DE1078146B - Waermetauscher mit in einer Reihe nebeneinander angeordneten und ueber einen gemeinsamen mit Leitvorrichtungen versehenen Verteiler- bzw. Sammelkanal verbundenen Elementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Kühler oder Heizkörper mit in einer Reihe nebeneinander angeordneten, jeweils über einen gemeinsamen Verteiler- bzw. Sammelkanal mit dem Ein- und Auslaß des Wärmetauschers verbundenen gleichartigen, von einer wärmetauschenden Flüssigkeit durchflossenen Wärmetauscherelementen, zwischen dessen Ein- und Auslaß sich für die die einzelnen Elemente durchfließenden Flüssigkeitsanteile unterschiedlich lange Strömungswege ergeben und in dessen Verteiler und/oder Sammelkanal mindestens eine Leitvorrichtung für die Flüssigkeit vorgesehen, z. B. eingesetzt ist, während ein mit der Flüssigkeit die Wärme tauschendes Medium den Wärmetauscher umgibt.

Wärmetauscher dieser Art können als Heiz- oder Kühlkörper verwendet werden, wobei ein Wärmetausch zwischen der den Wärmetauscher durchfließenden Flüssigkeit und dem den Wärmetauscher umgebenden Medium stattfindet. Damit die unterschiedlich langen Strömungswege solcher Wärmetauscher nicht zu einer ungleichmäßigen Durchströmung der einzelnen Wärmetauscherelemente und dadurch zu einer ungleichmäßigen Wärmeübertragung und einer nur unvollkommenen Ausnutzung der einzelnen Elemente führen können, hat man bereits den Verteiler- und/ oder Sammelkanal umgehende oder in diese einfügbare Rohre oder ähnliche Leitvorrichtungen vorgeschlagen, die z. B. aus entweder neben- oder ineinander angeordneten Rohren (gegenüber dem Verteiler- bzw. Sammelkanal entsprechend kleineren Querschnitts) bestehen und von der Ein- bzw. Auslaßöffnung aus verschieden weit in den entsprechenden Kanal hineinragen. Auf diese Weise wird der Verteilerbzw. Sammelkanal im Bereich der Ein- oder Auslaß-Öffnung des Wärmetauschers in verschiedene, durch die Leitvorrichtung voneinander getrennte, gegebenenfalls an einzelnen Stellen durch Querbohrungen der Rohre miteinander in Verbindung stehende Kanäle aufgeteilt, deren anderseitige Öffnungen an unterschiedlichen Stellen des Verteiler- bzw. Sammelkanals liegen, so daß die Flüssigkeit einzelnen Stellen dieses Kanals — und damit einzelnen Gruppen der Wärmetauscherelemente — bevorzugt zugeführt wird. Nachteilig ist jedoch bei allen diesen bekannten Leitvorrichtungen, daß sie keine genaue, stufenlos veränderte Flüssigkeitsabzweigung nach bzw. von den einzelnen Wärmetauscherelementen zulassen und zumeist auch, daß sie der Flüssigkeit mit ihren verhältnismäßig großen Wandflächen einen unerwünscht großen Strömungswiderstand entgegensetzen, der insbesondere bei der einfachsten und am weitesten verbreiteten Flüssigkeitsumwälzung durch Thermosyphonwirkung eine starke Behinderung darstellt, ganz abgesehen von Wärmetauscher mit in einer Reihe
nebeneinander angeordneten
und über einen gemeinsamen

mit Leitvorrichtungen versehenen

Verteiler- bzw. Sammelkanal

verbundenen Elementen

Anmelder:

August Lepper Transformatorenwerk,
Honnef/Rhein

Dr.-Ing. Wilhelm Lepper, Honnef/Rhein,

und Dr. tedin. Josef Ratzke, Bad Godesberg,

sind als Erfinder genannt worden

dem verhältnismäßig großen Materialaufwand für die verschiedenen Abzweigleitungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu beheben und die Leitvorrichtungen so zu vervollkommnen, daß sie trotz einer einfachen Herstellbarkeit und eines nur geringen Materialaufwandes bei minimalen S trömungs widerständen eine besonders günstige Flüssigkeitsführung ergeben.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Leitvorrichtung etwa zungenförmig gestaltet ist und nach ihrem der Ein- bzw. Auslaßöffnung des Kanals gegenüberliegenden Ende hin eine im wesentlichen stetig abnehmende — entsprechend der Querschnittsform der Leitvorrichtung gegebenenfalls auch entlang einem Bogen gemessene — Breite aufweist. Durch eine solche stetige Abnahme der Breite der Leitvorrichtung kann die Flüssigkeit den einzelnen Wärmetauscherelementen entsprechend dem stetig zunehmenden Spaltquerschnitt in einer genauen Zuteilung zugeführt werden,, wodurch sich eine sehr günstige S trömungs verteilung mit denkbar einfachen Mitteln ergibt.

