DE10004835A1 - Druckstabiler Temperierbehälter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen druckstabilen Temperierbehälter zur Aufnahme eines pumpbaren Latentwärmefluids, der als Wand einer Kühlzelle einsetzbar ist. DOLLAR A Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, die inneren Druckkräfte einerseits durch Sicken 2, 4 in den Behälterwänden und andererseits durch zugankerähnliche, fest mit Innen- und Außenwand 1, 3 verfügte Abstandshalter aufzunehmen, wobei die Abstandshalter geteilt ausgeführt sind und damit einfach montiert werden können und die erst nach der Montage eine kraftschlüssige und unter Zugspannung stehende, bei normalen Drücken unlösbare Verbindung bilden. DOLLAR A Die Abstandshalter sind bevorzugt zwei Winkelbleche 5, die aus drei Schenkeln bestehen, die jeweils zweifach um 90 DEG abgewinkelt sind und nach der Montage ineinandergreifen (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft die Konstruktion eines druckstabilen Temperierbehälters, der als flacher, dünnwandiger Behälter bzw. Wärmeaustauscher ausgebildet ist, der in zyklischen Abständen unter Druck mit einem pumpbaren Latentwärmefluid gefüllt wird und dabei inneren Druckbelastungen ausgesetzt ist.

Bekannt sind Kühlzellen (DE 197 35 584 C2 sowie 198 33 761 A1), deren Wände nach außen isolierte Hohlwandbehälter sind, die ein pumpbares, latente Wärme enthaltendes Fluid aufnehmen können und die es gestatten, eingelagerte Güter solange zu temperieren, wie der Phasenwechsel des Latentwärmefluids dauert. Anschließend wird das "verbrauchte" Fluid durch frisches ersetzt und der Temperiervorgang fortgesetzt oder ein neuer aufgenommen. Zur Erzielung günstiger Wärmeübertragungsverhältnisse und optimaler Ausnutzung der Isolierbehälter ist das Verhältnis von Höhe und Breite der Hohlwandbehälter, bezogen auf deren Tiefe, sehr groß, weswegen die Hohlwandbehälter als "flach" zu bezeichnen sind.

Das Befüllen solcher flacher Hohlwandbehälter mit frischem Latentwärmefluid bzw. das Austauschen von verbrauchtem durch frisches Fluid erfolgt mittels Pumpen und daher unter Druck, der zum Erzielen einer kurzen Befüllzeit möglichst hoch sein sollte. Je höher jedoch dieser Druck gewählt wird, desto höher ist während des Pumpvorgangs der Druck im Innern der Hohlwandbehälter. Da die Biegesteifigkeit geeigneter Metall- und Kunststoff-Werkstoffe bei den für optimale Wärmeübertragungsverhältnisse und geringes Gewicht günstigen, geringen Wandstärken nicht ausreichend groß ist, werden während des Befüllvorgangs die beiden Wände des Hohlwandbehälters unweigerlich ausbeulen; bei großem Druck sogar über die Elastizitätsgrenze hinaus, was zu einer bleibenden Verformung und eventuell zu einer Zerstörung des Behälters führt. Bewährte Mittel zur Aufnahme derartiger innerer Druckkräfte und damit zur Verhinderung der Ausbeulung sind entweder das punkt- oder linienförmige Verschweißen von Außen- und Innenwand, die dafür vorher mittels Werkzeugen entsprechend verformt werden müssen (DE 195 01 115 A1), oder der Einsatz von schlanken Stäben (sogenannten Zugankern), die fest mit beiden belasteten Wänden verbunden werden müssen und die im Inneren herrschenden Kräfte als Zugkräfte aufnehmen.

