Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft die Formgebung von Wärmeaustauschern mit einer technisch und wirtschaftlich grössmöglichen Leistung, wobei es gleichgültig ist, ob die treibende Druckdifferenz künstlich (Ventilator) oder natürlich (Auftrieb) erzeugt wird.
Der Wärmeaustauscher nach der.Erfin- dung besitzt wärmeaustauschende Teile, die als Gitter angeordnet sind und Kanäle für das Hindurchströmen eines wärmeaustau schenden Mediums. bilden, derein einander zu gekehrten Wände der Kanäle parallel zuein ander verlaufen, wobei die gesamte in Strö mungsrichtung gemessene Kanaltiefe kleiner ist als die Strecke der instationären Strö mung und die als Parallelgitter ausgebildeten, wärmeaustauschenden Teile in einem Schacht angeordnet sind.
Als Strecke der instationären Strömung wird die Länge eines Kanals verstanden, innerhalb welcher veränderliche Geschwin digkeitsprofile auftreten. Die anliegende Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Er findung.
Fig. 1 zeigt das idealisierte Schema des Wärmeaustauschers.
Fig. 2 zeigt einen Wärmeaustauscher mit wärmeaustauschenden Teilen in einem kon- vergenten-divergenten Schacht. Fig. 3 zeigt einen Wärmeaustauscher in einem gebogenen Schacht mit aUmleitflächen zur Änderung der Strömungsrichtung.
Fig. 4 zeigt einen Wärmeaustauscher in einem Schacht, bei dem in Strömungsrich tung gesehen der Diffusor vor-, die Düse nachgeschaltet ist.
Fig. 5 zeigt einen Wärmeaustauscher im Schnitt und in der Seitenansicht.
Fig. 6 zeigt den Wärmeaustauscher nach Fig. 5 im Schnitt und in Draufsicht.
Fig. 7 zeigt den Wärmeaustauscher nach Fig. 5 im Querschnitt.
Fig. 8 zeigt eine weitere mögliche Ausbil dung eines. Wärmeaustauschers im Schnitt und in Seitenansicht; im Prinzip nach Fig. 2.
Fig. 9 zeigt den Wärmeaustauscher nach Fig. 8 im Schnitt und in Oberansicht.
Fig. 10 zeigt den Wärmeaustauscher nach Fig. 8 im Querschnitt.
Fig. 11 zeigt einen Wärmeaustauscher im Schnitt mit einem Ventilator vor den wärme austauschenden Teilen und einem Kurz diffusor.
Fig. 12 zeigt den Wärmeaustauscher nach Fig. 11 um 90 gedreht.
Fig. 13 zeigt einen Wärxneaustauscher mit einem Ventilator hinter den wärmeaustau schenden Teilen. Fig. 14 zeigt den Wärmeaustauscher nach Fig. 13 um 90 gedreht.
Fig. 15 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmeaustauscher nach Fig. 13.
Fig. 16 zeigt wärmeaustauschende Teile aus Blech mit aus diesem ausgeprägten Kurz rippen in Oberansicht.
Fig. 17 zeigt die Teile nach Fig. 16 im Schnitt und in Vorderansicht.
Fig. 18 zeigt die Teile nach Fig. 16 im Schnitt und in Seitenansicht.
Fig. 19 zeigt eine weitere Möglichkeit eines Wärmeaustauschers aus Blech mit aus geprägten Kurzrippen.
Fig. 20 zeigt einen Schnitt nach Fig. 19, von vorn gesehen.
Fig.21 zeigt einen Querschnitt nach Fig. 19.
Fig. 22 zeigt einen Schnitt durch einen Wärmeaüstauscher in Form eines Konvek tors, der parallel zur Schnittebene durch ebene Platten begrenzt ist.
Fig. 23 und 24 zeigen weitere Ausbildun gen von Konvektoren.
