DE1121090B - Heat exchange element as well as heat exchanger built up from this - Google Patents
Heat exchange element as well as heat exchanger built up from thisInfo
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Description
Wärmeaustauschelement sowie aus diesem aufgebauter Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschelement rechteckigen oder annähernd rechteckigen Querschnitts und beliebiger Länge mit in Strömungsrichtung verlaufenden Wellungen im Strömungskanal sowie aus derartigen Elementen aufgebaute Wärmeaustauscher.Heat exchange element and heat exchanger constructed from this The invention relates to a heat exchange element rectangular or approximately rectangular Cross-section and any length with corrugations running in the direction of flow in the flow channel as well as heat exchangers constructed from such elements.
Derartige Elemente sind bereits in mehrfacher Abwandlung vorgeschlagen worden, so beispielsweise ein Wärmeaustauschelement, das aus einem flachen und rechteckigen Bodenblech und flachen und rechteckigen Seitenwänden zusammengesetzt ist, wobei jeweils drei Seitenwände rechtwinklig und parallel zu zwei Seitenkanten des Bodenbleches mit diesem verbunden sind. Dadurch werden zwei getrennte Strömungskanäle gebildet, die wiederum mittels Wellblechstreifen in eine Vielzahl von Unterkanälen aufgeteilt sind. Bei der bekannten Ausführungsform erstrecken sich die Welleneinsätze über die Gesamtbreite des Elementes.Such elements have already been proposed in several modifications has been, for example, a heat exchange element that consists of a flat and rectangular Base plate and flat and rectangular side walls is composed, wherein three side walls at right angles and parallel to two side edges of the floor panel are connected to this. This creates two separate flow channels, which in turn are divided into a large number of sub-channels by means of strips of corrugated iron are. In the known embodiment, the shaft inserts extend over the total width of the element.
Auch solche Wärmeaustauschelemente, bei denen auf den Einsatz besonderer gewellter Bleche zwischen ebenen Grund- oder Deckblechen verzichtet wird und letztere selbst mit Wellungen versehen sind, sind bekannt. Dabei wird meist so verfahren, daß beim Obereinanderlegen mehrerer gewellter Bleche die Wellenberge aufeinanderzuliegen kommen, so daß in sich geschlossene Strömungskanäle entstehen.Even those heat exchange elements that require special use corrugated sheets between flat base or cover sheets is dispensed with and the latter are themselves provided with corrugations are known. The procedure is usually as follows: that when several corrugated sheets are placed on top of one another, the wave crests lie on top of one another come, so that self-contained flow channels arise.
Von diesen bekannten Wärmeaustauschelementen unterscheidet sich das nach der Erfindung dadurch, daß die Wellungen nur einen Teil des Effektivquerschnittes des Strömungskanals einnehmen und in die langen Seitenwände eine Mehrzahl nebeneinanderliegender Einlaß- und Auslaßöffnungen eingeschnitten sind, wobei die in einer Seitenwand eingebrachten Einlaßöffnungen zu denen in der gegenüberliegenden Wand eingebrachten Auslaßöffnungen versetzt angeordnet sind.This differs from these known heat exchange elements according to the invention in that the corrugations are only part of the effective cross-section occupy the flow channel and in the long side walls a plurality of adjacent Inlet and outlet openings are cut, those made in a side wall Inlet openings to those made in the opposite wall outlet openings are arranged offset.
Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Wärmeaustauschelementes liegt darin, daß es sich um eine für die billige Massenherstellung besonders geeignete Konstruktion handelt, die trotzdem einen hohen Wärmeaustauschwirkungsgrad garantiert und die einfach zu Wärmeaustauschem beliebiger Form und Größe, z. B. in Block- oder Zylinderform, auf einfache Weise zusammengesetzt werden kann.The main advantage of the inventive design of a heat exchange element lies in the fact that it is particularly suitable for inexpensive mass production Construction, which nevertheless guarantees a high degree of heat exchange efficiency and which are easy to heat exchangers of any shape and size, e.g. B. in block or Cylindrical shape, can be assembled in a simple manner.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt und unter Bezugnahme auf diese nachfolgend näher beschrieben. Es stellen dar Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausbildungsformen eines Wärmeaustauschelementes nach der Erfindung, im Querschnitt und in vergrößertem Maßstab, Fig.4 einen Horizontalschnitt durch ein Wärmeaustauschelement gemäß Fig.3. Fig. 5 und 6 andere mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschelementes, im Querschnitt, Fig.7 einen Horizontalschnitt durch ein Wärmeaustauschelement gemäß Fig. 6, Fig. 8 einen Teilschnitt durch einen aus erfindungsgemäßen Wärmeaustauschelementen aufgebauten erfindungsgemäßen zylindrischen Wärmeaustauscher, geschnitten längs der Linie A-A nach Fig. 9, Fig. 9 einen Schnitt durch einen Wärmeaustauscher gemäß Fig. 8, geschnitten längs der Linie B-B nach Fig. 8, Fig. 10 eine Endansicht eines Wärmeaustauschers gemäß Fig. 8 und 9, wobei die linke Seite eine Ansicht in Pfeilrichtung C nach Fig. 8 und die rechte Seite eine Ansicht in PfeilrichtungD nach Fig. 8 darstellt, Fig. 11 das Herstellungsverfahren eines zylindrischen Wärmeaustauschers nach der Erfindung, schematisch, Fig. 12 einen Vorrichtungsteil für die Herstellung eines zylindrischen Wärmeaustauschers.The invention is exemplified and schematic in the drawings and described in more detail below with reference to this. Put it FIG. 1 to 3 show different embodiments of a heat exchange element of the invention, in cross section and on an enlarged scale, Figure 4 is a horizontal section by a heat exchange element according to Fig.3. FIGS. 5 and 6 show other possible embodiments of a heat exchange element according to the invention, in cross section, FIG. 7 a horizontal section through a heat exchange element according to FIG. 6, FIG. 8 is a partial section through a Cylindrical cylinders according to the invention constructed from heat exchange elements according to the invention Heat exchanger, sectioned along the line A-A of Fig. 9, Fig. 9 a section through a heat exchanger according to FIG. 8, sectioned along the line B-B 8, 10 are an end view of a heat exchanger according to FIGS. 8 and 9, wherein the left side is a view in the direction of arrow C according to FIG. 8 and the right side a view in the direction of arrow D of Fig. 8, Fig. 11 the manufacturing process of a cylindrical heat exchanger according to the invention, schematically, Fig. 12 a Device part for the manufacture of a cylindrical heat exchanger.
Das erfindungsgemäße Wärmeaustauschelement nach Fig. 1 ist aus zwei ebenen Blechen 1 a und 1 b gebildet, die durch Seitenwände 2 a und 2 b auseinandergehalten sind. In den so gebildeten Strömungskanal sind gewellte Einsätze 3 a und 3 b eingesetzt, die voneinander und von den Seitenwänden einen Abstand aufweisen. Die Wellungen der Einsätze3a, 3 6 verlaufen im rechten Winkel zu den Seitenwänden.The heat exchange element according to the invention according to FIG. 1 is formed from two flat metal sheets 1 a and 1 b, which are held apart by side walls 2 a and 2 b. In the flow channel formed in this way, corrugated inserts 3 a and 3 b are used, which are spaced from each other and from the side walls. The corrugations of the inserts 3a, 36 run at right angles to the side walls.
Die Ausführungsform nach Fig.2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß auf besondere Seitenwände verzichtet ist und diese dafür durch die umgebogenen Endbereiche der Bleche 4a, 4 b gebildet sind. Wie aus der Figur ersichtlich, können diese so umgebogen sein, daß sie unter Bildung eines Flansches aufeinanderliegen. Um ein Durchbrennen der umgebogenen Teile der Bleche 4a, 4b zu verhindern, können diese durch Streifen 5 aus hitzebeständigem Material geschützt und gestützt sein.The embodiment of Figure 2 differs from that of FIG. 1 in that there is dispensed on the other side walls and these are formed for b by the bent end portions of the plates 4a, 4. As can be seen from the figure, these can be bent so that they lie on top of one another to form a flange. In order to prevent the bent parts of the metal sheets 4a, 4b from burning through, they can be protected and supported by strips 5 made of heat-resistant material.
Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Blech 6 kastenförmig gebogen, und auch in diesem Fall können die dadurch gebildeten Seitenwände oder Seitenteile durch Schutzstreifen 5 aus (euer- bzw. wärmebeständigem Material abgedeckt sein.In the modified embodiment according to FIG. 3, a sheet metal 6 is bent in the shape of a box, and in this case too the side walls or side parts formed thereby can be covered by protective strips 5 made of (your) or heat-resistant material.