Beide Lösungen weisen jedoch erhebliche Nachteile auf: Bei der Verformung und anschließenden Verschweißung von Innen- und Außenwand reduziert sich bei hohem fertigungstechnischen Aufwand das Nutzvolumen für das Latentwärmefluid, und bei Einsatz von einzelnen Zugankern müßten zur Minimierung der Ausbeulwirkung sehr viele Zuganker montiert werden, was ebenfalls den Fertigungsaufwand und damit die Herstellungskosten unangemessen erhöht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Darlegung der Konstruktion eines druckstabilen und leichten Hohlwandbehälters, nachfolgend als druckstabiler Temperierbehälter bezeichnet, die fertigungstechnisch günstig ist und bei der für unterschiedliche Nutzvolumina lediglich geringe Änderungen an den Werkzeugen zur Herstellung von Innen- und Außenwand erforderlich sind.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, die inneren Druckkräfte einerseits durch Sicken in den Behälterwänden und andererseits durch zugankerähnliche, fest mit Innen- und Außenwand verfügte Abstandshalter aufzunehmen, wobei die Abstandshalter geteilt ausgeführt sind und damit einfach montiert werden können und die erst nach der Montage eine kraftschlüssige und unter Zugspannung stehende, bei normalen Drücken unlösbare Verbindung bilden. Zusätzlich können auch noch die Außenwände durch Sicken versteift werden, die bevorzugt senkrecht zu den Sicken der Innenwände verlaufen.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen druckstabilen Temperierbehälters, die aus flachen dünnwandigen Behältern für pumpbares Latentwärmefluid bestehen, sollen anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 Druckstabiler Temperierbehälter mit Innen- und Außenwand vor der Montage,

Fig. 2 Druckstabiler Temperierbehälter nach der Montage,

Fig. 3 Druckstabiler Temperierbehälter mit größerem Fassungsvolumen,

Fig. 4 Abstandshalter vor der Montage und

Fig. 5 Abstandshalter nach der Montage.

Fig. 1 zeigt einen druckstabilen Temperierbehälter, bestehend aus Innen- und Außenwand 1, 3 vor der Montage. Die Innen- und Außenwand 1, 3 weisen mehrere Abstandshalter auf, die geteilt ausgeführt sind und jeweils aus einem Winkelblech 5 bestehen. Die dargestellten Winkelbleche 5 weisen drei Schenkel auf, die jeweils zweifach um 90° abgewinkelt sind. Mit einem äußeren Schenkel sind sie fest mit der Innen- bzw. Außenwand 1, 3 verbunden. Diese Winkelbleche 5 sind dabei so an der Außen- und Innenwand angeordnet, dass sie nach der Montage mit den inneren Schenkeln 9 so paarweise ineinandergreifen, dass sie Zugkräfte zwischen der Außen- und Innenwand 1, 3 aufnehmen können. Um das Ineinandergreifen zu erleichtern, sind die äußeren Kanten 7 der ineinandergreifenden Schenkel 9 der Winkelbleche 5 zusätzlich in Richtung Behälterinnenraum abgewinkelt.

Die Winkelbleche 5 werden in einer bevorzugten Ausführung darüberhinaus an der Außen- und Innenwand 1, 3 so angeordnet, dass die Strömung des Latentwärmefluids während des Befüllvorgangs parallel zum Verlauf der Winkelbleche 5 erfolgt und damit die Strömungswiderstände am geringsten sind. Die Löcher 6 im mittleren Schenkel der Winkelbleche 5 stellen bei einer Durchströmung einen höheren Widerstand dar und sollen daher lediglich zum horizontalen Ausgleich von Latentwärmefluidschichten unterschiedlicher Dichten dienen, die während des Phasenwechsel örtlich auftreten können.

Zur Erzielung einer hohen Biegesteifigkeit der Wände sind diese mit senkrecht zueinander verlaufenden Sicken 2 und 4 versehen, wobei es günstig ist, die Sicken der künftig in die Kühlzelle weisenden Innenwand 1 geometrisch so auszubilden, dass diese als Tablettauflage oder -aufnahme dienen können.