In den meisten Fällen wird gemeinsam mit der Breite auch der Querschnitt der zungenförmigen Leitvorrichtung abnehmen. Anderseits kann es auch erwünscht sein, einzelne Wärmetauscherelemente aus irgendwelchen Gründen besonders bevorzugt durchströmen zu lassen, in welchen Fällen die Leitvorrich-

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tung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich ihres freien Endes mit Durchbrüchen versehen sein kann. Besonders einfach ist es, wenn die zungenförmige Leitvorrichtung aus einer im wesentlichen blattförmigen Zunge besteht, die über ihren Querschnitt entweder eben oder auch schwach gewölbt sein kann. Solche blattförmigen Zungen kann man dann zweckmäßig nach ihrem die kleinere Breite aufweisenden Ende hin schräg nach den Wärmetauscherelementen zu geneigt anordnen, wodurch der im Bereich der Leitvorrichtung zu den Wärmetauscherelementen hin abströmenden bzw. von diesen kommenden Flüssigkeitsmenge besonders günstig Rechnung getragen wird.

Während man bei den üblichen Raumheizkörpern in der Regel mit einer einzigen blattförmigen Zunge auskommen wird, kann es bei größeren Heizkörpern oder sonstigen Wärmetauschern auch zweckmäßig sein, in einem einzigen Verteiler- bzw. Sammelkanal mehrere solcher Zungen anzuordnen, die dann jedoch zur wirksamen Herabsetzung des Strömungswiderstandes in bei Leitblechen an sich bekannter Weise gegeneinander versetzt angeordnet werden, wodurch der Gesamtquerschnitt des Verteiler- bzw. Sammelkanals durch die Zungen an kaum einer Stelle mehr ag verringert wird als bei der Verwendung nur einer einzigen Zunge.

In besonders einfacher Weise läßt sich eine gleichmäßige oder gewollt ungleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf die einzelnen nebeneinander angeordneten Elemente eines Wärmetauschers erzwingen, wenn man als Leitvorrichtung ein durch einen Längsschnitt geöffnetes Rohr verwendet, dessen lichte Anschnittweite sich mit zunehmender Entfernung von dem Einlaß bzw. Auslaß des Wärmetauschers im wesentlichen stetig vergrößert. Ein solches seitlich angeschnittenes oder geschlitztes Rohr kann unmittelbar in den als Rohr ausgeführten Verteiler- bzw. Sammelkanal eingeschoben werden, so daß es dicht an der Innenwand des Kanals anliegt. Dann bestimmt die jeweilige Anschnitt- oder Schlitzweite des Rohres den Durchfluß querschnitt, über den die Flüssigkeit den einzelnen Wärmetauscherelementen zufließen kann, was noch den weiteren Vorteil mit sich bringt, daß das Rohr in diesem Falle zugleich als Träger der einzelnen Wärmetauscherelemente ausnutzbar ist.

Im Bereich der letzten Elemente der Reihe kann das die Leitvorrichtung bildende Rohr schräg abgeschnitten sein, so daß für den Durchfluß querschnitt der volle Umfang des Kanals zur Verfügung steht. Diese letzte Ausführung ist besonders zweckmäßig bei Wärmetauschern, die aus einzelnen unmittelbar miteinander verflanschten Gliederelementen bestehen.

