DE2910005A1

DE2910005A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2910005A1
Application number: DE19792910005
Authority: DE
Inventors: Karl Lang; Karl Dipl Ing Link; Guenter Martin; Karl-Dietrich Dipl Ing Prein; Hermann Dipl Phys Dr Rer Stehr
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1980-09-18
Also published as: JPS55123992A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 79 P 3 04 0 BRD

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wärmetauscher dieser Art, wie sie vorzugsweise für geschlossene, kreislaufgekühlte elektrische Maschinen vorgesehen sind, werden aus voneinander beanstandeten Flächenelementen aus Metallblechen mit darauf parallel zueinander aufgelöteten oder aufgeschweißten Kühlrohren gebildet, wobei die Enden der vom äußeren Kühlmedium durchströmten Kühlrohre in endseitigen plattenförmigen Halteteilen befestigt sind, die den Raum für das innere Kühlmedium stirnseitig begrenzen.

Die Befestigung der Kühlrohre in den plattenförmigen Halteteilen muß dicht sein, was einen aufwendigen Fertigungsvorgang bedingt. Auch ist das Auflöten bzw. Aufschweißen der Kühlrohre auf den Flächenelementen aufwendig und der direkte Wärmeübergang von den Kühlrohren an die Flächenelemente wegen der linienartigen kleinflächigen* Berührungsstellen begrenzt, so daß nur eine begrenzte

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Wärmemenge von den Kühl rohren durch Wärmeleitung langsam abfließen kann und somit der Wärmeübergang nur von einer Teiloberfläche der Kühleinheit zum äußeren Kühlmedium erfolgt. Die Durchmesser und damit die lichten Querschnitte der Kühlrohre sind begrenzt, so daß sich solche Wärmetauscher praktisch nur für Flüssigkeit als Kühlmedium im Rohrinneren eignen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen geringeren Aufwand bei der Herstellung, eine größere Freizügigkeit in-der Wahl der Kühlkanalquerschnitte nach Form und Größe und eine bessere Wärmeabführung durch vergrößerte Wärmeübergangsflächen erlaubt und dadurch insbesondere als Gas/Gas-Wärmetauscher geeignet ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auf einfache Weiae durch die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 .

Die einzelnen Kühleinheiten können auf einfache Weise aus bekannten walzverschweißten und aufgeblähten Blechplatinen gebildet sein, wobei die zwischen den parallelen Schweißzonen aufgeblähten Ausbuchtungen die Kühlkanäle bilden.

Die Kühleinheiten können aber auch aus verschweißten oder andersartig verbundenen Wellblechen gebildet sein, wobei die Wellbleche vorteilhafterweise ineinanderpassende Quereicken zur Versteifung und zur Verwirbelung des die Kühlkanäle durchströmenden Kühlmediums aufweisen können. Die Strömung außerhalb der Kühlkanäle kann durch die Quersicken eine Richtungsführung erfahren. Die durch eine Verwirbelung erreichbare Verringerung der Grenzschichtdicke der Strömung kann auch durch Quersicken geringer Höhe erreicht werden, wobei diese Quersicken nicht ineinander zu passen brauchen.

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Die stirnaeitigen Enden der Kühieinheiten können von angepaßten oder aich anpassenden stapelbaren Abschlußkörpern eingefaüt und diese in zusammenpre libaren Profilrahmen fixiert sein. Die Abschlußkörper können durch härtbare Klebemittel oder dauerelastische Massen abgedichtet zusammengehalten werden. Bei freier Anordnung der Kühleinheiten haben die Abschlußkörper zumindest auf den ihren Kühieinheiten zugewandten Seiten eine entsprechende passende Kontur und können an den abgewandten Seiten eben sein, was das dichte Stapeln insofern erleichtert, ala die Kühleinheiten vor dem Zusammenpressen durch den Profilrahmen gegeneinander verstellbar sind. Bei Anordnung der Kühleinheiten auf Lücke können die innenliegenden Abschlußkörper aus einem querschnittskonstanten Band aus dauerelastischem Kunststoff bestehen.

Alle Abschlußkörper sind ebenso wie die Kühleinheiten von gleicher Gestalt und Größe, was die Lagerhaltung sehr vereinfacht. Sie können je nach Bedarf abgelängt werden.

Bei der Herstellung der Kühleinheiten aus aufblasbaren Blähplatinen können die noch ebenen Platinen endseitig zwischen die im Profilrahmen eingespannten Abschlußkörper geklemmt aufgeblasen werden, so daß die Abschlußkörper als zumindest endseitig formgebende Profillehren dienen und eine nachträgliche Montage der aufgeblasenen und vorher gelagerten Blähplatinen entfallen kann.

