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Wärmetauscher mit Elementen, die durch Hin- und Herfalten von Blechtafeln
gebildete parallele Kanäle für die Mittel aufweisen Die Erfindung betrifft Wärmetauscher
mit parallele Durchflußkanäle für die Wärmetauschmittel bildenden Elementen, die
durch Hin- und Herfalten von Blechtafeln und Verschweißen deren paarweise gegeneinandergebogener
Längsränder erzeugt sind. Sie besteht darin, daß mindestens zwei Elemente, deren
beiderseitige Längsränder nach entgegengesetzten Seiten gebogen sind, in einem den
Wärmetauscher umschließenden Gehäuse untergebracht sind.
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Eine solche Ausführungsform vermeidet einzelne taschenartige Kammern
mit nach der gleichen Richtung weisenden Öffnungen, wie man dies von anderen ähnlichen
Apparaten kennt. Viehmehr besteht sie aus parallel zueinander verlaufenden Durchfiußkanälen.
Diese ermöglichen eine völlig neuartige Anordnung in einem Wärmetauscher und ergeben
einen besonders wirkungsvollen Wärmeaustausch zweier Medien. Insbesondere läßt sich
die neue Konstruktion in denkbar einfacher und billiger Weise herstellen.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn zwei Elemente spiegelbildlich zueinander
in einem Gehäuse angeordnet sind.
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Eine weitere Vervollkommnung des Erfindungsgedankens besteht darin,
daß vier Elemente in Doppelanordnung spiegelbildlich zueinander in einem Gehäuse
vorgesehen sind.
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Eine besonders einfache und widerstandsfähige Verbindung der Elemente
mit dem sie umschließenden Gehäuse wird dadurch erreicht, daß nahe dem einen Ende
des Gehäuses, und zwar in der Nähe der äußeren Randteile der aneinandergefügten
Faltungen der Elemente, ein Flanschrahmen angeordnet ist.
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Zu dem gleichen Zweck können zweckmäßig die Wandungen der Gehäuse
an der Innenseite Elemente tragen, die eine Deformierung dieser Elemente unter der
Wirkung von Drücken begrenzen.
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Ein sehr einfaches Verfahren zur Herstellung des neuen Wärmetauschers
besteht darin, daß man einen Längsrand einer rechteckigen Blechtafel in der Nähe
und parallel zur entsprechenden Längskante um einen spitzen Winkel und gleicherweise
den anderen Längsrand in der Nähe und parallel zur zweiten Längskante in entgegengesetzterRichtung
biegt und daraufhin dasBlech abwechselnd in entgegengesetztenRichtungen je um zwei
rechte Winkel um Faltzonen faltet, die in bestimmten Abständen voneinander angeordnet
sind und sich quer zwischen den beiden Längskanten erstrecken.
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Eine weitere Vervollkommnung dieses Verfahrens ist dadurch gegeben,
wenn die gegeneinanderstoßenden Längsränder jedes der aufeinanderfolgenden, zwischen
den Faltzonen liegenden Wandteilen entlang ihrer Berührungslinie durch Metallverbindung
(Schweißen) miteinander vereinigt werden, während die im Bereich der Faltzonen liegenden
Teile der Längsränder entweder in Richtung der miteinander verbundenen Längsränder
gebogen werden oder so geformt werden, daß sie unter einem Winkel von 90° zu den
angrenzenden Längsrändern verlaufen.
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Die Erfindung ist an Hand schaubildlicher Darstellungen beispielsweise
erläutert. Es zeigt Fig.1 eine schaubildliche Ansicht eines Teils einer zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Elementes dienenden rechteckigen Blechtafel, Fig. 2 eine
schaubildliche Ansicht eines Teils eines Elementes, Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende
Draufsicht, Fig.4 eine schaubildliche Ansicht eines Wärmetauschers, dessen äußerer
Mantel aufgebrochen ist, um die innere Anordnung von zwei Elementen erkennen zu
lassen, Fig. 5 ein Einzelteil, das die Befestigung eines Elementes im Gehäuse durch
einen Flansch sowie ein keilförmiges Tragstück erkennen läßt, Fig. 6 eine andere
Einzelheit der Flanschverbindung, die deren Vereinigung mit dem Gehäuse erkennen
läßt,
Fig. 7 eine Einzelheit einer Endverbindung zwischen zwei Elementen,
Fig. 8- einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII aus Fig. 4, Fig.9 eine schaubildliche
Ansicht eines Wärmetauschers mit vierElementen, wobei dieStimseite des Gehäuses
zur Veranschaulichung angenommen ist.
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In Fig.1 ist die Oberfläche der rechteckigen Blechtafel mit
10 und die IJnterfäche mit 11 bezeichnet. Der eine Längsrand 12a der
Blechtafel 10, 11 ist in der Nähe und parallel zur entsprechenden Längskante
12 unter einem spitzen Winkel 0 nach oben gebogen. In gleicherWeise ist der andere
Längsrand 13a des Bleches 10, 11 in der Nähe und parallel zu der zweiten
Längskante 13 unter einem spitzen Winkel nach unten gebogen. Zur Herstellung eines
erfindungsgemäßen Elementes wird die Blechtafel aufeinanderfolgend in entgegengesetzten
Richtungen jeweils um nahezu 180° um die FaltzonenA, B, C ...
gebogen, die
in bestimmten Abständen voneinander angeordnet sind und sich quer zwischen den beiden
Längskanten 12 und 13 erstrecken.