Bei gleichem Innendurchmesser sämtlicher Flanschverbindungen läßt sich ein solches Rohr auch nachträglich in einen zusammengebauten und bereits angeschlossenen Wärmetauscher von dem durch einen Abschlußdeckel oder durch eine Abschlußplatte geschlossenen Flansch des letzten Gliederelementes aus in den Kanal einführen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an dem Beispiel eines Wärmetauschers veranschaulicht, der zum Kühlen des Kühlmittels eines Transformators bestimmt ist und der mit seinem Einlaß und Auslaß unmittelbar an Öffnungen oder Anschlußstutzen des Transformatorkessels angeflanscht ist; es zeigt

Fig. 1 einen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildeten, an einen Transformatorkessel anfianschbaren Wärmetauscher in einem schematisch gehaltenen senkrechten Teillängsschnitt. ' ■

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen waagerechten Längsschnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 nach der Linie IH-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechenden Wärmetauscher in einem der Fig. 1 entsprechenden Teillängsschnitt,

Fig. 5 den Wärmetauscher gemäß Fig. 4 in einem senkrechten Querschnitt nach der Linie V-V der der Fig. 3,

Fig. 6 eine gegenüber den Fig. 1 bis 5 abgewandelte Einzelheit des Wärmetauschers in einem Teilquerschnitt,

Fig. 7 einen dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechenden Wärmetauscher in einem der Fig. 1 entsprechenden Teillängsschnitt,

Fig. 8 ein in den Wärmetauscher gemäß Fig. 7 eingesetztes geschlitztes Rohr in einem Querschnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7,

Fig. 9 dasselbe Rohr in einem Querschnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 7,

Fig. 10 dasselbe Rohr in einer Ansicht von unten.

Der in den Fig. 1 bis 3 (verkürzt) dargestellte, zum Anflanschen an einen nicht dargestellten Transformatorkessel bestimmte Wärmetauscher 1 besteht aus einer Reihe gleichartiger, parallel zueinander angeordneter Wärmetauscherelemente 2, die in bekannter Weise aus je zwei an ihren Rändern miteinander verschweißten Blechschalen gebildet sind, aber auch einzelne Gruppen parallel geschalteter Rohre sein können. Die Wärmetauscherelemente 2 sind einerseits über einen gemeinsamen Verteilerkanal 3 und anderseits über einen gemeinsamen Sammelkanal 4 in den Umlaufkreis der Transformatorkühlflüssigkeit geschaltet, deren Flußrichtung durch die Pfeile 5 und 6 bezeichnet ist.

In Richtung des Pfeiles 5 strömt die warme Kühlflüssigkeit, z. B. Öl, in den Einlaß 7 des Verteilerkanals 3 ein, um sich auf die einzelnen Wärmetauscherelemente 2 zu verteilen und anschließend über den Sammelkanal 4 durch den Abfluß 8 in Richtung des Pfeiles 6 wieder in den Transformatorkessel zurückzuströmen. Der Umlauf der Kühlflüssigkeit erfolgt allein durch temperaturbedingte Schweredifferenzen, die bei der Abkühlung des zunächst warmen Kühlmittels in den Wärmetauscherelementen 2 auftreten. Beim Strömen des Kühlmittels durch den Verteilerkanal 3, die Wärmetauscherelemente 2 und den Sammelkanal 4 wird dem Kühlmittel durch die Umgebungsluft, die den gesamten Wärmetauscher 1 umspült, Wärme entzogen. Ein weiterer Teil der Wärme wird als Wärmestrahlung abgegeben,

Wenn keine besonderen Maßnahmen vorgesehen werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die einzelnen Wärmetauscherelemente 2 zu erzwingen, wird der größere Teil der Kühlflüssigkeit durch die in der Nahe des Einlasses 7 und des Abflusses 8 liegenden Wärmetauscherelemente 2 fließen, während die in größerer Entfernung von dem Ein- und Auslaß angeordneten Wärmetauscherelemente nur von geringen Mengen der Flüssigkeit durchströmt werden.

Um eine solche ungleichmäßige Verteilung und damit eine tmgenügende Ausnutzung des Wärmetauschers zu vermeiden, ist erfindungsgemäß in dem gemeinsamen Verteilerkanal 3 des Wärmetauschers 1 eine Leitvorrichtung in Form eines geraden, zungenartig ausgebildeten Blechstreifens 12 eingebaut, der in den Verteilerkanal 3 von dem Einlaß 7 her einge-