Pur die Flächenelemente können als Gießformen dienende dünnwandige zuaammengehaltene Abschlußkörper zum Herstellen eines an der Kühleinheit verbleibenden stapelbaren Endteils dienen, die nach dem Aushärten des Endteils abgenommen werden. Die im Profilrahmen eingespannten Endteile dienen zum dichten Stapeln.

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Aus den beiden Flächenelementen können auch KUhleinheiten mit angeformten stapelbaren Endteilen solcher Art gebildet sein, daß die den Enden der Kühlkanäle einer Kühleinheit vorgeordneten ebenen Endteile an jeder Stirnseite einen für alle Kühlkanäle gemeinsamen Anschlußraum bilden, der das Zu- und Abströmen des äußeren Kühlmediums verbessert und je nach der Lage seiner Begrenzungswände auch eine unmittelbare seitliche Zu- und/oder Abführung des betreffenden Kühlmediums ermöglicht. 10

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung nachfolgend erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Endansicht eines Teiles eines Wärmetauschers mit Halteteilen vor dem Zusammenfügen,

Fig. 2 einen Teil einer aus Wellblechen zusammenzufügenden Kühleinheit mit Quersicken,

Fig. 3 die Vorderansicht zweier gestapelter Kühleinheiten mit übereinanderliegenden Künlkanälen und diesen angeformten vorgeordneten Anschlußräumen an jeder Stirnseite,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand der fig. 3,

Fig. 5 eine Vorderansicht zweier gestapelter Kühleinheiten mit auf Lücke versetzten und ineinanderragenden Oberflächen,

Fig. 6 Vorderansicht von Kühlkanälen besonderer Dimensionierung .

Der Wärmetauscher nach Fig. 1 enthält aus aufgeblasenen Blähplatinen gebildete Kühleinheiten 1. Die beiden Platinen sind an den ebenen Stellen 1b miteinander verschweißt oder anderweitig verbunden und weisen durch Aufblasen entstandene Ausbuchtungen 1a auf, die die Kühlkanäle 4 bilden. Die Kühlkanäle 4 sind Teil der gesamten Platinen,

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so daß dadurch ein ungehinderter Wärmefluß von den Kühlkanälen weg nach allen Seiten innerhalb der Kühleinheiten erfolgen kann.

Die Enden der Kühleinheiten 1 sind zwischen den stapelbaren und an die Außenkonturen der Kühleinheiten angepaßten Seiten 2b sowie glatte Seiten 2a aufweisenden Anschlußkörper 2 dicht eingefügt und diese in einen Profilrahmen 3 eingespannt, der in der Zeichnung etwas entfernt von diesen angedeutet ist, im Betrieb aber eng anliegt. Die Kühlkanäle 4 einer Kühleinheit 1 sind zu den Kühlkanälen 4 der jeweils benachbarten Kühleinheiten auf Lücke versetzt angeordnet, so daß die lichten Querschnitte für das innere Kühlmedium zwischen den Kühleinheiten überall praktisch gleich sind. Dies ist dann der Fall, wenn gemäß Fig. 6 bei vorgegebener Form des Doppeltrapezes ABCDC¹B' unter Vernachlässigung der Wanddicke die Länge DA * BC + 2.d.tg Ί ist. Dabei sind der Winkel \ BAB' = 2«4 und d der praktisch überall gleiche Abstand zwischen den sich gegenüberstehenden ebenen Flächen der auf Lücke gestapelten Kühleinheiten. Werden die Strömungswiderstände der beiden Querschnittssysteme als gleich angesehen (was in der Regel nicht der Fall ist), so läßt sich das Optimale d_ herleiten aus der Forderung, daß die Volumina (Querschnitt χ Einheitslänge J. Papierebene) beider Systeme innerhalb der Elementarzelle JX₁X₂X₅X.! gleich sein müssen, Durch die wellenartigen Wege für das innere Kühlmedium (Querstromkühler) ergeben sich kühlgünstige Wirbelbildungen bei relativ kleinen Strömungswiderständen.