Dem Horizontalschnitt durch ein Element nach Fig. 3, dargestellt in Fig.4, kann vor allem die Anordnung der Ein- und Auslässe für die wärmetauschenden Medien entnommen werden. Man erkennt, daß Einlässe 7a auf der einen Seite und auf Lücke Auslässe 76 auf der anderen Seite angeordnet sind und daß beim Übereinanderlegen mehrerer Wärmeaustauschelemente, wie dies zum Aufbau eines Wärmeaustauschers geschieht, auf einer Seite Ein-und Auslässe miteinander abwechseln. Hierbei sind die Ein- und Auslässe für das eine Medium durch ausgezogene Pfeile und die für das andere Medium durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet, und man erkennt, daß jeweils einem Einlaß auf der einen Seite für das eine Medium ein Einlaß des angrenzenden Elementes auf der anderen Seite für das andere Medium gegenüberliegt.The horizontal section through an element according to FIG. 3, shown in Fig.4, especially the arrangement of the inlets and outlets for the heat exchanging Media are removed. It can be seen that inlets 7a on one side and on Gap outlets 76 are arranged on the other side and that when superimposed several heat exchange elements, as is done for the construction of a heat exchanger, Alternate inlets and outlets on one side. Here are the inputs and Outlets for one medium by solid arrows and those for the other medium indicated by dashed arrows, and it can be seen that each one inlet on the one hand an inlet of the adjoining element for the one medium the other side is opposite for the other medium.
In dem zwischen den gewellten Einsätzen verbleibenden Raum können Öffnungen 8 für die Einführung eines Reinigungsfluidums vorgesehen sein. Zwischen den Ein- und Auslässen sind Trennwände 9 vorgesehen, die das jeweils für die Ein- oder Auslaßöffnungen bestimmte Fluidum leiten und ein Vermischen derselben verhindern.In the space remaining between the corrugated inserts, openings 8 can be provided for the introduction of a cleaning fluid. Partition walls 9 are provided between the inlets and outlets, which guide the fluid intended for the inlet or outlet openings and prevent them from mixing.
Bei den in den Fig.l bis 4 gezeigten Wärmeaustauschelementen wirken die gewellten Einsätze als Sekundärwärmeaustauschflächen. Sie erhöhen also den Wärmeaustauschbereich in den von den Elementen gebildeten Strömungskanälen, wobei jedoch jede Seite der Wellung dem gleichen Wärmeaustauschfluidum ausgesetzt ist.In the heat exchange elements shown in Fig.l to 4 act the corrugated inserts as secondary heat exchange surfaces. So you increase the heat exchange area in the flow channels formed by the elements, but each side of the Corrugation is exposed to the same heat exchange fluid.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die Bleche 11, die durch die Wände 2 a, 2 b im Abstand voneinander gehalten sind, in sich selbst gewellt, so daß die Verwendung besonderer gewellter Einsätze überflüssig ist. Die Wellungen nehmen jedoch nur einen Teil der Breite der Bleche 11 ein, so daß flache Randteile verbleiben, die zwischen den Seitenwänden 2a, 2b liegen. Da die Wellenberge benachbarter Bleche aufeinanderliegen, sind diese Wellungen zweckmäßig so eingeprägt, daß die des einen Bleches im Winkel zu denen des anderen liegen.In the embodiment according to FIG. 5, the metal sheets 11, which are held at a distance from one another by the walls 2 a, 2 b, are corrugated in themselves, so that the use of special corrugated inserts is superfluous. However, the corrugations only take up part of the width of the metal sheets 11 , so that flat edge parts remain which lie between the side walls 2a, 2b. Since the corrugation peaks of adjacent sheets lie on top of one another, these corrugations are expediently embossed in such a way that those of one sheet are at an angle to those of the other.
Bei der Ausführungsform nach Fig.6 wurde auf besondere Seitenwände verzichtet und dafür die Endbereiche der Bleche 11 so umgebogen, daß sie aufeinanderliegen und selbst Seitenwände bilden. Der Fig. 6 kann ferner entnommen werden, daß man, insbesondere um Reinigungsöffnungen 8 vorsehen zu können, die Wellungen durch flache Zwischenteile 12 unterbrechen kann. Im Fall der Fig. 5 sind die Wellungen jedes Bleches so angeordnet, daß die benachbarten Bleche im Winkel zueinander liegen. Die Wellungen können in einem Blech alle in der gleichen Richtung verlaufen, oder sie können auch im Winkel zueinander zu jeder Seite der ebenen Teile 12 angeordnet sein, wie dies dem Horizontalschnitt nach Fig.7 zu entnehmen ist.In the embodiment according to FIG. 6, special side walls were dispensed with and instead the end regions of the metal sheets 11 were bent over so that they lie on top of one another and themselves form side walls. It can also be seen from FIG. 6 that, in particular in order to be able to provide cleaning openings 8 , the corrugations can be interrupted by flat intermediate parts 12. In the case of FIG. 5, the corrugations of each sheet are arranged so that the adjacent sheets are at an angle to one another. The corrugations can all run in the same direction in a sheet metal, or they can also be arranged at an angle to one another on each side of the flat parts 12 , as can be seen from the horizontal section according to FIG.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 5 und 6 bilden die gewellten Bereiche einen Teil des Bleches 11 und formen so die Trennwände zwischen den Strömungskanälen. Sie bilden auf diese Weise im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 4 Primärwärmeaustauschflächen, indem sie auf der einen Seite mit dem heißen Fluidum und auf der anderen Seite mit dem kalten Fluidum in Berührung stehen.In the embodiments according to FIGS. 5 and 6, the corrugated areas form part of the sheet metal 11 and thus form the partition walls between the flow channels. In this way, in contrast to the embodiments according to FIGS. 1 to 4, they form primary heat exchange surfaces in that they are in contact on one side with the hot fluid and on the other side with the cold fluid.