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Auf diese Weise werden Wandteile 10 a, 10
b,
10 c ... der Elemente gebildet, und die Längskanten 12 oder
13 jeder der aufeinanderfolgenden benachbarten Wandteile stoßen gegeneinander, so
daß sie jetzt durch Schweißen, Hartlöten oder ein anderes metallverbindendes Verfahren
vereinigt werden können, ohne daß Füllstücke erforderlich wären.
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Das Falten des flachen, die Wandteile 10 a,
10 b,
10 c bildenden Teils der Bleche kann auf üblichen Biegemaschinen
erfolgen. Die außerhalb des Bereichs des Biegewerkzeugs liegenden Längsränder werden
besonders verformt. So werden an den Faltzonen, dort, wo die Längskanten aneinanderstoßen,
nach innen gerichtete Teile 14 Längsränder 13 a bzw. 12 a durch
Eindrücken genau rund gebogen. Sie können aber auch auf eine natürliche Weise scharf
gebogen werden, wobei die Teile 14 um einen Dorn mit kreisförmigem oder ähnlichem
Querschnitt gebogen werden, um eine übermäßige Krümmung oder Beanspruchung zu vermeiden.
An den Faltzonen, wo die Längsränder nicht aufeinanderstoßen, sind die freien Randteile
15 der Längsränder 13 a bzw. 12 a so geformt, daß sie in einem rechten Winkel zu
den benachbarten Längskanten 12 oder 13 verlaufen.
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Die Randteile 15 liegen somit im wesentlichen in einer Ebene
und erleichtern so die Befestigung eines Metallstreifens, beispielsweise eines Flansches,
durch Schweißen.
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Auf diese Weise werden parallel zueinander angeordnete Durchflußkanäle
16 a und 16 b gebildet, die von den Wandteilen 10 a,10 b,10 c
... begrenzt werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Kanäle im Bereich
der Faltzonen und der aufeinanderstoßenden Längskanten flüssigkeitsdicht geschlossen,
so daß in jedem Kanal jeweils zwei aneinanderstoßende offene und geschlossene Seiten
vorhanden sind, wobei die offenen Seiten der Kanäle 16a neben geschlossene Seiten
der Kanäle 16a und umgekehrt zu liegen kommen.
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Zwei der in beschriebener Weise hergestellten Elemente können in einen
Wärmetauscher der in Fig. 4 bis 8 schaubildlich dargestellten Art spiegelbildlich
zueinander eingebaut werden. Die beiden Elemente 21 a und 21 b sind mit einem Flansch
23 versehen, der die vier Außenkanten der Elemente umgibt und an diesen durch Schweißen
befestigt ist. Zwischen den beiden Elementen 21 a und 21 b ist auf
dem größten Teil ihrer Länge eine Zwischenwand 22 vorgesehen. Ein Schenkel des Flansches
23 ist gemäß Fig. 6 an dem Gehäuse 20 des Wärmetauschers durch Schrauben
od. dgl. befestigt. Dabei können Dichtungen zwischen dem Gehäuse und dem Flansch
vorgesehen sein. Die Elemente sind am Gehäuse nur mit Hilfe des Flansches befestigt,
damit sie sich auf ihrer ganzen Länge ausdehnen können. Keilförmige Tragstücke 24
sind in bestimmten Abständen über die ganze Länge des Gehäuses 20 an diesem
angeordnet. Sie ragen in Queröffnungen der Durchflußkanäle 16a hinein. An dem einen
Ende der beiden nebeneinanderliegenden Elemente ist eine Verbindung in Form eines
Blechwinkels 25 vorgesehen, der an die benachbarten Randteile 15 der zwei Elemente
(Fig. 7) angeschweißt ist und dadurch eine Trennung der beiden Strömungssysteme
durch die Elemente sichert. Ein solcherBlechwinkel ist leicht nachgiebig und gewährleistet
so eine gute Verbindung zwischen den beiden Elementen bei Wärmedehnungen desselben.
Die oberen Enden beider Blechtafeln sind (Fig. 8) bei 22 a und die unteren
Enden bei 22b mit der Trennwand 22 verschweißt. Dadurch werden in
jedem Element aufeinanderfolgende Kanäle 16 a und 16 b voneinander
getrennt, während sowohl die Kanäle 16 a als auch die Kanäle 16b des
einen Elementes mit denen des anderen Elementes vereinigt sind.
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Am Gehäuse des Wärmetauschers sind auf der Seite des dem Blechwinkel
25 gegenüberliegenden Endes der Elemente ein Zuflußstutzen 26a und
ein Abflußstutzen 26b für eine Hochdruckflüssigkeit P, vorgesehen, während seitlich
am Gehäuse angebrachte Ein- undAustrittsstutzen27a bzw. 27b für eine unter niederem
Druck stehende Flüssigkeit P2 vorgesehen sind.
