CH656951A5 - Waermetauscher. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, enthaltend von einem Wärmeträger mit einer ersten Temperatur durchflossene Röhren, die sich in Öffnungen von Platten befinden, welche mit einem Spiel relativ zueinander derart angeordnet sind, dass die benachbarten Platten und die Wände der benachbarten Röhren eine Vielzahl von einem Wär.meträger mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen Temperatur durchströmter Kanäle bilden, wobei an jeder der Platten Vor- und Rücksprünge vorgesehen sind, die jeweils gegenüber den Vor- und Rücksprüngen der benachbarten Platten liegen und in den genannten Kanälen symmetrische Diffusor-Konfusor-Abschnitte zur Aufwirbelung der Wandschicht des Stromes des diese Kanäle durchströmenden Wärmeträgers bilden.

Der Wärmetauscher in der vorgeschlagenen Bauart kann als Flüssigkeits-Luft-Wärmeaustauscher verschiedenen Bestimmungszweckes u.z. in Aufbauten von Luftkondensatoren und Verdampfern zur Kondensation und Verdampfung verschiedener Flüssigkeiten sowie auch als Luft-Luft-Wärmeaustauscher eingesetzt werden. Dabei ist der Wärmetauscher für den Betrieb sowohl mit reiner als auch mit verstaubter Luft geeignet.

Von besonderem Vorteil ist aber die Anwendung des erfin-dungsgemässen Wärmetauschers als Wasser-Luft und Öl-Luft-Kühler in den Kühlsystemen von Transport- und Stationärkraftanlagen.

Stand der Technik

Bekannt ist der Aufbau eines Wärmetauschers, wie er in den Wasser-Luft-Kühlern von Kraftfahrzeugen, Traktoren und Diesellokomotiven zur Anwendung kommt. Der Wärmetauscher zeichnet sich durch Vorhandensein von von einer zu kühlenden Arbeitsflüssigkeit durchströmten runden oder flachen Röhren aus, die in entsprechenden gelochten Öffnungen in zu kühlenden flachen Platten angeordnet sind. Die von der Arbeitsflüssigkeit durchströmten Röhren können dabei sowohl in Parallelreihen als auch versetzt angeordnet werden. Aus dieser Anordnung ergeben sich im Rohrzwischenraum des Kühlers glatte geradwinklige Kanäle, in denen aber keine Wibler zur Intensivierung des Wärmetauschvorganges im Rohrzwischenraum vorhanden sind.

Die Intensivierung des Wärmeaustauschvorganges ist deshalb erwünscht, weil die Wasser-Luft-Kühler verschiedener Kraftanlagen unter Verhältnissen betrieben werden, wo die Wärmeübergangszahl K des Kühlers dem Wärmeabgabekoeffizienten ai der Luft ungefähr gleich ist, d.h. k^ai. Deswegen ist es erforderlich, zur Verminderung des Volumens und der Masse eines Wasser-Luft-Kühlers den Wert K, der eindeutig durch den Wert ai bestimmt wird, zu vergrössern. Die Werte ai in den glatten Kanälen sind bekanntlich die niedrigsten. Aufgrund dessen sind die Abmessungen und die Masse des bekannten Röhrenplattenwärmetauschers gross.

Um die Abmessungen und die Masse der bekannten Wasserkühler zu verringern muss man den Wärmeabgabekoeffizienten ai vergrössern, was aber nur im Falle einer Verwirbe-lungdes Luftstromes in den Kühlerkanälen mit Hilfe verschiedener Wirbier durchführbar ist.

Es ist der Aufbau eines Wärmetauschers bekannt, der von dem zu kühlenden Wasser durchströmte Flachröhren aufweist, die in Parallelreihen oder versetzt in einem Paket von zu kühlenden Platten angeordnet sind. Dabei sind zwecks Intensivierung des konvektiven Wärmeaustausches im Rohrzwischenraum die Platten mit einem Querschnittsprofil, als eine ununterbrochene symmetrische Wellenlinie in der Strömungsrichtung der zu kühlenden Luft ausgebildet, und die benachbarten zu kühlenden Platten im Röhrenbündel des Kühlers derart angeordnet sind, dass die Vor- und Rücksprünge der benachbarten Platten zueinander äquidistant sind. Im Ergebnis bilden sich zwischen den benachbarten zu kühlenden Platten kühlluftdurchströmte Kanäle, die im Querschnitt längs der Luftbewegungsrichtung ein Wellenprofil haben.