Der Wärmesustauscher nach. Fig. 1 be sitzt mehrere übereinander oder nebenein ander angeordnete Wärmeaustauschflächen 1, die parallel in einem Abstand s voneinander angeordnet sind und eine bestimmte Breite b aufweisen. Zwischen diesen Austauschflächen strömt das zu erwärmende oder zu kühlende Medium hindurch, wobei eine Erwärmung oder Kühlung desselben eintritt.
Die wärmeaustauschenden Teile 1 sind nach Fig. 2 von einem Schacht 2 umgeben, dessen Querschnitt sich vor und hinter den Teilen 1 ändert, indem sich der Kanal einer seits zu einer Düse 3 verjüngt und anderseits zu einem Diffusor 4 erweitert. Der Schacht kann derart ausgebildet sein, dass in diesem zur Umlenkung der Strömungsrichtung be sondere Leitflächen 5 angeordnet sind, wie Fig.3 zeigt oder aber die Umleitung des durchströmenden Mediums kann durch bo genförmige Gestaltung der wärmeaustau schenden Teile 6 selbst erfolgen.
Schliesslich kann zur Umleitung des durchströmenden Mediums der Schacht selbst bogenförmig ver laufen, wie. auch in Fig. 3 dargestellt.
Die Düse oder der Diffusor kann in Strö mungsrichtung des Mediums gesehen den wärmeaustauschenden Teilen vor- oder nach geschaltet werden. Stets bleibt jedoch der Wärmeaustauseher zwischen Düse und Dif- fusor.
Die wärmeaustauschenden Teile können, wie in Fig. 5-7 ersichtlich, als Rippen 7 ge ringer Tiefe ausgebildet sein, die an Hohl körpern 8, welche von einem Heiz- oder Kühlmittel durchflossen werden, wärme leitend befestigt sind. Diese Teile 7, 8 selbst bilden Düsen und Diffusoren, indem die Hohl körper 8, an denen die Gitter bildenden Rip pen 7 befestigt sind, an ihrem Kopfende ab gerundet sind, daran anschliessend eine ebene Fläche haben und sich an ihrem hintern Ende stark verjüngen und zu einer Schneide auslaufen.
Einander benachbarte Hohlkörper bilden somit mit ihren zueinandergekehrten Wänden, die parallel zueinander verlaufen, Kanäle mit vorgeschalteter Düse und einem nachgeschalteten Diffusor. Die Kanaltiefe ist stets kleiner als die Strecke der instationären Strömung.
Die Hohlkörper 8 können als Hohlprofile aus Blech gefertigt sein. Die Befestigung mit den parallelen Wärmeaustauschblechen 7 er folgt dann dadurch, dass in diese von der Hin terkante ausgehende Einschnitte ausgeschnit ten sind, die einen kleineren Umriss als das Profil 8 haben, damit dieses mit Druck ein geschoben werden kann. Da das Hohlprofil 8 etwas zusammengepresst wird, diese Pressung jedoch nicht so stark ist, um seine Elastizi- tätsgrenze zu überschreiten, ist die Verbin dung der Bleche mit dem Hohlprofil stets fest.
Sofern darüber hinaus noch bessereWärme- übergangswerte zwischen Hohlprofil und Ble chen gewünscht werden, können diese in be kannter Weise in ein Zinkbad getaucht wer den, um eine lückenhafte Verbindung der Teile auszufüllen.
Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen weitere mög liche Ausführungsformen. Der Wärmeaus- Lauscher besteht in diesem Fall aus einem Gusskörper, der aus mehreren Einzelgliedern durch Nabenverbindung zu einer grösseren Einheit zusammengesetzt wird. Diese Einheit ist an eine nicht dargestellte Wärme- oder Kältezuführungsleitung angeschlossen.
An die von einem Heiz- oder Kühlmittel durch strömte Hohlkörper 9, gekennzeichnet durch parallele Seitenwände, vorgeschaltete Düsen und nachgeschaltete Diffusoren, sind recht winklig flächenförmig abstehende Rippen 10 angegossen, die ebenfalls an ihrem vordern Kopfende abgerundet sind und an ihrem Profilende sich zu einer Schneide zuspitzen. Es können aber auch an einem Hohlkörper zwei Reihen 10, 10a hintereinander angeord net sein, wobei dann hintereinanderliegende Rippen in der Höhe zueinander versetzt sind.
