CH508188A

CH508188A - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: CH508188A
Application number: CH627168A
Authority: CH
Inventors: Dalin David
Original assignee: Dalin David
Priority date: 1965-07-20
Filing date: 1968-04-26
Publication date: 1971-05-31
Also published as: DE1751241A1; US3385356A; USB473366I5; FR95406E; GB1170553A; NL6802663A

Description

Wärmeaustauscher
Das Hauptpatent betrifft einen Wärmeaustauscher, bei dem die Trennwand zwischen den im Wärmeaustausch stehenden Medien mindestens an einer Seite zur Oberflächenvergrösserung vorragende festverbundene Oberflächenelemente aufweist, wobei die Oberflächenelemente mit unterschiedlicher thermischer Leitfähig keit ausgebildet sind und nur im heissesten Teil des Strömungspfades des wärmeabgebenden Mediums die grösste thermische Leitfähigkeit haben, während die in Strömungsrichtung nachfolgenden Oberflächenelemente den abfallenden Temperaturen entsprechend eine geringere thermische Leitfähigkeit aufweisen.

Die Fertigungskosten von Wärmeaustauschern nach dem Hauptpatent hängen in erheblichem Masse ab von den Maschinen- und Lohnkosten, die bei der Herstellung der Oberflächenelemente anfallen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, dessen Oberflächenelemente sich, ohne ihre Wirksamkeit zu beeinträchtigen, mit wesentlich geringeren Kosten fertigen lassen.

Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Oberflächenelemente aus dem gleichen Grundmaterial, nämlich eine mflachen Band aus gut wärmeleitendem Metall, welches ringsum von einem Mantel von überall gleicher Wandstärke eines anderen, weniger gut wärmeleitenden Metalls umgeben ist, bestehen und in Richtung des fallenden Gradienten der Temperaturdifferenz zwischen den Wärmeaustauschmedien proportional kleiner werdende Dicken haben, so dass sich bei im wesentlichen gleicher Bandbreite für alle Oberflächenelemente im wesentlichen gleiche Oberflächen je Längeneinheit ergeben.

Bei den beiden für die Oberflächenelemente verwendeten Metallen handelt es sich vorzugsweise im Kupfer als Kernmaterial und um einen wärmeständigen Stahl als Ummantelungsmaterial. Vorzugsweise ist das flache Band, wenn es innen aus Kupfer besteht, mit einem hitzebeständigen Metallüberzug aus vorzugsweise Nickel versehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.

In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Teilansicht eines Wärmeaustauschers mit Oberflächenelementen,
Fig. 2 eine Draufsicht zu Fig. 2,
Fig. 3 und Fig. 4 schematische Seitenansichten auf eine Walzenanordnung, mit denen das Grundmaterial für die Oberflächenelemente hergestellt wird und
Fig. 5-Fig. 8, in grösseren Masstab, Querschnitte gemäss den Schnittlinien 5-5, 6-6, 7-7 und 8-8 der Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen vier Abschnitte I, II, III und IV eines Wärmeaustauschers, bei dem eine Trennwand 22 zwischen den im Wärmeaustausch bestehenden Medien an der einen Seite mit Oberflächenelementen 50 versehen ist. Diese Oberflächenelemente 50 werden von dem einen Strömungsmittel in Richtung des in Fig. 1 angegebenen Pfeiles A umströmt. Dieser Pfeil gibt auch an, in welcher Richtung der Gradient der Temperaturdifferenz zwischen den beiden im Wärmeaustausch stehenden Medien abfällt.

Bei der Massanfertigung der Oberflächenelemente wird von einem Bimetalldraht 51 ausgegangen, der in der in Fig. 3 und 4 dargestellten Weise verarbeitet und anschliessend zur Herstellung der einzelnen Oberflächenelemente im Längen geschnitten wird.

Der zunächst mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildete Bimetalldraht 51 enthält einen zylindrischen Kupferkern 52, der mit einem Stahlmantel 53 umhüllt ist. Diese Umhüllung 53 kann anfänglich ein flaches Strahlband sein, dessen Längskanten gleichsinnig abgeschrägt sind, so dass man diese Längskanten bei der Umhüllung des Kupferkernes 52 zu einer überlappenden Längsnaht schliessen kann. Beispielsweise kann durch eine sich an die Umhüllung anschliessende Verschweissung oder auf andere bekannte Weise dafür gesorgt werden, dass die sich überlappenden Räder des Umhüllungsbandes eine metallische Verbindung eingehen.