Wie die Analyse der Versuchsergebnisse zeigt, haben die Wasser-Luft-Kühler bekannter Bauart nur geringe Werte der wärmehydraulischen Effektivität, und zwar aus dem Grunde, weil der Anstieg der Werte des Wärmeabgabekoeffizienten <xi in solchen Kanälen hinter dem Anwachsen des Energieaufwandes zur Intensivierung der Wärmeabgabe in ihnen gegenüber den gleichen, aber glatten Kanälen wesentlich zurückbleibt. Dies erklärt sich dadurch, dass sich beim Strömen der Luft in solchen Kanälen hinter und vor jeder Biegung ein Wirbelsystem herausbildet, das an seinem Massstab gleich oder vergleichbar mit der Höhe eines Vorsprunges des Wellenkanals ist. Darüber hinaus ist die Höhe eines Vorsprunges in solchen Kanälen gleich oder vergleichbar mit dem hydraulischen Durchmesser des Kanals. Im Ergebnis wird die der Kühlluft in den Wellenkanälen zugeführte zusätzliche Energie im wesentlichen, und zwar zu 70 bis 80%, für die Aufwirbelung des Strömungskernes verbraucht, wo die Werte des Temperaturfeldgradienten und der Wärmestromdichte klein sind, was zu einer geringfügigen Erhöhung der Wärmestromdichte führt. Da diese grossmass-stäblichen Wirbelsysteme eine bedeutende Bewegungsenergie besitzen, dringen sie im Überwinden der Viskositätsund Reibungskräfte und sich allmählich zerstreuend in die Wandschicht der Luft ein. Dies hat zur Folge, dass die Wandschicht sich aufwirbelt, die turbulente Leitung sowie die Wärmestromdichte dieser Schicht wachsen. Deswegen wird der s

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Hauptbeitrag zur Intensivierung des Wärmeaus- und somit der Energieaufwand zur Intensivierung des Wärtauschvorganges im Wellenkanal von der Aufwirbelung der meaustauschvorganges herabgesetzt werden.

Wandschicht des Stromes und nicht von der seines Kernes Es ist zweckmässig, wenn die geradlinigen Abschnitte der geleistet, obwohl die zusätzliche Energie, die dem Luftstrom Platten eine Länge haben, die nicht grösser als die Länge ist,

im Wellenkanal zugeführt wird, um ein Vielfaches mehr für s auf der auf dem geradlinigen Abschnitt die laminare Strö-

die Aufwirbelung des Stromkernes als für die Aufwirbelung mungsstruktur der Wandschicht des auf dem Diffusor-Kon-

der Wandgrenzschicht verbraucht wird. Eben dadurch wird fusor Abschnitt des Kanals aufgewirbelten Wärmeträger-

eine niedrige wärmehydraulische Effektivität der Wärmeaus- stromes wiederhergestellt wird.

tauschfläche des bekannten Röhrenplattenwärmetauschers Dadurch kann die Energie der in der Wandschicht entstan-

erklärt. 10 denen Wirbel völlig ausgenützt werden.

Es ist der Aufbau eines Wärmetauschers bekannt, der ein Am zweckmässigsten ist es, wenn die. geradlinigen

Paket von mit einem Spielrelativ zueinander angeordneten Abschnitte der Platten eine Länge haben, die fünf hydrau-

Platten enthält. Die Platten weisen gelochte Öffnungen auf, lische Durchmesser der geradlinigen Abschnitte nicht über-

in denen Röhren angeordnet sind. Die Röhren werden von steigt.

einem der Wärmeträger durchströmt. Die benachbarten is Dadurch kann die höchste wärmehydraulische Effektivität

Platten und die Wände der benachbarten Röhren bilden und eine Verminderung der Abmessungen und der Masse des

Kanäle, die von einem anderen Wärmeträger mit einer Tem- Wärmeaustauschers erreicht werden.

peratur, die von der Temperatur des ersten Wärmeträgers Um eine gleichmässige Verteilung des Wärmeträgers über abweicht, durchströmt werden. Zwischen den Wärmeträgern die genannten Kanäle zu ermöglichen, müssen die geradli-erfolgt ein Wärmeaustausch. Jede der Platten ist als eine 20 nigen Abschnitte der Platten vorteilhaft in der Symmetrieununterbrochene symmetrische Wellenlinie ausgebildet. Zur ebene der entsprechenden Platte liegen.