Die Fig. 11 und 12 zeigen einen Wärme austauscher in einem konvergent-divergenten Schacht. Die -die Kurzrippen 11 tragenden Hohlprofile 12 sind als Umlenkgitter aus gebildet und bewirken einen fächerförmigen, über die ganze Breite verteilten Austritt des strömenden Mediums. Die Seitenwände 13 des Schachtes lenken den divergent austre tenden Strom wieder in eine parallele Strö mungsbahn.
Am Ende des Schachtes sind Umleitflächen 14. zur Verteilung der Luft in den Raum vorgesehen. Fig. 13 zeigt einen ähnlichen Wärmeaustauscher in einem nach dem gleichen Prinzip arbeitenden konver- gent-divergenten Schacht, wobei jedoch der Ventilator im Diffusor liegt, der das Medium durch den Wärmeaustauscher ansaugt und nach hinten herausdrückt:
Die Hohlkörper 15 sind ebenfalls stromlinienförmig ausgebildet und die Rippen 1 geringer Tiefe sind an ihren Enden 16 leicht abgebogen, so dass be nachbarte Wärmeaustauschflächen an ihren Enden Diffusoren bilden.
Eine weitere Ausbildungsform zur Gestal tung von wärmeaustauschenden Teilen nach der Erfindung ist in den Fig. 16 bis 21 dar gestellt. An den von Heiz- oder Kühlmitteln durchströmten Rohren 17 sind Bleche 18 grösserer Tiefe angebracht, die ihrerseits unterteilt sind in durch Schlitze getrennte, ' aus der Blechebene herausstehende Blech- ; streifen 19. Bei dem in den Fig. 19 bis 21 dar gestellten Rippenelement mit durch Schlit zen von Blechstreifen entstandenen Einzel rippen, sind die 'Streifen in vier Einzel rippen durch Schlitze 20 geteilt.
Das Hohl rohr 21 hat angenäherte Tropfenform und steht im Winkel zur Längsachse der Blech streifen.
In Fig. 22 ist ein Wärmeaustauscher als Konvektor im Schnitt mit . parallel zur Schnittebene liegenden Begrenzungsplatten dargestellt. Die Erwärmung erfolgt durch die waagrecht eingebauten hohlen, Wärmeaus tauschenden Teile, die am Auslass Diffusoren bilden, um die Luft in der Richtung der Pfeile fächerartig zu verteilen. Die Vorderwand 23 des Konvektors kann gewölbt sein, wodurch der Konvektor bei grösseren Bauhöhen und bei geringer Blechstärke eine ausreichende Steifigkeit erhält.
Mit 24 ist ein um den Dreh punkt 25 herausklappbares Verdunstungs gefäss mit der gekrümmten vordern Diffusor- begrenzung bezeichnet. 26 ist eine Regulier klappe und hintere Begrenzung des Diffusors. Mit ihren zum Einsetzen nach unten offenen Gegenlagern 27 ist sie. in den beiden an den Seitenbegrenzungen angebrachten Schneiden 28 gelagert. -Das Gegengewicht 28a und die richtige Lage des Aufhängepunktes sorgen für eine kraftfreie Betätigung durch die Re gulierrolle 29. Die Vorderwand 23 verläuft parallel zur Rückwand.
Mit 30 sind fächer= artig angeordnete Ablenkproile am Austritt bezeichnet, die nach vorn - hin stärker ab lenken als zur Rückwand hin. Um die Aus trittsöffnung zum Zwecke der Verringerung dei Austrittsenergie zu vergrössern, kann diese auch auf den obern Teil der Vorderwand aus gedehnt werden. Dabei empfiehlt sich, die waagrechte Austrittsebene mit einer grösseren Rundung 31 in die Vorderwand übergehen zu lassen, um möglichst günstige Strömungsver hältnisse zu schaffen. Aus Zweckmässigkeits gründen springt die Vorderbegrenzung im untern Teil bis zur Stelle 32 zurück.