Nach dem Durchgang des Bimetalldrahtes 51 durch eine Walzenanordnung 54 entsteht als Grundmaterial für die Oberflächenelemente 50 ein Bimetallband 55 mit ebenen Ober- und Unterflächen und abgerundeten parallel verlaufenden Rändern. Um Bänder in gewünschter Dicke zu erhalten, wird das Bimetallband 55 anschliessend durch weitere Walzenanordnungen hindurchgeschickt, deren Walzenspalt von Walzenanordnung zu Walzenanordnung enger wird. Eine dieser Walzenanordnungen ist in der Fig. 4 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 54' versehen. Aus dem Spalt dieser Walzenanordnung 54' tritt ein Bimetallband 55' aus, welches dünner ist als das Bimetallband 55 der Fig. 3.

Ein wiederholter Durchgang des Bimetallbandes 55 durch Walzenanordnungen mit immer kleiner werdenem Walzenspalt führt zu einer progressiven Verminderung der Banddicke bei gleichzeitiger Verlängerung des Bandes. Zu beachten ist jedoch, dass bei einem solchen Walzvorgang die Breite des Bandes sich nicht merklich ändert, wie man aus einem Vergleich der Fig. 5-8 ersehen kann, in denen die Breite mit dem Bezugszeichen W kenntlich gemacht ist. Hieraus resultiert als wesentliches Merkmal, dass die Umfangslinien der in Fig. 5-8 gezeigten Bandquerschnitte im wesentlichen gleich bleiben, so dass Oberflächenelemente, die aus solchen unterschiedlich dicken Bändern abgeschnitten werden, im wesentlichen die gleiche Aussenfläche je Längeneinheit haben.

Der allein bemerkenswerte Dimensionierungsunterschied zwischen Oberflächenelementen, die aus unterschiedlich stark ausgewalzten Bimetallbändern hergestellt wurden, ist somit - ausgehend von gleichen Längenabmessungen - die Dicke und dementsprechend die Kupfermenge. Da aber gerade die Kupfermenge der Faktor ist, der die Wärmeleitfähigkeit der Oberflächenelemente bestimmt, folgt, dass aus dem gleichen Bimetalldraht 51 Oberflächenelemente mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit herstellbar sind.

Dieses Ergebnis zeigen die mit Oberflächenelementen 50 besetzten Wärmeaustauscher-Abschnitte gemäss Fig. 1 und 2 mit den vier unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Abschnitten I, II, III und IV.

Die Oberflächenelemente 50 der ersten Gruppe I haben, wie Fig. 5 zeigt, die grösste Dicke und damit die grösste Wärmeleitfähigkeit. Die Oberflächenelemente 50 der letzten Gruppe IV haben, wie Fig. 8 zeigt, die geringste Dicke und damit auch die geringste Wärmeleitfähigkeit. Aus der vorstehenden Beschreibung und der Zeichnung ist erkennbar, dass die vorliegende Erfindung aufgrund ihrer besonders einfachen Ausführbarkeit, ohne komplizierte Werkzeuge und Maschinen, für die industrielle Auswertung einen sehr grossen Wert hat.

Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, die Kosten eines Wärmeaustauschers der einleitend genannten Art um mehr als 50 lo zu senken, ohne in irgendeiner Weise die Arbeitsweise und den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers zu beeinträchtigen.

Claims

PATENTANSPRUCH

Wärmeaustauscher nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Oberflächenelemente (50) aus dem gleichen Grundmaterial, nämlich einem flachen Band aus gut wärmeleitendem Metall (52), welches ringsum von einem Mantel von überall gleicher Wandstärke eines anderen, weniger gut wärmeleitenden Metalls (53) umgeben ist, bestehen und in Richtung des fallenden Gradienten der Temperaturdifferenz zwischen den Wärmeaustauschmedien proportional kleiner werden Dicken haben, so dass sich bei im wesentlichen gleicher Bandbreite (W) für alle Oberflächenelemente (50) im wesentlichen gleiche Oberflächen je Längeneinheit ergeben.

UNTERANSPRÜCHE 1. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das gut wärmeleitende Metall (52) Kupfer und das weniger gut wärmeleitende Metall (53) Eisen ist.

2. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das flache Band, wenn es innen aus Kupfer besteht, mit einem hitzebeständigen Metall überzug, z. B. aus Nickel, versehen ist.