Intensivierung des konvektiven Wärmeaustausches sind die Aus der Sicht der Anfertigungstechnologie des Wärmetau-

Vor- und Rücksprünge einer jeden zu kühlenden Platte schers ist auch von Vorteil, wenn jeder Dif fusor-Konfusor-

gegenüber den jeweiligen Vor- und Rücksprüngen der mit ihr Abschnitt mindestens durch einen Vorsprung, der minde-

benachbarten Platte angeordnet. Dies hat zur Folge, dass sich 25 stens mit einem Rücksprung gekoppelt ist, gebildet wird, in Strömungsrichtung des Wärmeträgers ununterbrochene

Diffusor-Konfusor-Abschnitte des Kanals herausbilden, Kurze Beschreibung der Zeichnungen wobei der Öffnungswinkel des Diffusors über dem Wert des Im weiteren wird die Erfindung an Hand der Beschreibung kritischen Winkels des primären Verlustes an hydrodynami- konkreter Ausführungsbeispiele und der beiliegenden Zeichscher Stabilität der laminaren Strömungsstruktur des Wär- 30 nungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt meträgers liegt. Dies führt zur Entstehung von dreidimensio- F j die Gesamtansicht eines erfindungsgemässen Wär-nalen Fadenwirbeln m der Grenzschicht. Die turbulente Vis- metauschers *

kosität und die Leitung in dieser Schicht wachsen schroff an. Fig 2 eine Ansicht in der Pfeilrichtung A in Fig. 1 ; Es wachsen der Temperaturgradient und die Wärmestrom- R 3 das QuerschnittSprofil einer der Platten des Wärmedichte infolge dessen der Wärmeabgabekoeffizient cu zwi- 35 tauscherSj äss der Erfindung;

sehen dem Warmetrager und den Wanden der Diffusor-Kon- Fig 4 eine Ansicht in der pfeiirichtung B in Fig. 1 ;

fusor-Abschnitte der Kanäle ansteigt. Bei entsprechenden Fig. 5 ein Diagramm für die Abhängigkeiten Nu/Nuo = f

Drosselungsgraden und Stromungszuständen des Warmetra- q , und £ / £o= f i(I' /d)

gers werden auf den Diffusor-Abschnitten der Kanäle energieintensive Wirbel erzeugt. Die Wechselwirkung der Wirbel 40 Beste Ausführungsvariante der Erfindung miteinander und mit dem Hauptstrom des Wärmeträgers Nachstehend wird die Erfindung an Hand des Aufbaus bedingt eine Diffusion dieser Wirbel in den Stromkern. Die eines in der Röhrenplattenbauweise ausgeführten Wasser-Gesamtenergie der Erzeugung und der Fortpflanzung der Luft-Kühlers für Schlepper betrachtet.

Wirbel übersteigt die Dissipationsenergie dieser Wirbel. Des- Der erf indungsgemässe Wärmetauscher besteht beispielshalb steigt der Energieaufwand zum Durchpumpen des Wär- 45 weise aus in Parallelreihen angeordneten von einem Wärme-meträgers bei einem unbedeutenden Anwachsen der Intensi- träger mit einer Temperatur durchflossenen Flachröhren 1 vierung des Wärmeaustausches beträchtlich an. Eine derar- (Fig. 1, 2), auf die mit einem Spiel h relativ zueinander obere tige physikalische Besonderheit des Intensivierungsprozesses zu kühlende Platten 2 und mit den letzteren benachbarte des Wärmeaustausches, die dem Wärmeaustauscher dieser untere zu kühlende Platten 3 aufgestellt sind. Die benach-Bauart eigen ist, beeinträchtigt wesentlich seine wärmehy- so barten oberen und unteren zu kühlenden Platten 2 und 3 und draulische Effektivität. die Wände der benachbarten Röhren 1 bilden eine Vielzahl von einem Wärmeträger beispielsweise Luft mit einer anderen Temperatur durchströmter Kanäle, so dass zwischen

Darstellung der Erfindung dem zweiten Wärmeträger und dem ersten Wärmeträger bei-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärme- 55 spielsweise Wasser ein Wärmeaustausch stattfindet.

tauscher zu entwickeln, in dem durch konstruktive Gestal- Das Querschnittsprofil der zu kühlenden Platten 2 und 3 tung von Kanälen mit Wirblern zum Durchströmen eines der längs der mit dem Pfeil B angedeuteten Strömungsrichtung