schoben ist und in seiner gesamten Länge relativ zu der Mittellinie des Verteilerkanals 3 leicht nach unten geneigt verläuft Durch diese geneigte und nach ihrem der Έϊη- bzw. Auslaßöfiinung des Verteiler- bzw. Sammelkanals 3 bzw. 4 gegenüberliegenden Ende hin eine stetig abnehmende Breite aufweisende Leitvorrichtung werden in dem Verteilerkanal 3 zwei teilweise gegeneinander abgegrenzte Strömungswege 13 und 14 für die Kühlflüssigkeit geschaffen, von denen der sich allmählich verengende Strömungsweg 14 der Zufuhr des Kühlmittels zu der Gruppe der ersten vier Wärmetauscherelemente 2 dient, während der sich allmählich erweiternde Strömungsweg 13 das Kühlmittel für die Gruppe der letzten drei Elemente 2' führt.

Um die Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Elemente 2 des Wärmetauschers 1 noch gleichmäßiger zu gestalten, sind im Bereich des Endes des Blechstreifens 12 zwei Durchbrüche 15 und 16 vorgesehen, durch die hindurch ein Teil des oberhalb des Blechstreifens 12 fließenden Kühlmittels in die letzten Wärmetauscherelemente der ersten Gruppe abströmen kann.

Es dürfte klar sein, daß man durch Wahl des Querschnittes derartiger Durchbrüche die Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die einzelnen Wärmetauscherelemente in beliebiger Weise verändern kann.

Der in den Fig. 4 und 5 dargestellte Verteilerkanal 3 eines Wärmetauschers, der im übrigen in ähnlicher Weise ausgeführt ist wie der Wärmetauscher gemäß den Fig. 1 bis 3, enthält zwei Leitvorrichtungen 17 und 18, die gegeneinander in der Flußrichtung der Kühlflüssigkeit versetzt oder gestaffelt sind. Diese Staffelung hat den Zweck, das Kühlmittel —· noch genauer als beim ersten Ausführungsbeispiel — auf drei Gruppen von Wärmetauscherelementen, nämlich auf die Elemente 2, 2' und 2" zu verteilen, ohne dabei aber etwa die Wandreibung im vorderen Teil des Verteilerkanals 3 heraufsetzen zu müssen.

Die Fig. 6 soll zeigen, daß die Leitvorrichtung im Inneren des Verteilerkanals 3 oder des Sammelkanals 4 ganz unterschiedliche Querschnittsformen haben kann. Sie kann z. B. auch als rinnenförmig gebogene Zunge 25 ausgebildet sein.

Die Fig. 7 zeigt eine besondere Ausführungsform der Leitvorrichtung, die es gestattet, eine sehr feine Abstufung der jeweils durch die Einzelgliederelemente 27 fließenden Kühlflüssigkeitsmengen zu erzielen.

Der Wärmetauscher besteht in diesem Falle aus einer Reihe von Einzelelementen 27, die durch ihre Flansche 28 in der Weise miteinander verbunden sind, daß durch die Stutzen der Flansche ein gemeinsamer, geradliniger und zylindrischer Verteilerkanal gebildet wird, aus dem die Kühlflüssigkeit über die ringförmig diesen Kanal umfassenden offenen Enden der einzelnen Wärmetauscherelemente in diese Elemente abfließen kann.

Der zusammengebaute Wärmetauscher ist unmittelbar an die Kesselwand 32 eines Transformatorkessels od. dgl. angeflanscht.

Als Leitvorrichtung für die Kühlflüssigkeit dient das Rohr 33, das durch einen Längsanschnitt 34 in der Weise seitlich geschlitzt oder geöffnet ist (vgl. Fig. 10), daß sich die lichte Anschnittweite mit zunehmender Entfernung von dem am Einlaß liegenden Ende des Rohres vergrößert. Das Rohr 33 läßt sich in den Verteilerkanal so weit einschieben, daß die engste Stelle 35 seines Anschnittes 34 über dem ersten Wärmetauscherelement 27' liegt und nur einen verhältnismäßig engen Durchflußquerschnitt für die durch dieses erste Element fließende Kühlflüssigkeit freigibt.

Bei den weiter entfernt von dem Einlaß des Wärmetauschers liegenden Wärmetauscherelementen werden die freigegebenen Durchflußquerschnitte zunehmend größer.