Die Vor derseite des Verdunstungsgefässes 25 kann eine Deckplatte besitzen, falls der Wärmeaus- tauscher mit dem Diffusor als fertiges, selb ständiges Aggregat verwendet wird. Die Art der Ausbildung der Vorderseite des Gerätes sowie die Anordnung und Ausbildung der ein Parallelgitter bildenden Wärmeaustau- scherteüe ergibt eine düsenartige Verengung der Luftzuführung bis in das Parallelgitter hinein,
während die allmähliche Erweiterung der Luftzuführung im letzten Teil des Par allelgitters beginnt und anschliessend in den Diffusor übergeht.
h'ig.23 zeigt einen Konvektor, dessen wärmeaustauschende Teile als durchgehende Blechrippen 33 auf die Stirnseiten der waage recht verlaufenden Hohlprofile 34 aufgesetzt sind und ein fächerförmiges Ablenkgitter für einen Diffusor bilden. Einen Konvektor mit gusseisernen wärme austauschenden Teilen zeigt Fig. 24. Es sind einzelne Glieder 35 vorgesehen, deren durch strömte Teile stromlinienförmigen Quer schnitt haben und durch Naben 36 zu Ein heiten beliebiger Länge verbunden werden.
Die Hohlprofile 35 tragen au ihren Stirn seiten Rippen 37, die ein Umlenkgitter bil den, um den eintretenden Luftstrom in die senkrechte Schachtrichtung umzulenken.
Da der Wärmeübergang entscheidend durch die Tiefe der wärmeabgebenden Teile beeinflusst wird und zur Erhaltung des opti malen Spaltverhältnisses ohnehin kurze wär meaustauschenden Teile am günstigsten sind, haben sich Kanaltiefen von weniger als 100 mm, vorzugsweise weniger als 60 mm für Gusseisen bzw. 40 mm für Blech am zweck mässigsten erwiesen.
Der Wärmeaustauscher kann als Kon vektor mit natürlichem Zug ausgebildet sein, bei dem die Eintrittsebene des Gitters an nähernd senkrecht verläuft und an der untern Begrenzung des Konvektors beginnt, wobei die das Gitter bildenden Teile im senkrechten Schnitt derart gekrümmt sind, dass sie die annähernd waagerecht eintretende Luft in die senkrechte Richtung umlenken. Die Heizkörper und der anschliessende Diffusor können zusammen ein selbständiges Aggregat bilden.
Heat exchangers The invention relates to the shaping of heat exchangers with a technically and economically greater performance, regardless of whether the driving pressure difference is generated artificially (fan) or naturally (buoyancy).
The heat exchanger according to the invention has heat-exchanging parts which are arranged as a grid and channels for a heat-exchanging medium to flow through. Form, derein facing walls of the channels parallel zuein other, the total channel depth measured in the direction of flow is smaller than the distance of the unsteady flow and the parallel grid designed, heat-exchanging parts are arranged in a shaft.
The length of a channel within which variable speed profiles occur as the section of the unsteady flow is understood. The accompanying drawing shows embodiments of the invention.
Fig. 1 shows the idealized scheme of the heat exchanger.
2 shows a heat exchanger with heat-exchanging parts in a convergent-divergent shaft. Fig. 3 shows a heat exchanger in a curved shaft with diverting surfaces for changing the direction of flow.
Fig. 4 shows a heat exchanger in a shaft, seen in the direction of flow direction, the diffuser upstream, the nozzle is connected downstream.
Fig. 5 shows a heat exchanger in section and in side view.
FIG. 6 shows the heat exchanger according to FIG. 5 in section and in plan view.
FIG. 7 shows the heat exchanger according to FIG. 5 in cross section.
Fig. 8 shows another possible embodiment of a. Heat exchanger in section and in side view; in principle according to FIG. 2.
FIG. 9 shows the heat exchanger according to FIG. 8 in section and in top view.
FIG. 10 shows the heat exchanger according to FIG. 8 in cross section.