Wärmeträger nur die Wandschicht des Wärmeträgerstromes der Luft ist durch die Profile der angrenzenden Paare von aufgewirbelt wird, ohne dass die Wirbel miteinander und mit quer verlaufenden Vorsprüngen 4 und Rücksprüngen 5 einer dem Strömungskern in Wechselwirkung stehen, und somit 60 jeden oberen benachbarten Platte 2 und durch die Profile der die Intensivierung des Wärmeaustauschvorganges gesteigert angrenzenden Paare von quer verlaufenden Vorsprüngen 6

wird. und Rücksprüngen 7 einer jeden unteren benachbarten

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss Platte 3 gebildet. Zwischen jedem angrenzenden Paar der die Platten geradlinige Abschnitte aufweisen, die zwischen quer verlaufenden Vor- und Rücksprünge 4 und 5,6 und 7

den Diffusor-Konfusor-Abschnitten der Kanäle liegen und 65 einer jeden Platte sind geradlinige Abschnitte 8 vorgesehen,

den benachbarten Platten gegenüberliegend angeordnet sind. In jeder zu kühlenden Platte 2,3 sind Öffnungen 9 (Fig. 1)

Dadurch kann die Wechselwirkung der Wandschicht- gelocht.

wirbel miteinander und mit dem Strömungskern verhindert Die Flachröhren 1 werden mit den zu kühlenden Platten 2,

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3 über die gelochten Öffnungen 9 in der Weise verbunden, dass die Vorsprünge 4 (Fig. 2,3) und die Rücksprünge 5 der einen Platten 2 gegenüber den Vor- und Rücksprüngen 6 und 7 der mit ihnen benachbarten Platten 3 entsprechend zu liegen kommen, wobei die geradlinigen Abschnitte der benachbarten Platten 2,3 gegenüberliegend angeordnet sind. Im Ergebnis werden im Wärmetauscher längs der Luftströmungsrichtung Kanäle unter Abwechselung von geradlinigen 8 und Diffusor-Konfusor-Abschnitten gebildet. Die von den Urhebern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass gerade in der Wandschicht die turbulente Leitung des Luftstromes die kleinsten Werte und die Wärmestromdichte die grössten Werte aufweist. Daraus folgt, dass man die zusätzliche Energie mit dem Zweck, den Wärmeaustausch durch eine künstliche Aufwirbelung des Luftstromes zu intensivieren, nicht über den gesamten Stromquerschnitt bzw. im wesentlichen dem Stromkern, sondern dem Strom in der Wandschicht durch Erzeugen von dreidimensionalen Wirbeln in ihr zuführen muss. Man beobachtet im Strömungskern die höchsten Werte der turbulenten Leitung und die kleinsten Werte des Temperaturgradienten in der zur Kanalwand normalen Richtung sowie die kleinsten Werte der Wärmestromdichte im Querschnitt des Kühlluftstromes. Deswegen ergibt die zusätzliche Verwirbelung des Strömungskernes, für die 70 bis 90% der gesamten dem Strömungskern zugeführten Energie aufgewendet wird, mittels Wirbier eine praktisch unwesentliche Intensivierung des Wärmeaustausches im Kanal. Es liegt also nahe, dass die zusätzliche Energie dem Wärmeträgerstrom in der Wandschicht zugeführt werden muss, d.h. an der Stelle, wo dies den höchsten wärmehydraulischen Effekt gibt.

Die mit dem erfindungsgemässen Aufbau des Wärmetauschers erzielte Intensivierung des Wärmeaustauschprozesses besteht im folgenden.

Beim Durchströmen der Luft durch den Rohrzwischenraum auf den Diffusorabschnitten der Kanäle erfolgt der Verlust an hydrodynamischer Stabilität des Wärmeträgers nur an den Diffusorwänden. Dies hat zur Folge, dass an den Diffusorwänden bei entsprechenden Öffnungswinkeln und einem bestimmten mit der Re-Zahl gekennzeichneten Strömungszustand der Luft dreidimensionale Wirbel erzeugt werden, die sich in der Wandschicht befinden. Dabei ist der Masstab der Wirbel-vergleichbar mit der Höhe der quer verlaufenden Vor- und Rücksprünge. Mit der Luftströmung in den Kanälen des Rohrzwischenraumes werden diese Wirbel in der Wandschicht auf dem geradlinigen Abschnitt des Kanals stromabwärts getragen und klingen sich zerstreuend allmählich ab. Da diese Wirbel auf ihrem Weg, bis sie abgeklungen sind, keinen nächstgelegenen Diffusor-Konfusor-Abschnitt treffen, so findet keine Wechselwirkung mit dem nächsten auf diesem Diffusor-Konfusor-Abschnitt entstandenen Wirbel statt. Es kommt demgemäss auch nicht zur Wechselwirkung mit dem Strömungskern. Die zusätzliche Energie wird dem Luftströmungskern nicht zugeführt, wodurch der Gesamtenergieaufwand für die Intensivierung des Wärmeaustausches im Wärmetauscher der erfindungsgemässen Bauart sinkt.

