeaustauschkapazität und anderer wesentlicher Kennwerte voneinander unterscheiden. Dazu ist es nur erforderlich, die Anzahl, Größe und Anordnung der Ausnehmungen 8 entsprechend zu wählen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß man nach der Inbetriebnahme des Wärmeaustauschers den Gesamt-Strömungsquerschnitt der Ausnehmungen auf einfache Weise vergrößern kann, wenn sich dies als zweckmäßig oder notwendig erweist.

In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist jedes Wärmeaustauschelement an seinem Eintritt 9 und seinem Austritt 10 mit je einem Stutzen 11 versehen, der in eine entsprechende Öffnung in der Wand des Strömungskanals 6 eines benachbarten Wärmeaustauschelements eintreten kann, so daß die Wärmeaustauschelemente untereinander durch Verbindungsleitungen oder Steigrohre 12 verbunden sind. Da diese Steigrohre in Bezug auf den Umriß der Wärmeaustauschelemente zentral angeordnet sind, können auch die Wärmeaustauschelemente in dem Mantel 13 zentral angeordnet werden, wobei sich der Außenrand jedes Wärmeaustauschelements in nächster Nähe der Innenwandung des Mantels befindet, wie dies vorstehend erwähnt wurde.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Wärmeaustauschelemente allgemein rechteckig, jedoch an jeder ihrer vier Ecken mit einer Einkerbung 14 ausgebildet, die in ihrer Form dem Außenquerschnitt eines Steigrohrs 12a, 12b, 12c oder 12d entspricht. In den Einkerbungen 14 befinden sich die Steigrohre 12 auch in diesem Fall vollständig innerhalb der Füllfläche der Wärmeaustauschelemente. Die beiden Enden des Strömungskanals 6 jedes zweiten Wärmeaustauschelements sind mit zwei ihnen benachbarten Steigrohren, z.B. 12a und 12b und die übrigen Wärmeaustauschelemente sind mit den beiden anderen Steigrohren, z.B. 12c und 12d, verbunden. Jedes Wärmeaustauschelement ist dauernd nur mit jenen beiden Steigrohren verbunden, mit denen sein Strömungskanal 6 in Verbindung steht. Das heißt, daß die Wärmeaustauschelemente von den sie tragenden Steigrohren vorragen. Infolge dieser Anordnung kann der Wärmeaustauscher leichter hergestellt und zur Reparatur, Kontrolle oder Reinigung leichter auseinandergenommen werden, weil nach der Abnahme des Mantels von der von den übereinander angeordneten Wärmeaustauschelementen und den Steigrohren gebildeten Anordnung die beiden Hälften dieser Anordnung voneinander getrennt werden können. Man kann die mechanische Festigkeit der von den Wärmeaustauschelementen und den Steigrohren gebildeten Anordnung erhöhen, indem man die einzelnen Wärmeaustauschelemente durch zwischen ihnen angeordnete, geeignete Abstandhalter (nicht gezeigt) aufeinander abstützt.

Die in Fig. 5 dargestellte Form des Strömungskanals 6 ist besonders vorteilhaft, wenn sich dicke Rohre 15 durch die Wärmeaustauschelemente hindurch erstrecken.

Die in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausnehmungen sind durch einen Stanz- und Biegevorgang hergestellt worden.

Durch den Stanzvorgang werden Zungen 16 erzeugt, die dann aus der Symmetrieebene des Wärmeaustauschelements auswärtsgebogen werden. Man kann zwar alle Zungen in derselben Richtung abbiegen, doch ist es vorteilhafter, einander benachbarte Zungen in einander entgegengesetzten Richtungen zu biegen, wie dies in den Figuren 7 und 8 gezeigt ist.

Der Unterschied zwischen den Figuren 7 und 8 besteht darin, daß in Fig. 7 die zu den Strömungskanälen 6 rechtwinklige Abmessung der Ausnehmungen 8 größer ist als die Gesamtlänge von zwei einander gegenüberliegenden Zungen, das heißt, daß beim Stanzen ein zwischen den Zungen vorhandener Teil des Bleches entfernt worden ist.

Nachstehend werden die durch die Zungen erzielten Vorteile erläutert. Zunächst wird der Strömungsquerschnitt für das durch die Ausnehmungen 8 tretende Strömungsmittel vergrößert. Zweitens wird durch die wiederholte Umlenkung dieses Strömungsmittels eine Turbulenz erzeugt. Beide Effekte verbessern die Wärmeübertragung zwischen den beiden Strömungsmitteln. Drittens können die Zungen auch als Abstandhalter oder Stützglieder dienen, wenn der Strömungskanal 6 eines Wärmeaustauschelements auf den Rändern der Zungen 16 eines benachbarten Wärmeaustauschelements aufliegt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.

Claims (5)

1. Wärmeaustauschelement für einen Wärmeaustauscher, in dem mehrere dieser Wärmeaustauschelemente einander benachbart sind, wobei das Element aus zwei Blechen besteht, die einander an ihren Breitseiten berühren und miteinander verbunden sind und verformte Teile besitzen, die einen Strömungskanal für eines der wärmeaustauschenden Strömungsmittel bilden, sowie mit den den Strömungskanal bildenden Teilen einstückige Stegteile, wobei das andere Strömungsmittel in dem Wärmeaustauscher die Außenflächen der Wärmeaustauschelemente bestreicht, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stegteilen (7) Ausnehmungen (8) ausgebildet sind, durch die das an zweiter Stelle genannte Strömungsmittel allgemein rechtwinklig zu der Symmetrieebene des Wärmeaustauschelements strömen kann.

2. Wärmeaustauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Eintritts- und dem Austrittsende des Strömungskanals (6) je ein Stutzen (11) vorgesehen ist, der aus einem mit den Blechen einstückigen, verformten Teil besteht und dazu dient, in dem Wärmeaustauscher die Strömungskanäle von einander benachbarten Wärmeaustauschelementen unter Bildung von Verbindungsleitungen (12) für das in den Strömungskanälen strömende Strömungsmittel miteinander zu verbinden.

3. Wärmeaustauschelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (12) in Einkerbungen (14) am Rand des Wärmeaustauschelements innerhalb des Umrisses desselben angeordnet sind, so daß der Mantel (13) des Wärmeaustauschers die Wärmeaustauschelemente satt passend umgeben kann.

4. Wärmeaustauschelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Ausnehmungen (8) in einem Stanzvorgang Zungen (16) gebildet und von der Fuge zwischen den Blechen (3, 4) weg auswärtsgebogen werden.

5. Wärmeaustauschelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einander benachbarte Zungen (16) in einander entgegengesetzten Richtungen gebogen werden.