Am Umfang sind die Innen- und Außenwand 1, 3 so ausgebildet, dass nach erfolgter Montage eine einfache Fügung, vorzugsweise durch Kleben, Schweißen oder Bördeln - erfolgen kann. Eine mögliche Ausführungsform stellen die in Fig. 1 skizzierten, umgebogenen Enden 8 dar, die z. B. mittels Rollennaht-Schweißverfahren druckdicht miteinander verbunden werden können. Andere unsymmetrische Ausführungsformen mit z. B. stark abgewinkelten Enden sind ebenfalls möglich.

Fig. 2 zeigt den montierten Zustand, einmal in der Perspektive und als Auschnitt und einmal im Schnitt.

Zur Montage werden die mit den Winkelblechen 5 versehenen Innen- und Außenwände 1, 3 gegenseitig um etwas mehr als die Schenkellänge des inneren Winkelblechs versetzt aufeinandergelegt und nahezu ohne Kraftaufwand zusammengeschoben, bis die abgewinkelten Kanten 7 der inneren Schenkel der Winkelbleche 5 aufeinanderliegen. Anschließend werden die beiden Wände mit Kraft weiter zusammengeschoben, bis beide Schenkel 9 sowie obere und untere Kante 7 sich vollständig überdecken. Durch geeignete Wahl der Fertigungstoleranzen wird sichergestellt, dass nach erfolgtem Zusammensetzen der Wände die Winkelbleche unter geringer Druckbelastung stehen, so dass bei späteren Befüllvorgängen keine Ausdehnbewegung der Innen- und Außenwand 1, 3 erfolgen kann. Abschließend werden die Außen- und die Innenwand 1, 3 am äußeren Umfang im Bereich der Enden 8 miteinander verklebt, verschweißt oder gebördelt.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit für eine Vergrößerung des Volumens des druckstabilen Temperierbehälters mit geringem Aufwand. Es genügt, gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ein dortiges Winkelblech 5 einer Wand gegen ein Winkelblech 17 mit einem breiteren mittleren Schenkel auszutauschen und die Enden 16 der entsprechenden Wand zu verlängern. Die andere Wand und die dazugehörigen Winkelbleche 5 können analog denen in Fig. 1 sein.

Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführung der Abstandshalter, die für den Fall genutzt werden können, dass die inneren Druckkräfte sehr groß werden. Beim Betrieb unter hohen Pumpendrücken, wenn die Befüllung innerhalb sehr kurzer Zeit erfolgen soll, und die Biegesteifigkeit der verwendeten Winkelbleche nicht ausreichend groß ist, kann es bei den vorab vorgeschlagenen Abstandshaltern vorkommen, dass die inneren Schenkel 9 der Winkelbleche S. 17 aufgrund der dann wirkenden Hebel- und Biegekräfte während des Pumpvorgangs aufbiegen. Um das bei gegebenem Material zu verhindern, wird eine veränderte Konstruktion der Winkelbleche vorgeschlagen, die in der Hauptsache darauf beruht, dass die Hebelarme wesentlich verkürzt werden. Fig. 4 zeigt eine solche Konstruktion in der Perspektive und Fig. 5 im Querschnitt, wobei die Winkelbleche 10, 11 für die Innen- und Außenwand nicht mehr identisch sind. Das bei dieser Konstruktion verwendete Winkelblech 10 ist einfach um 90° abgewinkelt und der in den Behälterinnenraum hineinragende Schenkel weist Öffnungen 12 auf, in die Zungen 13 des Winkelbleches 11 der anderen Behälterwand eingreifen.

Die Öffnungen 12 sind bevorzugt Rechtecklöcher, wobei die Abstände zwischen den Rechtecklöchern ungefähr so lang sind wie die Rechtecklöcher selbst. Die Zungen 13, zwischen denen der Abstand 14 besteht und die zum besseren "Einfädeln" am äußeren Ende 15 leicht abgewinkelt sind, passen direkt in die Rechtecklöcher 12 des Winkelblechs 10.