Der Abstand h (Fig. 4) zwischen zwei benachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3, der Abstand m zwischen den Erzeugenden der Scheitel 12 der gegenüberliegenden Rücksprünge 5 und 7 (Fig. 2) der benachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3 und der Abstand n (Fig. 4) zwischen den Seitenwänden 2 der benachbarten Flachröhren 1 werden in Abhängigkeit von dem Änderungsbereich der Werte des Verhältnisses zwischen den für den betreffenden Aufbau des Wärmetauschers charakteristischen reduzierten hydraulischen Durchmessern d* und d des Luftkanals d* /d gewählt.

Die Werte für die Länge 1 ' (Fig. 3) des geradlinigen Abschnittes des Kanals 8 werden in Abhängigkeit vom reduzierten hydraulischen Durchmesser d des Kanals gewählt, der durch die Seitenwände 2 (Fig. 4) der benachbarten Flach-s röhren 1 und die Abschnitte der ebenen Flächen 13 der zu kühlenden Platten gebildet ist.

Für den betreffenden Aufbau des Wärmetauschers werden die Werte d* im engsten Querschnitt des Luftkanals ermittelt, der durch die Seitenwände 2 der benachbarten Flach-10 röhren 1 und die Erzeugenden der Scheitel 12 der gegenüberliegenden Rücksprünge 5 und 7 (Fig. 2) der benachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3 gebildet ist. Es ist bekannt, dass der Wert des reduzierten hydraulischen Durchmessers d* dieses Querschnitts des Kanals dem vierfachen Produkt aus 15 dem Abstand n (Fig. 4) zwischen den benachbarten Seitenwänden 2 der Flachröhren 1 und dem Abstand m zwischen den Erzeugenden der Scheitel 12 der gegenüberliegenden Vorsprünge in den benachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3 geteilt durch den zweifachen Betrag der Abstände n und m,

zo d.h. d* =

4n-m 2(n + m)

gleich ist.

25 Der Wert d wird im Querschnitt des Luftkanalabschnitts ermittelt, der durch die Seitenwände der Flachröhren 1 und die ebenen Flächen 13 der benachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3 gebildet ist. Der Wert des reduzierten hydraulischen Durchmessers d für diesen Querschnitt ist dem vier-30 fachen Produkt aus dem Abstand n zwischen den benachbarten Seitenwänden 2 der Flachröhren 1 und dem Abstand h zwischen den zu kühlenden Platten im Wärmetauscher, geteilt durch den zweifachen Betrag der Abstände n und h,

35 d.h. D ■

4n • h 2(n+h)

gleich.

Die wärmehydraulische Effektivität des Wärmetauschers ist durch eine solche mit dem Verhältnis Nu/Nuo gekennzeich-40 nete Intensivierung des Wärmeaustausches bedingt, bei der das Anwachsen der mit dem Verhältnis £/|o gekennzeichneten hydraulischen Verluste kleiner als oder zumindest gleichgestellt mit dem Anstieg der Wärmeabgabe sein sollte, d.h.

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Nu/Nuo w~

>1

(I)

Hier bedeuten Nu und Nuo die Nusselt-Zahl jeweils für die so Kanäle der Wärmetauschfläche, gebildet durch die abwechselnden geradlinigen und Diffusor-Konfusor-Abschnitte der Kanäle, und für die Fläche, die durch die identischen, aber glatten Kanäle gebildet ist, % und |o bedeuten jeweils Druck-verlustkoeffizienten für die Kanäle der Wärmeaustausch-55 fläche, gebildet durch die abwechselnden geradlinigen und Diffusor-Konfusor-Abschnitte der Kanäle, und für die Fläche, die durch die identischen, aber glatten Kanäle gebildet ist.