Die Einzelteile der Wärmeaustauschelemente nach der Erfindung können durch Abrollen vom Streifen gefertigt und automatisch mit Streifen aus Lötmateria110 zwischen den verschiedenen Teilen verbunden werden, worauf die Gesamtheit erhitzt und das Lötmaterial zum Schmelzen gebracht wird. Auf die gleiche Weise können mehrere Wärmeaustauschelemente zu einem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher vereinigt werden. Zweckmäßig werden erst nach dem Löten in das vollständige Element die Ein-und Auslaßöffnungen eingeschnitten und die erforderlichen Längen für jeden Wärmeaustauscher abgeschnitten.The items of the heat exchange elements according to the invention can manufactured by unrolling the strip and automatically using strips of soldering material110 between the different parts, whereupon the whole heats up and the brazing material is melted. Multiple Heat exchange elements are combined to form a heat exchanger according to the invention. The inlet and outlet openings are expedient only after the soldering into the complete element cut and cut the required lengths for each heat exchanger.
Die Elemente nach den Fig. 1 bis 7 können für den Aufbau eines Wärmeaustauschers eines über dem anderen in Gestalt einer Säule oder eines Blockes miteinander verbunden sein, so daß solche für ein heißes Fluidum mit denen für ein kaltes Fluidum abwechseln, oder sie können, wie in den Fig. 8 bis 10 zu Anschauung gebracht, als kontinuierlicher Streifen um eine Spule gewickelt werden, wodurch ein zylindrischer Wärmeaustauscher entsteht.The elements according to FIGS. 1 to 7 can be used for the construction of a heat exchanger one above the other connected to one another in the form of a column or a block so that those for a hot fluid alternate with those for a cold fluid, or, as shown in FIGS. 8 to 10, they can be more continuous Strips are wound around a coil, creating a cylindrical heat exchanger arises.
Die letzterwähnte Ausführungsform hat sich besonders für den Einbau in Gasturbinenanlagen bewährt, wo kreisquerschnittsförmige Leitungen in bestehenden Turbinen oder Kompressoranlagen vorhanden sind. Die ein wärmetauschendes Medium in radialer Richtung zuführenden und in axialer Richtung abführenden Leitungen können dabei in einen gemeinsamen Sammler einmünden.The last-mentioned embodiment has been particularly useful for installation Proven in gas turbine systems where circular cross-sectional lines are in existing ones Turbines or compressor systems are available. It's a heat-exchanging medium can supply lines in the radial direction and lines leading away in the axial direction flow into a common collector.
Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher nach Fig. 8 ist aus einem Wärmeaustauschelement ähnlich dem gemäß Fig. 5 aufgebaut, in dem ein solcher Streifen um eine Spule gewickelt wurde, wodurch ein allgemein mit 13 bezeichnetes Elementpaket entsteht. Die Endflächen sind durch Endplatten 14 verschlossen, die mittels Schrauben 15 an Schlußringen 16 befestigt sind. Die Endplatten 14 weisen die Abdeckungen 17 für die Einlässe 7a bzw. die Stutzen 18 für die Auslässe 7 b für das Gas und ebenso für die Einlässe 7ä für die zu erwärmende Luft und die dazugehörigen Auslässe 7 b' auf. Wie ersichtlich, ist die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß die wärmeaustauschenden Medien in radialer Richtung einströmen, wobei die die Einströmöffnungen aufweisende Fläche abgedeckt wird, während die Ausströmöffnungen für das in axialer Richtung ausströmende wärmetauschende Medium offenliegen.The heat exchanger according to the invention according to Fig. 8 is similarly constructed of a heat exchange element according to the Fig. 5, in which such a strip was wound around a bobbin, thereby forming a generally by 13 denoted element package is formed. The end faces are closed by end plates 14 which are fastened to locking rings 16 by means of screws 15. The end plates 14 have the covers 17 for the inlets 7a and the connecting piece 18 for the outlets 7b for the gas, and also for the inlets 7A for the air to be heated and the associated outlets 7 b 'on. As can be seen, the arrangement is expediently made so that the heat exchanging media flow in in the radial direction, the surface having the inlet openings being covered, while the outlet openings are open to the heat exchanging medium flowing out in the axial direction.