Fig. 11 shows a heat exchanger in section with a fan in front of the heat exchanging parts and a short diffuser.
FIG. 12 shows the heat exchanger according to FIG. 11 rotated by 90.
Fig. 13 shows a Wärxneaustauscher with a fan behind the Wärmeaustau restricting parts. FIG. 14 shows the heat exchanger according to FIG. 13 rotated by 90.
FIG. 15 shows a cross section through the heat exchanger according to FIG. 13.
Fig. 16 shows heat-exchanging parts made of sheet metal with short ribs formed from this in a top view.
FIG. 17 shows the parts according to FIG. 16 in section and in front view.
FIG. 18 shows the parts according to FIG. 16 in section and in side view.
19 shows a further possibility of a heat exchanger made of sheet metal with short ribs embossed.
FIG. 20 shows a section according to FIG. 19, seen from the front.
FIG. 21 shows a cross section according to FIG. 19.
Fig. 22 shows a section through a heat exchanger in the form of a Konvek sector, which is delimited parallel to the sectional plane by flat plates.
Fig. 23 and 24 show further Ausbildun conditions of convectors.
The heat exchanger after. Fig. 1 be sitting several one above the other or next to one another arranged heat exchange surfaces 1, which are arranged in parallel at a distance s from each other and have a certain width b. The medium to be heated or cooled flows between these exchange surfaces, heating or cooling of the same occurring.
The heat exchanging parts 1 are surrounded by a shaft 2 according to FIG. 2, the cross section of which changes in front of and behind the parts 1 by the channel tapers on the one hand to a nozzle 3 and on the other hand widened to a diffuser 4. The shaft can be designed in such a way that special guide surfaces 5 are arranged in it to deflect the flow direction, as shown in FIG. 3, or the diversion of the medium flowing through can be carried out by bow-shaped design of the heat exchanging parts 6 themselves.
Finally, to divert the medium flowing through, the shaft itself can run in an arc shape, as. also shown in FIG.
The nozzle or the diffuser can be connected upstream or downstream of the heat-exchanging parts in the direction of flow of the medium. However, the heat exchanger always remains between the nozzle and the diffuser.
The heat-exchanging parts can, as can be seen in Fig. 5-7, be formed as ribs 7 ge ringer depth, which are attached to hollow bodies 8, which are flowed through by a heating or cooling medium, thermally conductive. These parts 7, 8 themselves form nozzles and diffusers by the hollow body 8, on which the grid forming Rip pen 7 are attached, are rounded at their head end, then have a flat surface and taper sharply at their rear end and run out to a cutting edge.
Hollow bodies that are adjacent to one another thus form, with their walls facing one another, which run parallel to one another, channels with an upstream nozzle and a downstream diffuser. The channel depth is always smaller than the distance of the unsteady flow.
The hollow bodies 8 can be manufactured as hollow profiles made of sheet metal. The attachment with the parallel heat exchange plates 7 he then follows in that in this terkante outgoing incisions are ausnit th, which have a smaller outline than the profile 8 so that this can be pushed in with pressure. Since the hollow profile 8 is compressed somewhat, but this pressure is not so strong as to exceed its elasticity limit, the connection between the metal sheets and the hollow profile is always firm.
If, in addition, better heat transfer values between the hollow profile and sheet metal are desired, these can be immersed in a zinc bath in a known manner in order to fill in a gap between the parts.
8, 9 and 10 show other possible embodiments. In this case, the heat exchanger consists of a cast body which is assembled from several individual links to form a larger unit by means of a hub connection. This unit is connected to a heating or cooling supply line, not shown.
The hollow body 9 flowing through a heating or coolant, characterized by parallel side walls, upstream nozzles and downstream diffusers, are molded at right angles, planar ribs 10, which are also rounded at their front head end and taper to a cutting edge at their profile end . However, two rows 10, 10a can also be arranged one behind the other on a hollow body, with ribs lying one behind the other then being offset in height from one another.