Fig. 2 zeigt eine Kühleinheit, die aus zwei Wellblechen mit Ausbuchtungen 5a und dazwischenliegenden ebenen Stellen 5b zusammengeschweißt oder anderweitig verbunden ist. Quer zu den Kühlkanälen 6 sind in gleichmäßigen Abständen ineinanderpassende Quersicken 7 und 8 vorge-

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sehen, die die Kühleinheit versteifen und in den Kühlkanälen 6 bei unverändertem lichten Querschnitt wirbelerzeugende Leitflächen für das innere Kühlmedium bilden. Die Quersicken 7 ragen jeweils in das Innere der Kühlkanäle 6 vor, wogegen die Quersicken 9 im Innern der Kühlkanäle entsprechende Rinnen bilden.

Sie Kühleinheiten nach den Fig. 3 und 4 bestehen aus je zwei gepreßten Flächenelementen 9, die parallele Ausbuchtungen 9a zur Bildung von Kühlkanälen 10 und dazwischenliegenden ebenen Stellen 9b aufweisen, an denen sie miteinander verschweißt oder anderweitig verbunden sind. An den Stirnenden jedes Flächenelementes 9 sind abgebogene ebene Endteile 9c vorgesehen, die ein beabstandetes Stapeln von Kühleinheiten ermöglichen, wobei die Endteile 9c einen für alle Kühlkanäle 10 gemeinsamen Anschlußraum bilden, der die Zu- und Abführung des äußeren Kühlmediums von vorne oder seitlich erlaubt. Die Kühlkanäle 10 liegen dabei jeweils übereinander, so daß sich für das innere Kühlmedium fast gleiche (versetzte Anordnung) oder wechselnde (fluchtende Anordnung) lichte Querschnitt ergeben.

Eine besonders platzsparende Anordnung der Kühleinheiten 11 läßt sich gemäß Fig. 5 dadurch erreichen, daß die Kühleinheiten mit ihren Kühlkanälen 12 auf Lücke und ineinanderragend beabstandet sind, so daß sich praktisch gleichbleibende liohte Querschnitte für das innere Kühlmedium ergeben.

10 Patentansprüche
6 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Wärmetauscher mit innenseitig von einem ersten Kühlmedium umströmten parallelen, umfangeseitig geschlossenen und mit Flächenelementen verbundenen Kühlkanälen für ein zweites (äußeres) Kühlmedium, die von endseitigen, den Raum für das erste Kühlmedium stirnseitig begrenzenden Halteteilen umfaßt sind, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei durch gegenüber- liegende parallelverlaufende Ausbuchtungen in zwei an den dazwischenliegenden Stellen zumindest an den äußeren Begrenzungen dichtend aneinanderliegenden Flächenelementen gebildete Kühlkanäle eine Kühleinheit bilden und mindestens zwei solcher Kühleinheiten voneinander beabstandet von den Halteteilen umfaßt sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Kühleinheiten in zueinander parallelen Ebenen angeordnet mit ihren Kühlkanälen zueinander parallel liegen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlkanäle der benachbarten KÜhleinheiten zueinander auf Lücke versetzt sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlkanäle einer Kühleinheit jeweils in die zwischen den Kühlkanälen liegenden Räume der benachbarten KÜhleinheiten ragen und die Breite der Kühlkanäle so an die Breite der dazwischenliegenden Stellen angepaßt iat, daß sich im wesentlichen überall gleiche Strömungsquerschnitt für das erste Kühlmedium ergeben.

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5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kühleinheit bildenden beiden Flächenelemente quer zu den Ausbuchtungen erstreckte ineinanderpassende, versteifende Quersicken aufweisen, die in den Kühlkanälen bei unverändertem lichten Querschnitt wirbelerzeugende Leitflächen für das zweite Kühlmedium bilden.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Quersicken mit der Längsrichtung der Kühlkanäle von 90 abweichende Richtungen bilden, so daß die Quersicken zur Strömungsführung zwischen den Kühleinheiten beitragen.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß quer zu den Stiömungsriehtungen eine Vielzahl von Quersicken von geringer Erhebung auf den Oberflächen angebracht sind.
8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühleinheit an beiden Stirnseiten jeweils mit einem einen gemeinsamen Anschlußraum für dessen Kühlkanäle "bildenden stapelbaren Endteil zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist und die abdichtend aufeinandergeetapelten Endteile aller Kühleinheiten von einem Halterahmen an jeder Stirnseite zusammengehalten sind.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühleinheit an ihren Enden so ausgeformt ist, daß die Kühleinheiten ohne zusätzliche Endteile abdichtend stapelbar sind.
10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden

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Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle in den Kühleinheiten von unterschiedlicher Größe aind und unterschiedlichen Abstand voneinander haben.

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