Die Fig. 8 zeigt die den engsten Querschnitt bestimmende Anschnittweite a; die Fig. 9 den bereits wesentlich vergrößerten Durchfluß querschnitt, der durch die Anschnittweite b gegeben ist. Bei dem letzten Element 27" ist keine Drosselung seines Durchflußquerschnitts mehr vorhanden, da das Ende des Rohres 33, das in einer Zunge 36 ausläuft, nicht mehr bis zu diesem Element reicht.

Der Verteilerkanal des Wärmetauschers ist an seinem äußeren Ende durch einen Abschlußdeckel 37 verschlossen. Nach Abnehmen dieses Deckels 37 kann man das Rohr 33 in axialer Richtung in dem Verteilerkanal 3 verschieben, um gegebenenfalls die Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die einzelnen Gliederelemente des Wärmetauschers zu verändern.

Es dürfte klar sein, daß durch unterschiedliche Form der Begrenzung des Anschnitts 34 des Rohres 33 eine ungleiche, bestimmten Betriebsbedingungen angepaßte Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die einzelnen Elemente erreicht werden kann.

Sämtliche Verteilervorrichtungen, die in der Zeichnung jeweils nur in den Verteilerkanälen der Wärmetauscher angeordnet sind, können auch in den Sammelkanälen oder nur in diesen vorgesehen werden. Eine Änderung in der Wirkungsweise ergibt sich dadurch nicht.

Ferner dürfte es für den Fachmann klar sein, daß die an dem Beispiel eines Kühlers für einen Transformator beschriebene und erläuterte Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern auch bei vielen anderen Wärmetauschern für ganz unterschiedliche Zwecke mit dem gleichen vorteilhaften Erfolg anwendbar ist.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wärmetauscher, insbesondere Kühler oder Heizkörper mit in einer Reihe nebeneinander angeordneten, jeweils über einen gemeinsamen Verteiler- bzw. Sammelkanal mit dem Ein- und Auslaß des Wärmetauschers verbundenen gleichartigen, von einer wärmetauschenden Flüssigkeit durchflossenen Wärmetauscherelementen, zwischen dessen Ein- und Auslaß sich für die die einzelnen Elemente durchfließenden Flüssigkeitsanteile unterschiedlich lange Strömungswege ergeben und in dessen Verteiler- und/oder Sammelkanal mindestens eine Leitvorrichtung für die Flüssigkeit vorgesehen, z. B. eingesetzt ist, während ein mit der Flüssigkeit die Wärme tauschendes Medium den Wärmetauscher umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung etwa zungenförmig gestaltet ist und nach ihrem der Ein- bzw. Auslaßöffnung des Verteiler- bzw. Sammelkanals (3 bzw. 4) gegenüberliegenden Ende hin eine im wesentlichen stetig abnehmende — entsprechend der Querschnittsform der Leitvorrichtung gegebenenfalls auch entlang einem Bogen gemessene — Breite aufweist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (33) nach ihrem die kleinere Breite aufweisenden Ende hin einen im wesentlichen stetig abnehmenden Querschnitt aufweist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung aus einer im wesentlichen blattförmigen Zunge (12) besteht.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (12) im Querschnitt geradlinig verläuft.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (25) im Querschnitt schwach gewölbt verläuft.

6. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (12) im Verteiler- bzw. Sammelkanal (3 bzw. 4) nach nach ihrem die kleinere Breite aufweisenden Ende hin schräg nach den Wärmetauscherelementen (2, 2") zu geneigt verläuft.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (Zunge 12) im Bereich ihres die kleinere Breite aufweisenden Endes mit Durchbrüchen (15, 16) versehen ist.

8. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 3 bis 7,. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zungen (18) in bei Leitblechen an sich bekannter Weise in Richtung der Strömung der Flüssigkeit gegeneinander versetzt angeordnet sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, insbesondere aus miteinander verflanschten Gliedern zusammengesetzter Wärmetauscher, dessen Verteiler- bzw. Sammelkanal durch die Flanschverbindungen der Glieder gebildet ist und einen rohrförmigen Querschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung ein durch einen Längsanschnitt geöffnetes Rohr ist, dessen lichte Anschnittweite sich mit zunehmender Entfernung von dem Einlaß bzw. Auslaß des Wärmetauschers im wesentlichen stetig vergrößert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 943 948, 733 220;
französische Patentschrift Nr. 1 128 148;
USA.-Patentschrift Nr. 2 098 830.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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