Die Winkelbleche 10, 11 werden ebenso wie oben beschrieben an der Innen- und Außenwand befestigt: durch Kleben oder Schweißen. Fig. 5 zeigt die beiden Winkelbleche 10 und 11 im zusammengesetzten Zustand, wobei der Schenkel des Winkelbleches 11, an dem die Zungen 13 angeordnet sind, und der die Öffnungen 12 enthaltene Schenkel des Winkelbleches 10 im montierten Zustand vorzugsweise nahezu in einer Ebene liegen oder in zwei Ebenen mit nur einem geringen Abstand zueinander. Die sich so ergebenden Kraftflusslinien verlaufen dann nahezu geradlinig, so dass die mögliche Hebelwirkung gering und damit die Gefahr des Abbiegens der eingeschobenen Zungen 13 ebenso gering ist.

Der erfindungsgemäße Temperierbehälter gewährleistet die notwendige Druckstabilität, ist fertigungstechnisch günstig als auch so flexibel, dass für unterschiedliche Nutzvolumina lediglich geringe Änderungen an den Werkzeugen zur Herstellung von Innen- und Außenwand erforderlich sind.

Claims (13)

1. Druckstabiler Temperierbehälter zur Aufnahme eines pumpbaren Latentwärmefluids, bestehend aus flacher, dünnwandiger Außen- und Innenwand, die am Umfang druckfest miteinander verbunden sind und zwischen denen im Innenraum Abstandshalter angeordnet sind, die jeweils fest mit der Außen- und Innenwand verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter geteilt ausgeführt sind und aus Winkelblechen (5, 10, 11, 17) bestehen, die so paarweise ineinandergreifen, dass sie Zugkräfte zwischen der Außen- und Innenwand (1, 3) aufnehmen.

2. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Paarungen der Winkelbleche (5-5, 5-17, 10-11) Kraftschluss besteht.

3. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelbleche (5, 17) aus drei Schenkeln bestehen, die jeweils zweifach um 90° abgewinkelt sind.

4. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Schenkel der Winkelbleche (5, 17) Löcher (6) aufweist.

5. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenwirkenden Winkelbleche (5-5) oder (5-17) oder (10-11) so an der Außen- und Innenwand (1, 3) angeordnet sind, dass die Strömung des Latentfluids während des Befüllvorganges parallel zum Verlauf der Winkelbleche (5, 10, 11, 17) erfolgt.

6. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Kanten der Schenkel der Winkelbleche (5, 17), die in einander greifen, zusätzlich in Richtung Behälterinnenraum abgewinkelt sind.

7. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Schenkel zusammenwirkender Winkelbleche (5, 17) jeweils eine unterschiedliche Breite aufweisen.

8. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Winkelblech (10) einfach um 90° abgewinkelt ist und der in den Behälterinnenraum hineinragende Schenkel Öffnungen (12) aufweist; in die Zungen (13) des Winkelbleches (11) der anderen Behälterwand eingreifen.

9. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungen (13) am äußeren Ende (15) in Richtung der gegenüberliegenden Behälterwand abgewinkelt sind.

10. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkel des Winkelbleches (11), an dem die Zungen (13) angeordnet sind, und der die Öffnungen (12) enthaltene Schenkel des Winkelbleches (10) im montierten Zustand nahezu in einer Ebene liegen oder in zwei Ebenen mit einem geringen Abstand zueinander.

11. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und/oder Innenwand (1, 3) Sicken (2, 4) aufweisen.

12. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (2) gegenüber den Sicken (4) der anderen Behälterwand um ein Winkel, vorzugsweise 90° versetzt angeordnet sind.

13. Druckstabiler Temperierbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (2) der Behälterwand, die künftig in das Innere einer Kühlzelle weisen, geometrisch so ausgelegt sind, dass sie als Einschubauflage und/oder -aufnahme der Kühlzelle fungieren.