Fig. 9 zeigt die versetzt angeordneten Einlässe 7a und Auslässe 7 b' und ferner zwischen den auf einem Radius liegenden Reihen der Ein- und Auslässe eingebrachte Nuten 19, in die die Trennwände 9 nach Fig.4 und 7 eingreifen können. Die linke Hälfte der Fig. 10 ist eine Aufsicht in Pfeilrichtung C der Fig. B. Man sieht hier die Endplatte 14 mit den schräg verlaufenden Abdeckungen 17 der radial beaufschlagten Einlässe 7a für das Gas und den Stutzen 18 der Axialauslässe 76' für die erwärmte Luft.Fig. 9 shows the staggered inlets and outlets 7a 7b 'and also between lying on a radius of rows of inlets and outlets introduced grooves 19 into which the partition walls 9 to 4 and 7 can engage. The left half of FIG. 10 is a top view in the direction of arrow C of FIG. B. Here, one sees the end plate 14 with the inclined covers 17 of the radially acted upon inlets 7a for the gas and the connector 18 of the axial outlets 76 'for the heated air .
Die rechte Hälfte der Fig. 10 ist eine Aufsicht auf Fig. 8 in Pfeilrichtung D und läßt die radial beaufschlagten Einlässe 7a' für die zu erwärmende Luft und die offenen Auslässe 76 des Gases erkennen.The right half of FIG. 10 is a plan view of FIG. 8 in the direction of the arrow D and leaves the radially acted upon inlets 7a 'for the air to be heated and recognize the open outlets 76 of the gas.
Bei den in den Fig.8 bis 10 dargestellten Ausführungsformen eines aus erfindungsgemäßen Wärmeaustauschelementen aufgebauten erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers müssen in jeden aus jeweils einem Ring bestehenden Strömungskanal Öffnungen für die Ein- und Auslässe eingeschnitten werden. Dies wird, wie in den Fig. 11 und 12 veranschaulicht, dadurch bewerkstelligt, daß jeweils zwei vollständige Wärmeaustauschelemente zusammengesetzt und zusammengelötet werden. Ein Ende jedes Streifens wird dann auf einer Spule 20 befestigt und die Spule in Drehung versetzt. Die Speisung wird durch Rollen 21 gesteuert. An einem Werkzeug 22 sind vier Schneider 23 vereinigt, und das Werkzeug wird um eine zu den Streifen parallel liegende Achse 24 in hin- und hergehende Bewegung versetzt, so daß abwechselnd auf der rechten Seite des obenliegenden Streifens und auf der linken Seite des untenliegenden Streifens oder umgekehrt Öffnungen eingeschnitten werden, je nach jeweiliger Stellung der Schneider. Die Geschwindigkeit der Spule wird in Anpassung an die Zunahme des Durchmessers des Wärmeaustauschers erhöht. so daß die Öffnungen radial in Reihe liegen.In the embodiments shown in FIGS Heat exchanger according to the invention constructed from heat exchange elements according to the invention must have openings for the inlets and outlets are cut. This will be as in Figs. 11 and 12 illustrated, brought about by having two complete heat exchange elements put together and soldered together. One end of each strip is then on attached to a spool 20 and set the spool in rotation. The feed is through Roles 21 controlled. Four cutters 23 are combined on a tool 22, and the tool is reciprocated about an axis 24 parallel to the strip forward movement offset so that alternately on the right side of the overhead Strip and openings on the left side of the strip below or vice versa cut, depending on the position of the tailor. The speed the coil will adapt to the increase in the diameter of the heat exchanger elevated. so that the openings are radially in series.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1121090X | 1956-03-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1121090B true DE1121090B (en) | 1962-01-04 |
Family
ID=10875628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEP18214A Pending DE1121090B (en) | 1956-03-27 | 1957-03-25 | Heat exchange element as well as heat exchanger built up from this |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1121090B (en) |
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