11 and 12 show a heat exchanger in a convergent-divergent shaft. The hollow profiles 12 carrying the short ribs 11 are formed as deflection grids and cause a fan-shaped outlet of the flowing medium that is distributed over the entire width. The side walls 13 of the shaft direct the divergent ausre border flow back into a parallel flow path.
At the end of the shaft deflection surfaces 14 are provided for distributing the air into the room. Fig. 13 shows a similar heat exchanger in a convergent-divergent shaft working according to the same principle, but with the fan in the diffuser, which sucks the medium through the heat exchanger and presses it out to the rear:
The hollow bodies 15 are also streamlined and the ribs 1 of small depth are slightly bent at their ends 16 so that adjacent heat exchange surfaces form diffusers at their ends.
Another embodiment for the Gestal device of heat exchanging parts according to the invention is shown in Figs. 16 to 21 represents. Plates 18 of greater depth are attached to the pipes 17 through which the heating or coolant flows, which in turn are subdivided into sheet metal which are separated by slots and project out of the sheet plane; strip 19. In the rib element provided in FIGS. 19 to 21 with individual ribs produced by slitting of sheet metal strips, the strips are divided into four individual ribs by slots 20.
The hollow tube 21 has an approximate teardrop shape and is at an angle to the longitudinal axis of the sheet metal strip.
In Fig. 22 a heat exchanger as a convector is shown in section. Boundary plates lying parallel to the cutting plane are shown. The heating takes place through the horizontally installed hollow, Wärmeaus exchanging parts, which form diffusers at the outlet to distribute the air in the direction of the arrows like a fan. The front wall 23 of the convector can be curved, so that the convector is sufficiently rigid in the case of greater structural heights and with a small sheet metal thickness.
An evaporation vessel with the curved front diffuser limitation, which can be folded out about the pivot point 25, is designated by 24. 26 is a regulating flap and rear limitation of the diffuser. With their counter bearings 27 open at the bottom for insertion, it is. stored in the two blades 28 attached to the side limits. The counterweight 28a and the correct position of the suspension point ensure force-free actuation by the regulating roller 29. The front wall 23 runs parallel to the rear wall.
With 30 fan = like arranged deflecting profiles are referred to at the exit, which forward - deflect more strongly than towards the rear wall. In order to enlarge the exit opening for the purpose of reducing the exit energy, it can also be extended to the upper part of the front wall. It is recommended that the horizontal exit plane merge with a larger rounding 31 into the front wall in order to create the most favorable flow conditions possible. For reasons of expediency, the front limit jumps back in the lower part to position 32.
The front of the evaporation vessel 25 can have a cover plate if the heat exchanger with the diffuser is used as a finished, independent unit. The type of design of the front of the device as well as the arrangement and design of the heat exchanger parts forming a parallel grille result in a nozzle-like constriction of the air supply into the parallel grille,
while the gradual expansion of the air supply begins in the last part of the par allelgitter and then merges into the diffuser.
23 shows a convector, the heat-exchanging parts of which are placed as continuous sheet metal ribs 33 on the end faces of the horizontally extending hollow profiles 34 and form a fan-shaped deflection grille for a diffuser. A convector with cast-iron heat-exchanging parts is shown in FIG. 24. Individual members 35 are provided whose cross-section is streamlined through flowed parts and are connected by hubs 36 to form units of any length.
The hollow profiles 35 carry au their end sides ribs 37, which bil a deflection grille to deflect the incoming air flow in the vertical shaft direction.
Since the heat transfer is decisively influenced by the depth of the heat-emitting parts and, in any case, short heat-exchanging parts are most favorable to maintain the optimal gap ratio, channel depths of less than 100 mm, preferably less than 60 mm for cast iron or 40 mm for sheet metal proven to be most useful.
The heat exchanger can be designed as a Kon vector with a natural train, in which the entry plane of the grid is almost vertical and begins at the lower boundary of the convector, the parts forming the grid are curved in the vertical section so that they enter the almost horizontally Divert air in the vertical direction. The radiators and the adjoining diffuser can together form an independent unit.