Am Diagramm (Fig. 5) ist an der Abszissenachse die Länge 60 der geradlinigen Kanalabschnitte bezeichnet, bezogen auf den reduzierten hydraulischen Durchmesser des geradlinigen Abschnittes des Kanals 1 '/d, an der Ordinatenachse das Verhältnis der Nusselt-Zahlen zu den Druckverlustkoeffizienten jeweils für die Kanäle der Wärmetauschfläche, 65 gebildet durch die abwechselnden geradlinigen und Diffusor-Konfusor-Abschnitte der Kanäle, und für die Fläche, die durch die identischen, aber glatten Kanäle gebildet ist, also Nu/Nuo und Ç/çn.

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Die Kurve (I) zeigt die Abhängigkeit Nu/Nuo = f(l '/d), die Kurve (II) zeigt die Abhängigkeit £/|o = fi (1 '/d).

Wie aus dem Diagramm ersichtlich, stimmt bei dem Strömungszustand der Kühlluft, der sich mit Re = 1700 kennzeichnet, der Ausdruck (I) für Werte l'/d > 1,0. Bei Werten 1 '/d > 16 fehlt praktisch die wärmehydraulische Effektivität beim Einsatz der vorliegenden Erfindung. Dies erklärt sich dadurch, dass auf dieser Länge 1 ' des geradlinigen Abschnittes des Kanals 8 (Fig. 3) die laminäre Struktur der Wandschicht des Kühlluftstromes, aufgewirbelt auf dem vorhergehenden Diffusor-Konfusor-Abschnitt des Kanals, sich wiederherstellt und im nachfolgenden sich der Kühlluftstrom wie in einem üblichen glatten Kanal verhält. Deswegen wird ausgerechnet an dieser Stelle, wo die Wiederherstellung der laminaren Struktur der Wandschicht des auf dem vorhergehenden Diffusor-Konfusor-Abschnitt aufgewirbelten Kühlluftstromes vor sich geht, der nächste Diffusor-Konfusor-Abschnitt angeordnet, so dass die Wirbelenergie dadurch völlig realisiert und zur Intensivierung des Wärmeaustausches mittels künstlicher Aufwirbelung der Wandschicht des Kühlluftstromes aufgewendet werden kann.

Die höchste wärmehydraulische Effektivität und die kleinsten Abmessungen und die Masse können bei dem erfin-dungsgemässen in der Röhrenplattenbauweise ausgeführten Wasserkühler für Schlepper, wie dies aus den von den Urhebern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen hervorgeht, in dem Falle gesichert werden, wenn der Grad und der relative Schritt der Drosselung des Kühlluftstromes Werte aus ihren Änderungsbereichen annehmen, und zwar wenn d* /d = 0,60 + 0,92 und l'/d = 0 + 5, d.h. wenn die Länge 1 ' der geradlinigen Abschnitte 8 der Kanäle fünf hydraulische Durchmesser d der geradlinigen Abschnitte der Kanäle nicht übersteigt. Es wird beobachtet, dass mit dem abnehmenden Abstand h bei gleichbleibender Höhe der quer verlaufenden Vorsprünge für Werte des Verhältnisses d/d < 0,60 der Anstieg der Wärmeabgabe praktisch aufhört und der Anstieg der hydraulischen Luftdruckverluste schroff zunimmt. Diese Beobachtung kann man dadurch erklären, dass mit dem abnehmenden Abstand h die Lage eintritt, bei der die Höhe der quer verlaufenden Vorsprünge grösser als die Stärke der Wandschicht sein wird. Darum werden sich die im Diffusor-Abschnitt der Kanäle erzeugten Wirbel, deren Massstab mit der Höhe der quer verlaufenden Vorsprünge vergleichbar ist, im Querschnitt des Kanals nicht nur in der Wandschicht des Luftstromes sondern auch in dem Stromkern befinden, was aber nicht von Vorteil ist. Auf der Länge 11 der geradlinigen Abschnitte 8 des Kanals, die fünf reduzierte hydraulische Durchmesser d der geradlinigen Abschnitte 8 der Kanäle nicht übersteigen, besitzen die auf dem Diffusor-Konfusor-Abschnitt des Kanals erzeugten Wirbel noch eine gewisse Energie, aber ihr Wert ist so, dass diese Wirbel auf ihrem Wege in der Strö-s mungsrichtung der Kühlluft, den nächsten Diffusor-Konfusor-Abschnitt treffend, nicht in den Strömungskern diffundieren. Es liegt also fest, dass für den betreffenden Aufbau des Kühlers für Schlepper bei vorgegebenem Strömungszustand der Kühlluft, dem Drosselungsgrad d*/d und den Ver-10 hältnissen Nu/Nuo und B/fy die Länge 1 ' des geradlinigen Abschnittes des Kanals, die fünf reduzierte hydraulische Durchmesser der geradlinigen Abschnitte der Kanäle, nicht übersteigt, die günstigste ist.