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Die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit P1 tritt durch den Stutzen
26 a ein und fließt in die aufeinanderfolgenden Durchflußkanäle 16b des Elementes
21 b. Da diese Kanäle an ihren anderen Enden geschlossen sind und da die Trennwand
22 nicht ganz bis zu diesem Ende reicht, strömt die Flüssigkeil P1 in die Durchflußkanäle
16 b des Elementes 21 a und von dort durch den Auslaßstutzen 26 b
aus dem Gehäuse aus. Die unter niederem Druck stehende Flüssigkeit P2 tritt durch
den Stutzen 27 a in das Gehäuse ein und strömt in die Durchflußkanäle 16a des Elementes
21 a. Diese Kanäle 16 a sind an dem durch den Blechwinkel25 verbundenen Ende des
Elementes offen, und somit wird die Flüssigkeit P2 an der Rückwand des Gehäuses
20 umgeleitet und in die Durchflußkanäle 16 a des Elementes 21 b geführt,
worauf sie durch den Auslaßstutzen 27 b abfließt.
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Die Zu- und Abflußrichtungen der FlüssigkeitenPl und P2 stehen im
wesentlichen unter einem rechten Winkel zueinander. Innerhalb der Elemente durchströmen
sie jedoch die Durchgänge parallel und im Gegenstrom.
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Fig. 9 zeigt, wie vier Elemente in einem Wärmetauscher eingebaut werden
können. Zwei spiegelbildlich angeordnete Elemente 31 a und
31 b sind durch eine Wand 32 a und zwei weitere, ebenfalls spiegelbildlich
angeordnete Elemente 31 a und 31 d sind durch eine Wand 32 b voneinander
getrennt. Zwischen diesen beiden Gruppen von Elementen ist eine Trennwand 33 vorgesehen.
Die Elemente sind an einem Gehäuse 30 in der gleichen Weise befestigt, die für die
in den Fig. 4 bis 8 beschriebene Ausführungsform
vorgesehen ist.
Ebenso ist die Trennung der aufeinanderfolgendenDurchflußkanäleund auch dieUmlenkung
für den freien Durchfluß an dem einen Ende von je zwei spiegelbildlichen Elementen
im wesentlichen in gleicher Weise ausgeführt.
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Die unter hohem Druck stehende FlüssigkeitPl gelangt durch den Stutzen
36 a in das Gehäuse 30 und strömt durch die Durchflußkanäle 16b des Elementes 31d.
An den gegenüberliegenden Enden sind diese Kanäle 16 b geschlossen, und da die Trennwand
32 b an dieser Stelle verkürzt ist, gelangt die FlüssigkeitP, in die entsprechenden
Durchflußkanäle 16b des Elementes 31c. Nachdem die Flüssigkeit durch die offenen
Enden der Kanäle 16b des Elementes 31 c ausgetreten ist, strömt sie an der Stirnwand
des Gehäuses entlang und wirrt auf die entsprechenden Öffnungen der Kanäle 16b
des Elementes 31b verteilt. Von dort gelangt sie in gleicher Weise in die
Kanäle 16b des Elementes 31a und verläßt schließlich das Gehäuse durch den Stutzen
36b.
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Die unter niederem Druck stehende Flüssigkeit P2 tritt durch den Stutzen
37a in das Gehäuse 30 ein und gelangt in die Durchflußkanäle 16a des Elementes 31
a. Die Kanäle 16 a sind an dem dem Eintrittsstutzen 36a gegenüberliegenden
Ende des Gehäuses offen, so daß die Flüssigkeit P2 an der Rückwand des Gehäuses
30 entlangströmt, um sich in die entsprechenden Durchflußkanäle 16 a des Elementes
31 b zu verteilen. Die Trennwand 33 ruht in einer Führung 34 auf der Innenseite
der den Stutzen 36 a und 36b gegenüberliegenden Gehäusewand und hindert so den Übergang
der FlüssigkeitP2 in die Durchflußkanäle 16 a des Elementes 31 c. Die Trennwand
33 ist jedoch an der Seite des Gehäuses, wo sich die Stutzen36a und 36b befinden,
verkürzt und gestattet somit der Flüssigkeit P2 in die Durchflußkanäle 16 a des
Elementes 31c zu strömen. Diese Durchflußkanäle 16 a der Elemente 31 c und
31 d sind am Ende des Gehäuses, wo die Stutzen 36a und 36b angeordnet sind,
geschlossen, und deshalb erfolgt die Strömung der Flüssigkeit P2 in gleicher Weise
durch die Durchflußkanäle 16 a der Elemente 31 c und 31 d, bis sie
das Gehäuse endlich durch den Stutzen 37 b verläßt.
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Wie bei den in den Fig. 4 bis 8 dargestellten Beispielen sind auch
hier die Strömungswege der zwei Ströme P1 und P2 in ihren entsprechenden Durchgängen
im wesentlichen parallel und entgegengesetzt zueinander gerichtet.