Zur Erzielung einer gleichmässigen Verteilung der Luft ls über die Kanäle des Lufthohlraumes des Wärmetauschers müssen die geradlinigen Abschnitte 8 (Fig. 2) der Platten 2, 3 in der Symmetrieebene der entsprechenden Platte 2,3 liegen. Dann werden die benachbarten Kanäle den gleichen Widerstand für den Durchtritt der Kühlluft haben, so dass die wär-20 mehydraulische Effektivität des Wärmeaustausches im Wärmetauscher der erfindungsgemässen Bauart nicht abnimmt.

Jeder Diffusor-Konfusor-Abschnitt des Kanals im Rohrzwischenraum kann entweder durch einen Vorsprung bzw. Rücksprung auf einer der benachbarten zu kühlenden 25 Platten oder durch mehrere miteinander gekoppelte Vor- und Rücksprünge oder durch einen Vorsprung, der mit einem Rücksprung gekoppelt ist, gebildet sein. Diese letzte in Fig. 1, 2,3 veranschaulichte Ausführung des Röhrenplattenwärme-austauschers ist die beste, weil dadurch die höchste wärmehy-30 draulische Effektivität gewährleistet wird und aus der Sicht der Anfertigungstechnologie der Ausrüstung viele Vorteile bietet, welche davon herrühren, dass sich diese Ausführung im Vergleich zu anderen Ausführungen der Kanäle durch die geringste Anzahl der Flächen gekennzeichnet wird, die 35 manueller Nachbehandlung bedürfen.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Anwendung des Wärmetauschers im erfindungsge-40 mässen Aufbau als Wasser-Luft-Kühler für Schlepper hat den Vorteil, dass beim Beibehalten aller übrigen Bedingungen das Volumen und die Masse des Kühlers um das zweifache zurückgehen. In Anbetracht dessen, dass die Wasserkühler für Kraftfahrzeuge und Diesellokomotiven aus 45 teuren und mangelhaften Buntmetallen und Legierungen bestehen, sowie aufgrund der Massenfabrikation dieser Kühler lässt die Anwendung dieser Wärmeaustauscherkonstruktion für die genannten Zwecke einen grossen wirtschaftlichen Nutzen erhalten.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Wärmetauscher, enthaltend von einem Wärmeträger mit einer ersten Temperatur durchflossene Röhren, die sich in Öffnungen von Platten (2,3) befinden, welche mit einem Spiel relativ zueinander derart angeordnet sind, dass die benachbarten Platten (2,3) und die Wände der benachbarten Röhren (1) eine Vielzahl von einem Wärmeträger mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen Temperatur durch-strömter Kanäle bilden, wobei an jeder der Platten (2,3) Vor-(4) und Rücksprünge (5) vorgesehen sind, die jeweils gegenüber den Vor- (6) und Rücksprüngen (7) der benachbarten Platten (2,3) liegen und in den genannten Kanälen symmetrische Diffusor-Konfusor-Abschnitte zur Aufwirbe-lung der Wandschicht des Stromes des diese Kanäle durchströmenden Wärmeträgers bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2,3) geradlinige Abschnitte (8) aufweisen, die zwischen den Diffusor-Konfusor-Abschnitten der Kanäle vorgesehen und den benachbarten Platten (2,3) gegenüberliegend angeordnet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geradlinigen Abschnitte (8) der Platten (2, 3) eine Länge haben, die fünf hydraulische Durchmesser der geradlinigen Abschnitte (8) der Kanäle nicht übersteigt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geradlinigen Abschnitte (8) der Platten (2,3) in der Symmetrieebene der entsprechenden Platte (2,3) liegen.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Diffusor-Konfusor-Abschnitt durch zumindest einen Vorsprung (4,6) und zumindest einen mit ihm gekoppelten Rücksprung (5,7) gebildet ist.

Gebiet der Technik